2021年09月23日 09:00
【科學快訊】
來源： 中科院高能所
極光假說|超越費米悖論
費米悖論，是恩裏科·費米提出的一個基本假設，它是基於宇宙的漫長年齡和龐大的星體數量，經過一系列的計算後發現——地外文明存在性的過高估計，與缺少地外文明存在的相關證據相矛盾。於是在1950年夏天的某個午餐的閑談中，費米提出了「外星人它們都在哪裏？」的著名問題。
簡單來說，費米悖論指的是外星智慧生命（extraterrestrial intelligence， ETI）存在的高概率估計和缺乏明顯的證據。
那麼今天，我們來研究費米悖論的又雙叒叕一種可能性——那就是殖民其他星系對我們的健康有害！
這叫做「極光假說」，這個理論認為，僅僅因為行星適合居住，並不意味著智慧生命就可以殖民那裏！
這一假說的名字來源於一部著名的、相對較晚的科幻小說（下文將詳細介紹），盡管它的起源可以追溯到幾十年前。該假說的核心質疑了智慧物種能夠在母星系統之外殖民的觀點。
一個先進的文明，當它擴展到其他星系的時候，比如我們的星系，他們必將創造明顯的跡象——其存在形式的空間基礎設施。考慮到宇宙的年齡以及恒星和行星的絕對數量，到目前為止，智慧生命按理已經在許多世界上進化了許多次。
那該死的猜想！
剛才提到的假設，認為一個（或幾個）高級文明應該已經殖民了我們星系，其實並不是源於費米本人。1975年，天文學家邁克爾·哈特（Michael Hart）寫了一篇《關於地球上沒有外星人的解釋》（An Explanation for the Absence of extraterrestrial on Earth）的論文，這個想法才真正與費米悖論聯系起來。
哈特的論點是，首先假設，一個ETI在過去的銀河系中出現了，那麼它將有足夠的時間來發展星際旅行、殖民附近的恒星。隨著時間的推移，這些殖民地會引發類似的殖民，最終導致這種文明殖民了我們銀河系的大部分地區。然而，由於沒有證據表明存在這樣的文明（哈特的「事實A」），因此哈特得出結論——人類是孤獨的。
這個論點在1980年被物理學家和宇宙學家弗蘭克·蒂普勒（Frank Tipler）的研究中進一步闡明：「外星智慧生物不存在」。在這項研究中，蒂普勒運用了宇宙學原理以及SETI-支持者提出的其他觀點，基本上可以歸結為這樣一個概念：SETI會像人類一樣基於同樣的科學原理來開發技術。
由此他估計，任何比人類早10億年出現的高級物種，都能夠在銀河系殖民好幾次：「除了可以與我們的火箭技術相媲美之外，從事星際通信的物種似乎有可能擁有一種」失敗的「精密計算機技術……因此，我認為這樣的物種最終會發展出一種能夠自我複制的萬能構造器，它具有與人類相當的智力水平……這種機器與現代火箭技術結合起來，將使人類有可能在不到3億年的時間裏探索和殖民銀河系。」
由於蒂普勒對這一論點也有貢獻，此論點以他和哈特的名字共同命名。後來的理論家，例如著名科學家大衛·布林（David Brin）所提出的「獨特性假說」（Uniqueness Hypothesis），也建立了類似的理論基礎。對此，卡爾·薩根（Carl Sagan）在一篇與地球科學家威廉·紐曼（William Newman）合著的反駁文章中回答道：「缺乏證據並不等於不存在。」
我們所能確定的是，沒有任何先進的文明曾在我們的星系中進行過大面積殖民，否則，他們早就被發現了。除此之外，薩根認為人類在宇宙中是孤獨的，他說這是「以人類為中心的、自我祝賀的宣言」，事實A肯定還有其他原因。
一代船的內部視圖，它有著交替分布的條形的宜居表面，以及可以讓光線進入的「窗戶」。來源：Rick Guidice/NASA Ames Research Center
不得不說，這些論點往往把「大沉默」歸因於社會學（探索和擴張不是規範的）或自然界的生物（智能生命是罕見的）原因。例如，稀土假說、海洋世界假說，或者基於「非收斂進化」原則的論點。然而，從另一種意義上說，生物學也有可能是一個因素。
起源
極光假說是以金·斯坦利·羅賓遜（Kim Stanley Robinson）2015年的科幻小說命名的。故事發生在星際一代船的船員上，他以10%的光速行駛於τ Ceti星系統，來殖民它的「月球」（名為奧羅拉），軌道在τ Ceti星的e軌道。他們到達後不久，試圖適應當地環境，但由於接觸了朊病毒這樣的原始生命，殖民者們開始死亡。
朊病毒是一種錯誤折疊的蛋白質，能夠將其特性傳遞到同一蛋白質的其他變體上。由於體積極小，它們一著陸就躲過了探測器和極光號機組人員的探測。對此，宇航員們分成了兩派，一派仍然想要殖民這個系統，另一派想要返回地球（他們現在認為地球是唯一適合人類的環境）。
這一假設源於2019年一項名為《費米悖論和極光效應》的研究：該研究由羅切斯特大學的亞當·弗蘭克（Adam Frank）、美國宇航局系外行星系統科學（NExSS）的首席研究員凱萊布·沙夫（Caleb Scharf）以及賓夕法尼亞州立大學系外行星和宜居世界中心和哥倫比亞大學的研究人員領導。
為了解決哈特事實A，研究人員首先檢查了一個先進的外星文明可以在銀河系中定居的速度。這其中包括：並不是所有的系統都有可居住的行星，被定居的系統最終會發射自己的探測器和客船，形成一個「定居前線」，隨著時間的推移，會遍布整個星系。
