太空中的信息
好的，但我們的目標是將有關我們文明的信息放到太空中。 爲此我們曾經做過怎樣的努力？ 現在，我們的太陽系外面只有四架太空船（還有一架正在途中），不到100架太空船或多或少接觸過各種行星表面（硬着陸、熔化在金星上的太空船等情況不計在內）。 在某種程度上，太空船本身就包含着大量的"信息"，說明了許多技術等等。
最大量的"設計信息"有可能出現在微處理器中。雖然輻射硬化迫使深空探測器使用通常比最新型號落後十年或更久的芯片設計，但像2006年發射的New Horizons太空船仍然擁有超過10萬個晶體管的MIPS R3000 CPU（雖然運行頻率爲12MHz）：
還有大量的軟件信息，通常存儲在某種ROM中。當然，它可能並不易於理解，即使是對於人類而言。實際上就在（我寫這篇博文的）上個月，在旅行者1號上啓動了一臺37年未用的備用推進器，它的定製CPU已經在市面上絕跡，需要破譯其機器代碼。
太空船的結構包含了人類工程及其歷史的諸多信息。爲什麼天線被組合成這種形狀？嗯，因爲它來自一系列其他天線，這些天線很方便地以這樣或那樣的方式建模和製造，等等。
更直接的人類信息呢？製造商通常會在組件上印上小標籤。近來有一種趨勢是在雕版、縮微膠片或CD/DVD上放上人名列表（在New Horizons上有超過40萬個人名）。 （MAVEN火星任務還特別攜帶了一張DVD，裏面有公開提交的1000多個關於火星的Haiku，連同300多個孩子的繪畫。）但在大多數太空船上，最突出的 "人類信息" 是一面旗幟：
然而有幾次是放了一些明確表明目的東西。 例如，連接在阿波羅11號登月艙的腿上（地球呈現在大西洋中部大約20°W的立體投影中）：
每次阿波羅登月任務都會插上一面美國國旗（根據最近的高分辨率望遠鏡，大多數仍然"飄揚"）——讓人不禁聯想到考古遺蹟中發現的古代神靈的神龕）：
第一個成功的月球探測器（Luna 2）向月球運送了一個球狀物體——它的目的是像手榴彈一樣引爆，並在探測器撞到月球表面之前將一個個五邊形分散開來，宣告（可能是爲了宣告） ："蘇聯，1959年1月"：
Courtesy of the Cosmosphere, Hutchinson, KS
在火星上，有一塊看起來更像是文件封面的牌匾 - 或者可以概括爲"將人類小腦的輸出放在宇宙中"（外星人可以通過那些簽名做出什麼樣的性格分析？）：
這裏還有另一個名單，是阿波羅15號爲了紀念犧牲的宇航員而留在月球上的。但它還帶有一個小人偶，讓人不禁聯想到我們在早期考古遺蹟中發現的小人偶：
小人偶實際上也被其他太空船帶到過太空。 以下是一些樂高人偶，被朱諾太空船送到了木星（從左到右依次是：神話中的木星Jupiter，神話中的朱諾Juno，以及真正的伽利略）
在這艘太空船上還有一篇向伽利略致敬的文字，所有這些將在2018年底太空船結束繞木星的運行時被汽化，以避免污染任何衛星:
月球上還留有各種各樣非官方留下的隨機個人物品和其他飾品。一個例子是一組微型藝術品（有些東西即使對於我這個人類而言也有些撓頭）明顯地綁在阿波羅12號登月艙的腿上：
在命運多舛的小獵犬2號火星着陸器上還有一件"藝術品"（作爲色彩校準目標而加倍）：
在幾個火星登陸器上用"MarsDials"作爲日昝和顏色校準目標。早期的"MarsDials"有22種語言的聲明："兩個世界，一個太陽"和"火星"一詞；後來的聲明就不那麼富有詩意了："在火星上，探索"：
作爲另一個太空飾品，最近經過冥王星的New Horizons太空船上有一枚印有佛羅里達州圖案的25美分硬幣，這至少在發射場附近很容易就能便宜地獲得。
最認真且最著名的試圖傳遞訊息的嘗試當屬1972年和1973年發射的先驅者10和11號太空船（儘管很遺憾現在已失去聯繫）上的鍍金鋁板了：
必須承認我從未成爲這塊鋁板的忠實粉絲。在我看來未免聰明過了頭。我最關注的是鋁板左上角的元素。關於鋁板的原始文章（主要作者卡爾薩根博士）說它"應該容易被其他文明的物理學家識別"。
