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生存還是毀滅？火星生命探測可能正在揭開人類未來的命運

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2021年3月14日 -
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解仁江牧夫天文論壇創始人周一 · 知古通今 | 周二 · 牧夫專欄周三 · 太空探索 |周四 · 觀測指南周五 · 深空探測 |周六 · 茶餘星話 | 周日 · 視頻天象作者：關關校對：王延昕編排：關關後台：庫特莉亞芙卡 李子琦 徐⑨坤 胡永葳參考資料：http://waitbutwhy.com/2014/05/fermi-paradox.html火星的生命跡象今年二月中美阿三國探測器抵達火星，美國毅力號火星車已成功著陸，開始新一輪火星生命跡象探測，並將采集火星樣本為日後發回地球研究做准備。 我們知道液態水是尋找地外生命的重要線索。 2018年歐洲宇航局發現火星南極冰蓋表面下約1.5千米處存在一個約20千米寬的液態水湖。 好奇號也在蓋爾撞擊坑底部發現大量鵝卵石，側面證實火星可能在長期的地質環境中存在液態水。 到了2020年被發現的火星液態水湖的數量增加到了四個。 2016年10月，歐洲航天局（ESA）-俄羅斯聯邦航天局（Roscosmos）聯合發射的火星痕量氣體軌道探測器（ExoMars Trace Gas Orbiter）探測顯示，火星的遠古大氣可能存在大量甲烷，這很可能標志著火星生命和地質運動的存在。 中科院地球化學研究所2011年通過對摩洛哥沙漠的火星隕石進行碳顆粒化學分析，發現其中的碳元素可能由生命轉換而來，2014年12月好奇號的觀測也證實了這一點，這意味著火星可能存在過生命。 伴隨著越來越多火星生命跡象的發現，我們是否應該感到興奮和激動？圍繞費米悖論的假說可不這麼認為，人類的未來命運可能還很危險喲！那麼什麼是費米悖論？費米悖論仰望星空，繁星點點。 我們生活的區域僅僅位於銀河系一條不起眼懸臂上的一個恒星系統內。 在晴朗的無光害之夜，我們用肉眼大約可以看到2500顆恒星，但這只是銀河系裏恒星總數的億分之一。 按照最保守的估算，宇宙中類似地球環境的行星大約有10個，這個數字大概是地球上所有沙子數量的100倍。 相比130多億歲的宇宙，我們的太陽系很年輕，地球上的生命大約起源於40多億年前。 根據人類考古學發現，從摘果子吃的直立猿人進化到現代人也不過200多萬年。 理論上說只要有一個符合條件的星球早於我們，比如說80億年開始生命起源，其中就算遭遇了波折，也應該有多個文明遠超我們。 試想一下，跟兩千兩百多年前的秦始皇聊天問一號他都可能完全無法理解，而一個領先我們40億年的文明能有多發達？我們同樣無法想象。 。 。 （劉慈欣也許可以！）能夠孕育智慧生命的行星理應如此之多，但是我們至今為止：什麼都沒看到什麼都沒聽到也沒地外文明來同我們接觸這，就是費米悖論，由物理學家恩裏科·費米於1950年提出。 大過濾器理論根據“卡爾達肖夫指數”（Kardashev Scale）的設定，高等文明按照其能量應用水平被劃分成三個階層。 可以參考這裏：https://en.wikipedia.org/wiki/Kardashev_scale“一型文明”（Type I civilization）有能力開采並使用其行星和衛星上的一切可用能源，包括礦物資源、水能、風能和地熱能等再生性能源，以及聚變能。 根據美國物理學家卡爾·薩根（Carl Sagan）的計算，地球的總光合生產力是約0.9卡爾達肖夫指數，而目前人類的能量應用水平接近0.7，距離一型文明還需大概1到2個世紀。 “二型文明”（Type II civilization）有能力收集其所在恒星系統的全部能量。 根據一些近現代科幻小說的設想，這可能需要建造一個包裹著整個恒星的超級空間構造體來捕捉光能量輸出，比如“戴森球”（Dyson Sphere）之類。 “三型文明”（Type III civilization）可以攫取其所在星系內的所有能源，並很可能主宰著整個星系。 如此高等級的文明相對於我們目前的水平來說，無疑是上帝一般的存在。 費米悖論的其中一種解釋被稱為大過濾器假說，在1990年由美國喬治梅森大學的助理教授羅賓·漢森（Robin Hanson）提出。 這種假說認為，生命在到達三型文明前的某個時刻都會遇到一堵“牆”，幾乎所有的通過該“牆”的嘗試都會受到打擊。 在漫長的進化過程中，這一階段是生命幾乎不可能超越的，這就是大過濾器。 漢森將大過濾器分解為九大步驟：合適的恒星系統可自我複制的分子簡單（原核）單細胞生命複雜的（真核）單細胞生命有性生殖多細胞生命具有智慧，能使用工具的動物朝著可能發生殖民化爆炸的文明前進（也就是我們現在所處的位置）星際殖民根據該論點，發現火星上的多細胞生命（假設它獨立進化）將是個壞消息，因為這意味著以上步驟中2–6很容易，只有步驟1、7、8或9（或一些未知的步驟）才可能是大問題。 