宇宙大沉默之谜

他们在哪儿呢？

估计很多人都看过著名的科幻小说《三体》，这部科幻小说的第二册有个副标题，叫“黑暗森林”，很多人看完之后都会觉得印象深刻。然而，可能你们没有注意到，在小说中，作者借主人公的口，解释完黑暗森林理论后，接着说了一句这就是“费米悖论”的解释。而这个著名的费米悖论，正是我们今天要谈论的话题，宇宙大沉默之谜。

费米悖论

我们要先从费米悖论开始讲起。费米是意大利科学家，二战期间为了躲避法西斯的迫害，逃亡到了美国。他在美国可以算是家喻户晓的著名科学家，因为他主导研发了世界上第一个受控核反应堆。这个反应堆就是原子弹工程的起步阶段，为原子弹的制造奠定了基础。两位获得过诺贝尔奖的华人科学家杨振宁和李政道都曾经受教于他。

既然叫费米悖论，就是因为这是费米先生弄出来的一个悖论。这个故事大致是这样的，1950年的一天，费米和几个同事，在一起吃午餐的时候，偶然聊起了最近的新闻。从1947年罗斯威尔事件以来，不明飞行物是当时的热门话题。很多人声称自己看到了UFO，报纸上也经常报道。正巧，纽约也有新闻说最近垃圾桶经常失踪，不明不白就没了。于是漫画家邓肯就画了一张很有意思的漫画——外星人开着飞碟来到了地球，趁月黑风高之夜，把垃圾桶全都偷走了。

我想这些外星人太没见识，我们地球人都知道，偷井盖比偷垃圾桶合算。也不知道这些外星人是聪明还是笨。费米他们几个谈到了UFO，他们当然不相信外星人光临地球的传闻，因为这些科学家都受过严格的科学训练。知道什么是可靠的证据，什么是捕风捉影的臆想。但是，就在这时候，费米的这颗聪明脑袋中突然冒出了一个问题。

他的直觉告诉他，在地球上没有发现外星人存在的证据，这件事情似乎有点儿不可思议。费米是个估算的高手。有一个著名的事件，当年测试原子弹爆炸的时候，他第一个跳起来，撒了一把碎纸屑。他根据原子弹冲击波把纸屑吹出去的距离，就准确估算出原子弹的当量是2万吨TNT。

今天，费米突然想估算一下地球文明与外星文明接触的可能性有多大。估算必须有个起点，费米的起点是宇宙学第一原理，也被称为“平庸原理”，意思是，地球在宇宙中并不特殊，只是一颗普普通通的行星。我们也并不是独一无二的存在。

在这个基本前提下，费米就开始了估算：银河系有1000多亿颗恒星，哪怕只有万分之一的概率出现地球这样的行星，也有1000万个“地球”了，再有万分之一的概率进化出智慧文明，那也至少应该有1000个像地球一样的文明了。银河系的尺度是10万光年，如果按照百分之一的光速计算，1000万年就可以从银河系这头飞到那头了，即便是按照千分之一光速的保守速度计算，1亿年也能横贯整个银河系了。1000万年也好，1亿年也好，相对于地球存在的时间来说，都不算太长，毕竟我们的地球已经存在了46亿年之久。

更重要的是，银河系中的智慧文明利用无线电波互相联系应该是更加普遍的行为，毕竟无线电波的速度可以达到光速，如果以光速作为考量的话，那么银河系就很小了，再相对地球46亿年的历史来说，早就应该有无数智慧文明发射的无线电信号到达了地球才对。

可是我们人类却什么痕迹也没发现，这不是一件奇怪的事情吗？假如发达的外星文明有很多，那么他们都在哪儿呢？正是费米当时的这句感叹“那么他们都在哪儿呢？”成为了著名的“费米悖论”。

我们来理一下费米悖论的逻辑关系，它的核心思想是“人类没发现外星人的踪迹（简称观点甲）”和“人类应该发现外星人的踪迹（简称观点乙）”相矛盾，但目前我们已经知道观点甲是事实，这样一来，就必须要给观点乙一个合理的解释。

