近年來對系外行星的爆炸性發現（目前已確認找到超過4164個）已經重新燃起了人們對那個永恆問題的興趣：「我們在宇宙中是孤身一人的嗎？」。或者，就像著名的義大利物理學家恩裡科·費米(Enrico Fermi)說的:「大家都在哪?」宇宙中有這麼多的行星值得探索，我們的儀器和方法也在不斷更新迭代，尋找地外生命的工作的確進入了高速發展階段。
與此同時，這些發現推動了正在進行的搜尋地外文明計劃(SETI)的大量新研究。其中包括物理學家史蒂文·伍德林和多米尼克·切尼亞發明的外星文明計算器。受最近試圖解決在我們的星系中存在高級生命的統計可能性的啟發，他們提供了一個數學工具，可以為你處理這些數字!
但首先，我們需要快速複習一下背景知識。第一個「計算器」是由美國物理學家、搜尋地外文明計劃(SETI)研究員弗蘭克·德雷克(Frank Drake)發明的，可用於確定任何給定時間下銀河系中外星智慧生物(ETIs)的數量。1961年，在格林班克天文臺的一次會議上，德雷克提出了一個方程式，總結了銀河系中發現ETIs的概率，這一方程後來被稱為德雷克方程，在數學上表示為:N = R* X FP X NE X FL X FI X FC X L
●N是我們可以交流的文明的數量；
●R*是我們星系中恆星形成的平均速率；
●fp是那些恆星中有行星的比例；
●ne是有支持生命條件的行星的數目；
●fl是能發展生命的行星數目；
●fi是能發展智慧生命的行星的數目；
●fc是能發展傳輸技術的文明數量；
●L是這些文明將信號傳送到太空所需的時間長度
雖然這個方程的目的是激發關於ETIs存在可能的討論，但方程所代表的基本含義使它也很重要。即使我們保守地對待處理所有變量，它們仍然會得到N個結果。基本上，即使在我們的星系中生命非常稀少，也應該至少有一些我們可以接觸到的文明。
數年來，德雷克方程受到諸多質疑，也進行了多次的完善。比如，最近刊登在《天體物理期刊》的一篇論文裡，來自諾丁漢大學的天體物理學家湯姆·韋斯比和克里斯多福·康塞利斯，他們基於天體生物學的哥白尼原理提出了一個可能的論點。
帕克斯射電望遠鏡是突破聆聽計劃裡用到的望遠鏡之一。簡單的說，這個原則（當其用於我們的宇宙中存在的生命時）代替了其它依據，並表示我們永遠不能假設人類是特別的、獨一無二的。對於人類是否為宇宙中唯一的生命的問題，韋斯比和康塞利斯成功提出過一個德雷克方程的現代版本。它用數學符號可以表示為：
N = N* * FL * FHZ * FM * (L/T』)
N指的是可以與我們通訊的外星文明的數量；
N*指的是銀河系裡恆星的總數；
fL指的是至少存在了50億年的恆星佔據的比例；
fHZ指的是所有恆星中存在合適的、可供生命生存的行星的比例；
fM指的是所有恆星中有著足以支撐高等生物和先進文明的金屬的比例；
L指的是一個先進文明的平均壽命；
t』指的是讓生命得以進化的平均時長。
結合這些參數對應的最新的天體物理學數據，他們總體估計存在著36個外星文明！這份研究報告激發了伍丁和塞爾尼亞的靈感，發明了外星文明計算法（ACC）。它是一個運算的工具，既可以用德雷克方程，也可以用天體生物學的哥白尼原理，只不過以一種互動的方式進行。
於是，他們兩個人開始研究這種工具，使得它可以通過人機互動的形式發揮出與德雷克方程、天體生物學的哥白尼原理同樣的效果。伍丁除了是英國物理研究所（IOP）的一員，還是Omni計算機項目的定期撰稿人。這個項目聚集了小規模的、致力於科學普及的專家。
一項新的研究為費米悖論提供了一個全新的視角——我們之所以無法見證外星文明，是因為他們正在沉睡之中。信用與版權：凱文 基爾特就在那裡遇見了澤尼亞，一位最近正在波蘭完成博士學位的年輕分子物理學家。正如當今伍丁通過郵件向大家解釋宇宙所說：
「作為一種兼互動與趣味的方式去使公眾參與到這一個基本問題的科學研究'我們在宇宙中
是孤身一人嗎？'。這個計算器可以讓人們很容易地了解什麼輸入了這樣的模型之中，並且
讓我們了解到這些改變所帶來的影響和結果，這比讓大多數人去讀一篇他們幾乎不會去閱
讀的科學報導更具互動性。」
那些想要使用ACC的人必須要先選擇他們想要使用的模型，然後去填寫模型假設環節所有的部分。一些默認值會被提供，從統計角度，基於那些被科學家們相信更有可能被選用，但使用者可以自由選擇自己需要的數值。從這裡他們將會了解自己的模型和數值預測了多少智慧文明。
