地外文明一定存在,但為啥總找不到,是方法錯了嗎?


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地外文明一定存在,但為啥總找不到,是方法錯了嗎?

人類尋找地外文明許多年,一根毛也沒見到。上世紀出了個德雷克方程和費米悖論,都是有關尋找外星人的理論,半個多世紀過去了,這些理論起了作用嗎?我們一起來探討,弄個明白。

  • 科技文明層次限定了人類的觀測能力。

現在的基本常識是,生命或文明只能在行星上誕生。迄今為止,人類在太陽系沒有發現任何生命,連一個細菌或細胞也沒有發現,更別說文明了。但目前還不能否定太陽係以內有低等生命的存在,科學家們認為最有可能存在生命的星球大概有火星、土衛六、木衛二。以後即便真的在這些星球發現生命,也是很低級的,文明是不可能存在的。

那麼尋找地外文明的目光就只有轉向太陽係以外。迄今為止,已經發現了太陽係以外4000多顆行星存在,距離我們最近的恆星比鄰星,就發現有行星相伴,那裡距離我們4.2光年。而已發現最遠行星距離我們有24722.65光年,這是一顆靠近銀心的紅矮星系統的行星,被命名為OGLE-2018-BLG-0677。

迄今為止,所有行星都沒有發現有生命或文明的跡象。這並不能確定發現的4000多顆行星中,就沒有生命或文明。因為人類的觀測手段很有限,就連距離我們4光年恆星比鄰星也只能看到一個亮點,行星就更看不到。之所以知道那裡有一顆行星,是根據行星圍繞著恆星運動的視向遮光現象,根據其光變週期和引力攝動“猜”想併計算出來的。

所有的4000多顆太陽系外行星幾乎都是這麼發現的,能夠看到一個光影實體的行星不到10顆,因此無法證明上面有沒有生命存在。但幾乎​​可以認定,上面沒有高等級文明存在。當文明程度達到能夠改變恆星狀態時,才有可能被人類觀測到。

因此,到目前為止,人類對太陽系還沒有做出任何改變,如果有與人類差不多水平的地外文明,在若干光年以外觀測地球,是無法確定這裡有沒有文明存在的;同理,人類也無法觀測到太陽系外和人類差不多水平的文明。

  • 電波的功率也限制了觀測距離。

但至少有一點,人類可以發送電波,與地外通訊聯絡。人類1974年就通過“阿雷西博”射電望遠鏡向地外文明發出了第一封問候電信,至今這個問候電波已經走了四十多年,也就是到達四十多光年以外的地方了,還沒有受到任何回音。如果地外文明在數千年以前已經達到人類的水平,那麼它們對電磁波的認識也應該是同樣的,它們發出的電磁波早就應該到達地球了,但是人類啟動巨大的射電望遠鏡或射線望遠鏡“聆聽”了數十年,迄今還沒有收到一個有價值的信號。

這是不是可以說,至少在我們周圍數千光年範圍甚​​至上萬光年範圍,沒有文明存在呢?也還無法確定。因為即便是電磁波發射也需要巨大功率,而且具有定向性。在宇宙中有各種各樣的電磁波干擾,如黑洞、脈衝星發出的電磁波等,這些電磁波強度遠​​比人類發出的功率要強大,相比之下現在人類發出的通訊功率還十分微弱,在太空衰減得很厲害,能走多遠,或者說如果有地外文明的偵聽能力有多強,能接受到這些微弱的信號嗎?人類的偵聽也是一樣,如果地外文明發送的電磁波信號很微弱,我們能聽到嗎?

這些都是人類沒有發現地外文明的不確定性原因。除此之外,有關宇宙中地外文明很難遇到的原因還有很多,現在我們來了解一些幾個關於地外文明的世紀著名理論。

  • 德雷克方程

關於地外文明到底是否存在,在科學界早就有過猜想或理論論證,比較著名的是上世紀六十年代美國天文學家法蘭克·德雷克提出的德雷克方程。這是一個推測人類可能接觸到銀河系地外文明的公式,其表達式有兩個,即(引用):

公式1為:N=Ng×Fp×Ne×Fl×Fi×Fc×FL

公式2為:N=R*×Fp×Ne×Fl×Fi×Fc×L

公式1意思為:

銀河系內可能與我們通訊的文明數量(N)=銀河系內恆星數目(Ng)×恆星有行星的比例(Fp)×每個行星系中類地行星數目(Ne)×有生命進化可居住行星比例(Fl)×演化出高智生物的概率(Fi)×高智生命能夠進行通訊的概率(Fc)×科技文明持續時間在行星生命週期中佔的比例(FL)。

公式2與公式1的區別在於R*替代了Ng,L替代了FL。 R*為銀河系形成恆星的平均速率,L為科技文明壽命。

官方推理:

如果銀河系恆星處於穩定狀態(與現代觀測相符合),那麼R*等於銀河系內恆星數目(Ng)除以恆星平均壽命(Ls)。

R*×L就等於(Ng/Ls)L=Ng(L/Ls)。由於(L/Ls)與FL基本相同,故兩個表達式等價。

德雷克方程雖然簡單,但卻無法求解。該方程最大的不確定項是“科技文明的存在時間(L)”因為該項取決於科技文明本身,其中有些項是已知項。由於L是最大的不確定項,在“獨眼巨人計劃”中,方程可以被簡化為N=L。