大過濾器的三種可能如果大過濾器假說是正確的，那麼最大的問題就是，“大篩選器”在時間軸上的哪個位置出現？這對人類的命運非常重要。 人類在大過濾器假說中的三種可能：┕我們是幸運兒——我們已經越過了大過濾器┕我們是第一個——我們率先越過了大過濾器┕我們要悲劇了——大過濾器就在我們前面我們是幸運兒——我們已經越過了大過濾器第一種可能性很樂觀，大過濾器在我們後面，我們已經成功地超越它，這意味著我們是能形成智慧的罕見生命，浩渺宇宙，唯我獨尊！下圖顯示僅兩個物種越過了大過濾器，我們就是其中之一（不要問另一個是誰，這是假設啦！）。 我們是第一個——我們率先越過了大過濾器第二種可能性是，如果大過濾器發生在過去，而宇宙是最近才適合生命繁衍的，我們只是第一個達到智能的生命。 在這種情況下，我們和其它生命都還在朝超級智能方向發展，超級智能只是暫時還沒發生。 我們恰好是有希望成為超級文明的生命之一。 這意味著以後可能還會有會很多智慧生命。 那麼，你們准備好星際大戰了嗎？（為啥要打？見文末，不解釋。 。 。 ）我們悲劇了——大過濾器就在我們前面如果我們既不是稀有的，也不是在超級文明的早期，那麼大濾器就一定在未來等著我們。 這表明生命通常都能發展到我們現在的階段，但是某些原因會阻止生命進一步發展並達到超級文明，而我們也不例外。 （畢竟有些文明就能自己把自己玩完了）我們在火星上對生命的探索，也許可以揭示大過濾器會在什麼時候出現，前提仍然是，如果大過濾器假說成立。 在此理論框架下，讓我們看看在火星上的發現將如何影響人類未來。 火星生命探測可能揭示人類的未來在火星上沒有發現任何生命跡象這對於人類而言可能是最好的結果，這意味著我們已經越過大過濾器的“牆”，這個“大過濾器”可能是生命起源，可能是物種演化，可能是產生智慧，無論是什麼，我們都已經越過了它，而且宇宙中很少有生命能越過這堵牆，這意味著我們是稀有物種。 不過這只能說明生命產生的條件無比苛刻，即使像火星這樣相對優渥的條件下也無法產生生命，這也許是最好的結果。 在火星上發現簡單生命體化石這意味著簡單生命在宇宙中可能是普遍存在的，這大大降低了“我們是幸運兒”的可能性，因為這個大篩選器並不是出現在生命起源階段，我們仍然可能面臨大篩選器的阻攔。 在火星上發現複雜生命體化石這意味著多細胞生命在宇宙中隨處可見，我們只能期盼於產生文明是其中最難逾越的“牆”，這意味著我們可能僅僅只是某一個篩選器中的一批幸運兒，更大的篩選器很大的可能性會出現在不遠的將來。 在火星上發現文明遺跡這意味著大篩選器之牆幾乎一定就發生在我們不遠的將來，既然文明可以在地球和火星上同時存在，那麼在宇宙中就幾乎是隨處可見的。 迄今為止沒有發現其他文明的存在，意味著我們能平安越過下一個篩選器的可能性微乎其微，人類也要完犢子了！值得一提的是，大篩選器的“牆”可能並不止一座，即使我們可能已經越過了很多無法逾越的高牆，但是仍然可能有很多牆堵在我們前面。 黑暗森林法則即便人類文明過篩了，那也不用洋洋得意。 畢竟是否有其他文明也過篩了誰都不知道呢，只要有另一個文明也過篩了，那麼解釋費米悖論的另一假說——黑暗森林假說——就能登台唱戲了。 關於這個假說劉慈欣在三體中已經揭示得相當到位。 “現在我們要給宇宙文明找出兩條公理：一、生存是文明的第一需要。 二、文明不斷增長和擴張，但宇宙中的物質總量保持不變。 ”“宇宙是很大，但生命更大！這就是第二條公理所表明的。 宇宙的物質總量基本恒定，但生命卻以指數增長！指數是數學中的魔鬼，如果海中有一個肉眼看不到的細菌，半小時分裂一次，只要有足夠的養料，幾天之內它的後代就能填滿地球上所有的海洋。 不要讓人類和三體世界給你造成錯覺，這兩個文明是很小，但它們只是處於文明的嬰兒階段，只要文明掌握的技術超過了某個閾值，生命在宇宙中的擴張是很恐怖的。 比如說，就按人類目前的航行速度，一百萬年後地球文明就可以擠滿整個銀河系。 一百萬年，按宇宙尺度只是很短的時間啊。 ”“不用從長遠看，現在整個宇宙已經是一個生存死局了！正像希恩斯所說，文明很可能幾十億年前就在宇宙中萌發了，從現在的跡象看，宇宙可能已經被擠滿了，誰也不知道銀河系和整個宇宙現在還有多少空地方，還有多少沒被占用的資源。 ”……“宇宙就是一座黑暗森林，每個文明都是帶槍的獵人，像幽靈般潛行於林間，輕輕撥開擋路的樹枝，竭力不讓腳步發出一點兒聲音，連呼吸都小心翼翼……他必須小心，因為林中到處都有與他一樣潛行的獵人。 如果他發現了別的生命，不管是不是獵人，不管是天使還是魔鬼，不管是嬌嫩的嬰兒還是步履蹣跚的老人，也不管是天仙般的少女還是天神般的男孩，能做的只有一件事：開槍消滅之！在這片森林中，他人就是地獄，就是永恒的威脅，任何暴露自己存在的生命都將很快被消滅。 這就是宇宙文明的圖景，這就是對費米悖論的解釋。 ”——《三體II黑暗森林》節選所以現在，你還盼望著在火星上發現外星人不？責任編輯：王延昕牧夫新媒體編輯部『天文濕刻』 牧夫出品Messier 81星系團Image Credit & Copyright: Wissam Ayoub
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解仁江

