向宇宙宣告：人类文明未来的信标（III）

太空中的信息

好的，但我们的目标是将有关我们文明的信息放到太空中。 为此我们曾经做过怎样的努力？ 现在，我们的太阳系外面只有四架太空船（还有一架正在途中），不到100架太空船或多或少接触过各种行星表面（硬着陆、熔化在金星上的太空船等情况不计在内）。 在某种程度上，太空船本身就包含着大量的"信息"，说明了许多技术等等。

最大量的"设计信息"有可能出现在微处理器中。虽然辐射硬化迫使深空探测器使用通常比最新型号落后十年或更久的芯片设计，但像2006年发射的New Horizons太空船仍然拥有超过10万个晶体管的MIPS R3000 CPU（虽然运行频率为12MHz）：

还有大量的软件信息，通常存储在某种ROM中。当然，它可能并不易于理解，即使是对于人类而言。实际上就在（我写这篇博文的）上个月，在旅行者1号上启动了一台37年未用的备用推进器，它的定制CPU已经在市面上绝迹，需要破译其机器代码。

太空船的结构包含了人类工程及其历史的诸多信息。为什么天线被组合成这种形状？嗯，因为它来自一系列其他天线，这些天线很方便地以这样或那样的方式建模和制造，等等。

更直接的人类信息呢？制造商通常会在组件上印上小标签。近来有一种趋势是在雕版、缩微胶片或CD/DVD上放上人名列表（在New Horizons上有超过40万个人名）。 （MAVEN火星任务还特别携带了一张DVD，里面有公开提交的1000多个关于火星的Haiku，连同300多个孩子的绘画。）但在大多数太空船上，最突出的 "人类信息" 是一面旗帜：

然而有几次是放了一些明确表明目的东西。 例如，连接在阿波罗11号登月舱的腿上（地球呈现在大西洋中部大约20°W的立体投影中）：

每次阿波罗登月任务都会插上一面美国国旗（根据最近的高分辨率望远镜，大多数仍然"飘扬"）——让人不禁联想到考古遗迹中发现的古代神灵的神龛）：

第一个成功的月球探测器（Luna 2）向月球运送了一个球状物体——它的目的是像手榴弹一样引爆，并在探测器撞到月球表面之前将一个个五边形分散开来，宣告（可能是为了宣告） ："苏联，1959年1月"：

Courtesy of the Cosmosphere, Hutchinson, KS

在火星上，有一块看起来更像是文件封面的牌匾 - 或者可以概括为"将人类小脑的输出放在宇宙中"（外星人可以通过那些签名做出什么样的性格分析？）：

这里还有另一个名单，是阿波罗15号为了纪念牺牲的宇航员而留在月球上的。但它还带有一个小人偶，让人不禁联想到我们在早期考古遗迹中发现的小人偶：

小人偶实际上也被其他太空船带到过太空。 以下是一些乐高人偶，被朱诺太空船送到了木星（从左到右依次是：神话中的木星Jupiter，神话中的朱诺Juno，以及真正的伽利略）

在这艘太空船上还有一篇向伽利略致敬的文字，所有这些将在2018年底太空船结束绕木星的运行时被汽化，以避免污染任何卫星:

月球上还留有各种各样非官方留下的随机个人物品和其他饰品。一个例子是一组微型艺术品（有些东西即使对于我这个人类而言也有些挠头）明显地绑在阿波罗12号登月舱的腿上：

在命运多舛的小猎犬2号火星着陆器上还有一件"艺术品"（作为色彩校准目标而加倍）：

在几个火星登陆器上用"MarsDials"作为日昝和颜色校准目标。早期的"MarsDials"有22种语言的声明："两个世界，一个太阳"和"火星"一词；后来的声明就不那么富有诗意了："在火星上，探索"：

作为另一个太空饰品，最近经过冥王星的New Horizons太空船上有一枚印有佛罗里达州图案的25美分硬币，这至少在发射场附近很容易就能便宜地获得。

最认真且最著名的试图传递讯息的尝试当属1972年和1973年发射的先驱者10和11号太空船（尽管很遗憾现在已失去联系）上的镀金铝板了：

必须承认我从未成为这块铝板的忠实粉丝。在我看来未免聪明过了头。我最关注的是铝板左上角的元素。关于铝板的原始文章（主要作者卡尔萨根博士）说它"应该容易被其他文明的物理学家识别"。

