外星人都很“宅”？

【引子：開普勒望遠鏡退役】

2013年5月15日，開普勒太空望遠鏡由于反應輪故障，無法設定望遠鏡方向，被迫停止搜尋太陽系外行星的工作。8月18日，美國宇航局表示反應輪故障已經無法修復，正式結束其主要科學任務。自2009年3月發射以來，截至2013年1月7日，“開普勒”已經發現了2740個系外行星候選者，其中有58顆處于生命宜居帶中，有可能誕生生命。“開普勒”發現的系外行星比之前所有的科學儀器發現的加起來還要多。“開普勒”的故障對于尋找外星人的事業來說，可謂一個重大打擊。

【外星世界知多少】

現代的天文和航天探測表明太陽系其他行星上并不存在人類熟知的技術文明。那么銀河系呢？它包含了幾千億顆恒星和無數隱藏在它們光輝之后的行星。不應排除那里存在智慧生命的可能。

1959年，《自然》雜志發表了一篇想象力十足的文章《尋求星際交流》——它如今已被該領域的研究者奉為“經典中的經典”，兩位天文學家科科尼和莫里森提出利用微波輻射來探測銀河系其他文明的構想。隨后，一位年輕的美國天文學家弗蘭克·德雷克于1961年提出一個方程，用來估測存在于銀河系中的地外文明星球的數量。

【小貼士：德雷克方程】

N= N* x Fp x Ne x f1 x Fi x Fc x fL

N是銀河系中高級技術文明的數量。“高級”是假定這種文明掌握射電天文學——就人類目前所知，兩個星際文明要取得聯系只能靠電磁波。

因為我們想從無數昏暗行星中找出特殊的一個，德雷克在等式右邊放置了七個“篩子”——通過給這些“篩子”(因子)賦值，合適的星球就會像沙中淘金那樣被留下。

N*：代表銀河系中的恒星數，一般認為是4000億顆，其中絕大部分處于穩定狀態。

Fp：恒星具有行星系的概率，取1/3。

Ne：給定行星系中從生態學角度講適合生命生存的行星數，取為2。

f1：確有生命出現并且在生態學以外其他方面也適宜生命存在的行星比率。

Fi：住有智能生命且該種生命已經進化的行星比率。

Fc：有智能生命居住，并且發展了通訊聯絡技術的行星比率。

fL：技術文明延續時間占行星壽命的比率。

可以想見，在德雷克方程的變量中，從f1開始，參數取值的隨意性在逐步加大。畢竟科學家只有地球一個樣本可供參考，而地球是宇宙中的特例還是普通一星尚不得而知。

文明的發展應該是殊途同歸的。但技術的進步包含了太多偶然，生物進化更是受到化學及地質，氣象等多種因素制約。以地球為例，它形成46億年來，只是最近幾百萬年才出現智慧生命，射電天文學的發展更是近幾十年的事情。因此地球的fL應小于10-8(一億分之一)。而且我們不敢保證地球文明不會因天災人禍而突然毀滅。按此推算，N值約等于10。當這么幾個少得可憐的文明社會處于此消彼長的狀態時，同時存在于銀河系內的技術文明數甚至可能小于1。也就是說，目前地球人是銀河系中唯一掌握射電天文學的文明。

美國天文學家和科幻作家卡爾·薩根則認為有部分文明可以因學會協調個體與個體，群體與自然界的關系而長存。這樣，fL可以約等于1/100，而N值約等于 10的7次方（一千萬）。

如果真有數百萬個掌握技術文明的世界均勻分布在銀河系中，那么兩個文明世界之間的平均距離是200光年。假使我們接收到它們的信號，它們至少已在技術上領先我們兩個世紀了。艾薩克·阿西莫夫在《地外文明》一書中對此做了更為詳盡的推理。在綜合考慮了恒星和行星天文學、有機化學、進化生物學、技術科學、歷史、政治乃至心理學等因素后，他得出結論——在銀河系中，目前有技術文明存在于其上的行星數目是530000顆。同時，阿西莫夫坦率地承認，科學上某些最新的發現會使其推理出現漏洞，并極大地影響N值的可信度。

