如何解释费米悖论?
首先,费米悖论是以物理学家费米命名的未解之谜。原则上,它只是一个难题,而不是一个悖论,因为它没有给出一对矛盾的、不言自明的论点。它只是提出了一个问题,为什么人类找不到外星人存在的可靠证据。
筛子理论,也叫过滤理论,是一个由N个以上不同的假设组成的大范畴,每个假设都可以看作一个过滤理论,但每个假设都有不同的解释。
所有的过滤理论都有一个共同点,那就是假说从某个角度证明了科技文明在宇宙中的存活率是如此之低,以至于在时间和空间足够接近的情况下,任何两个科技文明都很难共存,所以不同的科技文明没有机会相互交流。因此,过滤理论也被称为存活率理论。这里有四种不同的过滤理论(最著名的四种):
①产量过滤器(也称为经典过滤器)
这是过滤理论系列最早的假设,开荒始祖的存在。一位西方学者给出了一个猜想公式来计算科技文明的生产率。这里不给出原公式,只给出简化版:
生成率p =生态行星在宇宙所有行星中的比例x生态系统生成智能物种的概率x智能物种爬上科技之树(走制造工具路线)的概率x智能物种成功发展到能够发送携带有规律信息的无线电波而不被破坏的概率。
上面给出的是一个示意性的公式。原配方中的因素很多,但真正起关键作用的内容却很少。有兴趣的自己去查原始数据(不值得看,毕竟萌芽阶段的理论比较尴尬)。
从上面的公式可以看出,生态行星在宇宙中的存在比例是很吓人的(可以查一下具体数据,几千光年都不多),生态系统产生智慧物种的概率极低(生态系统中的生物只能在稍微恶劣的自然环境中维持简单的多细胞生命形式,所以很难复杂到智慧的程度), 并且智能物种为了生存走制造工具的发展路线的概率极低(因为在发展初期制造工具的成本很低)
更重要的是,制造工具受环境和物质条件限制,充满不确定性,不像进化出尖牙利爪或游泳飞翔的能力那么可靠),智能物种发展成发电波的概率极低(发展到这个阶段需要极高的生产力基础和足够先进的其他技术基础,生产力和基础技术都需要积累,积累起来非常困难)。所以在这些概率的共同影响下,科技文明能够用电波向全宇宙宣布自己存在的概率极低(各种)
这就是经典过滤器(产出率理论)的核心思想:一系列的低客观概率导致在它们的共同影响下,能够满足条件发送宇宙广播的科技文明寥寥无几。如果上面公式中每一项的概率都是千分之一(实际概率低于千分之一,我们说千分之一简直是高估了),那么生成率p =千分之一的四次方=一百倍(一千亿个星球中只有一个星球能产生达标的科技文明,如果我们按照现实中低于一百倍的概率来计算每一项,再乘以它,概率就会低八个数量级)。
因为产出率这么低,所以宇宙中绝大部分星球都是经过概率过滤的,只有极少数星球能够产生符合标准的科技文明,所以这种概率过滤机制就是所谓的科技文明过滤器。正因如此,所有的过滤理论实际上都是概率筛选理论。
请注意,在经典的过滤理论中,还没有哪一个智慧物种成功发展到能够发送带有规则信息的无线电波而没有毁灭的概率,但这一项在现代是最重要的,因为费米悖论关注的不仅仅是低级科技文明有可能如何出现,而是有多少高级科技文明能够发出我们认可的宇宙广播。所以,经典滤波理论的最初版本并没有直接回答费米佯谬,但有必要加上这最后一项。
②生命过滤器
经典过滤器(产出率过滤器)理论只估计科技文明的产出率(在空间上),而没有估计这样产生的文明在时间上如何分布。因此,一些学者提出了新的假设来估计科技文明的寿命。具体的估算方法非常复杂,还存在争议,但所有的算法都指向一个共同的结论:
科技文明发展到发送宇宙无线电波而不被自然灾害摧毁的阶段的概率很低,因为天文学家估计了宇宙中大多数行星系统(即由1~2恒星及其附近行星组成的天体系统,简称行星系统)的行星免受火山地震、寒潮海啸、宇宙射线和小行星撞击的最长时限。
发现很少有太阳系这样的行星系统能有几百万年的安全期让智慧物种进化成科技文明物种(太阳系是因为木星吸引小天体,太阳系远离各种脾气暴躁的辐射天体,比如超新星等。,而且地球的气候条件相对稳定,地质活动也相对稳定),也只有这样的星系才能保证科技文明的长寿(654.38+万年距离掌握电气技术是一段很长的时间)
寿命滤波器的意义在于,由于电波在宇宙中的传播速度是光速,这个有限的速度对于遥远的星际距离来说太慢了。因此,两个科技文明中的任何一个发出宇宙广播都需要时间,而且会被另一个科技文明接收到。保守估计是在银河系等恒星系统(由许多恒星组成的天体系统)中。
银河系对面的两个文明接收对方的信息需要10万年(因为银河系的直径是65438+百万光年),所以如果发信人发信时两个文明中的收信人变成了无线电文明,那么就需要10万年才能等到发信人发出的无线电波(所以生命过滤器理论以10万年作为生命参考标准,虽然这个标准没有绝对意义)。
寿命过滤器假说指出,寿命为10万年的科技文明非常少,在寿命为10万光年的银河系范围内,按照生产率过滤器(经典过滤器)产生的两个科技文明能够满足最终条件的概率极低。这是生命过滤理论的核心结论。
解释一下死亡的条件:当文明A死亡时,它向我发送了一个宇宙广播,而当它被另一个文明B接收时,文明B刚好达到无线电波技术的阶段,接收到它刚好足以识别这个宇宙广播来自科技文明而不是自然现象。这叫文明B满足文明A死亡的条件..
