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深度科普:人類找到外星人的概率有多大?

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在外星生命存在的概率問題上,我只能說它超過了零,但要說它具體超過了多少,我無法給出一個確切的數字。

這種說法其實是基于可能性微乎其微的假設。可能有些朋友會對此持有異議,甚至可能會憤怒地斥責我。但是,只要你心中尚存一絲科學的求知精神,就請你耐下心來,聽我詳細解釋。在你聽完我的見解之后,歡迎任何形式的質疑或反駁。



我們所在的地球,是一個直徑達12742公里,質量約為6*10^24kg公斤的星球,也就是大約60萬億億噸;地球環繞太陽旋轉,太陽是太陽系的重量擔當,擁有99.86%的太陽系總質量,也就是約2*10^30公斤,約為地球質量的33萬倍;正是由于太陽巨大的引力作用,地球被太陽引力牽引,圍繞太陽進行公轉,其公轉軌道是一個接近圓形的軌道,平均半徑約為1.5億公里。



太陽的引力范圍形成一個半徑約為1光年的球形區域,控制著八大行星、眾多矮行星以及數百顆衛星,還有無數的小行星、彗星、碎片和塵埃圍繞其運行。光年是用于衡量宇宙空間距離的單位,1光年就是光線在一年內所經過的距離,約等于9.46萬億公里。到目前為止,人類所發射的飛行器中,旅行者1號是飛得最遠的,已經飛行了48年,距離地球超過240億公里,這只是1光年的0.002315;以旅行者1號目前約17公里/秒的飛行速度,要穿越太陽系的1光年引力范圍,還需要飛行17000多年。

星系如同宇宙中的島嶼,是恒星的聚集地。



我們的太陽系所在的家園——銀河系,就包含了大約4000億顆恒星,太陽只是其中的普通一員。銀河系的直徑約為20萬光年,呈旋渦狀,因為在其核心存在一個巨大的發光棒狀結構,因此又被稱為棒旋星系;銀河系的漩渦有兩條主要的懸臂和兩條支臂,這些巨大的懸臂是恒星更為密集的地方,而太陽就位于距離銀河系核心約2.6萬光年的一個叫做獵戶臂的支臂上。



銀河系是本星系群中的一個成員,而本星系群又是本超星系團中約上百個星系群(團)中的一員,在本超星系團之上,還有拉尼亞凱亞超級星系團,以及雙魚鯨魚超超級星系團、史隆長城結構、海格力斯-科羅拉·伯里阿斯長城結構等等。這些結構一個比一個龐大,最大的甚至達到上百億光年。



這些像俄羅斯套娃般層層疊疊的宇宙結構,共同組成了我們能夠觀測到的宇宙,其半徑約為465億光年。哈勃望遠鏡經過十多年的觀察,專注于一塊僅有月亮視面積百分之一的天區,不斷深入宇宙深處進行觀測,最終合成了一張名為宇宙極深場(簡稱XDF圖像)的照片,在這張照片中,可以辨認的星系多達上萬個。

而XDF圖像所覆蓋的天區僅是全天區的1270萬分之一,通過簡單計算,可觀測宇宙中包含的星系數量將達到千億以上。哈勃望遠鏡所能接收到的最微弱天體亮度,只有人類肉眼可見亮度的40億倍,每分鐘都能接收到一個光子的遙遠天體信號。



即便如此,仍可能有許多更微弱的星系沒有被顯示出來,因此科學家們估計,在可觀測宇宙中可能存在萬億甚至10萬億個星系。

人類現有的航行能力僅能達到240億公里,約0.002光年多一點;然而,人類的觀測能力已經能夠觸及到130多億光年之外的星系,這已經能夠觀測到宇宙大爆炸后剛開始的幾億年的嬰兒宇宙了。盡管如此,這種觀測只是捕捉到了微弱的星光,甚至可能只是單個的光子,我們還無法獲得更多的信息。