牧夫天文論壇創始人

周一 · 知古通今 |
周二 · 牧夫專欄

周三 · 太空探索 |
周四 · 觀測指南

周五 · 深空探測 |周六 · 茶餘星話 |
周日 · 視頻天象

作者：關關

校對：王延昕

編排：關關

後台：庫特莉亞芙卡李子琦徐⑨坤胡永葳

參考資料：http://waitbutwhy.com/2014/05/fermi-paradox.html

火星的生命跡象

今年二月中美阿三國探測器抵達火星，美國毅力號火星車已成功著陸，開始新一輪火星生命跡象探測，並將采集火星樣本為日後發回地球研究做准備。

我們知道液態水是尋找地外生命的重要線索。2018年歐洲宇航局發現火星南極冰蓋表面下約1.5千米處存在一個約20千米寬的液態水湖。好奇號也在蓋爾撞擊坑底部發現大量鵝卵石，側面證實火星可能在長期的地質環境中存在液態水。到了2020年被發現的火星液態水湖的數量增加到了四個。

2016年10月，歐洲航天局（ESA）-俄羅斯聯邦航天局（Roscosmos）聯合發射的火星痕量氣體軌道探測器（ExoMars Trace Gas Orbiter）探測顯示，火星的遠古大氣可能存在大量甲烷，這很可能標志著火星生命和地質運動的存在。

中科院地球化學研究所2011年通過對摩洛哥沙漠的火星隕石進行碳顆粒化學分析，發現其中的碳元素可能由生命轉換而來，2014年12月好奇號的觀測也證實了這一點，這意味著火星可能存在過生命。

伴隨著越來越多火星生命跡象的發現，我們是否應該感到興奮和激動？圍繞費米悖論的假說可不這麼認為，人類的未來命運可能還很危險喲！

那麼什麼是費米悖論？

費米悖論

仰望星空，繁星點點。

我們生活的區域僅僅位於銀河系一條不起眼懸臂上的一個恒星系統內。在晴朗的無光害之夜，我們用肉眼大約可以看到2500顆恒星，但這只是銀河系裏恒星總數的億分之一。按照最保守的估算，宇宙中類似地球環境的行星大約有10個，這個數字大概是地球上所有沙子數量的100倍。

