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外星文明都在哪？费米悖论告诉你可能的答案


2015年01月22日07:57   新浪科技 微博       我有话说(251人参与) 收藏本文     

每个人在美好的夜晚看到这样漫天璀璨的星光时都会有所感触。

    文章来源：蝌蚪五线谱

　　有些传统的人会为这样的美景和浩瀚的宇宙而震惊，而我会觉得现实崩塌，接下来半个小时都行为异常。但是，每个人都会有所感触。

　　物理学家费米也有感触——“他们都在哪儿呢？”
　　真正的星空似乎是广阔无垠的——但是我们所看到的一切离我们都很近。在非常晴朗的夜晚，我们最多能够看到2500颗恒星(大约是银河系所有恒星的万分之一)，而几乎所有这些星星距离地球都不到1000光年(也就是银河系直径的1%)。所以我们真正看到的是这样的：

　　在讨论有关恒星和星系的话题时，让大多数人都感觉很抓狂的一个问题是，“其他的智慧生命都在哪里？”让我们用一些数字来说明一下——

　　银河系中有很多恒星(1000亿到4000亿颗)，而在可观测到的宇宙中，也有差不多这么多数量的星系——所以在可观测到的宇宙部分，就有大约1022到1024颗恒星。这就意味着，地球上每有一粒沙，宇宙中就有10000颗恒星。
　　关于宇宙中到底有多大比例的恒星是“像太阳一样”(具有类似的大小、温度和发光度)，科学界还没有形成一致的意见，一般认为是在5%到20%之间。即 使按照最保守的估计(5%)，并且恒星的总量也选取最低的值(1022)，那么宇宙也存在5万亿亿颗像太阳一样的恒星。
　　关于有多大比例的像太阳一样的恒星周围，有像地球一样的行星(具有允许液态水存在的类似的温度条件，能够支持与地球上的生命类似的生命)，也存在争 论。有人认为这个比例高达50%，不过我们在这里选择《美国科学院院报》最近的一项相对保守的估计——22%。也就是说，在宇宙中，至少有1%的恒星周围 围绕着像地球一样有可能适合生命存在的行星——即一共有10000亿亿颗像地球这样的行星。
　　那么，地球上每有一粒沙，宇宙中就有100颗像地球一样的行星。下一次你去海滩玩儿的时候，可以想象一下这个数字有多么庞大。
你脚下的这一摊可能就是几十个星系
　　接下来我们只能完全靠猜测了。我们假设，在形成10亿年后，有1%像地球一样的行星上出现了生命(如果真是这样，地球上有多少粒沙，宇宙中就有多少存 在着生命的行星)。我们再假设，在1%这样的行星上，生命发展到了像地球上的生命这样高级的形式。那就意味着，在我们可以观测到的宇宙范围内，存在着1亿 亿个智慧的文明。
　　回到我们所在的银河系，并对银河系中恒星的数量采用同样最保守的估计(1000亿颗)，估计有10亿颗像地球一样的行星，有10万个智慧的文明。
　　“地外智慧搜寻组织”(SETI)是一个专门接听其他智慧生命发出的信号的组织。如果银河系中真的存在10万个甚至更多的智慧文明，即使其中只有很小一部分发射过无线电波、激光或其他试图与其他文明联系的信号，SETI的卫星列阵是不是应该接收到过这样的信号呢？
　　但是没有。一个信号也没有。从来都没有。
　　他们都在哪儿呢？
　　这是很奇怪的。我们的太阳是比较年轻的。有很多比太阳老得多的恒星，周围围绕着老得多的像地球一样的行星，这在理论上意味着，那里应该存在着比地球高级得多的文明。例如，让我们比较一下45.4亿岁的地球，和一颗假想的80亿岁的行星X。

　　如果行星X的发展道路和地球一样，我们看一看他们今天的文明应该发展到了什么程度。(以橙色的时间跨度为参考，来表示绿色的时间跨度有多么大。)

　　一个文明的科技领先我们1000年，就足以使我们震惊，就像中世纪的人会对我们今天的世界感觉震惊一样。一个领先我们100万年的文明可能是我们完全无法想象的，就像大猩猩无法想象人类的文明一样。而行星X的文明领先了我们34亿年??

