費米悖論新解：多元宇宙，外星生命的信號

我們在仰望璀璨的夜空時 都會有各種不同的感受 有人會體驗到星空的震撼之美 也有人會沉醉於其中 拋開廣闊無垠的宇宙不談 僅僅在銀河系內 便有超過四千億顆恆星 以及數倍於這個數量的 行星圍繞著它們運轉 從概率上來說 早就應該存在 比人類先進千萬個時代的文明 但為什麼 人類還從未接收到過 外星人竄來的消息 或許在宇宙深處 也有許多其他星球的文明 也存在這樣的疑惑吧 在我們的儀器能探測到的範圍之外 還有更多的宇宙 是目前無法觀測到的 它們可能是更大的多元宇宙的一部分 儘管科學家們 揭示了已知宇宙的大量細節 但仍沒有發現 另一個有生命的世界 無論是簡單的微生物生命 還是智能的 技術先進的文明 1950年 費米與他的同事們聊到的話題 他們在哪裡 還沒有確切的答案 人類在宇宙中究竟有多孤獨 這個問題也沒有答案 費米悖論 是一個有關外星文明 星際旅行的科學悖論 闡述的是對地外文明存在的高度可能性 和現實中缺少證據證明 其存在之間的矛盾 到2023年為止 在已知宇宙中 科學家們預測 在這些恆星中 大約有8乘以10的19次方顆恆星 可以在地球上觀測到 其中大約有3%到5%的恆星 與我們的太陽一樣 屬於D型黃色恆星 壽命大約是95至111年 溫度較低 質量較小的K型橙色恆星 大約佔了15%到20% 它們的壽命在300億至1500億年左右 對於溫度更低 質量更小的M型紅矮星 約佔所有恆星的75%到80% 其壽命更是誇張到了 1萬億年至12萬億年 至於質量極大 光度極高的B、O型藍亮色大質量恆星 大約只有2% 它們的壽命 僅僅只有幾十萬年至幾千萬年左右 是妥妥的宇宙煙花 我們假設 生命起源於非生命的自然過程 任何具有合適化學成分 和環境條件的行星 無論是與地球相似還是不同 都可以被認為是生命存在的潛在候選者 假設在地球和太陽系中 觀察到的基本物理定律 與支配整個宇宙的定律是相同的 假設生命被定義為 一種能夠從環境中提取能量的實體 利用這些能量進行生命演化 並以某種方式繁殖 或產生相關的後代 此外 還有一些宇宙學假設需要考慮 比如宇宙中不可觀測的部分 與我們所熟悉的宇宙部分 追尋相同的基本原則 具有相似或相同的物理條件 還要假設導致熱大爆炸 及宇宙膨脹的過程 不僅導致了比可觀測到 宇宙規模大得多的熱大爆炸 而且另一個大爆炸 也符合我們宇宙的膨脹預測 在不可觀測宇宙 裡面充滿了我們宇宙中 存在的同樣的東西 包括星系、恆星、行星和生命的成分 有科學家預測 可能存在一個膨脹的多元宇宙 將不同的空間 或不同的可觀測宇宙隔離開了 這應該會創造出一組巨大的 互不相連的宇宙 它們不僅超出了可觀測宇宙 也超出了不可觀測的宇宙 我們的宇宙只是多元宇宙的一部分 這是我們可能接收到 大爆炸以來發射的洩耗的地方 科學家們認為 這些洩耗是可探測的外星生命 不過,即使現在從已知的和假設的領域 進入了猜測的領域 科學家們仍無法回答 以下這些具有挑戰性的問題 地球上生命從非生命起源的機制是什麼 當生命出現時 它持續的時間週期是多少 還是出現後不久就被消滅了 在生命出現和延續的情況下 多久會進化成複雜和多樣化的生命形式 一旦生命變得複雜化和多樣化 它進化成智能或技術先進的文明 需要多久 從某個意義上說 遺憾的是 還沒有任何證據來回答這些問題 必須找到所有問題的答案 才能解決這個根本的問題 我們是孤獨的嗎 目前,關於生命從非生命起源的主要理論 設計一個被稱為 鈦和RNA共同進化的過程 RNA和多鈦的相互成就 綻放了生命的第一道分子之光 早期,RNA可以直接引導多鈦的合成 合成的多鈦又以別樣的方式穩定RNA 相輔相成,共同進化 直接它們的鈦和體大分子出現 