人類最終是否能找到地外文明,我隻能說可能性大於(yu) 零,但大於(yu) 零多少呢?無法確定。
這個(ge) 說法就是可能性非常非常小。可能有人不同意了,或者還會(hui) 嘰嘰歪歪罵人了。但如果你真的具有哪怕少許科學精神的話,就請耐心看完以下分析,這可能是我關(guan) 於(yu) 地外文明最詳細分析的一篇文章了,看完後歡迎發出感歎或拍磚。
宇宙太大,生命和文明的概率太小。
宇宙有多大呢?我們(men) 可以從(cong) 宇宙結構的層次來了解一下。我們(men) 地球是一個(ge) 直徑約12742km的球體(ti) ,質量約6*10^24kg(千克),也就是約60萬(wan) 億(yi) 億(yi) 噸;地球是圍繞著太陽運行的,太陽在我們(men) 太陽係是一個(ge) 巨無霸,質量占有整個(ge) 太陽係的99.86%,也就是約2*10^30kg,是地球質量約33萬(wan) 倍;由於(yu) 太陽巨大引力,地球被太陽引力牽扯著圍繞著它公轉,公轉軌道是一個(ge) 近似圓圈,平均半徑約1.5億(yi) km。
太陽的引力範圍半徑約有1光年,牽製著八大行星許多矮行星和幾百顆衛星,以及無數小行星、彗星、碎片塵埃圍繞著運行。光年是宇宙空間的距離單位,1光年就是光走1年的尺度,約為(wei) 9.46萬(wan) 億(yi) 千米。現在人造飛行器飛得最遠的是旅行者1號,已經飛行了44年,飛離地球約219億(yi) 千米,這隻是1光年的0.002315;憑旅行者1號現在飛行速度約17km/s,要太陽係1光年引力範圍,還要飛17000多年。
星係被稱為(wei) 宇宙島,就是恒星聚集的家園。我們(men) 太陽的家園是銀河係這個(ge) 宇宙島,銀河係包含有約4000億(yi) 顆恒星,太陽隻是其中普通一顆。銀河係直徑約20萬(wan) 光年,是一個(ge) 漩渦星係,因為(wei) 其核心有一個(ge) 巨大發光的棒狀結構,因此又叫棒旋星係;銀河係的漩渦有兩(liang) 條主要懸臂和兩(liang) 條支臂,這些巨大的懸臂都是恒星更為(wei) 集中的地方,太陽就坐落在距離銀河係核心約2.6萬(wan) 光年叫獵戶臂的支臂上。
銀河係是本星係群中約50個(ge) 星係中的一個(ge) ,本星係群又是本超星係團中上百個(ge) 星係群(團)的一員,本超星係團上麵還有拉尼亞(ya) 凱亞(ya) 超級星係團,再上去還有雙魚鯨魚超超級星係團、史隆長城結構、海格力斯-科羅拉·伯裏阿斯長城結構等等。這些結構一個(ge) 比一個(ge) 大,最大的達到上百億(yi) 光年。
這些大大小小像俄羅斯套娃般的宇宙結構,組成了我們(men) 的可觀測宇宙,半徑約465億(yi) 光年。哈勃望遠鏡花了十多年時間,盯著一塊隻有月亮視麵積百分之一的天區,不斷往宇宙深處觀測,得到一張數千張照片合成的圖像,叫宇宙極深場(簡稱XDF圖像),在這張圖片裏,可辨認的星係就有上萬(wan) 個(ge) 。
XDF圖像拍攝的視麵積隻是全天區的1270萬(wan) 分之一,簡單計算,可觀測宇宙包含的星係就有千億(yi) 以上。哈勃望遠鏡接受到的最暗天體(ti) 隻有30等,是人類肉眼的40億(yi) 倍,每分鍾接受到1粒光子的遙遠天體(ti) 都看到了。即便這樣,也可能有許多更暗的星係並沒有顯示出來,由此科學家們(men) 估計,在可觀測宇宙可能存在萬(wan) 億(yi) 以上的星係,甚至10萬(wan) 億(yi) 。
可觀測宇宙就可能存在10萬(wan) 億(yi) 個(ge) 星係,而可觀測宇宙隻是人類物理極限能夠觀測到的宇宙範圍,在這個(ge) 範圍之外,還有一個(ge) 更巨大的不可觀測宇宙。因此宇宙到底有多大,現在人類無法評估。但現代物理學理論對宇宙的定義(yi) 是動態的,有始有終的,有限的。
人類現在的觀測能力
前麵說了,人類現在的航行能力隻達到219億(yi) km,約0.002光年多點;但人類能看到的宇宙就要遠多了。從(cong) 哈勃極深場照片中,人類觀測到的最遠星係距離我們(men) 已經有130多億(yi) 光年,也就是說已經可以觀測到宇宙大爆炸剛開始幾億(yi) 年的嬰兒(er) 宇宙了。
雖然如此,這種觀測隻是一點點星光,甚至隻是一個(ge) 光子,無法得到更多的數據。
事實上,人類就連太陽係1光年距離也看不清楚。科學界上世紀三十年代就已經預測,在太陽係遙遠的邊際,有一個(ge) 包裹著太陽係的奧爾特雲(yun) ,主要由彗星和塵埃組成,那裏有上萬(wan) 億(yi) 顆大大小小的彗星,是彗星的誕生地和集散地。但至今也依然還是猜測,最大的哈勃望遠鏡也無法看到那裏的任何一顆彗星。
現在隻能看到柯伊伯帶的冥王星和一些小行星,那裏距離我們(men) 隻有60億(yi) 千米,相當萬(wan) 分之六光年,而且隻能看到一個(ge) 小小的亮點,幾個(ge) 像素而已。現在人們(men) 對冥王星了解得這麽(me) 清楚,完全得益於(yu) NASA發射的新視野號探測器光顧過那裏,拍攝了許多照片和探測了許多資料傳(chuan) 回來。