实际上，在费米刚刚提出这个疑问的时候，不管是他自己还是其他人，也都当是一个茶余饭后闲聊的谈资而已，并不会去深入思考这个问题有没有什么严肃的科学研究价值，或者社会学意义。而且，在1950年那个时代背景下，要解释人类为什么没有发现外星人这个问题还是相对容易的。

反对的人可以从两个角度去反驳，第一个角度是质疑宇宙学第一原理，凭什么认为地球这样奇特的环境在宇宙中是普遍存在的呢？那个时候，人类的望远镜还很弱，根本无法证实太阳系以外还有行星。而且，根据天体物理学的定律，我们也可以计算出，恒星系中的宜居带，也就是允许液态水存在的温度区域是相当狭窄的。狭窄到什么程度呢？我们以太阳系为例，假如我们把整个太阳系比作是一个足球场的话，你用美工刀在足球场中心附近划出一个圈，划痕所在的区域差不多就是宜居带的大小了。因此，平庸原理在没有证据的情况下，是完全可以质疑的。

反对者的第二个反驳角度是，人类还没有仔细监听过来自宇宙的星际无线电波，凭什么说外星人没有试图用无线电与我们取得联系呢？费米提出问题的年代也是射电望远镜刚刚发明的年代，那时候的射电望远镜分辨能力还比较低，并且也没有几个人把射电望远镜的使用目标设定在监听外星智慧文明信号上，所以，当时没有收到外星人发给地球的电报不是太正常不过了吗？

监听和寻找

所以，费米的闲聊很快就过去了，没有什么人真正把它当回事。不过，在美国确实有一位痴迷于寻找外星人的射电天文学家，他就是法兰克·德雷克。1960年，德雷克使用美国国家无线电天文台的射电望远镜开始了他的第一个地外文明搜寻计划，史称第一次“奥兹玛计划”，这是人类历史上第一个由严肃科学家代表官方实施的外星人搜寻计划，具有开创性意义。

从此开始，人类搜寻地外文明信号的努力就再也没有停止过，而且投入的资源也越来越多，规模也越来越大。就在2016年，全世界最大的单口径射电望远镜中国天眼在贵州落成，也正式加入搜寻地外文明电波的战斗中。然而，将近60年过去了，人类依然一无所获。如果银河系中真有无数个外星文明存在的话，那么它们似乎对地球集体保持了无线电静默。人类就像是一个孤独的小孩，寂寞地调节着收音机，一个频率一个频率地慢慢搜索过去，虽然全神贯注地听了60年，却什么也没有听到。

这是费米悖论逐渐受到科学界重视的原因之一，在费米那个年代，人们只是感觉宇宙是沉默的，但并没有证据。可是今天，我们已经积累了快60年的证据。

第二个原因就是宇宙学第一原理也获得了大量观测证据的支撑。从1995年人类发现第一颗系外行星开始，人类发现系外行星的速度就逐年递增。截止到2017年8月，综合英文维基百科和NASA官网提供的数据，天文学家已经发现了将近5000颗系外行星候选者，超过3200颗已被确认，这其中被确认位于宜居带的行星有53颗。

这里要特别说明的一点是，这些系外行星中的80%以上都是由开普勒空间望远镜发现的，而开普勒望远镜是固定地对着天鹅座附近的一小块天区，也就是说，它只能观测固定的10万颗恒星左右。它采用的方法叫作“行星凌日”法，这种方法有一个苛刻的要求：只有当系外行星的公转平面与地球的公转平面大致平行且处在同一水平线上时，才能被开普勒望远镜观测到。因此，按照概率来说，在这10万颗恒星中，大约只有1%，也就是1000颗恒星系中的地外行星能被观测到。现在我们的观测证据表明，几乎所有的恒星系统中都存在行星，而且都不止一颗。

这些证据足以表明宇宙学第一原理是可靠的，地球在宇宙中的地位并不特殊，与地球相似的系外行星比过去最大胆的天文学家估计的还要多。

正是在这样的背景下，越来越多的科学家、哲学家开始对费米悖论感兴趣了，既然大量地外文明存在的可能性很高，那么他们都在哪儿呢？

人类在将近60年的监听过程中，只有唯一的一个真正令人激动的发现，这个发现是什么呢？如果你想知道的话，在我的微信公众号“科学有故事”中，回复“Wow”就可以观看了。