【他們在哪兒？】

在科幻電影《星際迷航8：第一類接觸》中，人類將在2063年4月5日與外星智慧生物發生第一次接觸。由于人類建造的“鳳凰號”飛船進行曲速航行的痕跡被宇宙中的另一種智慧生物——瓦肯星人的飛船探測到，于是它們改變航向，飛臨地球。這是人類與外星智慧生物的首次接觸。但是，現實中人類卻從未發現外星人存在的跡象。

什么樣的行星才有可能產生類似地球物種的生命呢？科學家提出了恒星周圍“生命宜居帶”的概念。所謂生命宜居帶，就是指位于這個區域內的行星可以產生生命，并且能夠長期維持生命的存在。在我們太陽系中，生命宜居帶就位于距離太陽0.99～1.7個天文單位的宇宙空間內。

一顆行星位于生命宜居帶內，并不表明上面一定有生命存在，還要滿足一系列苛刻條件。首先，這顆行星上一定要有液態水，而且液態水是長時期穩定存在的。以地球為例，行星表面的水存在了數十億年以上，才能保證生命誕生和演變為高等生命。一個恒星周圍的宜居帶有內邊界和外邊界。如果超越內邊界，行星過于接近恒星，表面溫度就太高了，就像水星那樣，不易保持液態水，更不利于生命發展。如果超過外邊界，離恒星太遠的話，溫度太低，水處于冰凍的狀態，生命也無法存在和演化。

另一個要素就是行星本身的質量。如果行星距其恒星恰好是1個天文單位，則要求行星質量相當于地球的0.5~10倍。如果質量太小，行星的引力就不足以保持維系生命存在的大氣，也就沒有了保護生命免遭致命輻射傷害的保護層；質量太大，又容易吸引氫，從而形成木星那樣的氣態行星，生命也無法生存。

此外，生命宜居帶還涉及恒星在星系中的位置。比如恒星不能靠近一些太大的恒星，因為大質量恒星演化到最后階段會發生猛烈的爆炸，產生強烈的輻射，不利于生命生存。因此，恒星在其星系中的位置也要恰到好處，就如我們的太陽在銀河系的位置。

過去16年間，天文學家共發現700多顆太陽系外行星。不過，絕大多數已證實的系外行星都屬于木星這樣的巨型氣態行星，或者是溫度極高、軌道距離母星很近。也就是說，在這些星球上發現生命的可能性非常渺茫。

盡管如此，科學家根據觀測結果推算，銀河系幾乎每顆恒星都有一顆行星環繞，所以整個銀河系約有1000億顆行星。這其中大約有17%——即多達170億顆——是大小與地球類似的行星。那么，這些行星中位于生命宜居帶的又有多少呢？答案是約10億顆。對于那些技術水平高于地球人的地外文明來說，適于居住的星球將更多。人類都可以定居在沙漠和極地，何況掌握高科技的外星人。既然有這么多居住地，為何“空置率”這么高？他們在哪里？

【費米悖論】

1950年的一天，曾獲1938年諾貝爾物理學獎的恩里科·費米在洛斯阿拉莫斯國家實驗室工作。他在去吃午飯的路上，和同事談論當時流行的UFO報導和阿蘭·鄧的漫畫。漫畫把市內垃圾箱的失蹤歸咎于外星人的掠奪。接著他們談到未來十年內，人類能夠觀測到超光速運動的物體的概率大小。泰勒認為是百萬分之一，但費米覺得接近于十分之一。然后話題又轉向其他方面，直到午餐時費米突然問道“他們在哪里？”據其中一個在場人士回憶，費米當時用了幾個估計的數值做了一系列的快速計算。依靠估算，他當時的結論是地球應該在很早以前被外星人訪問過，而且被訪問的次數遠不止一次。

費米悖論在天體生物學中被表述為“大寂靜”。即“考慮到宇宙巨大的空間和極其古老的歷史，宇宙中應當存在許多具有高度發達文明的智慧生命，但我們卻沒有找到任何相關的證據，這兩者之間似乎存在一種矛盾。”拿銀河系來說，它的直徑大約是10萬光年。即便地外文明發射的飛船以光速的千分之一航行，也只需1億年左右就可橫穿銀河系。這個時間遠遠短于銀河系的年齡。如果真存在外星人的話，按道理他們早該遍布銀河系了。卡爾·薩根曾借《超時空接觸》女主角艾莉之口說出了一句著名的論斷：“宇宙這么大，如果只有我們，是不是太浪費地方了？”

