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作者:LostAbaddon

在科幻作品中,我们已经见过了各种各样的外星人,好像在某个宁静的早晨,他们就会驾驶着遮天蔽日的大飞船出现在各大城市上空。但仔细想想,他们到底是从什么时候开始朝地球飞的呢?又是从多遥远的星系来的呢?

理论物理学家LostAbaddon用严谨的数学推理,给我们计算了最理想情况下,离我们最近的外星人到底在多少光年之外。如果没有翘曲引擎、虫洞和空间跳跃技术,看上去我们还要在宇宙中孤独很长一阵子。

这样的一个问题,如果你去问科幻作家,他们会说只要有了翘曲引擎或者空间跳跃技术,哪怕在宇宙的另一端都不是问题。如果你去问哲学家,他们会说我们之所以希望发现外星人,是基于我们对自身文明程度与价值体系的思考。而如果你去问一个理论物理学家,他大概就会用非常详尽而严谨的科学推理,来计算这个距离到底有多少光年。

可能有多少种外星人?

首先,我们生活的太阳系所在的银河系旋臂是一片十分“拥挤”的地区,每立方光年有0.00352颗恒星。这个数虽然看上去很小,但比起银河系的平均恒星数密度8.45×10^-6,还是大了很多个数量级。

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在银河系中总共约有1×10^11颗恒星,按照美国天文学家法兰克∙德雷克60年代在绿岸镇提出的德雷克(Drake)方程,计算可能与我们接触的银河系内外星球高等文明的数量,大概有20000颗和地球差不多的能产生智慧生命的行星。在科幻小说《接触》中,卡尔∙萨根就借天文学家Ellie之口说,“宇宙比任何人所能想象的还要大,如果只有我们,那就太浪费空间了。”而仅仅在我们的银河系里,就可能有这么多存在生命的星球。

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【宇宙那么大,“如果只有我们,那就太浪费空间了”。】

假设归假设,先别急着坐上飞船冲向这些行星寻找外星人,20000这个数据其实过于乐观了。德雷克方程中有许多变量,按照最严格的设定,计算结果只有0.000065颗类地行星。按照另一个宽松一点的系数设定,是2.31颗,也就是说,我们大概可以在银河系的对面发现另外一颗地球,而剩下的0.31颗就得看运气了。因此,20000这个数据几乎是在完美假设下才可能出现。
但这并不是说20000就是上限,还有许多其他的情况。例如科幻作品中常常提及的硅基生命,就可能是碳基生命以外的生命形态。在19世纪末,波茨坦大学的天体物理学家儒略·申纳尔(Julius Sheiner)就提出了“硅基生命”的概念,英国化学家詹姆士·雷诺兹(James E. Reynolds)也曾说,硅化合物的稳定性让硅基生命能在高温下生存。说不定在一颗遥远的星球上,就有把光能转化为电能的硅基生命。

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【遥远星球上的硅基生物】

在极端环境下,也可能存在碳基生命,例如英国南安普顿大学的科学家就在印度洋底的火山出口,发现了以硫为食的生物。这种高温高压环境就与一些地外行星的环境类似,原始生命产生了一种微小的细胞离子泵,驱动生命进行化学反应。

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【深海热泉附近可能也有生命】

行星的卫星上也可能诞生生命。当卡西尼号飞越木卫六时,科学家们就透过表面的迷雾,在这颗卫星的南极观察到了一个面积大约是2万平方公里的湖泊,其中绝大部分是液态甲烷和乙烷,卡西尼号随后在土卫六“泰坦”的北极也发现了类似的湖泊。

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【泰坦北极的液态湖泊】

另外一个恒星的“适宜行星带”里可能有两三颗地球,或者一个星球上有不止一种生命。情况太多太复杂了,我们还是先按照20000种外星人算。

最近的外星人有多近?

