人類最終能不能找到外星人,我只能說可能性大于零,但大于零是多少呢?抱歉,真沒法確定。
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很多人一看到這話,大概率會很不屑:你這不等于沒說嗎?要么就說能,要么就說不能。甚至可能有人會嘰嘰歪歪罵人,覺得我在敷衍。
但我想說,如果你真的有哪怕一丟丟科學精神,不是那種“非黑即白”的極端思維,就請耐心看完這篇文章。
其實說白了,“可能性大于零”這句話,翻譯過來就是:概率非常非常小,小到你幾乎可以忽略不計,但又不能完全否定它的存在。
為什么這么說?
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核心就兩點:宇宙太大了,大到離譜;而生命和文明的概率太小了,小到可憐。這兩點加在一起,就注定了人類尋找地外文明的道路,大概率是一場孤獨的遠征。
先說說宇宙有多大,我盡量不用太晦澀的術語,用最直白的話,結合你能理解的數據,讓你直觀感受一下“大到離譜”到底是個什么概念。
我們先從自己的家園說起。
地球是一個直徑約12742公里的球體,這個數字可能有點抽象,你可以這樣想:如果我們開車繞地球赤道一圈,以每小時100公里的速度,不吃不喝不休息,大概需要127個小時,也就是5天多。而地球的質量更嚇人,約6×102?千克,換算成我們能聽懂的話,就是約60萬億億噸。這么大的質量,卻能被太陽的引力牢牢“抓住”,圍著太陽轉了幾十億年,你就知道太陽有多恐怖了。
太陽在我們太陽系里,就是絕對的巨無霸,它的質量占了整個太陽系總質量的99.86%,約2×103?千克,是地球質量的33萬倍。
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打個比方,如果把地球比作一顆普通的玻璃彈珠,那太陽就相當于一個直徑十幾米的大圓球,兩者的差距根本不是一個量級。也正因為太陽有這么大的引力,地球才會被它牽扯著,以一個近似圓形的軌道公轉,公轉軌道的平均半徑約1.5億公里,這個距離,光都要走8分多鐘才能從太陽傳到地球,我們平時看到的太陽,其實是8分鐘前的太陽。
可能有人會覺得,太陽的引力范圍也就到冥王星、海王星那里,其實不然。太陽的引力范圍半徑大約有1光年,這個范圍里,不僅有八大行星、幾十顆矮行星、幾百顆衛星,還有無數的小行星、彗星、碎片和塵埃,全都在圍著太陽轉。這里重點說一下“光年”,這是宇宙里最常用的距離單位,不是時間單位,很多人都會搞混,記好了:1光年就是光在真空中走1年的距離,約等于9.46萬億千米。
說到這里,就得提一下人類目前飛得最遠的人造飛行器,旅行者1號。
它已經在宇宙中飛行了近半個世紀,飛離地球的距離大約是240億千米,聽起來是不是很遠?但我告訴你,這僅僅是1光年的0.002316,連千分之三都不到。
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按照旅行者1號現在每秒17公里的飛行速度,想要飛出太陽1光年的引力范圍,還需要再飛17000多年。17000多年啊,人類文明有記載的歷史也才幾千年,等它真的飛出太陽系,人類說不定都已經滅絕好幾輪了,或者早就發展到我們現在無法想象的地步了。
如果說太陽系已經夠大了,那銀河系就更是大到讓你懷疑人生。在宇宙中,星系被稱為“宇宙島”,就是恒星聚集的家園,而我們的太陽,只是銀河系這個“宇宙島”里一顆再普通不過的恒星。
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銀河系里到底有多少顆恒星?目前科學家的估算大約是4000億顆,注意,是4000億,不是4000萬,也不是4000億顆行星,是恒星。每一顆恒星,都有可能像太陽一樣,擁有自己的行星系統,擁有自己的“地球”。
銀河系的直徑約20萬光年,是一個漩渦星系,因為它的核心有一個巨大的、發光的棒狀結構,所以也叫棒旋星系。銀河系有兩條主要的懸臂和兩條支臂,這些懸臂都是恒星最集中的地方,就像銀河系的“手臂”,而我們的太陽,就坐落在距離銀河系核心約2.6萬光年的一條支臂上,這條支臂叫獵戶臂。簡單來說,我們所處的位置,在銀河系里就是一個“郊區”,不是核心區域,也不是恒星最密集的地方,算是一個比較偏僻的角落。
你以為銀河系就已經是宇宙的全部了?太天真了。
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銀河系只是本星系群中大約50個星系中的一個,而本星系群,又只是本超星系團中上百個星系群(團)的一員。
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本超星系團上面還有更大的結構,比如拉尼亞凱亞超級星系團,再往上還有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大,最大的結構跨度能達到上百億光年,相當于1000多個銀河系排成一排,想想都覺得恐怖。
這些大大小小、層層嵌套,像俄羅斯套娃一樣的宇宙結構,共同組成了我們目前能夠觀測到的宇宙,可觀測宇宙,它的半徑約465億光年。
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可能有人會問,什么是可觀測宇宙?
