這幾天最火的電影是什么？《神奇動物在哪里》！有多火？沒來得及去看電影的讀書君已經(jīng)開始重刷哈利波特系列啦！
好吧，扯遠了，今天我們要講的不是神奇動物在哪里，而是神奇外星人在哪里！然鵝要搞清楚這個問題，我們首先要弄明白：宇宙里可能有外星人存在嗎？有的話他們會在哪里，這兩個基本點。然后作為星際迷的讀書君還想用反推的辦法，用我們的理論知識來理一理，人類存在于宇宙的概率是多少，聊聊人擇理論……如此看來，這是十分心機婊的強行安利：一定是有外星人存在的！（不要打我，吃了這枚強行安利吧，哈哈哈哈哈）
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內容呢，選自這部講了很多科學道理（對，用物理學來分析宇宙?。┑摹队钪媸褂弥改稀罚ㄗg林出版社，2016年5月），它由2個腦洞開的奇大的科學怪人戴夫·戈德堡（普林斯度大學博士，德雷克塞爾大學物理系副教授）、杰夫·布洛姆奎斯特（德雷克塞爾大學物理學碩士，現(xiàn)任波音航空工程師）共同完成，哦對，里面那些調皮的漫畫插圖都是杰夫的作品喲~
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物理學家：就算不知道也要裝作知道外星人是否存在！
在怪相彌漫在這個領域中，有時候，最安全的科學策略是放低姿態(tài)，埋頭計算，事后再看一眼答案。（作者：不幸的是，作為普遍規(guī)律，本書的最后只回答了序號為奇數(shù)的問題）
與此同時，某些公眾關注的物理問題趨向于思考宇宙的尺度，我們可能需要對現(xiàn)實的真實本性有一些特殊的洞察力，抑或我們是否孤獨地存在于宇宙中。當被問到這些事的時候，物理學家們會臉紅，并且想起他還需要把計算堅持下去。這些艱深的問題很難被解決。著名的牛頓爵士，是他那個時代（也許是任何時代）最偉大的物理學家，同時也是一個虔誠的基督徒。在發(fā)現(xiàn)物理定律和微積分的間隙，他仍然有足夠的時間去思考一枚針尖上可以有多少天使在跳舞。人類有一個光榮的傳統(tǒng)，就是把物理學應用到非物理問題上。這意味著當有人問我們是否相信有外星人的存在時，我們不能假裝不知道，而是要假裝知道。
只有住在離地球30光年內的外星人有可能拜訪過我們=。=
人類的無線電信號傳到太空中不過大約六十年。除非外星人們探測到來自地球的可疑信號，然后想要查出這些信號是從哪兒來的（盡管他們看到所接收到的人類的電視節(jié)目后估計就不會想來了），否則他們可不會來拜訪我們。我們又假設他們一收到信號就盡快出發(fā)，可是他們能達到的最大速度和光速一比顯得很微不足道。
如果有外星人曾經(jīng)來拜訪過我們，他們距離地球必須在三十光年之內。在這個位置上大約有四百個這樣的恒星，但到目前為止還沒有直接跡象表明，它們中的任何一個包含類似地球的行星。這些行星都荒無人煙，當然也不具有智慧生命。而且由于我們的信號非常微弱，就算外星文明一開始就在努力尋找我們，現(xiàn)在也不太可能探測到我們的位置。
不過，這是宇宙的空間足夠廣闊，我們感覺其中一定會存在其他文明。恩里科·費米——二十世紀最偉大的物理學家之一，將其中的基本問題歸納如下：考慮宇宙中存在大量恒星。除非我們身上有一些令人難以置信的特別之處，否則其中一部分恒星——也許是很多恒星——很可能最后會發(fā)展出智慧生命。那么關鍵是，許多智慧文明會傳播到其他的行星。如果我們在地球這里的經(jīng)歷算是一點啟示，可以想象人們（或外星人）會以非?？斓乃俣日碱I適宜居住的每個角落。由于宇宙已經(jīng)很老了，看起來宇宙中應該住滿了智慧生物，并且我們應該很可能接觸過很多次了。費米的問題是，“外星人都在哪里？”