它究竟是什么呢？作为一名人类物理学家，我可以弄清楚：它是氢原子内自旋跃迁的图像和所谓的21厘米线。这些小箭头应该代表跃迁前后质子和电子的自旋方向。但是等一下：电子和质子旋转-1/2，所以它们充当了旋转器。是的，传统的人体量子力学教科书经常使用矢量来表示旋转器。但这是一个非常随意的惯例。

为什么我们应使用局域线代表原子中的量子力学波函数？据推测，电子应该"绕过"圆圈，表明它是离域的。 而且，是的，你可以向那些习惯于人体量子力学教科书的人解释这个图像。但它与人们可以想象的一样晦涩难懂。而且，顺便说一句，如果想要表示21.106厘米的辐射，为什么不干脆精确地绘制一条这样长度的线段，或者把铝板做成那个尺寸（实际上它的宽度为22.9厘米）！

这个铝板的问题我可以继续列举下去。 （备受争议的）人体画像，特别是与太空船相比时。使用箭头来显示太空船的方向（难道所有外星人都经历过射箭头的阶段吗？）。尾随（二进制）零以弥补脉冲期间的精确度不足。

原始文章给出的官方答案对该案例没有帮助，事实上，该文章列出了一些非常精细的"科学智商测试"推理，用于解码铝板上其他信息：

在先驱号铝板获得关注之后，1977年推出的旅行者号太空船进行了更加雄心勃勃的努力。这次是一张12英寸镀金的旅行者金唱片，带有"专辑封面"：

在1977年，留声机唱片似乎是"明显的主流技术"。而如今，连模拟录制的概念都消失了。左上方的"针"是什么？在现代，读取唱片的明显方法是把整个事情想象出来，不需要任何针头跟踪沟槽。

但是，唱片记录了什么呢？上面有55种语言的口头问候（从阿卡德语开始），以及来自世界各地的90分钟音乐集锦。（我忍不住想象这样一幅画面：一个外星翻译或者AI在徒劳无功地试图匹配单词和音乐之间的信息。）上面还有卡尔萨根（Carl Sagan）的未来妻子（Ann Druyan）在思考各种事情的长约1小时的脑波记录。

还有116个图像，用模拟扫描线编码（虽然我不知道上色是如何完成的）。许多是20世纪70年代地球生活的照片。有些是"科学解释"，至少在2010年是人类科学学生的不错的习题（虽然实数舍入很奇怪，有"9个行星"，有"S"代替"C"作为基础对，以及迷人的模板和墨水渲染）：

当我在影片Arrival（《降临》）中为科学家提出"外星人卡片时，我自己也开始使用二进制，虽然在现代，显示连续数字序列的整个嵌套模式很容易：

在先驱号之后的努力中，有失败的火星96号飞船，上面有一张记录了人类火星小说"Visions of Mars"的（上世纪90年代风格的）CD，以及2012年在地球静止轨道上的EchoStar卫星，上面有装满了图像和视频的2012年"时间胶囊"CD：

(The Planetary Society)

1976年，在LAGEOS-1卫星上搭载了一种稍微不同的牌匾，该卫星计划在地球周围的极地轨道上旋转840万年。上面有二进制数字，让人想起莱布尼兹最初的"二元奖牌"。还有一幅关于大陆漂移（以及海平面）的预测效果图像，从228年前到卫星生命的终点：

1997年, 一块钻石牌匾差点会随卡西尼号发送到土星，但由于人类的分歧,它没有成行。相反，飞船上仅剩下一个空的安装基座, 其用处让人无处猜测。

被送入宇宙的另一类文物是无线电波。在我们有更先进的无线电通信技术之前，我们会不断辐射一定数量(日益加密)的无线电能量进入宇宙。最密集的持续传输仍然是50赫兹或60赫兹的电力线嗡嗡声，以及可能几乎是脉冲星般的弹道导弹预警系统雷达。但在过去，我们曾进行明确的尝试，发送让外星人来接听的消息。

最著名的是1974年由阿雷西博无线电望远镜发送的一串由二进制数字组成的信号，称为阿雷西博信息。它的重复长度是两个素数的乘积，这是假设该信息的读者会先将它排成一个长方形。对人类而言，试图破译得到的图像是一个有趣的练习。你能看到二进制数字的序列、DNA、双螺旋结构、望远镜和人形图标吗？