在費米提問六十多年后的今天，這個問題仍然令我們困惑。畢竟，幾十年來，對地外文明無線電信號的搜索依然是一片空白。

費米悖論為科學家和科幻作家們提供了巨大的思考空間，到目前為止，它已經被給出了不下50種解答。這些解答可以分成三類：

1.外星文明是存在的，只是我們無法發現或不愿承認；

2.外星文明雖然存在，但由于各種原因，它們還未和地球進行交流；

3.外星文明不存在。

美國物理學家、科幻作家大衛·布林在1983年發表的《大沉默——關于地外智慧生命的辯論》一文中提出，人類之所以未能發現任何地外文明的蹤跡，是因為存在著一種還不為人類所知曉的危險，迫使所有比人類更智慧的地外文明保持沉默。布林對這種潛在的危險并沒有做更進一步的描繪，而科幻作家福瑞德·薩伯哈根在科幻小說《狂暴戰士》系列中設想的以消滅宇宙中所有有機生命為唯一指令的智能末日武器“狂暴戰士”則為“大寂靜”假說所猜測的危險提供了具體解說。在《狂暴戰士》的啟發下形成的一種對費米悖論的嚴肅解釋就認為，宇宙中可能遍布著與狂暴戰士類似的威力強大的智能武器，攻擊甚至消滅了許多地外文明，而幸存下來的地外文明，則因為害怕引起它們的注意而不敢向外發射信號。所以人類至今無法探測到地外文明存在的實際證據。物理學家霍金也警告人類不要擅自向宇宙發出“我在這里”的呼喚，以防引狼入室。

在《三體Ⅱ》中，劉慈欣借羅輯之口給出了對費米悖論的解答：“宇宙就是一座黑暗森林，每個文明都是帶槍的獵人，像幽靈般潛行于林間……他必須小心，因為林中到處都有與他一樣潛行的獵人……在這片森林中，他人就是地獄，就是永恒的威脅，任何暴露自己存在的生命都將很快被消滅，這就是宇宙文明的圖景，這就是對費米悖論的解釋。”

人類近代科學的發展僅有數百年的時間，與宇宙漫長的壽命相比，實在是太微不足道了。在近乎無邊的宇宙時間和空間下，一個文明由單細胞生命逐漸演化至掌握太空航行技術的智慧生物，但還是沒有發生文明之間的接觸，這是因為它們可能與我們“擦肩而過”。它們在遙遠的宇宙空間中發展其文明，空間的隔離使得我們無法發現彼此。更重要的是，可能其他文明早已滅亡了，而人類文明才剛剛開始演化。時間上的不同時性也使得“第一類接觸”事件無法發生，可能一個文明離開了，而另一個文明才到來。也許，一些基于納米技術的信息采集裝置可能正遍布于地球周圍，卻完全不會被人發現。克拉克第三定律（任何非常先進的技術，初看都與魔法無異）也暗示，遠先進于人類的外星文明可能擁有不被人類理解的調查手段。

【宅人天堂：戴森球】

1964年，蘇聯天文學家卡爾達謝夫提出地外文明可能以三種發展水平存在：

Ⅰ型文明是只能控制本星球的文明，利用本星球的礦藏能源，在本星球上種植、生產和居住。人類文明就屬于Ⅰ型文明。它可以達到控制核聚變產生能量的水平。

Ⅱ型文明是能掌握整個恒星和所屬行星系統的文明。以地球為例，將來人類能掌握整個太陽系內任何天體的物質和能源時，就進入了Ⅱ型文明時期。它能掌握的能量強度是Ⅰ型文明的100萬億倍。

