宇宙文明的命运——破解费米悖论
宇宙文明的命运——破解费米悖论
每 小我在仰看灿烂的星空时，城市有各类差别的感触感染，一些人会 体验到星空的震动之美，一些人会沉浸于此中……美国物理学 家恩里科·费米面临星空时根究得愈加深远——“他们在哪儿呢？”
费米所说的“他们”指的是外星人。他的意思并非想晓得外星 人详细住在哪里，而是我们为什么到如今还没有发现外星人。按理 说，宇宙的星体数量之多和年龄之长是惊人的，那意味着地外文明应 该是普遍存在的。但事实与理论却不是一回事，所以费米认为那是一 个悖论，科学界把那个现象称之为“费米悖论”。
下面我们从宇宙的标准和年龄两个方面来阐明为什么存在费米 悖论，以及对费米悖论停止详尽的解读。
上篇 为什么说存在费米悖论？
无数的星星
实正的星空能够说是宽广无垠的，我们肉眼所能看到的大 都是在我们四周的星体。在看测前提更好的夜晚下，我们能够 间接看到大约2500颗恒星（而我们的银河系至少有1000亿颗 恒星），并且它们大部门别我们不超越1000光年（或者相当于 银河曲径的1%摆布）。所以我们肉眼能看到的现实区域如下:
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考虑到宇宙中那么多的恒星和星系时，一个令我们人类好 奇的问题是，“在外太空有其他的伶俐生命吗？”如今让我们 通过数字来根究那个问题——
就像我们银河系中恒星的数量一样（1000亿到4000亿）， 在能看测到的宇宙范畴内，也有大致等量的星系——能够说， 在那浩荡的银河系里，每一颗恒星对应着外面一整个的星系。把宇宙中所有恒星都加到一路，其恒星数量大约在10 22 到10 24 颗之间，那意味着地球所有沙岸上每一粒沙子，都对应着外面 大约1万颗恒星。
关于所有的恒星中有几比例的恒星与我们的太阳类 似（类似的大小、温度和光度），科学家还没有定论，一般认 为其比例大约是5%到20%之间。我们在那里取最守旧的数值 （5%），整个恒星的数量也取最小值（10 22 ），如许算下来宇宙 中大约有5万亿亿（5×10 20 ）颗类似太阳的恒星。
那里还有一个问题，就是那些类似太阳的恒星中，有几 像地球如许的宜居行星（具有同样的温度前提，可以庇护液态 水的存在，以此来为类似地球的生命供给撑持）呢？有人说比 例大约是50%，不外我们那里仍是取一个守旧值，为22%，那个数据来自《美国科学院院报》的最新 研究成果。那就意味着，宇宙中所有的恒 星中，至少有1%的恒星有类似地球的宜 居行星，也就是说宇宙中大约有1万亿亿 （1×10 20 ）颗类似地球的行星。那就意味 着地球所有沙岸上每一粒沙子，都对应 着外面100颗摆布类似地球的行星。下一 次你到沙岸上时，能够好好地回味一下那 个。
假设我们要陆续阐发的话，我们除 了揣测也就没什么其他抉择了。所以我 们假设，颠末了几十亿年的演化，类似地 球的行星之中有1%进化出了生命（假设 那是准确的话，那么地球所有沙岸上每 一粒沙子都对应着一颗摆布具有生命的 行星）。然后在假设那些有生命的行星有 1%进化出了与我们类似的伶俐生命，其成果是在可看测的宇宙之中大约有1亿亿 （10 16 ）个伶俐文明。
如今让我们来考虑我们的银河系， 做同样的守旧计算，得到的成果是，我们的银河系里大约有10亿颗类似地球的行 星和10万个伶俐文明。
假设银河系实的有大约10万个伶俐 文明的话，那么即便他们之中只是一小 部门测验考试发射一些无线电波、或激光、 或者其他各类体例来试图觅觅其他的智 慧生命，那么按理说那些捕获天外信息 的射电看远镜阵列应该会找到一些信号 吧。