細胞是一個調控極其精細化的多功能機器 當需要合成蛋白質時 它們會動員RNA聚合酶 從DNA中讀取編碼信息、基因遺傳信息 合成使RNA、mRNA跨越中心法則中的第一道鴻溝 緊接著,蛋白質生產車間核糖體會識別mRNA 並張絡很多背著氨基酸的轉運RNA、tRNA 按照mRNA上的指令 一個接一個地將氨基酸用鈦鍵連接起來 形成一串特定序列的氨基酸及多鈦 進而折疊成具有各式各樣功能的蛋白質 RNA多鈦的世界 圍繞著這樣一個概念 氨基酸的結合是蛋白質的基本組成部分 在有自然能源存在的水環境中自發形成 這一理論之所以可信 是因為在原始星子中存在大量的水和各種氨基酸 原始星子是太陽系形成時的殘留物 比如小行星和彗星等 雖然在地球上的生命過程中 只有大約20種氨基酸 且都具有相同的左右懸像結構 但在彗星和岩石天體中 還有80多種不同懸像性的氨基酸 當這些氨基酸結合形成多鈦或蛋白質時 新分子可以執行代謝功能 向鈦中移入離子時 還可以使其發揮酶的作用 通過連接某種形式的核酸體 無論它是基於核糖、糖、RNA、鈦、PNA 還是其他的 都可以賦予它們繁殖的能力 目前還沒有任何科學依據 來確定在其他行星上 生命從非生命中產生的可能性 生命持續了數十億年 或更長時間 生命進化成了複雜和多樣化的形式 複雜和多樣化的生命 進化成了智能或潛在技術先進的文明 所有這些過程的唯一證據 僅僅來自我們的地球 如果我們遇到一個星球 那裡最聰明的生命形式 長得像海豚、狗、鱷魚、蜘蛛 甚至是我們從未見過的形態 科學家們不僅會感到興奮 還會盡一切努力去理解 和與這種不熟悉的智慧生命交流 這將證明 智慧生命並不是地球的唯一 它們還存在於宇宙的其他地方 如果宇宙中到處都有生命 為什麼我們找不到任何跡象 幾十年來 科學家們一直在試圖解釋這個現象 水、光、熱、有機分子和構成生命的物質 在宇宙中確實非常豐富 然而 我們還沒有遇到任何形式的地外生命 就具體證據而言 地球可能是整個宇宙中生命的搖籃 最初沒有直接的方法 來估計技術先進的文明的數量 直到1961年 天文學家法蘭克·德雷克 提出了德雷克方程 其中 N是銀河系內可以和我們接觸的外星文明的數量 R是銀河系內恆星形成的速率 Fp是恆星擁有行星的比例 Ne是每個行星系中 適合生命存在的行星的平均數量 Fl是適合生命存在的行星上 真的出現生命的比例 Fi是出現生命的行星上 進化出智慧生物的比例 Fc是智慧生物具備發展文明 和進行星際通訊的能力的比例 L是文明和通訊技術存在的時間長度 幾十年來 隨著我們對宇宙的理解不斷加深 德雷克方程變得越來越沒效果了 根據更多的天文觀測和科學研究 人們對德雷克方程中的參數進行了修正和更新 得到了不同程度的樂觀或悲觀的結果 銀河系外星文明的數量從幾千萬到零不等 德雷克方程並不是一個精確的科學公式 而是一個啟發性的思考工具 它幫助我們理解尋找外星文明 所需要考慮的因素和難度 德雷克方程不僅可以用來估計外星文明的數量 還可以用來估計自己找到真愛 或者說理想伴侶的概率 經濟學家彼得 巴庫斯將德雷克方程改寫後 N是潛在伴侶數量 R是國家或地區人口出生率 FP是性別比例 FE是居住地比例 FL是年齡範圍比例 FI是教育水平比例 FC是外貌吸引力比例 L是可能相遇時間長度 巴庫斯根據自己的偏好和實際情況 從網上搜索了一些相關的數據 帶入方程後得到了一個驚人的結果 符合他要求的潛在與有 只有26個 這意味著在某個夜晚 他遇到自己心儀的女性的概率 只有0.00034% 這是一個非常低的概率 比發現外星文明的概率還要低100倍 現在你知道為什麼你還沒有女朋友了吧 政績的缺乏並不能排除 其他世界存在智慧生命的可能性 