一场强烈的大爆炸将所有物质喷射到宇宙中,创造了今天明亮灿烂的宇宙,也孕育了丰富多彩的生命,经常看宇宙学文章的朋友应该知道,这个大爆炸就是创造了世界一切物质的宇宙大爆炸。而生命,是有无数形态的,但最精彩、最繁华的生命,当然属于我们人类。我们人类是以碳为基础构成的碳基生命,不仅能思考,还能使用工具,因此成为了地球上最牛的存在。

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然而,当把衡量生命强度的尺度放大到整个宇宙时,也许我们碳基生命并不是最强的,为什么这么说呢?这是因为,科学家们推测硅基生命,也许比碳基生命更适合在宇宙中存活。科学家们认为,硅基生命一直存在于宇宙中,是比人类更高层次的生命。那么,这种所谓的硅基生命是否真的存在呢?它们有多么强大?今天,我们就来从科学的角度上,来和大家聊一聊“硅基生命”这个有趣的话题。(文章为深度长文,感兴趣的朋友,请耐心地阅读下去)

什么是碳基生命?


在了解“硅基生命”之前,有一个更为重要的问题,需要我们提前了解,那就是:什么是碳基生命?
从地球开始说的话,那么“碳基生命”是我们人类唯一已知的生命形式。那么,所谓的“碳基”是什么意思呢?从元素周期表中我们可以知道,人类已知的元素共有118种。在现有的科学边界内,我们人类所知道和理解的一切,从灿烂的星河到微小的细菌,从壮丽的山河到微小的蚂蚁,都是由这118种元素的排列组合而成的。

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我们地球上的生命,基本上是由29种必需的化学元素组成,而“碳、氢、氧、氮”这四种元素是核心成分,之所以把这4种元素叫做“生命的核心成分”,是因为它们的成分含量最多,所以它们,是对于生命来说最为重要的4个要素。而其中,“碳元素”是最为重要的,现有的科学分析结果表明:碳元素对细胞的结构和功能,起着辅助和决定性的作用,因此,地球上包括人类在内的生命被称为“碳基生命”,而我们人类形成的文明,被称为“碳基文明”。

从结构上来看,碳原子是元素周期表中的第六位元素,其相对原子质量约为12,原子核内有6个质子,原子核外有6个电子,分为两层,其中第二层有4个核外电子。在高中的化学课上我们都学到过,当碳原子与其他元素结合时,它最容易形成4个稳定的化学共价键。这种结构使得由碳元素组成的物质更加稳定,因此这种+4价结构,是自然界中几乎所有有机物质的基础。这也是为什么我们地球上的生命是以“碳基”为结构的,简单来说,碳元素就像是组成我们生命组织的“骨骼”,只有这个框架存在,才会有生命的存在。

而碳化合物,是有机化合物中最大的一族,因此,碳结构自然而然地就成为了自然界所有生命的共同选择。因此,有人会问:是否有一种元素可以取代碳呢?那么接下来,我们就和大家来聊一聊科学家设想的“硅基生命”是什么。

什么是硅基生命?


硅基生命,也称为Silicon-based life,是一种假设的生物化学,基于硅而不是碳的化学生命。不知道大家有没有在科幻电影中看到过这样的画面,外星人的皮肤看起来都是比较光滑的,而且看起来皮肤也是很完美很有弹性的,这是因为在一些科幻作品中,外星体的基本构成元素不是碳,而是硅,导演是故意这么安排的,为的就是展现出来人类对于“外星生命”的畅想。

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那么,硅基生命是否有可能存在于这个世界上呢?答案当然是肯定的,这是因为第IVA族非金属元素可以形成四个共价键,可以使碳原子和硅原子相互连接,形成复杂的微观结构,锗、锡、铅也是如此。也就是说,只要有我们碳基生命的存在,那么从理论上来说,硅基生命也完全是有可能存在的。
“硅基生命”的概念最早是在19世纪,由波茨坦大学的天体物理学家Julius Sheiner提出的,并在1893年,被英国化学家詹姆斯·爱默生·雷诺兹进一步研究,他指出硅化合物的热稳定性使基于它们的生命能够在高温下生存。此外,英国遗传学家约翰·伯登·桑德森·霍尔丹还提出,在行星深处,人类可能会发现以半熔融状态的硅酸盐为基础的生命,铁元素的氧化为它们提供能量。

由于硅在宇宙中分布极为广泛,它位于元素周期表中碳的下方,属于同一主族,因此具有与碳相似的基本性质。例如,碳可以与四个氢原子结合,形成甲烷,硅也可以形成硅烷,硅酸盐也与碳酸盐有着相似之处,许多类似的化学结构,也都有着异曲同工之妙,而且,这两种元素都可以形成长链,或者聚合物,它们都可以与氧在其中交替排列。

最简单的情况下,碳氧链形成聚缩醛,通常用于合成纤维,而硅和氧的主链生产聚合有机硅(即硅氧烷)。因此,乍一看,硅似乎确实是一种很有前途的元素,可以替代碳形成生命,甚至有可能某些特定的生命形式,可能是由类似于硅的物质组成的。硅基动物很可能看起来像活的水晶,就像狄金森和夏勒画的一幅假想图:硅基动物漫游在硅基植物之间。

这种生物的结构部分,可能是由玻璃纤维串起来的,就像是丝线一样,形成柔韧、细腻,甚至纤薄透明的结构。因此,我们可以憧憬硅能不负众望,成为生命的核心元素,甚至是宇宙中比人类文明更高级的文明,也就是硅基生命。

硅基生命是如何生存的?


