CICC科普栏目｜若何用通俗的语言来阐明「费米悖论」？

用通俗的语言来阐明「费米悖论」

来源：谢熊猫君

编纂：Gemini

我在翻译时候有改动和少量删减。

任何一小我，在一个晴朗无月的晚上，在一个合适看星的处所，昂首看见满天星星，老是会心有所想：

有些人被星空的壮美所冲动，有些人被宇宙的辽阔所震动，还有人像笔者一样感应存在危机，然后脑洞大开一会儿。每小我都有本身的感触感染。而物理学家费米的感触感染是：

满天星星的夜空看起来十分壮看，但是我们只是在看看四周的处所罢了。在最合适看星的夜晚，我们能够看到大约2500个恒星，那可能是银河星里恒星数量的一亿分之一。那2500个恒星中的绝大大都都间隔我们不到1000光年，大约是银河系曲径的百分之一。所以我们看到的星空其实只是下图中的红圈那么大的处所罢了：

展开全文

当讨论恒星和星系的时候，一个能撩拨几乎所有人类神经的问题，就是：“地球之外能否还有智能生命存在？”让我们用数字来讨论那个问题。

固然银河系里面有1000亿-4000亿个恒星，但是在可看测的宇宙内有几乎同样数量的星系——对应每一个银河系的恒星，就有一个浩荡无比的星系。也就是说，可看测宇宙内的恒星数量可能是在10^22到10^24之间，那个数字写出来是如许的：

据估量，地球上沙子的数量是7.5x10^18粒，也就是说：

科学界关于恒星中有几是和太阳类似（大小、温度、光度）的还没有定论，凡是的看点是5%到20%。我们摘用最守旧的估量（5%）,以及关于恒星数量估值的下限（10^22），那么就是说有5x10^20个恒星是和太阳类似的。

而那些和太阳类似的恒星里有几是拥有一个和地球类似（容许液态水存在的温度前提来撑持类似地球生命）的行星的呢？那个科学界也没定论，有些看点认为那个比例高达50%，也有比力守旧的研究认为应该在22%摆布。连系前面摘用的5%类太阳恒星的假设，就是说宇宙中有至少1%的恒星，拥有一个类似地球的行星，也就是说存在10^20个类似地球的行星。

也就是说

下次你往海边玩得时候要记住那个数据哟。

再往后推算，我们就只能瞎蒙了。假设颠末数十亿年的时间，那些类似地球的行星中，有1%呈现了生命。再假设，那些呈现了生命的行星中，有1%的行星上的生命的智能开展到了类似地球的水平。那就是说，可看测宇宙中存在一百万亿个智能文明。

回到咱们银河系，运用同样的算法，和关于银河系恒星数量估量的下限（1000亿），我们能够算出来，银河系里可能有10亿个类似地球的行星，和10万个智能文明。

SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence，地外文明搜觅方案) 是一个以收听来自地外智能文明信号为目标的组织。假设银河系里存在10万个智能文明，哪怕此中只要很少一部门对外发射无线电波或者激光束或者其它联络信号，SETI的卫星阵列应该会收到各类各样的信号。

那个时候，问题来了：

那还不是最希罕的处所。我们的太阳是个很年轻的恒星，也就是说存在着年纪比地球大良多的类地行星，理论上来说他们的文明水平应该远比我们兴旺。我们的地球是45.4亿年，假设我们把地球和一个80亿年的行星X比照

假设行星X的履历和地球类似的话，他们的文明应该比我们领先34.6亿年

比我们领先一千年的文明所能带给我们的震动，可能就像我们如今的世界能给一个中世纪人的震动一样。一个比我们领先一百万年的文明和我们的差距，可能和我们与大猩猩的差距那般。而行星X上阿谁比我们领先了34.6亿年的文明会是如何呢？

