思想實(shí)驗(yàn) 德雷克方程 40萬年才能遇到外星人是怎么算出來的？

科幻作家劉慈欣在《宇宙隨想》中說，總有一天，人類會(huì)把自己脆弱的軀體裝進(jìn)金屬種子，飛過所有荒涼和繁榮的世界，去感知那些神不能感知的東西。這也許真的是他們存在的目的——作為宇宙之美的見證者。

見證宇宙之美的生命過程中，人類會(huì)遇到外星文明嗎？就目前的科學(xué)定論來說，地球還是那個(gè)美麗又孤獨(dú)的星球，在可探索的范圍內(nèi)，至今沒有發(fā)現(xiàn)外星文明存在的痕跡。

我們到底還需要多久才會(huì)找到外星文明呢？在最近的《天體物理學(xué)雜志》上，來自北師大的研究團(tuán)隊(duì)給了我們一個(gè)具體的數(shù)字：40萬年。

假設(shè)地外存在外星文明，最快需要幾千年后就有機(jī)會(huì)與他們對(duì)話。樂觀的話，這過程大約需要2000年。而悲觀的話，與外星人建立聯(lián)系需要再過40萬年。

溯源人類文明，也不過區(qū)區(qū)幾千年的歷史，無論是2000年還是40萬年，對(duì)于時(shí)間尺度上渺小的人類來說，大概率是沒得機(jī)會(huì)與外星人偶遇了。畢竟核爆炸、極端氣候、致命病毒、行星碰撞等威脅的存在，可能人類還等不到幾千年就已經(jīng)滅絕了。

雖然結(jié)論不那么樂觀，但是在這個(gè)研究里，比較有意思的是科研人員給了我們一個(gè)具體的相遇時(shí)間：2000年和40萬年，那么這些具體的數(shù)字到底是依據(jù)什么計(jì)算得來的呢？

思想實(shí)驗(yàn)：德雷克方程

想要回答我們什么時(shí)候會(huì)與外星文明相遇，最先需要假設(shè)的是外星文明存在的概率與數(shù)量。這個(gè)問題的答案基于人類提出的一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)。

尋找可交流的地外文明始于1960年。人類嘗試了各種探測(cè)器、無線電波、宇宙探索計(jì)劃等各種探索外星文明的方式，都沒有發(fā)現(xiàn)其他星球有生命跡象。許多天文、生命科學(xué)家認(rèn)為地外行星在形成初期環(huán)境很不穩(wěn)定，誕生外星生命過于困難。天體生物學(xué)家喬普拉和林尼韋弗也曾表示，在誕生初期，行星的生態(tài)環(huán)境十分惡劣，火山噴發(fā)，毒氣蔓延，大量隕石的頻繁撞擊，導(dǎo)致生命很難有機(jī)會(huì)萌發(fā)。

雖然生命的誕生條件苛刻，但這么大的宇宙，總會(huì)有像地球一樣幸運(yùn)的星球，科學(xué)家們相信著這個(gè)事實(shí)，也試著想辦法去估算可地外交流的外星文明數(shù)量。

天文學(xué)家弗蘭克·德雷克（Frank Drake）在1961年開始了無線電波段尋找外星文明的計(jì)劃。同時(shí)德雷克提出了一個(gè)公式來估計(jì)銀河系中交流文明的數(shù)量，被命名為德雷克方程：N=R*×Fp×Ne×Fl×Fi×Fc×L，其中N是銀河系中可檢測(cè)到電磁輻射的文明數(shù)量；R*是適合智慧生命發(fā)展的恒星形成率；Fp是具有行星系統(tǒng)的恒星比例，Ne是銀河系中適合生命生存的行星數(shù)量，F(xiàn)l是生命實(shí)際出現(xiàn)的適合生命的行星的比例； Fi是有生命的行星中出現(xiàn)智慧生命的比例； Fc是開發(fā)出一種將其存在的可檢測(cè)跡象釋放到太空的技術(shù)的文明比例；L是這種文明向太空釋放可探測(cè)信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度（以年為單位）。

這個(gè)公式是一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，存在的變量多，德雷克方程的變量是按照從最簡(jiǎn)單到最難的順序進(jìn)行，并且變量本身也難以確定準(zhǔn)確值，得出的結(jié)論數(shù)量不僅多，而且也不是那么準(zhǔn)確，因?yàn)槠渚窒扌砸脖缓芏嗫茖W(xué)家批評(píng)。

雖然德雷克方程本身被詬病的地方比較多，但對(duì)于外星文明的研究來說，它也提供了一個(gè)支點(diǎn)。許多年輕的科學(xué)家們?cè)诜治鐾庑茄芯繒r(shí)，多數(shù)會(huì)選擇基于該方程去做研究估計(jì)，并且在探索的過程中也逐漸補(bǔ)充豐富了許多變量因素，比如星系恒星形成的歷史、金屬豐度分布以及恒星在宜居帶內(nèi)有行星的可能等。

