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有关外星人的四个科学理论,你知道多少,人类何时能找到知音?

在民间,人们一直对外星人充满了兴趣,有些人甚至认为外星人遍地都是。这里面包括时不时就会发生的UFO事件,月亮、火星都有外星人的影子,太阳附近也出现过外星人的飞船等等,更有美国51区解剖外星人的图片和罗斯威尔飞碟事件图片的铁证。

其实这些所谓与外星人有关的故事,早就被科学界嗤之以鼻了,除了一些牵强附会以讹传讹之外,绝大多数都是哗众取宠者和阴谋论者们弄出来的谎言和谣言,没有一例具有科学证据。

实际上,科学界对外星人的兴趣远比民间吃瓜群众们更强烈,但与民间不同的是,科学界不会人云亦云,而是严谨地寻找和研究。为此,上个世纪就诞生了许多与外星人相关的理论,其中比较著名的有四个,根据它们问世时间先后,为:费米悖论、德雷克方程、戴森球理论、卡尔达舍夫文明等级理论。

我过去的一些文章,对这些理论都有过介绍,但一直没有一个系统的梳理和综合介绍,今天我们就整体来了解一下,相信对一些朋友如何看待外星人会有帮助。

1、费米悖论

费米悖论又称为费米佯谬,是著名物理学家、1938年诺贝尔物理奖得主恩利克・费米提出并创立的,是一个有关外星人、星际旅行的科学悖论。其核心思想是对地外文明存在性的过高估计和缺少相关证据之间的矛盾,简单归结为一句话就是:“既然外星人这么多,那么它们在哪儿呢?”

这个问题拓展开来就成为三层逐渐深入的问题:

第一,地球在宇宙中并不特殊只是典型,宇宙中应该存在许多像地球这样的星球,因此宇宙中就会存在许多具有生命和文明的星球;第二,迄今为止,人类没有在可观测范围找到任何地外生命和文明的证据,这说明宇宙中生命和文明极为稀少,或者我们对智慧生命的一般行为理解有误;

第三,在人类飞船速度很慢的情况下,征服银河系可能需要500万到5000万年,这个时间虽然很长,但从地质学尺度来看是很短的。因为宇宙寿命有138亿年了,如果宇宙诞生初期就出现了文明的话,这个文明就有100多亿年的历史了,即便有几十亿年历史的文明,星际旅行或星际殖民也应该是常态了,它们的行为就应该被人类观测到。但事实是,迄今为止没有任何这方面的证据。

费米悖论一出台,就被科学界作为一个严肃的概念来讨论,由于其提出的时间稍早,后来出台的德雷克方程就被科学界看作是对这个悖论的第一次正式回应。但由于德雷克公式中的某些变量,在科学界争议较大,无法得到一个更准确的解。

1975年,著名美国学者麦克・哈特发表了《关于地球上地外文明缺席的解释》论文,对费米悖论问题给出了4种解释(引用):

1、对地外文明而言,进行星际旅行还不可行。2、从动机分析,地外文明不打算和人类进行接触。3、地外文明刚刚出现不久,和人类的接触还需要一段时间。4、地球已经被外星文明拜访过了,只是我们不知道而已。哈特逐一进行讨论后,认为以上四个理由都不成立,由此得出的反推结论只能是:地外文明根本不存在。

费米悖论问世以来,“外星人在哪儿呢”这个问号一直追问着科学界,影响很大。几十年过去了,人类对太空的探索越来越深入,发射的探测器已经飞遍了太阳系各大行星和一些卫星、矮行星、小行星,利用先进望远镜也找到了数千颗系外行星,不但连外星人一根毛都没找到,就连最细微的生命细胞也没有发现。

由此费米悖论这个问号越来越大,实质上否定了外星人的存在。由此的问题成为:既然我们至今并没有发现外星人的蛛丝马迹,为啥还要相信它的存在呢?

2、德雷克方程

德雷克方程是美国天文学家法兰克・德雷克1960年提出来的,是一个用来推测“可能与我们接触的银河系内高智文明星球数量”的公式。这个公式有两个,即公式1:N=Ng×Fp×Ne×Fl×Fi×Fc×FL和公式2:N=R*×Fp×Ne×Fl×Fi×Fc×L,这里的N代表银河系内可能与我们通讯的文明数量。

公式1后面字母符号分别代表恒星数目、具有行星比例、行星系统中类地行星数目、宜居行星比例、演化出高智慧生物的概率、高智慧生物能够通讯的概率、科技文明持续时间在行星生命周期中可占的比例等。

公式2与公式1的区别为,R*替代了Ng,L替代了fL。R*为银河系形成恒星的平均速率,L为科技文明寿命。

在这两个公式里,有些是能够确定的因素,比如银河系恒星数量和恒星有行星相伴的比例,类地行星和宜居星球的比例等等,有些是无法确定的,其中最大的不确定性是科技文明存在的时间与生命周期的比例。

我们地球生命存在已经有几十亿年了,但科技文明才只有几百年,这个比例是极小的。未来人类的科技文明还能持续多久?我们无法知道。因此,银河系到底有多少可能存在的文明,就成为一个不确定性的问题。

但许多科学家还是饶有兴趣地对这个方程进行了运算,结果是有的认为银河系至少有100万个具有文明的星球,有的认为只有10万个,还有的认为可能就只有地球1个。

3、戴森球理论

这个理论是曾经爱因斯坦的助手,物理学家弗里曼・戴森于1960年提出来的一个人造天体理论,简单地说,就是建造一个巨大的壳体,将文明所在的恒星包裹起来。这个巨大的人造壳体,将恒星的绝大部分能量吸收聚集起来,通过核聚变转化为文明升级所用的能量。

