银河系至少存在36个智慧文明，真的吗？

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不久前（2020 年 6 月），国内外各大媒体纷纷报导，英国诺丁汉大学（University of Nottingham）的科学家研究发现，银河系至少应有 36 个智慧文明，吸引了许多人的眼球。无独有偶，在 2018 年便有报导指出，英国牛津大学人类未来研究所（Future of Humanity Institute）的学者公布，人类是银河系中唯一高等智慧物种的可能性高达 53% 至 99.6%。明明是类似的问题，相隔两年的研究却得出完全不同的结论，让人看得一头雾水。

满天的星星里还有其他文明存在吗？这是个人类讨论了很久的议题。图/ by FelixMittermeier@Pixabay

究竟，这些关于外星文明的数量估计，是怎么做出来的？又是否可信？我们短期内有多大机率证实外星生命的存在？宝杰你怎么看？

费米悖论：外星人在哪儿？

科学史上关于外星文明的讨论，最知名的例子，莫过于物理学家恩里科‧费米（Enrico Fermi，1901–1954）和另外三位同事──包括氢弹之父爱德华‧泰勒（Edward Teller，1908–2003）──之间的对话。

那是在 1950 年夏天的洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）。四人于中午前往用餐时，在路上聊到当时的目击幽浮报导，以及纽约客杂志刊载外星人偷窃垃圾桶的漫画，以解释市区垃圾桶莫名消失的谜团。虽然一行人并不认为报导里的幽浮来自外星球，但仍讨论起星际旅行的可能性。

费米问泰勒：「在接下来十年内，我们有多大可能，会看到超光速物体的明确证据？」当泰勒回答百万分之一后，费米说：「这太低了，较可能是百分之十。」当话题结束，大家围绕餐桌坐定、开始用餐之后，费米突然又冒出一句：「所有（外星）人都到哪儿去了？」

这就是知名的费米悖论（Fermi paradox）：宇宙是这么地辽阔，充满数不清的恒星，总会有生命于地球之外的地方诞生；而在宇宙悠久的 138 亿年岁月中，应有足够长的时间，让这些外星生命发展出高度智慧文明；甚至，只需要一定的太空技术，在相对宇宙寿命极短的时间内，约千万年之谱，就能殖民整个星系。那么，为什么地球人完全看不到任何迹象，显示他们存在？

纽约客杂志于1950年刊载外星人偷窃垃圾桶的漫画，同时解释了当时的幽浮目击事件，与垃圾桶消失迷团。Alan Dunn (May 20, 1950)，The New Yorker。（图片来源）

主动搜寻外星讯号

尽管没有人知道费米悖论的真确答案，却有不少人试图提出可能的解释，如外星人早就来过、外星人故意不跟我们接触、我们探索的方式不对、外星生命来不及演化出文明就灭绝了、智慧文明无法避免地会自我毁灭（值得地球人警惕！）、外星人跟我们想的不一样、地球真的是特别的存在……等等。

然而，不用等理论解释为什么，实际搜寻外星人的计画早就开始进行。

十九世纪末，古列尔莫‧马可尼（Guglielmo Marconi，1874–1937）发明无线电报系统，利用无线电波发送和接收电码，电报也从此不再需要靠电线传送──铁达尼号失事的时候，也多亏无线电报，才有许多人获得拯救。到了二十世纪初，利用无线电波传递声音的技术被发明，广播节目开始出现在我们的生活中；此后，地球人就陆续尝试搜寻外星人发出的电磁波讯号。

1924 年 8 月，火星轨道运行进入非常接近地球的位置，仅距离 55,777,566 公里，提供了侦测火星人的绝佳机会。天文学家大卫‧佩克‧托德（David Peck Todd）在美国军方的帮助下，将无线电接收器设置在离地三公里的飞船上，从 8 月 21 日到 23 日共计三十六小时内，尝试接收火星人的无线电讯号，并备有军方的密码学家帮忙解译；同时，所有无线电台每逢整点都会停止发送五分钟，避免造成干扰。只可惜，这次实验没有得到任何有意义的结果。

1924年当时，美国军方的电报要求无线电站密切留意任何不寻常的讯号。（图片来源）

到了 1960 年，美国康乃尔大学（Cornell University）的年轻天文学家法兰克‧德雷克（Frank Drake），利用位于西维吉尼亚州绿堤（Green Bank）的无线电望远镜[1]，分别观测了距地球 10.5 光年的天苑四（Epsilon Eridani）和 11.9 光年的天仓五（Tau Ceti），花了数个月搜寻可能的外星智慧文明讯号，却没有任何收获。

似乎，真的没有外星文明发送电磁波讯号到宇宙中。不过，有此能力的外星文明多吗？

德雷克方程式：智慧文明有多少？

1961 年 10 月底，德雷克在绿堤举办研讨会，邀请所有想得到、对搜寻地球外智慧生命有兴趣的科学家与会。然而，作为会议唯一的主办人，德雷克被庶务忙得焦头烂额，根本来不及安排议程。另一方面，该年度的诺贝尔化学奖得主将在会议期间公布，而谣传中的得主正好就是会议参加者――加州大学柏克莱分校的生物化学家卡尔文[2]；德雷克还得烦恼张罗香槟，以备万一。

因为缺乏完善的议程规划，又为了讨论更能聚焦，就在参加者报到的前一天，德雷克思考了银河系内、有能力使用电磁波讯息交流的智慧文明数目（以字母 N 代表），并假设有七个因素决定了 N 的多寡，分别为：

