人類為何一直聯(lián)系不上外星文明？他們存在的幾率有多大？

自從人類認(rèn)識(shí)到宇宙的廣袤，我們便直覺性地認(rèn)為生命就存在于宇宙的某處，近則就在銀河系，遠(yuǎn)則位于遙遠(yuǎn)的某個(gè)星系之中。如果整個(gè)宇宙包含著數(shù)以億計(jì)的星系，而每個(gè)星系又有著數(shù)以億計(jì)的恒星，只要其中一小部分恒星擁有像地球一般的行星繞其旋轉(zhuǎn)，那么成百上千、甚至成千上萬的外星文明一定就分布在這寰宇之中，不是嗎？

圖解：2008年6月，歐洲宇航員發(fā)現(xiàn)了三個(gè)超級(jí)類地行星圍繞著一個(gè)看似單獨(dú)的恒星旋轉(zhuǎn)。這次發(fā)現(xiàn)對于宇宙中還存在其他生命的可能性來說是一個(gè)好消息。

曾經(jīng)有一段時(shí)間里，科學(xué)一直將邏輯奉為圭臬。然而，在1995年，天文學(xué)家們確定了第一批太陽系外行星的位置。從此以后，他們又探測到了接近300顆太陽系外行星。盡管它們中多數(shù)體型龐大、熾熱滾燙，有如木星（這也是其更容易被我們發(fā)現(xiàn)的原因），但體型更小的、像地球一樣的行星也開始出現(xiàn)在人們的視野。2008年6月，歐洲的天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了三顆行星，都稍比地球大一點(diǎn)，圍著一顆42光年外的恒星繞轉(zhuǎn)。

這些發(fā)現(xiàn)為“尋找地外智慧生命”運(yùn)動(dòng)（search for extraterrestrial intelligent life）（簡稱SETI）的有關(guān)發(fā)現(xiàn)提供了證據(jù)。哈佛大學(xué)的物理學(xué)家兼SETI的領(lǐng)袖，保羅·霍洛維茨在1996年與《時(shí)代雜志》的訪談中，大膽聲稱：“若問宇宙中的智慧生命，那是絕對有的。若問銀河系中有沒有，極有可能我會(huì)說幾率或大或小，全看你怎么想。”

但他的熱情恐怕要被科學(xué)家們所說的“費(fèi)米悖論”潑一盆冷水了。這個(gè)悖論最初是由核物理學(xué)家恩里科·費(fèi)米于1950年提出的，它問的是：如果地外智慧生命廣泛存在，那么他們?yōu)槭裁磸奈窗菰L過地球，為什么從未與我們聯(lián)系，又為什么沒有留下他們存在過的余溫呢，例如熱量、光或是其他什么電磁能量？

那么或許地外智慧生命并不普遍存在，又或許是他們并未廣泛發(fā)展進(jìn)步文明。如果，天文學(xué)家能量化這些幾率，若是他們能創(chuàng)造一個(gè)公式，來解釋所有與地外智慧生命有關(guān)的正確變量，那就好了。事實(shí)上，天文學(xué)家們確實(shí)做到了。在1961年，為了幫助召集第一次關(guān)于SETI的正式會(huì)議，射電天文學(xué)家弗蘭克·德雷克提供了一個(gè)公式，即現(xiàn)在所謂“德雷克等式”，它預(yù)估了在銀河系中可能存在的地位智慧文明的數(shù)量。這個(gè)公式也引起了不少爭議，主要是因?yàn)槠浣Y(jié)果變動(dòng)的范圍太廣。然而它仍是我們計(jì)算那些試圖與我們聯(lián)系的地外智慧生命數(shù)量的唯一最好的方法。

來了解下這個(gè)等式及其影響吧。

一、我們是唯一的智慧生物嗎——“德雷克等式”。

圖解：艾莉·愛羅薇，電影《超時(shí)空接觸》中由喬迪·佛斯特所扮演，被其他行星上還存在生命的想法深深吸引。

試圖計(jì)算宇宙中地外生命存在的可能性的確十分復(fù)雜。宇宙不是一個(gè)靜態(tài)的環(huán)境。星星們不停地誕生、存活又消亡。一些恒星和行星們相連，另一些則孤獨(dú)終老。只有一部分行星有支持生命的的適當(dāng)條件。

就其本身而言，生命是一個(gè)難以捉摸的變量。一些行星也許只有復(fù)雜的氧分子——蛋白質(zhì)和核酸——?jiǎng)e無其他。另一些行星則可能供養(yǎng)著簡單的、單細(xì)胞的微生物。還有一些或許養(yǎng)育著多細(xì)胞生物，包括那些足夠高級(jí)，以至于能發(fā)展出各種科技來進(jìn)行星際旅行，或者向外太空發(fā)出信號(hào)的生命。最后，甚至將環(huán)境適應(yīng)得極好的生物也難逃滅亡的命運(yùn)。一如地球上的恐龍和羅馬帝國的興衰，所有的生命都終將消亡，或因?yàn)?zāi)難，或因其他。

