外星语言如何识别?


利维坦按:想要了解和明白一种语言,我们往往是根据自身已掌握的语言结构和语法来顺藤摸瓜,比如如果你熟悉普通话,在听到四川话的时候会不自觉地对位普通话的发音,从而明白四川话的语言内容。可是,一旦很多发音都无法对位普通话,估计你就抓瞎了……比如浙江话。


Kinuk"aaz语

我们熟知的戴维·J.彼得森(David J. Peterson)也能发明诸多语言,比如《权力的游戏》里的高等瓦雷利亚语(High Valyrian),《抗争之城》里的外星语Kinuk"aaz等等。这不禁让人想到托尔金(J.R.R.Tolkien),作为一位空想家和语言家,他曾用了数十年时间发展昆雅语(Quenya)、辛达语(Sindarin)以及中土世界的其他语言。


那么,问题来了:外星文明的语言会遵循什么规律呢?或许,我们可以从身边的座头鲸开始入手研究一下。


文/Brian Resnick

译/大药

校对/Maybeshewillx7

原文/www.vox.com/science-and-health/2018/12/6/18119950/seti-alien-communication-humpback-whales

本文基于创作共同协议(BY-NC),由大药在利维坦发布

文章仅为作者观点,不代表利维坦立场

数十年来,一群肩负着寻找外星生命任务的研究人员一直耐心地倾听着来自宇宙的声音。在位于加利福尼亚山景城(Mountain View)SETI(Search for Extraterrestrial Intelligence,搜寻地外文明计划)机构的研究中心,他们寻找着来自外星生物的讯号,或是无线电波。

虽然,在茫茫宇宙中存在外星生物似乎是个合理的科学事实,但我们有可能许多年都一无所获。同时,这些人还面临着一个亟待解决的问题:我们如何在毫无概念的基础上识别出一种外星语言呢?我们怎么知道收到的信号是语言而不是某种胡乱的噪音呢?

这就是SETI的科学家劳伦斯·多尔(Laurance Doyle)致力于解决的大问题。他相信,我们有办法辨别出外星人的语言。这个信念的基础就是地球上生物们互相交流的方式。不骗你。

据多尔说,对太空来讯的辨认分为两个主要的步骤,需要的技术只有一门名为“信息论(information theory)”的数学分支。最近,多尔带我过了一遍这个流程。

步骤一:讯号符合名为齐夫定律(Zipf’s law)的特殊范式吗?


(建议wifi环境下打开)

你听过座头鲸的歌声吗?它们短促、尖利、洪亮的声音不太像是属于这个世界。如果非要在地球上找一种可以类比外星生命交流手段的语言的话,那很有可能是鲸语。

座头鲸用歌唱的方式在个体间交流,也应用于它们的合作狩猎、社交等等。宽吻海豚则用欢快的叫声与同群的成员交流,人们相信,这种喳喳的叫声让它们能更好地团队合作。

科学家们不清楚这些鲸和海豚们交流的内容,但他们推测,它们发出的声音也许是种语言,因为它和地球其他所有的语言一样,符合相同的数学模式。


语言学家乔治·金斯利·齐夫(1902-1950)。图源:Revista C2

这种模式名为齐夫定律,以一位生活在20世纪上半叶的美国语言学家乔治·金斯利·齐夫(George Kinglsey Zipf)命名。

齐夫热衷于找出英语和其他语言中最常见的字母和单词。开始,他分析了詹姆斯·乔伊斯(James Joyce)在小说《尤利西斯》(Ulysses)中使用的全部字母——字母“E”,字母“A”,甚至字母“Q”的数量,多尔向我解释道。

如果你在对数尺度(一种以次级加减的度量方法)坐标系中画出最常用字母和最少用字母的使用频率,你能得到一条成45度角向下倾斜的线。这意味着,我们最常用字母(E、A)的使用频率是那些最不常用字母的几次方之多。

这种模式也适用于单词:英语中最常见的单词——例如“the”,“a”,以及“I”——比例如“appropriate”这种不常见的词语使用的频率要高出非常多。这对于所有的人类语言来说都是共通的。

为什么呢?

