歡迎回到我們的費(fèi)米悖論系列，在這里我們會(huì)分析恩里克·費(fèi)米的著名問(wèn)題，“他們都在哪兒呢？”今天，我們檢驗(yàn)這樣一種可能性，是否我們從未收到外星人的消息是因?yàn)楦咧巧飪H僅存活了這么久。

1950年，意大利美籍物理學(xué)家恩里克·費(fèi)米和他的幾個(gè)同事在洛斯·阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室共進(jìn)午餐，作為曼哈頓計(jì)劃的一份子他已經(jīng)在這里工作了5年。根據(jù)各種不同的說(shuō)法，午餐的話題轉(zhuǎn)到了外星人和最近大量出現(xiàn)的不明飛行物。對(duì)此，費(fèi)米提出了一個(gè)載入史冊(cè)的想法，“他們都在哪兒呢？”

這個(gè)后來(lái)成為費(fèi)米悖論的基礎(chǔ)，費(fèi)米悖論闡述了對(duì)地外文明存在性的過(guò)高估計(jì)和缺乏相關(guān)證據(jù)之間的矛盾。從費(fèi)米所處的時(shí)代開(kāi)始，一直有各種針對(duì)他這個(gè)問(wèn)題的假設(shè)提出，也包括在外星文明滅亡之前僅有一個(gè)“短暫的窗口”和宇宙交流這種可能性。

總的來(lái)說(shuō)，歸在這個(gè)假設(shè)下的提議認(rèn)為，雖然宇宙實(shí)際上可能充滿了生命，但是時(shí)間和空間強(qiáng)加了巨大的限制，使得高智生物之間相互交流變得非常困難。簡(jiǎn)而言之，阻隔在文明之間的距離可能意味著等到一個(gè)文明發(fā)展到能夠向太空廣播信號(hào)時(shí)，它會(huì)在收到回復(fù)前滅亡。

德雷克方程，一個(gè)用來(lái)推測(cè)“可能與我們接觸的銀河系內(nèi)外星球高智文明的數(shù)量”的數(shù)學(xué)公式。來(lái)源：羅切斯特大學(xué)德雷克公式。

1961年，著名的搜尋外星智能（SETI）研究人員法蘭克·德雷克在格林班克天文臺(tái)的一次會(huì)議上提出了后來(lái)以他的名字命名的方程式。德雷克方程并不是一個(gè)對(duì)給定時(shí)間的銀河系上外星高智生物的數(shù)量的官方估計(jì)，而是一個(gè)概括搜尋外星智能研究的困難的概率論據(jù)。

以數(shù)學(xué)公式表述，如下：

N = R* X FP X NE X FL X FI X FC X L

N代表銀河系內(nèi)可能和我們通訊的文明數(shù)量。

R* 代表銀河系形成恒星的平均速率。

fp 代表恒星中有行星的比例。

Ne代表類地行星的數(shù)量

fl 代表有進(jìn)化生命可居住行星的數(shù)量

fi 代表能演化高智生物的行星的數(shù)量

fc 代表能發(fā)展通訊技術(shù)的文明數(shù)量

L 代表高智文明科技預(yù)期壽命

要了解“簡(jiǎn)要窗口假設(shè)”，首先需要知道一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)L。我們將一個(gè)文明在遭遇毀滅性事件之前的預(yù)期存在時(shí)間定義為L(zhǎng)，其中毀滅性事件可能以自然災(zāi)害（比如小行星撞擊）或內(nèi)部自我毀滅（比如核戰(zhàn)爭(zhēng)或生物戰(zhàn)爭(zhēng)）等形式出現(xiàn)。例如對(duì)人類而言，這些形式的毀滅性威脅都是可能發(fā)生的。

在經(jīng)典的德雷克方程（由美國(guó)天文學(xué)家法蘭克·德雷克于1960年代提出，是用來(lái)推測(cè)“可能與我們接觸的銀河系內(nèi)外星球高智文明的數(shù)量”的公式）中，L被定義為一個(gè)文明發(fā)展出必要的技術(shù)（比如無(wú)線電通信），并能夠傳輸信號(hào)的時(shí)間，即科技文明壽命。而“簡(jiǎn)要窗口假設(shè)”中，還包括了該文明發(fā)出信號(hào)后獲得回復(fù)的時(shí)間。在毀滅性的災(zāi)難發(fā)生之前，一個(gè)現(xiàn)代文明能夠存在多久？可能在有些文明還未來(lái)得及收到或發(fā)出信號(hào)時(shí)就已經(jīng)毀滅了，這是“大靜默”狀態(tài)出現(xiàn)（人類為搜索地外文明發(fā)出無(wú)線信號(hào)，但外星人通訊信號(hào)始終保持沉默的狀態(tài)）的原因嗎？

