天文科普:地外文明到底是否存在,相知相遇概率有多大,人類最終能找到嗎?
來源:時空通訊
發(fā)布時間:2021-07-22
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人類最終是否能找到地外文明,我只能說可能性大于零,但大于零多少呢?無法確定。

這個說法就是可能性非常非常小??赡苡腥瞬煌饬耍蛘哌€會嘰嘰歪歪罵人了。但如果你真的具有哪怕少許科學(xué)精神的話,就請耐心看完以下分析,這可能是我關(guān)于地外文明最詳細(xì)分析的一篇文章了,看完后歡迎發(fā)出感嘆或拍磚。

宇宙太大,生命和文明的概率太小。

宇宙有多大呢?我們可以從宇宙結(jié)構(gòu)的層次來了解一下。我們地球是一個直徑約12742km的球體,質(zhì)量約6*10^24kg(千克),也就是約60萬億億噸;地球是圍繞著太陽運行的,太陽在我們太陽系是一個巨無霸,質(zhì)量占有整個太陽系的99.86%,也就是約2*10^30kg,是地球質(zhì)量約33萬倍;由于太陽巨大引力,地球被太陽引力牽扯著圍繞著它公轉(zhuǎn),公轉(zhuǎn)軌道是一個近似圓圈,平均半徑約1.5億km。

太陽的引力范圍半徑約有1光年,牽制著八大行星許多矮行星和幾百顆衛(wèi)星,以及無數(shù)小行星、彗星、碎片塵埃圍繞著運行。光年是宇宙空間的距離單位,1光年就是光走1年的尺度,約為9.46萬億千米。現(xiàn)在人造飛行器飛得最遠(yuǎn)的是旅行者1號,已經(jīng)飛行了44年,飛離地球約219億千米,這只是1光年的0.002315;憑旅行者1號現(xiàn)在飛行速度約17km/s,要太陽系1光年引力范圍,還要飛17000多年。

星系被稱為宇宙島,就是恒星聚集的家園。我們太陽的家園是銀河系這個宇宙島,銀河系包含有約4000億顆恒星,太陽只是其中普通一顆。銀河系直徑約20萬光年,是一個漩渦星系,因為其核心有一個巨大發(fā)光的棒狀結(jié)構(gòu),因此又叫棒旋星系;銀河系的漩渦有兩條主要懸臂和兩條支臂,這些巨大的懸臂都是恒星更為集中的地方,太陽就坐落在距離銀河系核心約2.6萬光年叫獵戶臂的支臂上。

銀河系是本星系群中約50個星系中的一個,本星系群又是本超星系團(tuán)中上百個星系群(團(tuán))的一員,本超星系團(tuán)上面還有拉尼亞凱亞超級星系團(tuán),再上去還有雙魚鯨魚超超級星系團(tuán)、史隆長城結(jié)構(gòu)、海格力斯-科羅拉·伯里阿斯長城結(jié)構(gòu)等等。這些結(jié)構(gòu)一個比一個大,最大的達(dá)到上百億光年。

這些大大小小像俄羅斯套娃般的宇宙結(jié)構(gòu),組成了我們的可觀測宇宙,半徑約465億光年。哈勃望遠(yuǎn)鏡花了十多年時間,盯著一塊只有月亮視面積百分之一的天區(qū),不斷往宇宙深處觀測,得到一張數(shù)千張照片合成的圖像,叫宇宙極深場(簡稱XDF圖像),在這張圖片里,可辨認(rèn)的星系就有上萬個。

XDF圖像拍攝的視面積只是全天區(qū)的1270萬分之一,簡單計算,可觀測宇宙包含的星系就有千億以上。哈勃望遠(yuǎn)鏡接受到的最暗天體只有30等,是人類肉眼的40億倍,每分鐘接受到1粒光子的遙遠(yuǎn)天體都看到了。即便這樣,也可能有許多更暗的星系并沒有顯示出來,由此科學(xué)家們估計,在可觀測宇宙可能存在萬億以上的星系,甚至10萬億。

可觀測宇宙就可能存在10萬億個星系,而可觀測宇宙只是人類物理極限能夠觀測到的宇宙范圍,在這個范圍之外,還有一個更巨大的不可觀測宇宙。因此宇宙到底有多大,現(xiàn)在人類無法評估。但現(xiàn)代物理學(xué)理論對宇宙的定義是動態(tài)的,有始有終的,有限的。

人類現(xiàn)在的觀測能力

前面說了,人類現(xiàn)在的航行能力只達(dá)到219億km,約0.002光年多點;但人類能看到的宇宙就要遠(yuǎn)多了。從哈勃極深場照片中,人類觀測到的最遠(yuǎn)星系距離我們已經(jīng)有130多億光年,也就是說已經(jīng)可以觀測到宇宙大爆炸剛開始幾億年的嬰兒宇宙了。

