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費(fèi)米悖論與宇宙大寂靜

2024-05-15 06:53:13王爽
讀者 2024年10期
關(guān)鍵詞:費(fèi)米銀河系星際

王爽

恩利克·費(fèi)米是20世紀(jì)物理學(xué)界的一位巨人,綽號(hào)“核時(shí)代的建筑師”。無(wú)論是理論還是實(shí)驗(yàn),他都有登峰造極的造詣。比如,在理論方面,他因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了弱力,在37歲那年就獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。而在實(shí)驗(yàn)方面,他造出了世界上第一個(gè)核反應(yīng)堆。

當(dāng)?shù)谝活w原子彈在美國(guó)新墨西哥州沙漠里試爆時(shí),費(fèi)米就待在離試爆點(diǎn)不遠(yuǎn)的一座觀察哨所里。當(dāng)爆炸的沖擊波傳來(lái)時(shí),費(fèi)米做了一個(gè)非常傳奇的實(shí)驗(yàn):他從口袋里掏出一把紙片,撒向空中,這些紙片被沖擊波吹到了他身后約兩米遠(yuǎn)的地方。就是利用這個(gè)簡(jiǎn)單到不能再簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn),費(fèi)米第一時(shí)間估算出了原子彈的爆炸威力,大概相當(dāng)于2萬(wàn)噸TNT炸藥爆炸的威力。這個(gè)用一把紙片估算出來(lái)的數(shù)字,竟與后來(lái)美軍用精密儀器測(cè)出的結(jié)果相差無(wú)幾。

1950年的一天,費(fèi)米和幾個(gè)同事一起去餐廳吃午飯。途中,大家東聊西聊,就聊到了當(dāng)時(shí)在美國(guó)特別熱門的UFO話題。費(fèi)米一直一言不發(fā)。但在吃午飯時(shí),他突然大聲驚呼道:“那么他們(外星人)都在哪兒呢?”

這個(gè)問(wèn)題聽(tīng)起來(lái)似乎有點(diǎn)無(wú)厘頭,但事實(shí)上,這是一個(gè)極端深刻的問(wèn)題,以至于后人把它稱為“費(fèi)米悖論”。

費(fèi)米悖論提出了兩個(gè)基本假設(shè)。假設(shè)一:外星人在宇宙中普遍存在。假設(shè)二:一些高度發(fā)達(dá)的外星文明具備星際旅行的能力。

這兩個(gè)假設(shè)聽(tīng)起來(lái)都特別合理。很難想象,在至少擁有1018億顆恒星的浩瀚宇宙中,地球是唯一的生命綠洲。也很難相信,所有的智能生命都會(huì)被困在自己的行星上,無(wú)法到其他的世界去看一看。但費(fèi)米悖論說(shuō)的就是這兩個(gè)看似特別合理的假設(shè),卻會(huì)導(dǎo)向一個(gè)極端荒謬的結(jié)論。

我們就以銀河系為例。目前的天文觀測(cè)表明,銀河系已經(jīng)存在了超過(guò)100億年,其直徑約為20萬(wàn)光年,擁有超過(guò)1000億顆恒星。

如果費(fèi)米悖論的假設(shè)一是對(duì)的,我們不妨假設(shè)1%的恒星擁有像地球一樣的宜居行星。這樣一來(lái),整個(gè)銀河系中將擁有10億個(gè)生命綠洲。

如果假設(shè)二是對(duì)的,那么就有智能文明可以進(jìn)行星際旅行。就算他們只能像《流浪地球》中那樣以1%的光速旅行,那他們也只要花2000萬(wàn)年就可以穿越整個(gè)銀河系。

現(xiàn)在讓我們把這兩個(gè)假設(shè)合在一起。假設(shè)這10億個(gè)文明世界,有一億分之一的概率進(jìn)化成能進(jìn)行星際旅行的超級(jí)文明,那么在100多億年的時(shí)間里,這10個(gè)超級(jí)文明理論上足以殖民整個(gè)銀河系超過(guò)5000次。換言之,它們至少可以建立5000個(gè)銀河帝國(guó)。

這意味著,我們看到外星人的概率,應(yīng)該比我們看到外國(guó)人的概率還要高!

而費(fèi)米悖論問(wèn)的是,那些外星人都在哪兒呢?