從以上引用的公式解釋中,我們可以看到其中很多指標都具有不確定性,因此很難計算出銀河系中準確的文明數量。一些科學家們認為基本能夠認定的數值為:銀河系恆星數量(Ng)約2000~4000億顆;恆星有行星的比例(Fp)保守估計為10%;每個行星系中類地行星數目(Ne)保守值為10%。

但在公式中,Fl、Fi、Fc很難確定,參與方程研究的康奈爾大學天文學家卡爾薩根曾經給出過一個樂觀估計,即Fl*Fi*Fc=1/300,由此得出N≈10^7*FL,這樣N的大小就取決於FL的大小了。

但方程中最大不確定性就是這個FL,即科技文明持續時間佔行星生命週期比例。我們如果以人類文明來類比,地球生命週期約100億年,人類科技文明能夠持續多久呢? 1萬年還是1億年?人類科技文明迄今為止還不到1000年,未來還能夠持續多久無法預料,如果還能持續1億年的話,FL也就是1%。

這樣整個公式得出的銀河系文明數量,就至少有10萬個以上。但如果科技文明平均只能存在10000年的話,FL就只有0.000001,這樣,銀河系中就可能只有10個文明存在;如果科技文明平均只能存在1000年,FL則為0.0000001,銀河系文明就可能只有1個,也就是只有人類文明了。

  • 因此文明能夠相互感知的機率太小了。

事實上,人類科技文明存續應該會超過1000年,因此銀河係就還有其他文明存在的可能。即便1個銀河系這樣的星系真的只有1個文明存在,現在天文觀測認為在可觀測宇宙至少有1萬億個星係以上,因此文明也將有萬億之多。這是值得樂觀的一面。

但令人沮喪的是,這些文明能夠相互感知的概率就非常小,相遇的機會就更小了。

比如銀河系這樣大的星系只有1個文明,在我們附近的大小麥哲倫星系這樣的小星系,就很難孕育或發展出能夠對地外通訊的文明,而距離我們最近的大星係是仙女座星系,距離我們達254萬光年,不要說通訊信號衰減,就是相互傳遞到達對方也需要254萬年。

如果文明的科技壽命只有1萬年,這種信號能夠收到嗎?所以,關鍵是能夠通訊的科技文明可以存續多久,才是文明之間能否聯絡的關鍵。

  • 費米悖論

上世紀還有個關於地外文明的著名理論,叫費米悖論。這個理論是著名物理學家、諾貝爾獎得主恩利克·費米在1950年提出的,這個悖論最簡單最著名的一句話就是“既然外星人存在,那麼它們在哪兒呢?”

具體說來,費米悖論通俗的解釋有這麼幾個觀點:1、宇宙已經形成了138億年,地球應該不是唯一的文明,宇宙中有很多比地球老很多的星球,那裡的文明應該很古老,那麼即便很緩慢的宇宙飛行,到達我們這裡也只需要幾百萬年,我們怎麼沒有發現它們? 2、即便文明稀少,星際旅行很難遇到,那麼任何文明發展到高級階段都要擴張和移民,要有附近的恆星或星系活動,至少應該有通訊發出,我們怎麼沒發現?

這個理論在天文學界被廣為重視,幾十年來科學家們一直在探尋這個問題,1975年,著名美國學者麥克·哈特發表了《關於地球上地外文明缺席的解釋》論文,首次把費米悖論作為一個嚴肅的概念進行討論,對費米悖論問題給出了4種解釋(引用):

1、對地外文明而言,進行星際旅行還不可行。 2、從動機分析,地外文明不打算和人類進行接觸。 3、地外文明剛剛出現不久,和人類的接觸還需要一段時間。 4、地球已經被外星文明拜訪過了,只是我們不知道而已。哈特逐一進行討論後,認為以上四個理由都不成立,由此得出的反推結論只能是:地外文明根本不存在。

物理學家斯蒂芬·韋伯則在2002年發表的《地外文明在哪兒? 》一書中,列舉了費米悖論的50中解決方案,大致歸納為三個方面:1、宇宙中除了地球人類文明,不存在其他文明;或許外星文明一直存在,或者曾經存在過,但它們無法與我們接觸;3、外星文明來過地球,它們不想讓我們知道,而我們也無法知道。

這些回答似乎涵蓋了為什麼迄今為止,我們還沒有發現地外文明的原因。

  • 還有一種觀點認為,伽馬射線暴將文明扼殺在搖籃裡。

宇宙中一些極端天體事件,如超新星大爆發、中子星碰撞、黑洞碰撞等,會定期或不定期會產生巨大能量的伽馬射線暴,這些巨大能量殺滅了宇宙中90%以上的生命或文明,而且讓文明永遠也難以上升到高級階段,因此文明之間沒有相互感知的機會,更沒有見面的機會。

還有觀點認為,宇宙環境的多樣性,造就了文明的多樣性,各種文明感知交流器官和方式很可能完全不同,由此就更難相互感知了,所謂相逢何必曾相識或許也適用地外文明呢。

當然,這一切都只是猜想,人類還依然在動用一切最高級的科技手段,孜孜不倦地尋找著地外文明,希望找到我們的知音,讓人類在這浩渺宇宙不再孤獨。人類的努力會有收穫嗎?或者說地外更高級的文明會找到人類嗎?我不知道,一切皆有可能。或許明天就會有新發現也未可知,我們期待。

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