人類是宇宙中第一個文明嗎?有關外星人的四個科學理論告訴你真相

有沒有外星人這種話題在網絡上經久不衰,一直很熱門,且一直也說不清楚。因為迄今為止,不要說地外文明,就是地外生命的一根毛也沒有發現。

但這不能就此認定地外文明不存在。多數科學家認為,宇宙中絕非只有地球一個文明,只是還沒有被人類發現,或者說由于宇宙太大,文明稀少,很難遇到而已。為什麼會這樣呢?這就得用有關外星人的四個理論來解釋了。

在上世紀中葉,科學界對「外星人」的討論很熱烈,由此派生了四個與外星人有關的理論,根據提出時間的先后,分別為費米悖論、德雷克方程、戴森球、卡爾達舍夫等級等理論。現在我們就一起來學習了解一下這四個理論。

費米悖論

費米悖論又叫費米佯謬,是由美國著名物理學家、諾貝爾獎得主恩利克·費米在1950年提出來的,是一個有關外星人、星際旅行的科學悖論,闡述的是對地外文明過高估計與缺乏相關證據之間的矛盾。

費米悖論的核心思想就是:既然宇宙這麼大,而且有138億年的歷史,應該產生了許多文明乃至高等文明,但它們在哪兒呢?悖論提出后,引起了科學界的熱烈反響,許多科學家參與了討論并提出觀點,涉及的學科越來越廣泛,囊括了天文學、生物學、生態學和哲學等學科,形成了跨學科的爭論和研究。

有關費米悖論的討論,大致形成了如下一些問題和回答:

1、宇宙尺度很大,僅銀河系中就有約4000億顆恒星,可觀測宇宙可能有萬億個星系以上,至少有1000億億顆恒星,而地球只是一顆比較典型的普通行星,只有太陽質量33萬分之一,在宇宙中并不特殊,因此僅銀河系就應該有相當數量的文明,即便銀河系只有地球一個文明,平均一個星系有一個文明,整個宇宙也有萬億個文明。

2、之所以現在找不到地外文明,可能有兩點原因:一是文明太稀少,很難碰到;二是我們對生命和文明的理解有誤,或許宇宙中其他文明與我們想象的完全不一樣,所以即便相逢也不相知。

3、由于宇宙中存在著許多不確定風險和災難,如伽馬射線暴會定期或不定期清理掉宇宙中90%以上的文明,由此讓文明存續時間受到限制,或者說很難發展出能夠星際旅行的文明,因此,雖然宇宙誕生138億年來可能孕育出許多文明,但這些文明很少在某個時間段同時存在,就難以遇到。

4、從地球生命和文明成長史來看,地球40多億年的年齡,生命存在時間雖然有三四十億年,但有形生命只有5億年,無數的生物中只進化出了人類這唯一物種具有智慧和創造了文明。由此可見,即便有類似地球條件的星球存在,出現文明的機率也極小。

德雷克方程

德雷克方程又叫德雷克公式,是美國天文學家法蘭克·德雷克在1960年提出的一個理論,實際上也是試圖回答費米悖論的一個理論。這個理論的核心是提出一個推算人類有可能接觸到地外文明數量的公式,天文學家、科幻作家卡爾·摩根也參與了方程的研究和討論。

這個方程的表達式有兩個,公式1為:N=Ng×Fp×Ne×Fl×Fi×Fc×FL;公式2為:N=R*×Fp×Ne×Fl×Fi×Fc×L。

公式1里面字母代表的意義是:N為銀河系中可能與我們通訊的數量;Ng為銀河系內恒星數量;Fp為有行星的恒星所占比例;Ne為每個行星系中類地行星數目;Fl為宜居行星比例;Fi為演化出高智慧生物的機率;Fc為高智慧生物能夠通訊的機率;FL為科技文持續時間在行星生命周期中占比。

