本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
這是我部落格上過去的一篇文章的更新和編輯版本。增加了關於手性的部分，其餘部分已進行編輯。
外星人想要什麼？
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搜尋地外文明（SETI）傳統上依賴於探測電磁波，最常見的是無線電波，但也包括紅外線和X射線輻射以及特定頻率的光學脈衝。但是，在不瞭解地外文明具體性質的情況下，我們需要探索所有可能的通訊來源，而不僅僅是基於電磁波的來源。因此，我們傳送或接收的訊息可以並且應該包括從符號訊號到實際物質樣本的一切，以表明智慧生命的存在。SETI是一項蘊含重大潛在意義的事業，僅僅依靠物理學是愚蠢的。我們需要在它的服務中使用其他科學。
為了做到這一點，將問題反過來問，如果我們宣佈我們的存在，我們會怎麼做，這是非常有價值的。我們會向潛在的 ET 監聽者傳送什麼樣的資訊？這種提問方式很有價值，但它始終包含著遭受人類中心主義的重大缺陷。我們太容易相信外星人的想法和我們一樣。儘管如此，從人類的角度思考為理解各種潛在的通訊形式開闢了道路。因此，我們應該告誡自己不要讓 ET 過分符合我們的模式，但仍然值得繼續沿著這條思路思考。
假設監聽文明至少和我們一樣先進，甚至可能更先進，並且假設他們正在積極監聽和傳送，那麼有一些關鍵的要求。其中之一是，據我們所知，資訊應儘可能地非人類中心和客觀。例如，數學被安全地認為是描述自然的通用語言，並且人們常常認為 ET 會使用某種數學來描述和解釋自然。同樣，我們傳送的任何物理資訊都應訴諸普遍規律和物質構成，這些規律和物質構成可以被認為是與人類的信仰和定義無關的。一旦滿足此條件，當然第二個要求是，該資訊應明確地被解釋為“人為的”，而不是自然產生的。應該有明確的證據表明其構造中存在刻意的“設計”。
這個要求比看起來更難滿足。正如我們所知，有許多自然實體遭受“設計幻覺”的困擾。海螺殼、雪花、生物體內部無數的解剖結構以及生命本身都遭受著設計幻覺的困擾。難怪創造論者和智慧設計支持者抓住了所有這些，並宣稱它們是智慧設計師的作品。事實上，如果我們不更瞭解塑造這些複雜結構的進化和自然選擇過程，我們也會認為它們是設計的，而且事實上，在達爾文出現並創作了他的偉大著作之前，我們確實是這樣認為的（理查德·道金斯的著作《盲眼鐘錶匠》中有一章精彩地講述了這些設計幻覺）。因此，在選擇要傳輸的資訊時，我們需要小心，確保它可以清楚地區分自然產生但產生設計幻覺的資訊和實際上必須由像我們這樣的智慧生物設計的資訊。為了確保資訊看起來是設計的，無線電天文學陣營提出了傳送傳達素數序列的資訊。如果等待一段時間後，我們收到一條包含序列中下一個素數的資訊，我們幾乎可以肯定該資訊是由一個發現了數學和因式分解的文明發送的，因此可以被認為是“智慧的”。
基於此背景，我問自己以下問題
“作為一名化學家，尤其是作為一名有機化學家，我將如何向外星文明傳遞分子資訊，以至於該資訊幾乎肯定會被解釋為由智慧生物設計的？”
這裡有兩個解決該問題的潛在方案。我的重點是資訊一旦被發現，就能被明確地識別為人工的。這些資訊最初如何傳遞給預期的接收者是一個非常不同的問題，我在這篇文章中沒有討論。
來自同位素的希望
有機化學家非常清楚自然產生的分子和人工合成分子之間的差異。葉綠素、青黴素和奎寧是自然產生的分子的例子，而尼龍、偉哥和 LSD 則是明確合成的。因此，化學家的衝動反應可能是建議將尼龍或 LSD 的樣品傳送給潛在的 ET 監聽者，作為明確“設計”的實體。但請回憶一下我們所說的關於創造設計幻覺的內容。偉哥可能是人造的，但實際上沒有理由說明原則上自然界不能製造它，即使在實踐中可能非常不可能。自然界非常擅長產生各種驚人的分子結構。據我們所知，我們將來某天可能會在某種不起眼的海綿中發現偉哥作為一種重要的交流分子。為了提供人工設計的有力證據，我們需要傳送一種在原則上不太可能自然設計的分子資訊，而不僅僅是在實踐中。