虽然银河系中心不太适合生命诞生,但为了方(tou)便(lan),我们就先假设所有有外星人的星球都是“随着恒星密度在银河系中平均分布”的。用更通俗的语言来说,就是恒星多的地方更可能存在智慧生命。
既然是如此平均分布,那可以认为是满足四面体法则的,因为四面体的分布最平均。根据高中几何,假设四面体的边长为L,再假设这个区域中恒星的密度是几乎不变的,所以这个区域中的恒星数量是ρL^3/(6√2)。
在最平均的情况下,这个区域中的星体数量与智慧行星的数量的比可以看作与银河系中恒星的数量与智慧行星总数的比相同。也就是说:
ρL^3/(6√2)=N/M
(N是恒星总数,M是智慧行星总数)
好了,有了公式,我们可以算出在太阳系所在的位置,最近的智慧生命与我们的平均距离就是:
L=(6√2N/M/ρ)^(1/3)=2888.73605光年

好远啊……这得飞到什么时候?

如果我们用第三宇宙速度16.7km/s来飞,大概也就需要51857561年而已;用光速飞,大概29个世纪就到了。
这个数字简直太让人绝望了。在1950年,物理学家费米在讨论外星人时突然问了一句“他们都在哪儿呢?”,这句话变成了后来的“费米悖论”。如果外星人已经进化出了高等智慧文明,那为什么他们还没有来地球?连探测器之类的东西都没有?
由此看来,29个世纪前,地球上还没什么人,人家没事干嘛往你这里发消息?就算收到了,原始人估计也看不懂。而如果没有翘曲引擎、虫洞和空间跳跃引擎,我们现在用电磁波冲外面喊话,对方也要过29个世纪才能收到信号。
所以,没发现外星人是正常的。

当然,我们不能因为还没发现外星人就断定他们不存在,说不定在某个遥远星球上,生命才刚刚萌发,还挣扎在原始海洋那一盆稀薄的肉汤里;或者他们早已经进化出了文明,只是不想搭理其他星球,做一群安静的外星人。

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考虑外星智慧生命的时候,我们假设了许多理想的状况,但对生命来说,可以细分的东西太多了。而且光是银河系就这么大,对星球数密度的估算会出现偏差。但就最低级估算来说,至少能对外星人与我们的距离有一个最直接的印象。
至少,他们(也许)不会明天就开着飞船来毁灭地球了。

小心,外星人可能已经来到了地球,你注意到身边那些“绿了”的人么?

 

关于

撰文:LostAbaddon,网上小名塔塔,小小名塔塔酱。

在理论物理的康庄大道上一度撒丫子狂奔,奈何脚踩碎石忿忿而退。说人话就是觉得理论与实验的差距太远一眼望不到头,遂下海拾码。现以码符号为生,所写符号只能在一众全球最大同性交友平台上被人看懂。

在专心写码之前,主修膜宇宙与Finsler几何,前者在物理上基本被摒弃,后者在物理上基本是数学和物理无关,所以,我还是喜欢大家叫我扯淡家。

责编:Raeka

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4 Responses to “不存在日报(6)最近的外星人离我们大概有多远?”

  1. 匿名说道:

    每立方光年有0.00352颗恒星。这个数虽然看上去很小,但比起银河系的平均恒星数密度8.45×10^-6,还是大了很多个数量级。

    明明只是三个数量级,却要说很多个,感觉挺怪的。
    说“大了很多”可以,说“大了几个数量级”也行。但“大了很多个数量级”,给人的感觉应该是“人 vs 原子”,而不是“人vs蚂蚁”

  2. 匿名说道:

    这个逻辑不大对的,如果光就是29个世纪就能到,我们算长一点100个世纪,那就增加了30倍的空间。这个空间内如果有智慧生命,而且比我们发达的话,一万年不算什么。一万年前他们就能发出各种电磁波了,我们也该收到了。现在没收到,说明,要么没有智慧生命,要么比我们差或者差不多,就是一万年左右。其实那些已经核爆把自己毁灭了文明,他们之前发的电磁波也该到了。

    • 匿名说道:

      关键在于在宇宙尺度上29个世纪太短了

  3. 没有人注意到“绿了”的梗么?说道:

    没有人注意到“绿了”的梗么?