費米悖論把人類鎖在地球孤島上
人類在宇宙中是不是孤單的，這是一個讓所有人著迷的話題。比如美國近代著名科幻小說家弗里蒂克·布朗寫過的那篇世界上最短的科幻小說，只有一句話但非常動人：「地球上最後一個人正坐在房間里，這時忽然響起了敲門聲」。如果把這個人隱喻式的理解為人類，那麼小說最動人心魄的支點就是我們對未知夥伴的渴望以及相伴而生的恐懼。今天我們就為大家來聊一下人類探索未知文明的話題，講一下費米悖論和嚇尿指數。敬請收聽（微信公眾號「古哥古點」有音頻可以聽哦~）。
費米悖論
宇宙深處有沒有其他生命，或者更進一步的有沒有其他的高級智慧生命。這是一個人類幻想了幾千年，研究了幾百年，實際調查了幾十年的話題。時至今日，可以明確的說，到目前為止，我們並沒有發現任何確鑿無疑的鄰居存在的證據，哪怕最簡單的生命形式也沒有找到。人類探索外星文明的手段包括：天文觀測和深空探測等。天文觀測主要是通過射電望遠鏡收集外星文明發出的可能無線電信號，這種方式目前取得的最著名的成果，就是來自SETI計劃在1977年8月16日由JerryR. Ehman檢測到的一個窄頻無線電信號「Wow！」在深空探測方面，尤其是最近十幾年內，人們陸續發射了高度智能化的火星車抵達火星偵測，發現了火星表明季節性的液態水。儘管這些成績都非常優秀，但是對於發現外星生命這個目標而言，迄今仍是一無所獲。
圖：Wow信號
那麼這種情況說明了什麼。有人會說：「這有啥好分析的，沒找到繼續找唄，家裡丟個東西還得找半天。」然而作為科學家卻不能簡單地這麼理解問題。長時間探測而無所發現，這樣的可能成因只有兩種：一是外星文明「確實沒有」，二是外星文明「有但是沒找到」。
進一步的分析可以確定思考的理論方向。「確實沒有外星文明」這種可能性裡面又有兩個分支：第一種可能是在宇宙中，人類是唯一的智慧生物，稱為「唯一論」；第二種可能是宇宙中其他地方曾經出現過智慧生物，但是到現在又全部滅絕了，或者說被宇宙規律過濾掉了，稱為「過濾論」。而在「有但是沒找到外星文明」的解釋裡面也有兩種分支可能：一種是外星生命距離我們太遙遠，所以我們無法探測他們的存在，稱為「孤島論」；另一種是他們實際上距離我們並不遙遠，但是他們故意隱藏了起來，這稱為「黑暗森林理論」。
圖：好奇號火星車
圖：火星發現的液態水證據
窮盡了這麼多可能性，其實我們就為了要引出下面一個話題：費米悖論。1950年，物理學家恩里科·費米在與同伴交談時，話題轉到了外星人身上。此時費米提出了一個著名的悖論：「他們在哪裡？」有人會說，這不是個提問句嗎？怎麼成了悖論。其實這只是費米整個意思的一種濃縮表達。他的完整論述邏輯是：如果真的存在外星文明，那就說明智慧生命是一種非特殊的存在，即生命不是地球獨有的。如果生命不是地球獨有，那就證明，只要各種生存所需的物理條件配合的好，適當的環境中就可以出現生命。如果環境適合就能創造生命，那麼即使能夠創造智慧生命的環境的出現幾率十分微小，由於宇宙中有數量巨大的星球體，所以仍然應該有眾多的智慧文明得以存在。如果大量的外星文明已經存在，這裡面必然有相當比例是超過地球文明的進化程度的。這些超越地球文明的智慧生物發展歷史動輒會早於人類數百萬年乃至數億年，因為在宇宙尺度內，數百萬年只不過是短短的一瞬間而已。
根據人類技術進化史來看，人類僅僅在文明出現的幾千年時間內，就可以製造出太空飛船，那麼超過人類文明百萬年乃至數億年的外星文明應該早已經擁有難以想像的發達的科技，肯定可以探測到地球並且飛臨地球。那麼在擁有這樣的高度科技長達數百萬年乃至數億年的時間裡，為什麼他們還沒有出現在我們地球的附近呢，他們在哪裡呢？這才是費米的完整疑問。