(还发送了其他信息，包括 Doritos 广告、披头士歌曲、一些Craigslist网页、植物基因序列，以及一些可以说是彻头彻尾的尴尬"艺术品"。

不用说, 我们接收到的无线电信号来自我们不太了解的宇宙。但宇宙中有智慧存在迹象吗？或者"纯粹的物理"？正如我所说, 计算等价原则告诉我们, 最终并没有区别。当然，这也是我们信标项目的挑战。

值得一提的是，除了被送入太空的东西外，还有一些在地球上的信息，是为了未来至少有几千年后而存在的。例如，胡佛大坝上的2000年春分星形图, 以及长期计划但尚未执行的万年警示语"stay away; it's radioactive"(或许它是一个"原子传教士"将信息代代相传）的设施, 如在新墨西哥州东南部的WIPP核废料库。（不是严格意义上的"消息"，但在德克萨斯州西部也有正在建立的"1万年时钟"。

关于外星通信的讨论不能不提到1960年由荷兰数学家和天文学家弗勒登塞尔博士的个人著作《Lincos：一种为宇宙间沟通而设计的语言》(Lincos: Design of a Language for Cosmic Intercourse)。这本著作的理念是用数学逻辑的方法和符号来解释数学、科学、人类行为和其他一切。它的作者弗勒登塞尔博士花了数十年的时间从事数学教育，并探寻向（人类）孩子解释数学的最佳方法。

不过Lincos被创作的年代过早，还不能从现代的计算机语言思维中受益。事实上，它用了由伯特兰·罗素与他的老师阿尔弗雷德·诺思·怀特黑德合著的一本数学书籍《数学原理》（英语：Principia Mathematica）中近乎滑稽又深奥的方法，把即使最简单的想法也变得相当复杂。当它遇到像人类行为之类的话题时，Lincos 基本上只是给出例子, 像舞台剧中一小段，但却是用数学逻辑符号写成。

是的，尝试用符号表示这些东西非常有趣，这正是我的符号语言项目的意义。尽管Lincos在符号式表示各类事物上处于初始阶段，它仍然是试图从1999年开始发送"主动 SETI"信息的明显来源，一些Lincos低分辨率位图被传送到附近的恒星。

科幻故事以及其他

我们的信标项目希望创造将被外星人识别的人类物品。有关外星文物如何被辨认的相关问题曾多次出现在科幻小说中。

最常见的是，有些东西"看起来不自然"，要么是因为它明显地无视重力，或者因为它只是太过简单或完美。例如, 在电影《2001太空漫游》中，当具有精确边长比例1:4:9的黑色长方体出现在石器时代地球或月球上，很明显这是"不自然"的。

另一方面, 1800年代的人们辩称，一只人造怀表虽然复杂,但比生物有机体仍然简单得多，这意味着后者只能是"上帝的杰作"。但实际上我认为问题只是我们的技术还不够先进。我们仍然在很大程度上依赖于工程传统和结构，可以随时预见我们的系统将如何表现。

但是我不认为会这样继续下去。我花了很多年的时间研究，在所有可能的程序的计算宇宙中，有一点是非常普遍的, 实现特定目的的最有效的程序, 其行为看上去并不是那么简单（事实上这是为了更好地利用计算资源而不可避免的后果）。结果是，只要我们能够系统地挖掘这样的程序（达尔文进化论和神经网络训练已经开始这样做）, 我们最终将会得到看上去不再简单的作品。

具有讽刺意味但不奇怪的是，考虑到计算等价原理，我们未来的作品将会看起来更像是"自然系统"。事实上，我们目前的人造物品，在将来可能看起来是原始的。

一些科幻故事探讨了"看起来自然"的外星人物品，以及人们如何检测它们。当然，它陷入了我在本篇文章里一直探索的同样一个问题，很难确定最近观察到的经过我们太阳系的奇怪的红色拉长的星际物体是外星人的作品，还是只是一个"天然石头"。

太空中所有可能的文明 我这篇文章一直在围绕一个主题："交流"在一定程度上需要共享"文化背景"，但何种程度适当则见仁见智。不同社会背景和阅历的人与人之间通常可以相互理解，尽管随着 "文化距离"增加, 这样的理解会越来越困难。