但是事实是没有，连一个信号都没 找到。他们（外星文明）在哪儿呢？
惊人的年龄
怪事儿还有呢。考虑到我们宇宙的 寿命，我们的太阳应该是一颗相比照较 年轻的恒星。所以说宇宙中应该有更多年老的恒星，和年老的类似地球的行星， 那意味着理论上应该存在文明水平远高 于我们人类的地外文明。我们的地球诞 生于45.4亿年前，那么如今我们假设在 80亿年前降生了一个行星X （见图一）。
假设行星X与地球有着类似的汗青， 我们来看看到如今行星X上的文明酿成 什么样子了（图顶用橙色时间段做比照， 来展现绿色的时间段的长度） （见图二）。
一个领先我们1000年的文明，其知 识和科技就足以震动我们，好像一个来 自中世纪的人面临我们如今的世界时一 样。而一个领先我们100万年的文明与我 们的差距，相当于人类文明与黑猩猩之 间的差距。更何况行星X上的文明领先于 我们34.6亿年。
俄国科学家卡尔达肖夫曾在1964年 提出一个称为“卡尔达肖夫指数”的方 法，来计算宇宙文明的级别。它根据各个 文明能够把握的能源总量，把文明分为 三个条理：
I型文明具有把握本身行星上所有能 量的才能。显然，我们人类还不克不及完全驾 驭地球上的所有能量，因而，还没有到达 I型文明。美国天文学家卡尔·萨根颠末 计算后，得出的成果是如今我们人类应 该是0.7型文明，可能再过100到200年左 右我们才气到达I型文明。
II型文明具有把握本身恒星上所有 能量的才能。关于准I型文明的我们，还 无法理解如许的文明是怎么做到那一点 的。不外我们揣测，如许的文明可能是利 用“戴森球”（见下图）来获取能量的。
戴森球是美籍英裔数学物理学家弗里曼·戴森设想出的 包抄母恒星的浩荡球形构造，它能够捕获大部门或者全数的 恒星能量输出。戴森认为戴森球是持久保存的手艺文明关于 能量需求增长的一定成果，并认为觅觅其存在的证据能够引 导发现地外高档生命。
III型文明具有把握本身整个星系上所有能量的才能。那 种文明关于我们来说，完满是难以想象的。假设领先我们34.6 亿年的X行星上的文明和我们人类有类似的开展过程的话，而且能够在向III型文明进化时始末有才能保存下往，那么最天然 的揣度是他们如今应该有才能实现星际游览了，以至已经殖民 整个星系了。
若何殖民整个星系，那里有一种假设描述了那个过程。首 先那个文明必需有才能建造出某种飞翔器来抵达其他行星，然后在那个新的行星上从头复造出文明，假设那个过程破费500 年摆布的时间。然后那两个文明再别离差遣新的飞翔器往殖民其他行星。即便飞翔器的速度不克不及接 近光速，那种殖民过程的速度也是很快 的。计算成果展现，殖民整个星系只需要 375万年摆布的时间。那种时间关于几十亿年的标准，只相当于一个眨眼的霎时。
陆续揣度，假设只要1%的伶俐生命 能够存活足够长的时间的话，则有才能 成为可殖民整个星系的III型文明，根据 之前的计算，那阐明仅在我们的银河系 里至少应该有1000个III型文明，并且鉴 于他们文明高度兴旺，他们的存在将是 不成能不会被发现到的。然而，我们啥也 没看见，啥也没闻声，除了我们本身。
他们在哪儿呢？
下篇 解答费米悖论
我们如今还没找到费米悖论实正的 谜底。假设你往问10个差别的科学家，什 么样的阐明是有可能是最准确的，那么 你可能会得到10个差别的谜底。你可能 晓得在过往人类文明开展过程中的一些 狡辩，例如地球能否是圆的，太阳与地球 谁绕着谁转，或者闪电能否是由宙斯（古希腊神话中的宇宙之王）发出的等等，那 时候人们都似乎处在迷雾之中一样搞不 清晰。同样，我们如今的人类面临费米 悖论时也是那种情况，而我们能做的只 能是觅觅可能的阐明。
