費(fèi)米悖論

陳厚尊

對(duì)中國(guó)的科幻迷來(lái)說(shuō)，過(guò)去的2015年是不平凡的一年。劉慈欣先生的小說(shuō)《三體》英文版終于為中國(guó)人捧回了科幻

界的圣杯。與此同時(shí)，《三體》系列小說(shuō)中的許多概念與設(shè)定，比如三體問(wèn)題、黑暗森林狀態(tài)、維度打擊等，都在網(wǎng)絡(luò)上引發(fā)了廣泛議論。透過(guò)這些議論，細(xì)心的讀者不難發(fā)現(xiàn)那一條隱藏在整部小說(shuō)背后的著名的科學(xué)悖論。對(duì)科幻界來(lái)說(shuō)它就像是一個(gè)白洞，能夠不斷吐出激動(dòng)人心的文學(xué)點(diǎn)子；而在科學(xué)界，它更像是一個(gè)黑洞，盤踞在人類文明的前方，使我們無(wú)法看清自身遙遠(yuǎn)的未來(lái)。

費(fèi)米悖論其實(shí)是一個(gè)早已存在的命題。早在1950年，著名的美籍意大利物理學(xué)家恩里克·費(fèi)米在與人討論飛碟和外

星人的問(wèn)題時(shí)，突然冒出這樣一句話：Where are they？ （它們都在哪兒？）要理解這個(gè)疑問(wèn)的來(lái)由的確要費(fèi)些口舌。在物理學(xué)界，費(fèi)米先生一向以驚人的估算能力聞名，這為他留下了諸多逸聞趣事，比如，估算芝加哥有多少位調(diào)琴師，或者根據(jù)原子彈爆炸時(shí)產(chǎn)生的聲浪吹動(dòng)紙片的距離估算原子彈當(dāng)量等。正是憑借出色的估算能力，費(fèi)米才脫口問(wèn)出了那句話。他當(dāng)時(shí)意識(shí)到的問(wèn)題是：銀河系的尺寸只有區(qū)區(qū)10萬(wàn)光年，而它的年歲已有100億年。智慧文明哪怕以光速的千分之一對(duì)整個(gè)星系展開探索和殖民，也只需要1億年（實(shí)際上人類已經(jīng)具備了這樣的航行技術(shù)）。然而，所有的地質(zhì)學(xué)和古

生物學(xué)發(fā)現(xiàn)都證實(shí)地球的生物圈已經(jīng)自行進(jìn)化和繁衍了數(shù)十億年，其間極少受到來(lái)自外界的干擾（恐龍的滅絕應(yīng)該算一

個(gè)）。作為物理學(xué)家的費(fèi)米顯然無(wú)法接受這樣一個(gè)矛盾，他覺(jué)得一定是哪里搞錯(cuò)了。

究竟是哪里搞錯(cuò)了呢？這便是60多年來(lái)科學(xué)家一直試圖回答的疑問(wèn)。如今，我們列舉了形形色色的可能性，卻沒(méi)有一種得到觀測(cè)的證實(shí)。從某種程度上講，這是科幻文學(xué)的幸運(yùn)，因?yàn)樗拿恳环N解決方案都可以催生出一大類科幻小說(shuō)。劉慈欣先生給出的答案是：智慧文明彼此處在一種缺乏交流和信任的黑暗森林狀態(tài)。作為一名鐵桿《三體》迷，筆者承認(rèn)這的確是一個(gè)能夠孕育出好故事的設(shè)定，但僅此而已。從現(xiàn)代天文學(xué)的角度看，這樣的設(shè)定站不住腳。要知道，從遙遠(yuǎn)的地方判定一顆恒星是否孕育出了高等智慧文明其實(shí)是一件相對(duì)容易的事情。受制于熱力學(xué)第二定律，文明要生存下去必然消耗大量的能源，而大規(guī)模的能量攫取手段（例如戴森球）難免會(huì)影響其所在恒星的光譜模式。即使是人類這樣的初等文明建立的天文臺(tái)（比如中國(guó)的郭守敬望遠(yuǎn)鏡），也能夠同時(shí)測(cè)量數(shù)以千計(jì)的恒星光譜，并據(jù)此建立起完備的數(shù)據(jù)庫(kù)。此外，恒星物理學(xué)是一門相對(duì)成熟的學(xué)科，它差不多可以解釋我們接收到的任何恒星的光譜類型。相關(guān)工作與計(jì)算機(jī)結(jié)合后，自動(dòng)化程度極高，完全無(wú)須人力介入。還有，美國(guó)航空航天局在早已報(bào)廢的開普勒空間望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)庫(kù)里發(fā)現(xiàn)了許許多多的類地行星，這些行星不僅在體積和質(zhì)量上與地球接近，而且也運(yùn)行在母恒星的宜居帶內(nèi)?？紤]到開普勒空間望遠(yuǎn)鏡僅僅考察了銀河系的冰山一角，且手段單一、靈敏度差，銀河系中的類地行星的數(shù)目豈不是多得可怕？于是，這樣兩個(gè)截然矛盾的天文發(fā)現(xiàn)令費(fèi)米悖論變得更加古怪和費(fèi)解。這就好像我們?cè)阢露g誤闖了一間屋子，那里本該有許多人，此刻卻一個(gè)人也沒(méi)有。身處這樣一間神秘的屋子，我們一定也會(huì)脫口而出那句話：“他們都在哪兒？”