事實上,就連太陽系1光年范圍內的情況,科學界也尚未完全看清。上個世紀三十年代,科學家們就已經預測,在太陽系遙遠的邊際,存在著一個包裹著太陽系的奧爾特云,主要由彗星和塵埃組成,這里是彗星的發源地和集散地。但直到今天,這依然是一個純粹的理論預測,即使是功能強大的哈勃望遠鏡也無法看到那里的任何一顆彗星。



目前,我們只能看到柯伊伯帶中的冥王星和一些小行星,它們距離我們約60億公里,相當于萬分之六光年,而我們所能看到的只是一顆微小的亮點,幾個像素大小。關于冥王星的了解,完全得益于NASA發射的新視野號探測器的近距離探測,拍攝了許多照片,并收集了許多數據傳回地球。

到目前為止,人類已經發現了數千顆太陽系外的行星,主要是通過凌星法發現的。凌星法就是當行星經過恒星視向表面時,恒星到達地球的光線會因行星遮擋而產生亮度變化,根據亮度變化的大小和周期,科學家們可以推斷出行星的一些基本信息。即便距離我們最近的行星比鄰星b,也只有4.22光年遠,但我們仍無法確定上面是否存在生命或文明。

科學家們目前采用的巡天望遠鏡已經掃描了數百萬顆恒星,但仍未發現高等級文明存在的跡象。只有在遙遠的距離上,高等級文明才有可能改變恒星的亮度,從而被我們發現;而像我們人類這樣的文明,即便存在也無法被我們察覺。



目前尋找高等級文明的主要手段是觀察恒星的遮光現象,這種遮光現象與通過凌星法發現的行星有所不同。根據卡爾達舍夫宇宙文明分級理論和戴森球理論,當文明發展到一定級別(二級文明)時,將會最大限度地利用恒星能源,主要方法是包裹自己所依賴的主恒星,以最大限度獲取恒星的能量。因為,任何行星的能源都無法滿足這一級文明的發展需求。



另一種尋找地外文明的方法是通過無線電波的聆聽。因為任何文明發展到一定階段,都會開始利用無線電波,宇宙通信能力是衡量宇宙文明等級的標志。人類已經建立了大量的射電望遠鏡,不斷地搜尋來自宇宙的各個波段的無線電波,希望能夠在復雜的無線電波中,篩選出具有規律和文明跡象的信號。



然而,至今為止,我們仍未發現任何有力的證據,能夠證明地外文明的存在。宇宙的年齡已有138億年,如果38億年前就已存在高級文明,那么它們發出的無線電波早已掠過地球,現在仍未發現這些信號,是否意味著在百億光年的范圍內,不存在能夠發射無線電波的文明呢?并非如此。



因為無線電波在空間中衰減很快,只有強大的發射功率,才能使信號傳遞得更遠;而接收端也需要有更強的放大接收能力,才能接收到更遠、更微弱的無線電波信號。人類目前的文明程度還很低,能夠發射和接收的無線電波信號都還很微弱。

那么,宇宙文明存在的密度有多大呢?

上個世紀,科學界對于地外文明的討論就非常激烈,已經爭論了100年,仍然沒有定論。其中,卡爾達舍夫宇宙三級文明理論和戴森球理論是比較著名的理論,另外兩個理論是德雷克方程和費米悖論。



卡爾達舍夫三級文明理論認為,宇宙文明的等級可以用文明掌握和利用能量的能力來劃分,也就是實現宇宙通信的能力。一級文明為行星級,二級文明為恒星級,三級文明為星系級。根據人類目前能夠掌握和使用的能量總量來看,我們只有宇宙文明0.73級。



戴森球理論認為,達到二級文明的宇宙智慧體,一定會采用包裹恒星的方法來獲取恒星的最大能量,以滿足文明升級和星際探索殖民的能量需求,人類文明也必將經歷這個階段,才能移民更遠的恒星際空間。