如今我们来考虑费米悖论最有可能 的阐明，那种阐明能够分为两类。一种 阐明认为之所以没有发现II类和III类文明，是因为如许的高级文明是不存在的；另一种阐明是如许的文明是存在的，只 是因为其他的原因招致我们没有发现他 们。
第一类阐明：高级文明是不存在的
有学者认为，太阳系之外是有高级文明的，没有一个文明与我们停止任何种形式的沟通是因为他 们都怎么怎么样。但是根据理论计算，宇宙中似乎应该有成千 上万II类和III类如许的高级文明，即便有各类复杂原因阻遏了 99.99%的高级文明与我们联络，也会有0.01%的文明成为漏网 之鱼，如许我们就可能早已发现他们的存在。所以说，只要所 有的高级文明是不存在的，才是最为合理的阐明。
那么，发作了什么工作招致高级文明不存在呢？
那种工作被称为大挑选（或大筛子）。大挑选理论认为， 在生命进化的过程中，有一个生命很难或无法逾越的阶段，阻 挡了生命的产生或陆续开展。那个阶段就是大挑选。
假设那个理论是准确的话，那么更大的问题是，大挑选是 什么时候发作的呢？
事实上那个问题涉及到我们人类的命运，所以那个问题 反而变得很重要了。根据大挑选所发作的时间，我们将有三种 可能的命运：我们是稀有的，我们是领先的，或我们是要完蛋 的。
1、我们是稀有的（大挑选被我们甩在后面）
那种看点认为，大挑选已经被我们甩在后面——我们成 功地穿越了大挑选那堵墙，而那也意味着任何生命想要到达我 们人类目前的文明程度是极端的稀少。下面的图表阐了然只要 两种文明穿越了大挑选，而我们是此中之一。
那种看点能够阐明为啥没有III类文明，别的那意味着我 们之所以能走到如今，因为我们是此中少少数的特例，那也 阐明我们将来的命运是满有期看的。固然那种说法听起来有 点类似500年前人们认为地球是宇宙的中心的一样，不外根据 “人择原理”，假设我们不是特殊的话，那么也就没有提问的 我们了。
假设我们是特殊的，那么是什么时候使我们酿成特殊的 呢？——能够那么问，除了我们，详细是哪一步使得几乎其他 所有的文明都无法陆续开展下往了呢？
一种说法是，大挑选位于最起头的处所——生命的降生 也许是极其稀有的。那个看点很有事理，就拿地球来说，地球 颠末了10亿年才起头呈现生命，并且今天科学家们不断地测验考试 在尝试室中产生生命，但没有一次胜利过。假设大挑选从一开 始就呈现的话，那阐明地球之外不只没有伶俐生命，以至连生 命都没有。
另一种说法是，大挑选位于从简单的原核细胞进化到复杂 的实核细胞的过程。在地球上，原核细胞降生之后，停滞了20 亿年之后才进化成更复杂的有细胞核的实核细胞。假设大筛 选是在那儿呈现的话，那阐明宇宙可能充满了原核细胞，但除 此之外几乎什么也没有了。
当然还有良多种其他的可能。例如， 大挑选可能位于我们人类成为伶俐生命 的过程中。从生物学角度来看，准伶俐生 命（黑猩猩）到伶俐生命（人类）的开展 过程并非一个一定的成果。我们要知 道，进化自己并没有什么目标性，它只是 使得生物停止改动以此来适应保存的情况。既然在地球上目前只进化出一种智 慧生命，那么那表示着那种进化成果只 是一个稀有的事务罢了。
其他大部门过程都没有资格成为大 挑选的候选者。因为任何一种大挑选必 须具有容许特例发作的概率是“万亿里 挑一”的特征。基于那一点，像从单细胞 生命改变为多细胞的那个改变过程就不 具有资格。因为仅在地球上，在差别的彼 此隔断的处所，那个改变就发作了46次。同样，假设我们在火星上发现了实核细 胞生物，那么那也意味着大挑选也不在 从简单细胞到复杂细胞的那个过程中， 因为既然地球和火星都能发作，那就不 契合“万亿里挑一”的特征。
