整個宇宙中,除了地球文明外,存在「外星文明」的可能性有多大?

2020-12-05 悟空科學世界

概述

對於浩瀚的宇宙而言,我們有一個直覺,其他生命應該存在於我們銀河系或某個遙遠星系的某個地方;如果宇宙包含數十億個星系,每個星系包含數十億個恆星,並且其中一些恆星有像地球這樣的行星的話,那麼成千上萬的外星文明應該會存在於整個宇宙中。這種說法對嗎?

分析過程

一段時間以來,科學只符合於邏輯。在1995年,天文學家發現了太陽系外的第一顆行星,從那以後,他們發現了大約300顆這樣的行星。儘管它們大多數都是大型的熱行星,與木星相似,但像地球這樣的小行星也開始顯現出來。2008年6月,歐洲天文學家發現了三顆行星,它們都比地球稍大,並環繞恆星運行。

這些發現為那些尋找地外智慧生命(SETI)的人提供了證據。1996年,哈佛物理學家、SETI領袖保羅·霍洛維茨在接受《時代》雜誌採訪時,大膽地表示:「宇宙中存在智慧生命嗎?這是有可能的,我會提供給你幾乎你想要的任何機會「。

然而,他的這份熱情應該會被科學家稱為費米悖論的東西所淡化。這個悖論最早是由物理學家恩裡科·費米在1950年提出,它提出的問題是:如果外星人存在的話,他們為什麼不和我們「聯繫」?或者,他們為什麼不留下他們存在的一些痕跡,例如熱,光或任何其他電磁副產品?

也許外星生命是並不常見的。但是,考慮到所有與外星生命相關的正確變量,天文學家提出了一個量化公式,這個公式被稱為德雷克方程,用來估計在我們星系中潛在智能文明的數量。當然,這個公式引起了很多爭議,主要是因為它導致了不同的結果。然而,到目前為止,這是量化外星生命唯一更好的方法。

德雷克(Drake)方程

其實,計算宇宙中外星生命存在的概率是很複雜的。宇宙不是一個靜態媒介,包括有星星誕生、生存與死亡。事實上,在這些行星中,只有一些行星具備支持生命的合適條件。

生命是一個相當複雜的變量。有些行星僅能支持複雜的有機分子,即:蛋白質和核酸,而不支持其他生命的形式;另外一些行星可以支持簡單的單細胞生物;當然,還有一些行星可能支持多細胞生物,而這些生物可能具備高智慧的特點。最後要說的是,即使對環境適應得很好的有機體也不會永遠存在,像恐龍時代或羅馬帝國時代一樣,就是一個例證,因為存在大災難或其它原因而導致生命的結束。

弗蘭克德雷克不得不解釋所有這些變量,以制定一個公式,來量化尋找外星生命的機會,他的第一個任務是他要計算什麼。首先,他將自己的思維局限於我們銀河系中的外星人——只有那些能夠進行星際通訊的人;然後,他提出了一個數學模型,以考慮發展這些文明所需的所有條件。公式如下:

在這個等式中,N代表我們銀河系中可探測文明的數量。其他變量如下所述:

R代表星系中恆星形成的速率;fp代表恆星中有行星的比例;ne代表每個行星系中類地行星的數目;fl代表有生命進化可居住行星比例;fi代表演化出高智生物的概率;fc代表高智生命能夠進行通訊的比例;L代表這樣的文明仍然可以被檢測到的時候(科技文明壽命)。

唯一確定的變量是銀河系中R,即:恆星形成的速率,一個典型的旋渦星系。最不好把握的是,公式中的L,它是一個可變量。對於L,使用了不同的估計值,即:從10年到1000萬年。

除此之外,天文學家對其餘變量可以進行合理的猜測。例如,在我們太陽系的八個行星中,只有四顆行星具有固體表面的特徵,在這些行星中,只有我們地球才可以支持生命。如果我們以太陽係為代表,那麼我們可以說ne就等於1/4或0.25。當然,對其他變量也可以進行了類似的猜測,有趣的是,它們都具有非常相似的值,通常在0.1到1.0的範圍內。因此,一個典型的計算可能是這樣的:

N = 4×0.5×0.25×0.2×0.2×0.2×3,000,000

這就得到了,在我們星系中存在12,000個文明。

德雷克的初始計算與N的這個數值是非常接近的。當他得到這個數字時,他預測銀河系中可能存在一萬個文明,這些文明是可以被探測到的;而卡爾薩根說,銀河系中可能有100萬個文明。

天文學家是如此樂觀,以至於在20世紀60年代,他們開始尋找外星生命,這並不足為奇。

檢驗和修正德雷克(Drake)方程

檢驗

基於對我們銀河系存在文明數量的估計,SETI科學家們已決定去尋找它們。他們有兩個主要的選擇:個人接觸或來自太空的信號。第一種情況是要求外星人訪問人類,或人類主動訪問它們,但考慮到我們太陽系和銀河系其他恆星之間的距離,這似乎是非常不可能的;第二種情況,就是向太空發送或接收電磁信號。例如,1974年,天文學家特意從波多黎各的阿雷西博天文臺傳送了一條210位元組的信息,目的是讓外星文明(如果存在的話)注意到這信號。

射電望遠鏡是這種「聆聽」實驗的主要工具,因為它被設計用來探測光學望遠鏡看不到的長波能量。在射電天文學中,一個巨大的圓盤被指向附近的太陽恆星,並調諧到電磁頻譜的微波區域。在1000兆赫和3000兆赫之間的微波頻段是理想的,因為它受到不必要的噪聲影響較少。它也包含了一條輻射線 —— 1420MHz,天文學家可以在整個星系中聽到恆定的嘶嘶聲。

儘管如此,但至今我們仍沒有發現到外星文化。

修正

2002年,《懷疑論者》雜誌的出版人麥可謝爾默提出,天文學家在評估文明存在的時間L方面不夠嚴格。縱觀自人類誕生以來,在地球上存在60種文明,麥可謝爾默提出了L的含義,其範圍從304.5年到420.6年不等。如果你把這些數字代入到德雷克方程中,你會發現N的值分別為2.44和3.36;如果再調整一下數字,你就可以很容易地將N降到1或更低,這樣,聽到來自外星生命形式信號的機會就低得多了。

結語

不管是各種理論還是先進的技術,至今還沒有探測到有外星文化存在的事實,至於存不存在外星文化?以及如果存在,有多少?它們是一個謎,也許在未來的某一天科學家們會給我們答案的。

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  • 地球文明有可能是宇宙中最早出現的文明嗎?
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