說白了,就是人類依靠現有的物理技術,能夠觀測到的最大宇宙范圍,在這個范圍之外,還有一個更巨大的、我們永遠無法觀測到的不可觀測宇宙。至于不可觀測宇宙有多大,目前沒有任何科學家能夠給出準確的答案,甚至連估算都做不到。但現代物理學理論告訴我們,宇宙是動態的,有始有終的,也是有限的,只是這個“有限”的尺度,遠遠超出了人類的想象。
為了讓你更直觀地感受可觀測宇宙的大小,我給你講一個哈勃望遠鏡的故事。
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哈勃望遠鏡在太空中工作了十多年,曾經盯著一塊只有月亮視面積百分之一的天區,一直往宇宙深處觀測,最后把數千張照片合成了一張圖像,這張圖像就是著名的“宇宙極深場”,簡稱XDF圖像。在這張小小的圖像里,能夠清晰辨認的星系就有上萬個,而這僅僅是全天區的1270萬分之一。
簡單算一筆賬,1270萬分之一的天區有上萬個星系,那整個可觀測宇宙的星系數量,至少有千億以上。而且哈勃望遠鏡能夠接收到的最暗天體只有30等,是人類肉眼觀測能力的40億倍,哪怕是每分鐘只接收到1粒光子的遙遠天體,它都能捕捉到。即便如此,還有很多更暗、更遠的星系沒有被觀測到,所以科學家們估計,可觀測宇宙中實際存在的星系,可能有萬億以上,甚至達到10萬億個。
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10萬億個星系啊,每個星系里又有上千億、上萬億顆恒星,你說宇宙大不大?但就是這么大的宇宙,為什么我們至今都沒有找到地外文明的蹤跡?除了宇宙太大,還有一個關鍵原因:人類現在的觀測能力,其實弱得可憐。
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前面我們說了,人類目前飛得最遠的旅行者1號,也才飛了240億公里,約0.002光年,連太陽系的“門檻”都沒摸到;但好在,人類的觀測能力比航行能力強得多,我們雖然飛不出去,但能“看”得很遠。從哈勃極深場圖像中,人類已經觀測到了距離我們130多億光年的星系,這意味著,我們已經能夠看到宇宙大爆炸剛開始幾億年的“嬰兒宇宙”,能夠看到宇宙最早期的樣子。
但你可別以為,我們能看到130多億光年外的星系,就意味著我們的觀測能力已經很牛了。實際上,這種觀測僅僅是捕捉到了一點點星光,甚至有時候只是一個光子,我們根本無法從這些微弱的信號中,獲取更多有價值的數據,比如,那個星系里有沒有行星?行星上有沒有生命?這些都是完全無法得知的。
說白了,人類就連自己所在的太陽系,都沒有完全看清楚。
科學界早在20世紀30年代就預測,在太陽系遙遠的邊際,有一個包裹著整個太陽系的“奧爾特云”,這個云團主要由彗星和塵埃組成,里面可能有上萬億顆大大小小的彗星,是彗星的誕生地和集散地。但直到今天,奧爾特云依然只是一個猜測,哪怕是最強大的哈勃望遠鏡,也無法看到那里的任何一顆彗星,我們只能通過彗星的運行軌跡,間接推測它的存在。
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現在我們能夠看到的,只有柯伊伯帶的冥王星和一些小行星。
柯伊伯帶距離我們只有60億千米,相當于萬分之六光年,這么近的距離,我們用哈勃望遠鏡看到的,也只是一個小小的亮點,只有幾個像素而已。我們現在對冥王星的了解之所以比較清楚,完全是因為NASA發射的新視野號探測器曾經光顧過那里,拍攝了大量的照片,傳回了很多探測數據,如果沒有探測器,我們對冥王星的認知,可能還停留在“一顆遙遠的、冰冷的矮行星”這個層面。
再說說太陽系外的行星。人類現在已經發現了數千顆太陽系外行星,也就是圍繞著其他恒星運行的行星,但這些行星的發現,主要依靠一種叫做“凌星法”的方法,并不是我們真的“看”到了它們。
