思想實驗 德雷克方程 40萬年才能遇到外星人是怎么算出來的？

科幻作家劉慈欣在《宇宙隨想》中說，總有一天，人類會把自己脆弱的軀體裝進(jìn)金屬種子，飛過所有荒涼和繁榮的世界，去感知那些神不能感知的東西。這也許真的是他們存在的目的——作為宇宙之美的見證者。

見證宇宙之美的生命過程中，人類會遇到外星文明嗎？就目前的科學(xué)定論來說，地球還是那個美麗又孤獨的星球，在可探索的范圍內(nèi)，至今沒有發(fā)現(xiàn)外星文明存在的痕跡。

我們到底還需要多久才會找到外星文明呢？在最近的《天體物理學(xué)雜志》上，來自北師大的研究團(tuán)隊給了我們一個具體的數(shù)字：40萬年。

假設(shè)地外存在外星文明，最快需要幾千年后就有機會與他們對話。樂觀的話，這過程大約需要2000年。而悲觀的話，與外星人建立聯(lián)系需要再過40萬年。

溯源人類文明，也不過區(qū)區(qū)幾千年的歷史，無論是2000年還是40萬年，對于時間尺度上渺小的人類來說，大概率是沒得機會與外星人偶遇了。畢竟核爆炸、極端氣候、致命病毒、行星碰撞等威脅的存在，可能人類還等不到幾千年就已經(jīng)滅絕了。

雖然結(jié)論不那么樂觀，但是在這個研究里，比較有意思的是科研人員給了我們一個具體的相遇時間：2000年和40萬年，那么這些具體的數(shù)字到底是依據(jù)什么計算得來的呢？

思想實驗：德雷克方程

想要回答我們什么時候會與外星文明相遇，最先需要假設(shè)的是外星文明存在的概率與數(shù)量。這個問題的答案基于人類提出的一個思想實驗。

尋找可交流的地外文明始于1960年。人類嘗試了各種探測器、無線電波、宇宙探索計劃等各種探索外星文明的方式，都沒有發(fā)現(xiàn)其他星球有生命跡象。許多天文、生命科學(xué)家認(rèn)為地外行星在形成初期環(huán)境很不穩(wěn)定，誕生外星生命過于困難。天體生物學(xué)家喬普拉和林尼韋弗也曾表示，在誕生初期，行星的生態(tài)環(huán)境十分惡劣，火山噴發(fā)，毒氣蔓延，大量隕石的頻繁撞擊，導(dǎo)致生命很難有機會萌發(fā)。

雖然生命的誕生條件苛刻，但這么大的宇宙，總會有像地球一樣幸運的星球，科學(xué)家們相信著這個事實，也試著想辦法去估算可地外交流的外星文明數(shù)量。

天文學(xué)家弗蘭克·德雷克（Frank Drake）在1961年開始了無線電波段尋找外星文明的計劃。同時德雷克提出了一個公式來估計銀河系中交流文明的數(shù)量，被命名為德雷克方程：N=R*×Fp×Ne×Fl×Fi×Fc×L，其中N是銀河系中可檢測到電磁輻射的文明數(shù)量；R*是適合智慧生命發(fā)展的恒星形成率；Fp是具有行星系統(tǒng)的恒星比例，Ne是銀河系中適合生命生存的行星數(shù)量，F(xiàn)l是生命實際出現(xiàn)的適合生命的行星的比例； Fi是有生命的行星中出現(xiàn)智慧生命的比例； Fc是開發(fā)出一種將其存在的可檢測跡象釋放到太空的技術(shù)的文明比例；L是這種文明向太空釋放可探測信號的時間長度（以年為單位）。

這個公式是一個思想實驗，存在的變量多，德雷克方程的變量是按照從最簡單到最難的順序進(jìn)行，并且變量本身也難以確定準(zhǔn)確值，得出的結(jié)論數(shù)量不僅多，而且也不是那么準(zhǔn)確，因為其局限性也被很多科學(xué)家批評。

雖然德雷克方程本身被詬病的地方比較多，但對于外星文明的研究來說，它也提供了一個支點。許多年輕的科學(xué)家們在分析外星研究時，多數(shù)會選擇基于該方程去做研究估計，并且在探索的過程中也逐漸補充豐富了許多變量因素，比如星系恒星形成的歷史、金屬豐度分布以及恒星在宜居帶內(nèi)有行星的可能等。

