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银河系中或存在至少36个外星文明?

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WXZ 发表于 2020-6-21 19:28 | 显示全部楼层 |阅读模式

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银河系中或存在至少36个外星文明?

原作:Ethan Siegel
翻译:F.L.
校译:王延昕
编排:Asensiosh
后台:库特莉亚芙卡 李子琦

人类存在的事实足以证明,在宇宙中完全可以自然演化出具备先进技术的智慧生命。然而遗憾的是,迄今为止我们对外星文明的探索却一无所获,地球是我们已知唯一存在生命的星球。
只要我们抬头仰望星空,就会听到来自灵魂深处的叩问:我们真的是孤独的吗?除了我们自己的太阳系以外,银河系中还有其他的智慧生命吗?如果有的话,银河系中目前有多少外星文明,其中离我们最近的外星文明有多远?

惊人论断
就在本周一6月15日,英国诺丁汉大学的天体物理学家克里斯托弗·康塞利斯(Christopher Conselice)在《天体物理学杂志》上发表了一篇文章,宣布在我们的银河系中可能存在着至少36个高等外星文明。
康塞利斯先生表示,利用最新的天体物理学数据、银河系中恒星形成历史、金属分布、以及恒星在宜居带形成类地行星的可能性来估算可交流智慧生命存在的数量。以地球作为类比,康赛利斯认为这种生命是在富含金属的环境中发展起来,大约需要在行星形成50亿年后才能发展成熟,并由此计算得出银河系中可能有至少36个星球应该具有高等外星文明。
康塞利斯先生得出的这个结论有什么依据吗? 为什么是36个而不是49个或者81个呢?是不是仅仅为了祝福2020年六六大顺呢?让我们来看看这个惊人结论背后的科学道理。

德雷克公式
半个多世纪以来,科学家们一直致力于将地外生命探索从哲学的追问转变为实证的探究。当然,我们可以直接寻找生命,但是只要这种努力仍然没有结果,或者说积极的成果,我们可以做的最有效的事情就是采取间接的方法。这就是提出德雷克公式的初衷:以地球所处的条件作为参照,量化银河系中可能存在多少高等级外星文明的方程。
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德雷克公式又叫萨根公式或绿岸公式,是由美国天文学家法兰克·德雷克(Frank Drake)于1960年代在绿岸镇提出的一条用来推测“可能与我们接触的银河系内外星球高智文明的数量”之公式。已故康奈尔大学天文学家卡尔萨根(Carl Sagan)也参与了方程的研究并在作品中大量描述德雷克公式。
N=R*×fp×ne×fe×fi×fc×L
公式中各字母含义:
N 代表银河系内可能与我们通讯的文明数量
R* 代表银河系内恒星数目
fp 代表恒星有行星的比例
ne 代表每个行星系中类地行星数目
fe 代表有生命进化可居住行星比例
fi 代表演化出高智生物的概率
fc 代表智慧生命能够进行通讯的概率
L 代表科技文明持续时间在行星生命周期中占的比例
银河系内可能与我们通讯的文明数量=银河系内恒星数目×恒星有行星的比例×每个行星系中类地行星数目×有生命进化可居住行星比例×演化出高智生物的概率×高智生命能够进行通讯的概率×科技文明持续时间在行星生命周期中占的比例。
德雷克公式可以用来估算银河系或宇宙中先进文明的数量。但是,我们得首先知道如何估计这些参数,才有可能猜到答案。

满怀希望
在过去的几十年中,天文学的发展,尤其是系外行星科学的发展,使科学家们终于了解了一个与地球条件相似的世界可能会出现的频率。银河系中约有200-4000亿颗恒星,其中大约:
· 20%是类太恒星(F,G或K型主序星),
· 其中约有四分之一拥有大小类似地球、公转周期约1年的行星。
· 这些行星都拥有足以孕育生命的全部要素。
尽管我们知道可能存在误报的情况,比如有些行星其实更像是海王星而不是地球,或者由于其他各种原因而无法居住,但在我们的银河系中,仍然至少有数十亿颗行星具有与地球类似的环境。

