應對“費米悖論”的五種著名假說

陳凱　張文娟

“那么，他們都在哪兒呢？”

20世紀50年代，物理學家費米在餐桌旁似乎隨意的一個問題，卻引出一個大討論。費米所說的“他們”，是指較之人類文明程度更高的外星智慧文明。假如考慮以下兩個假設，那么人類早應該和外星智慧文明有所接觸了。

假設之一：以宇宙非常古老的年齡，如果孕育了不止人類一種智慧生命的話，那么，人類成為宇宙中最早出現(xiàn)的智慧生命的概率是非常小的，在人類文明之前，應有許多個智慧文明存在。

假設之二：如在人類文明之前外星智慧文明已存在，那么其中一些文明應該有足夠多的時間開展星際旅行或其他途徑的信息聯(lián)絡。

然而現(xiàn)實卻是，人類至今都沒有確切的外星智慧文明存在的可靠證據(jù)。這便是著名的“費米悖論”。

費米的邏輯分析讓許多致力于搜尋外星智慧文明存在跡象的科學工作者彷徨。因為實在很難想象，人類果真就是宇宙中最早出現(xiàn)的智慧生命，或者其他智慧生命都忙著其他事情而對星際探索毫無興趣。但若費米的分析前提的確成立的話，那便著實讓人感覺疑惑。費米悖論提出后，陸續(xù)出現(xiàn)了多種假說試圖消解悖論，本文便搜集并整理了其中最為著名的幾種假說，并附帶提出一些個人的尚不成熟的想法。

動物園假說

“動物園假說”是應對費米悖論各種假說中最為著名的一種，但引發(fā)的爭議也最大。該假說認為，人類文明的發(fā)展可能尚處于非常低的層次，地球仿佛一個動物園，具有高層次智慧的外星人只在外部觀察人類的行為卻不以人類能夠感知或理解的方式加以干預。

少數(shù)持極端想法的人士干脆直接提出，地球乃至整個太陽系實際就是一個被高層次智慧文明設計的用于實驗目的的巨大動物園。當然，動物園的設計者有充分的能力讓園中絕大部分生物無法意識到這一點。

與“動物園假說”類似的還有“自然保護區(qū)假說”。這個假說認為，高層次智慧文明在探索宇宙時，以尊重和不干預其他文明的自然發(fā)展為原則，有意回避與這些文明的信息聯(lián)絡或直接接觸，有點像人類在地球上建立自然保護區(qū)的做法。高層次智慧文明建立保護區(qū)的目的，可能在于避免由于價值觀的沖撞從而影響和干擾低層次文明原本自然的發(fā)展形態(tài)。相對“動物園假說”，“自然保護區(qū)假說”更容易被人接受。

信息爆炸假說

此類觀點大致的意思是，宇宙中存在太多的信息，人類通過無線電發(fā)送的信息之所以收不到反饋，有多方面的原因。如，這種信息傳遞方式本身就太過原始，再如，可能人類發(fā)送的信息實在沒有太大的價值，高層次智慧文明對此毫無興趣，因為他們有更為重要的事情需要去做。江曉原曾發(fā)表文章指出，可能外星人“沒有必要和我們交往——就像我們不想和螞蟻交往一樣”。

美國作家喬治·埃里克·埃芬格在其科幻著作《萬事通的外星人，真真正正的無所不知》中，用通俗搞笑的方法對此假說進行了描述：

“我們接連幾十年想跟地外文明接上頭，可他們怎么從來不搭理我們？”一個俄國科學家抱怨說。

一個好心的外星人聳聳肩，說：“到處都是這種聯(lián)系信息，你們的信息相當于垃圾信件，沒什么價值?！?/p>

環(huán)境差異假說

美國“地外智慧探索基金”的特恩巴爾博士的工作之一，就是試圖在人類所能探測的范圍內(nèi)，尋找“最適合生命生存的恒星星系”。特恩巴爾博士指出，出于很自然的原因，這種搜索工作是以太陽系為參考標準的。然而，如果存在外星生命，他們可能以一種完全不同于地球生物的生命形態(tài)存在。如阿西莫夫曾指出，在其他星體上，高溫環(huán)境可能催生以硫為基質(zhì)的生命，低溫環(huán)境中則可能存在以氨為基質(zhì)生命。而一些持“多元生命假說”的學者則比阿西莫夫走得更遠，他們甚至認為生命不一定必須以有機體形式存在。