　　有一种叫做“卡尔达肖夫等级”的分类方法，根据智慧文明使用的能量，将他们分成了三个等级：
　　第一等文明能够使用他们所在的行星上的所有能量。我们还不属于第一等文明，但是我们已经非常接近了(Carl Sagan提出了一个公式，根据这个公式，我们处于0.7等的位置)。
　　第二等文明能够利用他们所在的恒星上的所有能量。我们还停留在第一等级的大脑，很难想象怎么有人能做到这一点，但是我们尽了最大努力，想象出了一个类似戴森球的东西。
第三等文明将另外两等远远甩在了后面，他们可以利用的能量相当于整个银河系的能量。
　　如果这听起来有些难以置信，你可以回忆一下前面提到的行星X，以及再发展34亿年可能导致的文明差距。如果行星X上的某个文明和我们人类类似，并且一直发展到了第三等文明，他们当然有可能掌握了星际旅行技术，甚至可能在整个星系中建立殖民地。
　　关于星系内的殖民是如何实现的，有一个假设是制造能够行驶到其他行星的机器，用500年左右的时间在新的行星上用原材料进行自我复制。要殖民整个星系大约需要375万年，对于以10亿年为单位来计算时间的宇宙来说，这不过是一眨眼的时间。(嗯，一眨眼的时间。)

　　我们继续来猜测，如果有1%的智慧生命能够存在得足够长，成为能够殖民整个星系的第三等文明，那么根据上面的计算，仅在银河系就有至少1000个第三等文明，他们的存在很可能是非常引人注目的。但是我们没有看到任何信号，没有听到信号，也没有任何文明来探访我们。

　　他们都在哪儿呢？

欢迎来到费米悖论。

　　我们不知道费米悖论的答案——我们所能做的就是做一些“可能的解释”。如果你问十位不同的科学家，他们会给出十种不同的答案。人类曾经争论过地球是不 是圆的，太阳是不是绕着地球转，出现闪电是不是因为宙斯。这些似乎都很古老吧？在费米悖论这个问题上，我们的了解基本上就是这个程度。
　　我们可以把对费米悖论的解释大致分为两类——一类解释假设，之所以没有没有发现第二类和第三类文明的信号，是因为根本就不存在这样的文明；另一类解释假设，我们之所以没有看到或听到任何信号，是因为以下原因：
    解释群组1：我们没有收到更高等文明(第二类和第三类文明)的信号，是因为不存在更高等的文明。　

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持这种观点的人指出了非排他性的问题，对于任何“存在更高等的文明，但是由于某种原因，他们都没有与我们进行任何形式的联系”这类的说法，持本观点的 人是断然否定的。群组1的人看重数学计算。数学计算结果表明，应该有几千个甚至几百万个更高等的文明，那么他们中至少应该有一个例外，会与地球联系。即使 某个理论对99.99%的更高等文明有效，还有0.01%的更高等文明和他们不一样，我们应该能意识到他们的存在。

因此，群组1认为，一定是不存在极度高级的文明。而且，因为数学计算表明，仅在银河系就有几千个更高等的文明，那么一定还有某种数学计算没有考虑到的东西。

这个东西被称为“大过滤器”。

大过滤器理论认为，在从准生命形式向第三类智慧发展的过程中，存在着一些点，在这些点上有一些障碍是所有或者几乎所有的生命都无法穿越的。在如此漫长的计划过程中，有些阶段是生命很难甚至完全无法跨越的。这些阶段就是大过滤器。

如果这个理论是正确的，一个很大的问题是，这个大过滤器会存在于什么阶段？

当涉及到人类的命运时，这个问题就变得非常重要了。根据大过滤器存在的阶段不同，我们可能面对三种不同的现实：我们是很罕见的，我们是最早的智慧生命，或者大过滤器在我们前方。

1. 我们是很罕见的(我们已经通过了大过滤器)

我们希望大过滤器已经被我们甩在了后面——我们设法通过了它，这意味着能够达到人类这种智力水平的生命是非常少的。下面的图表显示，只有两个物种通过了大过滤器，而人类就是其中的一种。

