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面對不說人話的外星人,我們該如何交流?

如何和外星人吧啦吧啦。

面對不說人話的外星人,我們該如何交流?

Tianhua Mao

尋找外星文明,為何不試試非人類的溝通方法?鯨能夠在全球性範圍內進行溝通,它們這個技術由來已久,比人類祖先出現得還早。蜜蜂在人類學會投票前已經開始用跳舞傳遞信息,「民主」地決定去哪裡采蜜。類似的例子不勝枚舉。凡是研究過動物溝通技術的學者,都認為動物在這方面並沒有那麼落後。

通過研究動物的溝通方法,一些科學家製造了新型感測器,一種能夠對「溝通智慧」進行過濾的機器,可以用來鑒別來自太空的信號是否來自先進的文明。人們通常通過尋找頻段狹窄的無線電信號,或快速閃爍的恆星光學信號來定位外星人。根據我們目前的知識,這樣的信號必然是人工的,一旦發現就意味著這些外星生命擁有星際溝通能力。人們通常會捨棄寬波段無線電信號和較慢的光學脈衝,因為我們不好辨別些信號的源頭。雖然這些無線電信號也有可能是智慧文明發出的,但它們同樣有可能來自大自然,比如星際氣體雲。我們沒有辦法把它們區別開來。

面對不說人話的外星人,我們該如何交流?

會句法的鯨。座頭鯨之間溝通方式的複雜程度可以和人類語言相媲美。相似的原理對於我們和外星文明進行交流可能有用。維基百科

簡而言之,來自智慧文明的信息,很有可能會因為它的表現不符合預期而被我們忽略。而這很可能就是我們搜尋了50年也還沒有結果的原因。

過去十幾年間,部分科學家對另類的溝通方式進行了探索。在把信息學應用到人類和動物的溝通體系上後,我們已經能夠發現,某些物種能夠用我們難以理解的方式進行複雜的交流。(之所以稱「溝通體系」而不是語言,是為了避免先入為主,其它物種的語言並不一定需要符合人類的標準。)在一些類似於句法的通用規則下,它們能夠進行複雜的溝通,而這種溝通足以被稱為「智慧」。假如我們能夠收集到足夠多的信息樣本,那麼我們就能夠量化這種規則的複雜性。在數學和信息學理論中,這樣的結構被稱為「條件信息熵」,是由溝通的基本單元,如字母或音素的數學關係構成的。當我們說話時,這種結構便是語法。它存在於更基本的層面上,比如在我們把聲音連接成單詞和句子的過程中。現在,科學家已經開始在加州的SETI研究所,尋找存在於數據中的類似結構。

由於聲音信號比較容易進行分類,美國加州大學的一些科學家針對一些既有複雜的社會性,同時又高度依賴聲音進行溝通的物種進行了研究。這些研究對象包括三個物種:瓶鼻海豚、松鼠猴和座頭鯨。

在早期使用統計學對人類語言進行研究的成果中,哈佛大學語言學家喬治·齊夫的「齊夫定律」非常出名。在英語中,e"s這樣的結構比t"s多,t"s又比a"s多,以此類推,最不常見的是q"s。假如我們把這些結構出現的頻率按照降序從e到q進行排列,並在一張雙曲線圖上加以呈現,那麼我們就會發現它們剛好構成了一條45度的直線,亦即一條斜率為-1的直線。奇妙的是,無論是漢語、日語、德語、印地語還是其它語言,只要把它們對話中的字母、單詞和音素按出現頻率進行排列,結果出來的這條直線斜率都是-1。只有嬰兒期發音的直線斜率低於-1,原因在於嬰兒期的發音基本上是無序的。而隨著嬰兒的語言能力不斷增長,這條直線的斜率會慢慢上升,並在24個月前後到達-1。


它們無需接收全部信息,就完成了對信息的修補。

那些利用數學進行研究的語言學家認為,這條斜率為-1的直線,證明只要發音和字元擁有足夠高的複雜性,就能構成一種語言。這是一個必要但不充分的條件,也就是說它表明語言具有複雜性,但並不足以證明這種複雜性。據齊夫自己所說,-1的斜率是一種妥協的結果,他稱之為「最省力原則」。它在信息的發送者和接收者之間達成了一種平衡,前者希望以最少的能量發送信息,而後者希望獲得足夠多的信息,來確保收到的內容是完整的。

將信息學應用到語言學研究中的關鍵,是要把語言分解成獨立單元。把摩斯電碼分解為點和線後,我們得到的直線斜率只有-0.2左右。而假如我們把它們分解為由多個點和線組成單元——比如點點,點線,線點,線線或更長的序列,那麼這條直線的斜率就會接近-1。這反映了字母在溝通體系的編碼方式。通過這種方式,我們能夠反解出語義的基本單元。

大部分語言學家認為,齊夫定律僅能反映人類語言的特點。因此當科學家發現成年瓶鼻海豚的叫聲頻率遵循同樣的規律時,很自然地會感到興奮。在錄下兩頭幼年海豚降生時發出的叫聲後,科學家發現它們叫聲的齊夫定律直線斜率和人類嬰兒的囈語是相同的。但幼年海豚能夠通過學習掌握它們的語言,這一過程和人類嬰兒學習語言並無不同。當這些海豚12個月大時,它們叫聲的齊夫定律直線斜率就達到了-1。