最重要的是，他們還認為地球可能在遙遠的過去被外星文明居住過（或訪問過），但目前還沒有證據證明這一點。然而，他們研究的新穎之處在於，他們考慮到雖然一顆行星可能是「宜居的」，但它可能不是天生的「宜居的」。他們說：「通常有這樣一種假設，即任何行星都可以被改造成適合定居文明的特定需要的行星。但探測器的目的是建立可居住的定居點，所有的恒星系統都是可行的定居目標，這一想法屬於外文明機構； 因此，在我們的工作中，我們放寬了這一假設。
「此外，一些恒星可能主要以土著形式生活，出於實際情況或道德的原因，這可能妨礙和解……這個主題在金·斯坦利·羅賓遜（Kim Stanley Robinson）的小說《極光》（Aurora）中得到了探討（劇透警告）。在小說中，盡管一個世界在形式上是宜居的，但它並不是我們所說的可定居的。因此我們考慮了很難找到好的世界的可能性——我們稱之為極光效應。」
行星無處不在。那麼外星人都去哪了？ 來源：ESO/M。
Kornmesser
在將所有這些因素納入一系列模擬之後，他們得出了幾個結論。首先，外文明在銀河系定居所需的時間少於（或相當於）銀河系目前的年齡（135億年）。然而，如果把「極光效應」考慮進來，就會產生這樣一種情況，即只有星系的某些部分被定居了。
再考慮到文明的壽命是有限的，似乎某些星系團注定要被定居和重新定居，而周圍的地區也不穩定。最後，如果地球所在的星系區域與「重新安置的星團」不相符，那麼在很長一段時間內（多達100萬年），完全有可能根本沒有人定居或訪問過我們。
這個假設讓人想起美國宇航局科學家傑弗裏·a·蘭迪斯在他1993年的著名研究中提出的「滲透理論」。根據蘭迪斯的說法，天體物理學強加了一個最大的距離，在這個距離上直接星際殖民是可行的（比如通信時間延遲和時間膨脹）。蘭迪斯說，這也會導致聚居群的出現，超過這個範圍就不會出現殖民現象。
影響
這意味著地球曾被外星文明造訪過，但這種可能性發生的時間間隔相當長。從費米悖論和事實A的角度來看，這是相當有意義的。作為一個物種，人類只存在了大約20萬年，而且只有過去的6000年有記錄。
除此之外，隨著時間的推移，無數的記錄和更古老的口述傳統已經消失。如果外星文明只可能在一萬年才出現一次，我們今天又怎麼知道呢？ 說到底，人類的記憶是短暫的。作為一個物種，在我們存在足夠長的時間之前，說地球從未被其他智能物種訪問過是完全不成熟的。
事實上，卡爾·薩根（Carl Sagan）和約西夫·什克洛夫斯基（Iosif Shklovsky）在他們的《宇宙中的智慧生命》（intelligent Life In the Universe）一書中曾認為，智能物種造訪地球的可能性非常大。薩根提到過太平洋西北部的特林吉特人與拉·白魯斯領導的法國探險隊在1786年第一次接觸的口頭記錄。
雖然沒有關於這一事件的書面記錄，但這個記錄被保存了一個多世紀，後來被美國人類學家G.T。埃蒙斯（G.T。
Emmons）公開。雖然這個故事是在特林格特人的神話和口頭傳統的背景下解釋的，例如，帆船被描述為「巨大的黑色的鳥與白色的翅膀」，但此遭遇的本質被忠實地保存下來。他們寫道：
「一個雙目失明的老戰士克服了遭遇時的恐懼，登上了一艘法國船只，與歐洲人交換了貨物。盡管他雙目失明，但他推斷船上的人是人。他的解釋使拉·白魯斯探險隊和特林吉特之間的貿易活躍起來。口頭陳述包含了足夠的信息，以便日後重建這一遭遇的真實性質，盡管這些事件被偽裝在神話的框架中。」
薩根和什克洛夫斯基說，這和其他民間傳說以及神話的例子都表明，在某些情況下，與外星文明的短暫接觸可以以一種可重建的方式記錄下來。當然，薩根和什克洛夫斯基也強調，對這種說法應該持懷疑態度，其中部分原因是上世紀70年代出現了完全不科學的「古代宇航員」理論。
批判
極光假說和其他假說一樣，也受到數據不足的限制。特別是它是基於一個相當大的假設（「事實A」）而批評了哈特-蒂普勒猜想和其他版本的「唯一性假設」。然而，它仍然以一種依賴於假設的方式來進行，主要是它結合了薩根和其他「接觸樂觀者」的論點。
不幸的是，到最後，天文學家還沒有足夠的證據來限制系外行星的可居住性。雖然這其中有一個明智的想法是，簡單地「類似地球」（或與其他物種的起源星球兼容）並不意味著它可以被定居，但在能夠直接探索系外行星之前，什麼都不能確定。
但同樣，極光假說也是值得思考的，而且非常有用。隨著我們繼續對「可能適宜居住」的行星進行分類，我們不能允許自己成為「殖民樂觀主義者」。你知道地球保護是如何強調人類的存在會威脅到當地的生命形式的嗎？ 的確，這有利有弊！ 在我們登上系外行星表面之前，我們最好確保呼吸空氣是安全的。
我們會在第十五輯《滲透理論假說|超越費米悖論》中介紹第13種解釋。滲透理論假說認為，宇宙飛船從一顆恒星飛到另一顆恒星所需的能量大得令人望而生畏，尤其是在需要載人的大型宇宙飛船的地方。《極光假說》是《超越費米悖論》專欄中出現的第12種解釋，請各位讀者繼續關注這個翻譯專欄，再次感謝大家的閱讀。
原文鏈接：https：//www.universetoday.com/147880/beyond-fermis-paradox-xiv-what-is-the-aurora-hypothesis/
