“你怎麼知道地球上只有我們這一個文明？”
美國宇航局（NASA）戈達德空間研究所（GISS）主任加文·施密特（Gavin Schmidt）只花了五分鐘就讓我不知所措。
GISS是世界級的氣候科學研究機構。去年的一天，我帶著一個異想天開的提議，來到了GISS。作為一名天體物理學家，我開始從“天體生物學的角度”研究全球變暖。這意味著研究宇宙中的所有工業文明是否將通過自身的活動，引發各自所在星球的氣候變化。
拜訪GISS那天，我希望獲得一些氣候科學方面的見解，還想找幾位志同道合者共同開展研究。我就是這樣來到了施密特的辦公室。
我向施密特介紹我的來意時，他中途打斷了我。
“等一下，”他說，“你怎麼知道地球上只有我們這一個文明？”
我過了好幾秒才回過神來。走進施密特的辦公室之前，我就做好了因為提到“外星文明”而遭受白眼的準備。但他問話中所指的文明可能存在於數百萬年前的地球。坐在那裡，想著漫長的地球進化史，我感受到了時間帶來的眩暈感。“是啊，”我結結巴巴地說道，“我們怎麼知道在久遠的過去是否曾有一個工業文明？”
然後，我們就再也沒有說起外星人了。那第一次談話催生了一項我們最近發表於《國際天體生物學雜誌》的新研究。但當時我們兩人都沒有意識到，施密特的深刻問題開啟了一扇窺視地球歷史和人類未來的窗戶。
我們習慣於根據沉沒的雕像和地下的廢墟來猜想已滅絕的文明。如果你只對幾千年前的文明感興趣，這些文物能提供很大幫助。但如果把時鐘倒回到數千萬年甚至幾億年前，情況會變得更加複雜。
要說工業文明的直接證據（比如城市、工廠和道路），地質記錄最多隻能追溯到260萬年前的第四紀。例如，最古老的大片古地表位於內蓋夫沙漠，“只有”180萬年曆史。更古老的地表主要可見於懸崖或岩石的橫截面。至於比第四紀更加古老的年代，一切都已變成了塵埃。
那麼，研究人員能否找到明確的證據，證明在人類文明誕生之前很久，曾有某個古代物種創造了相對短暫的工業文明？例如，在6000萬年前的古新世時期，某種早期哺乳動物短暫地崛起，創建文明。當然有化石，但能夠變成化石的生活痕跡總是少之又少，並且因為時間和棲息地的不同而差異很大。因此，很容易與只持續10萬年的工業文明擦肩而過。但哪怕是10萬年，也比迄今為止的人類工業文明歷史長了500倍。
經歷了數百萬年的風風雨雨後，所有的直接證據早已消失，什麼樣的證據可能留存至今？想要回答這個問題，最好方法是想一想如果人類文明在現階段毀滅，我們會留下哪些證據。
如今，我們的工業革命已經真正走向全球，人類的集體活動留下了各種各樣的痕跡，可被1億年後的科學家發現。例如，為了填飽70億人的肚子，化肥被廣泛使用，但這也意味著我們把地球的氮元素重新用於糧食生產。未來的研究人員應該可以在我們這個時代留下的沉積物氮特徵中發現這一點。同樣，我們不斷地使用稀土元素製造電子產品。正是因為我們的存在，地球表面的稀土元素原子才多了許多，它們可能也會出現在未來的沉積物中。現在，我們創造和使用的合成類固醇已經無處不在，也可能在1000萬年後的地質層中被發現。
還有不計其數的塑料。研究表明，越來越多的塑料“海洋垃圾”正沉積到世界各地的海底，不管是沿海區還是深海區，就連北極圈都有。大塊的塑料製品在風、陽光和波浪的作用下分解，使海洋充斥著微小的塑料粒子，最終降落到海底形成地層，歷經久遠的地質年代之後依然會存在。
重要的問題在於，人類文明留下的痕跡能存在多久。我們在研究中發現，每個痕跡都有可能變成未來的沉積物。但諷刺的是，對人類文明威脅最大的一個人類活動副產品，反而最有希望證明人類曾經作為先進文明而存在過。