圖：恩里科·費米
用比較專業的的話來概括費米悖論就是：「宇宙的規模和時間尺度決定了只要生命的誕生不是一個地球上的孤立事件，而是和環境有關，那麼就必然存在高度進化的外星生命。可是這個結論與目前觀測的情況相悖。」
為了解釋費米悖論，人們提出了各種假說。我們正好藉此來梳理一下人類到目前為止的外星文明觀。這些假說大致對應於我們剛才分析費米悖論的全部四種可能：唯一論、過濾論、孤島論、黑暗森林理論。
第一種，所謂的唯一論是指人類在地球上的出現是孤立的事件，這個事件不會在其他地方再現。當然這不是說，地球有什麼特殊之處，也不是神選定的應許之地，只能在這裡創造生命。更嚴謹的說法是，生命起源發生的概率太小太小，以至於這個現象很難在其他星球再現，地球只不過是唯一的一個幸運兒。
圖：孤單的地球
現在的主流科學家多數都同意生命的出現是不需要造物主角色的，也就是在適當的物理化學條件下，生命可以自產生並且通過進化不斷實現升級。霍金就說過，如果只是創造生命，並不需要上帝。這個觀點目前還沒有得到實驗的支持，人類尚未在實驗室中再現一次生命自主出現的歷程，不過多數科學家仍願意相信這種困難來自於生命起源的小概率。也就是說，創造生命不僅需要環境，還需要運氣，而這個運氣由於太過微小，故此人們在一個實驗持續的時間尺度內難以成功的再次觸發一次生命出現的歷程就不難理解了。
圖：人造紅細胞
費米悖論要想成立有一個隱含的前提，就是宇宙中星球總數量的極大和生命起源概率的極小，二者相比宇宙星球總數量要佔上風，這樣才能保證有大量的智慧文明可以存在。比如舉一個很出名的計算例子，根據宇宙學理論推測銀河系至少有10億顆類地行星（就是環境和地球接近的行星）。如果在一個類地行星的環境中產生原始生命的概率是1%，而孕育出原始生命的行星當中又有1%能夠發展出智慧生命，那麼銀河系就應該有10萬個智慧文明，而這麼多智慧文明沒有一個被發現就成了奇怪的事情，費米悖論出現了。不過問題是，這個演算法怎麼得到生命起源的發生概率的，兩個1%的估計合理嗎？如果這兩個比例不是1%，一個是萬分之一，另一個是十萬分之一，那麼剛才的計算結論就會變成銀河系中存在1個智慧生命，正好是地球。那費米悖論就不再成立。
第二種，過濾論。過濾論認為大多數文明的發展歷程是會不斷遇到瓶頸的，到了一定階段會進入難以突破的困境。一旦該文明無法突破這種困境限制，那麼隨著行星壽命的到來或者環境的改變又或者資源的限制，它最終後走向消亡。宇宙這種層層設置的困境選擇機制就像一把篩子一樣，對數量眾多的發展中文明進行過濾，最後絕大部分的智慧生命都會被阻擋在某一層篩子里。故此這個機制叫做宇宙篩。
圖：宇宙篩模型
實際上，我們反演一下地球文明進化的歷程就可以發現這個過程中，存在好多個不可思議的關鍵點。例如原始生命如何從無機物當中產生？原核生物怎麼突然進化出真核生物？作為智慧動物的人類怎麼從眾多物種中脫穎而出？人類的意思和思考能力怎麼逐漸得到強化？這一系列的起源問題都是非常困難的問題，也是進化過程中的關鍵環節。從另一個角度來看，這些環節極有可能就是一層層的宇宙篩。人類雖然通過了這些篩層不等於別的生命也可以有此幸運，或許有些外星生命止步於原核生物，有些星球上只能發展出哺乳動物。
