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独家|我们存在证明地外生命:神奇外星人在哪里

来源:搜狐读书 作者:戴夫·戈德堡 杰夫·布洛姆奎斯特/杰夫·布洛姆奎斯特
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  这几天最火的电影是什么?《神奇动物在哪里》!有多火?没来得及去看电影的读书君已经开始重刷哈利波特系列啦!

  好吧,扯远了,今天我们要讲的不是神奇动物在哪里,而是神奇外星人在哪里!然鹅要搞清楚这个问题,我们首先要弄明白:宇宙里可能有外星人存在吗?有的话他们会在哪里,这两个基本点。然后作为星际迷的读书君还想用反推的办法,用我们的理论知识来理一理,人类存在于宇宙的概率是多少,聊聊人择理论……如此看来,这是十分心机婊的强行安利:一定是有外星人存在的!(不要打我,吃了这枚强行安利吧,哈哈哈哈哈)

 

  内容呢,选自这部讲了很多科学道理(对,用物理学来分析宇宙!)的《宇宙使用指南》(译林出版社,2016年5月),它由2个脑洞开的奇大的科学怪人戴夫·戈德堡(普林斯度大学博士,德雷克塞尔大学物理系副教授)、杰夫·布洛姆奎斯特(德雷克塞尔大学物理学硕士,现任波音航空工程师)共同完成,哦对,里面那些调皮的漫画插图都是杰夫的作品哟~

 

  物理学家:就算不知道也要装作知道外星人是否存在!

  在怪相弥漫在这个领域中,有时候,最安全的科学策略是放低姿态,埋头计算,事后再看一眼答案。(作者:不幸的是,作为普遍规律,本书的最后只回答了序号为奇数的问题)

  与此同时,某些公众关注的物理问题趋向于思考宇宙的尺度,我们可能需要对现实的真实本性有一些特殊的洞察力,抑或我们是否孤独地存在于宇宙中。当被问到这些事的时候,物理学家们会脸红,并且想起他还需要把计算坚持下去。这些艰深的问题很难被解决。著名的牛顿爵士,是他那个时代(也许是任何时代)最伟大的物理学家,同时也是一个虔诚的基督徒。在发现物理定律和微积分的间隙,他仍然有足够的时间去思考一枚针尖上可以有多少天使在跳舞。人类有一个光荣的传统,就是把物理学应用到非物理问题上。这意味着当有人问我们是否相信有外星人的存在时,我们不能假装不知道,而是要假装知道。

  只有住在离地球30光年内的外星人有可能拜访过我们=。=

  人类的无线电信号传到太空中不过大约六十年。除非外星人们探测到来自地球的可疑信号,然后想要查出这些信号是从哪儿来的(尽管他们看到所接收到的人类的电视节目后估计就不会想来了),否则他们可不会来拜访我们。我们又假设他们一收到信号就尽快出发,可是他们能达到的最大速度和光速一比显得很微不足道。

  如果有外星人曾经来拜访过我们,他们距离地球必须在三十光年之内。在这个位置上大约有四百个这样的恒星,但到目前为止还没有直接迹象表明,它们中的任何一个包含类似地球的行星。这些行星都荒无人烟,当然也不具有智慧生命。而且由于我们的信号非常微弱,就算外星文明一开始就在努力寻找我们,现在也不太可能探测到我们的位置。

  不过,这是宇宙的空间足够广阔,我们感觉其中一定会存在其他文明。恩里科·费米——二十世纪最伟大的物理学家之一,将其中的基本问题归纳如下:考虑宇宙中存在大量恒星。除非我们身上有一些令人难以置信的特别之处,否则其中一部分恒星——也许是很多恒星——很可能最后会发展出智慧生命。那么关键是,许多智慧文明会传播到其他的行星。如果我们在地球这里的经历算是一点启示,可以想象人们(或外星人)会以非常快的速度占领适宜居住的每个角落。由于宇宙已经很老了,看起来宇宙中应该住满了智慧生物,并且我们应该很可能接触过很多次了。费米的问题是,“外星人都在哪里?”

 

  费米的计算可能有点儿问题,也许他对以超光速旅行或者去其他星系开拓殖民地有点过分乐观了。然而费米悖论搭建了一个舞台,让我们可以用天文学和物理学的知识去搞清楚手持船票前往地球的外星人到底可不可能存在。比如在我们所了解的银河系中,存在其他智慧生命的几率是多少?