在人类历史上, 人们可以想象一个完整的文化语境网, 在很大程度上(至少直到最近)被地点和时间所定义。相邻的语境通常紧密相连，但要在一个很长的时间跨度上达到共识，则通常需要一长串的中间链接，有点从一种语言翻译成另一种语言时可能要通过一系列中间翻译。

特别是在现代, 一个人在一生中往往会经历文化语境的飞速发展。但过程本身通常是渐进的,人们可以对他们遇到的语境逐渐适应。当然老年人最容易混淆年轻人的喜好和兴趣（想想现在的社交媒体等）。确实，如果一个人在沉睡一个世纪后突然醒来，相当肯定的是, 一些文化语境的变迁会让他无所适从。

但是，我们能弄出一套正式的文化语境理论吗？这可能需要描述所有可能的文明空间。乍一看来，这似乎是完全行不通的。

但是，当我们探索可能程序的计算宇宙时, 我们正是着眼于所有可能规则的空间。至少，通过一些适当的规则来定义文明的某些特征，是不难想象的，而不同的规则可能导致显著不同的行为，就像在这些元胞自动机中一样:

但是，在这种情况下, "交流"的本质是什么？只有这些规则在计算上是通用的（计算等价原理意味着, 除极个别情况，计算通用性总是成立），它们之间总有相互转换的方式。更具体地说，给定一个通用规则, 一定存在一些程序或某类初始条件，使其能模拟任何其他指定的规则。换言之, 一定能对任何给定规则用原始规则进行解释。

接下来我们可以考虑定义规则之间的距离，由解释器所需的大小或复杂度来决定。虽然这听起来很有道理，但在实践中，这当然不是一件容易的事，可解释性是不能正式确定的，所以规则之间解释器的大小和复杂性没有上界。

但至少从概念上讲，这让我们有机会思考如何定义"交流距离"。也许可以想象一下，对一个简单的神经网络进行初步近似，只需问问训练一个网络的行为有多困难。

作为对文化语境空间的比较贴切的类比，我们可以考虑人类语言, 其中有大约1万是已知的。们可以通过观察各种语言的词汇或者语法结构，来评价不同语种之间的相似之处。尽管在最初的近似中，所有的语言都可以谈论同样的事物, 但语言至少表面上有显著的差异。

但是对于人类语言这一具体例子，则很多由历史决定。事实上，有一个完整的语言进化树有效地解释语言之间的关系密切与否。(语言通常与文化有关，但并不相同。例如,尽管芬兰和瑞典文化相当相似，但芬兰语与瑞典语显著不同。

就人类文明而言，有各种相似性指标可以使用。比方说，能够被神经网络识别的文物，看上去有何相似之处？其社会、经济或家谱网络有何相似之处？其法律或政府模式的量化有何相似之处？

当然, 人类文明共享的公共历史有很多，并毫无疑问，这在所有可能的文明空间中只占据了极小的一角。期望用人类文明的各种指标来定义绝大多数潜在的外星文明是完全不切实际的。

那么，如何定义一个文明和它的文化背景？一种方法是问它如何使用可能程序计算宇宙。宇宙的哪些部分与它相关？哪些部分与它无关？

也许文化进化的终点是利用可能程序的全部空间。当然，实际的物理宇宙大概是基于特定的程序，虽然在宇宙内部你可以完全地模仿其他程序。

据推测，任何我们可以确定为具有明确"文化背景"的"文明"，都必须使用某些特定类型的编码。因此表征一种文明的方法之一，就是想象一下，需要发明一种怎样的Wolfram语言的类比物（或者某种符号式语言)，用于描述事物。

是的，我花了大半生精力来构建 Wolfram 语言。但可以想象，对于计算宇宙中所有可能的语言空间，所有可能的采样与编码方式，Wolfram 语言不过是沧海一粟。

但如果我们要认真考虑与外星人的交流，这正是我们需要考虑的事情。在某种意义上，正如我们可能会只考虑距离我们在一定光年之内的外星人，我们也可能将只考虑与我们的语言文化背景在一定"翻译距离"内的外星人。

我们如何将这项研究落实到实践中？当然我们可以从与我们共享地球的其他生物入手，考虑一下它们会觉得哪种Wolfram语言的类比物有用。我们还可以考虑一下AI会觉得什么有用，虽然这有点循环论证的意味，因为我们创造AI的目的是为了实现人类的目标。也许最好的途径是想象一些Wolfram语言的抽象类比物，然后研究它们之间可能有哪些翻译方法。

