重新思考外星人

石無魚

地球上充斥著大約900萬個物種，而且至少有一種已經(jīng)屬于智慧生命。宇宙中還有無以數(shù)計適宜生命棲居的行星。所以，我們很自然會推想，地外生命（甚至高級文明）應該大量存在。半個多世紀以來，我們也窮盡了各種辦法去尋找他們，但至今仍然一無所獲。

外星生命，外星人，為什么這么難找？

由于長期搜索無果，一些天文學家最近將他們的注意力放回了地球，以重新審視這個問題。巧合的是，他們審視的結(jié)果與生物學家的一個觀點不謀而合。

計算外星文明數(shù)量的公式

幾十年來，尋找地外智慧生命的天文學家不停用射電望遠鏡掃描天空，以期截獲來自另一個高級文明的信號。

射電望遠鏡搜尋的是無線電波。為了估計銀河系內(nèi)有多少智慧生命能夠發(fā)射或接收無線電信號，我們經(jīng)常回到美國天文學家弗蘭克·德雷克在19 61年制定的一個公式。德雷克公式是七個變量的乘積，最終算得的結(jié)果是銀河系內(nèi)可能能夠與我們通訊的文明數(shù)量。

在德雷克提出他的公式那個年代，這七個變量里每一個都有很大的不確定性。然而到了半個多世紀后的今天，得益于開普勒太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)的數(shù)千顆系外行星，德雷克公式中的前三項R*（銀河系內(nèi)恒星形成的平均速率）、fp（恒星中擁有行星的恒星所占比例）和ne（每個擁有行星的恒星系中類地行星的平均數(shù)量），數(shù)值已經(jīng)比較確定。只有涉及生物學方面的兩個變量，fl（可居住行星中能進化出生命的概率）和fi（如果進化出生命，進化成高級智慧生命的概率），較難確定，對此，我們只能做一些猜測。

就目前的情況來看，人們對這兩個變量（兩個概率）的理解是如此懸殊，以至于最后的計算結(jié)果五花八門。既有說我們在銀河系中是孤獨的，也有說銀河系中存在著數(shù)百萬個類似我們的文明。面對這些預言，我們還是像先前一樣迷茫。

統(tǒng)計學上，縮小這兩個概率的常規(guī)方法是擴大樣本數(shù)量。譬如，在數(shù)十億年的時間里觀察大量的類地行星，看看生命出現(xiàn)的概率以及生命進化成智慧生命的概率。但問題是，我們能擁有的樣本目前只有地球一個，所以此路不通。

由猜想趨于客觀真實的方法

不過，還有另一種方法來處理概率問題，它可以改變我們對找到外星人概率的思考。

18世紀的英國數(shù)學家托馬斯·貝葉斯提出一種方法，允許我們在樣本數(shù)量有限的情況下，先給出一個較為主觀的猜測，然后隨著新信息的出現(xiàn)，不斷更新概率，以期接近客觀真實。這種方法叫“貝葉斯方法”。

舉個例子。有一桶黑白兩色球?，F(xiàn)在你想知道，黑球和白球所占比例各是多少。

這個問題需要通過從桶中不停拿球來解決。原則上，等到你把桶中的球全拿出來了，你也就知道了答案。但也并非在所有的球拿完之前，我們對此心中一點數(shù)都沒有。

在動手拿球之前，我們不妨猜測桶中有50%的白球和50%的黑球。隨著不斷拿球，我們會根據(jù)得到的觀測值更新我們的猜測。假設10次抽取后得到4個白球和6個黑球，那么此時我們對白球比例的估計就會從最初的50%下調(diào)。假設50次抽取后得到了15個白球和35個黑球，我們對白球比例的估計又會繼續(xù)下調(diào)。隨著越來越多的觀測值，我們會持續(xù)更新猜測，并且對該猜測越來越有把握。