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費米的計算可能有點兒問題，也許他對以超光速旅行或者去其他星系開拓殖民地有點過分樂觀了。然而費米悖論搭建了一個舞臺，讓我們可以用天文學和物理學的知識去搞清楚手持船票前往地球的外星人到底可不可能存在。比如在我們所了解的銀河系中，存在其他智慧生命的幾率是多少？
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| 《超時空接觸》劇照 [保存到相冊] |
最簡單的方法就是花很長時間，反復觀察附近許多的恒星。原則上來說，一個超級文明想要向外部世界宣告他們的存在，通常會發(fā)出無線電信號，其中包含一系列有規(guī)律的數(shù)字，使得其他智慧文明可以探測到他們。我們可沒那么先進，只能接收信號；發(fā)射穿越星際無線電波所需要的能量遠遠超出我們的能力。如果這種情況看起來有些熟悉，那就對了。這是《超時空接觸》的基本前提，這部極具觀賞性的電影可是在1985年由卡爾·薩根編劇，后來由茱迪·福斯特主演的（作者：這又是一個電影業(yè)已經(jīng)幫助天體物理學家的案例，他們暗示在我們的周圍住滿了抽煙的美女）。
找尋外星人的組織存在！想加入請搜：SETI @Home
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盡管其中與外星人接觸的情節(jié)不過是我們的美好愿望，但搜尋外星人背后的科學卻是真實存在的。從二十世紀六十年代開始，有一個很活躍的組織叫做搜尋地外文明計劃（SETI），其目的就是為了探尋地外文明（作者：這個項目在一段時間內沒有政府的支持，因此自1999年以來，已經(jīng)在很大程度上依賴于個人計算機用戶處理通過望遠鏡陣列得到的大量數(shù)據(jù)。如果你有興趣幫忙，可以搜索“SETI @Home”）。我可不想說喪氣話，但到目前為止，尋找外星人的行動沒有得到任何的回音。
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| 電影《獨立日》中的外星人 [保存到相冊] |
我們應該對此持樂觀態(tài)度么？很顯然費米是這么認為的，但是他又指出外星人會從宇宙中的其他任何星系而來。也許考慮自己的銀河系的情況可能稍微更現(xiàn)實一些。我們可以用一點點我們講過的統(tǒng)計方法來試著得出探測到外星文明的概率。弗蘭克·德雷克，SETI的創(chuàng)始人之一，在二十世紀六十年代曾經(jīng)使用概率論的方法來推測銀河系中是否存在具有智慧的外星人。
盡管它被改寫成了很多形式，德雷克方程的最簡形式是讓我們把所有產生智能文明的上限概率乘在一起：
1.銀河系中有多少顆恒星？
2.其中有多少比例擁有行星？
3.有多少比例的行星可以養(yǎng)育生命？
4.這些行星有多少比例在某個時候確實在養(yǎng)育生命？
5.如果他們產生了生命，最終進化到智慧生命的概率是多少？
6.智慧生命向太空中廣播他們的存在的概率是多少？
7.我們期望這些文明能堅持多久？
最初的幾個問題可以回答地相當?shù)鼐_，但問題越到后來，你和其他任何人猜的（幾乎）都沒什么區(qū)別了。我們仍然通過使用逐條分析的方法，也許可以得到一些相當不錯的估計。
首先從最簡單的問題——也就是第一個開始。表面上看，我們或許可以期待一下會存在很多擁有智慧的外星人。畢竟在我們的星系（銀河系）中大約存在著一百億顆恒星，而一個典型的恒星可以持續(xù)存在數(shù)百億年。從我們銀河系的年齡來看，平均每年可以形成十顆恒星，每個恒星都是產生新文明的新機會。但是我們仍然不知道這些恒星中有多少會長成像我們一樣的太陽系。如果有一件事是肯可以定的話，那就是生命需要把一顆行星（或許是它的衛(wèi)星）稱作家園。