只要把上述七个参数相乘，就能评估出银河系中可交流智慧文明的数目――这就是知名的德雷克方程式：\( N=R^*\cdot f_p\cdot n_e\cdot f_l\cdot f_i\cdot f_c\cdot L \)

1961 年 11 月 1 日，德雷克把公式写在会议厅的黑板上，作为议程的讨论主轴；当时的他并不知道，这个方程式日后常被认为是科学史上重要的方程式之一，甚至成为现今思考外星生命存在问题的架构――就连德雷克本人都表示非常惊讶（无误）。

法兰克‧德雷克摄于2012年的照片。By Raphael Perrino – Flickr: Dr. Frank Drake, CC BY 2.0

德雷克公式告诉我们什么？

德雷克公式提及的七个参数，只要有任何数值上的变动，都会大大影响我们观测到外星智慧生命的可能性；偏偏，里面有许多参数都难以评估，无法给出准确的数值，误差范围极大。

在上个世纪 60 年代，科学界只对之一个参数R*（银河系中恒星形成的平均速率）稍有概念，也完全不清楚剩下的参数数值为何。当时，尚未有任何太阳系外行星的观测证据，更无从推测生命诞生于系外行星的可能性。

现代，随着科技的进步，我们对德雷克方程式里的参数已更有概念。根据目前的观测结果，几乎每个恒星都拥有自己的行星；换言之，方程式的第二个参数 fp（恒星拥有行星的比例）相当接近 1。此外，有 22% 的类太阳恒星，在适居带拥有地球尺寸的行星──这无法完全决定第三个参数 ne（行星系中，支持生命生存的行星╱星体数量），但很有参考价值。

至于剩下四个参数，就算到了今天，我们若不是所知有限，就是一无所知──这一点也不奇怪，毕竟人类至今唯一能拿来参照的实例，也就只有地球而已。

在 1961 年的那场会议，德雷克和其他科学家们，针对不同参数分别给出了数值范围的预估，最后得到 N（银河系内可交流的智慧文明数目）约在 20 到 50,000,000 之间。

从 1961 年的估计，我们可以看见，因为德雷克方程式里的参数不确定性太大，使其几乎不具有预测能力。若以开头所提到、今年六月的新闻来说，虽然宣称银河系中有 36 个智慧文明，但只要查看论文，就会发现其范围实际上是 4 到 211（36-32 ~ 36+175 ）；而且，研究团队在过程中还做了许多假设，才得出这样的数字。换句话说，只要稍微更动假设，结论就很可能天差地远──尽管如此，在目前有限的科学证据下，最多也只能做到这样了。

永不放弃对外星生命的探问

尽管德雷克方程式能给予我们的资讯非常有限，但其贡献仍不可抹灭：它提供了一种看待问题的架构，将「银河系内可交流的智慧文明数目」拆开、化简，成为数个单纯因素的组合。

自从德雷克方程式面世之后，许多人套用类似的架构，提出不同的修改版本；如麻省理工学院（MIT）教授莎拉‧西格尔（Sara Seager）就参考德雷克方程式，将「大气层可侦测到生命印记（Biosignature）的行星数目」分解为数个参数，以推估下一个十年、我们有多大可能性主动发现这些孕育生命的系外行星。最后她发现，以现有的地球科技所及，能找到且存在生命的系外行星，可能只有两个──在不考虑误差的状况下，情况并不乐观。

至于费米悖论，目前虽然尚无法得到解答，但依据近年的观测证据，再加上对德雷克方程式、和其他修改版的估计，或许，我们无法太过理想性地认为，银河系充满了智慧生命等待交流──考量到宇宙漫长的历史、与无穷尽的辽阔，纵使外星智慧文明真实（或曾经）存在，也不见得刚好能被地球人发现。

从无线电广播发明至今，仅约莫百年；可以想像，如果有外星智慧生命要靠电磁波讯号侦测到地球人的存在，不但必须距离地球一百光年之内，而且科技程度还得恰恰好在这几十年、至少发达到足以接收我们的讯号，且不能因为外在环境或自身缘故而毁灭──怎么想都不是容易的事。

而德雷克在绿堤研讨会提出他的方程式之后，除了持续天文学相关工作，甚至主导了传送讯息给外星文明的活动：1974 年，在其他研究者──包括知名天文学家与科普作家卡尔‧萨根（Carl Sagan，1934–1996）──的帮助下，他们设计的讯息从波多黎各阿雷西博天文台（Arecibo Observatory），以强力的电磁波发送向距离地球 25,000 光年的球状星团 M13，内容包括了人类的DNA 结构，和太阳系的介绍等等，史称阿雷西博讯息（Arecibo Message）。尽管人类可能永远无法收到回复，在宇宙中传播的阿雷西博讯息，却已成为地球文明曾经存在的证据，等待很久很久以后，某个遥远星系的外星文明观测到它。

阿雷西博讯息。此处标示的颜色为分类、方便阅读之用，原始讯息不包括颜色。（图片来源）

就算目前对外星生命的探寻一无所获，但宇宙总是充满各式惊奇与可能；或许，在可见的未来，我们就会从系外行星的大气层发现外星生命存在的印记，甚至接收到外星文明的讯号也不一定。愿原力与你同在！生生不息，繁荣昌盛！（一秒同时惹怒Star Wars和Star Trek粉丝）

注释