也許，作為費(fèi)米悖論最直接的推論，承認(rèn)我們的宇宙的確處于某種大寂靜的狀態(tài)是符合奧卡姆剃刀定律的。后者指

出：任何不利于此推論的結(jié)論都將逼迫我們做出某些額外的假設(shè)，而這些額外的假設(shè)將在數(shù)學(xué)上大大降低那些結(jié)論的可靠性。比如《三體》里的黑暗森林假設(shè)，它給出了一幅貌似處于“大寂靜”狀態(tài)、實(shí)則擁擠不堪的外星文明觀。為此，劉慈欣先生給出的額外假設(shè)是猜疑鏈和技術(shù)爆炸。我們暫且不論這兩個(gè)假設(shè)在外星文明間的可靠性有多高，單就技術(shù)爆炸這個(gè)概念而言，就帶有濃濃的西方科技發(fā)展史的味道。

言歸正傳，我們回到“大寂靜”的話題上來(lái)。說(shuō)到“大寂靜”，這個(gè)詞還是來(lái)自人們對(duì)“奧茲瑪”計(jì)劃執(zhí)行多年后得出的無(wú)奈結(jié)論?！皧W茲瑪”計(jì)劃由美國(guó)天文學(xué)家德雷克（即德雷克公式的提出者）主導(dǎo)，旨在通過(guò)無(wú)線電波尋找臨近太陽(yáng)系的生物標(biāo)志信號(hào)。該計(jì)劃自1960年4月正式啟動(dòng)，監(jiān)聽(tīng)工作斷斷續(xù)續(xù)開展了三期，卻沒(méi)有獲得有價(jià)值的結(jié)果。盡管后來(lái)又實(shí)施了諸如“米塔”、“鳳凰”、SETI等計(jì)劃，也都一無(wú)所獲，不了了之。宇宙的這種不尋常的無(wú)線電靜默狀態(tài)似乎在向人們展示某種暗藏在寒冷星空背后的廣袤與荒涼。這樣的結(jié)果甚至極大地改變了20世紀(jì)許多天文學(xué)家對(duì)生命和智慧的認(rèn)知。