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所謂凌星法,就是當我們用望遠鏡觀測一顆遙遠的恒星時,正好有一顆行星從這顆恒星的視向表面經過,擋住了一小部分恒星的光,我們通過觀測恒星亮度的變化、遮擋的周期,就能推測出這顆行星的大小、軌道半徑等一些基本數據。
所以,哪怕是距離我們最近的太陽系外行星,比鄰星b,距離我們只有4.22光年,我們也無法知道它上面到底有沒有生命,更無法知道有沒有文明。比鄰星b是一顆位于比鄰星宜居帶內的行星,理論上有可能存在液態水,而液態水是生命存在的重要條件,但“有可能”不等于“一定有”,我們沒有任何證據證明,那里有生命的痕跡,更別說文明了。
現在,科學家們也在努力尋找地外文明,他們用巡天望遠鏡掃描了數百萬顆恒星,迄今為止,沒有發現任何高等級文明存在的跡象。為什么只找高等級文明?因為在遙遠的距離上,只有高等級文明,才有可能改變恒星的光度,被我們觀測到;而像人類這樣的低等級文明,哪怕在宇宙中存在很多,我們也無法發現,我們連自己的信號都傳不遠,更別說捕捉到其他文明的信號了。
目前,尋找高等級文明主要有兩種方法,一種是“看”,一種是“聽”。
先說說“看”的方法,這種方法主要是查看恒星的遮光現象,但這種遮光和凌星法找到行星的遮光,是有本質區別的。
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根據卡爾達舍夫宇宙文明分級理論和戴森球理論,宇宙文明發展到較高級別(也就是二級文明)時,會最大限度地利用恒星的能源,而最有效的方法,就是用一個巨大的結構,把自己依賴的主恒星包裹起來,這個結構就是“戴森球”,這樣就能最大限度地獲取恒星的能量——因為對于二級文明來說,一顆行星的能量,根本無法滿足它們的發展需求。
如果真的有二級文明存在,它們包裹恒星的戴森球,就會遮擋住恒星的大部分光,我們通過望遠鏡觀測,就能發現這顆恒星的亮度出現異常的、有規律的變化,從而推測出那里可能有高等級文明。但遺憾的是,迄今為止,我們觀測了數百萬顆恒星,沒有發現任何一顆恒星有這樣的異常變化,也就是說,至少在我們觀測的范圍內,沒有發現二級及以上的高等級文明。
再說說“聽”的方法。
宇宙中所有的能量都會發射出電磁波,而任何文明發展到一定程度,都必須利用電磁波,無論是通訊、能源利用,還是其他科技活動,都會產生電磁波。
所以,宇宙通訊能力,也是衡量宇宙文明等級的一個重要標志。
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人類為了尋找地外文明的電磁波信號,建造了大量的射電望遠鏡,比如中國的FAST天眼,就是目前世界上最大、最靈敏的射電望遠鏡,它每天都在不斷地搜尋宇宙中各個波段的電磁波,力求在繁雜的宇宙背景輻射中,分離出有規律、具有文明跡象的電磁波信號。
但可惜的是,從人類開始搜尋地外文明信號至今,沒有發現任何有價值的證據,沒有任何一段電磁波信號,能夠明確證明地外文明的存在。有人可能會問,宇宙的年齡已經有138億歲了,如果在宇宙誕生38億歲的時候,就有高級文明存在,它們發出的電磁波,早就應該掠過地球了,我們為什么沒有發現?
其實答案很簡單,不是沒有這樣的文明,而是我們的能力不夠。
電磁波在宇宙空間中傳播,會不斷地衰減,想要讓電磁波傳遞到很遠的距離,就需要有強大的發射功率;而接收端,也需要有足夠大的放大和接收能力,才能接收到那些遙遠、微弱的電磁波信號。而人類現在的文明程度還很低,我們能夠發射的電磁波信號,功率非常小,傳不了太遠;我們的接收設備,雖然已經很先進,但也無法接收到那些極其微弱的、來自遙遠文明的信號。就像你在嘈雜的廣場上,想要聽到一個幾公里外的人說話,幾乎是不可能的。
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說完了宇宙的大小和人類的觀測能力,我們再來說說最核心的問題:宇宙中文明的密度到底有多大?也就是說,在浩瀚的宇宙中,平均多少個星系、多少顆恒星,才會有一個文明存在?