假设我们确实是稀有的，可能是因 为那是生物学上的稀有事务，也可能是 所谓的地球殊异假说的成果。那个看点 认为，虽然宇宙中有良多类似地球的行 星，但是地球上特有的而其他行星少有 的前提，例如太阳系自己的特殊之处，地 球和月球的关系（月球对地球的天气和 海洋有着重要的影响，并且关于地球来 说有一个那么大的月球有点不通俗），或 者地球自己的特殊之处，对伶俐生命的 构成起到了至关重要的感化。
2、我们是领先的
相信第一类阐明的学者认为，假设 大挑选没有在我们的后面，那么一种可 能是，自从大爆炸到如今，宇宙比来才第 一次到达产生伶俐生命的前提。假设那 样的话，我们和其他的地外文明可能都 处在向更高文明开展的路上罢了。并且 我们恰巧是第一个降生的伶俐生命，并且也可能会是第一个抵达更高条理文明的生命。因而，宇宙生 命开展到如今，可能还没有呈现过大挑选，我们没发现外星文 明，可能是我们正好领先罢了。
那里有一个天文现象可能佐证那个看点，也就是来自于远 远星系之外的伽玛射线暴（远远星系之外意味着那个现象是 发作在很久以前）。我们晓得，地球降生之后常有小行星的袭 击、火山的发作等等，曲到几亿年之后那种现象才消退，使得 生命的降生才有可能。同样，宇宙早期可能也充满了极端的事 件，例如像伽玛射线暴会把四周一切烧成灰烬，阻断那里生命 的进化过程。宇宙从不具备到具备产生伶俐生命的前提，那个 过程被称为“天体生物学的相变”，如今我们的宇宙也许就处 在那个相变的中间态中，第一次为生命持续长时间进化供给了 前提。
3、我们是要完蛋的（大挑选在我们的前头）
假设都不是上面两种情状的话，那么大挑选一定在我们 的将来。那意味着生命一般都能够进化到我们目前的程度，但 是因为某种原因阻遏了几乎所有生命进一步向前进化并到达高 级文明的脚步，而我们人类也同样有可能无法穿过将来的大筛 选。
处在将来的大挑选，可能是各类极端的宇宙事务形成的， 例如前面所说的伽玛射线暴，也许它们如今仍会发作。假设 发作在地球四周，那么霎时地球上的生命城市一命呜唤。另一 种可能的原因是，几乎所有的伶俐文明只要其科技到达必然水 平，都有自我扑灭的趋向。
所以有人就说，“没有动静才是好的 动静。”好比说吧，假设我们实的在火星 上发现了复杂的生命，那就是说小小太 阳系就有两个星球降生生命了，阐明生命 降生以及进化可能是很随便的，所以大 筛更有可能呈现在高级文明阶段。假设 是如许的话，我们在将来可能会面临灭 顶之灾。
第二类阐明：高级文明是存在的， 只是因为其他合理的原因招致我 们没有发现他们。
相信第二类阐明的学者放弃了我们 是稀有的、或是特殊的、或是领先的等 如许类型的概念，他们相信的是无能原 理，也就是说我们的银河系、太阳系、恒 星或者是我们本身，都不是特殊和或稀 有的。他们也不认为，没有找到高级伶俐 文明就能够做为他们不存在的证据，不 要忘了我们目前现有的手艺所能搜觅到 的信号范畴大都处在离我们100光年以 内。下面我们来列举10个招致我们没有 发现高级伶俐生命的原因。
揣测1）高级伶俐生命可能已经光临 过地球了，但那是发作在我们现代文明 呈现之前。我们要晓得，人类现代文明从 降生到如今只要5万年，关于宇宙的年龄 来说，能够说是比一霎时都短的时间。如 果高级伶俐生命在此之前来到那里，他 们可能只看到一群野鸭遭到惊吓跑到水 面上罢了，然后就没什么了。别的，人类 有记载的汗青只要5500年摆布，可能早 期的打猎部落履历过很疯狂的外星人事 件，但很可惜他们找不到很好的办法告 诉后人。
