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新研究暗示,智能外星人可能極為罕見,我們真的孤獨嗎?

2024-08-23科學

宇宙中的生命,要麽無處不在,要麽寥寥無幾。這是一項新研究的結論,它用概率邏輯重新審視了德雷克方程式,為我們尋找外星智慧生命(SETI)提供了新的視角。

通常,SETI領域的科學家們認為,如果我們能探測到技術上高度發達的外星生命,那麽宇宙中可能存在許多外星生命形式,而不僅僅是我們自己和新發現的外星生命。

在這篇新論文中,來自哥倫比亞大學和悉尼大學的天文學家大衛·基平糊積倫特·路易士,基於1932年生物學家和數學家J.B.S.霍爾丹首次提出的概率分布,解釋了這一邏輯。他們設想了一群類似地球的系外行星,這些行星在特征上非常相似。考慮到它們之間的微小差異,我們預期生命要麽在所有這些行星上出現,要麽一個也沒有。沒有明顯的理由會讓這些幾乎相同的行星中只有一半支持生命。

這一邏輯可以用一個U形圖來表示,其中y軸代表概率,x軸代表有生命的行星比例。U形的兩個尖端分別代表沒有或很少有生命行星的情況,以及有很多生命行星的情況。U形的谷底,代表低可能性,意味著有一半的行星有生命。

基平糊路易士將霍爾丹的邏輯套用到了著名的德雷克方程式上。德雷克方程式由天文學家法蘭·德雷克在1961年首次SETI會議前開發,用於估計銀河系中技術生命形態的數量。這個方程式包含七個變量,包括恒星形成率、有行星的恒星比例、潛在可居住行星的數量、演化出生命的行星比例、發展出智能生命的行星比例、具有交流能力的生命比例,以及文明的平均壽命。

盡管我們對外星生命的出生率和死亡率知之甚少,但基平糊路易士指出,德雷克方程式的前六項描述了他們所說的外星技術實體(ETI)的「誕生」。他們用ETI這個詞來指代技術外星生命,巧妙地避開了「文明」、「物種」和「智能」等術語,這些術語在定義上存在問題,也可能在描述外星生命時不準確。而方程式的最後一項L,與ETI的「消亡」或消失有關。

透過這種方式重新解讀德雷克方程式,基平糊路易士將公式簡化為:銀河系中ETI的時間平均數量等於ETI的出生率乘以其死亡率。

「我們方法的美妙之處在於它完全通用,」這意味著我們不需要擔心我們不知道的德雷克方程式的項。

基平糊路易士假設了一個穩態德雷克方程式,其中出生和死亡率在一個平衡中大致相等,這是在足夠時間過後不可避免地達到的。然後,他們透過一個稱為占據分數的特征F將這與霍爾丹先驗聯系起來。在系外行星的例子中,F的高值意味著每個行星都有生命,而F的低值則意味著沒有行星有生命。

SETI科學家面臨的問題是,基於目前的觀測,F可能不在1附近;否則,我們早就註意到我們並不孤單了,假設智能外星人擅長在銀河系中傳播,建造巨型結構並行出無線電訊號。這意味著,如果我們真的不孤單在宇宙中,那麽占據分數必須更接近0.5,將它放在U形曲線的不太可能的谷底。基於那個U形,我們可能相對孤獨——宇宙中其他地方的技術生命是罕見的。

然而,基平糊路易士並不主張放棄SETI。如果我們暫時忽略缺乏證據,穩態德雷克方程式預測一個擁擠的宇宙和我們孤獨的宇宙一樣有可能。對於一個擁擠的宇宙,占據分數必須接近1,也許在某些情況下這仍然是可能的。也許ETI待在它們自己的區域,我們的太陽系恰好在一個還沒有人傳播的區域。那將意味著外星人相當遠,我們圍繞附近恒星尋找他們的策略是錯誤的。這些有人居住的區域可能在其他星系中更容易被探測到。

或者,也許星際旅行和建造巨型結構太困難了,或者甚至不是由生活在更節儉、不那麽殖民地存在方式的ETI所渴望的。關於缺乏無線電或光訊號探測,SETI到目前為止幾乎沒有資源進行特別全面的搜尋,我們可能已經錯過了一個訊號。

也有可能存在大量復雜生命,但技術生命的發展是罕見的。

也有可能ETI的出生和死亡率根本就沒有達到穩態,這意味著還有時間讓新的ETI出現並增加占據分數。然而,考慮到宇宙的年齡和ETI的有限壽命,這似乎不太可能。

這項研究目前可作為預印本獲得,並已送出給國際天體生物學雜誌進行同行評審發表。