雖然如此,這種觀測只是一點點星光,甚至只是一個光子,無法得到更多的數(shù)據(jù)。

事實上,人類就連太陽系1光年距離也看不清楚??茖W(xué)界上世紀(jì)三十年代就已經(jīng)預(yù)測,在太陽系遙遠(yuǎn)的邊際,有一個包裹著太陽系的奧爾特云,主要由彗星和塵埃組成,那里有上萬億顆大大小小的彗星,是彗星的誕生地和集散地。但至今也依然還是猜測,最大的哈勃望遠(yuǎn)鏡也無法看到那里的任何一顆彗星。

現(xiàn)在只能看到柯伊伯帶的冥王星和一些小行星,那里距離我們只有60億千米,相當(dāng)萬分之六光年,而且只能看到一個小小的亮點,幾個像素而已。現(xiàn)在人們對冥王星了解得這么清楚,完全得益于NASA發(fā)射的新視野號探測器光顧過那里,拍攝了許多照片和探測了許多資料傳回來。

人類現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)千顆太陽系外行星,主要是依靠凌星法得到的。所謂凌星法,就是望遠(yuǎn)鏡在觀測太陽以外的恒星時,正好有行星經(jīng)過恒星視向表面,恒星到人類視野的光被遮擋,根據(jù)遮光度大小變化和周期變化,得到這顆行星的一些數(shù)據(jù)。因此即便距離我們最近的行星比鄰星b,只有4.22光年,我們也無法知道上面到底有沒有文明,更無法知道上面有沒有生命。

科學(xué)家們現(xiàn)在采用巡天望遠(yuǎn)鏡掃描了數(shù)百萬顆恒星,迄今沒有發(fā)現(xiàn)有高等級文明存在。因為在遙遠(yuǎn)的距離,只有高等級文明才能夠改變恒星光度,被我們發(fā)現(xiàn);而像我們?nèi)祟愡@樣的文明,即便有也無法發(fā)現(xiàn)。

現(xiàn)在尋找高等級文明的主要方法,是查看恒星的遮光現(xiàn)象,這種遮光與凌星法找到的行星是有區(qū)別的。根據(jù)卡爾達(dá)舍夫宇宙文明分級理論,和戴森球理論,宇宙文明發(fā)展到較高級別(二級文明)時,會最大限度利用恒星能源,主要方法就是包裹自身依賴的主恒星,從而最大限度獲取恒星能量。因為,任何行星能量都無法滿足這一級文明的發(fā)展需求。

另一種找尋方法就是聆聽。因為宇宙中所有能量都會發(fā)射出電磁波,而任何文明發(fā)展到一定程度,都必須利用電磁波,宇宙通訊能力是宇宙文明等級衡量的標(biāo)志。人類建造了大量的射點射線望遠(yuǎn)鏡,不斷搜尋宇宙中發(fā)過來各個波段的電磁波,力求在繁雜的電磁波中,分離出有規(guī)律具有文明跡象的電磁波。

但可惜的是,迄今為止,還沒有發(fā)現(xiàn)任何有價值的證據(jù),能夠證明地外文明存在。宇宙年齡已經(jīng)有138億歲了,如果在38億歲時就有高級文明存在,它們發(fā)出的電磁波早就掠過地球了,現(xiàn)在沒有發(fā)現(xiàn)這些,是不是說明在百億光年范圍內(nèi),沒有能夠掌握電磁波發(fā)射能力的文明存在呢?no。

因為電磁波在空間衰減很快,要具有強大發(fā)射功率,才有可能傳遞得更遠(yuǎn);而接受端也要具有更大放大接收能力,才能接收到更遠(yuǎn)更微弱的電磁波信號。人類現(xiàn)在的文明程度還很低,能發(fā)射的電信號和接受到的電信號都還很微弱。

宇宙文明存在的密度有多大呢?

上個世紀(jì),科學(xué)界對于地外文明的爭論就很劇烈,爭論100年了,到現(xiàn)在也沒有個結(jié)果。這里面比較有名的理論有4個,前面說的卡爾達(dá)舍夫宇宙三級文明和戴森球理論是其中的兩個,還有兩個是的德雷克方程和費米悖論。

卡爾達(dá)舍夫三級文明理論,是前蘇聯(lián)科學(xué)家卡爾達(dá)舍夫上世紀(jì)六十年代提出的,他認(rèn)為宇宙文明的等級可以用文明掌握和利用能量的能力,主要是實現(xiàn)宇宙通訊的能力來劃分。一級文明為行星級,也就是母星文明;二級文明為恒星級,也就是本級恒星文明;三級文明就是星系級文明。根據(jù)人類現(xiàn)在能夠掌握和使用的能量總量來看,還只有宇宙文明0.73級。