相比130多億歲的宇宙，我們的太陽系很年輕，地球上的生命大約起源於40多億年前。根據人類考古學發現，從摘果子吃的直立猿人進化到現代人也不過200多萬年。理論上說只要有一個符合條件的星球早於我們，比如說80億年開始生命起源，其中就算遭遇了波折，也應該有多個文明遠超我們。試想一下，跟兩千兩百多年前的秦始皇聊天問一號他都可能完全無法理解，而一個領先我們40億年的文明能有多發達？我們同樣無法想象。。。（劉慈欣也許可以！）

能夠孕育智慧生命的行星理應如此之多，但是我們至今為止：

什麼都沒看到

什麼都沒聽到

也沒地外文明來同我們接觸

這，就是費米悖論，由物理學家恩裏科·費米於1950年提出。

大過濾器理論

根據“卡爾達肖夫指數”（Kardashev Scale）的設定，高等文明按照其能量應用水平被劃分成三個階層。

可以參考這裏：

https://en.wikipedia.org/wiki/Kardashev_scale

“一型文明”（Type I civilization）有能力開采並使用其行星和衛星上的一切可用能源，包括礦物資源、水能、風能和地熱能等再生性能源，以及聚變能。根據美國物理學家卡爾·薩根（Carl Sagan）的計算，地球的總光合生產力是約0.9卡爾達肖夫指數，而目前人類的能量應用水平接近0.7，距離一型文明還需大概1到2個世紀。

“二型文明”（Type II civilization）有能力收集其所在恒星系統的全部能量。根據一些近現代科幻小說的設想，這可能需要建造一個包裹著整個恒星的超級空間構造體來捕捉光能量輸出，比如“戴森球”（Dyson Sphere）之類。

“三型文明”（Type III civilization）可以攫取其所在星系內的所有能源，並很可能主宰著整個星系。如此高等級的文明相對於我們目前的水平來說，無疑是上帝一般的存在。

費米悖論的其中一種解釋被稱為大過濾器假說，在1990年由美國喬治梅森大學的助理教授羅賓·漢森（Robin Hanson）提出。

這種假說認為，生命在到達三型文明前的某個時刻都會遇到一堵“牆”，幾乎所有的通過該“牆”的嘗試都會受到打擊。在漫長的進化過程中，這一階段是生命幾乎不可能超越的，這就是大過濾器。

漢森將大過濾器分解為九大步驟：

合適的恒星系統

可自我複制的分子

簡單（原核）單細胞生命

複雜的（真核）單細胞生命

有性生殖

多細胞生命

具有智慧，能使用工具的動物

朝著可能發生殖民化爆炸的文明前進（也就是我們現在所處的位置）

星際殖民

根據該論點，發現火星上的多細胞生命（假設它獨立進化）將是個壞消息，因為這意味著以上步驟中2–6很容易，只有步驟1、7、8或9（或一些未知的步驟）才可能是大問題。

大過濾器的三種可能

如果大過濾器假說是正確的，那麼最大的問題就是，“大篩選器”在時間軸上的哪個位置出現？這對人類的命運非常重要。

人類在大過濾器假說中的三種可能：

┕我們是幸運兒——我們已經越過了大過濾器

┕我們是第一個——我們率先越過了大過濾器

┕我們要悲劇了——大過濾器就在我們前面

我們是幸運兒——我們已經越過了大過濾器

第一種可能性很樂觀，大過濾器在我們後面，我們已經成功地超越它，這意味著我們是能形成智慧的罕見生命，浩渺宇宙，唯我獨尊！下圖顯示僅兩個物種越過了大過濾器，我們就是其中之一（不要問另一個是誰，這是假設啦！）。

我們是第一個——我們率先越過了大過濾器

第二種可能性是，如果大過濾器發生在過去，而宇宙是最近才適合生命繁衍的，我們只是第一個達到智能的生命。在這種情況下，我們和其它生命都還在朝超級智能方向發展，超級智能只是暫時還沒發生。我們恰好是有希望成為超級文明的生命之一。這意味著以後可能還會有會很多智慧生命。

那麼，你們准備好星際大戰了嗎？（為啥要打？見文末，不解釋。。。）

我們悲劇了——大過濾器就在我們前面

如果我們既不是稀有的，也不是在超級文明的早期，那麼大濾器就一定在未來等著我們。這表明生命通常都能發展到我們現在的階段，但是某些原因會阻止生命進一步發展並達到超級文明，而我們也不例外。（畢竟有些文明就能自己把自己玩完了）

