地球真的是一粒塵埃嗎(地球真的是一粒塵埃嗎知乎)

作者：趙斐

6月16日美國前總統克林頓在一檔訪談節目中談到，他在任期間曾派時任美國國家安全顧問Sandy Berger去51區調查外星人的真相，頓時引起了全世界的廣泛關注。51區是內華達州南部的一個空軍基地，是美軍秘密研發和測試隱形偵察機和飛行器的地方。由于它過于神秘，因此一直以來總是和不明飛行物（UFO）扯上關系。

無獨有偶，在上個月的5月17日，美國國會眾議院情報委員會舉行了50年以來的首次UFO主題聽證會。這波瘋狂的外星人大有再次霸屏的節奏。

今天，我們將從嚴謹的科學視角，來一起探討外星人和地外文明的話題，這要從費米悖論和德雷克方程說起。

1. 費米悖論

費米悖論是指地外文明數量的過高估計與缺少現實科學證據之間的矛盾。

首先地外文明的數量為什么會在科學上被過高的估計呢？這是根據我們已知的可觀測宇宙的直徑達到約930億光年，恒星的總數的樣本十分巨大，約有1022到1024顆，其中我們銀河系內有約2500億顆恒星。通過對銀河系內恒星光譜的巡天觀測，我們知道構成生命的元素普遍存在于宇宙的各個角落，只要給他們足夠的時間演化，宇宙中的生命應該無處不在，高等文明的數量按比例應該也是不在少數。但現實卻比較骨感，人類至今沒有獲得任何地外文明存在的確切證據。

產生這個悖論的原因，目前還沒有明確的答案，但天文學家提出了幾種假說來試圖解釋費米悖論：

1) 稀有地球假說 （Rare Earth Hypothesis）

適合生命生存的行星遠比想象的稀有。產生我們人類文明的很多條件其實非常苛刻，只要在無數個機緣巧合、恰到好處的條件同時滿足的時候，才產生類似地球上的生命和文明。例如恒星的質量與溫度要不大不小不高不低；行星軌道不遠不近要恰好處于宜居帶中，要有液態水；行星內部要有流體的內核和較差自轉，從而產生磁場來抵御太陽風對大氣的破壞等等。

另外，就算地球生命歷經千辛萬苦已經形成，外星人如果想探測到地球也同樣困難重重。首先因為太陽較暗，絕對星等4.83等。從光譜上來說，地球對太陽的視向速度擾動只有9cm/s，基本淹沒在噪聲中。從測光或成像上來說，例如旅行者1號，距離地球60億公里拍攝的暗淡藍點（Pale Blue Dot），地球看上去就像一粒塵埃，75億人口都擠在這粒“塵埃”上。在遙遠的外星世界，地球可能僅是隱藏在外星人手里的測光圖像里的一個無法識別的噪點。

2) 大過濾器假說。（Great Filter，牛津大學，羅賓·漢森）

這個假說首先承認了地外文明的存在，并且不同的文明處于不同的演化階段。文明的演化要經歷至少9個苛刻的物理條件的過濾。比如從無機物演化到有機物、從原核生物到真核生物，從單細胞到多細胞生物等，每一個演化門檻都相當于過濾器，無法通過這些考驗的文明進程就被毀滅或淘汰掉了。地球文明已經通過了前8次嚴酷的篩選過濾，人類至今還沒有發現外星文明是因為大多數其他文明可能并沒有挺過層層的“過濾器”的篩選，在演化到高級文明前就被淘汰了，所以無法觀測到。

3) 差異假說

簡單的說就是文明之間的差異過大，導致無法探測，例如通訊的時間不重合，通訊方式有差距，或者信息無法理解。

人類用望遠鏡探索宇宙大約有400年，發射哈勃這樣的空間望遠鏡觀測宇宙只有30年，這個時間放在在宇宙的尺度下，只是短短的一瞬間。在這個短暫的時間范圍內不足以找到外星文明的燈塔信號。

另外是通信方式不一樣，或攜帶信息的方式不同，互相對不上眼。人類默認是通過電磁波進行調制之后來攜帶變化的信號用以傳遞信息，但外星文明可能并不是用某些特定波段的電磁波來傳遞信息，而是其他超出想象的方式。例如：我們在前線發現敵人，用無線電發射器發送了“有敵人”三個字到總部，但總部可能只能分辨前線是否點起了狼煙，對已經傳達過來的無線電波視而不見。這樣互相之間雖然都在試圖去交流，但方式對不上。