當我們燃燒化石燃料時，曾經作為活體組織一部分的碳被重新釋放到大氣中。這些古老的碳衰變成這種元素的三種天然同位素之一。我們燃燒的化石燃料越多，這些碳同位素就越不平衡。大氣學家把這種變化稱為Suess效應。100年來，使用化石燃料造成的碳同位素比值變化非常明顯。氣溫的上升也留下了同位素信號。未來的科學家只要對來自我們這個時代的岩石層進行化學分析，應該就能發現這些變化。此外，“人類世”地層可能也透露了氮、塑料納米粒子甚至合成類固醇短暫猛增的蛛絲馬跡。因此，如果說這些是人類文明必然留給後世的痕跡，同樣的“信號”是否存在於現在的岩石中，等著向我們講述那些早已滅亡的文明？
5600萬年前，地球經歷了古新世-始新世極熱事件（PETM）。在PETM期間，地球的平均氣溫比現在高出9攝氏度。那是一個幾乎沒有冰的世界，因為兩極的典型夏季溫度接近21攝氏度。科學家發現，PETM同位素記錄中的碳和氧同位素比值升高，與我們預期在人類世記錄中所看到的情況如出一撤。地球歷史上還有其他類似PETM的事件，顯示的痕跡就像我們假設的人類世信號。這些事件包括一個發生於PETM之後幾百萬年的事件，被稱為“神秘起源的始新世地層”，以及使海洋在好幾千年（甚至更長）時間裡沒有氧氣的白堊紀大事件。
這些事件是不是史前工業文明留下的痕跡？幾乎肯定不是。雖然有證據表明，PETM可能是埋藏在化石中的碳大量釋放到空氣中所致，但重要的是這些變化的時間。PETM的同位素峰值在幾十萬年內有起有落。但是，人類世在地球歷史上之所以如此突出，是因為我們將化石中的碳以極快的速度釋放到大氣中。地球上曾經有過二氧化碳含量與如今相當甚至更高的地質時期，但在地球數十億年的歷史中，從未有如此之多被埋藏的碳被如此迅速地釋放到大氣中。因此，我們在地質記錄中看到的同位素峰值可能升高幅度不夠劇烈，不符合志留人假說的要求。
但這裡有一個難題。如果早期物種的工業活動是短暫的，我們可能無法輕易發現。PETM的同位素峰值主要向我們展示了地球對造成峰值的原因作出反應的時間，未必是原因發生的時間。因此，可能需要專用和新穎的檢測方法，來尋找古代沉積物中短暫事件的證據。換句話說，如果不是刻意地去尋找，可能就找不到。這種認識也許是我們在研究中得出的最具體結論。
作者寫論文提出自己不支持的假說，這種事情很少見。施密特和我不認為地球曾在5000萬年前有過古新世文明，但對能否“看到”遠古工業文明的研究，會迫使我們去探索文明可能對所在星球產生的一般性影響。這正是氣候變化的天體生物學視角。文明創建意味著從所在星球獲取能源來做工作（也就是文明創建的工作）。一旦文明達到真正的行星尺度，肯定會對耦合的母星系統（空氣，水，岩石）產生一些反饋，對於像我們這樣還在攀登技術能力階梯的年輕文明來說尤其如此。換句話說，天下沒有免費的午餐。雖然一些能源造成的影響較小（比如說太陽能對比化石燃料），但要驅動一個全球性文明，必然會對所在星球造成某種程度的影響。
一旦你通過氣候變化意識到必須尋找影響較小的能源，你造成的影響就會更小。文明變得越具有可持續性，給後代留下的痕跡就越少。
另外，我們還推測，一些行星可能存在化石燃料導致的文明興起與滅亡循環。如果一個文明使用化石燃料，由此引起的氣候變化會導致海洋含氧量大幅下降。這樣的低氧水平（稱為海洋缺氧）有助於引發原先形成石油和煤等化石燃料所需的條件。如此一來，一個文明及其滅亡可能為未來的新文明播下種子。
探究那些消失在時間長河中的文明也就等於探索有沒有普遍的規則引導著所有生物圈在創造潛能方面的進化，包括文明的出現。即便沒有開皮卡的古新世人，我們直到現在才開始去了解那種可能性會有多大。
翻譯：于波
校對：其奇
造就：劇院式的線下演講平臺，發現最有創造力的思想
閱讀更多 造就 的文章