《超时空接触》剧照
《超时空接触》剧照

  最简单的方法就是花很长时间,反复观察附近许多的恒星。原则上来说,一个超级文明想要向外部世界宣告他们的存在,通常会发出无线电信号,其中包含一系列有规律的数字,使得其他智慧文明可以探测到他们。我们可没那么先进,只能接收信号;发射穿越星际无线电波所需要的能量远远超出我们的能力。如果这种情况看起来有些熟悉,那就对了。这是《超时空接触》的基本前提,这部极具观赏性的电影可是在1985年由卡尔·萨根编剧,后来由茱迪·福斯特主演的(作者:这又是一个电影业已经帮助天体物理学家的案例,他们暗示在我们的周围住满了抽烟的美女)。

  找寻外星人的组织存在!想加入请搜:SETI @Home

 

  尽管其中与外星人接触的情节不过是我们的美好愿望,但搜寻外星人背后的科学却是真实存在的。从二十世纪六十年代开始,有一个很活跃的组织叫做搜寻地外文明计划(SETI),其目的就是为了探寻地外文明(作者:这个项目在一段时间内没有政府的支持,因此自1999年以来,已经在很大程度上依赖于个人计算机用户处理通过望远镜阵列得到的大量数据。如果你有兴趣帮忙,可以搜索“SETI @Home”)。我可不想说丧气话,但到目前为止,寻找外星人的行动没有得到任何的回音。

电影《独立日》中的外星人
电影《独立日》中的外星人

  我们应该对此持乐观态度么?很显然费米是这么认为的,但是他又指出外星人会从宇宙中的其他任何星系而来。也许考虑自己的银河系的情况可能稍微更现实一些。我们可以用一点点我们讲过的统计方法来试着得出探测到外星文明的概率。弗兰克•德雷克,SETI的创始人之一,在二十世纪六十年代曾经使用概率论的方法来推测银河系中是否存在具有智慧的外星人。

  尽管它被改写成了很多形式,德雷克方程的最简形式是让我们把所有产生智能文明的上限概率乘在一起:

  1.银河系中有多少颗恒星?

  2.其中有多少比例拥有行星?

  3.有多少比例的行星可以养育生命?

  4.这些行星有多少比例在某个时候确实在养育生命?

  5.如果他们产生了生命,最终进化到智慧生命的概率是多少?

  6.智慧生命向太空中广播他们的存在的概率是多少?

  7.我们期望这些文明能坚持多久?

  最初的几个问题可以回答地相当地精确,但问题越到后来,你和其他任何人猜的(几乎)都没什么区别了。我们仍然通过使用逐条分析的方法,也许可以得到一些相当不错的估计。

  首先从最简单的问题——也就是第一个开始。表面上看,我们或许可以期待一下会存在很多拥有智慧的外星人。毕竟在我们的星系(银河系)中大约存在着一百亿颗恒星,而一个典型的恒星可以持续存在数百亿年。从我们银河系的年龄来看,平均每年可以形成十颗恒星,每个恒星都是产生新文明的新机会。但是我们仍然不知道这些恒星中有多少会长成像我们一样的太阳系。如果有一件事是肯可以定的话,那就是生命需要把一颗行星(或许是它的卫星)称作家园。

  最具前景有生命存在的星球Gliese 581d:质量是地球8倍

 

  SETI成立之初,太阳系中恰好有九个行星是已知的。我们也许会认为,找到另一个文明或(假如我们最终完全废弃地球)寻找另一个地方定居的前景看起来很黯淡。这并不是说我们认为其他恒星没有行星围绕,只是还没有发现他们罢了(作者:“你看过自己夹克里面么?好吧,那么你的裤子呢?不不不,你其他的裤子!”)。

  在二十世纪八十年代后期和九十年代初,人们开始不断地发现行星,情况发生了改变。到目前为止,我们已经发现了超过300个太阳系外行星,我们还对它们做了一个粗略的估计,看起来至少15%的恒星拥有行星,而且很多恒星还不止拥有一颗行星。然而到目前为止,这些发现的行星绝大多数更像是木星而不是地球,不是那种我们预想中生命会蓬勃发展的地方,除非你很想在一个巨大的由氢气组成的球体中遨游。

  我们希望找到的是一个岩石星球(作者:一个由史泰龙的克隆体们居住的行星……?我们可能需要重新考虑这个目标了。)——“类地行星”,就像人们在商业上说的一样。这做起来很困难。由于类地行星比气体行星这个庞然大物要小得多,在母星旁产生的摆动也要小的多,所以它们比笨重的木星的兄弟姐妹要难探测的多。然而我们一直在努力。

游戏《星界边际》中的某星球 

  我们假设岩石行星的生命进化需要液态水,是因为正是这种环境给了我们生命。这也许是合理的,因为我们真的不知道在那里可能存在什么样的其他生命。当然生命也很有可能不在行星上产生,而是在它周围的卫星上存在。我们仍然相信生命是比较罕见的。

  但是我们有愿景。2007年我们发现了一颗被称为Gliese 581d的行星。尽管它的质量是地球的8倍,然而由于它几乎足够接近它的中央恒星,所以温度可以让水呈现液态。虽然我们不知道是否有冰溶化,或是否存在温室气体使得行星变暖,但Gliese 581d是已知的、能支持生命存在的、最具前景星球的纪录保持者。

  尽管我们已经得到了关于发现太阳系外行星比较好的结果,可还是没有找到有一个可以支持生命存在的行星。在德雷克方程的第4个问题中,当读到“这些行星有多少比例确实在养育生命”时,我们不得不耸耸肩。因为目前只知道有一个能够支持生命的行星,并且确实已经有生命存在了(作者:提示:它的读音和“敌酋”是一样的),我们很难说什么东西是确定的。

  然而我们有充足的理由乐观。考虑到地球四十六亿岁了,生命的出现是在它诞生了八亿年之后。换句话说,也许就在我们能看到的某个星球上,生命已经尽可能快地开始产生了。


  你信咩?德雷克方程:银河系有10个智慧文明!

