宇宙从不牺牲，磷化氢或许意味着生命

2020 年 9 月，Clara Sousa-Silva 合著了一篇论文，宣布金星大气中可能存在磷化氢，并由此引出一种可能的地外生命信号。Lex Fridman 问，在友好的科学界质疑，以及后来一篇似乎证实了该发现的论文之后，这件事进展如何。她的简短回答是：他们并不知道。她说，公众看到的是发现仍在进行中的样子，而不是多年来十台仪器穿过多层大气叠加起来的数据。

团队等待了两台望远镜的观测：ALMA 和 James Clerk Maxwell Telescope，它们的观测彼此相隔数月、相互独立。即便如此，数据仍然微弱、充满噪声，处在仪器灵敏度的边缘。人们依然对信号是否真实存在有分歧，甚至对它是不是磷化氢也有分歧。Sousa-Silva 把这场争论归结为检验（hypothesis testing）与假设生成（hypothesis generation）之间的区别。如果你为了检验一个论断而在嘈杂的数据里反复搜寻，可能会无意中制造出一条虚假的谱线；如果你只问光谱里有什么，又可能把信号和噪声一起抹掉。

同样合法、同样经过专家检验的数据处理，有的让这一特征出现，有的却让它消失。如果这条谱线真实存在，并且明确就是磷化氢，她会感到兴奋，因为她想不出除了生命还能怎样解释它。但从那里走到一个文明，仍然是一大步。在居民自己表明身份之前，她愿意把他们叫作金星人。

Fridman 问，“磷化氢女王”这个称呼在技术上是否说得通。她更喜欢“磷化氢博士”：“女王”是一种世袭头衔。那个推特账号一直空着没人用。她研究这种分子已经十多年了，那是在它“还不酷”的时候，当时同事要么拼不出它的名字，要么只知道它可能是地球上最糟糕的分子之一。她甚至没想过去看看隔壁的金星。主要作者 Jane Greaves 把望远镜对准金星的云层，然后追问磷化氢到底有多奇怪。答案是：非常奇怪。

和其他分子一样，磷化氢有独特的光谱指纹：它以特定的方式转动和振动。Sousa-Silva 算出了 168 亿种这样的方式。穿过磷化氢气体的光，理论上应该在光谱中留下 168 亿个微小的凹痕。在金星上，他们找到了其中一个。现在的问题是，还能不能找到其他任何一个。

其余的特征位于非常糟糕的电磁波段，大多超出了捕获这一条谱线所用仪器的能力。理论上可以观测其中另一条，但那需要连续许多天占用望远镜，这并不现实。原始数据看起来像一阵噪声加一条基线。拟合出这种形状并减掉它，你希望剩下一条平直的线，除非上面还叠着一个吸收峰。

如果减法做错了，就会无中生有地冒出一个信号。他们报告的那一特征位于 8.904 波数。在这个位置，已知只有磷化氢和二氧化硫两种分子会吸收。他们又在同一波段找了另一处：那里磷化氢不吸收，二氧化硫却吸收。对照之后，那里并无信号。随后，他们投出了论文。

Fridman 问，发现微生物生命应该让我们有什么感受：害怕、兴奋、受到威胁，还是仅仅好奇。Sousa-Silva 并不害怕，她觉得恐惧相当可笑。她感到的是一种不去触碰的责任。如果金星有生命，那里的居民很可能是一个曾经更加繁盛的世界的最后幸存者。她不希望人类与外星生命的第一次接触变成一场大屠杀。

她谈到了银河伦理，也谈到想象中的外星天文学家：如果我们把这件事搞砸了，他们会失望。她说，地球上的极端微生物令人印象深刻，但它们在金星云层里活不下去，一个世界上的坚韧并不能保证另一个世界上也能存活。还有一个科学上的理由需要克制：观测者可能污染被观测的对象。她问，如果在另一颗行星上找到了生命，结果却发现它是夹在三明治里被带去的，那该多令人心碎。火星已经背着这个问题。至少金星很擅长把访客熔化掉。

