1950年，意大利裔美国物理学家恩里科·费米与他在洛斯阿拉莫斯国家实验室的同事们共进午餐，当时他作为曼哈顿计划的一部分在那里工作了五年。根据各种说法，谈话转向了外星人和最近的UFO目击事件。费米提出了一个将载入史册的问题：“大家都去哪儿了？”这就是费米悖论的基础，它指的是关于外星智能（ETI）存在的高概率估计与缺乏证据之间的矛盾。
自费米时代以来，有几种解决方案被提出，包括星际殖民遵循渗流理论的基本规则的非常真实的可能性。费米悖论的一个关键假设是，考虑到行星的丰富性和宇宙的年龄，一个先进的地外文明应该已经殖民了我们银河系的大部分。这当然不是没有道理的，考虑到仅在银河系（超过135亿年历史）中，就有大约1000亿到4000亿颗恒星。另一个关键假设是，智慧物种将被激励去殖民其他恒星系统，作为某种自然探索和扩展其文明范围的驱动力。
最后，它假设星际太空旅行对一个先进的地外文明是可行甚至实用的。但这反过来又归结为技术进步将为星际旅行面临的单一最大挑战提供解决方案的假设。简而言之，让一艘宇宙飞船从一个恒星到另一个恒星所需的能量是巨大的，特别是对于大型载人宇宙飞船。1905年，爱因斯坦发表了他的开创性论文，提出了他的狭义相对论。这是爱因斯坦试图调和牛顿的运动定律与麦克斯韦的电磁学方程以解释光的行为。
这个理论基本上表明，光速（除了是恒定的）是一个绝对极限，超过这个极限物体不能旅行。这由著名的方程E=mc²总结，即“质能等价”。简而言之，这个公式描述了一个粒子在其静止框架中的能量（E）是其质量（m）与光速平方（c²）的乘积——大约300,000公里/秒；186,000英里/秒。其结果是，当一个物体接近光速时，其质量必然增加。因此，要使一个物体达到光速，必须消耗无限量的能量来加速它。
一旦达到c，物体的质量也会变得无限大。简而言之，达到光速是不可能的，更不用说超过它了。因此，除非我们对物理学的理解发生巨大革命，否则超光速（FTL）推进系统永远不可能存在。这就是生活在相对论宇宙中的结果，在这个宇宙中，即使是以光速的一小部分旅行也需要巨大的能量。尽管多年来物理学家和工程师提出了一些非常有趣和创新的想法，希望看到星际旅行成为现实，但没有一个载人概念可以称为“成本效益高”。
这提出了一个与费米悖论和ETI存在相关的非常重要的哲学问题。这就是哥白尼原理，以著名天文学家尼古拉斯·哥白尼的名字命名。简而言之，这个原理是哥白尼关于地球的论点的延伸，即地球在观察宇宙时并不处于独特和特权的位置。扩展到宇宙学领域，该原理基本上断言，在考虑智能生命的可能性时，不应假设地球（或人类）是独特的。同样，这个原理认为，我们今天看到的宇宙代表了常态——即，它处于平衡状态。
相反的观点认为人类在观察宇宙时处于独特和特权的位置，这就是所谓的人择原理。简而言之，这个原理指出，观察宇宙寻找生命和智能迹象的行为要求支配它的定律有利于生命和智能。如果我们接受哥白尼原理作为指导原则，我们不得不承认任何智能物种都会面临与我们相同的星际飞行挑战。由于我们没有预见到绕过这些挑战的方法，除非我们对物理学的理解有重大突破，也许没有其他物种找到了解决办法。这可能是“大沉默”的原因吗？
距离和时间可能是费米悖论的一个因素，这个观点已经得到了相当多的考虑。卡尔·萨根和威廉·纽曼在1981年的研究“银河文明：人口动力学和星际扩散”中提出，ETI的信号和探测器可能还没有到达地球。这遭到了其他科学家的批评，他们认为这违背了哥白尼原理。根据萨根和纽曼自己的估计，ETI探索整个银河系所需的时间等于或小于我们银河系的年龄（135亿年）。
如果一个地外文明的探测器或信号还没有到达我们，这意味着有感知的生命在最近才开始出现。换句话说，银河系处于不平衡状态，从无人居住到有人居住。然而，杰弗里·A·兰迪斯提出了一个关于物理定律限制的最有说服力的论点。在他1993年的论文“费米悖论：基于渗流理论的方法”中，他辩称，由于相对论，一个地外文明只能在银河系中扩展到一定程度。
兰迪斯论证的核心是数学和物理统计概念，称为“渗流理论”，它描述了当节点或链接被移除时网络的行为。根据这一理论，当网络的足够多的链接被移除时，它将分解成更小的连接集群。根据兰迪斯的说法，这一过程同样适用于描述参与迁移的人。简而言之，兰迪斯提出，在银河系中，智能生命在统计上是可能的，地外文明之间不会有“动机的一致性”。相反，他的模型假设了各种各样的动机，有些选择外出殖民，而另一些选择“留在家中”。
