費(fèi)米悖論與宇宙大寂靜

王爽

恩利克·費(fèi)米是20世紀(jì)物理學(xué)界的一位巨人，綽號“核時代的建筑師”。無論是理論還是實驗，他都有登峰造極的造詣。比如，在理論方面，他因為發(fā)現(xiàn)了弱力，在37歲那年就獲得諾貝爾物理學(xué)獎。而在實驗方面，他造出了世界上第一個核反應(yīng)堆。

當(dāng)?shù)谝活w原子彈在美國新墨西哥州沙漠里試爆時，費(fèi)米就待在離試爆點不遠(yuǎn)的一座觀察哨所里。當(dāng)爆炸的沖擊波傳來時，費(fèi)米做了一個非常傳奇的實驗：他從口袋里掏出一把紙片，撒向空中，這些紙片被沖擊波吹到了他身后約兩米遠(yuǎn)的地方。就是利用這個簡單到不能再簡單的實驗，費(fèi)米第一時間估算出了原子彈的爆炸威力，大概相當(dāng)于2萬噸TNT炸藥爆炸的威力。這個用一把紙片估算出來的數(shù)字，竟與后來美軍用精密儀器測出的結(jié)果相差無幾。

1950年的一天，費(fèi)米和幾個同事一起去餐廳吃午飯。途中，大家東聊西聊，就聊到了當(dāng)時在美國特別熱門的UFO話題。費(fèi)米一直一言不發(fā)。但在吃午飯時，他突然大聲驚呼道：“那么他們（外星人）都在哪兒呢？”

這個問題聽起來似乎有點無厘頭，但事實上，這是一個極端深刻的問題，以至于后人把它稱為“費(fèi)米悖論”。

費(fèi)米悖論提出了兩個基本假設(shè)。假設(shè)一：外星人在宇宙中普遍存在。假設(shè)二：一些高度發(fā)達(dá)的外星文明具備星際旅行的能力。

這兩個假設(shè)聽起來都特別合理。很難想象，在至少擁有1018億顆恒星的浩瀚宇宙中，地球是唯一的生命綠洲。也很難相信，所有的智能生命都會被困在自己的行星上，無法到其他的世界去看一看。但費(fèi)米悖論說的就是這兩個看似特別合理的假設(shè)，卻會導(dǎo)向一個極端荒謬的結(jié)論。

我們就以銀河系為例。目前的天文觀測表明，銀河系已經(jīng)存在了超過100億年，其直徑約為20萬光年，擁有超過1000億顆恒星。

如果費(fèi)米悖論的假設(shè)一是對的，我們不妨假設(shè)1%的恒星擁有像地球一樣的宜居行星。這樣一來，整個銀河系中將擁有10億個生命綠洲。

如果假設(shè)二是對的，那么就有智能文明可以進(jìn)行星際旅行。就算他們只能像《流浪地球》中那樣以1%的光速旅行，那他們也只要花2000萬年就可以穿越整個銀河系。

現(xiàn)在讓我們把這兩個假設(shè)合在一起。假設(shè)這10億個文明世界，有一億分之一的概率進(jìn)化成能進(jìn)行星際旅行的超級文明，那么在100多億年的時間里，這10個超級文明理論上足以殖民整個銀河系超過5000次。換言之，它們至少可以建立5000個銀河帝國。

這意味著，我們看到外星人的概率，應(yīng)該比我們看到外國人的概率還要高！

而費(fèi)米悖論問的是，那些外星人都在哪兒呢？

費(fèi)米悖論告訴我們，那兩個基本假設(shè)，至少有一個是錯的。

如果假設(shè)一是錯的，就會得出所謂的“稀有地球假說”。其核心觀點是，地球是宇宙中唯一的生命綠洲。

一般認(rèn)為，地球之所以能孕育生命，是因為它同時滿足以下7個條件：1.銀河系中心相當(dāng)平靜，沒有處于危險的活動狀態(tài)；2.太陽系與銀河系中心距離適中，位于所謂的星系宜居帶內(nèi)；3.太陽的質(zhì)量適中，既不是溫度很高還特別短命的藍(lán)巨星，也不是溫度很低還常常爆發(fā)超級耀斑的紅矮星；4.地球是一顆“金發(fā)女郎行星”，處于能讓液態(tài)水存在的恒星宜居帶內(nèi)；5.地球有木星這個保護(hù)神，從而避免了大量小行星和彗星的撞擊；6.地球很偶然地獲得了月球這個大型衛(wèi)星，從而擁有了穩(wěn)定的自轉(zhuǎn)軸及合適的自轉(zhuǎn)速度；7.地球擁有合適的大氣和磁場，從而阻止了液態(tài)水的蒸發(fā)，并把危險的太陽風(fēng)拒之門外。

稀有地球假說認(rèn)為，在整個宇宙中，只有地球能同時滿足這7個條件。如果其他的系外行星上都沒有任何生命，費(fèi)米悖論自然就迎刃而解了。

如果假設(shè)二是錯的，就會得出所謂的“大過濾器假說”。其核心觀點是，沒有任何一個文明能發(fā)展到星際旅行的階段。

為了便于理解，你不妨把智能文明的進(jìn)化當(dāng)成是一款有很多關(guān)卡的大型游戲。每一關(guān)的最后都有一個特別難對付的大BOSS，即所謂的大過濾器。如果打不贏某一關(guān)的BOSS，文明的進(jìn)化就會卡在這一關(guān)，而無法進(jìn)入下一關(guān)。

大過濾器假說認(rèn)為，把守著最后一關(guān)，也就是星際旅行關(guān)的，是一個特別恐怖的大BOSS，不管什么文明都打不贏。因此，沒有任何一個文明能進(jìn)行星際旅行。這樣的話，費(fèi)米悖論也就不再是問題了。

無論是稀有地球假說，還是大過濾器假說，都會得出一個共同的結(jié)論——“宇宙大寂靜”。

你可以把宇宙想象成一片狂暴而黑暗的大海，智能文明就是漂浮在大海上的一座座小小的孤島。由于永不停歇的驚濤駭浪，沒有哪個智能文明可以制造出能在海上航行的船。因此，他們永遠(yuǎn)感知不到其他智能文明的存在。這種孤獨(dú)而絕望的處境，就是所謂的宇宙大寂靜。

如果宇宙大寂靜的設(shè)想是對的，那么所有的智能文明都將注定被永遠(yuǎn)困在自己的孤島上。他們只能悄悄地誕生，悄悄地興盛，悄悄地衰敗，最后悄悄地滅絕。

人類很可能會被永遠(yuǎn)困在地球這座孤島上，沒有和其他智能文明接觸的機(jī)會。那么人類應(yīng)該做些什么來面對宇宙大寂靜的永恒孤獨(dú)呢？是爾虞我詐、以鄰為壑，還是聚在一起、抱團(tuán)取暖？

（其 數(shù)摘自清華大學(xué)出版社《宇宙奧德賽：穿越銀河系》一書，小黑孩圖）