卡尔达肖夫指数，根据一个文明所可以操纵的能源数量，来量度文明条理。它的目标有三个类别：

I型文明：有才能利用所在行星的全数能源。人类还没有到达I型文明，根据卡尔萨根的算法，人类能够算做0.7型文明。

II型文明：有才能利用母恒星的全数能量。我们还没有办法理解如许的工作要如何才气做到，但是人类仍是尽量利用想象力来考虑那个问题的，一种可能是戴森球，那是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。

II型文明：有才能利用母恒星的全数能量。我们还没有办法理解如许的工作要如何才气做到，但是人类仍是尽量利用想象力来考虑那个问题的，一种可能是戴森球，那是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。

III型文明把前面两张都甩在了后面，她可以动用相当于整个银河系那么多的能源。当然，那一型的文明听起来有点难以想象，不外别忘了，前面的行星X上的文明可是有34亿年的时间渐渐开展的。假设行星X上的文明和我们类似，而且胜利保存到了III型的话，他们可能已经掌握了星际游览的办法，以至起头对整个星系的殖民了。

关于星际殖民的办法，有一种设想，就是创造一种可以飞行到此外行星的机器，然后用操纵新行星上的素材花500年摆布的时间自我复造，然后将两个复成品送向下一个目标，即便用比光速慢的多的速度飞行，那个形式也能用375万年的时间完成整个星系的殖民。当计量单元是10亿年的时候，375万年不外是一眨眼罢了。

回到我们我们之前的推算，假设银河系里1%的智能文明胜利的到达了具有星际殖民才能的III型文明的话，光银河系就应该有至少1000个III型文了然。假设实是如许的话，那些文明的存在应该很随便被留意到才对。

但是我们至今为行

什么都没看到

什么都没听到

也历来没有接触过他们中的任何一个

那就是费米悖论

读到那边你可能领会什么是费米悖论了，下面是关于费米悖论的一点阐明，关系到人类的存亡存亡，有点绕脑子，假设读不懂不需要牵强。

费米悖论没有谜底，我们至今只能供给可能的阐明罢了。问十个科学家，你会得到十个差别的谜底。回想一下人类曾经争论地球是圆的仍是平的，地球绕着太阳转仍是太阳绕着地球转，闪电是宙斯形成的，等等。那些设法在如今看来很好笑，但是我们如今关于费米悖论的阐明可能也就是那个水平。

讨论最多的阐明可以分红两大类，第一类认为底子不存在II型或者III型文明，第二类认为存在II型或III型文明，但是因为种种原因我们看测不到她们。

第一类阐明：其实不存在II型和III型的文明

第一类阐明的人认为既然数字推算出来那么多高档文明，那不论是出于什么原因使得高档文明不爱对外交换，老是有破例的。哪怕99.99%的高档文明都反面外面接触，剩下0.01%的总会奇葩一点，而我们就会意识到他们的存在。

所以第一类阐明认为不存在十分兴旺的高档文明。但是数字推算展现光是银河系就有数千个可能的高档文明，也就是说必定有此外因素在骚乱高档文明的呈现。

那个因素就是大过滤器。

大过滤器理论认为，在生命呈现前到III型文明呈现的过程中，有一堵几乎所有生命城市碰上的墙，那面墙是漫长的演化过程中一个极端困难以至不成能跨过的阶段，那个阶段就是大过滤器。

假设大过滤器理论是准确的，那么问题的关键就是“大过滤器事实发作在什么阶段？”关于人类的命运来说，那个问题是很重要的。根据大过滤器可能呈现的三个差别阶段， 我们有三种可能：我们是稀有物种，我们是第一批，或者我们有大费事了。

1.我们是稀有物种

有一种可能是我们已经跃过了大过滤器阶段，也就是说什么开展到我们那个阶段长短常少见的。下图展现了两个物种跃过了大过滤器，而我们是此中之一。

那种情状能够阐明为什么没有III型文明，但是它同样表白我们是少少数开展到那个阶段的物种，我们很有期看。当然，从外表来看，那就似乎500年前的人认为地球是宇宙的中心一样傲慢，不外有些科学家管那个喊看测抉择效应，也就是说不论是哪个文明在考虑到本身很特殊的那个问题，那个文明自己就是演化的幸存者，所以不管他们是实的稀有仍是假的稀有，他们的构想和结论城市是一样的。所以说，我们是稀有物种至少是有必然可能的。