后来她又回到独家新闻本身。很多人想要这样一条新闻，她也有这种冲动。但她的反对首先是伦理上的，其次才是工程上的。那些云层了解得很少，而且条件恶劣，一台能采样、测量并把数据传回地球的探测器，也不是随便就能造出来的。她想要的是一颗轨道器。让她失望的是，地球至今还没有在每个太阳系天体周围都放置一颗小卫星，用来观察云层如何流动、闪电和火山多久喷发一次、地貌是否在变化，以及是否真有生物圈在活动。

在金星论文之前，Sousa-Silva 发表过一篇题为《磷化氢：系外行星大气中的生物信号气体》的论文。她在论文中主张，任何类地行星上的磷化氢都只可能意味着生命。人们点头同意，却并不在意。金星的发现出现之后，她就没那么确定了。距离让这一论断显得干净利落；如今它真正面临检验，她反而不那么确定了。

从化学上看，它很简单：上面是一个磷原子，下面是三个氢原子，构成一个小小的金字塔形。氢与氧结合得到水，与碳结合得到甲烷，与氮结合得到氨。氢与磷结合，得到的结果几乎没人听说过，因为地球上本不该有它。磷化氢会以好几种离奇又骇人的方式破坏氧代谢。它在第一次世界大战中曾被用作化学战剂，最近则被伊斯兰国（ISIS）使用。

即便是厌氧生命，也必须耗费惊人的能量才能制造它，因为热力学并不希望磷和氢待在一起。一旦生成，大气中的自由基就会把它摧毁。闪电和火山只能产生极少的量。然而生命却在制造它，原因没人知道。它的气味被形容为带着大蒜味的鱼腥般的死亡气息；一位同事则称它是撒旦之子发臭的尿布。这句话不是她想出来的，但她很喜欢。“宇宙不做牺牲，生命在做牺牲。”

催化它的酶促途径至今仍然未知，但这没有听起来那么令人震惊。她估计，对于大约 80% 的已知天然产物，我们知道是生物制造了它们，却不知道是怎样制造的。你可以把细菌放进培养皿，看着气体冒出来。但绘制完整的代谢图谱是另一回事。即便是松露的香气，这个价值数十亿美元的产业，直到不久前在生物化学上仍然模糊不清。磷化氢没有游说团体。她希望仍有人会去解决这个问题。她对这种分子并非一见钟情，更像是介于长期关系和斯德哥尔摩综合征之间。

她开始读博士，并不是因为磷化氢有多迷人。她觉得，这个物种竟然还没有为它可能想找的气体编出分子指纹目录，实在荒唐。磷化氢只是研究得不够，所以她读了每一篇关于它的论文，这并不难，因为论文本来就不多。直到后来与 MIT 的生物化学家交谈，生物信号的想法才在她脑中豁然开朗：喜欢氧气的生命讨厌这种分子，但大多数行星缺氧，而厌氧的世界会欢迎它。她 2015 年的论文以磷化氢为主题，附带一章讲氨。系外行星已经被发现，其中一些有大气；讨论宜居性也谈不上多大的跨越。

照她的说法，光谱学始于把光分解成彩虹，包括紫外和红外。气体中的分子只会吸走非常特定的颜色。你从来看不到行星本身，也看不到它那一线大气；你是在恒星凌星时观察它，注意哪些颜色缺失了。磷化氢有 168 亿种这样的颜色。在理想的无限分辨率的世界里，每种分子都是独一无二的。真实的仪器会把碳氢化合物混在一起，因为碳氢键会以许多相同的方式振动。

地基望远镜庞大而稳定，但地球大气在磷化氢活跃的许多波段上是不透明的。飞离这层大气，比靠近目标更有帮助。在太阳系之外，大多数被称为“有希望”的系外行星，只是在大小、密度和轨道距离上看起来有希望。JWST 当时还在临近发射，它或许能大致了解潜在宜居世界上的主要气体，但她已经算过：在缺氧的行星上探测磷化氢，可能会耗尽这台天文台几乎全部的低温寿命。没有人会把整台 JWST 用来寻找一种没人关心的分子。

