银河系至少存在36个智慧文明,真的吗?-pg电子游戏

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银河系至少存在36个智慧文明,真的吗?

不久前(2020 年 6 月),国内外各大媒体纷纷报导,英国诺丁汉大学(university of nottingham)的科学家研究发现,银河系至少应有 36 个智慧文明,吸引了许多人的眼球。无独有偶,在 2018 年便有报导指出,英国牛津大学人类未来研究所(future of humanity institute)的学者公布,人类是银河系中唯一高等智慧物种的可能性高达 53% 至 99.6%。明明是类似的问题,相隔两年的研究却得出完全不同的结论,让人看得一头雾水。

满天的星星里还有其他文明存在吗?这是个人类讨论了很久的议题。图/ by felixmittermeier@pixabay

究竟,这些关于外星文明的数量估计,是怎么做出来的?又是否可信?我们短期内有多大机率证实外星生命的存在?宝杰你怎么看?

费米悖论:外星人在哪儿?

科学史上关于外星文明的讨论,最知名的例子,莫过于物理学家恩里科‧费米(enrico fermi,1901–1954)和另外三位同事──包括氢弹之父爱德华‧泰勒(edward teller,1908–2003)──之间的对话。

那是在 1950 年夏天的洛斯阿拉莫斯国家实验室(los alamos national laboratory)。四人于中午前往用餐时,在路上聊到当时的目击幽浮报导,以及纽约客杂志刊载外星人偷窃垃圾桶的漫画,以解释市区垃圾桶莫名消失的谜团。虽然一行人并不认为报导里的幽浮来自外星球,但仍讨论起星际旅行的可能性。

费米问泰勒:「在接下来十年内,我们有多大可能,会看到超光速物体的明确证据?」当泰勒回答百万分之一后,费米说:「这太低了,较可能是百分之十。」当话题结束,大家围绕餐桌坐定、开始用餐之后,费米突然又冒出一句:「所有(外星)人都到哪儿去了?」

这就是知名的费米悖论(fermi paradox):宇宙是这么地辽阔,充满数不清的恒星,总会有生命于地球之外的地方诞生;而在宇宙悠久的 138 亿年岁月中,应有足够长的时间,让这些外星生命发展出高度智慧文明;甚至,只需要一定的太空技术,在相对宇宙寿命极短的时间内,约千万年之谱,就能殖民整个星系。那么,为什么地球人完全看不到任何迹象,显示他们存在?

纽约客杂志于1950年刊载外星人偷窃垃圾桶的漫画,同时解释了当时的幽浮目击事件,与垃圾桶消失迷团。alan dunn (may 20, 1950),the new yorker。(图片来源)

主动搜寻外星讯号

尽管没有人知道费米悖论的真确答案,却有不少人试图提出可能的解释,如外星人早就来过、外星人故意不跟我们接触、我们探索的方式不对、外星生命来不及演化出文明就灭绝了、智慧文明无法避免地会自我毁灭(值得地球人警惕!)、外星人跟我们想的不一样、地球真的是特别的存在……等等。

然而,不用等理论解释为什么,实际搜寻外星人的计画早就开始进行。

十九世纪末,古列尔莫‧马可尼(guglielmo marconi,1874–1937)发明无线电报系统,利用无线电波发送和接收电码,电报也从此不再需要靠电线传送──铁达尼号失事的时候,也多亏无线电报,才有许多人获得拯救。到了二十世纪初,利用无线电波传递声音的技术被发明,广播节目开始出现在我们的生活中;此后,地球人就陆续尝试搜寻外星人发出的电磁波讯号。

1924 年 8 月,火星轨道运行进入非常接近地球的位置,仅距离 55,777,566 公里,提供了侦测火星人的绝佳机会。天文学家大卫‧佩克‧托德(david peck todd)在美国军方的帮助下,将无线电接收器设置在离地三公里的飞船上,从 8 月 21 日到 23 日共计三十六小时内,尝试接收火星人的无线电讯号,并备有军方的密码学家帮忙解译;同时,所有无线电台每逢整点都会停止发送五分钟,避免造成干扰。只可惜,这次实验没有得到任何有意义的结果。

1924年当时,美国军方的电报要求无线电站密切留意任何不寻常的讯号。(图片来源)

到了 1960 年,美国康乃尔大学(cornell university)的年轻天文学家法兰克‧德雷克(frank drake),利用位于西维吉尼亚州绿堤(green bank)的无线电望远镜[1],分别观测了距地球 10.5 光年的天苑四(epsilon eridani)和 11.9 光年的天仓五(tau ceti),花了数个月搜寻可能的外星智慧文明讯号,却没有任何收获。

似乎,真的没有外星文明发送电磁波讯号到宇宙中。不过,有此能力的外星文明多吗?

德雷克方程式:智慧文明有多少?

