考虑到我们的太阳系与宇宙的其他部分相比相当年轻——大约只有45亿年历史，而外星人则有138亿年历史——而且只要有足够的时间，星际旅行可能相当容易实现，因此地球应该已经被外星人访问过了。
这个悖论因诺贝尔物理学奖获得者恩里科·费米而得名，据说他在1950年的一次午餐闲聊中提出了上述观点。其含义此后几十年一直让天体生物学家和其他科学家苦苦思索。
加利福尼亚州山景城搜寻地外文明研究所 (SETI) 的代表在费米悖论解释中写道：「费米意识到，任何文明只要拥有适度的火箭技术，加上适度的帝国激励，就能迅速殖民整个银河系。在几千万年内，每个恒星系统都可能被纳入帝国的羽翼之下。几千万年听起来像是一个漫长的过程，但实际上，与银河系的年龄相比，这相当短暂，银河系的年龄大约是其一千倍。」
费米于1954年去世，因此对这一想法的探索和阐释就落到了其他人身上，例如迈克尔·哈特，他于1975年在【皇家天文学会 (RAS) 季刊】上发表了一篇题为「地球上没有外星人的解释」的文章（有人说这是第一篇探讨费米悖论的论文，尽管这种说法有点难以证明）。
费米悖论——外星球的图形说明，其中有巨大的岩石结构和海洋，天空中还有明亮的橙色太阳。艺术家描绘的TRAPPIST-1系统中一颗行星的表面，该系统拥有七颗与地球大小相近的行星
哈特在论文摘要中写道：「我们观察到，目前地球上没有来自外太空的智慧生物。这一事实可以用我们银河系中没有其他先进文明的假设来解释。」
然而，他指出，需要对生物化学、行星形成和大气层进行更多的研究，以更好地缩小答案范围。
哈特认为，没有发现来自外太空的智慧生物很可能是由于外星智慧生物的缺乏。但他也列出了另外四种可能的解释：
1.外星人从未来到地球是因为「导致太空旅行无法进行」的物理困难，这可能与天文学、生物学或工程学有关。
2.外星人只是选择永远不来拜访我们。
3.地球以外的先进文明兴起的时间太短，外星人无法到达我们这里。
4.外星人过去曾经访问过地球，但我们没有观察到他们。
杜兰大学物理学教授弗兰克·蒂普勒于1980年在【RAS 季刊】上发表了一篇题为「外星智慧生物不存在」的论文，进一步阐述了哈特的观点。这篇论文的主要内容是讨论如何获取星际旅行所需的资源，他认为星际旅行可以通过某种具有自我复制能力的人工智能从一个星系移动到另一个星系，在旅行过程中复制自己来实现。
由于地球上从未发现过如此先进机器的证据，蒂普勒认为我们很可能是地球上唯一的智慧生物。他在1980年的论文中还写道，那些相信外星智慧生物的人与UFO（不明飞行物）爱好者相似，因为双方都相信「某种奇迹般的星际干预将拯救我们自己。」
如今，外星智慧生物的话题非常热门，每年都有来自不同研究小组的多篇论文发表。正在进行的系外行星革命也推动了地球以外可能存在先进文明的想法。
宇宙非常广阔，而且古老。各种望远镜收集的数据显示，可观测宇宙的宽度约为920亿光年（并且一直在不断增长）。单独的测量表明，它大约有138.2亿年的历史。
因此，外星文明有足够的时间来出现和传播——但他们也可能必须跨越巨大的宇宙鸿沟才能到达我们这里。
当费米发表他那句著名言论时，科学家们唯一知道的行星就在我们自己的太阳系中。但在1992年，天文学家发现了围绕着一颗密度极高的恒星残骸（被称为脉冲星）运转的行星。几年后，第一颗围绕类太阳恒星运转的系外行星被证实。
目前已确认的系外行星超过5000颗，而且每年都有更多行星被发现。外星世界的数量之多表明整个宇宙中可能存在大量生命。
随着时间的推移，借助更先进的望远镜，科学家将能够探测一些附近系外行星大气的化学成分。然而，「附近」是一个相对术语；已知最近的系外行星Proxima b距离我们约4.2光年，大约40万亿公里。