被问到职位名称的含义时，她说自己研究分子的量子行为，以便它们能在太空中被探测到。这项工作涉及一个棘手的薛定谔方程，大约有 27 个维度，要在超级计算机上通过对角化巨型矩阵来求解。磷化氢大约有 1750 万种可能的状态；这些状态两两之间的跃迁，就是变成颜色的那 168 亿次跃迁。没有什么是确定的，只有可能性。大部分工作是描述这个量子体系，直到矩阵足够接近对角，才能完成计算。

要对每一种光谱尚未知晓的分子都做到这种质量，大约需要 6.2 万年多一点。“玩得开心的时候，时间总是过得很快。”她补充道。在大约 1.6 万种与寻找新地球或外星生物信号相关的分子中，人类理解的只有约 4%：水、甲烷、氨、二氧化碳，以及乙炔、氰化氢等少数几种。其余 96% 几乎找不到任何人能指出的标记。

于是，她提出了一个在其他领域也会问的职业问题：计算可以粗糙到什么程度，才会失去用处？答案是可以相当粗糙，因为没人知道这些分子究竟长什么样，有总比没有强。她在有机化学和量子化学上走了捷径，做出了 RASCAL（全称 Rapid Approximate Spectral Calculations for All，即“面向所有分子的快速近似光谱计算”）。过去的教科书在质谱和核磁共振出现后就被弃用了，但它们仍然描述着官能团的特征：这里有一个碳碳三键，那里有一个碘原子，谱线尖锐或宽泛。她把这些片段汇编成一本词典，再写出代码，像拼接科学怪人一样把它们组装成一个个分子。

如今，RASCAL 或许会告诉你，某个神秘特征可能来自 816 种分子中的一种，那就祝你好运了。下一步更有用：其中只有 12% 在别处也会吸收，所以去那里看看，把一些排除掉；这就是区分它们所需的分辨率。机器学习也许能帮上忙，但训练集很糟糕：有些文件是 1970 年代疲惫的人手绘的，用它来训练，会把旧的错误冻结住。她希望手动清理这个数据集，然后用实验室光谱去检验，这就意味着要说服别人，把危险的气体放进温度高得离谱的腔体里。她曾在斯洛文尼亚做过工业化学，觉得那里的实验室很吓人。她想要的是一台能连接超级计算机或望远镜的笔记本电脑。

除了磷化氢，她喜欢的生物信号气体还包括水和分子氧，尤其是混有一点甲烷的氧气。如果她是外星天文学家，地球大气中约 21% 的氧气会让她兴奋，不过电视信号泄漏会是更稳健的信号，而且氧气也仍会有假阳性。背景很重要：太阳辐射、地球轨道、其他气体、火山活动。磷化氢的假阳性较少，但也并非没有。她其实反对去猎捕单一分子，除非那种分子是氟氯烃（CFC），因为它的工业来源毫不含糊。她喜欢想象，外星的同事会写论文讨论地球的终结，然后在人类禁用这种物质之后，看着臭氧空洞缩小。

Fridman 主张对不明飞行物（UFO）保持开放，认为这是一种会延伸到其他问题上的认知风格。Sousa-Silva 不会走到空心地球、猛犸象和南极之下的纳粹那一步。她因拒绝接受这类阴谋论而遭人大声斥责，但她仍然认为这些比外星来访更可能。星际距离是如此之大，要跨越它们必须是有意为之，而且是件大事。如果一个连月球都几乎到不了的文明，还认为自己的军队能够拦住跨越了这些距离的存在，她觉得这个想法很荒唐。

她补充说，科学家在保密方面糟糕透了。金星磷化氢那篇论文算是保密做得比较好的，她还是告诉了父亲。在军事上的疏漏与科学界的闲话之间，她愿意赌上一切：地球从未被造访过。物理和化学是普遍的，元素周期表是人人都只能用的工具，能量预算也是有限的。一位哈佛大学弦理论学家同事曾提出，高等文明会找到比在这个几乎空无一物的宇宙里巡游更有趣的事情去做。她说，“造访”这个念头很平庸。她甚至不是特别想去太空。知识不需要插上一面旗帜。