那么我们现在的宇宙当中,是否会存在硅基生命呢?硅基生命又是如何在宇宙的环境中生存的呢?在岩石行星上,尤其是地球,表面最丰富的元素是硅,因为岩石的主要成分就是硅酸盐。硅基生命就是以这些硅酸盐为原料进化而来的,例如,在火山岩浆中,含有大量液态硅酸盐,而这些硅基生命就诞生在这样一个极端的环境中。它们的食物有两种,一种是以硅酸盐和氧化铁为食,另一种则是以其他硅基生命为食,可以把它理解为硅基生命中的“食草动物”和“食肉动物”。

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硅基生命体的身体类似于晶体,能够忍受高温和严寒,在没有水的世界里也能够生存,它们拉出的粪便更像是石头或沙子。1923年,英国生物学家约翰霍尔丹怀疑宇宙中是已经存在硅基生命的,然而,随着化学的发展,人们试图用硅来复制生命的组成,但都以失败告终。
相反,人类通过人为制造的闪电等方法,在实验室中成功获得了有机分子化合物,这一实验就是著名的“原汤”实验。它几乎切断了地壳与硅基生命之间的联系,但并未切断整个地球与硅基生命之间的联系。由于地球是一颗岩石行星,富含硅,地壳只占据了地球的部分质量和体积,而地幔和地核则占据了地球的最大部分。

很久以前,有人推测“核心人类”可能生活在地核,但经过研究发现,地核的温度为4000至6000℃,压力为360万个大气压,任何生物都不可能在这种恶劣的环境中存活。

然而,当时科学家们考虑到的是碳基生命,而完全没有考虑到硅基生命,但根据硅基生命对极端恶劣环境的耐受性,它们可以在地幔或地核中生存,也许它们不在我们的视线范围内,但是,其实是与碳基生命一起共同居住在地球上的,只不过它们生活在地球中的极端环境当中。

硅基生命有多强大?


如果按照科学家的理论,假设真的存在硅基生命,那么硅基生命对比碳基生命来说,究竟有哪些优势呢?硅基生命究竟有多强大?作为碳基生命的一员,人类虽然拥有聪明的大脑和强壮的身体,但自然界中也存在着许多天敌,而这种天敌不仅仅是物质上的天敌,也可以是环境上的天敌,比如说“低温”。如果一个人手上长期拿着冰块,细胞就会冻死,这是因为碳过于活泼,分子结构不稳定。

而与碳基元素相比,硅基元素具有更稳定的内部结构,因此科学家们推测,硅基生命应该更能抵抗紫外线和病菌的侵袭。因此,从这个角度来看,硅基生命确实比碳基生命要强,至少在遇到病毒时,硅基生命是比我们更有抵抗力的,相对来说是更不容易生病的。

然而,这还不是硅基生命的最大优势,硅基生命的强大之处在于它们可能是高度智能的“人工智能”生命。因为硅是半导体元器件的原材料,可以说我们的电脑、手机都离不开硅,随着时代的发展,科技的进步,人类或许可以创造出更高等的人工智能生物,当这些生物有了自己的思想时,它们就是名副其实的硅基生命,它们将拥有强大的能力,不需要新陈代谢,可以说它们是不朽的存在。因此,科学家们说,如果从发展的角度上来看,硅基生命是比人类强大无限倍的。

为什么“硅基生命”只是一个假说?


经过分析,我们可以发现“硅基生命”的说法确实有一定的科学依据。但是,要达成科学的结论,并不是一件容易的事情,因为它们还没有任何实证证据的支持。虽然科学家们通过近百年的时间探索硅基生命,而且也有许多理论进行支持,但是,它们仍然只能被视为假说或预言。就像“黑洞”一样,它最早是在牛顿时代就提出的,而在当时提出的时候,黑洞也仅仅只是一种理论或者假说。在20世纪初,用广义相对论修正后,也并没有得到当时科学界的认可,直到1960年代才被普遍认可,因为在这个时候,天文学家通过观测,发现了黑洞引起的恒星运动现象。可见,要达成一个科学结论,必须要有实证证据的支持,而科学的严谨性就是这样,不能只依靠理论或者假说,就认定事物一定是这样的。

虽然表面上看起来硅基生命极其强大,甚至说硅基生命是未来文明的重要组成部分,但实际上是不一定的,因为到目前为止,我们还没有发现硅基生命的存在,也许它们根本不存在,或者硅基生命根本无法自发形成。但是,即使硅基生命不能自发形成,也不代表它们不会出现,因为它们是可以人工产生的,也许在未来的某一个时刻,人类就成功创造出来了硅基生命。
众所周知,人类制造的计算机和智能机器人的核心是硅基的,这些智能设备的计算能力,是我们人类无法比拟的,而且最近人工智能也是频繁地刷新我们对AI的认知。所以现在,硅基生命这个理论,会认为硅基生命只是没有思想的机器,但不排除在未来,它们也将能够诞生自主意识,也就是我们常说的“强人工智能”。

而“强人工智能”,也许是可以认为是一种硅基生命的。除了这种猜测以外,也有可能在遥远的未来,人与计算机实现高度融合,那时候的人类也可以说是一种半硅基生命。从这个角度讲,硅基生命可能就是文明的未来,你觉得呢?