2019年，詹姆斯·皮布爾斯、米歇爾·馬約爾和迪迪?！た肆_茲分享了當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎，其中馬約爾和克羅茲的獲獎理由是“發(fā)現(xiàn)環(huán)繞類太陽恒星的系外行星”。從1995年二人的發(fā)現(xiàn)以來，天文學(xué)界掀起了尋找系外行星的熱潮。截至目前，天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)千顆系外行星，還有超過萬顆待確認的候選者。

系外行星的發(fā)現(xiàn)，不僅改變了人類對自身在宇宙中所處位置的認識，更能幫助我們?nèi)セ卮鹨粋€千百年來人類始終縈繞于心的問題：我們在宇宙中是孤獨的嗎？

其實，早在天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)第一顆系外行星之前，他們就開始了對地外文明的搜尋。而在更早之前，一批參與曼哈頓計劃的頂尖物理學(xué)家就對是否存在地外文明進行了探討。正是在討論中，諾貝爾獎得主恩里科·費米提出了那個著名的問題：那它們都去哪兒了?。?/p>

行星科學(xué)家邁克爾·薩默斯和物理學(xué)家詹姆斯·特賴菲爾在《它們都去哪兒了：系外行星的新世界》一書中就介紹了由費米的問題而引出的“費米悖論”，并在介紹尋找系外行星的原理、歷史和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，展示了由不同類型的系外行星構(gòu)成的多彩世界。

它們都去哪兒了？

——物理學(xué)家恩里科·費米

故事開始于1950年的一天，當(dāng)時，一群著名的物理學(xué)家正步行前往洛斯阿拉莫斯的富勒小屋吃午飯。他們都是曼哈頓計劃的骨干成員，正在討論該地區(qū)最近發(fā)生的大量不明飛行物目擊事件，然后話題自然轉(zhuǎn)向了地外文明。出乎意料的是，一向以能深刻洞察問題本質(zhì)而聞名的恩里科·費米提出了一個簡單的問題：那它們都去哪兒了??？此后的幾年里，科學(xué)家逐漸意識到，這個費米隨意問出的問題實際上是我們能問出的關(guān)于銀河系生命最深刻的問題。事實上，一方面理論計算表明地外生命應(yīng)該存在，但另一方面我們卻沒有發(fā)現(xiàn)任何表明地外生命存在的證據(jù)，這就是“費米悖論”。

▲ 恩里克·費米

出生于意大利的恩里科·費米，很早就在核物理這門當(dāng)時的新興學(xué)科中嶄露頭角。1938年，他因自已在“弱相互作用”領(lǐng)域的開創(chuàng)性工作獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。然而，那一年對費米來說并不是十分值得高興的一年，因為意大利法西斯政府出臺的種族法讓他的猶太妻子受到了威脅。為了躲避希特勒的統(tǒng)治，他在那一年加人逃離歐洲的科學(xué)家大潮，最終來到了美國芝加哥大學(xué)。1942年，費米就是在那里的舊足球場 （后成為圖書館） 看臺下展示了人類首個核連鎖反應(yīng)。如開頭所說，費米在曼哈頓計劃中擔(dān)任了舉足輕重的角色，還是戰(zhàn)后原子能委員會的顧問。在他去世后，許多重要設(shè)施以他的名字命名——費米國家加速器實驗室、費米伽馬射線空間望遠鏡、諸多核反應(yīng)堆，還有第100號人造元素“鐨”。鐨元素的原子序數(shù)位于以愛因斯坦命名的99號元素“锿”和以門捷列夫命名的101號元素“鍆”之間，這也在一定程度上顯示了他在科學(xué)家中的地位。

那么，為什么他一個隨意的問題在后來地外生命的探討中如此重要？為了理解這一點，讓我們再次將宇宙的年齡壓縮為一年：那么太陽和我們的太陽系形成于夏末 （差不多在9月初） ；晚期智人在新一年到來前幾分鐘才出現(xiàn)；人類所有有記錄的歷史都發(fā)生在這一天的最后幾秒，相當(dāng)于紐約時代廣場的彩球落下的時候；而現(xiàn)代科學(xué)到最后一秒里，臨近彩球落下的那一刻才誕生。

關(guān)鍵點在于：如果真的有其他的科技文明存在，那么這些文明不太可能在地球文明之后發(fā)展出科學(xué)——畢竟，它們有整整一年那么長的時間來發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律。為了更好地理解這句話，我們來看看人類可能的未來。

讓我們從20世紀(jì)70年代的普林斯頓大學(xué)開始，物理學(xué)家杰拉德·奧尼爾 （1927—1992） 正在研討會上組織討論一個有趣的問題：行星表面真的是科技文明的最佳發(fā)展場所嗎？全班同學(xué)的回答是“不”。從他們的討論中，誕生了如今被稱之為“奧尼爾圓筒”的太空殖民地設(shè)計。

▲ 杰拉德·奧尼爾

想象一個直徑2千米甚至更大的中空甜甜圈結(jié)構(gòu)建筑，在太空中緩慢旋轉(zhuǎn)。在奧尼爾的設(shè)想中，人們生活在甜甜圈內(nèi)，甜甜圈旋轉(zhuǎn)帶來的離心力代替了重力。這樣的系統(tǒng)可以自維持，系統(tǒng)內(nèi)利用太陽能或核能，可能還有一些輔助的“甜甜圈”建筑來種植莊稼——人類能夠真正搬離地球，生活在這里。以如今的人類文明水平，建造這樣一個殖民地總體來說在我們的技術(shù)能力范圍內(nèi)，只是有可能超出了我們的預(yù)算。但總而言之，我們有理由期待，任何已經(jīng)達到與我們同等技術(shù)水平的地外生命種族，也應(yīng)該有能力建造類似奧尼爾圓筒這樣的殖民地。