進(jìn)入“偉大的過(guò)濾器”

1996年，牛津大學(xué)人類未來(lái)研究所（FHI）的助理研究員羅賓·漢森發(fā)表了一篇題為《偉大的過(guò)濾器——我們能夠通過(guò)嗎？》的論文。漢森提出，在宇宙中一定存在著某種東西（論文中稱為“過(guò)濾器”），它們阻止無(wú)機(jī)物質(zhì)聚集在一起創(chuàng)造簡(jiǎn)單生命、并最終產(chǎn)生智能物種。同樣，這種阻止發(fā)展的“過(guò)濾器”，也一定存在于生命從在某顆行星內(nèi)部自然誕生，到它最終發(fā)展成為跨行星甚至跨恒星的星際文明這一過(guò)程中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)?；诘厍蛏某霈F(xiàn)和數(shù)十億年進(jìn)化的過(guò)程，漢森提出了一個(gè)生命和文明演化“九步時(shí)間線”，包括：

1. 宜居的恒星系統(tǒng)（存在有機(jī)物和宜居行星）

2. 生殖分子（比如RNA）

3. 原核單細(xì)胞生物

4. 真核單細(xì)胞生物

5. 有性繁殖

6. 多細(xì)胞生物

7. 能使用工具的動(dòng)物

8. 工業(yè)文明

9. 大規(guī)模對(duì)外殖民

根據(jù)漢森的假設(shè)，上面九個(gè)步驟中至少有一步在統(tǒng)計(jì)學(xué)上是不可能發(fā)生的。要么是生命早期很難從無(wú)機(jī)物中產(chǎn)生，要么是隨著物種的進(jìn)化毀滅性的災(zāi)難事件發(fā)生的幾率增加。在“簡(jiǎn)要窗口假設(shè)”中，我們假設(shè)這個(gè)過(guò)濾器存在于第8和第9步之間，即人類當(dāng)前的發(fā)展階段。

創(chuàng)作于：位于智利查南托高原的ALMA 無(wú)線電天線，海拔16000英尺（5000m）余

源自：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Garnier (ALMA)

正文：

     關(guān)于此學(xué)說(shuō)，最早的例證來(lái)自于參與過(guò)“奧茲瑪計(jì)劃”（史上第一個(gè)搜尋地外文明計(jì)劃即SETI）的Frank Drake的同事——德國(guó)天體物理學(xué)家和無(wú)線電天文學(xué)家Sebastian von Hoerner。

     1961年，他發(fā)表了一篇名為《搜尋外星文明信號(hào)》的論文，文中他企圖證明：文明之間的距離或許可以解釋為什么“地外文明”對(duì)于我們來(lái)說(shuō)如此神秘。

      簡(jiǎn)要來(lái)說(shuō)，他在文章中闡述道：與我們將來(lái)可能要投入到搜尋外星智慧生物的蹤跡時(shí)間相比，現(xiàn)今人類科技文明存續(xù)的時(shí)間實(shí)在太短。正如他所寫的那樣——“我們不應(yīng)低估兩個(gè)歷史證明過(guò)的決定文明興衰存亡的因素。對(duì)至高無(wú)上地位的渴望和對(duì)更加便捷的生活的向往促使人類發(fā)明科學(xué)和技術(shù)，若不對(duì)這兩種驅(qū)動(dòng)力加以把控，則前者會(huì)導(dǎo)致全面式毀滅，后者將帶來(lái)生物學(xué)上和精神層面的退化。總而言之，這種意志與我們的情緒近似，雖然會(huì)在多重環(huán)境下發(fā)展，但卻不會(huì)持續(xù)太長(zhǎng)。”

      為了證明他的研究， von Hoerner假設(shè)文明的平均存續(xù)時(shí)間為6500年，銀河系之間的文明平均距離為1000光年。這些雖然只是純粹的推測(cè)，但它們提供了一個(gè)用以估算一個(gè)文明存續(xù)和對(duì)外交流需要花費(fèi)的時(shí)間的框架。

      考慮到von Hoerner 寫下這個(gè)課題是在冷戰(zhàn)時(shí)期，當(dāng)時(shí)核威脅是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的威脅，科技進(jìn)步和自我毀滅的主題是符合時(shí)代背景的。

      然而，隨著時(shí)代的發(fā)展，現(xiàn)實(shí)的生存威脅也有所變化。在大部分情況下，人口過(guò)剩和環(huán)境破壞問(wèn)題為人類生存的核心難題。

與往常一樣，科學(xué)家們?nèi)绻雵L試解決費(fèi)米悖論的話，會(huì)在在悖論本身和所提出的解決方案中提出內(nèi)在的假設(shè)。無(wú)論是哈特·蒂普勒猜想（它假設(shè)人類必須是銀河系中唯一的先進(jìn)文明），還是文明不可避免地會(huì)自我毀滅這一猜想，都是以一個(gè)共同的假設(shè)作為前提的，即先進(jìn)的文明將以指數(shù)級(jí)別增長(zhǎng)。