它究竟是什麼呢？作爲一名人類物理學家，我可以弄清楚：它是氫原子內自旋躍遷的圖像和所謂的21釐米線。這些小箭頭應該代表躍遷前後質子和電子的自旋方向。但是等一下：電子和質子旋轉-1/2，所以它們充當了旋轉器。是的，傳統的人體量子力學教科書經常使用矢量來表示旋轉器。但這是一個非常隨意的慣例。
爲什麼我們應使用局域線代表原子中的量子力學波函數？據推測，電子應該"繞過"圓圈，表明它是離域的。 而且，是的，你可以向那些習慣於人體量子力學教科書的人解釋這個圖像。但它與人們可以想象的一樣晦澀難懂。而且，順便說一句，如果想要表示21.106釐米的輻射，爲什麼不乾脆精確地繪製一條這樣長度的線段，或者把鋁板做成那個尺寸（實際上它的寬度爲22.9釐米）！
這個鋁板的問題我可以繼續列舉下去。 （備受爭議的）人體畫像，特別是與太空船相比時。使用箭頭來顯示太空船的方向（難道所有外星人都經歷過射箭頭的階段嗎？）。尾隨（二進制）零以彌補脈衝期間的精確度不足。
原始文章給出的官方答案對該案例沒有幫助，事實上，該文章列出了一些非常精細的"科學智商測試"推理，用於解碼鋁板上其他信息：
在先驅號鋁板獲得關注之後，1977年推出的旅行者號太空船進行了更加雄心勃勃的努力。這次是一張12英寸鍍金的旅行者金唱片，帶有"專輯封面"：
在1977年，留聲機唱片似乎是"明顯的主流技術"。而如今，連模擬錄製的概念都消失了。左上方的"針"是什麼？在現代，讀取唱片的明顯方法是把整個事情想象出來，不需要任何針頭跟蹤溝槽。
但是，唱片記錄了什麼呢？上面有55種語言的口頭問候（從阿卡德語開始），以及來自世界各地的90分鐘音樂集錦。（我忍不住想象這樣一幅畫面：一個外星翻譯或者AI在徒勞無功地試圖匹配單詞和音樂之間的信息。）上面還有卡爾薩根（Carl Sagan）的未來妻子（Ann Druyan）在思考各種事情的長約1小時的腦波記錄。
還有116個圖像，用模擬掃描線編碼（雖然我不知道上色是如何完成的）。許多是20世紀70年代地球生活的照片。有些是"科學解釋"，至少在2010年是人類科學學生的不錯的習題（雖然實數舍入很奇怪，有"9個行星"，有"S"代替"C"作爲基礎對，以及迷人的模板和墨水渲染）：
當我在影片Arrival（《降臨》）中爲科學家提出"外星人卡片時，我自己也開始使用二進制，雖然在現代，顯示連續數字序列的整個嵌套模式很容易：
在先驅號之後的努力中，有失敗的火星96號飛船，上面有一張記錄了人類火星小說"Visions of Mars"的（上世紀90年代風格的）CD，以及2012年在地球靜止軌道上的EchoStar衛星，上面有裝滿了圖像和視頻的2012年"時間膠囊"CD：
(The Planetary Society)
1976年，在LAGEOS-1衛星上搭載了一種稍微不同的牌匾，該衛星計劃在地球周圍的極地軌道上旋轉840萬年。上面有二進制數字，讓人想起萊布尼茲最初的"二元獎牌"。還有一幅關於大陸漂移（以及海平面）的預測效果圖像，從228年前到衛星生命的終點：
1997年, 一塊鑽石牌匾差點會隨卡西尼號發送到土星，但由於人類的分歧,它沒有成行。相反，飛船上僅剩下一個空的安裝基座, 其用處讓人無處猜測。
被送入宇宙的另一類文物是無線電波。在我們有更先進的無線電通信技術之前，我們會不斷輻射一定數量(日益加密)的無線電能量進入宇宙。最密集的持續傳輸仍然是50赫茲或60赫茲的電力線嗡嗡聲，以及可能幾乎是脈衝星般的彈道導彈預警系統雷達。但在過去，我們曾進行明確的嘗試，發送讓外星人來接聽的消息。
最著名的是1974年由阿雷西博無線電望遠鏡發送的一串由二進制數字組成的信號，稱爲阿雷西博信息。它的重複長度是兩個素數的乘積，這是假設該信息的讀者會先將它排成一個長方形。對人類而言，試圖破譯得到的圖像是一個有趣的練習。你能看到二進制數字的序列、DNA、雙螺旋結構、望遠鏡和人形圖標嗎？