这解释了为什么不存在第三等文明，但是这也意味着，人类可能是目前极少数突破大过滤器的例外中的一个。这意味着我们还有希望。从表面上看，这有点像 500年前的人觉得地球是宇宙的中心——这意味着我们是特殊的。但是，有一种被科学家称为“观察选择”的效应，表明智慧生命都喜欢认为自己是独特的，不管 他们实际上真的很独特还是很普通。所以我们不得不承认，至少我们有可能是特殊的。

如果我们真的很特殊，我们究竟是什么时候变得特殊的呢——也就是说，我们通过了哪一个几乎挡住了其他所有物种的脚步的进化阶段呢？

一种可能性是：大过滤器可能存在于非常靠近开端的地方——所以生命能够出现就是非常罕见的。之所以会存在这样的可能性，是因为从地球存在到出现生命，用了将近10亿年的时间，也是因为我们曾经在实验室里尝试复制生命出现的过程，但是从来没有成功过。如果生命的出现就是一个大过滤器，就意味着地球之外不仅没有智慧生命，可能根本没有任何形式的生命。

另一种可能性是：大过滤器可能存在与从简单的原核细胞向复杂的真核细胞进化的阶段。原核细胞出现后，用了将近20亿年才进化为复杂的真核细胞。如果大过滤器存在与这个阶段，宇宙中就会充满简单的原核细胞，几乎没有更高级的生命。

还有很多其他的可能性，甚至有些人认为，人类成为智人的最后一个阶段才是大过滤器。有很多进化阶段不可能成为大过滤器。任何有可能成为大过滤器的进化 阶段都必须是一个几十亿中选一的过程，在这个过程中，必须出现一个或多个极其反常的事情才能成就一个例外——因此，从单细胞生命向多细胞生命进化的过程就 不能算是一个大过滤器，因为仅仅在地球上，它就在完全孤立的事件中发生了46次之多。由于同样的原因，如果我们在火星上发现了真核细胞的化石，就说明前面 提到的从简单细胞向复杂细胞进化的过程也不会是一个大过滤器(在进化链上处于这一步之前的所有步骤也都不是)，因为如果在地球和火星上都发生了这样的进 化，它就几乎不可能是一个几十亿中选一的过程。

如果我们确实是罕见的，那可能是因为某个侥幸的生物事件，但也可能是因为所谓的“罕见地球假设”。这个假设认为，虽然可能存在很多像地球一样的行星，但是地球有某些特殊的条件是格外适合生命生存的。

2. 我们是最早的智慧生命

我们可能是自大爆炸发生以来，最早到达智慧生命阶段的生命。我们和其他许多物种可能都正在向超级智慧生命进化，人类偶然在适当的时机成为最早进入超级智慧文明的物种之一。

有很多现象会使这种可能变成现实，其中一个例子就是伽马射线暴的大量存在，我们在遥远的星系中会观测到这种巨大的爆炸。地球形成后几亿年时间，小行星 风暴和火山爆发才平息，生命才可能出现。宇宙中可能存在大量像伽马射线暴这样的事件，将附近的一切都焚烧殆尽，任何生命都无法跨越这个阶段。人类现在可能 正处在天体生物学的过渡阶段，这是第一次生命有一个比较长的、不受打扰的进化阶段。

3. 大过滤器在我们前面

如果我们并不是罕见的，也不是进化比较早的，那么大过滤器肯定在我们前面。这表明，生命会进化到我们这个阶段，但是有某种东西阻止了生命进一步进化，达到更高的智慧——而且人类也不可能是例外。

一种可能是，大过滤器是定期出现的重大自然事件，比如前面提到过的伽马射线暴，只不过这些现象现在还没有发生，地球上的所有生命都会被突如其来的伽马射线暴毁灭，这只不过是时间问题。还有一种可能是，所有的智慧文明在技术达到某种水平后，都会走向自我毁灭。

所以牛津大学的哲学家Nick Bostrom说，“没有消息就是好消息”。如果在火星上发现了最简单的生命，那是个非常了不起的好消息，因为它说明我们已经将很多个大过滤器甩在了后 面。而如果我们在火星上发现了化石化的复杂生命，Bostrom说，“那将是到目前为止最坏的消息，”因为那意味着大过滤器几乎肯定在我们前方——并最终 会毁灭我们。Bostrom相信，在说到费米悖论的时候，“夜空的沉默就是金”。

