关于外星智慧的最新公式表明，我们在银河系中真的是孤独的
关于外星智慧的最新公式表明，我们在银河系中真的是孤独的
对著名的德雷克方程进行调整，可以从根本上改进对银河系智能文明的估计。天文学家弗兰克·德雷克（Frank Drake）在1961年提出了一个影响深远的方程，以估计银河系中有多少文明能够与我们交流。从那时起，我们对行星科学的理解发生了很大的变化，导致一组科学家提出了两项重要的调整，从而得出了一个可以解释大沉默的答案。
尽管德雷克方程很受欢迎，也很直观，但它多年来一直因其宽泛的假设和模糊的参数而受到批评；它经常导致对N值的过于乐观的估计，N是我们银河系中可能能够与之交流的文明的数量。这往往会引发一个被称为费米悖论的难题：如果智慧生命是普遍存在的，为什么我们还没有发现任何证据？发表在《科学报告》上的一项新研究通过增加两个新因素提供了一个潜在的解决方案。
来自德克萨斯大学达拉斯分校的行星科学家罗伯特·斯特恩，和来自苏黎世联邦理工学院的塔拉斯·格里亚是这项研究的两位合著者，他们认为大陆和海洋的存在，以及长期的板块构造，对先进文明的出现至关重要。因此，他们建议在这个等式中加入两个因素：具有大量大陆和海洋的可居住行星的比例，以及具有至少5亿年板块构造作用的行星的比例。然而，这种调整显著降低了德雷克方程中N的值。
格里亚指出：“我们的研究表明，我们的地球，包括大陆、海洋、板块构造和生命，以及我们活跃、交流、科技的人类文明，在整个银河系中都是极其罕见和独特的。”
生命的要素
传统的德雷克方程通过考虑几个因素，来估计银河系中活跃的地外文明的数量，比如恒星形成的速度、拥有行星的恒星的比例、可居住的行星的数量、拥有智慧生命进化的生命的行星的比例等等。通过纳入新的环境、生物和技术因素，对方程进行了调整，以精确估计有多少行星可以发展生命，有多少文明拥有可探测的技术。
研究人员认为，大洋的存在，加上大约10亿年前地球从单盖构造（一个稳定的表层）向现代板块构造的转变，对复杂生命的快速发展至关重要。这种地质活动不仅为生命的出现创造了必要的初始条件，而且还导致了具有不同气候和生态系统的多样化环境，从而促进了能够发展技术和复杂社会的高级生命形式的进化。
根据这项新研究，板块构造对于复杂生命和先进文明的发展至关重要。地球板块的运动创造了多样的栖息地，循环养分，调节气候 —— 这些都对生命至关重要。格里亚解释说，板块构造能持续5亿年是很重要的，因为复杂的多细胞生命的生物进化非常缓慢。他说：“在地球上，从大约8亿年前出现的第一批动物发展到人类，花了5亿多年的时间。”
作者认为，技术是从日常需求发展而来的，比如制造工具、耕种、制造服装和制造武器，并补充说，火和电对于智能文明的发展是“必不可少的”。他们写道，复杂的文明不太可能出现在严格意义上的海洋环境中。
斯特恩和格里亚认为，行星同时拥有大陆和海洋以及长期的板块构造是非常罕见的，这种可能性需要考虑到德雷克方程中。
代入数字
为了弄清楚一颗行星同时拥有大陆和海洋的可能性有多大，斯特恩和格里亚研究了行星表面需要多少水。他们发现，一颗地球大小的行星需要有0.007%到0.027%的水才能使大陆和海洋存在。斯特恩和格里亚随后将其与行星可能拥有的水的总体范围进行了比较，根据它们的形成方式，行星可能拥有的水在0%到3.8%之间，甚至在0%到55%之间。对于板块构造，科学家们使用的数据显示，只有大约33%的行星有合适的化学物质来形成板块构造所需的足够密集的构造板块。其中，只有大约一半足够大，有足够的重力来支持板块构造。
通过考虑这些新的因素和估计，研究人员估计，一颗行星同时拥有大陆和海洋以及长期板块构造的可能性非常小 —— 不到0.2%。从这个角度来看，这就像每1000颗行星中只能找到两颗合适的行星。
将这个值代入德雷克方程会产生一个相当令人沮丧的结果，至少就高级外星人的存在而言。修正后的德雷克方程表明，先进文明极其罕见，拥有合适条件的行星的几率在0.0034%到0.17%之间。这意味着，在我们的银河系中，活跃的交流文明可能少至0.006个，多至10万个，考虑到这些文明由于潜在的社会崩溃或灭绝而可能交流的时间有限，实际数量可能处于较低的一端。
格里亚解释说：“另一方面，找到可能适合文明存在的行星的可能性要高得多，这些行星可能没有任何文明，或者已经灭绝了文明。这可以通过对系外行星的遥感来实现。”
格里亚认为，虽然10万的上限看起来很大，但更重要的是这个小数字。因为低估计非常接近于零，这意味着很有可能在我们的星系中没有任何其他文明。这将有助于解释，为什么我们还没有探测到任何来自其他文明的信号。
在过去，德雷克方程给出了一个高得多的低端估计，表明几乎可以肯定我们并不孤单，应该至少有200个文明试图与我们交流。格里亚说：“由于我们还没有找到，这个旧的估计似乎是错误的。”新的低得多的估计（接近于零）使我们更容易理解为什么我们没有收到其他人的消息：可能只是没有其他人可以收到消息 —— 这是一种相当可怕的可能性。
费米悖论解决了?
费米悖论指的是一种令人沮丧的情况：尽管外星文明存在的可能性很大，但我们还没有找到它们存在的证据。斯特恩和格里亚的研究提供了一个可能的解决方案，通过观察适合高级生命生存的地质条件有多罕见。他们发现，地球向现代板块构造的转变加速了复杂物种的进化。他们认为，先进文明是稀缺的，因为同时拥有大陆、海洋和长期板块构造的行星是罕见的。
斯特恩和格里亚并不是第一个提出适合高级生命生存的行星少之又少的想法的人。这一建议被称为“稀土假说”，在2003年由科学家彼得·沃德和唐纳德·布朗利撰写的《稀土：为什么复杂生命在宇宙中不常见》一书中首次提出。有趣的是，沃德和布朗利同样把板块构造作为一个因素。
这项新研究标志着这场争论的重要更新，但围绕费米悖论的讨论远未结束。“稀土假说”虽然很诱人，但却无法解释生命的适应性和可居住环境的潜在多样性。更重要的是，德雷克方程以目前的形式，或者用新的因素更新后，仍然无法解释一个无懈可击的事实：银河系非常古老，可能有能力孕育生命长达100亿年。即使研究人员计算出的几率很小，智慧生命也肯定在银河系历史的早期出现过，这给了它们充足的时间在银河系中扩散。然而，我们没有看到这方面的证据。很有可能还有其他因素在起作用，这些因素需要进一步修正德雷克方程，可能包括时间方面和其他未知变量。
这项研究的另一个限制，这不是研究人员的错，是我们还远远不知道该把哪个值代入方程。我们缺乏对行星形成速率的了解，以及在银河系其他地方支持宜居性的行星类型。在那之前，我们对德雷克方程的研究有点陷入困境，但未来的观测，比如韦伯望远镜的观测，应该会有所帮助。