亲爱的读者朋友们,我们马上要进行一次伟大的计算,它将帮助我们思考并解决那个终极问题——人类在宇宙中是否孤独?现在,我们邀请你一起来见证这一时刻!不过请放心,这样的计算虽然看似极其壮观,但却没有令人眼花缭乱的公式,仅仅只需小学二年级的教育程度就能看得懂——因为我们这个计算只用到了乘法。掌握了这一公式,你就可以去计算你喜欢的星系中有多少外星人,但我们还是从我们最熟悉的星系银河系开始吧!
当你在银河系旅行时,也许会需要这张地图(图源 NASA)。要想算出银河系中有多少个可以跟我们通信的碳基文明,也就是所谓的外星人,我们首先需要知道,哪些因素影响了外星文明的出现?简单来看,其实就两个因素:因素一:银河系里有多少颗宜居行星?因素二:宜居行星上有多大概率出现智慧生命?二者相乘,就知道在银河系中有多少外星文明了,就是这样简单,这一步大家都跟上了吗?
好的,我们接着来看一下,怎么来分别计算这两个因素的答案。
在我们这片银河系中,要想大致估算所有宜居行星的数量,也很简单,只需要满足三个条件:第一,银河系能够生产新的恒星,假设这一速率是 R(个/年);第二,新生的恒星能拥有行星,假设这一可能性是 f;第三,这些行星中有 n 颗适宜生命生存的行星。以上三项相乘,我们就知道银河系一共有多少颗宜居行星啦,我们把这一个数量用 N 表示。
就银河系来看,它能孕育恒星所以 R>0;恒星也能孕育行星,f>0;而最关键的,宜居行星的平均数量,n>0,为什么这么肯定呢?因为至少地球是银河系的一个宜居行星嘛!所以,三个大于零的数字相乘,银河系总共的宜居行星的个数 N 肯定是大于零的,那我们再来研究下因素二。
某颗宜居行星上出现智慧生命的概率,也可以拆分为几个条件:第一,这些行星适宜生命产生和繁衍,这一比率为 f1;第二,产生的生命可以发展成复杂智慧生命,这一比率为 f2;根据之前的经验,是不是感觉这两个条件相乘,就得到我们想要的答案了?
其实还有两个关键条件:第三,智慧生命能够形成星际文明,也就是能被我们探测到,这一比率为 f3;第四,每个文明持续的时间长度为 L(毕竟我们希望发出信息后再收到信息),以上四项相乘,就是宜居行星上出现过的能被观测的外星文明的概率。
现在,我们就得到了德雷克公式,因素一是银河系中宜居行星的数量,因素二是宜居行星上出现智慧物种的可能性,二者相乘后,就可以知道银河系中出现过的智慧文明的数量了。
我们假定银河系一直处于一个比较稳定的状态,也就是德雷克公式内,也就是德雷克公式中的参数不改变。银河系每年生成 10 颗恒星(R=10),其中 1/4 的恒星拥有行星(f=1/4),而这些拥有行星系的恒星中平均有 1 颗处于宜居带中(n=1)。
而这些处于宜居带中的行星(让我们乐观一点吧)一定会产生生命、并且这些生命一定会发展成智慧文明(f1=1、f2=1),并且其中有 1/4 的文明发展成了希望与其他文明沟通的星际文明(f3=1/4),且该文明能够维持 1 万年之久(L=10000),那么银河系中至少也应该有 6250 个渴望与我们交流的文明存在。(这里的“年”为了方便我们感知其长度,以地球绕太阳一周的时间长度——即恒星年为标准)
事实上,6250 这个数目仅仅是假设文明存在 1 万年内会见证的新生智慧外星文明诞生数,甚至不包括在此之前已经存在的文明以及其他星系的文明,因此实际上应当远远大于 6250 个文明!宇宙中应当充斥着来自各个文明嘈杂的声音。然而现在,银河系一片死寂,人类用最先进的技术也得不到一点回音,所以,在这片沉默中,那个令人毛骨悚然的念头从我们背后发问,大家都去哪儿了?这就是著名的“费米悖论”。
存在悖论,自然也不缺少解答,我们将为大家介绍其中有趣的回答,下次再见!