根據『德雷克方程』的推論，銀河系存在智慧文明嗎？

【黃姤·作品】

在宇宙裡面有各種各樣的成分，我們也只是裡面的小小的一分子，但是我們可以揭示宇宙裡面所發生的物理過程，那麼在宇宙空間裡面是不是還有其他的生物跟我們一樣也發現了宇宙的規律呢？

如果在附近的星球上面真的有外星文明存在，它們到底在哪？

我們在宇宙裡面是不是孤獨的，這個問題不僅僅是大家特別感興趣的一個問題，也是一個特別難以回答的問題，因為所涉及到的不僅僅是天文學的知識，也是生命科學、大氣科學和地質學等等很多學科都有聯繫，所以在這篇文章裡面我只是從天文學的角度來探討下這個問題。

在上個世紀60年代有一個叫做『德雷克』的射電天文學家，他發起了一個活動叫做『搜索外星文明計劃』，英文的簡稱『SETI』，『德雷克』還因為提出了一個對於外星文明數目統計的『德雷克方程』而有名，這個方式用通過對於銀河系裡面恆星的數目、恆星所包含的行星以及生命等等這些可能性進行統計。

圖解：『德雷克方程』

『德雷克方程』公式解釋· N=R*×Fp×Ne×Fl×Fi×Fc×L

N·銀河系存在智慧文明的數量。

R*·銀河系裡平均恆星的形成率，因為生命是在行星上面誕生的，但是行星依賴於恆星，所以這跟恆星的數目非常有關係。

Fp·恆星系統裡面擁有行星的比例。

Ne·行星系統裡面又有多少行星能夠適宜生命，也就是行星系統中宜居行星的比例。

Fl·宜居行星中可能產生生命的比例。

Fi·擁有生命的行星能夠演化出智慧生物的比例。

Fc·智慧生物能夠發展出高科技的比例。

L·科技文明所能夠持續的時間。

所以在銀河系裡面智慧文明的數量就依賴於上述講到那些參數，對估計參數的大小就可以用來描述我們是不是有可能在未來的某一天發現智慧文明，以下就是對每個參數的粗略估計，當然對這些參數的估計，不同的專家會有完全不同的意見，所以這裡估且做一點點量級上大小的估計。

解析『德雷克方程』的參數

• 平均恆星的形成率

在銀河系裡面大約有1,000億顆到4,000億顆恆星，而銀河系的年齡已經有100億年的歷史了，所以從這個角度可以推測，在銀河系裡面平均每年會誕生10顆恆星，當然在銀河系的早期這個數目可能會更高一些，在今天可能會稍低一些，但是差別不會特別的明顯。

• 擁有行星的恆星比例

對於在新誕生的恆星的周圍有沒有可能形成行星這個問題，目前的猜測是至少10%以上的恆星擁有行星系統，或許這個比例可以高到100%，因為在最近20年來通過對『系外行星』的搜索，在類似於太陽這樣的恆星以及比太陽質量更小的恆星附近發現了大量的行星。

• 每個行星系統中宜居行星的比例

在行星系統裡面有多大的比例會是宜居的，也許非常的低大約是1%，樂觀一點可能是10%。

在討論這個具體數量之前首先要明確一下什麼叫做宜居，所謂的宜居帶是指在恆星周圍能夠使得巖石行星長期保持液態水的空間區域，其中兩個基本的要求：

1.在行星上面水既不能被完全蒸發掉

2.在行星上面水也不能因為溫度太低而結成冰。

這兩個基本要求就給定了宜居帶的內半徑和外半徑。

不同質量的恆星由於它們光度的不一樣，所以它們所具有的宜居帶的大小是不同的，地球距離太陽大約是1.5億千米，恰好位於太陽的宜居帶範圍之內，在地球軌道之內的金星，它的溫度就比地球更高，而在地球軌道範圍之外的火星，它的溫度就比地球更低，所以知道了宜居帶的大小就可以根據行星分布的規律去粗略地估計有多少比例的行星處於宜居帶內，換句話說在整個行星系統裡面處於宜居帶的行星具有多高的比例。