2022年4月發表在《天體物理學雜志》上的一項最新研究，通過蒙特卡羅數值模擬的計算表明，人類文明至少需要存在40萬年才能接收到銀河系內其他智慧文明的交流信息。

4) 黑暗森林假說

主要包括了兩條公理：一是生存是文明發展的第一要務。二、文明不斷擴張，但宇宙中總物質總量保持不變。不過，其實在動態宇宙中，宇宙的視界隨時間擴大或變化，可觀測宇宙內的物質總量會產生變化。只有將宇宙看作靜態的，上述結論才成立。

另一個個重要概念是猜疑鏈，即兩種文明雙方都知道對方的存在，但無法獲得對方的信息，需要互相猜測對方可能的動機，猜測是敵是友，從而陷入無止境的猜疑循環。根據兩條公理，總物質資源有限，所以總有一天雙方會陷入對有限資源的爭奪，必須先下手為強，在對方技術爆炸之前提前消滅對方。

所以每個文明為了保證自己文明的傳承，必須小心翼翼的隱藏自己，猥瑣發育。誰沉不住氣、誰先暴露，誰就會被更高級的文明先毀滅，所以大家都選擇都不主動暴露自己。因此，目前沒有發現地外文明是因為他們隱藏了自己，這就是黑暗森林法則的邏輯。當然，黑暗森林法則也存在著一定的局限性：這兩條公理和猜疑鏈完全是按照人類的思想來架構宇宙；，也許外星文明超出了我們的思想規范的框架。

對于不同文明的研究，前蘇聯天文學家卡爾達肖夫按照文明能夠利用能源的量級，來衡量某顆星球文明的先進程度，利用卡爾達肖夫指數（K）可以把文明的發展劃分為三個等級：

I型文明：文明可以駕馭行星的全部能源：1016W，K=1

II型文明：可以掌控所屬恒星的全部能量，例如通過建造戴森球：1026W， K=2

III型文明：可以控制所在星系的全部能量：1036W， K=3

目前人類還未達到I型文明，卡爾達肖夫指數約為K~0.73，大約在100至200年左右才能達到I型文明。

2. 德雷克方程

1961年，美國天文學家德里克提出了著名的德雷克方程，來估算銀河系內具有星際通訊能力的高級智慧文明的數量：

R* ：恒星形成的速率，數值約為1.5~3，（2010）

fp ：恒星周圍具有行星的比率：至少有一顆的比率：接近1 （2012，Kepler，Micrlensing）

Ne：行星位于宜居帶，具備生命產生的條件：0.4（2013，Kepler）

fl：演化出生命的比率： 10-4 （2000，稀有地球假說）

fi：生命進化到高等智慧生物的比率： 10-9 （2010）

fc：文明發展出通訊能力的比率：0.2 （Drake）

L：文明能夠持續的時間：304 （2002）

根據稀有地球假說的初始參考值，得到的保守估計值為9x10-13，這意味這在這種假說下，我們在宇宙中是孤獨的。

近幾年的研究中，天文學家通過蒙特卡羅數值模擬，根據最新的恒星和行星演化模型，得出德雷克方程N值的誤差范圍在均值可以限制在10的2次方的范圍內。例如2020年Tom Westby等人發表在《天體物理學雜志》的一篇論文中使用了最新的天體元素豐度分布的數據，獲得了最新的估算結果約為N~36個。

德雷克公式雖然類似于一個思想實驗，雖然并不能直接解決費米悖論，但它的核心價值卻提供了一種硬核的邏輯結構，把一個原本無從下手的問題，分解為一環扣一環的、可以定量研究的變量。德雷克方程的主要意義在于，由于宇宙中至少有一個已知的數據點，就是我們自己即地球文明的存在，這就證明宇宙中出現智慧文明的概率大于零。因此只要樣本數量足夠大（例如現在已證認的5000多顆系外行星，數量還在繼續增加中），可探測到的智慧文明的數量會隨著樣本的增大而增大。

3. 總結

從科幻到科學，從電影到現實，外星人和外星文明永遠是一個實力IP和流量擔當；地外文明的探索將會長期是一個開放性的問題，每個人都可以給出自己的答案，在沒有真正的外星文明的數據之前，沒有人知道它的確切答案。如果放飛想象，讓腦洞開的大一些，也許外星生物是硅基生命體，或者是非細胞結構的生物，甚至高維生物，沒有形狀和大小。

科學始終都是被觀測、實驗和數據所引導的, 我們需要主動尋求答案，就像哥倫布出海去探索新世界一樣，答案存在于星辰大海。

參考文獻

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