揣测2）银河系已经被殖民了，不外 我们正益处在银河系未殖民的萧条地 带。例如，住在加拿大北部的因纽特人很 长时间都不晓得，南边的美洲大陆早已 被欧洲人殖民很久了。银河系也许存在 一个星际大都会，也就是说那个区域内 的各类恒星系统都被殖民了，并且相互之间能够便当地沟通，而那些高级伶俐生命根本都在那里居 住，所以也就没有需要大费周折跑到我们那个偏远的处所来开 拓领地。
揣测3）传统的殖民化那个概念关于高级伶俐生命来说可 能是个搞笑的落后概念。记得前面提到的II类文明在他们的恒 星上建的球壳吗？借助那个看似无限的能量，他们也许造造出 了一个可称心本身需要的抱负保存情况。他们也许有一个极为 高端的办法掌握本身不竭增长的能源需求，如许他们对分开自 己的乌托邦往根究外面冰凉萧条的宇宙恐怕就毫无兴致了。
也许更为高级的伶俐生命会认为，整个物理世界是一个糟 糕的原始处所，他们早就征服了生命科学，并把本身的大脑上 传到虚拟现实的长生乐园。他们对待物理世界的那些概念的 立场，例如灭亡、需乞降欲看等等，好像我们对待保存在深海 里的原始海洋生物一样。
揣测4）宇宙之中可能有恐惧的侵略性极强的文明，其他 大部门伶俐生命都晓得更好别向外发送信号表白本身的所在。那种看点正好能够阐明为啥人类还没发现任何天外文明的信 号。那也意味着我们可能是宇宙各类文明中极其稚嫩的菜鸟， 并且是难以置信的愚笨，竟然冒着没顶之灾的风险向太空之 外发送我们存在的信号。在学界确实在争论我们能否应该向 地外文明发送动静，许多学者表达我们不该该那么做。英国物理学家斯蒂芬·霍金就警告过，“假设外 星人到访地球的话，其成果可能和哥伦 布抵达美洲大陆时的情景差不多，那对 美洲的土著居民可不是什么功德。”而卡 尔·萨根，固然他相信任何能够停止星际 游览的高级文明都是友善的，但他也认 为向地外文明发送动静也是“非常不明 智和不成熟的”，并定见“关于在那个陌 生的充满不确定的宇宙中刚降生的我们 来说，我们应该用足够的时间先往平静 地聆听，耐烦地领会那个宇宙，然后再做 权衡，而不是间接向那个我们不睬解的 未知丛林发出喊声。”恐惧了没？
揣测5）宇宙里只要一种超等伶俐生 命——一种超等掠夺者（好像人类在地 球上的地位）——他们的先辈水平超越 了其他文明，一旦发现有其他文明到达 了某种程度，他们就会把如许的文明消 灭掉。关于那种超等伶俐生物来说，要灭 掉所有的新兴的伶俐文明太吃力了，归正 他们大大都也会自行消亡。不外一旦其他 伶俐文明的开展超越了某种程度，超等 伶俐生物就会对他们摘取动作。因为关于超等伶俐生物来说，那种新兴的伶俐文明会变得像病毒一 样起头向外扩大，会威胁到超等伶俐生物自己。那个理论也说 明，谁如果第一个到达了那个临界程度，谁就博得了那个宇宙， 而其他的文明就没时机了。那个理论可阐明为啥找不到地外文 明，因为那使得宇宙里只要一种超等伶俐生命。
揣测6）太空之外其实有许多活动和信号，可惜我们的技 术太初级了，或者听取的体例不合错误。就像走进一间现代的办公 大楼里，你翻开对讲机，发现听不到任何动静（当然你听不见 了，每小我都在用手机打德律风而不是在用对讲机），然后你就 认为那个大楼是空的了。或者，就像卡尔·萨根所指出的，可能 是我们大脑运转的速度比地外伶俐生物更快或更慢，例如他们 可能需要12年才说完一句“你好”，当我们听到那种动静时，对 我们来说可能就像白噪音似的。