上個世紀,科學界對于地外文明的爭論就非常劇烈,吵了100年,到現在也沒有一個明確的結果。在這場爭論中,有四個比較有名的理論,前面我們提到了卡爾達舍夫宇宙三級文明理論和戴森球理論,另外兩個,就是德雷克方程和費米悖論。這四個理論,幾乎涵蓋了人類對於地外文明的所有猜測和思考,我用通俗的話,給大家一一解讀一下。
先說說卡爾達舍夫三級文明理論。這個理論是前蘇聯科學家卡爾達舍夫在20世紀60年代提出的,他認為,宇宙文明的等級,可以用這個文明掌握和利用能量的能力來劃分,其中最關鍵的,就是實現宇宙通訊的能力。
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具體來說,一級文明是行星級文明,也就是能夠完全掌握和利用自己母星的能量,比如我們人類,如果能夠完全利用地球的能源,包括太陽能、地熱能、核能等,不再依賴化石燃料,那就達到了一級文明;二級文明是恒星級文明,也就是能夠完全掌握和利用自己所在恒星的能量,比如我們前面說的,用戴森球包裹太陽,最大限度地獲取太陽的能量,這就是二級文明;三級文明是星系級文明,也就是能夠掌握和利用整個星系的能量,比如能夠利用銀河系中所有恒星的能量,能夠在星系內自由穿梭,這就是三級文明。
按照人類現在能夠掌握和使用的能量總量來看,我們還沒有達到一級文明,目前的等級大約是0.73級。也就是說,我們現在還只是一個“半吊子”文明,連自己母星的能量都無法完全利用,更別說利用恒星、星系的能量了。想要達到一級文明,科學家預測,人類還需要和平發展200年;想要達到二級文明,還需要再奮斗5000年,能不能達到,還不好說,畢竟人類現在面臨著很多危機。
然后是戴森球理論。
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這個理論其實是卡爾達舍夫二級文明的延伸,提出這個理論的是物理學家戴森,他認為,任何文明發展到二級文明,都會面臨能源短缺的問題,而解決這個問題的唯一辦法,就是包裹自己依賴的主恒星,建造戴森球,最大限度地汲取恒星的能量。戴森還認為,人類文明未來也必將經歷這個階段,只有掌握了恒星的能量,才能實現星際探索和殖民,才能真正走出太陽系,走向更廣闊的宇宙。
接下來是德雷克方程。
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這個方程是天文學家德雷克提出的,目的是計算宇宙中文明的數量。這個方程看起來很簡單,就是把幾個與文明存在相關的變量相乘,比如恒星的數量、有行星的恒星比例、宜居行星的比例、宜居行星上誕生生命的概率、生命進化出智慧文明的概率、智慧文明能夠存續的時間等等,最后就能得到宇宙中文明的數量。
但問題在于,這個方程里的很多變量,都是無法確定的,尤其是“智慧文明能夠存續的時間”,更是無法預測。比如,一個文明進化出智慧之后,可能因為戰爭、環境惡化、小行星撞擊等原因,很快就滅絕了,存續時間可能只有幾百年、幾千年;也可能順利發展,存續上億年、上百億年。正因為這些變量無法確定,所以關于銀河系以及整個宇宙中文明的數量,一直沒有一個定論——有人樂觀地認為,銀河系至少有10萬個文明存在;也有人悲觀地認為,整個宇宙中,可能只有地球一個文明。
如果按照最樂觀的估計,一個星系有10萬個文明,那么整個可觀測宇宙,就有上萬億乃至10萬億個文明,看起來宇宙文明并不稀缺。但關鍵問題是,這些文明之間,相遇和交流的可能性有多大?
答案是:幾乎為零。
這就涉及到第四個理論,費米悖論。
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費米悖論是物理學家費米提出的一個天問,它最著名的一句話就是:既然宇宙中存在許多地外文明,它們在哪兒呢?
