如何識別外星文明的語言？

上周我們介紹了南斯拉夫那些宛如外星建築的紀念碑，今天叫主想再聊一聊外星文明的話題。

畢竟，在我們周而復始枯燥艱難的生活之外，還可以對遙遠的世界留有一些幻想。

正如我們的slogan所揭示的，除了生活的真相，叫主也會講講世界的本質。

去年一部熱映的科幻片《降臨》，讓許多人開始關注外星文明語言這個話題。而《三體》中，更是詳實地描繪了人類是如何接聽地外文明的信息的。然而這些科幻作品中的元素，還真的是一門研究。

在真正的科學界，的確有一些科學家一直以來都在進行著相關的研究，比如加利福尼亞州山景城SETI研究所的天體物理學家們。長久以來，這些SETI（Search for Extraterrestrial Intelligence，尋找外星文明）科學家們所關注的一個問題是：

如何才能從紛繁複雜又雜亂無章的宇宙噪音中，真正識別出屬於外星人的信號呢？

換言之，怎樣才能確定一個外太空信號的源頭，來自於一個非生命體自然物，還是一個外星文明呢？

通過對太空信號孜孜不倦地搜尋，SETI學者們試圖尋找一些具有窄帶寬且快速閃爍的光源信號，根據已知的天體物理學，這種信號很可能屬於人為製造的信號。

而那些寬頻無線信號和較慢的光脈衝，一般而言可能來源於自然界，比如星雲的脈衝等等。

然而另外一個問題是，即便我們發現了這些信號，又如何進一步確定它一定屬於智能生命體呢？畢竟，我們並沒有接觸過任何地球以外的生命體，更談何去了解它們的語言呢？

既然不能從地球外去了解，所幸我們還可以了解我們的同類：一些同樣具備交流溝通能力的動物。比如通過舞蹈來傳遞信息的蜜蜂，以及擁有複雜語言能力的座頭鯨。

座頭鯨是一種具有高超溝通能力的動物，它們早在百萬年前就發展出了語言，甚至比智人還要早。

海洋學家們通過觀測和捕捉座頭鯨的聲音，已經對它們的語言有了相當多的了解。

比如，當它們游到溫暖的南太平洋進行求偶交配時，就會發出渾厚的歌聲。而當它們在接近北冰洋地區進行捕獵時，就會發出類似吐氣泡一樣的「啵啵」聲，引誘魚類上鉤。此外，當它們在團隊作戰狩獵時，還會進行互相交流。

通過長期的研究，海洋哺乳動物學家發現了一個更有趣的現象。

正如我們人類在打電話時，如果遇到通話質量不好的情況時，會下意識地選擇放慢語速，並嘗試著重複自己的話來確保對方能夠理解自己的意思。有些時候，這種交流中大量的辭彙是冗餘的，甚至是可以互相替換的。這種交流的目的，是確保即便溝通過程中丟失了一些詞語，也不會影響到對方的理解和判斷。

而座頭鯨也有著同樣的行為。

當它們在充滿船隻的海底進行遠距離溝通時，毫無疑問會遇到這些船隻產生大量噪音的問題。因此，如果它們在這樣的環境下交流，也會情不自禁地選擇放慢語速，並選擇另一種在干擾狀態下交流的語言模式。

在這種抗干擾模式下，它們的交流信息量會損失五分之二。科學家們很快意識到，它們即便進行這種低效的溝通，但仍然能夠保證信息傳播的正確率。

這是為什麼呢？

顯然，這說明座頭鯨（以及很多其他鯨類）具有足夠複雜規則結構的語言，可以利用等效的語言辭彙，來填補那丟失掉的五分之二的信號。

就好比我說：今天的天氣很好，陽光明媚。如果你聽到的是，今天的天很好，明媚，也完全不會妨礙你能get到我的意思。

基於這種觀察，兩位來自加利福尼亞大學戴維斯分校的SETI學者，布倫達·邁科萬（Brenda McCowan）和希恩·漢瑟（Sean F. Hanser），決定研究在社會結構上非常複雜，以及高度依賴語言溝通的三種物種，它們的語言類型可以很容易地被辨別出來。

這三種物種分別是：寬吻海豚（Tursiops truncatus），松鼠猴（Saimiri sciureus）和座頭鯨（Megaptera novaeangliae）。

這項研究的理論基礎，是基於語言學研究中非常經典的齊普法則（Zipf's Law）：

所謂齊普法則，是由是由哈佛大學的語言學家喬治·金斯利·齊普（George Kingsley Zipf）於1949年發表的實驗定律。它可以表述為：在自然語言的語料庫里，一個單詞出現的頻率與它在頻率表裡的排名成反比。

所以，頻率最高的單詞出現的頻率大約是出現頻率第二位的單詞的2倍，而出現頻率第二位的單詞則是出現頻率第四位的單詞的2倍。

具體解釋一下就是在英文的文本中，字母E比字母T出現的概率更多，字母T又比字母A出現的概率更多。以此類推，直到出現幾率最低的字母「Q」。那麼，如果以字母出現的概率降序排列出從E到Q的全部字母，將其出現的概率繪製在對數圖上，會形成一條近乎於45度線擬合值，即斜率為-1的線。