最终目标是了解岩石行星在其母星「宜居带」中形成的频率，传统上，宜居带被定义为行星表面可以存在水的轨道距离范围。然而，宜居性不仅仅与水有关。还必须考虑其他因素，例如主星的活动和行星的大气成分（还有其他原因导致人们越来越认为传统定义的宜居带过于简单。例如，我们太阳系中的冰卫星，如木星的木卫二和土星的土卫二，位于宜居带之外，其地下海洋中可能仍有生命）。
尽管存在这些警告，但似乎确实有大量宜居空间。例如，2013年11月的一项研究使用美国宇航局开普勒太空望远镜的数据表明，五分之一的类太阳恒星在宜居带内拥有一颗与地球大小相近的行星。几个月后，开普勒科学家公布了715颗新发现的行星，其中许多行星都是使用一种名为「多重验证」的新技术确认的，该技术部分基于概率逻辑（从恒星表面穿过或对其产生引力的物体更有可能是行星而不是伴星，因为近距离的伴星可能会随着时间的推移破坏整个系统的稳定性）。
然而，类太阳恒星只是银河系中的少数，大约四分之三的银河系恒星都是小型、昏暗的红矮星。天文学家已经发现多个岩石星球围绕红矮星的宜居区旋转，例如Proxima b，以及TRAPPIST-1系统中的三颗行星，该系统距离地球约39光年，总共拥有七颗岩石星球。但目前尚不清楚这些行星的宜居程度，因为红矮星极易发生挥发，尤其是在年轻时。因此，恒星喷发可能会迅速炸毁年轻「宜居区」红矮星行星的新生大气层，使生命很难在那里立足。科学家表示，需要进行更多研究才能更好地了解这些恒星以及生命在它们周围生存的能力。
研究人员正在获得更多工具来开展此类工作。例如，NASA的凌日系外行星勘测卫星(TESS) 于2018年4月成功发射，并很快从同年年底退役的开普勒手中接过了接力棒。该机构备受期待、耗资100亿美元的詹姆斯韦伯太空望远镜计划于2021年12月发射，它将执行许多其他任务，其中包括在附近系外行星的空气中寻找潜在的生物特征气体。欧洲航天局的PLATO（行星凌日和恒星振荡）任务预计将于2026年发射。三座强大的地面天文台——极大望远镜、巨型麦哲伦望远镜和三十米望远镜——也计划在本世纪晚些时候投入使用。还有一个雄心勃勃的项目，名为「突破摄星」，旨在利用大量微型激光航行纳米探测器近距离研究Proxima b和其他附近的行星。如果技术发展顺利，第一艘这样的星际机器人飞船可能会在2050年左右发射。
此类任务和仪器将帮助科学家充实他们对天体生物学的理解，而天体生物学目前仍处于相对初级的阶段。例如，我们甚至不知道在我们自己的后院是否有适合生命生存的星球。地球上的研究表明，微生物可以在极端环境中生存，这表明微生物生命很可能存在于火星、木卫二、土卫二和/或土星的巨型卫星土卫六上。但我们对这些星球的探索还远远不够深入，无法确定。
这是艺术家绘制的美国国家航空航天局 (NASA) 的开普勒太空望远镜搜寻系外行星的图画
然而，费米悖论的眼界比微生物要大得多。要解决它，我们不仅需要知道外星球上生命进化的普遍程度，还需要知道它们获得与其他智慧生命形式交流或在星际间航行的能力和意愿的频率。
德雷克方程估计了可探测到的外星智慧文明的数量。用SETI研究所的话来说，这个方程——写为「N = R* x fp x ne x fl x fi x fc x L」——有以下变量： 「
N：银河系中可探测到电磁辐射的文明数量。
R*：适合智慧生命发展的恒星的形成率（每年数量）。
fp：具有行星系统的恒星的比例。
ne：每个太阳系中具有适合生命生存环境的行星的数量。
fl：适合生命生存的行星的比例。
fi：有生命存在的行星中，出现智慧生命的部分。
fc：开发出可产生可检测存在迹象的技术的文明比例。
L：此类文明产生此类迹象的平均时间长度（年）。」
