【科普篇】外星文明都在哪？费米悖论告诉你可能的答案

除了人类以外，宇宙中是否还存在其他智慧生命？他们都在哪儿呢？——欢迎来到费米悖论。（文章略长，请有兴趣的同学耐心看完，或者，收藏了慢慢看。）

　　每个人在美好的夜晚看到这样漫天璀璨的星光时都会有所感触。

　　有些传统的人会为这样的美景和浩瀚的宇宙而震惊，而我会觉得现实崩塌，接下来半个小时都行为异常。但是，每个人都会有所感触。

　　物理学家费米也有感触——“他们都在哪儿呢？”

　　真正的星空似乎是广阔无垠的——但是我们所看到的一切离我们都很近。在非常晴朗的夜晚，我们最多能够看到2500颗恒星（大约是银河系所有恒星的万分之一），而几乎所有这些星星距离地球都不到1000光年（也就是银河系直径的1%）。所以我们真正看到的是这样的：

　　在讨论有关恒星和星系的话题时，让大多数人都感觉很抓狂的一个问题是，“其他的智慧生命都在哪里？”让我们用一些数字来说明一下——

　　银河系中有很多恒星（1000亿到4000亿颗），而在可观测到的宇宙中，也有差不多这么多数量的星系——所以在可观测到的宇宙部分，就有大约1022到1024颗恒星。这就意味着，地球上每有一粒沙，宇宙中就有10000颗恒星。

　　关于宇宙中到底有多大比例的恒星是“像太阳一样”（具有类似的大小、温度和发光度），科学界还没有形成一致的意见，一般认为是在5%到20%之间。即使按照最保守的估计（5%），并且恒星的总量也选取最低的值（1022），那么宇宙也存在5万亿亿颗像太阳一样的恒星。

　　关于有多大比例的像太阳一样的恒星周围，有像地球一样的行星（具有允许液态水存在的类似的温度条件，能够支持与地球上的生命类似的生命），也存在争论。有人认为这个比例高达50%，不过我们在这里选择《美国科学院院报》最近的一项相对保守的估计——22%。也就是说，在宇宙中，至少有1%的恒星周围围绕着像地球一样有可能适合生命存在的行星——即一共有10000亿亿颗像地球这样的行星。

　　那么，地球上每有一粒沙，宇宙中就有100颗像地球一样的行星。下一次你去海滩玩儿的时候，可以想象一下这个数字有多么庞大。

你脚下的这一摊可能就是几十个星系

　　接下来我们只能完全靠猜测了。我们假设，在形成10亿年后，有1%像地球一样的行星上出现了生命（如果真是这样，地球上有多少粒沙，宇宙中就有多少存在着生命的行星）。我们再假设，在1%这样的行星上，生命发展到了像地球上的生命这样高级的形式。那就意味着，在我们可以观测到的宇宙范围内，存在着1亿亿个智慧的文明。

　　回到我们所在的银河系，并对银河系中恒星的数量采用同样最保守的估计（1000亿颗），估计有10亿颗像地球一样的行星，有10万个智慧的文明。

　　“地外智慧搜寻组织”（SETI）是一个专门接听其他智慧生命发出的信号的组织。如果银河系中真的存在10万个甚至更多的智慧文明，即使其中只有很小一部分发射过无线电波、激光或其他试图与其他文明联系的信号，SETI的卫星列阵是不是应该接收到过这样的信号呢？

　　但是没有。一个信号也没有。从来都没有。

　　他们都在哪儿呢？

　　这是很奇怪的。我们的太阳是比较年轻的。有很多比太阳老得多的恒星，周围围绕着老得多的像地球一样的行星，这在理论上意味着，那里应该存在着比地球高级得多的文明。例如，让我们比较一下45.4亿岁的地球，和一颗假想的80亿岁的行星X。

　　如果行星X的发展道路和地球一样，我们看一看他们今天的文明应该发展到了什么程度。（以橙色的时间跨度为参考，来表示绿色的时间跨度有多么大。）

　　一个文明的科技领先我们1000年，就足以使我们震惊，就像中世纪的人会对我们今天的世界感觉震惊一样。一个领先我们100万年的文明可能是我们完全无法想象的，就像大猩猩无法想象人类的文明一样。而行星X的文明领先了我们34亿年⋯⋯

　　有一种叫做“卡尔达肖夫等级”的分类方法，根据智慧文明使用的能量，将他们分成了三个等级：

　　第一等文明能够使用他们所在的行星上的所有能量。我们还不属于第一等文明，但是我们已经非常接近了（Carl Sagan提出了一个公式，根据这个公式，我们处于0.7等的位置）。

　　第二等文明能够利用他们所在的恒星上的所有能量。我们还停留在第一等级的大脑，很难想象怎么有人能做到这一点，但是我们尽了最大努力，想象出了一个类似戴森球的东西。

　　第三等文明将另外两等远远甩在了后面，他们可以利用的能量相当于整个银河系的能量。

　　如果这听起来有些难以置信，你可以回忆一下前面提到的行星X，以及再发展34亿年可能导致的文明差距。如果行星X上的某个文明和我们人类类似，并且一直发展到了第三等文明，他们当然有可能掌握了星际旅行技术，甚至可能在整个星系中建立殖民地。

　　关于星系内的殖民是如何实现的，有一个假设是制造能够行驶到其他行星的机器，用500年左右的时间在新的行星上用原材料进行自我复制。要殖民整个星系大约需要375万年，对于以10亿年为单位来计算时间的宇宙来说，这不过是一眨眼的时间。（嗯，一眨眼的时间。）

　　我们继续来猜测，如果有1%的智慧生命能够存在得足够长，成为能够殖民整个星系的第三等文明，那么根据上面的计算，仅在银河系就有至少1000个第三等文明，他们的存在很可能是非常引人注目的。但是我们没有看到任何信号，没有听到信号，也没有任何文明来探访我们。

　　他们都在哪儿呢？