公式2與公式1的區別在于R*替代了Ng,L替代了FL。R*表示銀河系形成恒星的平均速率;L表示科技文明的壽命。

德雷克方程看似并不復雜,但很難求解。因為方程里最大的不確定因素是科技文明的壽命,如人類現在科技文明的時間還只有幾百年,可以與地外通訊的時間只有100多年,如果把這個時間作為科技文明的話,只是地球年齡的一億分之四多點。未來的科技壽命還有多長呢?是幾百年還是幾千年,或者說長生不老,現在還不知道。

戴森球理論

戴森球理論是愛因斯坦曾經的副手、美國著名物理學家和數學家弗里曼·戴森提出的一種理論。他認為如果人類文明延續的足夠長,總有一天所需能量達到太陽全部的輸出能量,除了太陽本身,在太陽系任何地方都無法得到這種巨大能量,因此就必然要建設一個環繞太陽的裝置,能夠收集太陽的全部能量。

他的這種設想以名為《人工恒星紅外輻射源的搜尋》的論文發表在1959年《科學》雜志上,其核心內容就是人造一個巨大的球狀殼體裝置,包裹著太陽。這個裝置半徑約1.5億千米,也就是從太陽到地球軌道這麼大,這樣內壁就能夠將全部太陽輻射能收入囊中,通過核聚變裝置,轉換成人類所需科技發展和星際移民的能量。

這種球狀殼體裝置就叫戴森球,戴森球不但可以進行核聚變能量轉換,還可以在上面建設安裝人類居住的生活設施,未來的人類都將生活在戴森球上。

這是一個無法想象的浩大工程,經過計算,需要拆解掉太陽系所有行星和大大小小的天體都不夠,還需要將太陽系最多的氫和氦元素通過核聚變變成重金屬,才勉強能夠建成一個約20厘米厚,每平方公尺約600千克的殼體。

戴森球理論得到許多科學家的青睞,紛紛加入研究,發展延伸出許多種類的戴森球方案,主要有戴森殼、戴森云、戴森泡、戴森網等等。這些方式都是包裹太陽,但包裹的方式不一樣,有的是密閉全包裹,有的是有縫隙的包裹。

戴森殼實際上就是前面說的主流戴森球,這種戴森球很難抵抗重力和旋轉速度的拉扯力,戴森云則可以解決這個問題。所謂戴森云就是建造巨大數目環繞太陽的獨立結構,每個結構由太陽能收集衛星和空間定居點組成,這些裝置會有很多,就像環繞地球的白云一樣環繞著太陽。

這類結構的優勢是尺寸不固定,結構方式選擇性強,可以在一個很長時間段逐個建設,最終形成環繞太陽的戴森云,而能量聚集傳輸則采用無線方式。戴森云的劣勢是復雜的軌道模式可能會相互影響,增加了不穩定性和相互阻擋日光的日蝕現象,影響效率,且不能完全收集太陽能量。

戴森泡的設想類似于戴森云,也是由許多獨立結構組成,同樣可以分步長期建設。與戴森云不同的是采用巨大的太陽帆來收集太陽呢,太陽帆可以依靠接受太陽光壓來抵消太陽重力拉力,分布在太陽路徑的不同距離,太陽帆上牽掛著太陽能收集衛星,相互獨立且靜靜不動的收集太陽呢。

這個技術的難點是光帆的密度要求達到每平方公尺0.78克,而現在人類只能做到每平方公尺3克。這項技術的優勢是消耗的材料極少,整個包裹太陽的戴森泡總質量約需2.17*10^20千克,只要拆解一顆直徑560千米的小行星智神星就夠了。

戴森球理論雖然只是一個思想實驗,但許多科學家相信很可能是人類文明升級到二等時的必然途徑,而且有不少科學家對此作了論證,認為在未來100年就有可能要走這條路,而且是可行的。

戴森球理論還成為了科學界尋找外星人的一個依據。因為如果戴森球必然會導致恒星光芒大大下降,只要找到這種恒星,就可以證明宇宙中存在高等級文明。因此,從上世紀中葉開始,人們就利用射電望遠鏡掃描了成百上千萬顆恒星,企圖尋找銀河系戴森球存在的證據,

