费米悖论告诉你宇宙中是否存在外星文明

huangdao007

费米悖论告诉你宇宙中是否存在外星文明

    任何一个人，在一个晴朗无月的晚上，在一个适合观星的地方，抬头望见满天星星，总是会心有所想：有些人被星空的壮美所感动，有些人被宇宙的辽阔所震惊，还有人像笔者一样感到存在危机，然后脑洞大开一会儿。每个人都有自己的感受。而物理学家费米的感受是：满天星星的夜空看起来非常壮观，但是我们只是在看看附近的地方罢了。

在最适合观星的夜晚，我们可以看到大约 2500 个恒星，这大概是银河星里恒星数量的一亿分之一。这 2500 个恒星中的绝大多数都距离我们不到 1000 光年，大约是银河系直径的百分之一。所以我们看到的星空其实只是下图中的红圈那么大的地方罢了：当讨论恒星和星系的时候，一个能挑逗几乎所有人类神经的问题，就是：“地球之外是否还有智能生命存在？”让我们用数字来讨论这个问题。
虽然银河系里面有 1000 亿 -4000 亿个恒星，但是在可观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，就有一个巨大无比的星系。也就是说，可观测宇宙内的恒星数量大概是在 10^22 到 10^24 之间，这个数字写出来是这样的：
据估计，地球上沙子的数量是 7.5x10^18 粒，也就是说：科学界对于恒星中有多少是和太阳类似（大小、温度、光度）的还没有定论，通常的观点是 5%到 20%。我们采用最保守的估计（5%）,以及对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。而这些和太阳类似的恒星里有多少是拥有一个和地球类似（允许液态水存在的温度条件来支持类似地球生命）的行星的呢？这个科学界也没定论，有些观点认为这个比例高达 50%，也有比较保守的研究认为应该在 22%左右。结合前面采用的 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。
也就是说下次你去海边玩得时候要记住这个数据哟。再往后推算，我们就只能瞎蒙了。
假设经过数十亿年的时间，这些类似地球的行星中，有 1%出现了生命。再假设，那些出现了生命的行星中，有 1%的行星上的生命的智能发展到了类似地球的程度。这就是说，可观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，和对于银河系恒星数量估计的下限（1000 亿），我们可以算出来，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，地外文明搜寻计划) 是一个以收听来自地外智能文明信号为目的的组织。

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如果银河系里存在 10 万个智能文明，哪怕其中只有很少一部分对外发射无线电波或者激光束或者其它联系信号，SETI 的卫星阵列应该会收到各种各样的信号。这个时候，问题来了：这还不是最奇怪的地方。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很多的类地行星，理论上来说他们的文明程度应该远比我们发达。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 对比，如果行星 X 的经历和地球类似的话，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撼，可能就像我们现在的世界能给一个中世纪人的震撼一样。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 上那个比我们领先了 34.6 亿年的文明会是怎样呢？卡尔达肖夫指数，根据一个文明所能够利用的能源数量，来量度文明层次。它的指标有三个类别：
    I 型文明：有能力使用所在行星的全部能源。人类还没有达到 I 型文明，按照卡尔萨根的算法，人类可以算作 0.7 型文明。
    II 型文明：有能力使用母恒星的全部能量。我们还没有办法理解这样的事情要怎样才能做到，但是人类还是尽量使用想象力来考虑这个问题的，一种可能是戴森球，这是包围母恒星的巨大球形结构，它可以捕获大部分或者全部的恒星能量输出。
    III 型文明把前面两张都甩在了后面，她能够动用相当于整个银河系那么多的能源。当然，这一型的文明听起来有点不可思议，不过别忘了，前面的行星 X 上的文明可是有 34 亿年的时间慢慢发展的。如果行星 X 上的文明和

我们类似，并且成功生存到了 III 型的话，他们可能已经掌握了星际旅行的方法，甚至开始对整个星系的殖民了。
对于星际殖民的方法，有一种假想，就是创造一种能够航行到别的行星的机器，然后用利用新行星上的材料花 500 年左右的时间自我复制，然后将两个复制品送向下一个目标，即使用比光速慢的多的速度航行，这个模式也能用 375 万年的时间完成整个星系的殖民。当计量单位是 10 亿年的时候，375 万年不过是一眨眼而已。回到我们我们之前的推算，如果银河系里 1%的智能文明成功的达到了具有星际殖民能力的 III 型文明的话，光银河系就应该有至少 1000 个 III 型文明了。如果真是这样的话，这些文明的存在应该很容易被留意到才对。
但是我们至今为止，什么都没看到，什么都没听到，也从来没有接触过他们中的任何一个，这就是费米悖论。
读到这边你大概了解什么是费米悖论了，下面是对于费米悖论的一点解释，关系到人类的生死存亡，有点绕脑子，如果读不懂不需要勉强。
    费米悖论没有答案，我们至今只能提供可能的解释而已。问十个科学家，你会得到十个不同的答案。回想一下人类曾经争论地球是圆的还是平的，地球绕着太阳转还是太阳绕着地球转，闪电是宙斯造成的，等等。这些想法在现在看来很好笑，但是我们现在对于费米悖论的解释大概也就是这个程度。
讨论最多的解释能够分成两大类，第一类认为根本不存在 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观测不到她们。