正如他所解释的那样：“鉴于有足够多的地外文明，一个或多个肯定已经决定这样做，可能是出于我们无法理解的动机。殖民将需要非常长的时间，而且非常昂贵。可以合理地假设，并非所有文明都会对这种在未来远期才能获得回报的巨大支出感兴趣。人类社会由探索和殖民的文化组成，有时跨越极大的距离，而有些文化对此毫无兴趣。”总而言之，一个先进物种不会迅速或一致地殖民银河系。
相反，它将“渗流”向外扩展到有限距离，成本增加和通信滞后施加的限制使得殖民地发展出自己的文化。因此，殖民不会是均匀的，而是在任何给定时间在集群中发生，大片区域保持未殖民。2019年，亚当·弗兰克和NASA的系外行星系统科学网络（NExSS）的一组系外行星研究人员提出了类似的论点。
在他们题为“费米悖论和极光效应：地外文明定居、扩展和稳态”的研究中，他们认为，由于并非所有潜在可居住的行星都对殖民物种友好，银河系的定居也将发生在集群中。当然，兰迪斯的模型包含了一些自己的固有假设，他在之前已经列出。首先，假设星际旅行由于物理定律而困难，并且有一个最大距离，超过这个距离可以直接建立殖民地。因此，一个文明将只在合理距离内从其家园殖民，超过这个距离将稍后发生次级殖民。
其次，兰迪斯还假设母文明对其创建的任何殖民地的控制力较弱，这些殖民地发展自己的殖民能力所需的时间将非常长。因此，任何建立的殖民地都会随着时间的推移发展出自己的文化，其人民将拥有与母文明不同的自我和身份感。正如我们在之前的一篇文章中探讨的那样，使用当前技术到达比邻星（4.24光年远）需要1000到81,000年。
虽然有一些概念可以实现相对论旅行（光速的一小部分），但旅行时间仍将在几十年到超过一个世纪之间。更重要的是，成本将非常昂贵（更多内容见下文）。但将殖民者送到另一个恒星系统只是开始。一旦他们在一个附近的可居住行星上定居（并且没有全部死亡）并建立了星际通信基础设施，仍然需要八年半的时间来向地球发送信息并接收回复。这对任何希望维持对殖民地的集中控制或文化霸权的文明来说都是不切实际的。
为了说明问题，考虑人类自己太空探索历史的成本。1961年至1973年间作为阿波罗计划的一部分将宇航员送到月球花费了沉重的254亿美元，按今天的通胀调整约为1500亿美元。但阿波罗并不是在真空中发生的，首先需要作为垫脚石的水星计划和双子座计划。这两个项目分别将第一批美国宇航员送入轨道并发展了必要的专业知识以到达月球，分别花费了约23亿美元和100亿美元（按通胀调整）。
将它们全部加起来，从1958年到1972年总共花费了大约1630亿美元。相比之下，阿耳忒弥斯计划将在未来四年内花费350亿美元，这是自1972年以来首次将宇航员送回月球！这还不包括将各种组件发展到这个阶段的所有成本，如到目前为止SLS的开发、猎户座太空舱、月球门户、人类着陆系统（HLS）和机器人任务的研究。这只是到达地球唯一的卫星的成本。但这与星际任务的成本相比根本不算什么！
自太空时代开始以来，许多理论提案被提出用于向最近的恒星发送宇宙飞船。每个提案的核心都是同一个问题：我们能在我们的一生中到达最近的恒星吗？为了迎接这一挑战，科学家们考虑了几种先进的推进策略，这些策略能够将宇宙飞船推向相对论速度。其中，最直接的是猎户座计划（1958年至1963年），它将依赖一种称为核脉冲推进（NPP）的方法。
由通用原子的泰德·泰勒和普林斯顿大学高级研究所的物理学家弗里曼·戴森领导，这个项目设想了一艘巨大的星际飞船，它将使用核弹头产生的爆炸力来产生推力。这些弹头将在宇宙飞船后面释放并引爆，产生核脉冲。这些脉冲将被后部安装的压力板（即“推进器”）吸收，将爆炸力转化为前进动力。尽管不优雅，但该系统简单而有效，理论上可以达到光速的5%（5.4×107公里/小时，或0.05c）。唉，成本。
根据戴森1968年提出的估计，一艘猎户座宇宙飞船的重量将在400,000到4,000,000公吨之间。戴森最保守的估计也将建造这样一艘飞船的成本定为3670亿美元（按通胀调整为2.75万亿美元）。这大约是2019年美国政府年收入的78%，占该国GDP的10%。另一个想法是建造依赖于热核反应产生推力的火箭。