在宇宙篩的解釋框架下，費米悖論就等於告訴我們，凡是比人類領先的潛在文明都已經被篩子過濾掉了。如果果真如此，我們沒有發現外星文明就不是好消息了。這就意味著，人類極有可能在未來也會碰到更高層次的宇宙篩，而能夠通過考驗的幾率是不高的。
圖：如果別的智慧文明都失敗，則人類通過宇宙篩的幾率並不高
當然，如果把生命起源這一關，當做第一層宇宙篩的話，那麼過濾論和唯一論可以統一在一起。這個時候費米悖論的解釋又多了一種可能性，那就是人類是目前宇宙中領先的而且唯一通過現有宇宙篩的物種，未來還能發展到什麼程度不能確定。在這種解釋下，沒有發現外星生命又成了好消息，這意味著我們的確有可能是唯一領先的，從而有可能繼續突破宇宙篩。
第三種，孤島論。如果仔細思考的話，人類文明取得巨大進展是意味著人本身在進化嗎？不，人本身相對於文明發展程度並沒有太大程度的進化，人的智力生理結構或許略有進展，人的體力生理結構肯定還不如遠古時期。其實人類主要的進步來自於對世界建構的知識和經驗體系的進化，而非人本身。用術語來講，進化的是模因而不是基因。
人類文明到達一定程度後，開始提倡人權、平等、法制等社會觀念，這在社會組織上當然是進步，但是從進化角度來看，則是人類不再面臨生存壓力後，從人群的單方向優化轉向人群的基因多樣性進化。這就使得人類在體力和智力上都喪失了進化動力，因為沒有生命的淘汰就沒有進化。所以人本身的物理屬性進化是緩慢的。
人類物理的尺度決定了其能改造和駕馭世界的尺度。我們目前創造發明的最大功率的機械，我們能夠建造的最大規模的建築物，我們能夠控制的能量系統和我們自身的物理屬性相比通常相差不過四五個數量級。以最不對稱的示例而言，人的身體功率100瓦，全世界最大的三峽水電站總裝機容量2250萬千瓦，這也不過相差8個數量級。這些事實告訴我們人類所能改造的宇宙尺度和活動空間是有限的。不僅對人類，對所有的生命都是如此。我們可以設想一下，如果有一群螞蟻擁有了和人類一樣的智能，他們能實現人類的文明高度嗎？顯然不能，他們所能製造的機械，他們所能修建的建築一定正比於他們的尺度。
圖：孤島將限制人類探索的空間尺度
因此宙尺度相對於每種智慧生物的尺度形成了巨大的距離阻隔，這就是孤島作用。面對孤島，人類以及其他可能的文明即使擁有強大的智慧，也難以突破。被困在一個個孤島上的智慧文明當然彼此間無法互相發現。這就像美國天文學家所說的一樣，人類或許未來可以而且應當殖民外星，但是這個殖民對象只有火星一個，因為在茫茫宇宙中，只有火星是我們周圍唯一可以到達的鄰近小島。
圖：荷蘭策劃的火星一號計劃
第四種，黑暗森林理論。這個理論估計大部分聽眾都聽說過，這是劉慈欣在《三體》當中提出的一種對費米悖論的另類解釋。在這個理論中，宇宙就是一片黑暗森林，所有的文明都秉持叢林法則，要麼消滅別人，要麼被消滅。所以在不確定周圍文明實力的前提下，每個森林潛行者既是獵人也是獵物。最安全的生存法則就是靜悄悄的潛伏，否則最先暴露的一定就會被消滅。而這就是為什麼我們無法找到外星文明的原因，因為他們為了生存正在隱蔽。
圖：黑暗森林
這個說法最近好像非常流行，以至於有一些小說粉絲給航天部門寫信要求停止外太空的探索計劃。著名物理學家霍金就持有類似的觀點，他認為地球人就像大航海時代的美洲印第安人，如果遇到外星文明的結果就是成為新的奴隸。當然對於黑暗森林理論，我覺得很精彩，但是我更願意理解為這是一種很天才的小說設定。在真實情況中，沒有探索就不會有進步，隱蔽或許能延遲死亡的到來但不能提高生存的可能性。如果沒有大航海，就不會出現工業革命和現代科技。
嚇尿指數