人類現在已經發現了數千顆太陽係外行星,主要是依靠淩星法得到的。所謂淩星法,就是望遠鏡在觀測太陽以外的恒星時,正好有行星經過恒星視向表麵,恒星到人類視野的光被遮擋,根據遮光度大小變化和周期變化,得到這顆行星的一些數據。因此即便距離我們(men) 最近的行星比鄰星b,隻有4.22光年,我們(men) 也無法知道上麵到底有沒有文明,更無法知道上麵有沒有生命。
科學家們(men) 現在采用巡天望遠鏡掃描了數百萬(wan) 顆恒星,迄今沒有發現有高等級文明存在。因為(wei) 在遙遠的距離,隻有高等級文明才能夠改變恒星光度,被我們(men) 發現;而像我們(men) 人類這樣的文明,即便有也無法發現。
現在尋找高等級文明的主要方法,是查看恒星的遮光現象,這種遮光與(yu) 淩星法找到的行星是有區別的。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(二級文明)時,會(hui) 最大限度利用恒星能源,主要方法就是包裹自身依賴的主恒星,從(cong) 而最大限度獲取恒星能量。因為(wei) ,任何行星能量都無法滿足這一級文明的發展需求。
另一種找尋方法就是聆聽。因為(wei) 宇宙中所有能量都會(hui) 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,宇宙通訊能力是宇宙文明等級衡量的標誌。人類建造了大量的射點射線望遠鏡,不斷搜尋宇宙中發過來各個(ge) 波段的電磁波,力求在繁雜的電磁波中,分離出有規律具有文明跡象的電磁波。
但可惜的是,迄今為(wei) 止,還沒有發現任何有價(jia) 值的證據,能夠證明地外文明存在。宇宙年齡已經有138億(yi) 歲了,如果在38億(yi) 歲時就有高級文明存在,它們(men) 發出的電磁波早就掠過地球了,現在沒有發現這些,是不是說明在百億(yi) 光年範圍內(nei) ,沒有能夠掌握電磁波發射能力的文明存在呢?no。
因為(wei) 電磁波在空間衰減很快,要具有強大發射功率,才有可能傳(chuan) 遞得更遠;而接受端也要具有更大放大接收能力,才能接收到更遠更微弱的電磁波信號。人類現在的文明程度還很低,能發射的電信號和接受到的電信號都還很微弱。
宇宙文明存在的密度有多大呢?
上個(ge) 世紀,科學界對於(yu) 地外文明的爭(zheng) 論就很劇烈,爭(zheng) 論100年了,到現在也沒有個(ge) 結果。這裏麵比較有名的理論有4個(ge) ,前麵說的卡爾達舍夫宇宙三級文明和戴森球理論是其中的兩(liang) 個(ge) ,還有兩(liang) 個(ge) 是的德雷克方程和費米悖論。
卡爾達舍夫三級文明理論,是前蘇聯科學家卡爾達舍夫上世紀六十年代提出的,他認為(wei) 宇宙文明的等級可以用文明掌握和利用能量的能力,主要是實現宇宙通訊的能力來劃分。一級文明為(wei) 行星級,也就是母星文明;二級文明為(wei) 恒星級,也就是本級恒星文明;三級文明就是星係級文明。根據人類現在能夠掌握和使用的能量總量來看,還隻有宇宙文明0.73級。
戴森球理論就是達到二級文明的宇宙智慧體(ti) ,一定會(hui) 采用包裹恒星辦法來汲取恒星的最大能量,以滿足文明升級和星際探索殖民的能量需求,人類文明也必將經曆這個(ge) 階段,然後才能移民更遠的恒星際空間。
德雷克方程是計算宇宙中文明數量的一個(ge) 公式,但這個(ge) 公式有許多變數難以確定,尤其是一個(ge) 文明的科技文明能夠存續的時間難以預測,因此,關(guan) 於(yu) 銀河係以及宇宙文明數量一直沒有定論。有人認為(wei) 銀河係至少有10萬(wan) 個(ge) 文明存在,有人說可能隻有地球一個(ge) 文明存在。
但即便一個(ge) 星係隻有一個(ge) 文明,可觀測宇宙也有上萬(wan) 億(yi) 乃至10萬(wan) 億(yi) 個(ge) 文明,因此宇宙文明並不稀缺。關(guan) 鍵是文明遇到和交流的可能性有多大。
費米悖論是關(guan) 於(yu) 宇宙文明的一個(ge) 天問,其最著名的一句話就是:既然宇宙中存在許多地外文明,它們(men) 在哪兒(er) 呢?悖論的核心內(nei) 容就是,如果並非隻有地球才具有孕育文明的能力,那麽(me) 在宇宙誕生幾十億(yi) 年後文明就應該誕生了,即便用人類現在緩慢的飛船速度,經過億(yi) 萬(wan) 年的行駛,地外文明也應該與(yu) 我們(men) 相遇了。但可惜至今渺無音信,一根外星人毛也沒見到。
由此得到的結論有兩(liang) 個(ge) :一個(ge) 是地外文明根本不存在;還有一個(ge) 是地外文明太稀少,相知相遇的機會(hui) 很渺茫。
那麽(me) 我們(men) 未來與(yu) 地外文明相遇的概率有多大呢?