就在這時，我突然想到，我們可以透過傳輸所有或許多氫原子被氘取代的分子，為明確設計的資訊提供有力的論據。回想一下，氘 (D) 和氚 (T) 是氫的兩種同位素，它們的區別在於存在一箇中子。但它們在我們都認識和喜愛的氫的主要同位素中分佈得極其稀薄。氫是宇宙中最豐富的元素，但氘約佔氫原子的 1/6000，僅佔 0.02%，而氚則更為稀少。D 和 T 的這些同位素丰度受到控制核穩定性的基本物理定律的約束，並且在宇宙中任何地方的任何情況下都極不可能發生變化。鑑於 D 的普遍低丰度，例如，在任何條件下宇宙中自然合成僅包含 D 的苯分子的機率都非常小。另一方面，有機化學家可以並且確實使用他們的化學技巧製造含有 D 的分子。因此，在外太空發現氘化分子幾乎可以明確地指向人工起源。該分子甚至不需要完全氘化，因為即使是部分氘富集也很少可能自然發生。然而，完全被氘取代將確鑿證據。
因此，除了無線電和紅外線波之外，我們還應該嘗試探測深空中是否存在氘化化合物。幸運的是，我們有幾種光譜技術可以檢測氘，其中包括極其靈敏的質譜法。氘的問題在於，它可能難以在豐富的普通氫背景下被檢測到。氚可能可以用來規避這個問題，因為它的放射性會使其在背景中脫穎而出。不幸的是，氚的半衰期只有 12 年，因此它作為星際通訊的使者毫無用處。
對於任何智慧文明來說，傳送氘化分子的優勢將是多方面的。首先，幾乎任何全氘分子都可以達到目的。簡單的氘化分子與複雜的氘化分子一樣，都不太可能是自然合成的。如上所述，即使是全氘苯也可能是智慧生命的標誌。全氘甲烷也是如此。使用簡單的重水 (D2O) 是另一種選擇。在選擇確切的分子結構方面的這種廣泛餘地使我們能夠專注於最佳化分子的其他重要特性，例如抵抗外太空的嚴酷條件（極熱、寒冷、輻射等）。由於即使是簡單的氘化分子也能滿足我們的目的，因此化學家不必在實際合成方面付出巨大的努力。此外，如上所述，即使是部分 D 富集也會起作用。另一個想法來自我原始帖子的評論部分，一些讀者建議在氘本身或氘化水的頻率下發射無線電訊號。
這種傳輸同位素富集分子的策略可以擴充套件到其他元素。那麼碳呢，生命元素？碳最豐富的同位素是碳-12 (12C)。13C 約佔其餘的 1%，而放射性 14C 僅佔 0.0000000001%。就像 T 一樣，14C 是一種潛在有價值但不幸的是無用的同位素，因為它的半衰期為 5700 年。這使得 13C 成為理想的候選者。與 D 類似，自然富集 13C 的分子的機率很小，因此發現 13C 富集分子也將強烈暗示人工起源。但 13C 還有其他優勢。它是一種磁活性碳同位素，可以使用核磁共振 (NMR) 光譜法檢測；有機化學家一直都在使用它，透過富集 13C 來推斷複雜分子的結構。富集 13C 的分子不僅會表明人工起源，而且還會透過 NMR 光譜法提供揭示其自身身份的額外好處。一條包含素數的資訊會揭示數學知識，而一條包含大量 13C 富集分子的資訊會揭示化學和 NMR 光譜學知識。一個發現了核磁共振的文明可以被認為是相當智慧的。
因此，我建議搜尋地外文明應該包括搜尋富集氘、碳-13 和其他元素的次要同位素的分子，以及更傳統的訊號，如電磁輻射。
映象分子來救援
在《愛麗絲夢遊仙境》中，愛麗絲穿過鏡子，懷疑“也許鏡子裡的東西不好喝”。愛麗絲（和劉易斯·卡羅爾）這樣說是有先見之明的，因為現代化學證實了他們的懷疑；映象牛奶可能由右手氨基酸和蛋白質製成，而我們由左手蛋白質構建的身體將無法處理。