既然我们很特殊，那么我们事实哪里特殊呢？我们在演化过程中跨过的哪一步是绝大大都亲们都没能跨过的呢？

有一种可能是大过滤器发作在生命起源的最后——生命的起源本就长短常稀有的。那种可能是有事理的，因为地球生命花了将近十亿年才呈现，而我们试图在尝试室里反复那个过程历来没胜利过。假设那就是大过滤器的本相的话，那不但表白没有此外智能生命的存在，可能连此外生命都不存在。

另一种可能，大过滤器是从简单的原核细胞到复杂的实核细胞的跳跃。原核细胞呈现后，它们花了二十亿年才演化成实核细胞。假设那是大过滤器的本相的话，那阐明宇宙里四处都有原核细胞，单也仅此罢了了。

当然还有其它的可能，有人以至认为我们履历的比力近的演化是大过滤器。固然从大猩猩到人类的演化看上不不是那么神异，但是心理学家Steven Pinker认为物种的演化纷歧定是朝上开展的：演化不是为了目标而发作的，它就是发作了，它只是操纵关于一个特定生态情况下最适宜的一种适应。地球上的演化只产生了一次手艺智能（人类）可能阐明天然抉择形成那种成果本就是稀有的。

大部门的演化跳跃不克不及算做大过滤器，任何一个可能的大过滤器都必需是十亿分之一的工作，只要在各类机缘巧合的堆叠下才会发作——所以从单细胞到多细胞不克不及算，因为光在地球上那个过程就单独发作了46次。同样的，假设我们在火星上发现一个实核细胞的化石的话，那原核细胞到实核细胞的跳跃也不克不及算，同理原核细胞之前的事务也不克不及算——既然能在地球和火星上都发作，那就不克不及算十亿分之一了。

假设我们实的很稀有，那可能是因为一个幸运的生物事务，也可能是因为地球殊异假说(Rare Earth Hypothesis)——固然有良多类似地球的行星，但是地球上的特有情况（包罗与太阳系之间的特定联系关系和与月亮的联系关系），或者其它关于地球的种种，长短常合适生命存在的。

2.我们是第一批

关于相信第一类阐明的人来说，假设大过滤器不是发作在过往，那么我们的仅存的期看就是宇宙是曲到比来才变得合适智能生命开展的。如许的话，我们和其它物种都还在朝超等智能的标的目的开展，超等智能只是暂时还没发作罢了。我们凑齐是第一批可能成为超等智能文明的物种之一。

一个例子就是很常见的伽马射线暴，我们能从远方的星系中看测到。就似乎地球花了几亿年才平息了火山发作和陨石碰击，很可能之前的宇宙都是充满了那种灾难，好比会时不时呈现的会燃烧所有工具的伽马射线暴，那使得生命难以开展过特定的阶段。如今我们可能正处在天文生物相变阶段，所以那可能是生命第一次能不被打扰的开展那么长时间。

3. 我们有大费事了(大过滤器就在我们前面)

假设我们既不是稀有，又不是第一批的，那么第一类阐明的独一可能就是大过滤器会呈现在我们的将来。也就是说生命经常可以进化到我们那个阶段，但是有一些因素阻遏绝大大都生命陆续开展到更高档的文明——人类不太可能是特例。一个可能的大过滤器是经常呈现的天然灾变。好比上面提到的伽马射线暴，不外伽马射线暴还没完，说不定哪六合球生命就突然被灭绝了。另一种可能是智能文明抵达必然的手艺程度后不成制止的把本身扑灭了。

