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科學報 科學文摘 宇宙

用數學公式就能找到外星人?科學家給出了達克方程,看完恍然大悟


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更新日期:2022318
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自人類文明開創以來,我們就曾觀察過恒星並對它們感到驚異和好奇。早期的人們並不知道宇宙的廣闊,在近幾個世紀,我們才開始意識到宇宙究竟有多廣大。由於在銀河系中有數千億顆恒星,而在可觀測到的宇宙中又有數千億個星系,自然而然地一個問題必然會隨之產生:宇宙中存在其他生命嗎?

當所有人,從國王到現代天文學家,都對這個問題著迷,許多陰謀論也以這個問題為主題時,早在1961年就有一個名為弗蘭克·達克的人提出了一個等式,這個等式可以測量我們聯系上銀河系的其他智能生命的可能性。這就是達克方程的主要目標:我們是宇宙中唯一存在的生命嗎,即使這個方程在幾十年來一直備受爭議,它仍是判斷這個永恒的問題的答案的一個方法,並且是最簡明可信的方法之一。

達克方程

當弗蘭克·達克第一次提出達克方程的概念時,他實際上是想在關於地外文明探索的思想碰撞會上發起一場討論交流。然而,他的方程那簡單卻具有包容性的設計成為了傳奇。在探究這個方程的細節之前,我們先簡單地了解一下它。

圖解:達克方程(圖片來源:meletver / Fotolia)

因此,達克方程式如下:

但是,明白了式中每一個變量的意思之後我們才能對這個方程式有深刻的理解。因此,言歸正傳。

N=銀河系中可能存在並能夠與我們通訊的文明的數量

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R*=銀河系中恒星形成的平均速度

fp=擁有行星的恒星的占比

ne=繞擁有行星的恒星運動且可以維持生命存在的行星的數量

fl=可以維持並進化生命的行星的占比

fi=存在生命並可以發展出高智生命的行星的占比

fc=試圖向太空發送信息,想以此與其他文明取得聯系的高智文明的占比

L=信號發送到宇宙中的時間長度(文明的持續時間)

圖解:達克方程(圖片來源: noeticscience)

達克方程的答案?

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雖然這看起來是一個非常簡單的方程,但這個問題不應僅得出最終的答案N而已,而是確定應該包括哪些其他變量。前三個變量(平均恒星形成速度、擁有行星的恒星數、和可以維持生命存在的行星數量)相對容易確定。

R*--通過觀察我們鄰近的星系和恒星形成後殘餘的氣體雲,我們可以順利計算出目前恒星的形成速度大約是每年七顆。這個數據在以前要大得多,但在21世紀,這是一個保守的結論。

圖解:離我們最近的恒星溫床之一:獵戶星雲(圖片來源: peresanz / Fotolia)

fp--由於許多現代天文學家認為每顆恒星都有繞軌道而行的行星,因此擁有行星的恒星的比率通常假設為1,這樣就使沒有行星的恒星成為一個例外,而不是普遍情況。然而,其他一些數據顯示這個數據僅為0.4(只有十分之四的恒星會擁有行星)。這就是變量開始有顯著差異的地方,但是這一差異更為明顯。

ne--能夠在這些恒星周圍運轉並維持生命的行星的數量,很大程度上是來源於我們的太陽系,在這裏,地球絕對是適合居住的,但是我們還沒有確定其他各種衛星和小行星的可居住性。因此,在達克方程的大多數計算中,這個數據的範圍是從0.5到2。

上述那些都是一些簡單的變量,關於下文的最後四個變量則有更多的爭論,因為它們都是基於一些想法的推測,而不是科學事實或者是可直接觀察得到的經驗。

fl--由於我們至今沒有去過其他被發現存在生命物質的系外行星,因此確實可以進化生命的行星的占比無法直接測試,科學家們也各執一詞。我們知道生命可以進化,但不知道其他行星上的生命是否會進化。有人說這些行星上必然存在生命,因此這個變量等於1,但是其他人則說這個變量應該是1/100,甚至更小。

fi--存在生命並可以孕育高智生命的行星的占比同樣存在許多爭論。許多人認為必然存在其他高智生命,例如地球(人類是從其他的生命形式進化而來並最終擁有智慧的),但是一些批評家認為這是十億分之一的可能,因為在地球的歷史上有數以億計的非智能物種。

fc--那一部分向太空發送通訊信號的高智文明表明了一種高度科技進化的文明想要與其他恒星接觸。這同樣也主要是猜想,達克的估計是百分之一,盡管其他人說只要有足夠的時間,這是百分之百會發生的。

L--最後,我們來看看信號產生的時間長度。例如,假定一個文明在一千萬年以前崛起,然後向太空發送了信號,但隨後在他們聯系上我們之前,他們的文明就先毀滅了。這是最多變的變量,可以從幾百年到幾十億年(一些人認為,一個文明最終會發現如何永久生存,這意味著信號傳遞時間將會非常長)。

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圖解:可能他們只是“電話占線” (圖片來源:Alexander Pokusay / Fotolia)

現在,在1961年,達克估算出了一個非常簡單的數值範圍,並得出了極小值和極大值兩個數據。

在銀河系中可能存在的可交流文明的最小估算值是20,而最大估算值是50,000,000。弗蘭克·達克認為這個數字在1,000到100,000,000之間。

現代的達克方程

雖然在我們真的找到一些地外文明之前,關於外星生命的爭論永遠不會得到解決,但我們已經提高了我們計算方程中的變量的能力。不幸的是,這對縮小可能的範圍並沒有多少效果。事實上,我們的精確只是擴大了範圍,目前的估計範圍是從2到2.8億。

我們必須記住的是,達克方程的最初目的並不是確定銀河系中可交流的高智文明的精確數量,而是刺激人們關於這個領域的思考,並希望引導人們研究式中的變量,擴大研究的範圍。為此,弗蘭克·達克的確做到了。隨著每一次對宇宙的連續探索,我們也離發現其他生命越來越近了(或沒有),但是由於宇宙中有數千億顆恒星,我們可能永遠也不知道具體的數字。然而,關於外星生命的問題,我將留給福克斯·穆德解決

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. sciabc-興言

維基百科

約翰·A·達頓電子教育學院(賓夕法尼亞州立大學)

密歇根天文學(密歇根大學)

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