目前还无法确定这些数值，因此很难做出预测。因此，费米悖论是猜测的沃土，多年来，科学家和普通人提出了数百种可能的解释。
这些想法涉及的范围非常广泛。例如，2015年，科学家分析了哈勃太空望远镜和开普勒太空望远镜的数据，得出结论，地球可能是一个相对而言比较早出的星球。研究人员确定，在大约45亿年前地球形成时，宇宙中所有可能存在宜居星球中只有8%存在。所以这是对悖论的一个可能解释：外星人会来，但还要过一段时间。
又或许生命太过脆弱，无法长久存活。2016年的一项研究表明，岩石行星早期的历史非常有利于生命的存在，生命通常可能在行星冷却并出现液态水后的5亿年左右开始出现。我们地球的历史似乎支持了这一结论；有（有争议的）证据表明，生命大约在41亿年前就已出现，而生命肯定是在38亿年前形成的。但由于失控的温室效应（就像很久以前在金星上发生的那样）或其他气候变化，这些美好时光可能不会持续太久。
「在早期的热脉冲、冰冻、挥发性物质含量变化和失控的正反馈之间，维持宜居带内最初潮湿的岩石行星上的生命可能就像试图骑一头野牛。大多数生命都会消亡，」研究人员阿迪亚·乔普拉和查理·莱恩韦弗在发表于【天体生物学】杂志的研究中写道。「生命在宇宙中可能很稀少，不是因为开始很难，而是因为宜居环境在最初的十亿年内很难维持。」
或者瓶颈可能来得更晚。许多思想家认为，文明在掌握技术后不久可能会走向灭亡。地球再次为这一假设提供了一些支持：1962年古巴导弹危机期间，人类险些陷入核战争，而我们可能正在通过人为气候变化毁灭我们自己以及地球上的许多其他生命。
还有许多其他因素需要考虑。例如，行星科学家艾伦·斯特恩（NASA新视野号冥王星任务负责人）最近提出，银河系中最常见的生命生存环境可能是地下海洋，例如土卫二和木卫二的海洋。在这样的地方进化的生物似乎不太可能发展出宇宙飞船；事实上，它们中的许多甚至可能不知道还有其他世界可供探索。
外星人的心理也可能起到一定作用。例如，也许外星文明有很多，但大多数都不想与我们交流或访问地球。也许地球及其居民对他们来说还不够有趣——除非人类表现出足够的智慧和优点，才能被纳入「银河俱乐部」。
或者也许大多数聪明的外星人通常都保持沉默，担心与宇宙邻居接触会导致他们自己被奴役或毁灭。包括已故的斯蒂芬·霍金在内的许多研究人员都援引了这种可能性，认为人类不应该积极宣传自己的存在。
然后，寻找外星智慧文明也存在后勤困难。宇宙浩瀚无垠，古老得令人难以置信。人类出现才20万年，而我们自1960年起就开始监听来自外星的可能无线电信号。因此，我们在时间和空间上与可探测到的外星文明重叠的可能性似乎并不大。
大多数研究人员表示，费米悖论可能没有单一的解决方案。多种因素（可能包括上面讨论的一些因素）可能是造成我们目前面临的「巨大沉默」的原因。这些因素的性质可能很快就会开始变得更加清晰。
例如，假设科学家在火星、木卫二或我们太阳系的其他星球上发现了过去或现在微生物生命的证据，并且这些生物代表着「第二次起源」——与地球上的生命完全不同。这样的发现将有力地表明生命在整个宇宙中诞生并不困难，让研究人员可以从冗长的列表中划掉一个可能的费米悖论解释。
与专家探讨费米悖论
我们向伦斯勒理工学院的海蒂·乔·纽伯格教授询问了有关费米悖论的几个问题。
伦斯勒理工学院物理学、应用物理学和天文学教授海蒂·乔·纽伯格
海蒂·乔·纽伯格是一位天体物理学家，目前正在研究银河系的结构。她在天体物理学领域进行了多项研究，包括恒星、超新星以及我们的星系和其他星系。她最近获得了NASA的资助，致力于研究一种替代传统望远镜的方法来探测可能支持生命的系外行星。
现代研究人员是否倾向于接受费米悖论的前提——即，如果我们的星球之外存在智慧生命，那么他们很可能已经联系或到达地球了？