費(fèi)米悖論告訴我們,那兩個(gè)基本假設(shè),至少有一個(gè)是錯(cuò)的。

如果假設(shè)一是錯(cuò)的,就會(huì)得出所謂的“稀有地球假說(shuō)”。其核心觀點(diǎn)是,地球是宇宙中唯一的生命綠洲。

一般認(rèn)為,地球之所以能孕育生命,是因?yàn)樗瑫r(shí)滿足以下7個(gè)條件:1.銀河系中心相當(dāng)平靜,沒(méi)有處于危險(xiǎn)的活動(dòng)狀態(tài);2.太陽(yáng)系與銀河系中心距離適中,位于所謂的星系宜居帶內(nèi);3.太陽(yáng)的質(zhì)量適中,既不是溫度很高還特別短命的藍(lán)巨星,也不是溫度很低還常常爆發(fā)超級(jí)耀斑的紅矮星;4.地球是一顆“金發(fā)女郎行星”,處于能讓液態(tài)水存在的恒星宜居帶內(nèi);5.地球有木星這個(gè)保護(hù)神,從而避免了大量小行星和彗星的撞擊;6.地球很偶然地獲得了月球這個(gè)大型衛(wèi)星,從而擁有了穩(wěn)定的自轉(zhuǎn)軸及合適的自轉(zhuǎn)速度;7.地球擁有合適的大氣和磁場(chǎng),從而阻止了液態(tài)水的蒸發(fā),并把危險(xiǎn)的太陽(yáng)風(fēng)拒之門外。

稀有地球假說(shuō)認(rèn)為,在整個(gè)宇宙中,只有地球能同時(shí)滿足這7個(gè)條件。如果其他的系外行星上都沒(méi)有任何生命,費(fèi)米悖論自然就迎刃而解了。

如果假設(shè)二是錯(cuò)的,就會(huì)得出所謂的“大過(guò)濾器假說(shuō)”。其核心觀點(diǎn)是,沒(méi)有任何一個(gè)文明能發(fā)展到星際旅行的階段。

為了便于理解,你不妨把智能文明的進(jìn)化當(dāng)成是一款有很多關(guān)卡的大型游戲。每一關(guān)的最后都有一個(gè)特別難對(duì)付的大BOSS,即所謂的大過(guò)濾器。如果打不贏某一關(guān)的BOSS,文明的進(jìn)化就會(huì)卡在這一關(guān),而無(wú)法進(jìn)入下一關(guān)。

大過(guò)濾器假說(shuō)認(rèn)為,把守著最后一關(guān),也就是星際旅行關(guān)的,是一個(gè)特別恐怖的大BOSS,不管什么文明都打不贏。因此,沒(méi)有任何一個(gè)文明能進(jìn)行星際旅行。這樣的話,費(fèi)米悖論也就不再是問(wèn)題了。

無(wú)論是稀有地球假說(shuō),還是大過(guò)濾器假說(shuō),都會(huì)得出一個(gè)共同的結(jié)論——“宇宙大寂靜”。

你可以把宇宙想象成一片狂暴而黑暗的大海,智能文明就是漂浮在大海上的一座座小小的孤島。由于永不停歇的驚濤駭浪,沒(méi)有哪個(gè)智能文明可以制造出能在海上航行的船。因此,他們永遠(yuǎn)感知不到其他智能文明的存在。這種孤獨(dú)而絕望的處境,就是所謂的宇宙大寂靜。

如果宇宙大寂靜的設(shè)想是對(duì)的,那么所有的智能文明都將注定被永遠(yuǎn)困在自己的孤島上。他們只能悄悄地誕生,悄悄地興盛,悄悄地衰敗,最后悄悄地滅絕。

人類很可能會(huì)被永遠(yuǎn)困在地球這座孤島上,沒(méi)有和其他智能文明接觸的機(jī)會(huì)。那么人類應(yīng)該做些什么來(lái)面對(duì)宇宙大寂靜的永恒孤獨(dú)呢?是爾虞我詐、以鄰為壑,還是聚在一起、抱團(tuán)取暖?

(其 數(shù)摘自清華大學(xué)出版社《宇宙奧德賽:穿越銀河系》一書(shū),小黑孩圖)

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