欢迎回到我们的费米悖论系列，在这里我们会分析恩里克·费米的著名问题，“他们都在哪儿呢？”今天，我们检验这样一种可能性，是否我们从未收到外星人的消息是因为高智生物仅仅存活了这么久。
1950年，意大利美籍物理学家恩里克·费米和他的几个同事在洛斯·阿拉莫斯国家实验室共进午餐，作为曼哈顿计划的一份子他已经在这里工作了5年。根据各种不同的说法，午餐的话题转到了外星人和最近大量出现的不明飞行物。对此，费米提出了一个载入史册的想法，“他们都在哪儿呢？”
这个后来成为费米悖论的基础，费米悖论阐述了对地外文明存在性的过高估计和缺乏相关证据之间的矛盾。从费米所处的时代开始，一直有各种针对他这个问题的假设提出，也包括在外星文明灭亡之前仅有一个“短暂的窗口”和宇宙交流这种可能性。
总的来说，归在这个假设下的提议认为，虽然宇宙实际上可能充满了生命，但是时间和空间强加了巨大的限制，使得高智生物之间相互交流变得非常困难。简而言之，阻隔在文明之间的距离可能意味着等到一个文明发展到能够向太空广播信号时，它会在收到回复前灭亡。
德雷克方程，一个用来推测“可能与我们接触的银河系内外星球高智文明的数量”的数学公式。来源：罗切斯特大学德雷克公式。
1961年，著名的搜寻外星智能（SETI）研究人员法兰克·德雷克在格林班克天文台的一次会议上提出了后来以他的名字命名的方程式。德雷克方程并不是一个对给定时间的银河系上外星高智生物的数量的官方估计，而是一个概括搜寻外星智能研究的困难的概率论据。
以数学公式表述，如下：
N = R* X FP X NE X FL X FI X FC X L
N代表银河系内可能和我们通讯的文明数量。
R* 代表银河系形成恒星的平均速率。
fp 代表恒星中有行星的比例。
Ne代表类地行星的数量
fl 代表有进化生命可居住行星的数量
fi 代表能演化高智生物的行星的数量
fc 代表能发展通讯技术的文明数量
L 代表高智文明科技预期寿命
要了解“简要窗口假设”，首先需要知道一个关键参数L。我们将一个文明在遭遇毁灭性事件之前的预期存在时间定义为L，其中毁灭性事件可能以自然灾害（比如小行星撞击）或内部自我毁灭（比如核战争或生物战争）等形式出现。例如对人类而言，这些形式的毁灭性威胁都是可能发生的。
在经典的德雷克方程（由美国天文学家法兰克·德雷克于1960年代提出，是用来推测“可能与我们接触的银河系内外星球高智文明的数量”的公式）中，L被定义为一个文明发展出必要的技术（比如无线电通信），并能够传输信号的时间，即科技文明寿命。而“简要窗口假设”中，还包括了该文明发出信号后获得回复的时间。在毁灭性的灾难发生之前，一个现代文明能够存在多久？可能在有些文明还未来得及收到或发出信号时就已经毁灭了，这是“大静默”状态出现（人类为搜索地外文明发出无线信号，但外星人通讯信号始终保持沉默的状态）的原因吗？
进入“伟大的过滤器”
1996年，牛津大学人类未来研究所（FHI）的助理研究员罗宾·汉森发表了一篇题为《伟大的过滤器——我们能够通过吗？》的论文。汉森提出，在宇宙中一定存在着某种东西（论文中称为“过滤器”），它们阻止无机物质聚集在一起创造简单生命、并最终产生智能物种。同样，这种阻止发展的“过滤器”，也一定存在于生命从在某颗行星内部自然诞生，到它最终发展成为跨行星甚至跨恒星的星际文明这一过程中的某个节点。基于地球生命的出现和数十亿年进化的过程，汉森提出了一个生命和文明演化“九步时间线”，包括：
1. 宜居的恒星系统（存在有机物和宜居行星）
2. 生殖分子（比如RNA）
3. 原核单细胞生物
4. 真核单细胞生物
5. 有性繁殖
6. 多细胞生物
7. 能使用工具的动物
8. 工业文明
9. 大规模对外殖民