具有某種手性或“手性”的生物分子的存在是我們理所當然的事情，並且是化學中的一個基本概念。手性指的是兩種具有其他相同性質的分子——就像你的右手和左手——它們是互為映象且無法重疊的。除了極少數例外，所有維持生命的氨基酸都是左手 (L) 的，所有糖都是右手 (D) 的。一些來自理論物理學的訴諸宇稱論證試圖解釋這種偏差，但目前似乎沒有真正的理由可以想象一個由左手糖和右手氨基酸組成的映象世界。
我們可以利用我們對手性的瞭解來向 ET 傳送明確的人工化學資訊嗎？在太空中發現了分離的 D 和 L 氨基酸，並被認為是由非生物過程產生的。一些隕石被認為含有略微過量的 L 氨基酸，但單獨發現任何一種形式都不會指向合成起源，因為兩者都可以透過宇宙過程以相等的機率產生。讓我們首先考慮肽作為 D 和 L 的字串。我們已經注意到，完全由 D 或 L 組成的字串，例如
D-D-D-D-D-D-D-D-D-D L-L-L-L-L-L-L-L-L-L
可能沒有太大幫助，因為在太空中發現的 D 和 L 氨基酸可能會透過簡單的縮合反應形成肽（儘管發現長肽本身可能具有啟發意義）
短肽中 D 和 L 氨基酸的混合物怎麼樣？混合物可能暗示著故意的篡改，但即使在那裡，確切的組成也很重要。讓我們看一下 D 和 L 的混合物。現在事情變得更有趣了，因為可以考慮構建不同的模式。例如，考慮以下字串
D-L-D-L-D-L-D-L-D-L-D-L-D-L-D-L
D-D-L-D-D-L-D-D-L-D-D-L-D-D-L
D-D-L-L-L-D-D-D-L-L-L-D-D-D-L-L-L-D
在第一種情況下，D 和 L 交替出現。第二種情況呈現兩個 D 與一個 L 交替出現。第三種情況具有模式“2D-1L”和“2L-1D”相互交替。這裡的重點是可以使確切的模式儘可能複雜和重複。模式越重複和複雜，它偶然產生的可能性就越小。訣竅是找到一種儘可能遠離隨機的模式。增加肽鏈的長度會為複雜的模式創造更多機會，儘管這可能會導致其他品質（例如穩定性（斷裂的更大風險）和揮發性）的下降。發現漂浮在太空或隕石上的小肽具有相當有創意的 L 和 D 氨基酸重複模式，將使非生物起源不太可能。
我們可以更具創造力。在一個相當明顯的修改中，D 可以代表 0，L 可以代表 1，這樣 D 和 L 對應於二進位制程式碼。這些字母也可以代表摩爾斯電碼中的點和劃線，儘管摩爾斯電碼很可能是人類獨有的發明。你可以讓 D 和 L 是素數，D 和 L 是連續整數的平方根，或者 D 和 L 代表單位矩形的勾股定理。一旦數學進入畫面，你就可以讓你的 D 和 L 做幾乎任何可以被正確地解釋為智慧的事情。另一個考慮因素將是氨基酸字串的資訊內容。計算機科學家已經提出了各種度量標準來量化資訊內容和複雜性；例如，完全隨機的字串（“DDDD…”）以及可以用一個簡單的規則表示的字串（“2Ds follow 1L”）的資訊內容都很低。最大資訊內容出現在完全隨機和完全有序之間的某個位置。在設計氨基酸字串時，化學家可以使用這些資訊理論原則來調節資訊的資訊內容。
在某些時候，最刻意設計的 D 和 L 字串的構建將不僅受到特定模式的限制，還會受到其他考慮因素的限制，例如物理性質、成本和運輸限制。我想表達的觀點是，由於其普遍性，手性可以成功地用於傳輸明確的人工資訊。
如果我們希望向其他文明傳達我們的存在和智慧，我們不會將自己侷限於物理學和天文學，而是還會使用化學、生物學和我們掌握的每一種其他工具。在宇宙中發現智慧生命太重要了，不能僅僅依靠單一或少數幾種方法的偶然性。智慧的標誌之一是充分利用多樣性的能力。我們只能期望其他智慧文明也會採取相應的行動。