以上說法從不同的角度解釋了費米悖論，不過所有這些假說都沒有否認費米悖論當中一個隱含的重要假定，那就是智慧文明技術的發展一定是保持增速且沒有上限的。而關於這點更明確的一種解釋就是嚇尿指數。
嚇尿指數理論可能不少朋友聽說過，這個指數是由未來學家科茲威爾提出的一種形象說法。簡單說來，當一個時代的科學技術和物質文明快速發展後，如果派一個使者向前穿越到一定年代之前，帶回那個時代的一個人來參觀，如果當前的科技發展水平能把他嚇尿，那麼這個向前跨越的時間段就稱為嚇尿指數。例如我們今天的人能嚇尿200年前的人，200年前的人能嚇尿在他們之前400年前的人，以此類推等等。可以明顯的看到，越接近現在，嚇尿指數越小。這實際上形象的說明了人類的文明不僅在提高，而且技術發展速度也是不斷加快的。費米定理當中其實就隱含了嚇尿指數會逐步縮短的這個假設，因為它的邏輯中包含百萬年後的智慧文明一定擁有遠遠超乎人類現在所能想像的科技能力的這個條件。然而，嚇尿指數縮短理論真的成立嗎？
圖：嚇尿指數縮短預測的技術發展曲線
很多樂觀主義者通常都把這個規律當做一個必然的事實，從現在往前看似乎大體也支持這種說法。可是我們之前的節目剛剛講過僅僅靠歸納法總結出來的規律通常是不能保證預測準確的，以人類區區三千年的發展規律就外推預測未來人類的發展情況實在沒有把握可言。實際上，都不需要等到未來再去驗證，最近十幾年就有大量的例子證明嚇尿指數縮短是不符合趨勢的。例如，摩爾定律是符合指數增長率最標誌性的例子，然而最近十多年摩爾率正在失效；又比如最體現人類綜合科技能力的航天技術，從上個世紀八九十年代後到現在，有些個別方面幾近停滯甚至出現了倒退。
圖：摩爾定律已經失效
在理論方面，無論是數學還是物理學，從上個世紀中期到現在，雖然各個分支都還在不斷進步，但明顯沒有體現出令人嚇尿的增長率。如果對當代物理學有一定了解的朋友，估計大部分人都樂觀不起來，因為大家都能感到現代物理學正在進入一個「尷尬」的時代。一方面實驗驗證越來越困難，從引力波，到上帝粒子，每個實驗的成本都無比高昂，另一方面缺少實驗驗證的理論又如同科幻一般，漫天開花。科學繼續向下突破已經明顯體現出乏力狀態。
圖：引力波探測器LIGO
根據上述的情勢來看，作為一個相對保守的預測者，我的判斷是人類技術發展的嚇尿指數最短的時代恐怕已經將要過去了，以後甚至會越來越長。我不太相信指數率，而更相信生命周期曲線，這有點像很多網紅節目的粉絲數量一樣，如果你光看爆發段的粉絲成長曲線，那真的是符合嚇尿理論。然而我們所有人都知道，即使節目質量始終保持很高水準，用戶總數必定是個恆定的天花板，嚇尿指數早晚會開始延長，直到甚至到來的翻轉。如果這個保守的預測真的成立的話，那麼失去了嚇尿理論假設支持的費米悖論就不再是悖論了。
圖：上帝粒子之父希格斯教授站在大型強子對撞機前
圍繞費米悖論的主要解釋都講清楚了，總結一下個人觀點：對人類而言，技術發展並不總能加速前行，生存空間恐怕也離不開地火孤島。生活在地球人的人們必須懂得保護自己的環境和資源。或許人類將來延續物種生存的唯一方式是把最低級的可靠性最高的起源形式的生命種子送入浩淼的太空，讓他們像蒲公英一樣飄散在宇宙深處。只不過如果幸運能夠再次萌發生命，那一次進化路程上就未必再有人類的身影。或許地球上的我們就是這麼來的！又或許這就是生命的輪迴！略帶禪意的說，我們全部的發展也許就是為了換來未來一次重新來過的機會。
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