原則上說，只要猜測能無限次地更新，那么貝葉斯方法的結(jié)果跟最初的猜測無關(guān)。你最初猜測“50%白球和50%黑球”也好，猜測“100%白球”也好，最后總能接近真實情況。但在實際操作中，由于我們當前手頭掌握的信息畢竟有限，猜測不能無限次更新，所以，貝葉斯方法的結(jié)果往往對初始的猜測依賴性很大。一個合理的猜測比一個不太合理的猜測，能少走很多彎路，更快地逼近客觀真實。

拓展閱讀

即使存在外星人，溝通也是個障礙

正文中提到，在德雷克公式中有兩個涉及生物學的變量阻礙了我們對外星智慧生命存在的可能性做出較為可靠的預測。事實上，也有一種忽略這兩個變量的辦法——只是這種辦法在很多人看來過于武斷——即用地球上的情況來衡量其他星球。

地球上智慧生命是大約在地球形成后45億年才出現(xiàn)的，我們也可以要求在其他可棲居的類地行星上，智慧生命也出現(xiàn)于其誕生后的45億年。2020年6月，就在基平發(fā)表他的研究后不久，英國兩位天文學家按照這一假設使用德雷克公式估計，得出“在銀河系至少存在36個可與我們通訊的智慧文明”的結(jié)論。在計算中，他們還假設，一旦一個智慧文明出現(xiàn)，它至少會持續(xù)100年。如果持續(xù)時間更長，那么文明的數(shù)量還會增加。

但是，就算銀河系中真的有36個外星文明。在這種情況下，它們之間的平均距離約為1.7萬光年，這對與我們的來回溝通造成了極大的阻礙。要知道，他們發(fā)出的任何信號都需要經(jīng)過1.7萬年才能到達我們這里。我們發(fā)回的信號也需要1.7萬年到達他們那里，然后再花1.7萬年等他們回復。這樣最起碼需要5.1萬年以上才能完成一次交流。但我們學會無線電通訊才100多年，且每代人的生命十分有限，文明能持續(xù)多久未知。此外在還可能存在自然災害及大規(guī)模戰(zhàn)亂等不確定因素的情況下，人類文明能否持續(xù)5萬年以上，我們不可而知。

另外，外星文明用于交流與溝通的語言或文字是怎樣的？我們與他們之間能溝通嗎？不要說別的，地球上不同生物之間都無法交流，“雞同鴨講”就是普遍現(xiàn)象。就是我們?nèi)祟?，不同國家和地區(qū)的人，如果沒有翻譯，交流都很困難。不同時期的文字也難以解讀，我國的甲骨文，到現(xiàn)在還沒有被全部解讀。所以我們即使與他們?nèi)〉寐?lián)系，但能否交流還是個問題。

外星生命可能性最大的一種形式

2020年，美國哥倫比亞大學的天文學家大衛(wèi)·基平在研究生命在宇宙中存在的可能性時，就用了貝葉斯方法。

首先，他做了一個假設。他認為，生命出現(xiàn)在宜居行星上的概率和生命進化為智慧生命的概率，都應該要么接近0（意味著永遠不會發(fā)生），要么接近1（意味著總會發(fā)生），而不是介于兩者之間的某個任意值。因為在他看來，若取某個中間值，譬如生命出現(xiàn)在宜居行星上的概率是0.5，那就意味著，在與地球條件完全相同的類地行星中，5 0%能進化出生命，5 0%無法進化出生命。這就好比同樣條件的實驗，在美國做和在中國做，會得出相反的結(jié)論，在他看來未免太莫名其妙。

在這個假設基礎上，就產(chǎn)生了四種可能性：生命和智慧生命都很罕見;生命和智慧生命都很常見;生命很罕見，但是一旦出現(xiàn)，幾乎總能進化成智慧生命;生命很常見，但很少能進化成智慧生命。在做計算之前，他又假設，四種情況的最初可能性都是一樣的。