• 在宜居的行星中產生生命的比例

對這個數字的估計天文學家的分歧就更大，一種認為生命在行星上的誕生完全是一種偶然的行為，所以它的概率可能是非常低的，也有些專家認為只要在行星上有適宜的條件，給它足夠長的時間生命的出現是不可阻擋的，在這樣的條件下面產生生命的比例就高達100%。

圖解：宜居帶

在做這樣判斷的時候其實還有一個隱含的假設，這個假設就是我們對生命的認識是以我們對地球上的生命作為一個基準的，其實我們並不知道在其他的星球上面，生命是如何誕生、生長的，從我們在對地球上的生命的觀察，大體有這樣幾個因素：

• 第1個：通過吸收周圍的能量保持自己生長的狀態
• 第2個：通過繁殖來延續自己的生命。
• 第3個： 在外界發生變化的情況下，它自身的會發生反應，對自動反應相應地做出調整。
• 第4個：經過長時間的演變，它會變得越來越適應環境，我們把它稱為『演化』。

物理學家和天文學家對物質能量有非常明確的定義，但是生物學家對生命的定義其實現在還處於一個相當模糊的局面。

• 舉例說明：

恆星在雙星系統裡面，一顆恆星也有可能從伴星吸收原料來造成自己的生長，通過自身的演化會影響周圍的環境，會導致下一代恆星的生存，從某種意義上來講這也是一種繁殖，當周圍的環境變化了，恆星的結構也會做出調整，所以這也是一種反應的機制，在恆星的一生裡面，它自身的內部結構是在不斷變化的，這反映了恆星的演化，上面所述的4個要素恆星都具備了，但是從來沒有一個人認為恆星是具有生命的，所以在其他的星球上面生命到底是如何起源的，特別是我們地球上的生命過程有沒有代表性，這是我們一個未知的難題。

圖解：恆星演化圖

• 擁有生命的行星能夠演化出智慧生物的概率

探討這個問題同樣也有兩派觀點，一派認為概率是非常低的，因為智慧生物可能需要很多複雜隨機的過程才會真正的生成。但是也有人認為智慧生物應該是原始生物演化的一種必然的趨勢，所以這個概率是非常小的，但是還是有一定的概率會演化出智慧生物。

• 智慧生物能夠發展出高科技的比例

在這一點上科學家的意見是趨同的，只要智慧生物能夠出現，給它們足夠長的時間，它們必然會發展出高科技。

• 高科技出現了能夠維持多久

從我們地球上來看，目前高科技的時間已經有100年的歷史了，所以以這個作為一個下限，智慧文明的科技文明能夠持續的時間是以年作為單位來表示的，如果科技文明平均來講能夠持續100年的話，那麼我們就可以預計有100個智慧文明，其實我們發現智慧文明的概率跟我們自身能夠維持多長時間是緊密相關的。

假設科技文明能夠持續100萬年，這就意味著在銀河系裡面大約有100萬個智慧文明， 銀河系的直徑大約是10萬光年，假設智慧文明是均勻分布的，每一個文明平均的空間間隔大約是100光年，一個持續了100萬年的智慧文明，它的科技必定是高度發達了，所以100光年對它們來講的並不是一個特別遙遠的距離，這就意味著文明之間的交流變得特別容易，但是這樣就會遇到一個問題，這個問題就是『費米佯謬』。

『黃姤』結語·『德雷克方程』的推論

在上個世紀50年代著名的物理學家『費米和其他幾個朋友在討論外星文明的時候，他就提出了這樣的問題——「它們在哪兒」。

如果『德雷克方程』的推論是對的話，外星文明在銀河系裡面應該是普遍存在的，它們應該早就造訪我們地球了，但是我們沒有看到任何它們存在的跡象，這是什麼原因呢？對這個問題可以從不同的方面來進行解答，一方面是從外星文明的角度，另一方面是從我們自身的角度。

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【作者：天體生物學·黃姤】

【編輯：太空生物學·黃媂】

【旁述：餘先生】

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