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费米悖论 - 科学家的"终极问题"揭示了许多难题

费米悖论实际上是一个长期存在的命题。早在1950年,当著名的意大利裔美国物理学家恩里克·费米(Enrique Fermi)在讨论不明飞行物和外星人时,他突然想到了这句话:你在哪里?(他们在哪里?要了解这个问题的原因,确实需要很多讨论。在物理学中,费米一直以其惊人的估计能力而闻名,费米脱口而出这句话,"你在哪里?正是因为他出色的测算能力。

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他意识到的问题是,银河系只有10万光年的大小和100亿年的历史。即使以光速的千分之一(事实上,人类已经拥有这样的导航技术),智能文明也可以在短短1亿年内探索和殖民整个银河系。作为一名物理学家,费米显然无法接受这样的矛盾。他觉得一定是哪里出了问题。

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怎么了?这是科学家们几十年来一直想知道的。今天,我们列出了所有的可能性,但没有一个被观察到来证实它们。就灵感而言,这是科幻作家的"福音",因为他们每个人都能写出一部完美的宇宙设定的科幻小说。刘慈欣给出的答案是,宇宙的智能文明在黑暗森林法则中。作为《三体》的铁杆粉丝,我觉得是可以写好小说,但只能写小说的设置。从现代天文学来看,这样的故事设定就不那么科学了。

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相对容易确定一颗恒星是否从遥远的地方产生了更高的智能文明。根据热力学第二定律,文明必须消耗大量的能量才能生存,而戴森球等大规模的能量捕获方法将不可避免地影响其恒星的光谱模式。即使是由人类等低等文明建立的天文台,也可以同时测量数千颗恒星的光谱。此外,恆星的物理學是一門相對成熟的學科,可以解釋我們接收到的幾乎任何類型的恆星。

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此外,美国宇航局在退役已久的开普勒太空望远镜的数据库中发现了许多类地行星。这些行星不仅在大小和质量上都接近地球,而且在母星的宜居带中运作。鉴于开普勒太空望远镜只探测到银河系的一小部分,银河系中不是有数量惊人的类地行星吗?因此,这两个相互矛盾的天文发现使得费米悖论更加奇怪和莫名其妙。就好像我们小心翼翼地闯入了一个房间。那里应该有很多人,但现在没有人了。在这样一个神秘的房间里,我们脱口而出一句话:"他们在哪里?"

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也许我们的宇宙确实处于极度沉默的状态,这符合奥卡姆剃刀定律。

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任何不利于这一推论的结论都将迫使我们做出一些额外的假设,这将大大降低这些结论的数学可靠性。例如,三者的黑暗森林法则给出了一个外星文明的观点,这个文明似乎处于"极度沉默"的状态,但实际上却很拥挤。为此,刘慈欣给出了"技术爆炸"和"怀疑链"等附加假设。无论这两个假设在外星文明中是否可靠,"技术爆炸"的概念本身在西方科技史上有着浓厚的色彩。

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回到正题,让我们回到"大沉默"的话题上来。说到"大沉默",这个词来自人们在实施"Ozma"计划多年后得出的无助结论。由美国天文学家德雷克领导的Ozma项目旨在通过无线电波检测太阳系附近的生物标志物信号。该项目于1960年4月正式启动。

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监测断断续续地分三个阶段进行,但没有取得任何有价值的结果。虽然后来的计划,如"Mitta","Phoenix"和SETI得到了实施,但他们一无所获。这种不寻常的宇宙无线电寂静似乎显示出隐藏在寒冷星空背后的某种浩瀚和荒凉。这样的结果甚至改变了20世纪许多天文学家对生命和宇宙智慧的理解。

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这是否意味着我们是宇宙中唯一我们正在寻找的智能生物?人类文明真的代表了银河系中最强大的文明吗?在这一点上,我们必须提到所谓的"大过滤器"理论,它给出了"大沉默"的可能原因。为此,我们试图考虑像阿西莫夫银河帝国这样的伟大知识分子文明。它是如此之大,以至于它的足迹覆盖了无数的行星系统,因此找到其文明的发源地已成为一个考古问题。

对于这样一个文明来说,我们能想象到的任何自然和人为灾难似乎都不太可能触及其基础。换句话说,这样的文明几乎是不朽的。不幸的是,费米悖论告诉我们,这种文明,就像18世纪的永恒动机一样,实际上并不存在于现实中。热力学定律没有永恒的动机,但费米悖论呢?"大筛"理论认为,在银河系中,文明初期一定有一个或多个"大筛子",而智能文明不太可能跨越这些"筛子"。

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接下来的问题是,我们的尘世文明是否越过了这些"筛子"?因此,大放映理论的创始人罗宾·汉森(Robin Hansen)按时间顺序提供了九种可能的选择:

(1)适当的行星系统(即前面提到的类地行星);

(2)可自由复制的遗传大分子(如RNA和DNA);

(3)单细胞生物;

(4)复杂的单细胞生物;

(5)有性生殖;

(6)多细胞生物;

(7)工具使用能力;

(8)我们的水平;

(9)星际殖民。

第(8)条是人类文明的层次。因此,摆在我们面前的问题是:这些"大筛子"是来自上面列出的(7),还是介于第8条和第9条之间?鉴于人类选择的原则,不可能意识到我们已经越过了地面"筛子"。在这一点上,行星物理学中的一些发现将变得特别危险,因为它使我们能够看到被人类选择原理所掩盖的重要信息。例如,开普勒太空望远镜的发现在很大程度上排除了第一个是"大筛子"的可能性,因为它证明了类地行星在银河系中并不罕见。

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这是个坏消息。更糟糕的是,类似的发现可能会继续在火星探测任务中发生。如果美国宇航局突然宣布它的火星车已经成功地在火星表面发现了某种原始的多细胞化石,即使它在显微镜下模糊地看了一眼,我们也会处于一个非常糟糕的境地。因为在这种情况下,我们几乎可以肯定,仅在太阳系中,多细胞生物就赢得了两票。如果我们看看这个浩瀚的星系,恒河中的外星生物和沙子一样多!因此,传说中的"大放映"要么是第7条,要么是处于人类文明的最前沿并注视着我们。因此,从这个意义上说,没有新闻是最好的消息。

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接下來,讓我們來看看大篩幕正在走向人類文明的路上有多大的可能性。毫无疑问,我们的文明正处于一个迅速变化的时代,这一进程是不可逆转的。即使是轻微的减速和挫折,也将是一场人类灾难。人类的智者继续探索未知的科学领域。这个过程就像人与神之间一场不悔改的触球游戏,每一项科学发现都相当于触碰了神包里的一个彩球。不同的颜色代表不同的科学和技术性质。基本上有无害的绿球,如太阳能和计算机技术;中性白球,如使用火;代表危险的红色球,如克隆、核技术等;当然,还有一个代表死亡的黑球。目前,人类还没有捕捉到黑球,但这并不意味着黑球不存在。黑球一出现,就是所谓"大银幕"的时刻。当然,也有可能随着时间的推移,原本危险、中立甚至无害的球在一夜之间突然变黑,让我们措手不及。这种可能性确实存在,例如流行的人工智能技术。

费米悖论 - 科学家的"终极问题"揭示了许多难题

在这里,我们可能对费米悖论的原因有自己的答案。是的,这是一个具有不同观点的开放话题。然而,另一方面,事情可能并不那么复杂,但智能文明之间不可逾越的距离创造了今天的"大寂静"。想象一下,此时此刻,在银河系的另一端,一个智能文明正在向太阳系的方向发送信号。我们必须等待80,000年才能收到它。人类文明能持续那么久吗?只要我们看看我们给地球生态系统带来了什么,就不难看出这真的可能是一个问题。

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基于同样的考虑,两个文明之间的单向对话必须在特定时刻实现,至少要有两个条件:足够高的文明率,第二,文明的寿命足够长。这里定义的文明寿命是从文明掌握无线电技术的那一刻开始计算的。

按照这个标准,人类文明只存活了110年。不幸的是,我们仍然不知道第一个条件的值范围。即使第二个条件是,我们也只能根据自己的情况给出一个可能的下限。然而,令人担忧的是,这样一个极其简化的数学规划模型,经过一番分析,得出的结论是,无论宇宙文明形成的速度有多快,文明都必须比某个生命更长的时间才能实现单向对话。寿命的下限约为1000年。我们可以从质量上理解这样一种结果,即两个生命短暂的文明同时存在,对话的可能性几乎不存在,因为其中一个文明在信号到达之前就消失了。

然而,如此简单的结果突然向我们提出了一个巨大的问题:费米悖论是否意味着宇宙中智能文明的平均预期寿命远低于1000年?对于人类文明来说,这个结果更令人不安,因为它似乎意味着致命的"大筛子"将在不久的将来生根发芽。

当然,这些讨论可能会在无知的人中引发一些"世界末日的恐慌",但这不是我们试图用费米悖论做的事情。

相反,它应该成为每一个人类智者的警钟,不断提醒自己尊重自然,生活在和平与安全中,敬畏自然。

古云:绅士做过事,做过事,这就是原因。

宿命论和机械主义被扔进了历史的垃圾箱。展望未来,我们的文明是无限的。关于当前的经济发展和环境保护,至少有一件事会变得清晰:如果人类社会继续拖延改变其能源结构,继续在碳排放上忽视和相互推动,恐怕我们都会在有生之年看到我们文明的"大筛子"。

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