费米悖论——外星人都在哪儿?(1)
在一个星光璀璨的夜晚,选一个绝佳的位置,举目望去……面对这样的美景,想必每个人都会为之动容。
一般人在面对这史诗般美丽而又浩瀚无垠的宇宙时总会震撼不已,就个人而言,我可能会为这种美景崩溃,继而在接下来的30分钟内行为失常。总之吧,每个人都会有所感触,
物理学家恩里科·费米也感到费解:“外星世界的朋友都在哪儿呢?”
星光熠熠的天空看起来无比巨大,但我们目所能及的,只是我们的近邻。在一个非常晴朗的夜晚,我们可以看到大约2500颗恒星(约为银河系恒星总数的一亿分之一),而且它们中大多数距离地球不到1000光年(也就是银河系直径的1%),在讨论恒星和星系这些话题时,时常让人感到抓狂的一个问题就是,“其他智慧生命都在哪儿?”让我们用数字来说明一下:
银河系恒星众多(1000亿至4000亿颗),在可观测宇宙范围内,也有大约同等数量的星系存在,也就是说,浩瀚的银河系有多少颗恒星,宇宙中就有多少个星系存在。可观测宇宙范围内的恒星数目在10”到10'之间,也就是说,地球上每一粒沙子都对应着1万颗恒星,
科学界对这些恒星中的“类太阳”恒星(和太阳具有相似的体积、温度和发光度的恒星)所占的比例未达成一致,一般认为,这个比例为5%至20%。即使按照最保守的估值(5%),且
恒星数量也取最小值(10的22次冥)来算,“类太阳”恒星的数量也有5×10的20次冥颗。
此外,科学界对拥有类地行星(具有允许液态水存在的温度条件、能够支持与地球生命类似的生命存在的行星)的“类太阳”恒星的比例争论不休。有人认为这个比例是50%,《美国科学院院报》近期发表的研究论文给出的数据是22%。也就是说,在宇宙所有的恒星中,至少有1%的恒星拥有围绕其做轨道运转的类地行星。据此估算,宇宙中一共有10的20次冥颗类地行星。
地球上每有一粒沙子,宇宙中就有100颗类地行星,下次去海滩的时候你可以切身感受一下。
接下来,我们就只能完全靠猜測了。假设类地行星形成十几亿年后,其中的1%孕育出了生命(如果假设为真,那么地球上有多少粒沙子宇宙中就有多少存在生命的行星)。继续假设一下,如果这些行星中的1%孕育出了与地球文明水平相近的文明,那就意味着,在可观测宇宙范围内有10×10的18次冥个智慧文明。
回到银河系本身,取银河系恒星数量最小估值(1000亿颗)做同样的计算,我们会发现银河系大约有10亿颗类地行星、10万个智慧文明。
SETI(搜寻地外文明计划) 是一个负责倾听外星智慧生命发出的信号的专门组织。如果有关银河系有10万个或者更多智慧文明的假设是正确的,而且它们中只有一小部分发射过无线电波、激光或者其他试图与外界联系的信号的话,那么, SETI的卫星阵列会不会接收到这些信号?估计没有,它们可能一个信号都不曾接收到过。
它们到底在哪儿?
这就有些蹊跷了。跟宇宙年龄比起来,太阳还是相当年轻的,很多比太阳古老的恒星周围也有类地行星的存在。理论上说,这些行星上应该有比我们更高级的文明形式存在。举个例子,假如有一颗类地星球X,如今已经80亿岁高龄,将其与45.4亿岁的地球相比,结果如下:
如果X星球的发展轨迹跟地球类似,那该星球的文明已发展到如下的程度(以橘色时间跨度为参照,以显示与绿色区间跨度的巨大差距):
一个领先于我们1000年的文明,其科技与知识水平足以令我们震惊,就像中世纪的人惊讶于我们的文明一样。一个领先于我们100万年的文明,其发达的程度是我们完全无法想象的,就像我们的文明与黑猩猩之间的差距一样。要是×星球的文明早于地球文明34亿年产生的话……会有多大差距?
一种被称为“卡尔达肖夫等级”的文明分级方法可以帮助我们根据能量消耗的不同将智慧文明划分为三个等级:
第一等文明能够控制其所在星球上的所有能量。我们目前还不属于该类文明,不过也很接近了(根据卡尔·萨根的计算,人类目前处于0.7等的文明时期)。
第二等文明可以利用其母恒星的所有能量。我们尚未达到一等文明的大脑还完全想象不到二等文明的人怎么做到这一点,但我们还是尽了最大努力,想到了一个类似戴森球的东西。
第三等文明将前两种文明都比下去了,可以利用相当于整个银河系的能量。
如果这种发达程度听起来难以置信,你可以回想一下前面提到的X星球,以及它们再发展34亿年后可能达到的文明程度。如果X星球上的某个文明跟我们类似,并且能够一直发展进入第三等文明,那么很自然就可以想象到,它们现在或许已经拥有了星际穿越的能力,甚至可能在整个星系建立殖民地。
关于星际殖民如何实现这个问题,人们提出了一个假设,即通过发明一种能够行驶到其他星球的机器,利用500年左右的时间在这个星球上用原材料进行自我复制,然后再让两个复制品重复以上过程。即使不以光速穿行到任何其他地方,也可以在375万年的时间里对整个星系实现殖民。相较于十几亿年的时间跨度来说,这实在是眨眼之间的工夫。
继续猜想,如果有1%的智慧生命存续时间足够长,并有可能成为进行星系殖民的第三等文明,那么根据上面的计算,仅在银河系就有至少1000个第三等文明存在。鉴于这类文明的发达程度,它们应该非常醒目。但事实是,我们什么也看不到,什么也听不到,也没有任何人来访。
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