雖然我們無法破譯瓶鼻海豚在說些什麼,但是我們可以確認它們和鯨類擁有一個內在複雜性接近人類語言的溝通體系。這種複雜性讓它們之間的溝通擁有了適應性。任何生物要進行信息交換,都必須有能力把信息從嘈雜的背景聲中抽取出來,都必須有能力進行對缺失的信息進行修補。人類語言的結構帶有這種適應性。在最基本層面上,這樣的結構能夠決定接下來可能會出現什麼樣的字母。假如我說,我在想一個單詞,並請你猜測我想的是哪一個單詞,那麼你最有可能會猜這個單詞是以「t」開頭的,因為英語中以t開頭的單詞最常見。作出這樣的猜測多半是為了穩妥起見,但並不包含信息。假如你猜首個字母是「q」,且結果你猜對了,那麼你就獲得了一些和我腦中這個單詞有關的真實信息——這是一個以「q」開頭的單詞。

現在讓我們更進一步。假如我告訴你,這個字母是某個首字母為「q」的單詞中的第二個字母,那你可能會立刻猜出它是「u」。為什麼?因為你清楚,這兩個字母在英語中通常都會在一起。在這種情況下,為了猜出丟失的字母,你不僅考慮了字母出現的可能性,還考慮了兩個字母能夠相連的條件概率——也就是當「q」已經出現時,字母「u」出現的概率。當我們需要對傳播中出現的錯誤,比如紙上缺失的字,或電話中模糊不清的發音進行修補時,我們的大腦就會對條件概率加以利用。

對英語單詞而言,條件概率最多可以和一行句式中的九個單詞有關。假如一行中缺失了一個單詞,那麼我們就可以通過上下文猜出它是什麼;假如一行中缺失了兩個單詞,那麼我們也能夠通過上下文修復這個句子。假如我們看到這樣一個缺詞的句子:「How are ( ) doing today?」那我們能夠非常輕鬆地補出缺失的單詞「you」,因為我們熟知英語的語法規則。如果句中缺失兩個單詞:「How ( ) ( ) doing today?」那麼這個句子就有可能是:「How is Joe doing today?」當然還存在其它的可能。所以很明顯,缺失的單詞越多,通過上下文進行修補的可能性就越低,也就是說條件概率越小。對於大部分書面語而言,在一行缺失九個單詞的情況下,條件的相關性就會消失。當缺失十個單詞時,我們就再也無法得到任何與這些單詞有關的線索了。在信息學的語言里,人類單詞所包含的信息量(熵)會以九為基數增加。

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動物的溝通體系中也存在著相似的條件概率。座頭鯨以其動聽的「歌聲」而著稱,它們會在前往夏威夷交配時發出這種美妙的聲音。而當它們在阿拉斯加海域時,所發出的兩種聲音是明顯不同的:它們用一種聲音把魚趕入氣泡網以便捕食,用另一種聲音在彼此間交談。科學家錄下了這些聲音的兩個版本:一個帶有船的噪音,另一個沒有。然後用信息學對這些聲音進行量化分析,計算它們為了確保信息的正確傳遞而作的調整。

不出所料,當船的噪音出現時,座頭鯨放慢了發聲的速度。這種做法和我們打電話時為了讓對方聽清楚而大聲嚷嚷在本質上是相同的。但座頭鯨交談速度的放慢,只達到了理論預期的五分之三。原因可能在於在它們的溝通體系內,擁有足以修補其餘五分之二信號的結構規則。座頭鯨有效地在它們的單詞間運用了條件概率。無需接收全部信息,就完成了對信息的修補。

海豚的溝通方式中也有內在結構。但最大不同是,海豚語言內核包含的信號類型只有50種,座頭鯨包含了數百種。科學家們仍在通過收集數據,來測定存在於座頭鯨溝通體系中的最高級別信息量(熵)。

為了檢驗這種方式在區分智慧生命信號和天體物理學信號方面的能力,科學家們從射電天文學那裡獲取了樣本。1967年天文學家Jocelyn Bell Burnell和Antony Hewish收到了一顆恆星發出的脈衝信號,他們稱這個信號為「小綠人」。由於這個信號非常有規律,因此起初有人猜測它們可能是高級地外文明的燈塔。但當科學家分析了這些來自船帆座脈衝星的脈衝信號後發現,它的齊夫定律直線斜率只有大約-0.3,和我們所知的任何語言都不相符。而且科學家還發現,脈衝信號內所包含的條件概率結構非常少,或根本不存在。所以這個信號實際上來自已知的自然現象——一個超新星的遺迹,一顆脈衝星。利用信息學的方法,我們能夠輕而易舉地將可能存在的智慧信號和自然信號相區別。

科學家們還對SETI研究所利用艾倫望遠鏡陣列獲得的微波數據進行了分析。艾倫望遠鏡陣列總共包含有42台單體射電望遠鏡,它所觀測的頻段是1至10吉赫。除了運用常用技術進行觀測外,科學家又利用信息學,對其收集到的數據進行了分析。假如能夠從中發現某些遵循齊夫定律的信號,那麼他們就可以進一步從中尋找類似於句法的結構,並對候選信息的複雜性進行量化分析。

即使是極為發達的地外文明,要對知識進行傳遞,也需遵守信息學規律。也許我們會因為缺乏常用符號而無法破譯信息的內容(座頭鯨的情形與此相似),但我們也有機會一瞥它們的溝通體系所擁有的複雜性。假如外星文明信號所包含的條件概率是以20為基數的,那麼我們不僅可以斷定這個信號是人工的,而且可以斷定這是一種比地球上的任何溝通方式都要複雜的語言。由此,我們也將有機會了解一種能夠進行信息傳遞的外星智慧物種的思維方式。

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