最具前景有生命存在的星球Gliese 581d：質量是地球8倍
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SETI成立之初，太陽系中恰好有九個行星是已知的。我們也許會認為，找到另一個文明或（假如我們最終完全廢棄地球）尋找另一個地方定居的前景看起來很黯淡。這并不是說我們認為其他恒星沒有行星圍繞，只是還沒有發(fā)現(xiàn)他們罷了（作者：“你看過自己夾克里面么？好吧，那么你的褲子呢？不不不，你其他的褲子！”）。
在二十世紀八十年代后期和九十年代初，人們開始不斷地發(fā)現(xiàn)行星，情況發(fā)生了改變。到目前為止，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過300個太陽系外行星，我們還對它們做了一個粗略的估計，看起來至少15%的恒星擁有行星，而且很多恒星還不止擁有一顆行星。然而到目前為止，這些發(fā)現(xiàn)的行星絕大多數(shù)更像是木星而不是地球，不是那種我們預想中生命會蓬勃發(fā)展的地方，除非你很想在一個巨大的由氫氣組成的球體中遨游。
我們希望找到的是一個巖石星球（作者：一個由史泰龍的克隆體們居住的行星……？我們可能需要重新考慮這個目標了。）——“類地行星”，就像人們在商業(yè)上說的一樣。這做起來很困難。由于類地行星比氣體行星這個龐然大物要小得多，在母星旁產生的擺動也要小的多，所以它們比笨重的木星的兄弟姐妹要難探測的多。然而我們一直在努力。
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| 游戲《星界邊際》中的某星球 [保存到相冊] |
我們假設巖石行星的生命進化需要液態(tài)水，是因為正是這種環(huán)境給了我們生命。這也許是合理的，因為我們真的不知道在那里可能存在什么樣的其他生命。當然生命也很有可能不在行星上產生，而是在它周圍的衛(wèi)星上存在。我們仍然相信生命是比較罕見的。
但是我們有愿景。2007年我們發(fā)現(xiàn)了一顆被稱為Gliese 581d的行星。盡管它的質量是地球的8倍，然而由于它幾乎足夠接近它的中央恒星，所以溫度可以讓水呈現(xiàn)液態(tài)。雖然我們不知道是否有冰溶化，或是否存在溫室氣體使得行星變暖，但Gliese 581d是已知的、能支持生命存在的、最具前景星球的紀錄保持者。
盡管我們已經(jīng)得到了關于發(fā)現(xiàn)太陽系外行星比較好的結果，可還是沒有找到有一個可以支持生命存在的行星。在德雷克方程的第4個問題中，當讀到“這些行星有多少比例確實在養(yǎng)育生命”時，我們不得不聳聳肩。因為目前只知道有一個能夠支持生命的行星，并且確實已經(jīng)有生命存在了（作者：提示：它的讀音和“敵酋”是一樣的），我們很難說什么東西是確定的。
然而我們有充足的理由樂觀。考慮到地球四十六億歲了，生命的出現(xiàn)是在它誕生了八億年之后。換句話說，也許就在我們能看到的某個星球上，生命已經(jīng)盡可能快地開始產生了。
你信咩？德雷克方程：銀河系有10個智慧文明！
在宇宙中某處發(fā)展出智慧生命的概率有多大？我們不知道，因為這事似乎只地球上發(fā)生過一次，而且只有區(qū)區(qū)的幾百萬年的時間。
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1993年，普林斯頓大學的J·理查德·高特提出了稱之為“哥白尼原則”來處理這個難題。他做了一個非常簡單的假設：你并不特別（作者：別相信你媽媽的心靈雞湯）。這實際上是相當合理的，因為每一次在人類歷史上，假設自己是特別的這件事已經(jīng)被證明是錯誤的。