建議使用天文生物學的哥白尼原則，因為它是更新（實時更新）的模型，並且可以通過調整以適應弱、適中、強的場景。換而言之，使用者可以調整外星生命形成條件的嚴格程度。然而，我們更鼓勵使用者去同時用這個原理和德雷克公式，以了解它是怎樣影響它們的結果。
德雷克公式和天文生物學的哥白尼原則都試圖解決一個迫在眉睫的問題："我們在宇宙中是孤身一人嗎"NASA關於哥白尼原理模型的另一個好處是它允許用戶了解到達最近的外星鄰居需要多長時間。
正如伍丁所評論的：
「{使用者}應該從探索三個模型場景開始，並且去了解輸入與結果是怎樣影響的。強場景是非常
具有限制性的，並且其條件於地球上的生命生存發展非常相似。弱場景有更多寬鬆的假設，並且會
形成很大數量的外星文明。然後你可以將你的數值放入計算器中，去看看結果是如何改變的——這對只會紙上談兵的天文學家會很棒」
一旦用戶開始使用，他們可以在太空旅行計算器（可以在Omni計算器網站打開）來計算在宇宙中，最近的外星文明與我們地球之間存在著多少光年的距離。這個計算器由Czernia設計，運算結果同時也依賴於用戶上傳的變量，比如太空飛行器質量、加速度還有運用的宇宙物理理論（愛因斯坦宇宙論或牛頓定律）。
讓我們做一個有趣的假設：在太空飛行器的自適應巡航控制系統中顯示，在我們的宇宙中可能存在上百個外星文明，而且離我們最近的外星文明約在159光年以外（以系外行星HD 42936Ab作為參考）。另外假設我們擁有一艘與國際空間站類似質量的太空飛行器（重420公噸或463美噸）而且它可以以1g（9.8m/s）的加速度加速，直到達到光速的99%。
（圖片）不同類型星系可居住地區的模擬像。圖片來源：NASA/Kepler Mission/Dana Berry
基於這些變量，太空旅行計算器演算出我們需要航行161.4年來到達這離我們最近的外星文明，而對於航行機組人員來說僅僅過去了10年（因為我們使用了愛因斯坦的物理學理論）。顯然，這艘飛船同時需要配置1166萬公噸（1285萬美噸）的燃料來支持這趟旅程。所以……是的，這其實是個不可能開啟的任務！但是我非常推薦大家來嘗試這個有趣的程序！
平心而論，無論是德雷克的宇宙文明方程式和天體生物學的哥白尼原則都存在各自的局限性。舉個例子，德雷克關於前四個變量的著名方程的首次發布加深了人們對於宇宙的認識。這很大程度上是因為近期對於系外行星的大量發現，這讓天文學家們了解了有多少恆星擁有行星，以及行星們在恆星可居住範圍內的軌道頻率。
同樣的是，天體生物學下的哥白尼原理有很多的不確定性。在韋斯特比和康舍利斯的研究中，他們先假設一個類地行星一定會創造生命。除此之外，因為地球上的人類在20萬年前才開始出現（而地球年齡足足有45億年），所以SETI應該只去搜尋那些至少有45億年年齡的行星。
而最終，我們所估計到的外星文明的數量也仍有很大不確定性。隨著時間推移，SETI項目所使用到的硬體和計算能力也在不斷提高，天文學家也將會對這些變量有更多的了解，所以SETI對銀河系中外星文明數量的估算也會越來越準確。
藝術家描繪了一個圍繞著類太陽恆星公轉的超級地球。來源：ESO/M。
科恩梅塞爾伍丁表示
我們需要某些重大進展，才能有理有據地回答「我們是獨苗文明嗎」這個問題。他說道：「可能在未來我們對銀河系的恆星與行星有更多發現後，再回頭來看它們對此前的外星文明估算有何影響。」
「我們對位於移居帶中類地行星的觀測能力不斷加強，甚至可以探測它們大氣層的成分（如果有大氣層的話）。而這也讓SETI進行更有針對性的探測，提高發現外星文明的機率。」
「我一直認為在月球背面建造望遠鏡是個不錯的主意，這樣可以不受地球無線電的幹擾，加大我們探測外星信號的能力。」
總的來說，在發現外星文明的蹤跡之前，我們並不知道尋找它們的成功率有多大。但令人著迷的一點是，只需一次發現便可解答費米悖論（「那他們都在哪裡呢？」）。與此同時，對外星文明的搜索將會繼續下去，而新一代研究方式和天文儀器（如詹姆斯韋伯望遠鏡和南希格蕾絲羅曼望遠鏡）將會對此產生極大幫助。
與此同時，概率研究和概率論證將幫助我們縮小範圍。如果真有外星文明的話，我們終將會找到它們（希望一切順利！），此外，可以看看由Omni Calculator提供的其他有趣的工具，包括天體物理學軟體（astrophysics），量子物理軟體（quantum physics），和其他的科學計算器。
作者：MATT WILLIAMS
FY：Astronomical volunteer team
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