使用德雷克方程估算外星文明的研究，比較出名的是2020年，諾丁漢大學(xué)物理與天文學(xué)學(xué)院的兩位研究人員的研究。兩位科學(xué)家采用的是外星生命在系外行星上以與地球上相似發(fā)展的假設(shè)，對(duì)交流的外星文明的數(shù)量進(jìn)行了估計(jì)了銀河系內(nèi)的外星文明的數(shù)量，他們計(jì)算出銀河系中可能有36個(gè)活躍的外星文明。其中最近的距離是17000光年的一顆紅矮星系統(tǒng)。而即便是這個(gè)最近距離的外星文明，也因?yàn)樘^遙遠(yuǎn)，無法進(jìn)行探測(cè)和通信。

回到北師大這個(gè)最新的研究上，40萬年的數(shù)據(jù)，也是基于德雷克方程來計(jì)算的。

遇見外星人：2000年與40萬年

來自北京師范大學(xué)的《銀河系內(nèi)可能的CETI數(shù)量和這些CETI之間的通信概率》研究，在過去的研究基礎(chǔ)上更進(jìn)一步?；诘吕卓朔匠?，兩位學(xué)者先探索了可能出現(xiàn)的行星數(shù)量，以及生命需要進(jìn)化到可以對(duì)外交流的程度時(shí)間，通過將這些參數(shù)作為變量，計(jì)算得出了2000與40萬年的數(shù)據(jù)。

其中，研究的兩位作者強(qiáng)調(diào)了德雷克方程中Fc的數(shù)值設(shè)定，因?yàn)楦咧腔凵軌蜻M(jìn)行通信的概率數(shù)值無法測(cè)定，因此也就人為選擇了3個(gè)不同的系數(shù) 0.1%，0.01% 和 0.001%。這個(gè)系數(shù)估計(jì)的方法在論文中沒有進(jìn)一步的解釋，事實(shí)上也無法解釋，這個(gè)數(shù)值本身就難以估計(jì)。研究人員將這些關(guān)鍵的變量設(shè)置完成后，模擬了不同初始狀態(tài)下，我們與智慧外星人交流的時(shí)間。

研究估計(jì)，在樂觀的情況下，外星文明最早可能在恒星生命周期的25%出現(xiàn)，而每顆行星只有0.1%的機(jī)會(huì)將生命形式發(fā)展成外星文明。在這種情況下，將有超過42000個(gè)外星文明在其演化的不同階段分布在整個(gè)銀河系中。理論上，只需要2000年的時(shí)間，就能實(shí)現(xiàn)與外星文明的雙向通信。

如果考慮比較極端的情況，恒星更老并且可能已經(jīng)超過了它生命周期的75%，而外星文明出現(xiàn)的可能性只有0.001%。這會(huì)將銀河系中出現(xiàn)外星文明的概率降低到只有111個(gè)，與外星文明雙向通信將在40萬年內(nèi)發(fā)生。

雖然計(jì)算出來了一個(gè)具體40萬年的數(shù)字，但事實(shí)上這個(gè)答案也是個(gè)思想實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，因?yàn)檠芯渴腔诘吕卓朔匠虂砟M的時(shí)間，關(guān)鍵參數(shù)Fc（高智慧生命能夠進(jìn)行通信的概率）完全是人為設(shè)定的值，所以這個(gè)最終的計(jì)算結(jié)論還有待商榷。因此嚴(yán)格的、來說，關(guān)于多少年才能找到外星人并與之對(duì)話這個(gè)問題的答案，我們依舊面對(duì)的是一片混沌。

當(dāng)然，假設(shè)這個(gè)結(jié)論是有幾率發(fā)生，那么無論是2000年還是40萬年，對(duì)于人類的生命尺度來說，都太漫長(zhǎng)了。在極端氣候、核爆風(fēng)險(xiǎn)、致命病毒、行星碰撞等威脅中，人類能不能走那么遠(yuǎn)也是個(gè)未知數(shù)。文明的存續(xù)在宇宙空間與永恒時(shí)間的尺度中，太渺小了。

不過研究還是有它的價(jià)值所在，一些其他學(xué)者評(píng)價(jià)，科學(xué)家們?nèi)匀豢梢曰谶壿嫾僭O(shè)產(chǎn)生有價(jià)值的模型，至少可以產(chǎn)生對(duì)此類文明發(fā)生率的合理估計(jì)。

在科研探索中，本身就存在很多不可知的情況，但因?yàn)椴豢芍筒惶剿饕膊恍?。假設(shè)、模型的討論等都是科研發(fā)展重要的環(huán)節(jié)，前人做的工作，對(duì)于后人的研究來說，都會(huì)有存續(xù)的價(jià)值。