難道說(shuō)宇宙中真的只有我們?cè)诤魡竞蛯ふ覇?？人類文明真的代表了銀河系最先進(jìn)的生產(chǎn)力嗎？講到這里，我們不得

不提及所謂的“大篩選”理論（the Great Filter），它給出了一個(gè)造成“大寂靜”的可能原因。為此，讓我們嘗試考慮一個(gè)類似阿西莫夫筆下的銀河帝國(guó)那般宏偉的智慧文明。它是如此龐大，足跡遍及無(wú)數(shù)行星系，以至于尋找其文明的發(fā)源地都成了一個(gè)考古學(xué)難題。對(duì)那樣的文明來(lái)說(shuō)，我們所能設(shè)想到的任何天災(zāi)人禍似乎都不太可能觸及其根基。也就是說(shuō)，那樣的文明幾乎堪稱不朽。不過(guò)很遺憾，費(fèi)米悖論告訴我們，那樣的文明就好比是18世紀(jì)人們幻想出來(lái)的永動(dòng)機(jī)，現(xiàn)實(shí)中并不存在。永動(dòng)機(jī)不存在自然有熱力學(xué)的定律來(lái)保證，但費(fèi)米悖論呢？“大篩選”理論認(rèn)為，在銀河帝國(guó)文明的發(fā)展初期，必然存在一個(gè)或者多個(gè)“大篩子”，而智慧文明能夠跨越這些“篩子”的可能性微乎其微。接下來(lái)的問(wèn)題是，我們的文明是否已經(jīng)跨過(guò)了那些“篩子”？為此，大篩選理論的提出者羅賓· 漢森給出了9個(gè)可能的備選項(xiàng)，依照時(shí)間順序它們分別是：①合適的行星系（即前面提到的類地行星）；②可自由復(fù)制的遺傳大分子（如RNA 和DNA）；③簡(jiǎn)單的單細(xì)胞生物；④復(fù)雜的單細(xì)胞生物；⑤性繁殖；⑥多細(xì)胞生物；⑦能夠運(yùn)用工具；⑧我們所在的水平；⑨星際殖民。

其中第八條是人類文明所處的水平。于是我們先前的問(wèn)題變成了：那些“大篩子”究竟來(lái)自前面列舉的7條，還是盤

踞在第八條與第九條之間？考慮到人擇原理，我們完全不可能察覺(jué)到那些已經(jīng)被我們跨越過(guò)的“篩子”。在這一點(diǎn)上，行星物理學(xué)的某些發(fā)現(xiàn)會(huì)變得格外危險(xiǎn)，因?yàn)樗试S我們看清那些被人擇原理遮蔽起來(lái)的重要信息。例如，開普勒空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)基本排除了第一條就是“大篩子”的可能性，因?yàn)樗C明了類地行星在銀河系里絕非罕見(jiàn)。這是個(gè)糟糕的消息。更糟糕的是，類似的發(fā)現(xiàn)每時(shí)每刻都可能重現(xiàn)在火星的探索任務(wù)之中。如果哪天美國(guó)航空航天局突然宣布他們的火星車在火星表面成功發(fā)現(xiàn)了某種原始的多細(xì)胞生物化石，即便它只是顯微鏡下相當(dāng)模糊難辨的一瞥，我們的處境都會(huì)大大不妙。因?yàn)樵谀欠N情況下，我們幾乎可以肯定多細(xì)胞生物僅僅在太陽(yáng)系里就中了兩票，若放眼廣闊無(wú)垠的星河，外星生物的種類簡(jiǎn)直堪比恒河沙數(shù)！于是，傳說(shuō)中的“大篩子”要么就是第七條，要么它正盤踞在人類文明的正前方，對(duì)我們虎視眈眈。所以從這個(gè)意義上講，在外星生物探索領(lǐng)域，沒(méi)有消息便是最好的消息。

接下來(lái)，我們?cè)倏纯础按蠛Y子”處于人類文明前路的可能性又有多大。毋庸置疑，目前我們的文明正處在一個(gè)快速變革的時(shí)代，而且該過(guò)程具有不可逆的性質(zhì)，即使些微的減速與倒退對(duì)人類來(lái)說(shuō)都會(huì)是一場(chǎng)災(zāi)難。人類的智者不斷揭秘未知的科學(xué)領(lǐng)域，這個(gè)過(guò)程就好比人類與上帝玩的一場(chǎng)不能反悔的摸球游戲，每做出一項(xiàng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)，便相當(dāng)于從上帝的袋子里摸出一顆帶顏色的球，不同的顏色代表了不同性質(zhì)的科學(xué)技術(shù)。其中有基本無(wú)害的綠球，比如太陽(yáng)能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)；也有中性的白球，比如火的使用；還有代表危險(xiǎn)的紅球，比如克隆技術(shù)、核技術(shù)等；當(dāng)然，更有代表死亡的黑球。眼下人類還不曾抓到黑色的球，但這并不代表黑球不存在。一旦黑球現(xiàn)世，便是所謂的“大篩選”降臨的時(shí)刻。當(dāng)然還有另外一種可能，那就是隨著時(shí)間的推移，原本危險(xiǎn)、中性甚至是無(wú)害的球，一夜之間忽然變成了黑球，令我們措手不及。這樣的可能性的確存在，比如最近一直很火的人工智能技術(shù)。