实际上应该发送什么？ 好吧，确实有很多复杂的文化和哲学问题摆在面前。但是，如果我们要把我们文明成就随信标发送到太空，最切实可行的做法是什么？

有几点是显而易见的。首先，可以正式推导的内容不需要发送太多，即使看起来很"通用"。是的，我们可以说2+2=4，或者讲上一堆数学定理，或者显示元胞自动机的进化。但这除了证明我们可以成功地做计算（考虑到计算等价原理，这并没什么特别），我们并没有进行什么实质的交流。事实上，关于我们的唯一真实信息是我们对发送内容所做的选择。

这是一个古埃及人的骰子。有趣的是, 他们知道并选择使用了20面体。但是20面体的形状并不会告诉我们什么，它不过和其他20面体一样。

所以一个重要的原则是：如果我们想要交流，把我们一些特别的东西发送出去，这意味着关于我们的历史和兴趣的各种主观细节。我们可以发送一本百科全书。或者, 如果我们的空间足够, 可以发送整个网站、所有书籍或者所有可用视频的内容。

不过, 我们总会达到一个极限，那时我们发送的原始材料，可以回答任何关于我们的文明和成就的合理问题。

但如何做到尽可能高效呢？至少，至少对于一般的知识, 我花了很长时间试图解决这个问题。在某种意义上, 这正是Wolfram|Alpha的存在意义：创建一个系统, 在尽可能广泛的范围内通过计算得到答案。

因此，如果我们把Wolfram|Alpha送出去，就等于在尽可能广泛的范围内，把我们的文明信息用集中的、可计算的形式发送。

当然, 公共版本的Wolfram|Alpha是关于一般的公共知识。那么关于人类和人类状况的更详细信息呢？

像电子邮件存档、个人分析和录音, 等等。是的, 我有关于自己30多年的数据, 我收集这些个人数据是因为这对我来说很容易。

但这些数据有什么用呢？至少在原则上，你可以通过这些数据重新构建一个我: 换句话说，你可以创建一个 AI 系统，它对事情的响应，几乎和我一样。

当然, 人们可以设想去"追本溯源"，直接从人脑中读取信息，虽然目前我们还不知道该怎么做。但是如果我们的信息接收者比我们先进, 那么我们必须假定这种可能性, 即提供一个大脑, 他们就能知道它会做什么。 事实上, 最显而易见的可以发送的东西是通过人体冷冻技术保存的人 (虽然听上去有点恐怖，而且是的, 这要求在星际空间的温度下仍然保存完好。)。当然, 讽刺的是, 这跟埃及人制造木乃伊的想法竟然相当相似，尽管我们的技术更好 (即使我们还没有完全解决人体冷冻学的问题)。

还有更好的办法吗？也许需要借助 AI 和数字技术, 而不是生物学。那我们面临的将是不同的问题。是的，我预计我们能够使 AI代表我们文明的任何方面。但是, 我们必须决定什么是 "文明的精华"。

这与我们应该为 AI定义的道德和"宪法"紧密相关。如果我们发送的是生物学上的人类, 我们会得到我们所发送的每一个人碰巧拥有的特质。但是, 如果我们要发送 AI，那么我们就必须在无限可能的特征范围内，确定代表我们的文明的最佳方式。

无论我们发送的是生物人还是AI，都不能保证会产生任何成功的沟通。当然, 我们的人或AI 可能会尽他们所能去理解和回应那些把他们捡到的外星人。但也可能是无望的。是的, 我们的代表也许能够辨认出外星人, 并观察他们正在做的计算。但是, 这并不意味着他们之间能够进行有意义的交流。

至今为止，我们还没有在宇宙的其他任何地方发现任何我们认为是外星人的迹象。即使在我们自己的星球上, 我们也还没有成功地与其他物种进行认真的沟通。

但就像大流士（Darius）或奥西曼德斯（Ozymandias）一样，我们不应该放弃希望。我们要把发送的信标当作一个个纪念碑。也许它们会在"来世"有用。这些信标可以作为一个出发点，让我们思考在我们的文明成就中，到底有哪些成就令我们引以为傲，有哪些成就我们想要以最好的方式保存和庆祝。我很荣幸为这一努力献上一臂之力——这就是我一直在积累的计算型知识。

END