齐夫定律反映了语言中在复杂和简单间巧妙的平衡。它展示了语言的语法——一种始终如一的组织文字顺序的方式。我们用简单、常见的词——冠词、代词、介词——搭起语言的脚手架,然后用更加复杂、具体的词汇令之生色。

在研究中,多尔发现,宽吻海豚的叫声符合齐夫定律,这意味着如果你记录下它们发出的每一种声音,也就是它们的“信号”,其中一些的使用频率和其他的声音存在指数级的差别。座头鲸的吟唱和齐夫定律中划定的比例有出入,但依然很接近。这不意味着这些生物是继我们最聪明的哺乳动物(虽然它们可能就是)。但这意味着,它们交流方式的背后有着复杂的系统,它们复杂的脑部结构促成了这一切。


图源:Pinterest

整体上,多尔认为齐夫定律在证明一种交流体系的复杂程度上是个“必要但不足够的系统”,他说。,“它能快速地筛选出智力的存在。”

这就意味着,齐夫定律可以成为我们倾听外星人的起点。SETI的分析人员可以分析来自外星人传来讯息的结构,观察其中是否有讯号和其它讯号的出现频率存在指数程度上的差异。如果答案是肯定的,这就能成为一条重要的线索。

第二步:这种交流方式包含条件概率(conditional probabilities”吗

如果要确认一个来自外太空的信号的确是种语言,齐夫定律是不够的。即便一个信号符合齐夫定律也可能只是个巧合。

要判断语言是种语言,它还得有一样名为“条件概率”的属性。

如果我给出一个字母“Q”,你觉得下一个字母会是什么?你可能会回答“U”。这就是“条件概率”,我们的语言有着相互关联的结构。“U”通常跟在“Q”的后面,不仅如此,这种关系也作用于单词。条件概率意味着,如果我写一张纸条,抹掉其中的一个词,例如“X今天怎么样?”,你也许会猜到,那个词可能本来应该是“你”。

判断一种外星语言是否有条件概率并非易事。但是在寻找方法的途中,多尔依旧回到了座头鲸身上。


图源:Pinterest

他相信,座头鲸的语言中存在条件概率。当水中有例如船声的噪音时,鲸语就不会那么清楚,但它们依然能明白吟唱的意思。在有噪音的环境下,鲸们会减缓交流的速度——但不会像你想的那样,它们从不费力地把每个音节都唱清楚。

外星生命也可能显示类似的语言模式,以克服宇宙中的干扰,就像在海中的鲸一样。这就是你可以量化和测量的部分了。通过“信息论”的数学方法,我们在判断一种语言如何应对干扰和噪音的时候,可以计算出这种语言中熵的数量级。一个信号中熵的数量级越高,就意味着这种语言更加复杂。

但是我们必须先从动物中获取更多的信息,才能知道是否存在一个共通的模式标准,以确定这种条件概率在言语中是必定存在的。

目标:我们能通过交流的模式判断出一种生物的智慧程度吗?

这就是多尔研究动物交流的目的:他希望能建立起根据动物交流的复杂程度衡量脑容量的方法。他认为,如果这套度量方法在动物身上成立,那么也应该可以被应用在外星人身上。这种方法可以帮助我们弄明白讯号是到底是来自一种智慧程度远超我们的生物,还是和我们差不多的外星物种。


图源:Above Top Secret

多尔说,这种方法的作用方式和“脑化指数(encephalization quotient)”差不多。后者指的是随着相对脑容量的增加,某个物种的智力通常也会更强。人类的颅骨与黑猩猩的相比有更大的空洞以容纳大脑。人比猩猩更聪明。