相比之下，許多研究人員紛紛表示：外星人們無(wú)法維持這種假設(shè)中設(shè)定的增長(zhǎng)模式。這就解釋了為什么沒(méi)有一個(gè)星系能夠成功地在整個(gè)星系（甚至大部分星系）中殖民。2009年，藍(lán)大理石空間科學(xué)研究所的雅各布·D·哈克·米斯拉和全球?yàn)?zāi)難風(fēng)險(xiǎn)研究所的塞思·D·鮑姆在一份題為“費(fèi)米悖論的可持續(xù)性解決方案”的研究報(bào)告中也討論了這一點(diǎn)。

從本質(zhì)上說(shuō)，他們大膽地認(rèn)為，“我們之所以沒(méi)有觀測(cè)到外星人的存在，可能是因?yàn)橹悄芪拿骺沙掷m(xù)發(fā)展的模式不是指數(shù)級(jí)別的增長(zhǎng)或者其他更快的增長(zhǎng)模式?！边@是從人類歷史中汲取的教訓(xùn)。哈克·米斯拉和鮑姆表示，雖然指數(shù)增長(zhǎng)是人類文明增長(zhǎng)的一個(gè)共同特征，但卻往往對(duì)人類文明造成危害。

這種情況在許多地質(zhì)學(xué)家稱之為“人類世”的這個(gè)時(shí)代達(dá)到頂峰，在這個(gè)時(shí)代，由于對(duì)地球的影響，人類已經(jīng)成為氣候變化的最大的決定性因素。而當(dāng)應(yīng)用于外星人文明時(shí)，同樣的趨勢(shì)可以解釋為什么我們沒(méi)有得到任何外星人的消息。正如他們所說(shuō)：

費(fèi)米悖論最終關(guān)注的是文明的空間擴(kuò)張，但空間擴(kuò)張與人口擴(kuò)張、環(huán)境影響和資源消耗密切相關(guān)。例如，移徙往往是由于資源短缺，而資源短缺又可能是人口眾多和(或)環(huán)境退化造成的。同樣地，向無(wú)人居住地區(qū)的移民會(huì)導(dǎo)致資源過(guò)剩，進(jìn)而推動(dòng)人口增長(zhǎng)。最后，廣泛的擴(kuò)張主義政策會(huì)導(dǎo)致空間、人口、環(huán)境影響和資源消耗的各個(gè)方面的擴(kuò)張。

另一個(gè)例子來(lái)自于2018年一本名為《恒星之光:外星世界和地球命運(yùn)》的書，作者是天體物理學(xué)家亞當(dāng)·弗蘭克教授。這項(xiàng)工作還借鑒了他與來(lái)自羅切斯特大學(xué)、華盛頓大學(xué)和馬克斯·普朗克生物地球化學(xué)研究所的同事們?cè)?018年進(jìn)行的一項(xiàng)名為“人類世概括:外文明的進(jìn)化及其行星反饋”的研究。

在兩本書中，弗朗克都認(rèn)為人類世可以給費(fèi)米悖論提供一個(gè)成功的解決方案，且外星文明的命運(yùn)可能與人類命運(yùn)息息相關(guān)。和人類一樣，外星人與其母星之間的動(dòng)態(tài)聯(lián)系很有可能會(huì)在它們的環(huán)境系統(tǒng)中提出反饋。通過(guò)引用德雷克方程，弗朗克作如下解釋：

“地球不是唯一的。原因之一在于盡管Pc只有10-19，但在整個(gè)可見(jiàn)宇宙的歷史中，像我們一樣的科技文明的數(shù)量依舊巨大（Nc~1000），大到足以在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上證明外星文明存在的平均屬性。這些平均屬性包括一個(gè)科技文明的平均壽命。我們注意到，這是德雷克方程中最后一個(gè)因數(shù)，并且一直以來(lái)存在于關(guān)于外星文明的爭(zhēng)論中。這對(duì)可持續(xù)發(fā)展議題的重要程度是不言而喻的。”

簡(jiǎn)而言之，對(duì)于由解決費(fèi)米悖論的研究者們提出的普遍假設(shè)，可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)給這個(gè)假設(shè)提出了一個(gè)可能的反駁點(diǎn)。其他的研究則聚焦于一個(gè)這樣的可能性上：窗口本身可能是一個(gè)距離函數(shù)，向宇宙發(fā)出信號(hào)的文明很可能因?yàn)槠浯嬖跁r(shí)間過(guò)短而無(wú)法收到回應(yīng)。