1961 年 10 月底,德雷克在绿堤举办研讨会,邀请所有想得到、对搜寻地球外智慧生命有兴趣的科学家与会。然而,作为会议唯一的主办人,德雷克被庶务忙得焦头烂额,根本来不及安排议程。另一方面,该年度的诺贝尔化学奖得主将在会议期间公布,而谣传中的得主正好就是会议参加者――加州大学柏克莱分校的生物化学家卡尔文[2];德雷克还得烦恼张罗香槟,以备万一。

因为缺乏完善的议程规划,又为了讨论更能聚焦,就在参加者报到的前一天,德雷克思考了银河系内、有能力使用电磁波讯息交流的智慧文明数目(以字母 n 代表),并假设有七个因素决定了 n 的多寡,分别为:

只要把上述七个参数相乘,就能评估出银河系中可交流智慧文明的数目――这就是知名的德雷克方程式:\( n=r^*\cdot f_p\cdot n_e\cdot f_l\cdot f_i\cdot f_c\cdot l \)

1961 年 11 月 1 日,德雷克把公式写在会议厅的黑板上,作为议程的讨论主轴;当时的他并不知道,这个方程式日后常被认为是科学史上重要的方程式之一,甚至成为现今思考外星生命存在问题的架构――就连德雷克本人都表示非常惊讶(无误)。

法兰克‧德雷克摄于2012年的照片。by raphael perrino – flickr: dr. frank drake, cc by 2.0

德雷克公式告诉我们什么?

德雷克公式提及的七个参数,只要有任何数值上的变动,都会大大影响我们观测到外星智慧生命的可能性;偏偏,里面有许多参数都难以评估,无法给出准确的数值,误差范围极大。

在上个世纪 60 年代,科学界只对第一个参数r*(银河系中恒星形成的平均速率)稍有概念,也完全不清楚剩下的参数数值为何。当时,尚未有任何太阳系外行星的观测证据,更无从推测生命诞生于系外行星的可能性。

现代,随着科技的进步,我们对德雷克方程式里的参数已更有概念。根据目前的观测结果,几乎每个恒星都拥有自己的行星;换言之,方程式的第二个参数 fp(恒星拥有行星的比例)相当接近 1。此外,有 22% 的类太阳恒星,在适居带拥有地球尺寸的行星──这无法完全决定第三个参数 ne(行星系中,支持生命生存的行星╱星体数量),但很有参考价值。

至于剩下四个参数,就算到了今天,我们若不是所知有限,就是一无所知──这一点也不奇怪,毕竟人类至今唯一能拿来参照的实例,也就只有地球而已。

在 1961 年的那场会议,德雷克和其他科学家们,针对不同参数分别给出了数值范围的预估,最后得到 n(银河系内可交流的智慧文明数目)约在 20 到 50,000,000 之间。

从 1961 年的估计,我们可以看见,因为德雷克方程式里的参数不确定性太大,使其几乎不具有预测能力。若以开头所提到、今年六月的新闻来说,虽然宣称银河系中有 36 个智慧文明,但只要查看论文,就会发现其范围实际上是 4 到 211(36-32 ~ 36 175 );而且,研究团队在过程中还做了许多假设,才得出这样的数字。换句话说,只要稍微更动假设,结论就很可能天差地远──尽管如此,在目前有限的科学证据下,最多也只能做到这样了。

永不放弃对外星生命的探问

尽管德雷克方程式能给予我们的资讯非常有限,但其贡献仍不可抹灭:它提供了一种看待问题的架构,将「银河系内可交流的智慧文明数目」拆开、化简,成为数个单纯因素的组合。

自从德雷克方程式面世之后,许多人套用类似的架构,提出不同的修改版本;如麻省理工学院(mit)教授莎拉‧西格尔(sara seager)就参考德雷克方程式,将「大气层可侦测到生命印记(biosignature)的行星数目」分解为数个参数,以推估下一个十年、我们有多大可能性主动发现这些孕育生命的系外行星。最后她发现,以现有的地球科技所及,能找到且存在生命的系外行星,可能只有两个──在不考虑误差的状况下,情况并不乐观。

至于费米悖论,目前虽然尚无法得到解答,但依据近年的观测证据,再加上对德雷克方程式、和其他修改版的估计,或许,我们无法太过理想性地认为,银河系充满了智慧生命等待交流──考量到宇宙漫长的历史、与无穷尽的辽阔,纵使外星智慧文明真实(或曾经)存在,也不见得刚好能被地球人发现。

从无线电广播发明至今,仅约莫百年;可以想像,如果有外星智慧生命要靠电磁波讯号侦测到地球人的存在,不但必须距离地球一百光年之内,而且科技程度还得恰恰好在这几十年、至少发达到足以接收我们的讯号,且不能因为外在环境或自身缘故而毁灭──怎么想都不是容易的事。

而德雷克在绿堤研讨会提出他的方程式之后,除了持续天文学相关工作,甚至主导了传送讯息给外星文明的活动:1974 年,在其他研究者──包括知名天文学家与科普作家卡尔‧萨根(carl sagan,1934–1996)──的帮助下,他们设计的讯息从波多黎各阿雷西博天文台(arecibo observatory),以强力的电磁波发送向距离地球 25,000 光年的球状星团 m13,内容包括了人类的dna 结构,和太阳系的介绍等等,史称阿雷西博讯息(arecibo message)。尽管人类可能永远无法收到回复,在宇宙中传播的阿雷西博讯息,却已成为地球文明曾经存在的证据,等待很久很久以后,某个遥远星系的外星文明观测到它。

阿雷西博讯息。此处标示的颜色为分类、方便阅读之用,原始讯息不包括颜色。(图片来源)

就算目前对外星生命的探寻一无所获,但宇宙总是充满各式惊奇与可能;或许,在可见的未来,我们就会从系外行星的大气层发现外星生命存在的印记,甚至接收到外星文明的讯号也不一定。愿原力与你同在!生生不息,繁荣昌盛!(一秒同时惹怒star wars和star trek粉丝)

注释

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