解释群组2：存在第二等和第三等文明——而且我们没有收到他们的信息是有合理理由的。

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　　群组2的解释不认为人类是罕见的或进化最早的，相反，他们相信中庸原则。他们认为，我们的星系、太阳系、行星或智力水平没有任何特殊之处，除非你能找 到证据证明不是这样。他们也不认为，没有智慧生物存在的证据，就说明他们不存在——因为我们只在距离地球100光年的范围内搜寻信号(这仅仅是整个银河系 的0.1%)，所以有很多原因会导致我们没有搜寻到地外智慧生命发出的信号。
　　可能性1)超级智慧生命已经造访过地球，但是那时候人类还不存在。智人只有50000年左右的历史，那只是很短的时间。而有记录的历史更短，只有5500年。某些靠狩猎和采集为生的古代部落可能见过外星人，但是他们没办法把这一切告诉后人。
　　可能性2)银河系已经被殖民了，但是地球处于比较偏僻的地方。这就好像美洲已经成了欧洲人的殖民地，但是生活在加拿大北部的因纽特小部落却不知道这一点。
　　可能性3) 对于更高级的物种来说，物理殖民是一个非常落后的概念。还记得前面提到的第二等文明吗？他们能够利用整个太阳系的能源，为自己创造出完美的环境，满足自己的所有需求。他们可能有非常高级的方法减少自己对资源的需求，完全没兴趣离开快乐的家园，去开发寒冷、空旷的宇宙不毛之地。
　　一个更加高级的文明，甚至可能视整个物理世界为一个蛮荒之地。他们早就将自己的大脑上传到一个虚拟现实世界，在那样的乐园里，生命将永恒存在。生活在物理世界，面临生物、死亡、欲望和需求，可能被他们视为一种原始的生存方式，就像我们看待深海中的原始生物一样。
　　可能性4)存在可怕的杀.手文明，最智慧的生命不会发布信号和宣告自己的位置。这是一种不太令人愉快的想法，有助 于解释为什么SETI卫星没有收到任何信号。这也意味着我们可能很傻很天真，向外发布信号是愚蠢和风险的。关于我们是否应该向地外智慧生命发布信号，现在 还存在着争论，大多数人都认为不应该。斯蒂芬?霍金警告说，“如果外星人来拜访我们，结果就和哥伦布登陆美洲一样，对美洲土著人一点好处也没有”。就连 Carl Sagan(他深信有能力完成星际旅行的文明都是无私的，而不是不友好的)也认为向地外智慧生命发布信号是“不明智的和幼稚的”，并建议“我们是这个奇异 而充满不确定性的宇宙中最年幼的孩子，应该长时间安静地倾听，耐心地了解宇宙，而不是吆喝着冲进我们不了解的陌生丛林。”
　　可能性5)只有一种高级智慧生命——“超级猎手”(就像人类在地球上的地位一样)——他们比其他任何物种都高级得多，一旦他们发现某种智慧文明进化到一定程度，就会把这个文明消灭掉，从而保证自己独一无二的地位。新 出现的智慧文明可能由于各种原因自己毁灭，而一旦他们进化程度超过了某个点，超级猎手就会采取行动。因为对于超级猎手来说，新出现的智慧文明在发展和扩散 的时候，就像病毒一样。这个理论认为，无论哪个文明成为星系中第一个智慧文明，其他文明就都没有机会了。这可以解释为什么我们没有发现地外智慧文明的活动 迹象，因为只有一个超级智慧文明。
　　可能性6)有很多来自地外的活动和声音信号，但是人类的技术太原始，接收不到这些信号。这就像你走进一座现代化 的写字楼，打开无线电对讲机，你没听到任何活动迹象(因为每个人都在发短信，而不是使用无线对讲)，就判断这座大楼是空的。也可能就像Carl Sagan指出的那样，可能是我们的思维与其他智慧生物相比太快或太慢了——比如，他们要花12年的时间才能说一句“你好”，而我们听到这句话的时候会觉 得这是一句无关紧要的噪音。
　　可能性7)我们已经接收到了其他智慧生命的联系信息，但是政府隐瞒了这件事。这是一种很白痴的想法，但是我必须提一下，因为很多人都持这种观点。
　　可能性8)更高等的文明已经发现了我们，并且正在观察我们(动物园假说)。超级智慧文明存在于一个管理非常严格 的星系，我们的地球被视为一个庞大的国家自然保护公园的一部分，公园里有很多像地球一样的行星，公园的规则是“只许看不许摸”。我们没有注意到他们，因为 如果一个比我们体积小得多的物种想要观察我们，他们肯定知道如何在观察我们的时候不被我们注意到。也可能有一个类似于《星际迷航》中“最高指令”一样的原 则，禁止超级智慧物种以任何形式与我们这些低级物种接触，直到低级物种进化到了某种智慧水平。
　　可能性9)存在更高等的文明，他们就在我们周围。但是我们太原始，所以感觉不到他们的存在。物理学家加来道雄总结说：
　　假设森林中有一个蚁穴。紧挨着蚁穴旁边，修建了一条10车道的高速公路。这些蚂蚁能理解什么是10车道的高速公路吗？能理解在它们旁边修建这条高速公路的物种的技术和意图吗？
　　所以，并不是我们用现在的技术无法接收到来自行星X的信号，而是我们根本不了解行星X上的物种是什么，也不明白他们想干什么。这远远超出了我们的理解能力，以至于即使他们真的想启发我们，也像教蚂蚁使用互联网一样费劲儿。
　　顺着这个思路，我们就可以知道“如果存在那么多第三等文明，为什么他们不和我们联系”？要回答这个问题，你可以先问问自己——当探险家皮萨罗进入秘鲁 的时候，他有没有在一个蚁穴旁边停下来，试着和它们交流？他有没有非常慷慨地尝试帮助蚁穴中的蚂蚁？他会不会很坏，放慢完成原来的任务的步伐，就为了摧毁 这个蚁穴？还是皮萨罗完全不会关心这个蚁穴是否完整和永远存在？我们现在对于第三等文明来说，就相当于这个蚁穴。
　　可能性10)我们对现实的理解是完全错误的。宇宙可能和我们想象的完全不一样，它可能看起来是一回事，而实际上 完全是另一回事，就像一副全息图。也可能我们自己就来自外星，我们被放在地球上进行某种实验，或被当做肥料。甚至有可能，我们只是另一个世界的某些研究人 员进行的计算机模拟程序中的一部分，而在这个模拟程序中没有其他的生命形式。