我不能代表所有人说话，但我不相信这个前提。因为地球是我们所知的唯一存在生命的星球，所以我们只能根据这里生命的进化方式进行猜测。
地球形成于大约46亿年前。地球上的生命至少始于35亿年前，因为人们已经发现了这个时代的化石，但更简单的细胞预计形成的时间比这更早。地球上的生命可能在条件允许液态水普遍存在后很快开始。另一方面，拥有多个细胞的生命直到大约10亿年前才出现，而人类在2亿年前才进化。据我们所知，人类是地球上唯一思考宇宙中正在发生的事情的生命形式，并且可能与其他生命进行交流。第一台望远镜是在大约400年前发明的，第一艘太空探测器是在不到100年前发射的。
从中得到的启示是，简单生命（如单细胞生物）可能很容易创造，但复杂生命则更难，试图与宇宙其他地方的生命进行交流的生命可能极其罕见。虽然寻找外星生命和与外星生命进行交流的技术一旦开始，在宇宙的时间轴上似乎发展得非常快，但我们不知道现代人类作为一个物种能存活多久。
是否存在一种普遍接受的方法来解决费米悖论？
我怀疑除了指出我们对高度进化的智慧生命知之甚少这一事实之外，是否存在一种普遍接受的解决费米悖论的方法。我们不知道它有多稀有，一个文明能持续多久，它有多大可能愿意或不愿意与我们交流，它有多大可能在银河系中传播，或者我们如何相互识别和理解。在没有任何真实信息来弄清楚这一切的情况下，似乎有很多可能性可以解决这个问题。
在评估费米悖论时，重要的是要考虑银河系的广阔空间。光到达最近的恒星需要四年多的时间。如果一艘火箭飞船以每小时3.2万英里的速度行驶，那么到达那里需要超过33000年。光从太阳到我们银河系中心的旅行时间为30000年。火箭的旅行时间为1.7亿年。目前还完全不清楚生命是否愿意或能够穿越这样的距离来繁衍生息。如果尝试的话，目前还不清楚是否有合适的地方让生命着陆和繁衍生息。在整个银河系中传播生命可能比费米想象的要困难得多。
研究系外行星（特别是可能适宜居住的行星）的研究人员通常会考虑费米悖论吗？
现代研究人员在寻找潜在宜居行星时，通常会使用西格尔方程来计算发现生命的可能性。这是德雷克方程的更新版本，后者是1961年人们所寻找生命的总结。请注意，其中一个关键区别是，西格尔方程询问我们能找到多少颗行星，这些行星上的生命改变了大气层（例如通过光合作用），而德雷克方程计算的是发出可探测无线电波的文明数量。在20世纪，SETI计划寻找这些文明，但没有发现这些文明的信号。
因此，你可以看到，讨论的重点已经转向寻找不一定是智慧生命的生命——地球历史告诉我们，这种生命更有可能被发现。我偶尔会教系外行星和生命课，我使用的教科书没有提到费米悖论。我预计大多数研究人员目前不会考虑这个问题。目前的研究对象是系外行星、有液态水的宜居系外行星，以及不一定是智慧生命的迹象。
当前的研究有哪些方法可能最终解决费米悖论？
随着我们对系外行星的了解越来越多，我们越来越有可能对生命存在的可能性及其传播的可能性做出统计陈述。这一悖论的基础在于，银河系中有数千亿颗恒星，而恒星数量如此之多，其中一颗恒星上一定存在其他智慧生命。但我们真的没有办法评估这是否属实。
六吨沙子中含有数千亿颗沙粒。因此，认为其中至少有一粒沙粒是由铀构成的似乎是合理的。但我们不会在海滩上寻找铀，因为如果那里有铀，它会溶解在水中并被冲走。仅仅拥有大量物体并不意味着这些物体的所有可能性都一定存在。
目前的实验正在告诉我们有多少颗系外行星，这些行星上的条件如何，系外行星的表面温度是否适合液态水存在，以及可能有多少颗系外行星的大气丰度有利于生命存在。我们正在努力寻找其他星球上的任何生命。这些信息将为我们提供一些基础，以便推断其他地方形成技术文明的可能性，并告诉我们他们可能需要走多远才能找到最近的宜居星球，在那里他们可以建立殖民地。