到這里，我想很多讀者對(duì)費(fèi)米悖論產(chǎn)生的原因已經(jīng)有了自己的答案。沒(méi)錯(cuò)，這本就是一個(gè)見(jiàn)仁見(jiàn)智的開放性話題。不過(guò)換一個(gè)角度想，也許事情原本就沒(méi)有那么復(fù)雜，僅僅只是智慧文明間難以逾越的巨大時(shí)空距離造就了如今的“大寂靜”狀態(tài)。設(shè)想此時(shí)此刻，銀河系的另一端剛好有一個(gè)智慧文明在向太陽(yáng)系的方向發(fā)送信號(hào)，我們要接收到它怎么也得等到8萬(wàn)年以后了。人類文明能延續(xù)那么久嗎？只需看看眼下我們給地球的生態(tài)圈帶來(lái)了什么，不難發(fā)現(xiàn)這可能真的是一個(gè)問(wèn)題。

基于同樣的考慮，某一時(shí)刻兩個(gè)文明之間要達(dá)成單向的對(duì)話，須滿足至少兩個(gè)條件：第一，足夠高的文明產(chǎn)生率；第二，足夠長(zhǎng)的文明壽命。這里定義的文明壽命自文明掌握射電技術(shù)的時(shí)刻算起。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)下，人類文明目前只存活了110年。非常不幸的是，目前我們對(duì)第一個(gè)條件的數(shù)值范圍仍然一無(wú)所知，就連第二個(gè)條件，我們也只能根據(jù)自身情況給出一個(gè)可能的下限。然而令人震驚的是，就是這樣一個(gè)極度簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，在稍加分析后竟得出了這樣一個(gè)結(jié)論：無(wú)論宇宙間的文明產(chǎn)生率如何，文明都必須高于一定的壽命才可能達(dá)成單向?qū)υ?，這個(gè)壽命的下限大約是1000年。我們可以定性地理解這個(gè)結(jié)果：兩個(gè)壽命過(guò)短的文明同時(shí)存在且達(dá)成對(duì)話的可能幾乎不存在，因?yàn)樵谛盘?hào)尚未抵達(dá)時(shí)，其中一個(gè)就先滅亡了。可是，這樣簡(jiǎn)單的結(jié)果忽然拋給我們一個(gè)巨大的疑問(wèn)：費(fèi)米悖論是否意味著智慧文明的平均壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于1000年？對(duì)人類文明來(lái)說(shuō)，這個(gè)結(jié)果更加令人不安，因?yàn)樗坪醢凳局莻€(gè)致命的“大篩子”就盤踞在我們不遠(yuǎn)的將來(lái)。

當(dāng)然，以上這些討論完全有可能在無(wú)知的人群間引發(fā)某種末日的恐慌情緒，但這并非是我們討論費(fèi)米悖論的本意。

相反，它應(yīng)該變成一口警鐘，長(zhǎng)鳴于每一個(gè)人類智者的心里，時(shí)刻提醒自己要尊重自然，居安思危，有所敬畏。古人云：君子有所為，有所不為，講的就是這個(gè)道理。宿命論、機(jī)械論已被丟入歷史的垃圾桶，放眼未來(lái)，我們的文明無(wú)可限量。聯(lián)系當(dāng)下的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，至少有一點(diǎn)會(huì)變得非常明確：如果人類社會(huì)還遲遲不改變自己的能源結(jié)構(gòu)，繼續(xù)在碳排放的問(wèn)題上玩弄政治手腕，相互推諉不作為，恐怕我們都將在有生之年目睹自己文明的“大篩子”。