主動(dòng)呼叫外星文明

人類在尋找外星文明的征途中，除了理論的研究外也做了許多其他的工作。上世紀(jì)六十年代，人類就開始了“奧茲瑪計(jì)劃”。這是人類第一次有組織有計(jì)劃地在宇宙空間中尋找外星文明。1992年，美國NASA推出一項(xiàng)搜尋地外文明（SETI）的項(xiàng)目，并建造了兩個(gè)巨大的射電望遠(yuǎn)鏡。它們?cè)谝箍罩兴褜び钪嫔钐幙赡軄碜酝庑俏拿鞯男盘?hào)和地外文明使用技術(shù)的痕跡。雖然中間項(xiàng)目因?yàn)闆]有進(jìn)展而被關(guān)閉過，但到2018年又被重啟，目前這兩個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡仍然孜孜不倦地工作著。

探索外星文明的身影也有中國。2001年，中國FAST（500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡）正式立項(xiàng)建設(shè)，經(jīng)過15年的努力，F(xiàn)AST在2016年7月正式完工，成為世界上最靈敏的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡。目前FAST望遠(yuǎn)鏡也被投入到觀測(cè)地外文明的應(yīng)用中。然而，盡管科學(xué)家非常積極尋找宇宙中可能存在的地外文明，但目前也沒有什么可靠的進(jìn)展，好不容易搜集到了疑似外星人訊號(hào)的電波信息，最后也被證實(shí)為是人類的活動(dòng)帶來的電磁干擾。

雖然結(jié)果不如意，但在深空探索方面，人類一直在快步前進(jìn)著。我們會(huì)發(fā)現(xiàn)近幾年航天領(lǐng)域的發(fā)展是肉眼可見的飛速。嫦娥探月系列探測(cè)器的成功發(fā)射，天問號(hào)、毅力號(hào)等火星探測(cè)器的成功著陸并運(yùn)行；羲和號(hào)探日衛(wèi)星的飛躍，載人登月與火星移民等都被提上了日程。商業(yè)航天的落地也已經(jīng)帶著幾位富豪在太空中大飽眼福。

在深空的探索中，我們?cè)诓粩嗤黄?，一點(diǎn)點(diǎn)打開局限的視野。古人云：通天者王。今人已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了古人通天的愿望，探測(cè)器星際的漫游，載人航天的旅行，未來星際的移民，這些技術(shù)一點(diǎn)點(diǎn)暈開向外星文明的探索上輻射。

在探索外星文明的過程中，有各種各樣的聲音。以霍金為代表的反對(duì)派，勸誡人類不要隨意對(duì)地外文明暴露信息，萬一宇宙真的如黑暗森林法則一般，暴露的話就可能會(huì)被掠奪與蠶食。但主張激進(jìn)建立聯(lián)系的科學(xué)家們并不理會(huì)這些聲音，在1973年NASA的先驅(qū)者探測(cè)器帶著地球的位置信息飛向了深空，目前已經(jīng)抵達(dá)行星帶；美國阿雷西博天文臺(tái)也曾向距離地球25000光年的“M13球狀星團(tuán)”發(fā)射了一串信息尋找外星人。國際天文臺(tái)也計(jì)劃在2023年利用中國射電望遠(yuǎn)鏡FAST進(jìn)行發(fā)送地球的信息到銀河系中心區(qū)域，那里有數(shù)百億顆恒星。

主動(dòng)深空探索和發(fā)地球信息等待外星人聯(lián)系的方式我們都在同步進(jìn)行，浩瀚的星云吞噬了這些詢問的聲音，目前人類還并沒有獲得任何文明的答復(fù)。等待答復(fù)讓人類焦灼，畢竟誰也不知道與我們建立聯(lián)系的文明是跟我們一樣愛好交流與和平還是要掠奪資源消滅我們。

無論是因?yàn)閷ふ疑鹪催€是獲取外星文明的各類資源等目的，滿足好奇心的同時(shí)也要做好最壞的打算。萬一宇宙的法則就是黑暗森林，我們的文明也就走到盡頭了。

對(duì)于已經(jīng)暴露位置的現(xiàn)實(shí)來說，我們沒有回頭路可走，外星文明接觸箭在弦上。我們找他們慢，但若高等文明存在的話，憑借這些暴露的地球坐標(biāo)信息，高等外星文明找上門來的時(shí)間可就不好說了，說不定是個(gè)有生之年事件呢。人類吧，發(fā)展還是老老實(shí)實(shí)靠自己，夯實(shí)宇航技術(shù)，積蓄智慧與科技的力量，做好各種準(zhǔn)備，萬一咱以為的捷徑是彎路甚至是毀滅，至少也能反抗一下。