  在宇宙中某处发展出智慧生命的概率有多大?我们不知道,因为这事似乎只地球上发生过一次,而且只有区区的几百万年的时间。

 

  1993年,普林斯顿大学的J·理查德·高特提出了称之为“哥白尼原则”来处理这个难题。他做了一个非常简单的假设:你并不特别(作者:别相信你妈妈的心灵鸡汤)。这实际上是相当合理的,因为每一次在人类历史上,假设自己是特别的这件事已经被证明是错误的。

  如果你只是一个普通物种中的一个普通样本呢?这意味着:在任何给定的分布中,我们会在中间的某个地方,但不一定会在死亡中心。想象一本一百页的书,书中包含了所有曾经活着和以后要活着的人名,但用很小的字体按照出生年份顺序排列。如果你在书的第一页或最后一页找到自己的名字一定会觉得很奇怪。因为只有2%的人类会在文明的开始或结尾出现。现在你觉得自己走运了吧?

  物理学家如果对结果有95%的信心,他们通常会发表这些结果。这就是说在我们所举的例子里,你是“平均”的意思就是位于前2.5%和后2.5%的人类之间。

  与德雷克方程玩这些统计游戏的难点在于我们不知道这些因素中的大部分该取十分之几合适。在某些情况下是百分之几。例如德雷克代入了他认为是合理的数,估计出在我们的银河系可能有其他十个智慧文明存在。这个结论带来的希望是支撑SETI项目的主要动力之一。

  偶然吗?电子、夸克这些参数稍变,就没生命诞生!

  我们在这里讨论自身存在的可能性。

  我们不知道为什么电子、夸克、或者中微子会有那样的质量。我们也不知道为什么基本作用力会有那样的强度。这些数值发生任何细小的变化,都将极大改变宇宙的面貌。没有氢意味着没有化学。没有化学意味着没有我们。

  如果电子比它们现在更轻一点,那么它们很容易加速,可以以接近光速运动,那就不可能形成恒星。恒星制造出重元素,包括碳,这对生命来说是必需的,所以电子太轻就没有恒星,没有生命。

  那么,假如这些数值与宇宙的基本物理规律并没有联系呢?如果这些数值真的是随机的呢?如果它们中的几十个参数稍稍改变,我们就不会存在!而且我们假设了生命所需要的要素,例如水(或者至少是复杂的化学)对其他智慧生物的作用,如果没有这些,宇宙中不再会有任何的智人存在。


  人择原理:已存在的我们证明,宇宙曾为生命诞生微调过?

 

  我们用自身确实存在的事实来反驳我们不可能存在被称为“人择原理,”这是由布兰登•卡特在1974年提出的,他指出,“我们所期望观察到的现象必须受限于一个必要条件之下,即我们作为观察者是存在的。”这句话显然是正确的,可能是有用的,但也很大程度上被“严肃”的物理学家们所排斥,他们中的许多人甚至拒绝讨论它。

  它的基本想法是,不管可能性有多么小,如果宇宙不是为了适于智慧生命生存而被微调过,那么智慧生命也不会在这里谈论它。宇宙是为我们设计的?大多数物理学家(包括我们)不这么认为。我们的宇宙只是许多个宇宙中的一个?大概是这样的吧。我们讨论了平行宇宙,但也有可能是我们所处的宇宙位于一个大的多的宇宙之中。也许那些宇宙中只有很小的一部分有维持生命所必需的条件,但我们很自然地生活在其中一个之上。

  当然,与碰巧存在一个宇宙支持生命的事实相比,这对基础物理更有意义。尽管从概率上来说,此时此刻我们似乎是孤独地生活在宇宙中。

(感谢译林出版社授权并提供文字)

|关于书|

 

 作者: [美国]戴夫·戈德堡 杰夫·布洛姆奎斯特 / [美国]杰夫·布洛姆奎斯特

出版社: 译林出版社

副标题: 何在黑洞旋涡、时间悖论和量子不确定性中幸存

原作名: A User’s Guide to the Universe : viving the Perils of Black Holes, Time Paradoxes, and Quantum Uncertainty

译者: 朱晓睿 / 李剑龙

出版年: 2016-5

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