這個悖論的核心內容是:如果并非只有地球才具有孕育文明的能力,那么在宇宙誕生幾十億年后,就應該有文明誕生了;哪怕這些文明的飛船速度和我們人類現在一樣慢,經過億萬年的行駛,也應該已經遍布整個銀河系,也應該與我們相遇了。但遺憾的是,我們至今沒有發現任何地外文明的蹤跡,沒有看到過外星人,沒有收到過有價值的信號,甚至連一根外星人的毛發都沒有見到過。
從費米悖論中,我們可以得出兩個結論:一個是地外文明根本不存在,地球是宇宙中唯一的文明;另一個是地外文明確實存在,但它們太稀少了,彼此之間的距離太遠了,相知相遇的機會非常渺茫。
我個人更傾向于第二個結論,地外文明存在,但我們很難遇到它們。
那么,我們未來與地外文明相遇的概率,到底有多大呢?這其實取決于德雷克方程里一個最關鍵的變量:文明,尤其是科技文明,能夠存續多久。
我們先做一個假設,如果一個星系有10萬個文明,那么銀河系中,文明之間的平均距離大約是2000光年。也就是說,這些文明之間,想要通過電磁波進行一次通訊,來回一次至少需要4000年以上。比如,我們向一個2000光年外的文明發送信號,對方需要2000年才能收到,然后再回復我們,又需要2000年,等我們收到回復的時候,已經是4000年之后了。4000年,人類文明都不知道已經變成什么樣了,可能已經滅絕了,也可能已經發展到了二級文明,早就忘記了自己發送過信號。
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如果再悲觀一點,一個星系只有一個文明,那么情況就更糟糕了。
距離我們最近的星系,是一個不規則星系,叫大犬座矮星系,這個星系只有10億顆恒星,距離太陽約2.5萬光年,距離銀河系核心約4.2萬光年;次近的是大小麥哲倫矮星系,距離我們分別為16萬光年和20萬光年,這兩個星系的恒星數量都很少,只有100萬顆左右,存在文明的可能性更小;而距離我們最近的大星系,是仙女座星系,距離我們約254萬光年,仙女座星系的質量和恒星數量,大約是銀河系的1.5~2倍。
如果一個星系只有一個文明,那么這些文明之間,相互通訊一次的時間,就需要數萬年乃至數百萬年。比如,我們向仙女座星系發送信號,對方需要254萬年才能收到,回復我們又需要254萬年,等我們收到回復的時候,已經是508萬年之后了。508萬年,人類文明早就已經不復存在了,可能地球都已經發生了翻天覆地的變化。
更關鍵的是,人類的科技文明,能夠存續那么久嗎?我們現在有記載的歷史,還只有幾千年;有無線電通訊的歷史,才100余年,也就是說,人類的科技文明,只有100多年的歷史。而在這100多年里,我們已經遇到了很多危機,比如環境惡化、極端氣候變化、核戰爭威脅、病毒疫情、地球地質劇變、小行星撞擊、太陽劇變等等,還有很多未知的宇宙威脅。這些威脅,哪怕只有一次我們無法控制,人類文明就有可能走向滅絕。
可能有人會說,隨著文明的發展,我們應對危機的能力也會不斷提升。
這句話沒錯,文明應對各種滅種威脅的能力,確實是隨著文明等級的升級而提升的。但問題是,文明最脆弱的階段,就是在一級文明以內的時間段,我們現在的文明等級只有0.73級,還沒有能力應對很多重大的威脅。比如,一顆直徑超過10公里的小行星撞擊地球,我們現在幾乎沒有任何辦法阻止;再比如,一場全球性的核戰爭,就足以讓人類文明走向毀滅。
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據一些科學家預測,人類要達到一級文明,還需要和平發展200年;要達到二級文明,還需要奮斗5000年。但這兩個時間點,都有一個前提:人類能夠和平發展,能夠順利應對各種危機。可現實是,人類現在面臨的危機,已經越來越嚴重,環境惡化、氣候變暖、地區沖突不斷,這些都有可能讓人類文明在達到一級文明之前,就走向滅絕。
更可怕的是,宇宙中還有一些我們無法應對的頂級威脅,比如伽馬射線暴。伽馬射線暴是宇宙中最強大的爆炸,一次伽馬射線暴釋放的能量,相當于100萬億顆氫彈同時爆炸,能夠在瞬間摧毀一個星系內的所有生命。很多科學家認為,伽馬射線暴會定期或隨機地爆發,清除了宇宙中90%以上的生命和文明,正因為如此,宇宙中的文明才會越來越稀少。
想象一下,在這樣的情況下,宇宙中的文明本身就很稀少,而且每個文明的存續時間都不確定,有的可能只存續幾百年,有的可能存續幾千年,想要讓兩個文明在各自的存續期內,相遇或者實現通訊,概率有多大?幾乎為零。
這就是我一開始說的,“可能性大于零,但大于零多少無法確定”的原因。這個概率,小到你幾乎可以忽略不計。如果人類文明能夠順利度過未來的危機,能夠和平發展,能夠存續若干億年乃至百億年,能夠發展到二級、三級文明,能夠實現星際穿梭,那么我們遇到地外文明的可能性,就會大大增加。但問題是,這兩種情況的概率,似乎都很小。
所以,很有可能,直到人類文明走向滅絕,我們依然是宇宙中孤獨的存在,依然沒有找到任何地外文明的蹤跡。當然,也有一種可能,就是科學家在明天就突然宣布,發現了地外文明的確切證據,那么這個概率,就會從零突然上升到100%。概率就是這樣,充滿了不確定性,說起來好像等于沒說,但這就是科學的本質,我們無法確定未來,但我們可以根據現有的知識,做出合理的推測。
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