在她看来，智慧生命极不可能出现，它可能存在，但她甚至不确定它是否合理。地球已经孕育了约五十亿个物种，却只产生了一个有智能的物种，而且只存在了一瞬间。树木、海豚、蟑螂和真菌在我们之后都会好好的。地球上的生命在人类出现之前很好，在人类之后也会很好。她小时候想找到能与之交朋友的外星人，如今不得不放弃这个梦想。相比之下，简单的生命她认为是必然的，因此也很普遍。

有多普遍，取决于这个太阳系。土卫二（Enceladus）从地下海洋喷出羽流，因此无需钻探就能采样。土卫六（Titan）上有甲烷海，蜻蜓号（Dragonfly）任务正在路上。金星则有酸性云层。如果生命能在与地球极端环境截然不同的栖息地中开始，那它就比我们想象的更有韧性。如果这里的其他任何地方有生命，哪怕是火星，她都会赌上自己拥有的一切，相信每个行星系统都有某种宜居潜力，无论是在一颗行星上，还是在围绕巨行星运行的卫星上。

Fridman 很快就从普遍的生命跳到了普遍的智慧，并提出文明不断死亡，就像夜里擦肩而过的船只。Sousa-Silva 问，这是否令人难过。地球不会因为有了我们而变得更好，它也不欠我们什么。她不会因为遇到外星长颈鹿而失望。人类既创造美，也制造污染；蜘蛛能在水下潜泳，还会织出降落伞；单只蚂蚁并没有地图，却能解决后勤问题。如果她去地球做访问，蚂蚁也许是更有趣的展品。她希望人类不再那么执着于征服和插旗，而是更满足于在不去攫取宇宙的前提下理解它。

她小时候被告知，太阳会膨胀成红巨星，吞掉水星，再吞掉金星，而且它毫不在乎。这感觉就像一位暴力而冷漠的父母在吞食自己的孩子。她的硕士论文研究恒星的演化如何塑造行星系统，这是在问，死亡之后是否还有东西能够回归。白矮星在宇宙尺度上是稳定的。也许它们周围的行星还能再次孕育生命。

这项工作是对一颗正在失去质量的恒星做数千次 N 体模拟：轨道重新排列，类木行星撞向邻居，或被抛进恒星。她称之为一场大屠杀。不过，只要运行得足够多次，有些系统会找到持续数十亿年的新稳定轨道，足够让生命重新开始。如果生命是必然的，那么它是在四十亿年前发生的，就无关紧要了。仙女座星系仍会与银河系相撞。太阳不是个坏父母，它根本就不是父母。

在她职业生涯的那个阶段，放下对生命的珍视对她很有用。行星会被毁灭，也会被创造；我们现在在这里；数十亿年后，别的东西或多或少也会在这里。在宇宙安静下来、黑洞彼此远到无法相互作用之前，还有许多次死亡与重生的循环。她并没有把太阳的所作所为当成针对自己。

Sousa-Silva 自称是个糟糕的程序员，许多科学家都是这样：他们只学够用来运行模拟的代码，从不优化，六个月后连自己的文件都解析不了。她的变量名令人尴尬。编译器报错，至少说明她的爸爸还是爱她的。大学里学的 MATLAB 和 Java 帮不上多少忙。Fortran 很有用，因为退休的那一代人把它留了下来。IDL 用来可视化 N 体模拟的运行结果。后来她“像正常人一样”学会的 Python，是她现在用的语言。

Fridman 提醒说，软件工程的文化可能会沉溺于“正确”的做法，就像效率爱好者把 90% 的时间花在搭建系统上，却从不真正开始做事。她部分同意：把工作做完，让她成了程序员。但让她成为糟糕程序员的，是没有别人（包括将来的她自己）能看懂她是怎么把这件事做完的。一位学生曾在 Slack 上问起一个 2018 年的文件，她花了两天才重建出来。代码放在 GitHub 上，但晦涩的开源代码算不算真正发表，这个问题让她有些内疚。