使用德雷克方程估算外星文明的研究，比較出名的是2020年，諾丁漢大學(xué)物理與天文學(xué)學(xué)院的兩位研究人員的研究。兩位科學(xué)家采用的是外星生命在系外行星上以與地球上相似發(fā)展的假設(shè)，對交流的外星文明的數(shù)量進(jìn)行了估計了銀河系內(nèi)的外星文明的數(shù)量，他們計算出銀河系中可能有36個活躍的外星文明。其中最近的距離是17000光年的一顆紅矮星系統(tǒng)。而即便是這個最近距離的外星文明，也因為太過遙遠(yuǎn)，無法進(jìn)行探測和通信。

回到北師大這個最新的研究上，40萬年的數(shù)據(jù)，也是基于德雷克方程來計算的。

遇見外星人：2000年與40萬年

來自北京師范大學(xué)的《銀河系內(nèi)可能的CETI數(shù)量和這些CETI之間的通信概率》研究，在過去的研究基礎(chǔ)上更進(jìn)一步?；诘吕卓朔匠?，兩位學(xué)者先探索了可能出現(xiàn)的行星數(shù)量，以及生命需要進(jìn)化到可以對外交流的程度時間，通過將這些參數(shù)作為變量，計算得出了2000與40萬年的數(shù)據(jù)。

其中，研究的兩位作者強調(diào)了德雷克方程中Fc的數(shù)值設(shè)定，因為高智慧生命能夠進(jìn)行通信的概率數(shù)值無法測定，因此也就人為選擇了3個不同的系數(shù) 0.1%，0.01% 和 0.001%。這個系數(shù)估計的方法在論文中沒有進(jìn)一步的解釋，事實上也無法解釋，這個數(shù)值本身就難以估計。研究人員將這些關(guān)鍵的變量設(shè)置完成后，模擬了不同初始狀態(tài)下，我們與智慧外星人交流的時間。

研究估計，在樂觀的情況下，外星文明最早可能在恒星生命周期的25%出現(xiàn)，而每顆行星只有0.1%的機會將生命形式發(fā)展成外星文明。在這種情況下，將有超過42000個外星文明在其演化的不同階段分布在整個銀河系中。理論上，只需要2000年的時間，就能實現(xiàn)與外星文明的雙向通信。

如果考慮比較極端的情況，恒星更老并且可能已經(jīng)超過了它生命周期的75%，而外星文明出現(xiàn)的可能性只有0.001%。這會將銀河系中出現(xiàn)外星文明的概率降低到只有111個，與外星文明雙向通信將在40萬年內(nèi)發(fā)生。

雖然計算出來了一個具體40萬年的數(shù)字，但事實上這個答案也是個思想實驗的結(jié)果，因為研究是基于德雷克方程來模擬的時間，關(guān)鍵參數(shù)Fc（高智慧生命能夠進(jìn)行通信的概率）完全是人為設(shè)定的值，所以這個最終的計算結(jié)論還有待商榷。因此嚴(yán)格的、來說，關(guān)于多少年才能找到外星人并與之對話這個問題的答案，我們依舊面對的是一片混沌。

當(dāng)然，假設(shè)這個結(jié)論是有幾率發(fā)生，那么無論是2000年還是40萬年，對于人類的生命尺度來說，都太漫長了。在極端氣候、核爆風(fēng)險、致命病毒、行星碰撞等威脅中，人類能不能走那么遠(yuǎn)也是個未知數(shù)。文明的存續(xù)在宇宙空間與永恒時間的尺度中，太渺小了。

不過研究還是有它的價值所在，一些其他學(xué)者評價，科學(xué)家們?nèi)匀豢梢曰谶壿嫾僭O(shè)產(chǎn)生有價值的模型，至少可以產(chǎn)生對此類文明發(fā)生率的合理估計。

在科研探索中，本身就存在很多不可知的情況，但因為不可知就不探索也不行。假設(shè)、模型的討論等都是科研發(fā)展重要的環(huán)節(jié)，前人做的工作，對于后人的研究來說，都會有存續(xù)的價值。

