這幾天最火的電影是什么？《神奇動(dòng)物在哪里》！有多火？沒(méi)來(lái)得及去看電影的讀書(shū)君已經(jīng)開(kāi)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(dòng)物在哪里，而是神奇外星人在哪里！然鵝要搞清楚這個(gè)問(wèn)題，我們首先要弄明白：宇宙里可能有外星人存在嗎？有的話(huà)他們會(huì )在哪里，這兩個(gè)基本點(diǎn)。然后作為星際迷的讀書(shū)君還想用反推的辦法，用我們的理論知識來(lái)理一理，人類(lèi)存在于宇宙的概率是多少，聊聊人擇理論……如此看來(lái)，這是十分心機婊的強行安利：一定是有外星人存在的?。ú灰蛭?，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(xué)道理（對，用物理學(xué)來(lái)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(gè)腦洞開(kāi)的奇大的科學(xué)怪人戴夫·戈德堡（普林斯度大學(xué)博士，德雷克塞爾大學(xué)物理系副教授）、杰夫·布洛姆奎斯特（德雷克塞爾大學(xué)物理學(xué)碩士，現任波音航空工程師）共同完成，哦對，里面那些調皮的漫畫(huà)插圖都是杰夫的作品喲~
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物理學(xué)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(gè)領(lǐng)域中，有時(shí)候，最安全的科學(xué)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，作為普遍規律，本書(shū)的最后只回答了序號為奇數的問(wèn)題）
與此同時(shí)，某些公眾關(guān)注的物理問(wèn)題趨向于思考宇宙的尺度，我們可能需要對現實(shí)的真實(shí)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(wèn)到這些事的時(shí)候，物理學(xué)家們會(huì )臉紅，并且想起他還需要把計算堅持下去。這些艱深的問(wèn)題很難被解決。著(zhù)名的牛頓爵士，是他那個(gè)時(shí)代（也許是任何時(shí)代）最偉大的物理學(xué)家，同時(shí)也是一個(gè)虔誠的基督徒。在發(fā)現物理定律和微積分的間隙，他仍然有足夠的時(shí)間去思考一枚針尖上可以有多少天使在跳舞。人類(lèi)有一個(gè)光榮的傳統，就是把物理學(xué)應用到非物理問(wèn)題上。這意味著(zhù)當有人問(wèn)我們是否相信有外星人的存在時(shí)，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(fǎng)過(guò)我們=。=
人類(lèi)的無(wú)線(xiàn)電信號傳到太空中不過(guò)大約六十年。除非外星人們探測到來(lái)自地球的可疑信號，然后想要查出這些信號是從哪兒來(lái)的（盡管他們看到所接收到的人類(lèi)的電視節目后估計就不會(huì )想來(lái)了），否則他們可不會(huì )來(lái)拜訪(fǎng)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(lái)拜訪(fǎng)過(guò)我們，他們距離地球必須在三十光年之內。在這個(gè)位置上大約有四百個(gè)這樣的恒星，但到目前為止還沒(méi)有直接跡象表明，它們中的任何一個(gè)包含類(lèi)似地球的行星。這些行星都荒無(wú)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(kāi)始就在努力尋找我們，現在也不太可能探測到我們的位置。
不過(guò)，這是宇宙的空間足夠廣闊，我們感覺(jué)其中一定會(huì )存在其他文明。恩里科·費米——二十世紀最偉大的物理學(xué)家之一，將其中的基本問(wèn)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(huì )發(fā)展出智慧生命。那么關(guān)鍵是，許多智慧文明會(huì )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(diǎn)啟示，可以想象人們（或外星人）會(huì )以非?？斓乃俣日碱I(lǐng)適宜居住的每個(gè)角落。由于宇宙已經(jīng)很老了，看起來(lái)宇宙中應該住滿(mǎn)了智慧生物，并且我們應該很可能接觸過(guò)很多次了。費米的問(wèn)題是，“外星人都在哪里？”
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費米的計算可能有點(diǎn)兒?jiǎn)?wèn)題，也許他對以超光速旅行或者去其他星系開(kāi)拓殖民地有點(diǎn)過(guò)分樂(lè )觀(guān)了。然而費米悖論搭建了一個(gè)舞臺，讓我們可以用天文學(xué)和物理學(xué)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(shí)空接觸》劇照 [保存到相冊] |