如果文明A死亡时给我发了一个死亡的宇宙广播,而文明B是在广播信号经过文明B所在星球上空后才达到无线电技术水平的,那么文明B不足以终结A,两者是1类型,无法接触文明。
考虑到文明的寿命,如果文明B在A发出我死了广播的时候达到了无线电科技的水平,但是因为文明B的寿命不到10万年,而A的宇宙广播要10万年后才能到达B,那么A的遗言广播到达B的时候B就已经死了,那么B就无法给A终结,而且是两种类型的文明。
换句话说,两个可以相互交流的文明必须满足以上两个不交流的条件,也就是说,满足死亡条件是两个文明至少单向交流的最低要求。
由于科技文明的寿命有限,不难估计,满足最终条件的科技文明对非常少,因此生命过滤器假说得出最终结论:
宇宙中两个科技文明能够注定彼此终结的概率低得可怕,想要多次交流更是不可能。
由此可见,两个科技文明有幸知道对方存在的概率很小(这种概率在一百万光年的尺度下几乎为零,有些估算方法得到的概率比这还低),所以现实中我们无法接收到银河系中另一个科技文明的信息是正常的。
③资源过滤假说。
如前所述,生产率过滤器(经典过滤器)假说中没有最后一个智能物种已经成功发展到能够发送携带规则信息的无线电波而没有被破坏的概率,而这最后一个导致了两个现代过滤器假说,资源过滤器假说就是其中之一。
人们一直认为,在太空技术发展到足以殖民外星球之前,人类可能会耗尽制造太空燃料的资源,这样人类将永远无法飞出地球。这种担心其实是没有根据的,因为只要地球的生态系统存在,我们就可以以生物能源为原料化学合成高性能的太空燃料,但这种担心暗示了一种可能性,即我们可能会失去开发这种技术所需的一些资源条件,然后才能开发一些先进的技术。是的。
因为真正能够胜任星际旅行的技术还是未知的(我们现有的航天技术无论是运输速度还是运载能力都远远不足以胜任星际旅行),所以资源过滤器假说假设宇宙中绝大多数科技文明都不具备发展星际旅行技术的资源条件。
如果这种可能性真的存在,外星人几乎不可能从遥远的银河系的另一边造访地球,因为他们没有足够的资源来开发这种星际旅行的技术。
但是,其实我们说发现外星文明的存在只需要接收他们的宇宙广播,不需要他们飞过来。因此,资源过滤器理论不是科学幻想。它最后研究了人类科技发展的历史,得出了一个现实的结论:
宇宙中很少有科技文明有足够的条件发展无线电波技术。
具体的估算是指人类发展无线电波技术需要什么样的生产力和生产规模,需要什么样的基础科技支持,然后再看看宇宙中还有多少星球可以满足我们需要的条件,这样就可以估算出宇宙中有多少星球有足够的资源供当地科技文明发展无线电波技术(最后, 通过对天文观测积累的数据进行研究,发现符合条件的行星少之又少,也就是说,即使不考虑文明产出率低、文明寿命短的因素,科技文明也很难达到无线电波技术的水平)。
④自毁过滤器。
自毁过滤假说是四大著名过滤假说中最新的一个,但也是最令人震惊的一个。
它指出,科技文明的科技水平越高,自我毁灭的风险就越高,科技文明的自我毁灭概率随着科技水平的提高呈指数增长!粗略来说,如果青铜时代人类被科技毁灭的概率是十亿分之一,那么铁器时代人类文明自我毁灭的概率将增加到万亿分之一(青铜时代的十倍)。。
蒸汽机时代自我毁灭的概率是十万亿分之一(比铁器时代高100倍),电气时代是十亿分之一(比铁器时代高1万倍),原子时代是十分之一(比电气时代高1亿倍),后原子时代人类文明科技自我毁灭的概率几乎是1(几乎必然只有极低的概率科技不会自我毁灭)。
所以科技文明几乎不可能发展到星际殖民时代,因为在能够星际旅行的超级科技诞生之前,科技文明几乎已经不可避免地自我毁灭了。