根据汉森的假设，上面九个步骤中至少有一步在统计学上是不可能发生的。要么是生命早期很难从无机物中产生，要么是随着物种的进化毁灭性的灾难事件发生的几率增加。在“简要窗口假设”中，我们假设这个过滤器存在于第8和第9步之间，即人类当前的发展阶段。
创作于：位于智利查南托高原的ALMA 无线电天线，海拔16000英尺（5000m）余
源自：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Garnier (ALMA)
正文：
关于此学说，最早的例证来自于参与过“奥兹玛计划”（史上第一个搜寻地外文明计划即SETI）的Frank Drake的同事——德国天体物理学家和无线电天文学家Sebastian von Hoerner。
1961年，他发表了一篇名为《搜寻外星文明信号》的论文，文中他企图证明：文明之间的距离或许可以解释为什么“地外文明”对于我们来说如此神秘。
简要来说，他在文章中阐述道：与我们将来可能要投入到搜寻外星智慧生物的踪迹时间相比，现今人类科技文明存续的时间实在太短。正如他所写的那样——“我们不应低估两个历史证明过的决定文明兴衰存亡的因素。对至高无上地位的渴望和对更加便捷的生活的向往促使人类发明科学和技术，若不对这两种驱动力加以把控，则前者会导致全面式毁灭，后者将带来生物学上和精神层面的退化。总而言之，这种意志与我们的情绪近似，虽然会在多重环境下发展，但却不会持续太长。”
为了证明他的研究， von Hoerner假设文明的平均存续时间为6500年，银河系之间的文明平均距离为1000光年。这些虽然只是纯粹的推测，但它们提供了一个用以估算一个文明存续和对外交流需要花费的时间的框架。
考虑到von Hoerner 写下这个课题是在冷战时期，当时核威胁是一个现实的威胁，科技进步和自我毁灭的主题是符合时代背景的。
然而，随着时代的发展，现实的生存威胁也有所变化。在大部分情况下，人口过剩和环境破坏问题为人类生存的核心难题。
与往常一样，科学家们如果想尝试解决费米悖论的话，会在在悖论本身和所提出的解决方案中提出内在的假设。无论是哈特·蒂普勒猜想（它假设人类必须是银河系中唯一的先进文明），还是文明不可避免地会自我毁灭这一猜想，都是以一个共同的假设作为前提的，即先进的文明将以指数级别增长。
相比之下，许多研究人员纷纷表示：外星人们无法维持这种假设中设定的增长模式。这就解释了为什么没有一个星系能够成功地在整个星系（甚至大部分星系）中殖民。2009年，蓝大理石空间科学研究所的雅各布·D·哈克·米斯拉和全球灾难风险研究所的塞思·D·鲍姆在一份题为“费米悖论的可持续性解决方案”的研究报告中也讨论了这一点。
从本质上说，他们大胆地认为，“我们之所以没有观测到外星人的存在，可能是因为智能文明可持续发展的模式不是指数级别的增长或者其他更快的增长模式。”这是从人类历史中汲取的教训。哈克·米斯拉和鲍姆表示，虽然指数增长是人类文明增长的一个共同特征，但却往往对人类文明造成危害。
这种情况在许多地质学家称之为“人类世”的这个时代达到顶峰，在这个时代，由于对地球的影响，人类已经成为气候变化的最大的决定性因素。而当应用于外星人文明时，同样的趋势可以解释为什么我们没有得到任何外星人的消息。正如他们所说：
费米悖论最终关注的是文明的空间扩张，但空间扩张与人口扩张、环境影响和资源消耗密切相关。例如，移徙往往是由于资源短缺，而资源短缺又可能是人口众多和(或)环境退化造成的。同样地，向无人居住地区的移民会导致资源过剩，进而推动人口增长。最后，广泛的扩张主义政策会导致空间、人口、环境影响和资源消耗的各个方面的扩张。
另一个例子来自于2018年一本名为《恒星之光:外星世界和地球命运》的书，作者是天体物理学家亚当·弗兰克教授。这项工作还借鉴了他与来自罗切斯特大学、华盛顿大学和马克斯·普朗克生物地球化学研究所的同事们在2018年进行的一项名为“人类世概括:外文明的进化及其行星反馈”的研究。