這取決(jue) 於(yu) 德雷克方程裏一個(ge) 最關(guan) 鍵的值,文明,尤其是科技文明能夠存續多久。如果一個(ge) 星係有10萬(wan) 個(ge) 文明,我們(men) 銀河係文明之間的平均距離就有約2000光年,也就是說,這些文明之間的通訊來回一次至少需要4000年以上。
但如果是一個(ge) 星係隻有一個(ge) 文明呢?距離我們(men) 最近的是一個(ge) 不規則星係大犬座矮星係星係,這個(ge) 星係隻有10億(yi) 顆恒星,距離太陽約2.5萬(wan) 光年,距離銀心約4.2萬(wan) 光年;次近的是大小麥哲倫(lun) 矮星係,距離我們(men) 分別為(wei) 16萬(wan) 和20萬(wan) 光年,這兩(liang) 個(ge) 星係的恒星分別約在100萬(wan) 左右。這種小星係存在文明的可能性更小,而距離我們(men) 最近的大星係是仙女座星係,距離我們(men) 約254萬(wan) 光年。仙女座星係質量和恒星數量約為(wei) 銀河係的1.5~2倍。
如果一個(ge) 星係隻有一個(ge) 文明存在,那麽(me) 這些文明相互通訊一次的時間就需要數萬(wan) 年乃至數百萬(wan) 年。
人類現在有記載的曆史還隻有幾千年,有無線電通訊的曆史才100餘(yu) 年,也就是說科技文明隻有100多年。而人類科技文明還能夠存續多少年呢?人類文明現在已經遇到很大發展瓶頸和危機,如環境惡化威脅、極端氣候變化威脅、自我毀滅的核戰爭(zheng) 威脅、病毒疫情威脅、地球地質劇變威脅、小行星撞擊威脅、太陽劇變威脅等等,還有許多未知宇宙威脅,這些巨大威脅哪怕隻有一次人類無法控製,人類文明就有滅絕的危險。
文明應對各種滅種威脅的能力是隨著文明等級升級而提升的,文明最脆弱的階段是在一級文明以內(nei) 的時間段。人類現在的文明還處在0.73級,據一些科學家預測,要達到一級文明,人類還要和平發展200年,達到二級文明還需要奮鬥5000年。人類有幸能夠度過危機,達到一級文明,甚至二級文明嗎?
伽馬射線暴是宇宙頂級殺手,即便到了二級文明也難以逃脫這個(ge) 殺手的掃射。許多科學家認為(wei) ,伽馬射線暴定期或隨機的爆發,清除了宇宙90%以上的生命和文明,因此宇宙文明才越來越稀少。這樣稀少的文明,而且科技文明存續時間不確定的情況下,有多大概率能夠相互遇到或者交流呢?
這就是我前麵說的概率大於(yu) 零,但可能性極小極小的原因。如果人類文明不會(hui) 在未來較短時間毀滅的話,如果人類科技文明能夠存續若幹億(yi) 年乃至百億(yi) 年的話,那遇到另外文明的可能性就很大了。但這兩(liang) 種概率似乎都很小,由此很可能直到人類文明毀滅,人類依然是孤獨的文明。
因此,人類遇到其他文明的可能性幾乎等於(yu) 零。當然如果科學家在明天就突然宣布發現地外文明的確切證據的話,那麽(me) 這個(ge) 概率就從(cong) 零突然上升到100%。概率就是這樣,因此等於(yu) 沒說。但分析在那兒(er) ,大家自己斟酌吧。
歡迎掃碼入群!
深圳科普將定期推出
公益、免費、優(you) 惠的活動和科普好物!