(還發送了其他信息，包括 Doritos 廣告、披頭士歌曲、一些Craigslist網頁、植物基因序列，以及一些可以說是徹頭徹尾的尷尬"藝術品"。
不用說, 我們接收到的無線電信號來自我們不太瞭解的宇宙。但宇宙中有智慧存在跡象嗎？或者"純粹的物理"？正如我所說, 計算等價原則告訴我們, 最終並沒有區別。當然，這也是我們信標項目的挑戰。
值得一提的是，除了被送入太空的東西外，還有一些在地球上的信息，是爲了未來至少有幾千年後而存在的。例如，胡佛大壩上的2000年春分星形圖, 以及長期計劃但尚未執行的萬年警示語"stay away; it's radioactive"(或許它是一個"原子傳教士"將信息代代相傳）的設施, 如在新墨西哥州東南部的WIPP核廢料庫。（不是嚴格意義上的"消息"，但在德克薩斯州西部也有正在建立的"1萬年時鐘"。
關於外星通信的討論不能不提到1960年由荷蘭數學家和天文學家弗勒登塞爾博士的個人著作《Lincos：一種爲宇宙間溝通而設計的語言》(Lincos: Design of a Language for Cosmic Intercourse)。這本著作的理念是用數學邏輯的方法和符號來解釋數學、科學、人類行爲和其他一切。它的作者弗勒登塞爾博士花了數十年的時間從事數學教育，並探尋向（人類）孩子解釋數學的最佳方法。
不過Lincos被創作的年代過早，還不能從現代的計算機語言思維中受益。事實上，它用了由伯特蘭·羅素與他的老師阿爾弗雷德·諾思·懷特黑德合著的一本數學書籍《數學原理》（英語：Principia Mathematica）中近乎滑稽又深奧的方法，把即使最簡單的想法也變得相當複雜。當它遇到像人類行爲之類的話題時，Lincos 基本上只是給出例子, 像舞臺劇中一小段，但卻是用數學邏輯符號寫成。
是的，嘗試用符號表示這些東西非常有趣，這正是我的符號語言項目的意義。儘管Lincos在符號式表示各類事物上處於初始階段，它仍然是試圖從1999年開始發送"主動 SETI"信息的明顯來源，一些Lincos低分辨率位圖被傳送到附近的恆星。
科幻故事以及其他
我們的信標項目希望創造將被外星人識別的人類物品。有關外星文物如何被辨認的相關問題曾多次出現在科幻小說中。
最常見的是，有些東西"看起來不自然"，要麼是因爲它明顯地無視重力，或者因爲它只是太過簡單或完美。例如, 在電影《2001太空漫遊》中，當具有精確邊長比例1:4:9的黑色長方體出現在石器時代地球或月球上，很明顯這是"不自然"的。
另一方面, 1800年代的人們辯稱，一隻人造懷錶雖然複雜,但比生物有機體仍然簡單得多，這意味着後者只能是"上帝的傑作"。但實際上我認爲問題只是我們的技術還不夠先進。我們仍然在很大程度上依賴於工程傳統和結構，可以隨時預見我們的系統將如何表現。
但是我不認爲會這樣繼續下去。我花了很多年的時間研究，在所有可能的程序的計算宇宙中，有一點是非常普遍的, 實現特定目的的最有效的程序, 其行爲看上去並不是那麼簡單（事實上這是爲了更好地利用計算資源而不可避免的後果）。結果是，只要我們能夠系統地挖掘這樣的程序（達爾文進化論和神經網絡訓練已經開始這樣做）, 我們最終將會得到看上去不再簡單的作品。
具有諷刺意味但不奇怪的是，考慮到計算等價原理，我們未來的作品將會看起來更像是"自然系統"。事實上，我們目前的人造物品，在將來可能看起來是原始的。
一些科幻故事探討了"看起來自然"的外星人物品，以及人們如何檢測它們。當然，它陷入了我在本篇文章裏一直探索的同樣一個問題，很難確定最近觀察到的經過我們太陽系的奇怪的紅色拉長的星際物體是外星人的作品，還是隻是一個"天然石頭"。
太空中所有可能的文明 我這篇文章一直在圍繞一個主題："交流"在一定程度上需要共享"文化背景"，但何種程度適當則見仁見智。不同社會背景和閱歷的人與人之間通常可以相互理解，儘管隨着 "文化距離"增加, 這樣的理解會越來越困難。