在推演一個(gè)用于計(jì)算地外生命存在幾率的公式的過程中，弗蘭克·德雷克必須對其中所有變化因素負(fù)責(zé)。他的第一個(gè)任務(wù)是決定他想要計(jì)算的到底是什么。首先，他將思維鎖定在銀河系的地外生命——并且是那些能夠進(jìn)行星際通訊的地外生命。然后他插入一個(gè)數(shù)學(xué)因子來解釋促使這類文明進(jìn)化的必要條件。其結(jié)果如下：

N = RfpneflfifcL

在這個(gè)等式中，N是銀河系中能夠探測到的文明數(shù)量。其他變量的描述如下：

R代表星系中恒星形成的速率。

fp代表形成行星的恒星的占比

ne代表生命誕生環(huán)境舒適的行星的數(shù)量（也就是類似地球的行星）

fl代表其上實(shí)際出現(xiàn)了生命的行星的占比

fi代表其上智慧生命出現(xiàn)的行星的占比

fc代表其上智慧生命能夠進(jìn)行星際通訊的行星的占比

L代表這樣一個(gè)文明能夠被探測到的時(shí)間長度

唯一所知能有確信度的變量是恒星形成的速率，R。在銀河這樣一個(gè)典型的旋渦星系中，粗略地算，新恒星以每年四顆的速率形成。天文學(xué)家感覺最不確定的變量則是L，即這個(gè)文明能夠被探測到的時(shí)間長度。大量的估算被用于計(jì)算L，從10年到1000萬年。

天文學(xué)家可以有根據(jù)地對剩下的變量做出推測。例如，在我們太陽系的八大行星中，只有四個(gè)能夠被天文學(xué)家們稱為類地行星——即有著固體表面的。在這些類地行星中，只有地球養(yǎng)育了生命。如果我們把太陽系作為一個(gè)代表，那么我們可以推測ne等于1/4或0.25。類似的推測也被用于其他變量，有趣的是，它們?nèi)甲罱K有著非常近似的估量，通常是在0.1和1.0之間。所以，一個(gè)典型的計(jì)算過程可能看起來像這樣：

N = 4 x 0.5 x 0.25 x 0.2 x 0.2 x 0.2 x 3,000,000

即銀河系中約有12000個(gè)文明。

德雷克原初的計(jì)算結(jié)果與這個(gè)N的結(jié)果非常近似。當(dāng)他計(jì)算數(shù)字時(shí)，他預(yù)測銀河系約有10萬個(gè)可探測文明。卡爾·薩根，一位SETI運(yùn)動(dòng)的領(lǐng)袖，在他1996年去世之前，甚至更加樂觀地預(yù)估銀河系中約有100萬個(gè)文明。那可真是好多外星人啊！

難怪天文學(xué)家在60年代剛剛開始夜以繼日地尋找地外生命時(shí)是如此樂觀。接下來，我們將了解他們?nèi)绾伍_展搜尋工作，其結(jié)果又如何。

二、對“德雷克等式”的試驗(yàn)及改善

圖解：波多黎各阿雷西博天文臺(tái)鳥瞰圖

有了對銀河系中可交流的文明的數(shù)量的估計(jì)，SETI就開始了尋找計(jì)劃。他們基本上有兩種選項(xiàng)：一是面對面交流，二是遠(yuǎn)距離通訊。前者需要地外生命主動(dòng)拜訪人類，或是反之。鑒于我們的太陽系在銀河系中與其他恒星的距離，這種方案成功的可能性似乎很小。后者則需要無線電廣播，用以發(fā)送或接收太空中的電磁信號(hào)。

1974年，天文學(xué)家從波多黎各的阿雷西博天文臺(tái)有意地發(fā)送了一串210字節(jié)的信息，希望能夠向一個(gè)在球狀星團(tuán)M13中的文明傳達(dá)信號(hào)。這條信息包含了人類的基本資料和我們在宇宙中的位置，例關(guān)鍵元素的原子序數(shù)和DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)。但這種主動(dòng)的手段一直以來都比較少用。天文學(xué)家主要還是有賴于被動(dòng)的通信——聆聽外星文明傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>