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第一类解释：并不存在 II 型和 III 型的文明。
第一类解释的人认为既然数字推算出来那么多高等文明，那不管是出于什么原因使得高等文明不爱对外交流，总是有例外的。哪怕 99.99%的高等文明都不和外面接触，剩下 0.01%的总会奇葩一点，而我们就会意识到他们的存在。
所以第一类解释认为不存在非常发达的高等文明。但是数字推算显示光是银河系就有数千个可能的高等文明，也就是说肯定有别的因素在干扰高等文明的出现。这个因素就是大过滤器。
大过滤器理论认为，在生命出现前到 III 型文明出现的过程中，有一堵几乎所有生命都会撞上的墙，这面墙是漫长的演化过程中一个极端困难甚至不可能跨过的阶段，这个阶段就是大过滤器。
如果大过滤器理论是正确的，那么问题的关键就是“大过滤器究竟发生在什么阶段？”对于人类的命运来说，这个问题是很重要的。
根据大过滤器可能出现的三个不同阶段我们有三种可能：我们是稀有物种；
我们是第一批；或者我们有大麻烦了。

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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，也就是说什么发展到我们这个阶段是非常少见的。下图展示了两个物种跃过了大过滤器，而我们是其中之一。这种情况可以解释为什么没有 III 型文明，但是它同样表明我们是极少数发展到这个阶段的物种，我们很有希望。当然，从表面来看，这就好像 500 年前的人认为地球是宇宙的中心一样狂妄，不过有些科学家管这个叫观测选择效应，也就是说不管是哪个文明在考虑到自己很特殊的这个问题，这个文明本身就是演化的幸存者，所以不管他们是真的稀有还是假的稀有，他们的思路和结论都会是一样的。所以说，我们是稀有物种至少是有一定可能的。
既然我们很特别，那么我们究竟哪里特别呢？我们在演化过程中跨过的哪一步是绝大多数亲们都没能跨过的呢？
有一种可能是大过滤器发生在生命起源的最初——生命的起源本就是非常稀有的。这种可能是有道理的，因为地球生命花了将近十亿年才出现，而我们试图在实验室里重复这个过程从来没成功过。如果这就是大过滤器的真相的话，那不只表明没有别的智能生命的存在，可能连别的生命都不存在。
另一种可能，大过滤器是从简单的原核细胞到复杂的真核细胞的跳跃。原核细胞出现后，它们花了二十亿年才演化成真核细胞。如果这是大过滤器的真相的话，那说明宇宙里到处都有原核细胞，单也仅此而已了。
当然还有其它的可能，有人甚至认为我们经历的比较近的演化是大过滤器。虽然从大猩猩到人类的演化看上不不是那么神奇，但是心理学家 Steven Pinker 认为物种的演化不一定是朝上发展的：演化不是为了目的而发生的，它就是发生了，它只是利用对于一个特定生态环境下最合适的一种适应。地球上的演化只产生了一次技术智能（人类）可能说明自然选择造成这种结果本就是罕见的。
大部分的演化跳跃不能算作大过滤器，任何一个可能的大过滤器都必须是十亿分之一的事情，只有在各种机缘巧合的堆叠下才会发生——所以从单细胞到多细胞不能算，因为光在地球上这个过程就独自发生了 46 次。同样的，如果我们在火星上发现一个真核细胞的化石的话，那原核

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2、我们是第一批
对于相信第一类解释的人来说，如果大过滤器不是发生在过去，那么我们的仅存的希望就是宇宙是直到最近才变得适合智能生命发展的。
这样的话，我们和其它物种都还在朝超级智能的方向发展，超级智能只是暂时还没发生罢了。我们凑齐是第一批可能成为超级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观测到。就好像地球花了几亿年才平息了火山爆发和陨石撞击，很可能之前的宇宙都是充满了这种灾难，比如会时不时出现的会焚烧所有东西的伽马射线暴，这使得生命难以发展过特定的阶段。现在我们可能正处在天文生物相变阶段，所以这可能是生命第一次能不被打扰的发展这么长时间。