在太阳系,人类的戴森球半径约1.5亿km,也就是边际在地球轨道附近。有人论证过在太阳系建造戴森球的可能性,认为要拆解掉太阳系所有行星、卫星、矮行星、小行星,甚至包括各种气体尘埃,才能够建造一个厚度只有20cm(厘米),密度为600kg/m^2,半径1.5亿km的壳体,这个壳体的总质量约1.82x10^26kg。

戴森球的建设方式还有许多设想,如戴森泡、戴森云、戴森网等等,这些戴森球的形状各异,由许多部分结合组成,可以分步骤完成,增加了戴森球建设的可行性。这些戴森球并没有对恒星实行全封闭,因此理论上没有得到恒星的全部能量,只能获取绝大部分能量。

戴森球建成后,人类已经没有了栖身的地球家园,也没有了金木水火土天海等八大行星,因此人类只能住在依附于戴森球的太空城里,社会生活已经完全不是我们如今能够想象的样子。

戴森认为,这是任何文明升级到一定阶段的必然要求,否则无法取得文明升级所需的巨大能量,也没有办法飞出恒星系统进行星际殖民。而要建造戴森球,必然会对恒星的亮度产生重大影响,这样就会被其他文明所观测到,是人类寻找地外文明的一种依据。

于是从上个世纪开始,科学界就把寻找戴森球现象作为寻找地外高等级文明的一种方法,通过大型巡天望远镜观测遥远的恒星,看看能否找到具有戴森球特征的恒星。

功夫不负有心人,NASA在执行开普勒任务扫描10万颗恒星过程中,发现了一颗名为KIC 8462852的恒星有着怪异的亮度变化,光变曲线呈现非周期变化,光变降幅最高达到20%!排除了各种原因后,科学家们怀疑是一个正在建造戴森球的高等外星文明在活动,巨大的太阳能帆板集群,导致了这种光变。

后来美国地外文明搜寻协会动用了艾伦望远镜阵列,对准那颗恒星持续观测收听了2个多星期。观测收听的结果是,无论是光变还是电波信号,都没有任何文明活动的迹象,这样就否定了这个疑似戴森球文明的存在。

不过,科学家们并没有放弃搜寻,依然在找类似戴森球的现象,凭人类目前观测水平,只有这样等级的文明才有可能被观测到。

4、卡尔达舍夫等级

这个理论是前苏联天文学家尼古拉・卡尔达舍夫在1964年提出的,是用来衡量宇宙中一个文明科技等级的方法,其衡量标准是文明进行星际通讯交流的能量使用总量,表明只有能够与外星交流沟通的文明体,才能计入卡尔达舍夫等级。

他把宇宙文明的科技程度分为3个等级,由于文明所在恒星和星系不同,其能量利用基数是个变量。这里以地球文明为例,其等级划分的能量利用基数为:

一型文明:用于星际交流通讯的能量使用总量,相当太阳辐射到地球的全部能量,约1.74*10^17J/s(焦耳/秒)。达到这一级文明,人类就能够完全控制和利用地球及其卫星的全部资源和能量,活动范围可以遍布整个太阳系,并且能够抵御来自地球本身的任何灾难;

二型文明:用于星际交流通讯的能量使用总量,达到太阳总体辐射量,约4*10^26J/s。达到这一级文明,人类就能够完全控制和利用太阳及其整个太阳系的全部资源和能量,活动范围可达太阳系附近恒星系统,并且能够抵御来自太阳系的任何灾害;

三型文明:用于星际交流通讯的能量使用重量,达到整个银河系全部辐射量,约4*10^37J/s。达到这一级文明,人类就能够完全控制和利用整个银河系的全部资源和能量,活动范围覆盖整个星系团,并且能够抵御来自星系的任何灾害。

据有关资料介绍,2008年全世界使用能源总量为14.23万亿kw/h,约达到1.4*10^16J/s。这个看起来似乎已经不少了,但只是达到一型文明要求星际通讯能量使用量的1/12.43,而且还这个能量消耗包括了全人类吃喝拉撒使用的能量总量,用于星际通讯(包括观测、发射接收太空电波、飞船探测器发射等各种活动)的能量占的比重并不大。

因此,科学家经过测算,认为人类文明现在还只处于0.73级,距离达到一型文明能量利用还相差上千倍,还需要奋斗200年才有可能达到一型文明。要达到二型文明的能量使用量还相差100亿倍以上,需要奋斗5000年。三型文明是目前无法想象的文明高度,需要多少年还无法预测,一般认为至少需要上亿年,甚至10亿年的发展。

但人类的科技文明能够持续多少年呢,由于人类活动导致的温室效应正在加剧,科学家们已经连续两次联名发出公开信,警告人类留下的时间不多了。人类能否顺利达到一型文明,科学家们都充满了忧虑。

根据这四种理论,未来有可能找到外星人吗?

现在谁也无法保证。我昨天已经发了一篇文章,叫《院士坚定地相信有外星人,外星人就真的快出现了吗?我看未必》,阐述了宇宙之大,文明之稀少和科技文明存续时间的不确定性,导致文明不但很难遇到,而且就是相互联系上也极端困难的各种原因,今天这里就不再赘述了。

总之,科学家忙活了几十年,除了几次以为有戏的空欢喜,迄今为止,并没有任何外星人或地外文明存在的证据。因此,对于外星人或地外文明,或许明天就会发现,或许永远也不会发现。

总之一句话,在广袤的宇宙,孤独的人类知音难觅。你说呢?谢谢阅读,欢迎讨论。

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