懵然无知
但是,当我们讨论外星生命这一高端问题时,我们就像一个傻子。
在星际空间以及行星上,原子可以链接形成分子,进而形成有机分子和生物,它全都是前几代恒星的种子。如果生命的要素无处不在,那么生命也可能无处不在。
但是,即使假定存在一个类地行星围绕着一颗类日恒星公转,我们也不知道生命在这个星球上可能出现的概率。
我们不知道,生命一旦出现,会是昙花一现还是在不间断的演化中维持数十亿年?
我们也不知道在生命起源和繁衍生息的世界中,生命进化成复杂多细胞、高度复杂的生物的几率是多少:这种事情仅在寒武纪生物大爆发后才在地球上出现。
而且,我们同样不知道,就算上面这些都发生了,在这样的世界上出现一个高度智慧的、技术先进的物种的可能性是多少。
说实话,我们所知道的就是,这一切在地球上确实发生了,而其他的充其量不过是瞎**猜。
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一瓢凉水
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一旦智慧生命掌握了工具的使用,并且拥有足够的好奇心,必然会导致星际航行的雄心壮志。但这是科学上没有任何依据的假设,对于从这些假设中得出的任何结论,我们都必须谨慎。
就在几周前,有一篇论文指出,生命很可能在宇宙中频繁出现,但更有可能的是,智慧生命却是非常罕见的。
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一颗海洋覆盖的行星,二氧化碳含量适中,可能是一个适合人类生存的星球。在我们不了解什么条件会导致什么结果之前,将这颗行星称为“类地星球”是不负责任的。

槽点满满
那么康塞利斯先生关于银河系中有36个高等级智慧文明的论断是如何得出的呢?
这个新的估算是基于作者做出的一个看似很靠谱的假设:
“由于在我们自己的星球上发展无线通信智能文明所需的时间约为50亿年,因此我们认为生命很可能经历相同的时间才能达到与我们相同的水平,在我们银河系中宜居带里类似地球的另一个星球上形成。”
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这个假设真的靠谱吗?从科学的意义上说,绝对不是。正如我们刚刚讨论的那样,以前的研究表明,智慧生命很可能是非常罕见的。如果您要倒转时钟在大约45亿年前重启地球,那么不太可能在我们的星球上出现技术先进的文明。然而他们将此假设应用于所有长寿命恒星,包括M型红矮星,这是另一个有争议的地方。
他们不仅假设了这个“合理的可能性”,即在一个类似地球的世界上,智能生命将在行星形成大约50亿年后出现,而且他们还强加了一个进一步的假设:智慧生命必须在行星形成45至55亿年之间形成。
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作者还进一步假设这种文明应该在其进行无线电通信的阶段中已存在100年(大约是地球存在无线电通信的时间),然后进行统计分析。
最后,基于这一连串的假设,他们得出结论,认为目前在我们的银河系中应该存在至少36个高等外星文明,但存在一些不确定性。

等一下,不确定性是什么?
好吧,从统计学正态分布的角度来看,在1个σ的置信度下(这意味着有68%蒙对的概率),应该有4到211个外来文明。36个文明是可能性的峰值,但是不确定性很大,可能有0个这样的文明(可能性约为15%)或超过200个文明(可能性约为20%)或介于两者之间。
这就是您知道这些数字毫无意义的原因:不确定性太大,以至于没有合理的可能性完全排除“0”。即使他们关于智慧生命的假设是正确的,不确定性仍然很大,无法合理地得出关于银河系中存在外星文明数量的结论。
如果我们能够根据今天的知识得出关于银河系中外星文明数量的有力结论,那将是科学的革命性进步。但是,寻找智慧外星人的历史充斥着根据错误的假设得出结论的观点,而这个最新的断言只是这种一厢情愿的想法的另一个例子。



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