Ⅲ型文明是能掌握整個星系的文明。以銀河系為例，它的直徑為10萬光年，擁有幾千億顆恒星。將來人類能掌握整個銀河系的文明時，就進入了很高級的Ⅲ型文明時期。

一個Ⅰ型文明發出的信號，可以擁有大到足以令其周圍數千光年范圍內任何一部射電望遠鏡探測到的能量。Ⅱ型和Ⅲ型文明稱為超級文明。對于這兩種文明，其可探測范圍甚至可以擴大到星系甚至整個宇宙。

如何才能成為Ⅱ型乃至Ⅲ型文明呢？曾經擔任愛因斯坦助手的科學家弗里曼·戴森，在20世紀中葉提出了一個很有創意的理論假設——“戴森球”，給出了可行的方案。

戴森認為，技術上極其先進的文明不是海難的求救者，他們不會花費那么多時間和精力向太空發送信息。相反，他們會盡可能地改善自己的生存環境。戴森假設有的技術文明能夠存活足夠長的時間，那么該文明所在行星將難逃能源枯竭的厄運。這是每個文明進化過程中的一個重要的坎，所有文明若想邁過這道坎必然要走相同的路：建造一個巨大的集光器——包圍恒星的球形太陽能板。天文學家們將這一超級建筑稱作戴森球。戴森在他1960年發表于《科學》雜志的論文《人工恒星紅外輻射源的搜尋》中提出了這一概念。這個概念很可能受到了奧拉夫·斯特普頓寫于1937年的科幻小說《造星者》的啟發。

建造戴森球并不需要科學理論上的突破。在繞日軌道上部署太陽能太空電站將是建造戴森球的第一步。當然，建造并部署能夠包裹太陽的數量巨大的空間站仍遠遠超出人類目前的工業生產能力。戴森球被提出后就成了科幻作品中的常客。拉里·尼文的《環形世界》、野尻抱介的《太陽篡奪者》中都有類似的結構。

戴森球是一種環繞恒星的均勻殼體，這個殼體能夠百分之百攔截恒星的能量輸出。如果其表面能夠居住的話，它能夠為居民提供極大的活動空間。若圍繞太陽建造一個半徑為1個天文單位的戴森殼，其內壁面積至少為2.72×1017平方千米，這相當于地球表面積的6億倍。這個戴森殼將攔截全部4.0×1026瓦特的太陽能量輸出。這大概是人類在1998年消耗的全部能量的330萬億倍。至于原材料，拆解水星就好了。

對于居住在戴森球上的外星人來說，不讓廢熱泄露到太空中有助于充分利用能源。加拿大科幻小說作家卡爾·施羅德就認為：根本無法把先進的星際文明從宇宙背景中識別出來。也就是說，低級文明是無法探測到先進文明的。這也意味著我們無法通過天文觀測的技術手段來發現外星人存在的證據。這些先進的技術文明已經實現了烏托邦式的社會，他們不會產生任何我們可以探測到的廢棄物。他們已經掌握了“綠色科技”，達成了與自然界的平衡，因此可以徹底融入自然之中，巧妙地和星系背景融為一體。或許在宇宙中，只有那些最終達成了生態平衡的文明才可以長久地存在下去。至于探測宇宙、獲取知識的危險工作——要冒著冬眠失敗或幽閉發瘋的危險——交給能夠自我復制的“馮·諾依曼式”飛船即可。外星人可以舒服地躲在戴森球中，在電腦網絡上沖沖浪，或者看看已經復制到第N代的探測器又發回了什么有趣的信息。或者，外星人早已經在宇宙間逛膩了，他們只想安靜一下。阿瑟·克拉克的《城市與星星》中就描繪了一個高度發達卻內向的文明，在熱鬧地探索太空之后，把自己封閉在穹頂下達5億年之久。

所以，觀測不到地外文明的存在可能恰恰是外星智慧文明存在的合理體現，他們已經把自己藏起來了。

太陽每天向地球投射的能量是人類文明所需能量的1萬倍。這聽起來似乎很多，但人類工業文明才剛剛起步，而且增長速度很快。在過去的三十年里，全世界能源消耗增長了一倍。如果仍以這種速度增長，四百年后，人類所收集和產生的能量將與投射到地球上的太陽能相等。或許我們也應該考慮建設戴森球，使自己“宅”起來了。

（作者：趙洋；via 《科幻世界》）