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德雷克方程:估算银河系智慧文明数量的科学尝试

创作时间:
作者:
@小白创作中心

德雷克方程:估算银河系智慧文明数量的科学尝试

引用
科普中国网
1.
https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?ar_id=485114&business_type=100

德雷克方程是天体物理学家弗兰克·德雷克于1961年提出的一个用于估算银河系中智慧文明数量的方程。该方程将智慧文明的数量分解为多个参数的乘积,包括恒星形成率、行星存在概率、可居住行星数量、生命存在概率、智慧生物进化概率以及能够进行无线电通讯的文明比例等。虽然德雷克方程本身并不包含自然法则,但通过合理估算这些参数的值,可以为我们提供关于外星生命存在的可能性的启示。


图1:国家航空航天局的詹姆斯·韦伯空间望远镜拍摄的旋涡星系M74

德雷克方程的完整形式如下:

德雷克方程虽然看似复杂,但其原理其实很简单。它指出,在一个和我们存在时长相近的星系中,能与我们进行无线电通讯的高智慧文明的数量必定等于它们发展的速率乘以它们的平均寿命。

德雷克意识到,文明发展的速率计算可以被拆解成更容易处理的对象。他将总速率分解为以下几个参数的乘积:

  • 银河系内恒星的形成率
  • 具有行星的恒星的比例
  • 每个具有行星的恒星系统中适合生命存在的行星的平均数量
  • 实际孕育生命的行星的比例
  • 进化出智慧生物的行星的比例
  • 能够进行无线电通讯的文明的行星比例

在德雷克首次提出该方程时,他能够确信的一个参数是恒星形成的速率,大约为每年30颗。然而,其他参数的取值则充满不确定性。例如,在20世纪60年代,人们甚至不确定是否存在其他拥有行星的恒星。直到20世纪90年代,随着系外行星观测技术的发展,人们才逐渐认识到大多数恒星都有行星环绕。


弗兰克·德雷克

关于生命存在的概率,科学界存在不同观点。有人认为生命在任何合适的环境中都会迅速诞生,而有人则认为生命起源可能是一个极其罕见的事件。同样,关于智慧生物的进化以及文明发展到能够进行无线电通讯阶段的概率,也存在诸多争议。

德雷克方程中最具争议的部分是文明的平均存在时间。有研究表明,可探测文明的平均存在时间可能只有70年左右。然而,如果一个文明能够持续存在1000年以上,那么银河系中可能存在的可探测文明数量可能会达到数百甚至数千个。

尽管德雷克方程存在诸多不确定性,但它激发了多个领域的研究,包括系外行星探测、生命起源研究以及文明存续时间的探讨。随着科技的进步,人类有望在未来几十年内对类地行星的生命起源进行更可靠的估计,甚至可能探测到来自外星智慧的实际信号。

德雷克方程虽然不能给出确切的答案,但它提供了一个思考外星生命问题的框架。正如德雷克本人在2010年的一次访谈中所说,他对银河系中可探测文明数量的最佳猜测是大约10,000个。这个数字虽然充满不确定性,但足以激发人们对宇宙的好奇心和探索欲。

德雷克方程不仅是一个数学公式,更是一个科学探索的起点。它提醒我们,宇宙中可能存在着其他智慧生命,而寻找它们的过程将推动人类对宇宙的理解不断深入。

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