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为何我们一直联系不到外星生命?它们存在的几率到底有多大?

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发表于 2019-9-1 19:54:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
自从人类认识到宇宙的广袤,我们便直觉性地认为生命就存在于宇宙的某处,近则就在银河系,远则位于遥远的某个星系之中。如果整个宇宙包含着数以亿计的星系,而每个星系又有着数以亿计的恒星,只要其中一小部分恒星拥有像地球一般的行星绕其旋转,那么成百上千、甚至成千上万的外星文明一定就分布在这寰宇之中,不是吗?
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图解:2008年6月,欧洲宇航员发现了三个超级类地行星围绕着一个看似单独的恒星旋转。这次发现对于宇宙中还存在其他生命的可能性来说是一个好消息。

曾经有一段时间里,科学一直独将逻辑奉为圭臬。然而,在1995年,天文学家们确定了第一批太阳系外行星的位置。从此以后,他们又探测到了接近300颗太阳系外行星。尽管它们中多数体型庞大、炽热滚烫,有如木星(这也是其更容易被我们发现的原因),但体型更小的、像地球一样的行星也开始出现在人们的视野。2008年6月,欧洲的天文学家发现了三颗行星,都稍比地球大一点,围着一颗42光年外的恒星绕转。

这些发现为“寻找地外智慧生命”运动(search for extraterrestrial intelligent life)(简称SETI)的有关发现提供了证据。哈佛大学的物理学家兼SETI的领袖,保罗·霍洛维茨在1996年与《时代杂志》的访谈中,大胆声称:“若问宇宙中的智慧生命,那是绝对有的。若问银河系中有没有,极有可能我会说几率或大或小,全看你怎么想。”
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但他的热情恐怕要被科学家们所说的“费米悖论”泼一盆冷水了。这个悖论最初是由核物理学家恩里科·费米于1950年提出的,它问的是:如果地外智慧生命广泛存在,那么他们为什么从未拜访过地球,为什么从未与我们联系,又为什么没有留下他们存在过的余温呢,例如热量、光或是其他什么电磁能量?

那么或许地外智慧生命并不普遍存在,又或许是他们并未广泛发展进步文明。如果,天文学家能量化这些几率,若是他们能创造一个公式,来解释所有与地外智慧生命有关的正确变量,那就好了。事实上,天文学家们确实做到了。在1961年,为了帮助召集第一次关于SETI的正式会议,射电天文学家弗兰克·德雷克提供了一个公式,即现在所谓“德雷克等式”,它预估了在银河系中可能存在的地位智慧文明的数量。这个公式也引起了不少争议,主要是因为其结果变动的范围太广。然而它仍是我们计算那些试图与我们联系的地外智慧生命数量的唯一最好的方法。

来了解下这个等式及其影响吧。

一、我们是唯一的智慧生物吗——“德雷克等式”。
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图解:艾莉·爱罗薇,电影《超时空接触》中由乔迪·佛斯特所扮演,被其他行星上还存在生命的想法深深吸引。

试图计算宇宙中地外生命存在的可能性的确十分复杂。宇宙不是一个静态的环境。星星们不停地诞生、存活又消亡。一些恒星和行星们相联,另一些则孤独终老。只有一部分行星有支持生命的的适当条件。

就其本身而言,生命是一个难以捉摸的变量。一些行星也许只有复杂的氧分子——蛋白质和核酸——别无其他。另一些行星则可能供养着简单的、单细胞的微生物。还有一些或许养育着多细胞生物,包括那些足够高级,以至于能发展出各种科技来进行星际旅行,或者向外太空发出信号的生命。最后,甚至将环境适应得极好的生物也难逃灭亡的命运。一如地球上的恐龙和罗马帝国的兴衰,所有的生命都终将消亡,或因灾难,或因其他。
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在推演一个用于计算地外生命存在几率的公式的过程中,弗兰克·德雷克必须对其中所有变化因素负责。他的第一个任务是决定他想要计算的到底是什么。首先,他将思维锁定在银河系的地外生命——并且是那些能够进行星际通讯的地外生命。然后他插入一个数学因子来解释促使这类文明进化的必要条件。其结果如下:

N = RfpneflfifcL

在这个等式中,N是银河系中能够探测到的文明数量。其他变量的描述如下:

R代表星系中恒星形成的速率。

fp代表形成行星的恒星的占比

ne代表生命诞生环境舒适的行星的数量(也就是类似地球的行星)

fl代表其上实际出现了生命的行星的占比

fi代表其上智慧生命出现的行星的占比

fc代表其上智慧生命能够进行星际通讯的行星的占比

L代表这样一个文明能够被探测到的时间长度

唯一所知能有确信度的变量是恒星形成的速率,R。在银河这样一个典型的旋涡星系中,粗略地算,新恒星以每年四颗的速率形成。天文学家感觉最不确定的变量则是L,即这个文明能够被探测到的时间长度。大量的估算被用于计算L,从10年到1000万年。
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天文学家可以有根据地对剩下的变量做出推测。例如,在我们太阳系的八大行星中,只有四个能够被天文学家们称为类地行星——即有着固体表面的。在这些类地行星中,只有地球养育了生命。如果我们把太阳系作为一个代表,那么我们可以推测ne等于1/4或0.25。类似的推测也被用于其他变量,有趣的是,它们全都最终有着非常近似的估量,通常是在0.1和1.0之间。所以,一个典型的计算过程可能看起来像这样:

N = 4 x 0.5 x 0.25 x 0.2 x 0.2 x 0.2 x 3,000,000

即银河系中约有12000个文明。
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德雷克原初的计算结果与这个N的结果非常近似。当他计算数字时,他预测银河系约有10万个可探测文明。卡尔·萨根,一位SETI运动的领袖,在他1996年去世之前,甚至更加乐观地预估银河系中约有100万个文明。那可真是好多外星人啊!

难怪天文学家在60年代刚刚开始夜以继日地寻找地外生命时是如此乐观。接下来,我们将了解他们如何开展搜寻工作,其结果又如何。

二、对“德雷克等式”的试验及改善
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图解:波多黎各阿雷西博天文台鸟瞰图

有了对银河系中可交流的文明的数量的估计,SETI就开始了寻找计划。他们基本上有两种选项:一是面对面交流,二是远距离通讯。前者需要地外生命主动拜访人类,或是反之。鉴于我们的太阳系在银河系中与其他恒星的距离,这种方案成功的可能性似乎很小。后者则需要无线电广播,用以发送或接收太空中的电磁信号。

1974年,天文学家从波多黎各的阿雷西博天文台有意地发送了一串210字节的信息,希望能够向一个在球状星团M13中的文明传达信号。这条信息包含了人类的基本资料和我们在宇宙中的位置,例关键元素的原子序数和DNA的化学结构。但这种主动的手段一直以来都比较少用。天文学家主要还是有赖于被动的通信——聆听外星文明传输的信息。
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射电望远镜是我们聆听信息的一种工具,因为它的设计就是为了探测光学望远镜所不能看到的波长更长的信息。射电天文学的研究方式,就是用一架巨大的碟状射电望远镜指向某附近类似太阳的恒星,微波调频为其电磁波谱的波段。

理想状况下,微波频率带是在1000MHz到3000MHz之间,因为在这个范围内更加不容易受到杂音的干扰。射电望远镜还有一个发射线,即1420MHz,在天文学家们的耳中就好像一种横跨星系的连续不断的嘶声。这条窄线就相当于在中性氢中发生的能量转换。氢作为宇宙中一种原始的元素,理应是被星系间的所有文明知晓的,这也是选它作为最合适标志的原因。
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尽管SETI成员们齐心协力地寻找,但他们从未接收到过确凿的外星人信号。我们的望远镜接收到过几个有趣的、无法解释的信号,例如1977年俄亥俄州立大学的研究员探测到所谓“Wow(哇)”的信息,但却没有信号以同样的方式重复传来,从而无法为地外生命的存在提供无可争辩的证据。以上种种,又让我们回想到“费米悖论”:如果银河系中真有数以千计的文明社会,我们又为什么从未探测到过?