最簡(jiǎn)單的方法就是花很長(cháng)時(shí)間，反復觀(guān)察附近許多的恒星。原則上來(lái)說(shuō)，一個(gè)超級文明想要向外部世界宣告他們的存在，通常會(huì )發(fā)出無(wú)線(xiàn)電信號，其中包含一系列有規律的數字，使得其他智慧文明可以探測到他們。我們可沒(méi)那么先進(jìn)，只能接收信號；發(fā)射穿越星際無(wú)線(xiàn)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(lái)有些熟悉，那就對了。這是《超時(shí)空接觸》的基本前提，這部極具觀(guān)賞性的電影可是在1985年由卡爾·薩根編劇，后來(lái)由茱迪·福斯特主演的（作者：這又是一個(gè)電影業(yè)已經(jīng)幫助天體物理學(xué)家的案例，他們暗示在我們的周?chē)M(mǎn)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不過(guò)是我們的美好愿望，但搜尋外星人背后的科學(xué)卻是真實(shí)存在的。從二十世紀六十年代開(kāi)始，有一個(gè)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(gè)項目在一段時(shí)間內沒(méi)有政府的支持，因此自1999年以來(lái)，已經(jīng)在很大程度上依賴(lài)于個(gè)人計算機用戶(hù)處理通過(guò)望遠鏡陣列得到的大量數據。如果你有興趣幫忙，可以搜索“SETI @Home”）。我可不想說(shuō)喪氣話(huà)，但到目前為止，尋找外星人的行動(dòng)沒(méi)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(lè )觀(guān)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(huì )從宇宙中的其他任何星系而來(lái)。也許考慮自己的銀河系的情況可能稍微更現實(shí)一些。我們可以用一點(diǎn)點(diǎn)我們講過(guò)的統計方法來(lái)試著(zhù)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(lái)推測銀河系中是否存在具有智慧的外星人。
盡管它被改寫(xiě)成了很多形式，德雷克方程的最簡(jiǎn)形式是讓我們把所有產(chǎn)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育生命？
4.這些行星有多少比例在某個(gè)時(shí)候確實(shí)在養育生命？
5.如果他們產(chǎn)生了生命，最終進(jìn)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(gè)問(wèn)題可以回答地相當地精確，但問(wèn)題越到后來(lái)，你和其他任何人猜的（幾乎）都沒(méi)什么區別了。我們仍然通過(guò)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(jiǎn)單的問(wèn)題——也就是第一個(gè)開(kāi)始。表面上看，我們或許可以期待一下會(huì )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(zhù)一百億顆恒星，而一個(gè)典型的恒星可以持續存在數百億年。從我們銀河系的年齡來(lái)看，平均每年可以形成十顆恒星，每個(gè)恒星都是產(chǎn)生新文明的新機會(huì )。但是我們仍然不知道這些恒星中有多少會(huì )長(cháng)成像我們一樣的太陽(yáng)系。如果有一件事是肯可以定的話(huà)，那就是生命需要把一顆行星（或許是它的衛星）稱(chēng)作家園。
最具前景有生命存在的星球Gliese 581d：質(zhì)量是地球8倍
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SETI成立之初，太陽(yáng)系中恰好有九個(gè)行星是已知的。我們也許會(huì )認為，找到另一個(gè)文明或（假如我們最終完全廢棄地球）尋找另一個(gè)地方定居的前景看起來(lái)很黯淡。這并不是說(shuō)我們認為其他恒星沒(méi)有行星圍繞，只是還沒(méi)有發(fā)現他們罷了（作者：“你看過(guò)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(kāi)始不斷地發(fā)現行星，情況發(fā)生了改變。到目前為止，我們已經(jīng)發(fā)現了超過(guò)300個(gè)太陽(yáng)系外行星，我們還對它們做了一個(gè)粗略的估計，看起來(lái)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)現的行星絕大多數更像是木星而不是地球，不是那種我們預想中生命會(huì )蓬勃發(fā)展的地方，除非你很想在一個(gè)巨大的由氫氣組成的球體中遨游。
我們希望找到的是一個(gè)巖石星球（作者：一個(gè)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(gè)目標了。）——“類(lèi)地行星”，就像人們在商業(yè)上說(shuō)的一樣。這做起來(lái)很困難。由于類(lèi)地行星比氣體行星這個(gè)龐然大物要小得多，在母星旁產(chǎn)生的擺動(dòng)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(jìn)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(chǎn)生，而是在它周?chē)男l星上存在。我們仍然相信生命是比較罕見(jiàn)的。
但是我們有愿景。2007年我們發(fā)現了一顆被稱(chēng)為Gliese 581d的行星。盡管它的質(zhì)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(guān)于發(fā)現太陽(yáng)系外行星比較好的結果，可還是沒(méi)有找到有一個(gè)可以支持生命存在的行星。在德雷克方程的第4個(gè)問(wèn)題中，當讀到“這些行星有多少比例確實(shí)在養育生命”時(shí)，我們不得不聳聳肩。因為目前只知道有一個(gè)能夠支持生命的行星，并且確實(shí)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(shuō)什么東西是確定的。