她给想学天文学、天体生物学或量子化学的年轻人的建议，与通常的路径正好相反：把科学教给程序员，比把编程教给科学家更容易。在试图教会天文学家编程之前，她宁愿雇一个几乎不知道太空在哪里、却会写代码的人。

被问到科学中最美的思想是什么，她描述的是尺度的收拢。小时候，她想预测天空，因为那让她感到有力量。天文学带她走向行星，然后是大气，然后是分子，再到量子。现在，她用微小的工具去回答人类能提出的最大问题。她工作得越久，就越不觉得人类和地球有多特别，也越不觉得孤独。她失去了某种掌控感，却得到了同伴。她称之为一笔好交易。

她尽量不让自己工作得太辛苦，但大多数时候都失败了。四个高质量的科研小时，胜过八个用于处理邮件、开会、糟糕代码和数据的小时；超过这一点，回报就会递减，所以她努力停下来。作为科学家的幸福感很容易被生产力困住。资深研究者被行政事务和服务工作压得喘不过气，就开始把学生的科研当成自己的。她看着这种占有，庆幸自己逃开了。她的学生们很高产，即使她自己没那么高产，也能让她感到快乐。

令人讨厌的合作者会毁掉你热爱的工作。你开始分心，跳过额外的检查，只想尽快结束项目，这会让科学变得笨拙。在她看来，因为能合得来而选择合作者，是一个合理的科学决定。“只要不当混蛋，就能做出大量好科学。”在这个领域里找到好人，即使他们不是最强的科学家，科学也会比三位难相处的天才做得更好。

Fridman 描述了与 Daniel Kahneman 交谈的感受：孩子般的好奇，你来我往，几乎没有自我，同时固执却仍愿意倾听。Sousa-Silva 把合作当作一种可以训练的技能，而不是天生的礼物。她已经变得更擅长了。“孤狼”的神话，即那个看到别人错过之物的科学家，在现代跨学科天文学中多半是假的，而且是一种令人难受的假。你需要独立的眼光，也需要子领域的专家。她说，独自去做，通常意味着做得很糟。

她一直回避一个十年里大概只有十来次引用的项目。与合作者 Jason Dittmann 的一个下午，让时间过得飞快；事情做完后，她感觉自己高了一点，呼吸更顺畅，也成了更好的人。诀窍是找到那些能让你对科学产生这种感觉的人，然后就别再追逐孤狼了。

她会刻意留出不工作的时间，不管那看起来像什么。小时候，对科学的渴望存在于书籍和电影里；现在它存在于研究之中，所以她会阅读本领域之外的书。塑造她的那本书是 Carl Sagan 的《接触》。她以为自己就是 Ellie，后来也真的成了 Ellie。甚至那部由 Jodie Foster 主演的电影也有帮助。Sagan 说，如果只有我们，那就是对宇宙的可怕浪费，这句话至今仍在指引她的搜寻：也许我们是特别的，但那会很糟。有人作伴会更好。

被问到地球上生命的意义，以及她在金星和系外行星上寻找的生命的意义，她说根本没有意义。她从这种缺席中感到了巨大的解脱。追求意义是人类的欲望；宇宙并不在乎。她仍然喜欢在自己的生活中发现意义，以及其中的道德复杂性。她不认为这种意义是绝对的或普遍的，是我们把它构想出来的。向宇宙索要答案，包括索要某种目的，是渺小的我们无权提出的要求。一旦没有意义，她就不必去寻找它。

Fridman 把这比作 Sam Harris 关于自由意志的说法：像河上的一片叶子，不知为何感到平静。她不同意这个类比。生命确实有意义，去寻找它是值得称赞的。只是你不能把它推广到生命之外，当然更不能推广到地球之外。意义是人类的建构，属于我们，也属于那些承受我们的侵扰或因为我们的陪伴而高兴的其他生物。如果你能在道德责任中找到意义，就更容易履行它们，所以意义是有价值的，无论它是否“真实”。把整个宇宙拟人化，是傲慢到了极点。