在人類歷史上, 人們可以想象一個完整的文化語境網, 在很大程度上(至少直到最近)被地點和時間所定義。相鄰的語境通常緊密相連，但要在一個很長的時間跨度上達到共識，則通常需要一長串的中間鏈接，有點從一種語言翻譯成另一種語言時可能要通過一系列中間翻譯。
特別是在現代, 一個人在一生中往往會經歷文化語境的飛速發展。但過程本身通常是漸進的,人們可以對他們遇到的語境逐漸適應。當然老年人最容易混淆年輕人的喜好和興趣（想想現在的社交媒體等）。確實，如果一個人在沉睡一個世紀後突然醒來，相當肯定的是, 一些文化語境的變遷會讓他無所適從。
但是，我們能弄出一套正式的文化語境理論嗎？這可能需要描述所有可能的文明空間。乍一看來，這似乎是完全行不通的。
但是，當我們探索可能程序的計算宇宙時, 我們正是着眼於所有可能規則的空間。至少，通過一些適當的規則來定義文明的某些特徵，是不難想象的，而不同的規則可能導致顯著不同的行爲，就像在這些元胞自動機中一樣:
但是，在這種情況下, "交流"的本質是什麼？只有這些規則在計算上是通用的（計算等價原理意味着, 除極個別情況，計算通用性總是成立），它們之間總有相互轉換的方式。更具體地說，給定一個通用規則, 一定存在一些程序或某類初始條件，使其能模擬任何其他指定的規則。換言之, 一定能對任何給定規則用原始規則進行解釋。
接下來我們可以考慮定義規則之間的距離，由解釋器所需的大小或複雜度來決定。雖然這聽起來很有道理，但在實踐中，這當然不是一件容易的事，可解釋性是不能正式確定的，所以規則之間解釋器的大小和複雜性沒有上界。
但至少從概念上講，這讓我們有機會思考如何定義"交流距離"。也許可以想象一下，對一個簡單的神經網絡進行初步近似，只需問問訓練一個網絡的行爲有多困難。
作爲對文化語境空間的比較貼切的類比，我們可以考慮人類語言, 其中有大約1萬是已知的。們可以通過觀察各種語言的詞彙或者語法結構，來評價不同語種之間的相似之處。儘管在最初的近似中，所有的語言都可以談論同樣的事物, 但語言至少表面上有顯著的差異。
但是對於人類語言這一具體例子，則很多由歷史決定。事實上，有一個完整的語言進化樹有效地解釋語言之間的關係密切與否。(語言通常與文化有關，但並不相同。例如,儘管芬蘭和瑞典文化相當相似，但芬蘭語與瑞典語顯著不同。
就人類文明而言，有各種相似性指標可以使用。比方說，能夠被神經網絡識別的文物，看上去有何相似之處？其社會、經濟或家譜網絡有何相似之處？其法律或政府模式的量化有何相似之處？
當然, 人類文明共享的公共歷史有很多，並毫無疑問，這在所有可能的文明空間中只佔據了極小的一角。期望用人類文明的各種指標來定義絕大多數潛在的外星文明是完全不切實際的。
那麼，如何定義一個文明和它的文化背景？一種方法是問它如何使用可能程序計算宇宙。宇宙的哪些部分與它相關？哪些部分與它無關？
也許文化進化的終點是利用可能程序的全部空間。當然，實際的物理宇宙大概是基於特定的程序，雖然在宇宙內部你可以完全地模仿其他程序。
據推測，任何我們可以確定爲具有明確"文化背景"的"文明"，都必須使用某些特定類型的編碼。因此表徵一種文明的方法之一，就是想象一下，需要發明一種怎樣的Wolfram語言的類比物（或者某種符號式語言)，用於描述事物。
是的，我花了大半生精力來構建 Wolfram 語言。但可以想象，對於計算宇宙中所有可能的語言空間，所有可能的採樣與編碼方式，Wolfram 語言不過是滄海一粟。
但如果我們要認真考慮與外星人的交流，這正是我們需要考慮的事情。在某種意義上，正如我們可能會只考慮距離我們在一定光年之內的外星人，我們也可能將只考慮與我們的語言文化背景在一定"翻譯距離"內的外星人。
我們如何將這項研究落實到實踐中？當然我們可以從與我們共享地球的其他生物入手，考慮一下它們會覺得哪種Wolfram語言的類比物有用。我們還可以考慮一下AI會覺得什麼有用，雖然這有點循環論證的意味，因爲我們創造AI的目的是爲了實現人類的目標。也許最好的途徑是想象一些Wolfram語言的抽象類比物，然後研究它們之間可能有哪些翻譯方法。