在两本书中，弗朗克都认为人类世可以给费米悖论提供一个成功的解决方案，且外星文明的命运可能与人类命运息息相关。和人类一样，外星人与其母星之间的动态联系很有可能会在它们的环境系统中提出反馈。通过引用德雷克方程，弗朗克作如下解释：
“地球不是唯一的。原因之一在于尽管Pc只有10-19，但在整个可见宇宙的历史中，像我们一样的科技文明的数量依旧巨大（Nc~1000），大到足以在统计学意义上证明外星文明存在的平均属性。这些平均属性包括一个科技文明的平均寿命。我们注意到，这是德雷克方程中最后一个因数，并且一直以来存在于关于外星文明的争论中。这对可持续发展议题的重要程度是不言而喻的。”
简而言之，对于由解决费米悖论的研究者们提出的普遍假设，可持续发展的挑战给这个假设提出了一个可能的反驳点。其他的研究则聚焦于一个这样的可能性上：窗口本身可能是一个距离函数，向宇宙发出信号的文明很可能因为其存在时间过短而无法收到回应。
这个论断是由克劳迪奥·格里马尔迪和一个包括弗兰克·德雷克博士在内的科学家团队提出的，发表于2018年一份名为《银河系中不断扩大的外星信号的区域覆盖：对外星智能的探索和德雷克方程中的N》的研究报告中。在这份研究里，研究团队指出了与德雷克公式有关的两个关键假设：一，外星智慧生物以一种恒定的频率出现在我们的星系（N）中；二，在他们灭绝之前(L)，他们只能在一定的时间静止内发出讯号。
在这些文明灭亡后的很长一段时间里，这些电波仍会以光速向外传送（c）。这些传输将会形成一个环面（一个环状的波阵面），在这个范围内可以探测到无线电波。每个环壁的厚度（以光年为单位）与这个文明走向沉寂之前能够向宇宙空间发送无线信号的年限有关。
简而言之，我们不知道高等文明能存在多久。文明产生消亡的简短例证指出，构建一个有意义的框架是不可能的。目前看来，人类是我们唯一所知的高等文明，我们甚至无法预料在生存危机到来前人类还能生存多久——危机可能是核战争，气候变化，或者是自然灾害。
地球之外可能存在高等文明，这个想法导致了另一个问题，但是这个问题很快就消失了。Carl Sagan 和William Newman在1981年的研究“银河文明：人口动力学和星际扩散”中论证了这个观点。然而，这个观点与宇宙学原理相矛盾，受到了批评家的攻击。
作为回应，天体物理学家、NASA研究员戴维·布林（David Brin）强调指出，认为人类的发展是在一次特殊的时间点才开始出现是愚蠢的——比如说，当银河系正在从极少数高等文明（或唯一一个）转变为几个的时候。考虑到银河系的寿命，更有可能的是，我们正在经历的是典型情况。
尽管如此，作为潜在的解决方案，该理论在一定程度上具有奥卡姆剃刀要求的简单性与合理性。更重要的是，人类目前存在的问题是典型的智能物种的想法，符合哥白尼原则。通过在第8步和第9步之间放置“过滤器”，可以表明生命能够以指数级增长并成为影响其环境的最大因素。
位于波多黎各的阿雷西博天文台是收到著名的阿雷西博消息的站点。Credit：NAIC / NSF这种逻辑也有助于使人类最大的挑战——如何可持续地生活或面对崩溃——成为关注重点。 如果我们希望足够长寿，可以听到来自其他文明的声音，那么就需要确保我们没有透支我们的生存时间。
我们已经在今日宇宙上写了许多有趣的文章，这些文章涉及费米悖论，德雷克方程式和搜索外星智能（SETI）。
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作者：MATT WILLIAMS
FY：Astronomical volunteer team
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