結(jié)合地球物理學和古生物學上的證據(jù)，基平用貝葉斯方法計算四種情況的概率。最后，他發(fā)現(xiàn)，“生命很常見”的概率是“生命很罕見”概率的9倍。這意味著，生命在類似地球的行星上存在是個大概率事件。他還發(fā)現(xiàn)，“智慧生命很罕見”的情況比“智慧生命很常見”的情況更受青睞，兩者概率之比是3：2。

一句話，按基平的計算結(jié)果，“生命很常見，但很少能進化成智慧生命”在四種情況中，可能性最大。

這正吻合當前在生物學家中占主流的一種看法：從無到有進化出生命，相對容易;但簡單生命要進化成高級的智慧生命，則障礙重重。他們說，雖然多細胞生命比單細胞生命高級，智慧生命則更高級，但進化完全是隨機的、盲目的，并沒有一只手為生命指明一條從低級到高級的進化之路。因此，地球上進化出高級生命和智慧生命，都帶有很大的偶然性，即使地球歷史倒過去重演一次，這些好事也未必還能發(fā)生。

例如，從簡單的單細胞生物進化到復雜的多細胞生物，可能完全就是一種僥幸。單細胞生命生存、繁殖全靠自己。相比之下，多細胞生物體內(nèi)的細胞，都放棄了各自的獨立性，有力地結(jié)合在一起，承擔著不同的分工。這些細胞為何能如此默契地走到一起，障礙是怎么克服的，這至今都是一個謎。智力和文化的發(fā)展也同樣不可思議。魚存在于地球已經(jīng)有大約4. 5億年了，但在這么長的時間里，似乎并沒有表現(xiàn)出有智力增長的跡象。所以我們也很容易想象到，在另一個類地星球上，生命從未產(chǎn)生過，或者產(chǎn)生的單細胞生物從未進化到復雜的多細胞生物……

還是要繼續(xù)搜尋

這樣的結(jié)論確實有點令人沮喪。不過，這些都不能最終證明我們在宇宙中是孤獨的。理由如下：

首先，宇宙空間畢竟非常大，用著名英國生物學家霍爾丹的話說“宇宙不僅比我們想象的要大，而且比我們能想象的要大?！便y河系中至少有1000億顆恒星，還有數(shù)萬億顆行星。宇宙的歷史又如此漫長。所以，盡管從簡單生命進化成智慧生命存在種種障礙，我們?nèi)匀豢梢云诖恍└呒壩拿髟谝恍┬乔蛏铣霈F(xiàn)。

其次，貝葉斯方法只是一種統(tǒng)計學方法，它的結(jié)果并不能替代真相。還是以從桶中拿球為例，在你沒有把球全部拿出來之前，你永遠不知道真實情況是什么。譬如，在總共100個球中，你拿完80個，黑白的比例差不多是1：1，你用貝葉斯方法推斷，滿心以為整桶球也是黑白各占一半，但后來卻發(fā)現(xiàn)，剩余20個全是白球。這就把你原先的結(jié)論顛覆了。因為說到底，這桶球是怎么裝進去的，裝進去之后有沒有經(jīng)過搖晃攪勻，我們并不清楚。

再說，天文學家應用貝葉斯方法的時候，輸入的一些數(shù)據(jù)有很大的不確定性。譬如，我們不知道地球是什么時候變得適合生命的。當出現(xiàn)時，這種生命的第一批分子是氨基酸、RNA還是脂質(zhì)膜。在生命首次出現(xiàn)后，它是否在地球歷史的早期被一些災難性事件扼殺了，不得不以一種可能不同的方式重新啟動？還有，我們也不知道是不是所有生命都必須只能基于碳來構(gòu)建。這些問題上的眾多不確定性，也影響了預測的可靠性。

所以，結(jié)論雖然有點令人沮喪，但阻止不了天文學家傾其力繼續(xù)去搜索外星智慧生命。