从时空穿梭到平行宇宙，地球之外的36个外星文明

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图片来源@视觉中国

文 | 陈根

人类文明的进化史逃不开外星文明这一遥远又真实的命题。我们已经知道，在银河系中，有着一至两千亿颗恒星，而太阳只是其中普普通通的一颗。在整个宇宙中，星系的数量在十亿级以上，我们的银河系也只是其中普普通通的一个。

事实上，外星文明是否存在，科学上一直是有争论的。如果完全从常识出发进行推论，外星文明存在的可能性当然是无法排除的。在外星文明问题上发表过大量作品的卡尔·萨根认为，我们没有理由自诩为空前绝后或最理想的生物，因为“在宇宙戏剧中，我们不是主角。”

在此之前，一个简单的事实是：人类既没有发现外星文明存在的证据，也未能提供外星文明不存在的证据。

近日，英国诺丁汉大学天体物理学教授康塞利斯（Christopher Conselice）和韦斯特比（Tom Westby）在《天体生物学》网站（2020年4月）和《天体物理学》（2020年6月）杂志上发表了研究论文。研究给出的最新答案是：我们所处的银河系中至少有36个与地球相似的、活跃的、科技发达的智慧文明，或者说外星文明，甚至是另一个地球。

不过，因为距离地球太远，我们与外星文明接触的可能性极小，而这些外星文明是否存在或曾经存在过，可能将成为永远无解的谜。但最终，外星文明是否存在以及地球是不是银河系的孤独星球，这个古老的问题第一次有了具体的推测数字。

这个数字是怎么算出来的？

探索银河系还有多少星球上可能存在类似地球的文明，到目前为止最主要的工具是德雷克公式：

银河系中的高等文明数=恒星总数×恒星拥有行星系统的概率×行星系统中产生生命的概率×生命中产生智慧生命的概率×智慧生命进入技术时代的概率×技术时代的平均持续时间÷银河系年龄

这个公式由射电天文学家德雷克（Frank Drake）与卡尔·萨根（Carl Sagan）提出。1961年，美国科学院空间科学委员会请德雷克主持组织的第一次搜寻地外生命的学术会议上，这一公式被作为主题来讨论。

在这个公式中，银河系年龄有一个大致确定的数值，恒星总数是一个巨大的数值，中间各项则非常小，相乘之后就更小。由于中间各项数值都是估计的，因此当时推算的取值是在1000～100，000之间，萨根的估算则在1，000，000的量级。

只是对于宇宙的讨论总是争锋相对的，也有人所得估算之值在1～1000之间。若取值为1，就“证明”了外星高等文明不存在——因为这个1已经被我们地球占了。

当然这个“证明”远不是无懈可击的：首先，在逻辑上就有问题。我们从小学的课堂开始，就被告知宇宙是无限的，假如宇宙真是无限的，那么在无限的宇宙中就应该有无限个银河系。因此即使每个银河系中高等文明只有1个，全宇宙的高等文明也必有无限多个。要回避这个“无限”，除非将我们银河系中的高等文明数取作0。但是既然已经有了地球，就无法取作0了。其次，中间各项数值的估计随意性太大，很难有确切值。

更大的问题是，公式中的“生命”仅限于地球上的生命模式，而事实上，谁能排除生命还有其它模式（比如说不需要阳光、空气和水）的可能性？而在许多科幻电影中，生命的不同模式早已经司空见惯，比如影片《病毒》中的病毒，就是一种高智慧的外星生命，但是它们没有形体。

回到公式本身，这个公式包含7个因数，根据这些因数推算出银河系可能存在的、具有交流能力的智慧文明星球的数量，必须先确定所有的因数。

2013年，美国麻省理工大学（MIT）天体物理学家西格尔（Sara Seager）提出了她的公式，用来推算今后几年可能发现多少具有可探测生命迹象的行星。这个公式的因数包括可以观察的恒星数量，其中多少周围有行星围绕，其中能够被观察的有多少等等。

但无论是德雷克公式还是西格尔公式，都有一个致命的弱点，就是许多因数的数值无法确定，以至于没有多少量化计算的价值。这也是这两个看起来十分理想的公式却无法产生实际意义的运算结果的原因。

尽管如此，《大问题：宇宙》（The Big Questions:The Universe）一书作者克拉克（Stuart Clark）在书中指出，德雷克的公式最主要的用途是提供了一种思路，一个框架。这就为后来研究的假设提供了一个框架的基础。

为什么会是36个？

诺丁汉大学天体物理学家康塞利斯和韦斯特比在德雷克公式的基础上提出了新的思路，或者说用新的因数和假设前提调整了公式，得出的结论比“0-10亿之间”那种无意义的跨度更具体。

太阳是恒星，围绕恒星周转的行星，比如地球，在一定的条件下可以形成生命。他们的运算基于一组假设：假设银河系其他类似地球的星球上，智慧生命的形成和进化跟地球文明一样。那么行星诞生几十亿年后自然而然就会出现生命，然后不断进化。

根据天体生物学哥白尼原则，在必要条件都具备的情况下，一切都可能发生，包括从化学反应到星球形成。

假设智慧生命的形成有科学规律，而不是随意、随机、无规律，那么根据康塞利斯团队的计算，得出的结果是“至少36”，即银河系可能存在至少36个与地球文明类似的活跃的、具有交流能力的外星文明。