同樣的，不僅僅在英文里，在漢語中的文字，也可以得到這樣一個-1的斜率。日語，德語，印地語和數十種其他語言的對話的字母，單詞或音素也是如此。

似乎人類語言唯一的例外是嬰兒的呢喃，它的斜率小於-1。這是因為嬰兒發出的聲音幾乎是隨機是……然而，隨著小baby們開始學習語言之後，斜率就會逐漸向上傾斜，最終在一周歲時達到-1左右。

根據數學家和語言學家的研究顯示，這個-1的斜率表示給定的一系列聲音，或是書寫符號包含了足夠的複雜性，足以構成一種語言。

這是一個必要但不充分的條件，而且是一個從觀察角度得到的結論而非理論角度的結論。

但它卻令人驚訝地滿足信息理論，特別是關於傳遞信息時能量消耗的平衡。具體來講，當一個信息發送方試圖傳遞信號時，它希望消耗最少的能量；而對於信息接收方而言，它希望獲得最多的冗餘信息，以確保能夠接收一個完整的信息。

那麼，在這種雙方的平衡博弈之間，語言就自然而然地形成了一個-1的頻率。

有人曾經舉出反例，例如如果將摩斯電碼的點和杠以概率排列出來的話，會得到一個-0.2的斜率，這看起來和-1差得有點遠。

然而，這種排列並不科學，如果將點和杠的排列組合，比如點點、點杠、杠點、杠杠再按概率排序的話，斜率就會向-1接近。

因此，齊普法則從側面反映了一套語言系統中的字母是如何編碼的。通過它，語言學家就可以對語言原本的意義單位進行逆向破解。

再回到之前的話題，布倫達·邁科萬和希恩·漢瑟發現，寬吻海豚和松鼠猴的語言，也符合齊普定律。而且，雖然當它們的幼體時期和人類嬰兒一樣斜率偏低，但是當它們成年後，斜率就會非常接近於-1。

雖然語言學家還沒有能夠破譯寬吻海豚以及松鼠猴所說的語言，但有一點可以確定的是，它們和人類一樣，擁有一種內部結構足夠複雜的語言系統。

這種複雜性所帶來的好處在於，可以令彼此之間的溝通具有彈性，也就是容錯性，或者抗干擾性。

我們甚至可以推而廣之地認為，任何交換信息的生物都必須能夠做到這一點。

畢竟，環境雜訊，干擾障礙物和都會影響信號的傳播。人類語言的結構就是提供冗餘信息。從某種意義上說，正是這種抗干擾結構決定了給定字母所出現的概率。

正如叫主在前文里所說的那樣，我們只需要聽到一句話中的幾個詞，就可以猜到這句話大概的意思。這也是目前語音識別技術的理論依據之一。

然而，如果一句話中缺少的詞越多，那麼依賴上下文中去補完它們就越困難，它們之間所形成的條件概率也就越低。

對於大多數人類的書面語言，當一句話中連續丟失了九個詞時，那麼彼此之間的條件依賴關係將徹底消失，對於接受者而言將不知所云。

因此，在關於語言的信息理論中，人類的詞熵大約為九階。

正如前面所說，在寬吻海豚和座頭鯨的語言中也有類似的現象。只不過，相對於人類而言，它們的核心辭彙更多，比如寬吻海豚約有50個核心辭彙，而座頭鯨語言的核心辭彙更是高達數百個。但是，我們還需要更多的研究，以確認這倆貨語言的究竟詞熵有多高。

這種對於生命體語言的研究，或許也同樣適用於外星文明。

以目前人類科技的認知，在傳遞信息時，即使是非常先進的地外文明，仍然要遵守信息理論規則。

雖然由於缺乏對於核心信號的認識，我們可能無法破譯所獲得的信息，但同樣可以看出它們通信系統的複雜性，從而推斷出其為智能文明的可能。如果某個信號的條件概率達到很高的比如20階，那麼說明它們的語言複雜程度超過地球上任何一種人類語言。

1967年，天文學家喬瑟林·博奈爾（Jocelyn Burnell）和安東尼·赫維斯（Antony Hewish）發現了一種脈衝恆星，他們將其稱為「小綠人」。

這顆星體所發出的無線信號如此短暫，形成了一種頻繁的脈動，因此一些科學家最初猜測，它們可能來自於非常先進的外星文明。

在澳大利亞國家望遠鏡設施負責人西蒙·約翰遜（Simon Johnston）的幫助下，SETI學者重新分析了這顆Vela Pulsar星的脈衝信號，並獲得了約為-0.3的斜率。

很遺憾的是，這個數值與我們所知道的任何語言都不一致。

此外科學家們還發現，這些脈衝星的信號中，幾乎沒有條件概率結構的存在。因此，它們基本上不可能來自於一個高度發展的外星文明。（目前的研究認為，脈衝星信號是恆星變為超新星之後的自然殘餘物。）

通過信息理論，人類可以相對容易地區分智能生命信號和非生命體信號源。

SETI研究所的科學家們，依然在分析由一個龐大的艾倫望遠鏡陣列所得到的微波信號數據，這個由42台望遠鏡組成的陣列，包括從1到10千兆赫茲的頻段觀測。

或許有一天，我們會真的收到天外來客一億光年之外的訊息。

又或許，我們早就接收到了它們，只不過我們至今仍然懵然無知。

你們喜歡叫主今天這種類型的知識嗎？

不許說看不懂。

=THE END=