主動呼叫外星文明

人類在尋找外星文明的征途中，除了理論的研究外也做了許多其他的工作。上世紀(jì)六十年代，人類就開始了“奧茲瑪計劃”。這是人類第一次有組織有計劃地在宇宙空間中尋找外星文明。1992年，美國NASA推出一項搜尋地外文明（SETI）的項目，并建造了兩個巨大的射電望遠(yuǎn)鏡。它們在夜空中搜尋宇宙深處可能來自外星文明的信號和地外文明使用技術(shù)的痕跡。雖然中間項目因為沒有進(jìn)展而被關(guān)閉過，但到2018年又被重啟，目前這兩個射電望遠(yuǎn)鏡仍然孜孜不倦地工作著。

探索外星文明的身影也有中國。2001年，中國FAST（500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡）正式立項建設(shè)，經(jīng)過15年的努力，F(xiàn)AST在2016年7月正式完工，成為世界上最靈敏的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡。目前FAST望遠(yuǎn)鏡也被投入到觀測地外文明的應(yīng)用中。然而，盡管科學(xué)家非常積極尋找宇宙中可能存在的地外文明，但目前也沒有什么可靠的進(jìn)展，好不容易搜集到了疑似外星人訊號的電波信息，最后也被證實為是人類的活動帶來的電磁干擾。

雖然結(jié)果不如意，但在深空探索方面，人類一直在快步前進(jìn)著。我們會發(fā)現(xiàn)近幾年航天領(lǐng)域的發(fā)展是肉眼可見的飛速。嫦娥探月系列探測器的成功發(fā)射，天問號、毅力號等火星探測器的成功著陸并運行；羲和號探日衛(wèi)星的飛躍，載人登月與火星移民等都被提上了日程。商業(yè)航天的落地也已經(jīng)帶著幾位富豪在太空中大飽眼福。

在深空的探索中，我們在不斷突破，一點點打開局限的視野。古人云：通天者王。今人已經(jīng)實現(xiàn)了古人通天的愿望，探測器星際的漫游，載人航天的旅行，未來星際的移民，這些技術(shù)一點點暈開向外星文明的探索上輻射。

在探索外星文明的過程中，有各種各樣的聲音。以霍金為代表的反對派，勸誡人類不要隨意對地外文明暴露信息，萬一宇宙真的如黑暗森林法則一般，暴露的話就可能會被掠奪與蠶食。但主張激進(jìn)建立聯(lián)系的科學(xué)家們并不理會這些聲音，在1973年NASA的先驅(qū)者探測器帶著地球的位置信息飛向了深空，目前已經(jīng)抵達(dá)行星帶；美國阿雷西博天文臺也曾向距離地球25000光年的“M13球狀星團(tuán)”發(fā)射了一串信息尋找外星人。國際天文臺也計劃在2023年利用中國射電望遠(yuǎn)鏡FAST進(jìn)行發(fā)送地球的信息到銀河系中心區(qū)域，那里有數(shù)百億顆恒星。

主動深空探索和發(fā)地球信息等待外星人聯(lián)系的方式我們都在同步進(jìn)行，浩瀚的星云吞噬了這些詢問的聲音，目前人類還并沒有獲得任何文明的答復(fù)。等待答復(fù)讓人類焦灼，畢竟誰也不知道與我們建立聯(lián)系的文明是跟我們一樣愛好交流與和平還是要掠奪資源消滅我們。

無論是因為尋找生命起源還是獲取外星文明的各類資源等目的，滿足好奇心的同時也要做好最壞的打算。萬一宇宙的法則就是黑暗森林，我們的文明也就走到盡頭了。

對于已經(jīng)暴露位置的現(xiàn)實來說，我們沒有回頭路可走，外星文明接觸箭在弦上。我們找他們慢，但若高等文明存在的話，憑借這些暴露的地球坐標(biāo)信息，高等外星文明找上門來的時間可就不好說了，說不定是個有生之年事件呢。人類吧，發(fā)展還是老老實實靠自己，夯實宇航技術(shù)，積蓄智慧與科技的力量，做好各種準(zhǔn)備，萬一咱以為的捷徑是彎路甚至是毀滅，至少也能反抗一下。