射電望遠(yuǎn)鏡是我們聆聽信息的一種工具，因?yàn)樗脑O(shè)計(jì)就是為了探測光學(xué)望遠(yuǎn)鏡所不能看到的波長更長的信息。射電天文學(xué)的研究方式，就是用一架巨大的碟狀射電望遠(yuǎn)鏡指向某附近類似太陽的恒星，微波調(diào)頻為其電磁波譜的波段。

理想狀況下，微波頻率帶是在1000MHz到3000MHz之間，因?yàn)樵谶@個(gè)范圍內(nèi)更加不容易受到雜音的干擾。射電望遠(yuǎn)鏡還有一個(gè)發(fā)射線，即1420MHz，在天文學(xué)家們的耳中就好像一種橫跨星系的連續(xù)不斷的嘶聲。這條窄線就相當(dāng)于在中性氫中發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換。氫作為宇宙中一種原始的元素，理應(yīng)是被星系間的所有文明知曉的，這也是選它作為最合適標(biāo)志的原因。

盡管SETI成員們齊心協(xié)力地尋找，但他們從未接收到過確鑿的外星人信號(hào)。我們的望遠(yuǎn)鏡接收到過幾個(gè)有趣的、無法解釋的信號(hào)，例如1977年俄亥俄州立大學(xué)的研究員探測到所謂“Wow（哇）”的信息，但卻沒有信號(hào)以同樣的方式重復(fù)傳來，從而無法為地外生命的存在提供無可爭辯的證據(jù)。以上種種，又讓我們回想到“費(fèi)米悖論”：如果銀河系中真有數(shù)以千計(jì)的文明社會(huì)，我們又為什么從未探測到過？

自德雷克和薩根做出了判斷之后，天文學(xué)家們變得更加保守謹(jǐn)慎。那個(gè)斷言外星生命存在的保羅·霍洛維茨，運(yùn)用“德雷克等式”計(jì)算出了更加謙遜的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)N（銀河系地外文明數(shù)量）也許更加靠近1000。但即便是這個(gè)數(shù)字，或許也太龐大了。

2002年，《懷疑論者》的發(fā)行人邁克爾·舍默認(rèn)為天文學(xué)者們對于L（外星文明能夠被探測到的時(shí)間長度）的估算不夠嚴(yán)謹(jǐn)。從地球上自人類誕生開始以來存在過的60個(gè)文明社會(huì)來看，舍默推斷L的取值是在304.5年到420.6年之間。如果把這些數(shù)字代入“德雷克等式”，你會(huì)發(fā)現(xiàn)N分別等于2.44和3.36。再微調(diào)一下數(shù)字，N就會(huì)顯而易見地降到1甚至更低。這一下子，聽到天外來客的消息的幾率就奇低無比了。

即便是最滿懷熱情的SETI的支持者都被這長達(dá)40多年來聆聽宇宙聲波卻收獲甚少的結(jié)果所困擾。不過此前大部分的搜索都只局限于我們所處的銀河系內(nèi)。即便每個(gè)星系只有3到4個(gè)文明，但宇宙中可有數(shù)不清的星系呢。這又撥回了些許找到地外生命的幾率，使許多SETI天文學(xué)者們抱著博彩者心態(tài)：如不入虎穴，又焉得虎子？

三、外太空存在生命的幾率有多大？：作者的話

我寫這篇文章的時(shí)候，腦海里止不住想著卡爾·薩根所著《接觸》里的女主角，艾莉·愛羅薇。1997年書改電影版中有這樣一個(gè)場景，愛羅薇躺在車頂上，在新墨西哥州的荒漠，突然聽到來自外星文明脈搏般跳動(dòng)的無線電回應(yīng)。她飛速?zèng)_回實(shí)驗(yàn)室，一邊大步流星地走一邊向同事呼號(hào)著指令，試圖將射電望遠(yuǎn)鏡的序列鎖定在那串信號(hào)上。我依然認(rèn)為這是現(xiàn)代美國影院中最激動(dòng)人心的場景之一。它讓外星接觸變得不只是像一場海市蜃樓，而是近在眼前、觸手可及。

我第一次看《超時(shí)空接觸》時(shí)，對“德雷克等式”一無所知。之后我收到了寫這篇文章的任務(wù)，開始認(rèn)真對待這嚴(yán)酷的現(xiàn)實(shí)（至少對于一個(gè)拼了命想要看一眼外星人的人來說）：我們的銀河系也許根本不是到處都有外星文明存在的。要么根本沒有條件允許地外生命進(jìn)化，要么即便他們存在，也早在我們能窺見之前就消亡了。這些想法讓我好奇愛羅薇會(huì)怎么看待“德雷克等式”。我猜她仍會(huì)樂觀不改，固執(zhí)地相信若是只有我們，那么這宇宙看起來就“太浪費(fèi)這么大地方”了。