德雷克等式試圖測算出繁星點點間的文明數量,然而,這個等式中的不定因素如文明的技術壽命等,卻如同宇宙塵埃般難以捉摸。這導致了關于我們銀河系,乃至整片宇宙中文明數目的爭議無休。有些人主張銀河系內至少潛伏著十萬文明的假設,而另一些人則認為,在這無垠的宇宙,也許只有地球孤獨地孕育著文明。

即便在單一星系中僅存一個文明,而在可觀測宇宙中,文明的數量可能高達萬億,甚至百千萬億,文明的存在并不是稀有之物。關鍵的疑問在于,文明彼此相遇并交流的可能性究竟有多大。



費米悖論是對宇宙文明提出的一個宏大疑問,其中最知名的提問是:“如果外星文明真的存在,那么它們身處何方?”悖論的焦點在于,假設地球上的生命并非宇宙中獨一無二的文明之源,那么在數十億年前文明就應誕生。即使按照人類飛船當前蝸牛般的速度,歷經億萬年的漫游,外星文明的足跡應當已觸及我們的感知。然而,遺憾的是,至今仍未有外星文明的任何跡象,哪怕是一根微小的外星毛發。

由此,我們能得出兩個結論:或許外星文明根本未曾存在;或許它們確實存在,但數量稀少,使得我們相遇的機會如同滄海一粟。



那么,我們未來與外星文明相遇的可能性又會如何呢?

這完全取決于德雷克等式中最關鍵的參數——文明,特別是技術文明的存續時間。設想在一個星系內存在十萬個文明的情形,銀河系中文明的平均間距約在2000光年左右,意味著它們彼此間的一次通訊往返需要至少4000年的時間。



而若一個星系僅孕育出一個文明,則情況會大為不同。距離我們最近的不規則星系是大犬座矮星系,僅包含約十億顆恒星,位于約2.5萬光年之外;其次是大小麥哲倫矮星系,分別在16萬光年和20萬光年之外,這兩個星系的恒星總數約一百萬左右。這些小型星系孕育文明的幾率顯然更小。而離我們最接近的大星系是仙女座,距離約為254萬光年,其質量和恒星數量是銀河系的1.5至2倍。

若每個星系僅存一個文明,那么彼此間通訊一次所需的時間將是數萬年,甚至數百萬年。



人類有記載的歷史僅數千年,無線電通訊的歷史更是只有百余年,也就是說,我們的科技文明僅存續了百余年。而人類文明又能持續多久呢?目前,人類文明正面臨眾多發展的瓶頸和危機,包括環境惡化、極端氣候變化、核戰爭的自我毀滅、病毒疫情、地球地質劇變、小行星撞擊,以及太陽的劇變等等。此外,還有許多未知的宇宙威脅。哪怕其中一次威脅無法得到控制,人類文明便面臨滅絕的危險。



文明抵抗滅絕威脅的能力會隨著文明級別的提升而增強。在一級文明以下的階段,文明最為脆弱。目前,人類文明僅處于0.73級。根據一些科學家的預測,要達到一級文明,人類需和平發展200年,而要升至二級文明,還需奮斗5000年。人類是否有幸度過這些危機,達到一級甚至二級文明呢?

伽馬射線暴是宇宙中的致命殺手,即便是二級文明也難以逃脫其毀滅之力。許多科學家認為,伽馬射線暴的周期性或隨機爆發,抹去了宇宙中90%以上的生命及文明,從而導致宇宙文明日益稀少。在這樣稀少的情況下,技術文明的存續時間又不確定,文明間相互遇到或交流的可能性究竟有多大呢?

這就是我之前所說的,概率雖然大于零,但可能性極小。如果人類文明在未來不會短時間毀滅,且人類科技文明能持續若干億年,甚至百億年,那么遇到其他文明的可能性便會增加。但這兩種可能性似乎都微乎其微,因此,人類文明可能會在孤獨中走向終結。



因此,人類遇到外星文明的可能性微乎其微。當然,如果科學家們在明天突然宣布找到外星文明的確切證據,那么這個概率就會瞬間從零躍升至100%。概率就是這樣,似乎沒有實際意義。但分析擺在眼前,諸位還需自行權衡。

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