那就是为什么牛津哲学家Nick Bostrom认为：“ 没有动静就是更好的动静。即便我们在火星上发现简单的生命也将是灾难性的信号，因为那将大大减低我们已经越过大过滤器的那种可能性，假设我们在火星发现复杂生命的化石，那将是人类汗青上最蹩脚的新闻，因为那阐明大过滤器几乎必定会发作在我们的将来——那将招致物种的扑灭。”Bostrom认为在费米悖论那个工作上，“夜空的缄默是金。”

第二类阐明：II型和III型智能文明是存在的，因为一些原因我们还没和他们获得联络

第二类阐明放弃了我们是稀有的或者我们是第一批那种看点，他们认同无能原理，也就是说除非有证据可以证明，否则人类、地球、太阳系、银河系，都没什么特殊的。他们也不把高档智能存在的证据的缺失等同于高档智能的不存在——我们关于非地信号的搜刮只要到达100光年的范畴罢了，是银河系曲径的千分之一。以下是十种常见的第二类阐明：

可能1：超等智能可能已经拜访过地球，但是那时候我们还不在。智强人（sentient humans）只存在了5万年摆布，算不上什么。假设和外星智能的接触发作在人类之前，那发作了什么我们无从得知——有笔录的人类汗青只要5500年，在那之前就算发作了什么牛逼的接触也没有办法传播下来。

可能2：银河系已经被殖民了，我们只是生活在一个萧条的角落里罢了。就似乎欧洲国度殖民了美洲很久之后，加拿大北边的因纽特部落才晓得那个工作。高档物种的城市化可能已经在四周几个恒星系发作了，那些相邻的恒星系已经被殖民而且有交换，那特地跑到悬臂的一个莫名的角落（太阳系所在）其实没什么意义。

可能3：关于高档物种来说，物理殖民是个很落后的概念。还记不记得前面提到的II型文明能建造的戴森球？有了那么多的能源，他们完全能够给本身建造一个完美的保存情况。或者他们有很先辈的办法来削减对资本的需求，从而没有理由分开本身生活的乌托邦往摸索冰凉、空白、未开化的宇宙。

一个更高档的文明可能把物量世界看做很原始的存在。当他们战胜了本身的心理，然后把大脑上传到虚拟现实的永久天堂之后，生活在物量世界就似乎我们对待原始物种生活在暗无天日的深海中一样无趣。

可能4：存在着很有进攻性的文明，绝大部门智能生命都好自为之，不向外播送本身的位置。也就是各人熟悉的暗中丛林理论，那也能够拿来阐明为什么SETI生命信号都收不到。那同样表白向外发送信号的人类图森破，拿衣服。如今有关于METI（Messaging to Extraterrestrial Intelligence，主动搜觅地外文明方案）的讨论，大部门人认为不该该做那个工作。霍金认为假设外星人拜访我们，成果就会像哥伦布登岸美洲一样，关于美洲土著来说成果很蹩脚。以至是相信高档文明里面好人多的卡尔萨根也认为METI是很不明智很不成熟的，“初到新处所的小孩应该平静的倾听很久，耐烦进修，然后再对着那未知的丛林发声。”

可能5：只存在一个高档智能生命——一个超等捕食者，一个比其他文明都要兴旺良多的文明，他们会消亡所有开展到了必然水平的文明。那是个很蹩脚的可能性。消亡所有重生文明是很没有效率浪费资本的，良多重生文明本身就把本身玩死了，但是当一个文明越过了必然阶段后，超等文明就起头动作了。关于超等文明来说，一个重生的智能物种会像病毒一样生长和传布。那个理论表白第一个达成超等文明的种族会长赢下往，那也阐了然为什么我们收不到任何信号。

可能6：其实有良多活动和信号存在，只是我们的手艺太原始，听到的都是错的工具。就似乎我们走进一个现代化办公楼，然后翻开一个对讲机，然后因为各人都是用手机和电脑的，所以你的对讲机什么都听不到，然后得出办公楼是空的那个结论。也可能如卡尔萨根所说，我们的大脑运做速度远远快过或者远远慢过此外文明，例如对方说一句你好要花12年，那我们领受到阿谁通信的时候听上往就是白噪音罢了。