戴森球理論就是達(dá)到二級文明的宇宙智慧體,一定會采用包裹恒星辦法來汲取恒星的最大能量,以滿足文明升級和星際探索殖民的能量需求,人類文明也必將經(jīng)歷這個階段,然后才能移民更遠(yuǎn)的恒星際空間。

德雷克方程是計算宇宙中文明數(shù)量的一個公式,但這個公式有許多變數(shù)難以確定,尤其是一個文明的科技文明能夠存續(xù)的時間難以預(yù)測,因此,關(guān)于銀河系以及宇宙文明數(shù)量一直沒有定論。有人認(rèn)為銀河系至少有10萬個文明存在,有人說可能只有地球一個文明存在。

但即便一個星系只有一個文明,可觀測宇宙也有上萬億乃至10萬億個文明,因此宇宙文明并不稀缺。關(guān)鍵是文明遇到和交流的可能性有多大。

費米悖論是關(guān)于宇宙文明的一個天問,其最著名的一句話就是:既然宇宙中存在許多地外文明,它們在哪兒呢?悖論的核心內(nèi)容就是,如果并非只有地球才具有孕育文明的能力,那么在宇宙誕生幾十億年后文明就應(yīng)該誕生了,即便用人類現(xiàn)在緩慢的飛船速度,經(jīng)過億萬年的行駛,地外文明也應(yīng)該與我們相遇了。但可惜至今渺無音信,一根外星人毛也沒見到。

由此得到的結(jié)論有兩個:一個是地外文明根本不存在;還有一個是地外文明太稀少,相知相遇的機會很渺茫。

那么我們未來與地外文明相遇的概率有多大呢?

這取決于德雷克方程里一個最關(guān)鍵的值,文明,尤其是科技文明能夠存續(xù)多久。如果一個星系有10萬個文明,我們銀河系文明之間的平均距離就有約2000光年,也就是說,這些文明之間的通訊來回一次至少需要4000年以上。

但如果是一個星系只有一個文明呢?距離我們最近的是一個不規(guī)則星系大犬座矮星系星系,這個星系只有10億顆恒星,距離太陽約2.5萬光年,距離銀心約4.2萬光年;次近的是大小麥哲倫矮星系,距離我們分別為16萬和20萬光年,這兩個星系的恒星分別約在100萬左右。這種小星系存在文明的可能性更小,而距離我們最近的大星系是仙女座星系,距離我們約254萬光年。仙女座星系質(zhì)量和恒星數(shù)量約為銀河系的1.5~2倍。

如果一個星系只有一個文明存在,那么這些文明相互通訊一次的時間就需要數(shù)萬年乃至數(shù)百萬年。

人類現(xiàn)在有記載的歷史還只有幾千年,有無線電通訊的歷史才100余年,也就是說科技文明只有100多年。而人類科技文明還能夠存續(xù)多少年呢?人類文明現(xiàn)在已經(jīng)遇到很大發(fā)展瓶頸和危機,如環(huán)境惡化威脅、極端氣候變化威脅、自我毀滅的核戰(zhàn)爭威脅、病毒疫情威脅、地球地質(zhì)劇變威脅、小行星撞擊威脅、太陽劇變威脅等等,還有許多未知宇宙威脅,這些巨大威脅哪怕只有一次人類無法控制,人類文明就有滅絕的危險。

文明應(yīng)對各種滅種威脅的能力是隨著文明等級升級而提升的,文明最脆弱的階段是在一級文明以內(nèi)的時間段。人類現(xiàn)在的文明還處在0.73級,據(jù)一些科學(xué)家預(yù)測,要達(dá)到一級文明,人類還要和平發(fā)展200年,達(dá)到二級文明還需要奮斗5000年。人類有幸能夠度過危機,達(dá)到一級文明,甚至二級文明嗎?

伽馬射線暴是宇宙頂級殺手,即便到了二級文明也難以逃脫這個殺手的掃射。許多科學(xué)家認(rèn)為,伽馬射線暴定期或隨機的爆發(fā),清除了宇宙90%以上的生命和文明,因此宇宙文明才越來越稀少。這樣稀少的文明,而且科技文明存續(xù)時間不確定的情況下,有多大概率能夠相互遇到或者交流呢?

這就是我前面說的概率大于零,但可能性極小極小的原因。如果人類文明不會在未來較短時間毀滅的話,如果人類科技文明能夠存續(xù)若干億年乃至百億年的話,那遇到另外文明的可能性就很大了。但這兩種概率似乎都很小,由此很可能直到人類文明毀滅,人類依然是孤獨的文明。

因此,人類遇到其他文明的可能性幾乎等于零。當(dāng)然如果科學(xué)家在明天就突然宣布發(fā)現(xiàn)地外文明的確切證據(jù)的話,那么這個概率就從零突然上升到100%。概率就是這樣,因此等于沒說。但分析在那兒,大家自己斟酌吧。

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