儘管我們不確定到底有什麼 以及它們可能使用什麼方法來搜索或聯繫我們 尋找太空外星生命的存在 仍然是科學界和全人類非常感興趣的話題 費米悖論最有可能的解釋可以分為兩類 一種解釋認為之所以沒有發現二類和三類文明 是因為根本不存在 另一種解釋認為存在這樣的文明 只是由於某種原因導致我們沒有能力去發現它們 根據理論計算 宇宙中似乎應該有成千上萬二類和三類這樣的高級文明 即使有各種複雜原因阻止了99.99%的文明與我們聯繫 也會有0.01%的文明成為漏網之魚 這樣我們可能早已發現它們的存在 所以說只有所有的智慧文明都不存在 纔是最為合理的解釋 外星文明不存在的原因被稱為大篩選 大篩選理論認為在生命進化的過程中 有一個文明很難或無法跨越的階段 阻擋了生命的產生或繼續發展 依據大篩選所發生的時間 我們將有三種可能的命運 我們是稀有的 我們是領先的 或我們是要完蛋的 我們是稀有的觀點認為 大篩選已經被我們甩在後面 人類成功地穿越了大篩選這土牆 這也意味著任何生命想要達到人類目前的文明水平 及其稀少 我們是領先的觀點認為 我們和其他的地外文明 可能都處在向更高文明發展的階段而已 人類湊巧是第一個誕生的智慧生命 也可能會是第一個抵達更高層次文明的生命 因此宇宙生命發展到現在 可能還沒有出現過大篩選 我們沒發現外星文明 可能只是我們正好領先而已 我們是要完蛋的觀點認為 大篩選必然在我們的未來 這意味著生命一般都可以進化到人類目前的水平 但由於某種原因 阻止了幾乎所有生命進化到高級文明的腳步 而人類也同樣有可能無法逃過未來的大篩選 處在未來的大篩選 可能是各種極端的宇宙事件造成的 比如伽瑪色仙堡 或許是源於文明自身 比如發展到一定階段後 人工智能毀滅了他們的文明 目前的一些觀測數據顯示 很久以前的金星和火星可能存在生命 只不過後來生態環境發生了大變 生命的演化被終止並滅絕了 由此可見 生命星球在宇宙中可能普遍存在 但真正的文明數量可能比較稀少 一個文明只有發展到一定程度 纔能夠跟低外文明取得聯繫 這個過程樂觀的預測需要兩千年 悲觀的則需要四十萬年 以人類為例 人類文明至少存在了一萬年 如此長的發展時間 科技發展了數百年 才讓我們具備了向外太空發射信號的能力 樂觀的態度認為 人類向宇宙升空發射無線電信號 能夠被外星文明接收到 從而取得聯繫 可事實上這種可能性非常小 要知道人類的無線電技術在宇宙中非常弱小 信號能夠傳送的距離有限 最多也就是一百光年的範圍 以地球為中心 一百光年範圍內若沒有外星文明的存在 那人類發出的信號將會石沉大海 永遠不可能得到回覆 還有一種可能 宇宙中的黑暗森林法則 到處都是恐怖的侵略性極強的文明 即使外星文明接收到了我們的信號 也不敢回覆 怕被其他文明知道他們的位置 給自己帶來災難 這種觀點正好可以解釋 為啥人類還沒發現任何地外文明的信號 這也意味著 我們可能是宇宙各種文明中 極其幼稚的菜鳥 而且是難以置信的愚蠢 冒著滅頂之災的風險 向太空之外發出我們存在的信號 物理學家斯蒂芬霍金就警告過 如果外星人到訪地球的話 其結果可能和哥倫布 到達美洲大陸時的情景差不多 當時美洲土著居民的下場 幾乎被滅絕 卡爾薩根雖然相信 任何可以進行星際旅行的高級文明 都是友善 但他也認為 向地外文明發送消息 是十分不明智和不成熟的行為 對於在這個陌生的 充滿不確定的宇宙中 剛誕生的我們來說 人類應該用足夠的時間 先去安靜的聆聽 瞭解這個宇宙 然後再做衡量 而不是直接向這個我們不理解的 未知的森林發出喊聲 多年以後 在這個宇宙搖籃裡 在不同的世界中 將會出現許多絢爛的生命 現在安靜空曠的太空 可能在未來某一天 會充斥著喧鬧的輻射流 各大文明熙熙攘攘 生機勃勃