自德雷克和萨根做出了判断之后,天文学家们变得更加保守谨慎。那个断言外星生命存在的保罗·霍洛维茨,运用“德雷克等式”计算出了更加谦逊的结果,发现N(银河系地外文明数量)也许更加靠近1000。但即便是这个数字,或许也太庞大了。
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2002年,《怀疑论者》的发行人迈克尔·舍默认为天文学者们对于L(外星文明能够被探测到的时间长度)的估算不够严谨。从地球上自人类诞生开始以来存在过的60个文明社会来看,舍默推断L的取值是在304.5年到420.6年之间。如果把这些数字代入“德雷克等式”,你会发现N分别等于2.44和3.36。再微调一下数字,N就会显而易见地降到1甚至更低。这一下子,听到天外来客的消息的几率就奇低无比了。

即便是最满怀热情的SETI的支持者都被这长达40多年来聆听宇宙声波却收获甚少的结果所困扰。不过此前大部分的搜索都只局限于我们所处的银河系内。即便每个星系只有3到4个文明,但宇宙中可有数不清的星系呢。这又拨回了些许找到地外生命的几率,使许多SETI天文学者们抱着博彩者心态:如不入虎穴,又焉得虎子?
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三、外太空存在生命的几率有多大?:作者的话

我写这篇文章的时候,脑海里止不住想着卡尔·萨根所著《接触》里的女主角,艾莉·爱罗薇。1997年书改电影版中有这样一个场景,爱罗薇躺在车顶上,在新墨西哥州的荒漠,突然听到来自外星文明脉搏般跳动的无线电回应。她飞速冲回实验室,一边大步流星地走一边向同事呼号着指令,试图将射电望远镜的序列锁定在那串信号上。我依然认为这是现代美国影院中最激动人心的场景之一。它让外星接触变得不只是像一场海市蜃楼,而是近在眼前、触手可及。
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我第一次看《超时空接触》时,对“德雷克等式”一无所知。之后我收到了写这篇文章的任务,开始认真对待这严酷的现实(至少对于一个拼了命想要看一眼外星人的人来说):我们的银河系也许根本不是到处都有外星文明存在的。要么根本没有条件允许地外生命进化,要么即便他们存在,也早在我们能窥见之前就消亡了。这些想法让我好奇爱罗薇会怎么看待“德雷克等式”。我猜她仍会乐观不改,固执地相信若是只有我们,那么这宇宙看起来就“太浪费这么大地方”了。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. howstuffworks–WILLIAM HARRIS- CROAK

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发表于 2019-9-1 19:54:18 | 显示全部楼层
可能离地球太远,来不了,也可能没有地球人类智慧高,是低等生命体,生命肯定有,不一定是人类模样,软体,壳体,也有可能是微生物,奇形怪状的物体,未知东西,不能确定没有?
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发表于 2019-9-1 19:54:25 | 显示全部楼层
一光年是以光速传播一年距离!!人家距离咱上“万”光年以外 还不是一光年 所以几率很小 宇宙上亿星系 肯定有外星生命
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发表于 2019-9-1 19:55:19 | 显示全部楼层
他们存在是百分之百
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发表于 2019-9-1 19:55:54 | 显示全部楼层
绝对有地外生命,只不过大家都相隔遥远而已
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发表于 2019-9-1 19:56:48 | 显示全部楼层
不用找了,因为现在的外星人就像是地球刚刚有人的时候的人,才开始进化,原始的很
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