揣测7）我们已经与其他伶俐生命联络上了，只不外政府掩 盖了那个事实。那是一种传播已久的阴谋论。例如，许多人曾认 为，美国的51区是外星人研究基地。有人坚信美军将捕获的外 星人关押在里面停止奥秘研究，也有人认为，美国政府跟外星 人达成了某种协议，以至有人认为美国政府是已经被外星人控 造的傀儡政府……不外目前来说都没有任何切当的证据能证 明那种看点。
揣测8）高级伶俐生命已经发现并黑暗看察着我们（也就 是动物园假说）。高级伶俐文明可能是存在的，他们把我们的 地球当成浩荡的被庇护的国度公园，并且还坚守着“只许看不 许摸”的原则。我们可能没重视到他们的存在，因为他们应该 是很伶俐的生物，能做到看察我们的同时不被发现。那个有点 类似美国科幻影视系列《星际迷航》中的“更高批示原则”，即 制止高级文明往接触比他们低的文明，除非那个低等文明到达 了某种程度。
揣测9）高级伶俐生命就在那儿，就在我们的身边。但是 我们太低等了，没有察觉到他们。美籍日裔物理学家加来道雄 曾经说过下面如许的话：“让我们假设，森林深处有一堆蚂蚁 修建的蚁丘，在蚁丘的旁边，有人类正在修建的10车道超等高 速公路。问题是，蚂蚁会理解那个10车道超等高速公路是什么 吗？蚂蚁有才能理解那个建立中的高速公路所利用的手艺及其 用处吗？”
所以，并非我们不克不及利用我们的手艺来找到行星X发出 的信号，而是我们完全无法领略行星X上的生命是什么或者他 们在做什么。他们比我们先辈太多了，他们假设想教诲我们，就 像我们想让蚂蚁往理解什么是互联网一样困难。
既然如斯，那么天然要答复的问题是，“既然有那么多的 III类文明，为啥他们不联络我们呢？”为了答复那个问题，我 们能够往问我们本身——当西班牙殖民者法兰西斯克·皮泽洛征服秘鲁时，他有停下来到蚁丘往测验考试 与蚂蚁沟通了吗？他会宽浩荡量地往帮 助蚁丘上的蚂蚁了吗？他有没有变得很 敌意，以致于停下本来的方案往毁坏蚁 丘？仍是蚁丘关于皮泽洛来说，是完全 无关紧要的呢？那也许就是高级伶俐生 命面临我们时的情状。
揣测10）我们所理解的现实是完全 错误的。那里有良多种理论来表白我们 所熟悉的那一切底子不是我们所想的那 个样子。例如宇宙能够表示出那种样子， 但事实可能是另一种样子，例如是一种 全息图。或者我们是外星人的尝试品， 他们把我们种植在地球上来做尝试。或 者，我们都可能是某种来自其他世界的 研究人员通过一个超等电脑模仿出来的 等等。
根究没有完毕
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上面那些阐明，有些部门听起来像 科幻小说了。确实，如今许多讲述外星人 的科幻做品的情节都是基于一种费米悖 论的阐明来开展的。不外现实中，费米悖 论实正的阐明是什么，我们还不得而知。也许，当我们晓得最末谜底时，会大食一 惊。
别的，根究费米悖论的同时，我们也 应该考虑我们人类能否过分自卑了呢？在地球上，我们统治着那个星球，是那个 领土的王者并以此为傲，挥霍着天然资 源，把大量的精神投进到权利的斗争之 中。然而，面临II类或III类文明，我们的 那点骄傲感霎时化为乌有，我们过往的 行为可能好像小丑一样荒谬好笑。
在那广袤的宇宙之中，我们人类只 是栖身在细小岩石上的一群孤儿，并且 我们可能不是我们想象中的那么伶俐， 以至我们所确信的许多工作可能都是错 误的。所以说，解答费米悖论，探觅地外 生命，不但是能称心人的猎奇心，它也有 助于我们准确理解那个世界，和我们本身。