差異巨大的生命形式，可能成為不同文明進行直接星際交流的阻礙。但從理論上說，通過無線電通訊建立星際溝通渠道要比星際旅行容易得多。為什么人類至今沒有收到任何來自外星智慧文明的無線電信號呢？其中的原因是多樣的。如，人類選擇監(jiān)聽無線電信號的波段范圍是相當狹窄的，并且，來自外層空間無線電信號的數(shù)據(jù)量無比巨大，在其中濾檢有意義的信號是非常耗費時間的工作。而更極端的看法，是認為宇宵環(huán)境差異之大將破壞在空間中所傳遞信息的有效性。舉例說，人類于1974年從阿雷西博天文臺305米天線向M13恒星團發(fā)送的無線電信號，需要2.4萬年才能到達目的地，而這一過程中數(shù)據(jù)能否保持完整，是值得懷疑的。

值得進一步指出的是，宇宙環(huán)境差異之大，可能超乎現(xiàn)代人類能夠以思維進行合理理解的范圍。例如，“平行宇宙”理論就向我們描繪了一個異?；靵y的宇宙圖景。著名的《科學美國人》雜志于2003年第5期以封面文章形式登載的名為《平行的宇宙》的文章中（作者為賓夕法尼亞大學物理學與天文學教授馬克思·特格馬克），論述了四個層次的多重宇宙的特性。在這樣的宇宙圖景中，宇宙不僅數(shù)量上無限多，其具體形態(tài)也無限多，由于不同宇宙的物理形態(tài)可能是完全不同的，所以不同宇宙之間恐怕無法建立起一個確定性的聯(lián)絡通道。而人類所探索的宇宙之所以呈現(xiàn)當前的樣子，僅僅因為如此特性的宇宙才提供了一個適合人類生存和發(fā)展的時空，從而也給予人類探索當前這個宇宙的機會，這就是所謂的“人擇定理”。假如我們所尋找的地外文明處在一個完全不同的宇宙形態(tài)中，那么雙方建立溝通的可能性幾乎為零。

環(huán)境變化假說

美國伊利諾伊州費米加速器國家實驗室的詹姆斯·安內(nèi)斯博士提出過一個獨特的看法：人類之所以沒有外星人的信息，是因為我們的銀河系環(huán)境直到最近才適合生命的生存和發(fā)展，而即便只在幾億年前（相對宇宙年齡來說可能是很短暫的時間之前），銀河系還經(jīng)常受到伽馬射線爆發(fā)的輻射。因此，人類文明實際上和其他外星智慧文明處在大致相同的起跑線上。這就可以解釋為什么人類尚未與外星人接上頭了。

生命荒漠假說

美國天文學家弗蘭克·德雷克于1961年提出了“宇宙文明方程式”（又稱綠岸公式），用以分析判斷外星文明發(fā)生的概率，這就是著名的德雷克方程。將方程式的七個變量代入特定的估算值后，便可以得到銀河系中存在的智慧文明數(shù)量。由于某些變量很難獲得確定值，因此該方程不可能有精確解，樂觀的估計認為銀河系中存在大約2萬個智慧文明，而悲觀的估計則認為可能只存在幾個到幾百個智慧文明。

考慮到直徑達10萬光年左右的巨大的銀河系結(jié)構，智慧文明存在的數(shù)量越少，則文明之間的溝通也就越困難。假設兩個文明之間相隔500光年，那么即便以光速傳播的無線電信號，實現(xiàn)一次聯(lián)系也需要足足1萬年的時間。而人類文明從發(fā)明無線電至今，也不過區(qū)區(qū)100年的時間。在這樣一個生命荒漠中，星際文明間的交往無疑是極端困難的。

但還有另一個可能，就是地球恰巧處于一個生命荒漠地帶。相對銀河系中的生命繁榮地帶來說，太陽系實在太過偏遠，因此未被外星智慧文明充分注意。正如人類學家安東尼奧·佩雷斯所說：“世界上大約有5000多個土著群體，但亞馬孫地區(qū)和巴布亞新幾內(nèi)亞島上可能還有未被發(fā)現(xiàn)的原始部落?！毙⌒〉厍蛏星胰绱?，何況廣袤的宇宙了。

總結(jié)：這些假說都是科學嗎？

著名的科學哲學家卡爾·波普曾經(jīng)指出，判斷某一論述是否屬于科學的假設，需要考慮該論述能否被證偽。假如某個論述不存在被證明為錯誤的可能，那這個論述就不屬于科學假設。首先考慮“動物園假說”，可以發(fā)現(xiàn)，無論人類發(fā)現(xiàn)多少新的證據(jù)，都無法將這個肯定能夠自圓其說的假說駁倒，所以，按照卡爾·波普標準，該假說就沒有多少可供科學研究的價值了，而“信息爆炸假說”也同樣有不可被證偽的問題。至于“環(huán)境差異假說”、“環(huán)境變化假說”和“生命荒漠假說”，盡管都看似玄妙并且無法在近期加以證實，但的確提供了可證偽的可能，因此更值得關注。