實際上應該發送什麼？ 好吧，確實有很多複雜的文化和哲學問題擺在面前。但是，如果我們要把我們文明成就隨信標發送到太空，最切實可行的做法是什麼？
有幾點是顯而易見的。首先，可以正式推導的內容不需要發送太多，即使看起來很"通用"。是的，我們可以說2+2=4，或者講上一堆數學定理，或者顯示元胞自動機的進化。但這除了證明我們可以成功地做計算（考慮到計算等價原理，這並沒什麼特別），我們並沒有進行什麼實質的交流。事實上，關於我們的唯一真實信息是我們對發送內容所做的選擇。
這是一個古埃及人的骰子。有趣的是, 他們知道並選擇使用了20面體。但是20面體的形狀並不會告訴我們什麼，它不過和其他20面體一樣。
所以一個重要的原則是：如果我們想要交流，把我們一些特別的東西發送出去，這意味着關於我們的歷史和興趣的各種主觀細節。我們可以發送一本百科全書。或者, 如果我們的空間足夠, 可以發送整個網站、所有書籍或者所有可用視頻的內容。
不過, 我們總會達到一個極限，那時我們發送的原始材料，可以回答任何關於我們的文明和成就的合理問題。
但如何做到儘可能高效呢？至少，至少對於一般的知識, 我花了很長時間試圖解決這個問題。在某種意義上, 這正是Wolfram|Alpha的存在意義：創建一個系統, 在儘可能廣泛的範圍內通過計算得到答案。
因此，如果我們把Wolfram|Alpha送出去，就等於在儘可能廣泛的範圍內，把我們的文明信息用集中的、可計算的形式發送。
當然, 公共版本的Wolfram|Alpha是關於一般的公共知識。那麼關於人類和人類狀況的更詳細信息呢？
像電子郵件存檔、個人分析和錄音, 等等。是的, 我有關於自己30多年的數據, 我收集這些個人數據是因爲這對我來說很容易。
但這些數據有什麼用呢？至少在原則上，你可以通過這些數據重新構建一個我: 換句話說，你可以創建一個 AI 系統，它對事情的響應，幾乎和我一樣。
當然, 人們可以設想去"追本溯源"，直接從人腦中讀取信息，雖然目前我們還不知道該怎麼做。但是如果我們的信息接收者比我們先進, 那麼我們必須假定這種可能性, 即提供一個大腦, 他們就能知道它會做什麼。 事實上, 最顯而易見的可以發送的東西是通過人體冷凍技術保存的人 (雖然聽上去有點恐怖，而且是的, 這要求在星際空間的溫度下仍然保存完好。)。當然, 諷刺的是, 這跟埃及人制造木乃伊的想法竟然相當相似，儘管我們的技術更好 (即使我們還沒有完全解決人體冷凍學的問題)。
還有更好的辦法嗎？也許需要藉助 AI 和數字技術, 而不是生物學。那我們面臨的將是不同的問題。是的，我預計我們能夠使 AI代表我們文明的任何方面。但是, 我們必須決定什麼是 "文明的精華"。
這與我們應該爲 AI定義的道德和"憲法"緊密相關。如果我們發送的是生物學上的人類, 我們會得到我們所發送的每一個人碰巧擁有的特質。但是, 如果我們要發送 AI，那麼我們就必須在無限可能的特徵範圍內，確定代表我們的文明的最佳方式。
無論我們發送的是生物人還是AI，都不能保證會產生任何成功的溝通。當然, 我們的人或AI 可能會盡他們所能去理解和迴應那些把他們撿到的外星人。但也可能是無望的。是的, 我們的代表也許能夠辨認出外星人, 並觀察他們正在做的計算。但是, 這並不意味着他們之間能夠進行有意義的交流。
至今爲止，我們還沒有在宇宙的其他任何地方發現任何我們認爲是外星人的跡象。即使在我們自己的星球上, 我們也還沒有成功地與其他物種進行認真的溝通。
但就像大流士（Darius）或奧西曼德斯（Ozymandias）一樣，我們不應該放棄希望。我們要把發送的信標當作一個個紀念碑。也許它們會在"來世"有用。這些信標可以作爲一個出發點，讓我們思考在我們的文明成就中，到底有哪些成就令我們引以爲傲，有哪些成就我們想要以最好的方式保存和慶祝。我很榮幸爲這一努力獻上一臂之力——這就是我一直在積累的計算型知識。
END