曾經有幾次驚喜發現,科學家認為找到了疑似戴森球的現象,但后來都被否定了,到現在還沒有找到戴森球確切存在的證據。

卡爾達舍夫等級

卡爾達舍夫等級是指前蘇聯天文學家尼古拉·卡爾達舍夫在1964年創立的一個理論,這個理論設想將宇宙文明分為三等,即一等文明為母星文明,二等文明為恒星文明,三等文明為星系文明。

文明等級的衡量度標是能量的消耗量,而且主要是指用于星際通訊或星際活動消耗的能量。卡爾達舍夫認為,根據不同文明所在的行星以及行星系統、星系不一樣,其文明等級的能量消耗標準也不一樣,以各自的實際狀況確定。

以地球人類文明為例,一等文明說的母星文明,就是指地球文明,達到這個等級的文明就能夠完全掌控地球的一切資源和能源,應對地球上一切災害;活動范圍在太陽系以內,可達地球附近星球;能量消耗量達到太陽輻射到地球的全部能量,即太陽總輻射量的22億分之一,約為1.75*10^17焦耳/秒。

二等文明說的恒星文明,是指太陽文明,達到這個等級的文明就能夠完全掌控太陽和太陽系的一切資源和能源,應對來自太陽系的一切災害;活動范圍可達太陽系每個角落以及周邊附近的恒星系統;能量消耗達到太陽的總輻射量,約為3.86*10^26焦耳/秒。

三等文明說的星系文明,是指銀河系文明,達到這個等級的文明就能夠完全掌控銀河系的一切資源和能量,可以應對來自星系的一切災害;這時的人類除了意識消散和宇宙大爆炸,幾乎成了不死之身,活動范圍可達星系團甚至更廣泛的星際空間;能量消耗達到銀河系的總輻射量,約為4*10^37焦耳/秒。

一些科學家經過對目前人類能源使用量的計算和分析,認為目前人類文明還只達到0.73等,要達到一等文明,能量利用還需要增加數千倍,需要200年的努力;要達到二等文明,能量利用還需要增加成千上萬億倍,還需要奮斗5000年。

這也是要實現二等文明必須建設戴森球的原因,除此之外任何能源都無法滿足這種需求。

三等文明被認為是神級文明,現在的人類完全無法想象,因此需要多久也無法知道。有科學家預測可能要億年以上,甚至更長的持續努力。要實現高等級文明的前提條件是,科技文明能夠持續足夠長的時間,不會被各種災害所毀滅。

科技文明是一把雙刃劍,既可以增強人類抵御災害的能力,也可能成為反人類團伙毀滅人類的武器。但總體上來說,人類文明等級越高,被災害毀滅的可能性就越小,長期延續的機率就越大。

當然,這個理論本身也只是一種猜想,且后來還出現了許多其他的有關宇宙文明的理論,如將宇宙文明分為四等、七等。但科學界最多認同的還是卡爾達舍夫的等級理論,而且采用這個理論廣泛用于尋找地外文明。

那麼,根據這四個理論,能得出結論了嗎?

還是不能,只能假定。鑒于上述理論,我認為地外文明存在的機率是很大的,但總體是十分稀有的。由于距離和文明種類、文明的持續時間等原因,文明之間很難相知,更難相遇,或許人類整個生存史都不會遇到所謂「外星人」。

這樣我們只能假定人類文明是宇宙中第一個文明,甚至可以說是唯一文明。當然,發現地外文明或「外星人」的機率雖然很小,但不等于零。既然如此,就有機會,或者明天就突然發現了,或者100萬年后,甚至更久遠才會發現。發現了,唯一文明的假設就破產了,但是不是第一文明呢?就要評比考證了。

通過對這四個有關外星人的科學理論,朋友們是不是對宇宙文明或所謂外星人有了更清楚的認識呢?請在評論區發表你的高見

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