黑暗森林法则

上一节我给大家讲了从宇宙学第一原理出发，我们似乎应该得出一个最合乎逻辑的结论就是：人类应该收听到来自外星文明的电波。但现实情况是，我们很努力地监听了将近60年，却一无所获。这样的话，就需要一个解释，为什么宇宙似乎对人类保持了无线电静默呢？要知道，这绝不是技术上的问题，即便是以人类20多年前的技术，就已经能把无线电波发送到银河系的任何角落，而且抵达目标的信号强度用现有的人类技术就能接收到。

这个问题随着时间的推移，也受到了越来越多科学家、哲学家和科幻作家的关注，历史上有很多人都试图给出一个合理的解释。早期的解释大多集中在否定宇宙学第一原理这个思路上，认为地球是宇宙中，至少是银河系中非常特殊的一种存在。不过，我们上节也说过，随着观测证据的增多，稀有地球假说也就越来越不吃香了。现在还在持稀有地球假说的人都已经上升到了稀有地球说的2.0版本，也就是说，他们不再否定类地行星在宇宙中是很普遍的这个基本前提。但是他们会提出，出现智慧生命需要的条件实在太苛刻了，而我们现在找到的所有超级地球无非只是满足了两个最基本的条件，一是和地球差不多大小并有着坚硬地表的岩石星球，二是位于宜居带中。

但是，一颗行星想要诞生生命，尤其是智慧生命，哪有这么简单呢？你们知道还有多少苛刻的条件吗？比如说：

木星在太阳系中扮演了非常重要的角色。一方面它替地球遮风挡雨，吸引了无数小天体的撞击。另一方面它又扰乱小行星带，造成大大小小的冰块砸向了地球，地球因祸得福在内太阳系有了充足的水源。因此巨行星的位置也非常重要。

再比如，地球有个超大号卫星月亮造成了潮起潮落，对生命演化也是有作用的。地球是有板块的，激烈的地震火山可以释放地球内部的能量，地球也就不会冷得太离谱。而且可以改变地球大气的成分。

即便有了生命也不代表能出现智慧生命。细菌病毒都可以亿万年地生存下去。诞生智慧生命本来就是非常偶然的事件。智慧生物能发展出工业文明更是奇迹中的奇迹。假如某颗恒星的煤炭和石油都埋藏过深，那么生命恐怕也难以走上利用外部能源的道路。

但这种稀有地球假说2.0版被吐槽最多的地方是，这种假说太像是“萝卜招聘”，也就是说，把外星人完全按照地球的特征来拟定智慧生命存在的条件，当然筛来筛去就只有地球一家最合适嘛。刘慈欣在《三体》中就描写了一个会脱水的三体人来适应三体星上反复无常的自然条件，自然选择的神奇之处可能远远超出人类的想象。

还有一种假说，被称为“大过滤器”假说，这种假说也由来已久，而且还在不断地被完善升级中，这种假说与稀有地球假说有点像，但实质上不太一样。这种假说不否定宇宙学第一原理，但是认为，存在着某种大过滤器，使得宇宙中能演化出有能力进行星际通讯和旅行的文明少之又少。这个理论认为，生命的演化要经历9个关卡。

 

1．合适的行星系统（存在有机物以及可能宜居的行星）；

2．可自我复制的分子（比如RNA）；

3．简单单细胞生命，也叫作原核生命；

4．复杂单细胞生命，也叫作真核生命；

5．有性生殖；

6．多细胞生命；

7．脑量较大、使用工具的动物；

8．我们目前这个阶段；

9．星际殖民扩张。

 

