豆比看世界（1）——我們會是宇宙中的第一個文明嗎？

【本文改編自我的知乎回答，本人已退乎~】

從孩提時代開始，每次看著天空，我就一直在想，我們真的會是宇宙中的第一個文明嗎？後來在我成長的過程中，天文學的研究也日新月異，每隔一段時間就會出現地球2.0的新聞。前兩天看到一篇對於類地行星的介紹，發現目前天文學家鎖定的候選者已經有幾千顆之多，而這還不過是對於一小片天空的對焦而已。這不禁讓我又一次思考：既然類地行星這麼多，我們，地球，真的會是宇宙中存在的第一個文明嗎？

作為科研工作者、唯物理性人，我們自然要基於科學知識來討論這個問題。先說一下我的結論：我們不太可能是宇宙中的第一個文明。

為什麼呢？

首先來回顧一下恆星的生命歷程，下面這幅圖展現了一顆恆星從誕生到成長到壯年到死亡的壯麗一生：

我們知道，宇宙形成至今已經有137億年，一般跟太陽差不多大小的恆星的壽命大概是100億年，也就是說在太陽系形成之前，肯定已經有很多很多的和太陽類似的恆星已經完成了從主序星到白矮星的過程。這些恆星在死亡的時候所產生的爆發將星際物質噴射出來，並開始了新一輪的造星過程。

但是，第一批恆星或者第二批恆星恐怕是不可能誕生文明，原因很簡單，它們的重元素含量太低。所謂重元素，或稱之金屬，在天文學上指的是氫和氦以後的元素。這些元素是構成生命的必要條件，因為你不可能靠氫和氦來構成生命。一般認為，第一星族星是富金屬星，太陽即為此類，這類恆星一般較為年輕，因為金屬只能夠在短暫的核聚變及日後的坍塌中形成；第二星族星是貧金屬星，它們主要由氫元素形成，所含的金屬量很低很低，這類恆星多在大爆炸後不久形成，並且大多相當古老。第三星族星只含輕元素，但至今未發現。

模擬宇宙大爆炸4億年後的第一代恆星

下面來考慮文明誕生的問題，我們可以基本確定，能夠誕生出文明的恆星系統必然已經是第三代甚至更晚的恆星，因為每次的短暫核聚變過程所創造的重元素實在有限，而這也是為什麼直到現在宇宙中也還是以氫元素為主。

根據研究，恆星質量越大，核反應越強烈，發出來的光能量越大，單位時間內的質量損失越大，燃料利用率越低，壽命也就越短。下面這幅圖相信大家都很熟悉。可以看到，6倍太陽質量的恆星壽命已只有1億年左右。

我們再來考慮下一個問題，到底宇宙中各種質量的恆星的概率分布是怎樣的：

可以看到，絕大多數的恆星質量比太陽要小，大於太陽質量的恆星只佔總數的10%左右。

下面我們來做一個假設，第10代恆星的金屬量已經足夠產生文明了。為了加快迭代過程，假設每一代都是2-4太陽質量，這是一個比較合理的假設，因為其實每一代都3%的概率對於浩瀚星海來說並不低。並且，假定最後一代產生的恆星質量約等於太陽質量，那麼這樣子的迭代需要90億年。考慮到宇宙壽命是137億年，那麼留給第10代恆星的文明孵化時間是47億年，考慮到太陽系也就50億年左右的歷史，這個時間是足夠文明孵化的。

即便我們假定1億顆滿足條件的恆星中會有一個進化出文明，你會發現，這個數量仍然不低。那麼回到原問題，為何我們不太可能是第一個文明呢？因為按照剛才的保守估算，這個恆星系統大概有著和太陽系一樣的孵化文明的時間。但是，其實一開始宇宙中的恆星質量都很大，所以前幾代的迭代過程會遠小於10億年。也就是說，在理想的情況下，可能在太陽形成之前幾十億年，便已經有第一批滿足太陽條件的恆星在嘗試孵化著文明。而每一個時間點，在做這種嘗試的恆星系統實在是數不勝數。

可是，這個或者這些可能存在的比我們更早的文明會有朝一日被我們發現嗎？很遺憾，有很大的可能性，我們永遠也找不到它們，或者說，我們可能永遠是我們能夠發現的最早的文明。這是因為宇宙在加速膨脹，離得越遠的兩個星系，彼此退行的速度越快。

可以想像，進化出文明的機率很低很低。不妨這樣認為，在很大的一片空間內，只有一個恆星系統進化出了文明，兩個進化出文明的恆星系統之間隔得非常遠非常遠，以至於這個文明系統一直在相對我們退行。這也就意味著我們將會越來越難發現他們，甚至永遠也不會發現他們。

但也存在這種可能，在銀河系或者是附近的大小麥哲倫雲、仙女座、三角座星系中存在類似的文明系統，這樣的話我們還是有很大機會發現的，因為我們在不斷地靠近。可是如果只考慮本星系團的恆星數量，說實在話，我們不僅可能是第一個文明，甚至真的可能是唯一的文明。

地球應該有一個孿生兄弟，或者說，有一個兄長，只不過它在暗處、悄無聲息。