這個(gè)論斷是由克勞迪奧·格里馬爾迪和一個(gè)包括弗蘭克·德雷克博士在內(nèi)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)提出的，發(fā)表于2018年一份名為《銀河系中不斷擴(kuò)大的外星信號(hào)的區(qū)域覆蓋：對(duì)外星智能的探索和德雷克方程中的N》的研究報(bào)告中。在這份研究里，研究團(tuán)隊(duì)指出了與德雷克公式有關(guān)的兩個(gè)關(guān)鍵假設(shè)：一，外星智慧生物以一種恒定的頻率出現(xiàn)在我們的星系（N）中；二，在他們滅絕之前(L)，他們只能在一定的時(shí)間靜止內(nèi)發(fā)出訊號(hào)。

在這些文明滅亡后的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，這些電波仍會(huì)以光速向外傳送（c）。這些傳輸將會(huì)形成一個(gè)環(huán)面（一個(gè)環(huán)狀的波陣面），在這個(gè)范圍內(nèi)可以探測(cè)到無(wú)線電波。每個(gè)環(huán)壁的厚度（以光年為單位）與這個(gè)文明走向沉寂之前能夠向宇宙空間發(fā)送無(wú)線信號(hào)的年限有關(guān)。

簡(jiǎn)而言之，我們不知道高等文明能存在多久。文明產(chǎn)生消亡的簡(jiǎn)短例證指出，構(gòu)建一個(gè)有意義的框架是不可能的。目前看來(lái)，人類是我們唯一所知的高等文明，我們甚至無(wú)法預(yù)料在生存危機(jī)到來(lái)前人類還能生存多久——危機(jī)可能是核戰(zhàn)爭(zhēng)，氣候變化，或者是自然災(zāi)害。

地球之外可能存在高等文明，這個(gè)想法導(dǎo)致了另一個(gè)問(wèn)題，但是這個(gè)問(wèn)題很快就消失了。Carl Sagan 和William Newman在1981年的研究“銀河文明：人口動(dòng)力學(xué)和星際擴(kuò)散”中論證了這個(gè)觀點(diǎn)。然而，這個(gè)觀點(diǎn)與宇宙學(xué)原理相矛盾，受到了批評(píng)家的攻擊。

作為回應(yīng)，天體物理學(xué)家、NASA研究員戴維·布林（David Brin）強(qiáng)調(diào)指出，認(rèn)為人類的發(fā)展是在一次特殊的時(shí)間點(diǎn)才開(kāi)始出現(xiàn)是愚蠢的——比如說(shuō)，當(dāng)銀河系正在從極少數(shù)高等文明（或唯一一個(gè)）轉(zhuǎn)變?yōu)閹讉€(gè)的時(shí)候?？紤]到銀河系的壽命，更有可能的是，我們正在經(jīng)歷的是典型情況。

盡管如此，作為潛在的解決方案，該理論在一定程度上具有奧卡姆剃刀要求的簡(jiǎn)單性與合理性。更重要的是，人類目前存在的問(wèn)題是典型的智能物種的想法，符合哥白尼原則。通過(guò)在第8步和第9步之間放置“過(guò)濾器”，可以表明生命能夠以指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)并成為影響其環(huán)境的最大因素。

位于波多黎各的阿雷西博天文臺(tái)是收到著名的阿雷西博消息的站點(diǎn)。Credit：NAIC / NSF這種邏輯也有助于使人類最大的挑戰(zhàn)——如何可持續(xù)地生活或面對(duì)崩潰——成為關(guān)注重點(diǎn)。如果我們希望足夠長(zhǎng)壽，可以聽(tīng)到來(lái)自其他文明的聲音，那么就需要確保我們沒(méi)有透支我們的生存時(shí)間。

我們已經(jīng)在今日宇宙上寫了許多有趣的文章，這些文章涉及費(fèi)米悖論，德雷克方程式和搜索外星智能（SETI）。

這里是 外星人都在哪？費(fèi)米悖論，外星人在哪里？“偉大的過(guò)濾器”如何影響太空中的技術(shù)進(jìn)步，為什么尋找外星生命不好。偉大的過(guò)濾器，外星機(jī)器人都在哪里？我們?nèi)绾握业酵庑侨耍克阉魍庑侵悄埽⊿ETI），F(xiàn)raser和John Michael Godier辯論費(fèi)米悖論。

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作者：MATT WILLIAMS

FY：Astronomical volunteer team

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審核：天文志愿文章組-

排版：零度星系

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學(xué)名詞

3.原文來(lái)自：https://www.universetoday.com/147590/beyond-fermis-paradox-ix-what-is-the-brief-window-hypothesis/

本文由天文志愿文章組-阿嘎,晴天*照*耀，たまゆら，春天的小熊,漸行翻譯自MATT WILLIAMS的作品，如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)于三十日以內(nèi)聯(lián)系運(yùn)營(yíng)者刪除。

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