然而我們有充足的理由樂(lè )觀(guān)。考慮到地球四十六億歲了，生命的出現是在它誕生了八億年之后。換句話(huà)說(shuō)，也許就在我們能看到的某個(gè)星球上，生命已經(jīng)盡可能快地開(kāi)始產(chǎn)生了。
你信咩？德雷克方程：銀河系有10個(gè)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(guò)一次，而且只有區區的幾百萬(wàn)年的時(shí)間。
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1993年，普林斯頓大學(xué)的J·理查德·高特提出了稱(chēng)之為“哥白尼原則”來(lái)處理這個(gè)難題。他做了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的假設：你并不特別（作者：別相信你媽媽的心靈雞湯）。這實(shí)際上是相當合理的，因為每一次在人類(lèi)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(gè)普通物種中的一個(gè)普通樣本呢？這意味著(zhù)：在任何給定的分布中，我們會(huì )在中間的某個(gè)地方，但不一定會(huì )在死亡中心。想象一本一百頁(yè)的書(shū)，書(shū)中包含了所有曾經(jīng)活著(zhù)和以后要活著(zhù)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(shū)的第一頁(yè)或最后一頁(yè)找到自己的名字一定會(huì )覺(jué)得很奇怪。因為只有2%的人類(lèi)會(huì )在文明的開(kāi)始或結尾出現?，F在你覺(jué)得自己走運了吧？
物理學(xué)家如果對結果有95%的信心，他們通常會(huì )發(fā)表這些結果。這就是說(shuō)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(lèi)之間。
與德雷克方程玩這些統計游戲的難點(diǎn)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，估計出在我們的銀河系可能有其他十個(gè)智慧文明存在。這個(gè)結論帶來(lái)的希望是支撐SETI項目的主要動(dòng)力之一。
偶然嗎？電子、夸克這些參數稍變，就沒(méi)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(huì )有那樣的質(zhì)量。我們也不知道為什么基本作用力會(huì )有那樣的強度。這些數值發(fā)生任何細小的變化，都將極大改變宇宙的面貌。沒(méi)有氫意味著(zhù)沒(méi)有化學(xué)。沒(méi)有化學(xué)意味著(zhù)沒(méi)有我們。
如果電子比它們現在更輕一點(diǎn)，那么它們很容易加速，可以以接近光速運動(dòng)，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(lái)說(shuō)是必需的，所以電子太輕就沒(méi)有恒星，沒(méi)有生命。
那么，假如這些數值與宇宙的基本物理規律并沒(méi)有聯(lián)系呢？如果這些數值真的是隨機的呢？如果它們中的幾十個(gè)參數稍稍改變，我們就不會(huì )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(xué)）對其他智慧生物的作用，如果沒(méi)有這些，宇宙中不再會(huì )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(guò)？
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我們用自身確實(shí)存在的事實(shí)來(lái)反駁我們不可能存在被稱(chēng)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(guān)察到的現象必須受限于一個(gè)必要條件之下，即我們作為觀(guān)察者是存在的?！?/strong>這句話(huà)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(xué)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(guò)，那么智慧生命也不會(huì )在這里談?wù)撍?。宇宙是為我們設計的？大多數物理學(xué)家（包括我們）不這么認為。我們的宇宙只是許多個(gè)宇宙中的一個(gè)？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(gè)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(gè)之上。
當然，與碰巧存在一個(gè)宇宙支持生命的事實(shí)相比，這對基礎物理更有意義。盡管從概率上來(lái)說(shuō)，此時(shí)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）
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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(shí)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