▲奧尼爾圓筒藝術(shù)想象圖

讓我們想象一下，像奧尼爾圓筒這樣的殖民地在我們的未來會怎樣發(fā)展?？梢灶A(yù)料到，居住在這類殖民地里的人們最終會離開地球周圍的空間，搬到太陽系真正的黃金地段：小行星帶——那里有充足的原材料和太陽能。

接下來的一步將對費米悖論產(chǎn)生巨大的影響。幾代人在類似奧尼爾圓筒的殖民地里度過了他們的一生之后，他們還真的在意自己所居住的殖民地是正在向另一個恒星系移動，還是停留在小行星帶上嗎？當(dāng)我們太陽系中最好的位置被逐漸占據(jù)時，我們有理由假設(shè)未來的太空殖民者將效仿他們的祖先，離開過去的領(lǐng)土。這就意味著要遷移到其他恒星系去。但說到底，對那些已經(jīng)在奧尼爾圓筒中度過了幾代的人們來說，把自己居住的殖民地變成星際飛船，又能有多困難？

讓我們做兩個極其保守的假設(shè)：①我們沒有辦法繞過光速障礙——沒有“翹曲驅(qū)動”；②在接下來的幾個世紀(jì)里人類文明不會有重大的科技進步。恒星之間遙遠的距離需要殖民者花上一個世紀(jì)甚至更長時間來抵達目的地，這意味著這艘星際飛船將經(jīng)歷多代人——上船的是你這一代人，下船的是你的孫子孫女輩。人們?yōu)檫@樣的星際飛船提出了多種推進系統(tǒng)方案，例如收集稀薄的星際氫來供電和維持推進系統(tǒng)。這種多代人生活在星際飛船中的想法早已是科幻小說中的常見內(nèi)容。

這項未來學(xué)研究的重點在于，一旦一個文明達到了我們這樣的先進程度，不出幾個世紀(jì)它就可以開始殖民其他恒星系統(tǒng)了。如果我們能想象我們自已能做到，那么地外生命沒有理由做不到。但我們這里討論的重點其實在于，做到這些所需要的時間跨度僅有幾百年。而根據(jù)我們前面“宇宙年”的類比，這只相當(dāng)于一秒鐘。也就是說，這相當(dāng)于時代廣場的彩球一落地，地球就會成為不斷擴張中的銀河系殖民浪潮的中心，甚至沒人有時間道一聲“新年快樂”。

這波浪潮需要多長時間才能席卷整個銀河系？大多數(shù)計算給出的時間尺度約為3000萬年。盡管從人類的角度來看這是一段極其漫長的時間，但在“宇宙年”里只不過是短短一天而已。因此，如果地外文明在整個“宇宙年”里不斷涌現(xiàn)，而且其中至少有一些文明像我們一樣掌握了科學(xué)技術(shù)，那么應(yīng)該會有多波殖民浪潮席卷我們的太陽系。如果你對德雷克公式各項的估值抱有樂觀態(tài)度，那么事實上現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)少說還有十幾波這樣的殖民浪潮在橫掃銀河系了。

所以——它們都去哪兒了呢？

從本質(zhì)上來說，這是我們在以現(xiàn)代的視角重新審視半個多世紀(jì)前費米提出的問題，一個我們至今還無法回答的問題?；蛘哒f，費米的觀點可以這樣表述：我們不應(yīng)該像地外文明搜尋計劃那樣致力于去地球之外尋找文明——我們應(yīng)該就在地球上尋找它們。然而，除了不明飛行物之類不可靠的記錄，我們迄今還沒有任何證據(jù)表明現(xiàn)在或過去曾有過地外文明來到過地球。

它們都去哪兒了？為什么會有這種“大沉默”？

（本文摘編自《它們都去哪兒了：系外行星的新世界》第14章“費米悖論”，標(biāo)題、配圖為編者所加。）

書名： 它們都去哪兒了：系外行星的新世界

?作者： [美]邁克爾·薩默斯 [美]詹姆斯·特賴菲爾

譯者： 徐蒙

內(nèi)容簡介

過去幾年中，我們對宇宙的知識呈爆炸式增長，尤其是對地球以外多元世界的認識與日俱增。美國國家航空航天局 （NASA） 于2009年發(fā)射開普勒探測器，至今發(fā)現(xiàn)了近3000顆系外行星。每天都有更多的系外行星被發(fā)現(xiàn)，比數(shù)量更引人注目的是它們的多樣性。本書展示了這些難以想象的世界：圍繞脈沖星公轉(zhuǎn)的行星、由鉆石制成的行星、主要由水組成的行星，以及在無垠的太空中徜徉的流浪行星。

本書運用通俗易懂的語言，帶領(lǐng)讀者探訪最新發(fā)現(xiàn)的系外行星，描述它們的知識來自觀測實證和理論推斷。這些新世界的豐富性和復(fù)雜性足以改變我們對宇宙形成的認識，打破固有觀念，也將更新我們對自己在宇宙中所處位置的看法。尋找系外行星的意義在于搜尋地外生命和宜居行星，無論未來等待我們的是繼續(xù)沉默的宇宙還是大過濾器，人類都不會停下探索的腳步。

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