如果你只是一個普通物種中的一個普通樣本呢？這意味著：在任何給定的分布中，我們會在中間的某個地方，但不一定會在死亡中心。想象一本一百頁的書，書中包含了所有曾經(jīng)活著和以后要活著的人名，但用很小的字體按照出生年份順序排列。如果你在書的第一頁或最后一頁找到自己的名字一定會覺得很奇怪。因為只有2%的人類會在文明的開始或結尾出現(xiàn)?，F(xiàn)在你覺得自己走運了吧？
物理學家如果對結果有95%的信心，他們通常會發(fā)表這些結果。這就是說在我們所舉的例子里，你是“平均”的意思就是位于前2.5%和后2.5%的人類之間。
與德雷克方程玩這些統(tǒng)計游戲的難點在于我們不知道這些因素中的大部分該取十分之幾合適。在某些情況下是百分之幾。例如德雷克代入了他認為是合理的數(shù)，估計出在我們的銀河系可能有其他十個智慧文明存在。這個結論帶來的希望是支撐SETI項目的主要動力之一。
偶然嗎？電子、夸克這些參數(shù)稍變，就沒生命誕生！
我們在這里討論自身存在的可能性。
我們不知道為什么電子、夸克、或者中微子會有那樣的質量。我們也不知道為什么基本作用力會有那樣的強度。這些數(shù)值發(fā)生任何細小的變化，都將極大改變宇宙的面貌。沒有氫意味著沒有化學。沒有化學意味著沒有我們。
如果電子比它們現(xiàn)在更輕一點，那么它們很容易加速，可以以接近光速運動，那就不可能形成恒星。恒星制造出重元素，包括碳，這對生命來說是必需的，所以電子太輕就沒有恒星，沒有生命。
那么，假如這些數(shù)值與宇宙的基本物理規(guī)律并沒有聯(lián)系呢？如果這些數(shù)值真的是隨機的呢？如果它們中的幾十個參數(shù)稍稍改變，我們就不會存在！而且我們假設了生命所需要的要素，例如水（或者至少是復雜的化學）對其他智慧生物的作用，如果沒有這些，宇宙中不再會有任何的智人存在。
人擇原理：已存在的我們證明,宇宙曾為生命誕生微調過？
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我們用自身確實存在的事實來反駁我們不可能存在被稱為“人擇原理，”這是由布蘭登·卡特在1974年提出的，他指出，“我們所期望觀察到的現(xiàn)象必須受限于一個必要條件之下，即我們作為觀察者是存在的?！?/strong>這句話顯然是正確的，可能是有用的，但也很大程度上被“嚴肅”的物理學家們所排斥，他們中的許多人甚至拒絕討論它。
它的基本想法是，不管可能性有多么小，如果宇宙不是為了適于智慧生命生存而被微調過，那么智慧生命也不會在這里談論它。宇宙是為我們設計的？大多數(shù)物理學家（包括我們）不這么認為。我們的宇宙只是許多個宇宙中的一個？大概是這樣的吧。我們討論了平行宇宙，但也有可能是我們所處的宇宙位于一個大的多的宇宙之中。也許那些宇宙中只有很小的一部分有維持生命所必需的條件，但我們很自然地生活在其中一個之上。
當然，與碰巧存在一個宇宙支持生命的事實相比，這對基礎物理更有意義。盡管從概率上來說，此時此刻我們似乎是孤獨地生活在宇宙中。
（感謝譯林出版社授權并提供文字）
|關于書|
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作者: [美國]戴夫·戈德堡 杰夫·布洛姆奎斯特 / [美國]杰夫·布洛姆奎斯特
出版社: 譯林出版社
副標題: 何在黑洞旋渦、時間悖論和量子不確定性中幸存
原作名: A User’s Guide to the Universe : viving the Perils of Black Holes, Time Paradoxes, and Quantum Uncertainty
譯者: 朱曉睿 / 李劍龍
出版年: 2016-5