我們在火星上對生命的探索，也許可以揭示大過濾器會在什麼時候出現，前提仍然是，如果大過濾器假說成立。在此理論框架下，讓我們看看在火星上的發現將如何影響人類未來。

火星生命探測可能揭示人類的未來

在火星上沒有發現任何生命跡象

這對於人類而言可能是最好的結果，這意味著我們已經越過大過濾器的“牆”，這個“大過濾器”可能是生命起源，可能是物種演化，可能是產生智慧，無論是什麼，我們都已經越過了它，而且宇宙中很少有生命能越過這堵牆，這意味著我們是稀有物種。

不過這只能說明生命產生的條件無比苛刻，即使像火星這樣相對優渥的條件下也無法產生生命，這也許是最好的結果。

在火星上發現簡單生命體化石

這意味著簡單生命在宇宙中可能是普遍存在的，這大大降低了“我們是幸運兒”的可能性，因為這個大篩選器並不是出現在生命起源階段，我們仍然可能面臨大篩選器的阻攔。

在火星上發現複雜生命體化石

這意味著多細胞生命在宇宙中隨處可見，我們只能期盼於產生文明是其中最難逾越的“牆”，這意味著我們可能僅僅只是某一個篩選器中的一批幸運兒，更大的篩選器很大的可能性會出現在不遠的將來。

在火星上發現文明遺跡

這意味著大篩選器之牆幾乎一定就發生在我們不遠的將來，既然文明可以在地球和火星上同時存在，那麼在宇宙中就幾乎是隨處可見的。迄今為止沒有發現其他文明的存在，意味著我們能平安越過下一個篩選器的可能性微乎其微，人類也要完犢子了！

值得一提的是，大篩選器的“牆”可能並不止一座，即使我們可能已經越過了很多無法逾越的高牆，但是仍然可能有很多牆堵在我們前面。

黑暗森林法則

即便人類文明過篩了，那也不用洋洋得意。畢竟是否有其他文明也過篩了誰都不知道呢，只要有另一個文明也過篩了，那麼解釋費米悖論的另一假說——黑暗森林假說——就能登台唱戲了。關於這個假說劉慈欣在三體中已經揭示得相當到位。

“現在我們要給宇宙文明找出兩條公理：一、生存是文明的第一需要。二、文明不斷增長和擴張，但宇宙中的物質總量保持不變。”

“宇宙是很大，但生命更大！這就是第二條公理所表明的。宇宙的物質總量基本恒定，但生命卻以指數增長！指數是數學中的魔鬼，如果海中有一個肉眼看不到的細菌，半小時分裂一次，只要有足夠的養料，幾天之內它的後代就能填滿地球上所有的海洋。不要讓人類和三體世界給你造成錯覺，這兩個文明是很小，但它們只是處於文明的嬰兒階段，只要文明掌握的技術超過了某個閾值，生命在宇宙中的擴張是很恐怖的。比如說，就按人類目前的航行速度，一百萬年後地球文明就可以擠滿整個銀河系。一百萬年，按宇宙尺度只是很短的時間啊。”

“不用從長遠看，現在整個宇宙已經是一個生存死局了！正像希恩斯所說，文明很可能幾十億年前就在宇宙中萌發了，從現在的跡象看，宇宙可能已經被擠滿了，誰也不知道銀河系和整個宇宙現在還有多少空地方，還有多少沒被占用的資源。”

……

“宇宙就是一座黑暗森林，每個文明都是帶槍的獵人，像幽靈般潛行於林間，輕輕撥開擋路的樹枝，竭力不讓腳步發出一點兒聲音，連呼吸都小心翼翼……他必須小心，因為林中到處都有與他一樣潛行的獵人。如果他發現了別的生命，不管是不是獵人，不管是天使還是魔鬼，不管是嬌嫩的嬰兒還是步履蹣跚的老人，也不管是天仙般的少女還是天神般的男孩，能做的只有一件事：開槍消滅之！在這片森林中，他人就是地獄，就是永恒的威脅，任何暴露自己存在的生命都將很快被消滅。這就是宇宙文明的圖景，這就是對費米悖論的解釋。”

——《三體II黑暗森林》節選

所以現在，你還盼望著在火星上發現外星人不？

責任編輯：王延昕

牧夫新媒體編輯部

『天文濕刻』牧夫出品