具体来说，融合推进的概念由英国星际学会在1973年至1978年作为代达罗斯计划的可行性研究进行了调查。设计要求一艘两级宇宙飞船通过使用电子激光融合氘/氦-3颗粒在反应室中产生推力。这将创建一个高能等离子体，然后通过磁喷嘴转换为推力。宇宙飞船的第一级将仅运行两年多，并将宇宙飞船加速到光速的7.1%（0.071c）。
然后，第一级将被抛弃，第二级将接管并在大约1.8年内将宇宙飞船加速到光速的12%（0.12c）。第二级引擎随后将被关闭，飞船将进入46年的巡航期。根据该项目的估计，任务将需要50年才能到达巴纳德星（不到6光年远）。按比邻星调整，同样的飞船可以在36年内完成旅程。但除了该项目确定的技术障碍外，还有巨大的成本。
即使按照无人概念的适度标准，一个完全加油的代达罗斯将重达60,000公吨，成本超过5.2万亿美元（基于2012年的估计）。按2020年调整，一个完全组装的代达罗斯的成本将接近6万亿美元。国际组织Icarus Interstellar（成立于2009年）的志愿者公民科学家此后试图通过Icarus项目重新振兴这一概念。另一个大胆而冒险的想法是反物质推进，它将依赖于物质和反物质（氢和反氢粒子）的湮灭。
这种反应释放的能量与热核爆炸一样多，以及一场亚原子粒子（π介子和μ子）的淋浴。这些粒子将以光速的三分之一的速度行进，并通过磁喷嘴引导以产生推力。不幸的是，生产一克反物质燃料的成本估计约为1万亿美元。根据NASA高级推进技术小组（NASA Eagleworks）的罗伯特·弗里斯比的报告，两级反物质火箭需要超过815,000公吨（900,000美国吨）的燃料才能在大约40年内到达比邻星。
Embry-Riddle航空大学的Darrel Smith博士和Jonathan Webby的更乐观的报告指出，一艘重400公吨（441美国吨）和170公吨（187美国吨）反物质燃料的宇宙飞船可以达到光速的0.5。以这个速度，飞船可以在8年多一点的时间内到达比邻星，但目前没有成本效益高的方法来做到这一点，也没有保证将来会有。在所有情况下，推进剂构成了这些概念总质量的很大一部分。
为了解决这个问题，提出了可以自己生成推进剂的变体。对于融合火箭，有Bussard Ramjet，它使用巨大的电磁漏斗从星际介质中“舀取”氢，并使用磁场将其压缩到融合发生的程度。同样，还有真空到反物质火箭星际探索系统（VARIES），它也从星际介质中创造自己的燃料。
由Icarus Interstellar的Richard Obousy提出，一艘VARIES飞船将依赖于巨大的激光（由巨大的太阳能电池阵列供电），当发射到空旷的空间时会产生反物质粒子。唉，这两种想法使用当前技术都不可能实现，也不在成本效益的范围内（远非如此）。在这种情况下，除非有几次重大的技术发展减少相关成本，否则可以说任何星际载人任务的想法都是不切实际的。
在我们的一生中向其他恒星发送探测器仍然是可能的，特别是那些依赖于定向能量推进（DEP）的探测器。像Breakthrough Starshot或Project Dragonfly这样的提案表明，这些帆可以被加速到相对论速度，并拥有收集轨道外行星图片和基本数据的所有必要硬件。然而，这样的探测器是星际探索的潜在可靠和成本效益高的手段，而不是殖民。
更重要的是，星际通信的时间滞后仍然会限制这些探测器在仍然向地球报告的情况下可以探索多远。因此，一个地外文明不太可能在其领土边界之外发送探测器很远。渗流理论的一个可能批评是，它允许许多情景和解释，这些情景和解释可能允许在此刻已经发生接触。如果我们假设一个智能物种同样需要45亿年才能出现（地球形成和现代人类之间的时间），并考虑到我们的银河系已经存在了135亿年，那仍然留下了90亿年的时间窗口。
在90亿年的时间里，多个文明可能已经出现和消失，虽然没有一个物种能够殖民整个银河系，但很难想象这种活动会没有被注意到。在这种情况下，人们可能被迫得出结论，除了文明如何达到的限制外，还有其他限制因素在起作用（伟大的过滤器，有人吗？）然而，重要的是提醒自己，没有一个提出的费米悖论解决方案是没有其漏洞的。
同样，期望一个理论或理论家对一个如此复杂（数据贫乏）的主题，如外星人的存在，拥有所有答案，就像期望ETI的行为一致一样不现实！总的来说，这个假设非常有用，因为它打破了“事实A”中固有的许多假设。它还提出了一个完全合理的起点来回答基本问题。为什么我们没有听到任何ETI的消息？因为得出他们应该已经殖民了银河系大部分的结论是不现实的，特别是当我们所知的物理定律排除了这一点。