这个运算过程用到了天体生物学的哥白尼极限概念（Astrobiological Copernican Limits）。被称为天体生物学的哥白尼极限分强极限和弱极限。强极限包括一系列十分严格的限定条件，根据强极限假设，银河系中类地球行星形成后45亿到55亿年之间出现生命，过程参照地球。据此算出银河系目前可能具备交流技能的智慧文明星球的数量大约在4到211个，其中可能性最大的数值是36。

康塞利斯指出，这是保守估计。因为他们的计算中还有一个设定值，那就是地球文明开始向宇宙发出电波信号的时间，迄今为止大约100年。因为外星文明距离地球至少1.7万光年，地球人与外星人一对一接触、交流的情形最早也得再等6120年才可能出现，如果地球文明能延续到那一天的话。

不过，他们在论文中指出：“对外星智慧文明的搜寻不仅揭示了生命形式的存在，也为我们自己的文明将持续多久提供了线索。即使我们一无所获，我们也在探寻自己的未来和命运。”

弱极限是指一颗行星形成后至少经过50亿年才可能出现智慧生命，比如地球智慧生命出现的时间最多是50亿年前，或者是那之后的任何一段时间。

在较宽松的哥白尼理论弱极限假设下，康塞利斯团队推算出银河系目前至少有928个外星智慧文明。这意味着，在更近的距离内有更多的文明存在，探测一次需要大约700年。

从时空穿梭到平行宇宙

事实上，关于外星文明的话题，总是直接和时空旅行联系在一起的。因为用人类目前所能拥有的航行速度，进行恒星际航行是不可能的。所以那些想象中的外星来客，通常总是被认为已经拥有时空旅行的能力。

相对论表明，一个人如果高速运动着，时间对他来说就会变慢；如果他的运动速度趋近于光速，时间对他来说就会趋近于停滞——以光速运行就可以永生。那么再进一步，如果运动的速度超过光速（尽管相对论假定这是不可能的），会发生什么情况？推理表明，时间就会倒转，人就能够回到过去，即诸多科幻片里的时间机器。当然这只是从理论上来说，因为事实上，人类至今所能做到的最快的旅行，其速度也是远远小于光速的，更别说超光速旅行了。

基于超光速旅行衍生出了“虫洞”概念。“虫洞”（wormhole）作为一个天体物理学中的术语，原是出于比喻。在天体物理学中，“虫洞”的意思，按照史蒂芬·霍金在《时间简史》（A Brief History of Time）中的通俗解释是这样的：“虫洞就是一个时空细管，它能把几乎平坦的相隔遥远的区域连接起来。……因此，虫洞正和其他可能的超光速旅行方式一样，允许人们往过去旅行。”说得更直白一点，虫洞可以让人从一个世界（时空）到达另一个世界。

在现今的科学理论框架中，最著名的是爱因斯坦于1917年发表的引力场方程。这个方程式的左边表达的是时空的弯曲情况，而右边则表达的是物质及其运动。即物质告诉时空怎么弯曲，时空告诉物质怎么运动。通过求解这个方程，许多令人惊异的景象开始展现出来。

今天在科幻作品中常见的“黑洞”、“镜像宇宙”等观念，都是求解爱因斯坦引力场方程带来的结果。而“爱因斯坦一罗森桥”则是通往镜像宇宙的通道。最初，爱因斯坦和罗森认为这个通道是不可能通过的（一切物质都将在这个通道中被压碎），然而1963年克尔（Roy Kerr）得出一个解，表明有可能存在着可以通过的爱因斯坦一罗森桥，这时它就变成一个“虫洞”——通往另一宇宙的通道。

与这种景象相对应，并且能够从理论上解决时空旅行对因果律可能造成的挑战的，是所谓的“多世界”（“平行宇宙”，parallel universes）理论。这一理论认为，在回到过去的时间旅行中，有可能产生新的平行的世界。这种具有无限可能性的“多世界”景象，对人类来说或许是一种希望——因为这样的话选择一个怎样的未来世界就可以取决于人类自己（影片《回到未来》中博士对马丁说“未来是不确定的”就是此意）。

我们应该拥抱外星文明吗？

人类对时空穿梭和对平行宇宙的好奇推动着对外星文明的探索。但实际上，对外星文明的探索是学界长久争论的问题——我们是否应该探索外星文明？我们是否应该拥抱外星文明？

主张与外星文明接触的科学界人士，从20世纪6O年代开始，推动了一系列SETI（以无线电搜寻地外文明信息）计划和METI（主动向外星发送地球文明信息）计划。这样做的主要理由，是他们幻想地球人类可以通过与外星文明的接触和交往而获得更快的科技进步。很多年来，在科学主义的话语体系中，中国公众只接触到这种观点。

而反对与外星文明交往的观点，则更为理智冷静，更为深思熟虑，也更以人为本，半个多世纪以来西方学者在这方面做过大量的分析和思考。比如以写科幻作品著称的科学家布林（D．Brin）提出猜测说，人类之所以未能发现任何地外文明的踪迹，是因为有一种目前还不为人类所知的危险，让所有其他外星文明都保持沉默——这被称为“大沉默”。在此情形下，人类向外太空发送信息，暴露自己在太空中的位置，就很有可能招致那些侵略性文明的攻击。

对地外文明的探索，表面上看是一个科学问题，但本质上却不是科学问题，而是人类自己的选择问题。我们以前的思维习惯，是只关注探索过程中的科学技术问题，而把根本问题（要不要探索）忽略不管。

但无论争议如何，现下关于地外文明的探索已经成了学界的一个重要研究方向。当我们从宇宙的幻想回归现实时，我们起码能再次认识到宇宙的广袤和浩瀚，这或许能从另一个角度让我们更加敬畏生命与永恒。