who knows？

　　如果继续进行这样很可能徒劳无功的寻找，我无法肯定我会支持哪种观点。坦率地说，不管是宇宙中只有人类这一种智慧生物，还是还存在其他智慧生物，都是令人有些毛骨悚然的。这就是一个超现实主义的故事，无论真相如何，都会令人无比震撼。
　　除了令人震惊的科幻成分，费米悖论还让我们觉得深受羞辱。不仅仅是那种“哦，我是微不足道的，我的存在持续不了三秒钟”的羞辱。费米悖论会给我们带来 更尖锐的、更个人化的羞辱。这种羞辱是，我们花了大量时间倾听人类最先进的科学理论，不断地改变自己的想法，每一种想法都彼此矛盾——然后有人提醒我们， 未来的人看待我们就会像我们看待那些认为天圆地方的古人一样，会觉得“他们根本一无所知”。
　　当讨论到第二等和第三等文明的时候，我们的自尊心会被吹得烟消云散。在地球上，我们人类就是这个小城堡里的国王，骄傲地统治着大量和我们一同生活在这 个星球上的各种低等生物。这里没有谁能和我们竞争，也没有谁能审判我们，我们也很少会想到，对于任何物种来说，人类会是一种非常低级的物种。但是在花了大 量时间了解第二等和第三等文明后，我们的力量和骄傲似乎就有点自欺欺人了。
　　也就是说，我们正常的观点是，人类是漂浮在无垠宇宙中央的一块小小岩石上的孤儿，而令人惊讶的事实是，我们可能不想自己想象得那么聪明，可能很多我们确信无疑的事情都是错的。这听起来很有趣。这打开了一扇门，也许，仅仅是也许，故事比我们所知道的精彩得多。

让我用图告诉你：地球多渺小，宇宙多宏大

　　(原文转自waitbutwhy.com，原作者：Time Urban，蝌蚪君编译。转载请标注来源。)

ernieyao

非常锻炼脑力的一篇文章