我们认为我们可以构设一种‘交流脑化指数’……以衡量物种交流方面的智力,”多尔说。这个指数虽然还不存在,但它能帮助我们明白,蜜蜂间的交流是因为它们只有蜜蜂的小脑子,而鲸鱼之间(更复杂)的交流则是由于它们有更大的大脑。

“我希望能看到地球上全部生物的分布以及它们的交流系统,”多尔说。


图源:Above Top Secret

然而,即便我们手头有这样的一个数值系统,我们也无法知道外星生命语言的内容。但是通过分析它们的语言模式以及语言的复杂程度,还有它们的智慧程度,我们会知道的。

我们也有可能发现,它们交流方式的先进程度远超我们,掺和了许多层没指望我们理解的复杂规律。这还挺有意思的,也有点儿可怕。

多尔说:“如果外星人说,‘到这时,我们将必须已经被做成那件事了,’那我们可搞定不了。”

所以,我们也许会发现他们的语言对我们来说,和我们的语言之于狗是差不多的。狗能听懂几个词汇,服从基本的命令。但它们的大脑中并没有我们语言范式的存在(题外话:如果您的狗能听懂英语或者其他语言中的过去分词,请给我发来电邮。)

为什么这种思想实验不是完全没有意义的?

如果这些东西听起来假设的成分太多,那是因为在某种程度上,它们的确如此。我们还没从茫茫太空中收到任何来信。有人花这么多时间思考这件没谱的事似乎挺傻的。

但是许多人,包括严肃的科学家认为,如果人类是这个星系中或者宇宙中的生命或者智慧生命,那才荒诞呢。已故的物理学家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)说,他倾向于相信(虽然也没有十分把握):“宇宙中有另外的智慧生命”,而他们只是尚未注意到我们。

如果外面的确有别的物种试图接触我们,我们最好还是有所准备,认真聆听。而我们要听,就最好弄清楚到底要听什么。

从另外一个现实的角度讲,这几年来,“外面有什么”这个问题已经不那么抽象了。在过去的20年中,多亏了开普勒(Kepler)任务这样的太阳系外行星探索行动,我们知道可在银河系中行星的数量比恒星还要多。


图源:Tenor

有些是像木星(Jupiter)土星(Saturn)那样的气态巨型星。其他的则体积较小,由岩石组成,我们的地球和火星就是如此。有些星球,例如TRAPPIST-1(2MASS J23062928-0502285,一颗表面温度极低的超冷红矮星)星系中的大部分行星,处在各自太阳系的可居住范围,这些星球表面有流动的水。我们不知道其中多少有生命存在,但是这些发现刺激着我们对这些世界以及可能居民的想象。

这个研究的意义也在于让我们的目光转向身边的世界,更透彻地了解了动物间是如何交流的。随着对地球上交流系统的深入研究,科学家们也可能在某天发现齐夫定律之外的新的有趣模式。


图源:Hampshire College

以粘菌(slime mold)为例,它是种超有机体(superorganism),一具粘菌的身体由成千上万个类似于变形体的个体组成。它们似乎也可以交流,并且拥有智力,虽然它们实际上并没有一个神经细胞。粘菌是如何交流的?科学家们仍在解决这个问题,而在研究途中,他们可能会遇到新的惊喜,并可能应用在外星人语言的破译上。

整体而言,这类研究提醒着我们,在地球的大自然中有许多奇妙的值得研究的东西,说不定还能与它们交流。“如果座头鲸的语言有英语一般的复杂结构,总有一天,我们可以把英语翻译成它们的语言,”多尔说。这样,如果我们能和鲸说话,我们与外星人交谈的准备工作就更完善了,当然了,他们得先有给咱打电话的意思是不是?

“我们抬头看着天空喊:‘有人么?’,旁边的座头鲸说,‘哦耶’,”多尔说道。在准备好和外星人聊天之前,“地球上还有百万种交流系统等着我们呢。”

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