每一道关卡，都会刷掉一大批候选者，最后能通过全部9关的，要么极为稀少，要么就是还没出现。我们人类似乎被卡在了第8关，进入不了第9关，也就是星际殖民这一关。例如，卡尔·萨根和约希夫就提出，技术文明要么会在持续一个世纪的发展星际通讯的过程中走向自我毁灭，要么掌握自己的命运并继续存活上亿年。笼统地讲，一个星球总是会从有序走向无序，也就是可用的资源越来越少。如果在此之前还无法发展出足够强大的宇航技术，那么最终也一定会因为资源枯竭而亡。这里面真正起作用的就是热力学第二定律，也就是我们之前讲过的熵增定律。

这个假说是目前比较流行的假说，也是得到最多支持的假说，虽然没有什么明显的逻辑上的漏洞，但最大的问题在于，我们只有地球生命这一个研究对象，实在是缺乏证据来证明每一关都会筛掉大量的候选者。而且从我看到的所有材料综合来看，研究生命起源和演化的科学家们似乎越来越有信心地说，在地球这样的环境中，出现生命并且演化出高度复杂的生命形式是自然选择的必然。

还有一种假说，也是最晚提出来的一种假说，就是科幻作家刘慈欣先生在2008年创作的科幻小说《三体·黑暗森林》中提出来的假说。他认为，由于宇宙中资源的总量是恒定的，而生存是文明的第一需求，因此，文明在发展到一定阶段后，必然会意识到宇宙是一座黑暗森林，所有的文明都在争夺有限的资源。一个文明如果暴露了自己的位置，是一件非常危险的事情，因为别的文明会由于害怕自己被消灭，而率先消灭比自己弱小的文明。

刘慈欣借助科幻小说，预言了文明在发展过程中，第一步会演化出隐藏基因，也就是开始意识到宇宙丛林的危险，而自己很弱小，所以要尽可能地把自己藏好，不要暴露位置。第二步就会演化出清理基因，也就是说，一旦发现了别的比自己弱小的文明，就会毫不犹豫地把它消灭，以免这个弱小的文明以技术爆炸的方式超过自己，反而消灭了自己。

我觉得黑暗森林理论最有意思的地方在于，人类文明发展的轨迹似乎完全印证了刘慈欣的预言。例如，在人类刚刚发展出宇航技术和发明射电望远镜的头几十年，我们特别热衷于联络外星文明。例如，20世纪70年代，先驱者10号和11号，旅行者1号和2号，都分别携带了送给外星人的礼物。那张著名的金唱片中还录制了联合国秘书长和美国总统代表人类对外星人的友好问候，还欢迎外星人来地球坐坐。1974年，人类首次利用当时全世界最大的阿雷西博射电望远镜向武仙座球状星团发送了电报。此后，人类在1999年、2001年和2003年还有三次大规模的给外星人发电报的行为。但是，2003年之后，这种行为开始遭到了越来越多科学家的警告和谴责。其中最著名的一位就是霍金，他多次发出不要与外星人联络的警告。

2005年3月，在圣马力诺共和国召开了第六届宇宙太空和生命探测国际讨论会，在这次会议上通过了一个在寻找外星人历史上有里程碑意义的文件，也就是圣马力诺标度。在这份文件中，明确指出，试图给外星文明发送电报是显著危险的行为，而回应来自外星文明的电报则是极端危险的行为。

国际航空学会甚至还搞出了一份《寻找地球以外智慧生命国际公约》，向全世界呼吁，在未征得国际组织研究批准前，不允许发送任何信号给地球以外的智慧生命。

从以上这些事实中，我们可以得出结论：人类正在演化出隐藏基因，认为宇宙有风险正在逐步成为国际共识。那么，人类在下一步是否会演化出清理基因呢？这个恐怕要等到非常非常遥远的未来才能知道了，别说星际攻击了，就是星际旅行的技术对现在的我们而言，都是遥不可及的梦想。

但是黑暗森林理论也存在与大过滤器理论同样的问题，从人类这一个有限的样本中得出的结论还不能算是证据，只能算是一种逻辑自洽的猜想。

总之，费米的疑问到现在为止还是一个宇宙未解之谜。这并不是一个完全虚无缥缈的话题。我们常说，以人为鉴，可以明得失；以史为鉴，可以知兴替。而我认为，对于外星文明的研究和探讨可以站在整个文明的角度审视人类文明自身。

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