可能7：我们已经和其它只能生命接触了，但是政府不让我们晓得。那是个傻逼理论，列在那里地道是因为有良多人谈。

可能8：高档文明晓得我们的存在，而且在看测我们，就像看测动物园的动物一样。也就是说高档文明们存在于一个管束严厉的星系，而地球是一个受庇护的“国度公园”的一部门，关于那个“动物园”里面的我们，其他文明都要遵守一个“只能看不克不及摸”的规定。我们没有办法重视到看测者，因为假设一个远比我们伶俐的物种想要看测我们，他们应该能很随便的不让我们察觉到。就似乎星际迷航里面的更高批示原则（Prime Directive）一样，超等智能生物不成以和人类如许的低等物种停止间接接触，曲到人类开展到了必然水平为行。

可能9：高档文明已经在我们身边了，但是我们太原始，以致于无法接触他们。物理学家加来道雄有那么个比方：“好比说在丛林中间有一座蚂蚁山，蚂蚁山旁边正在建造一条十车道的高速公路，蚂蚁会大白十车道高速公路是什么吗？蚂蚁会大白建造高速公路的手艺，和建造公路的物种的企图吗？”

所以也许不是我们领受不到行星X发来的信号，而是我们底子不克不及理解行星X的生物是啥、想做什么。我们和对方的差距太远，就算对方想要给我们点批示，也会像教蚂蚁造高速公路一样没有意义。

那可能是关于“既然有那么多III型文明，为什么他们还没跟我们联络”那个问题的答复，当西班牙殖民者皮萨罗来到秘鲁的时候，他有没有停下来试图和蚂蚁山上的蚂蚁交换？他有没有搀扶帮助蚂蚁？他有没有对蚂蚁动武而耽搁他本来的任务？仍是说，蚂蚁山上的蚂蚁，和皮萨罗完全、彻底、永久没有关系？

可能10：我们关于现实的理解是完全错误的。有良多种可能性招致我们关于所有一切的设法都是错的。宇宙可能只是个投影，或者我们就是外星人，而只是被投放在地球做尝试小白鼠的。以至我们和黑客帝国里面一样，只是活在电脑的模仿现实中，而法式员忘了写其它物种的代码。

在我们陆续很可能无果的对非地智能的搜刮过程中，我不晓得该撑持什么。实话说，不管我们是宇宙中独一的智能生命，仍是我们不是独一，都觉得怪怪的。不论是哪种情状，都很神异。

除往科幻的要素，费米悖论让人很谦虚。不是通俗的“我就是微不敷道的短暂存在”那种觉得，而是在一种更私家的谦虚。当笔者破费几个小时研究那个课题，然后看到我们人类中更优异的科学家给出的看似异想天开的理论、不竭改动本身的立场、和同僚看点完全不符等等，提醒我将来的人们会看我们的笑话，就似乎我们看把星星当做天堂底盘的前人的笑话一样。

而关于II型和III型文明的讨论，更是对我们物种自尊的冲击。地球上，我们是快乐的山大王，是地球食物链的顶端。在那个气泡中我们没有敌手，也没有外人来评判我们，我们很难感触感染到做为一种低等物种的觉得。但是笔者写做时候研究II型和III型文明，觉得人类的力量和骄傲其实是有点风趣。

但是考虑到我一贯觉得人类是萧条的宇宙的一个角落中一块小石头上的孤儿，可以感触感染到那种“本来我们没有那么伶俐”的谦虚感，和我们如今的良多认知都是错误的那种可能性，比拟之下也不是太糟了。至少那翻开了一个可能——固然仅仅是个可能——故事远比我们晓得的要大得多。

存眷公家号领会更多

会员申请 请在公家号内回复“小我会员”或“单元会员

欢送存眷中国批示与掌握学会媒体矩阵

CICC官方网站

CICC官方微信公家号

《批示与掌握学报》官网

国际无人系统大会官网

中国批示掌握大会官网

全国兵棋推演大赛

全国空中智能博弈大赛

搜狐号

一点号