为什么会这样?原因很简单。技术水平越高,科技文明的破坏力就越大,也越容易自我毁灭,而且破坏力根据技术阶段呈指数级提高。
其实不光是破坏力,破坏技术的隐蔽性和伪装性都在成倍提升。以当今世界为例,我们所依赖的电子金融、生物技术等高科技对人类的破坏力远超核武器,但它更具隐蔽性,也远不那么容易让人惊醒。所以,高科技文明在缺乏防范意识的情况下,更容易被自己的超级技术毁灭。这些观点都是自毁滤镜理论的内容(但不限于此,限于篇幅不详细介绍)。
自毁过滤器假说估算的文明自毁概率并没有上面我们看到的假设数据那么低,但是科技文明在电气时代前期的自毁概率几乎是1(也就是说,不考虑其他因素,科技文明几乎没有机会活到广播宇宙,所以我们几乎接收不到其他文明的电波),这意味着人类在现实中成功进入原子时代是一个奇迹。
有人会认为,电气时代前期科技文明自我毁灭的概率差不多是1。这个结论耸人听闻。其实人类科技发展最大的优势就是文明体量大,从生产力和地域分布来说都是大规模的。
这就保证了人类文明有相当一部分能够在经历多次大灾难后存活下来,不会断裂(所谓文明断裂是指生产体系的崩溃,技术和历史经验的丧失,文明回归到初始阶段,多数情况下表现为文明的毁灭或废土模式):
在电气技术时代到来之前,人类的迁徙能力和通讯能力已经为文明的扩张和成长做好了足够安全进入电气技术时代的准备,但地外文明的发展可能不会是这样的(这种发展模式不是必然的,甚至是低概率的,因为如果文明生活得好,有很大概率不会考虑任何扩张。
因为扩张意味着社会管理更加困难,没有多少统治者会为了未知的海外收益而冒险给自己找大麻烦。人类文明的扩张在某种意义上是生存所迫,自给自足的中国别无选择,只能大航海。
电气技术的时代先于燃料动力的时代。这个时代的技术足以摧毁体积不足的科技文明,因为拥有了燃料发动机,就意味着多种燃料机械可以在黑粉色中登场,机械技术和相关的化学技术就会飞速发展(比如火炮巨舰、飞机、炸弹的技术)。在人类历史上,燃料动力时代的世界大战级战争,多次几乎毁灭了欧洲文明。没有海外殖民地的经济反馈,欧洲文明能不能回来还很难说。
可想而知,如果没有点对点的技术点,地外文明在殖民世界并获得足够的文明体量之前,早就对各种武器和技术疯狂了。他们没有机会大概率活到电气技术时代的前期,更不用说研发出足够大功率的无线电发射机来广播宇宙了。
哲学家说过,幸运的人不知道真相。很多人以为科技文明在人类文明发展到航空航天时代、原子能时代的时候,可以轻松度过燃料动力时代的终结,进入电气时代,却不知道人类文明有多幸运。学者们在思考科技文明的发展时,更清楚地看到,成功的事实并不意味着必然,很多成功主要靠的是好运气,这是不可复制的。
我们不能只看到人类取得了什么样的成功,就认为这是我们应得的。我们应该去学习,去发现,去意识到我们不应该这么幸运。这样才能珍惜已经取得的成果,谨慎地走得更好(刘在《三体》中写道:我说不要自大,懦弱无知不是生存的障碍,自大才是)。
最后介绍一个关于太空时代自毁过滤器的隐忧:
在外星人殖民不断扩大人类文明体量之前,人类就开始发展核武器技术、大数据经济、转基因技术、人工智能技术。这些技术拥有瞬间毁灭人类文明的力量,人类文明没有后援。一旦被破坏,就没有重新开始的机会了。我们现在的命运和那些文明体量不足以熬过燃料动力时代终结的地外文明一样。也许我们需要放慢这些已经灭绝的超级科技的研发速度,让文明先走出去,在其他星球上展开枝叶,给人类文明留个备份,然后在科技树上大踏步前进?