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马斯克提到的费米悖论应该如何去理解

编辑语:这两天看了不少关于“双马”会的报道,但发现没有一篇文章提到马斯克所谈到的费米悖论,这个上世纪五十年代由著名科学家恩里科 · 费米提出的关于外星人的理论,对当下人类探索宇宙和人工智能会有什么启发,今天就和大家一一道来。

首先我们对费米做一个简单介绍,费米是20世纪与爱因斯坦齐名的科学家,作为美国芝加哥大学物理学教授和诺奖获得者,他对量子力学、核物理、粒子物理以及统计力学都做出了杰出贡献,曼哈顿计划期间领导制造出世界首个核反应堆(芝加哥1号堆),是原子弹的设计师和缔造者之一,被誉为“原子能之父”。他的学生中有6人都获得了诺贝尔奖,我们熟知的李政道和杨振宁都是费米的学生。

费米

费米非常喜欢用简单的估算去预测复杂的问题,在上世纪五十年代的一次晚饭后,他跟几位好友展开了对外星人是否存在的讨论,他说:“如果宇宙中真的存在有外星人,那么他们在哪?”

外星

这个问题就是著名的费米悖论,科学家们围绕这个问题展开讨论,费米首先假设:外星人是存在的,因为我们可观测到的宇宙有900亿光年大小,在这个体积里,有1000亿个星系,每一个星系都跟我们所处的银河系一样大,而每一个星系,又有1000亿颗可以形成类似太阳系的恒星,除去一些不合格的恒星(温度太高,发光不足,引力太大,寿命太短等),因此只有1%左右的恒星具备足够的条件。而在这些恒星所组成的星系里,只有1%的行星像地球一样,和恒星保持适当距离,并且运行轨道也足够合理。在这些行星中,又只有万分之一的行星,才具备孕育生命有机体的条件。

宇宙

经过这么一轮筛选,最终剩下的能够有资格产生生命的行星,依然有100万亿个。如果只考虑银河系,也会有1000个以上的星球拥有生命。而美国绿岸天文台(三体中红岸天文台的原型)的科学家德雷克对此假设做出推测,得到了著名的德雷克公式。

德雷克公式

在这个公式的推导下,拥有生命的星球依然很多,他们应该被人类发现才对,而前苏联科学家卡尔达肖夫则继续将理论延展,提出了“卡尔达肖夫指数”,根据一个文明所能够利用的能源量级,来量度文明层次及技术先进程度,分成三个量级:I型、II型和III型。I型文明使用在它的故乡行星所有可用的能量,II型文明利用它的行星所围绕的恒星所有的能量,III型文明则利用它所处星系的所有能量。在很多科幻片如《黑衣人》中就有外星人将银河系装在一个吊坠中,这是对III型文明外星人利用星系能量的假想之一,类似戴森球理论(Dyson Sphere)。

猫咪

从卡尔达肖夫指数推算,地球距离第三级文明还需要发展10万年,而地球已经产生46亿年,宇宙已经形成138亿年,因此10万年相对于宇宙和地球的年龄来说非常短,结合德雷克公式,我们很难保证宇宙或者银河系中不存在第三级文明。

宇宙空间站

著名物理学家约翰·冯·诺依曼也对上述理论做出了延伸,提出了冯·诺依曼探测器理论,他表示,如果存在有更高层级的文明,那么他们利用自我复制机器(冯·诺依曼探测器),能够在很短时间内将整个星系适合居住的星球布满生命。这是否让人想起了《异形·普罗米修斯》开头的那一幕,普罗众生的Engineer,喝下的黑色液体后分裂了自己的DNA,与星球上的水反应,生成了大地万物。

异形·普罗米修斯

Big things have small beginnings

因此我们再次回到了当初的悖论——通过计算,宇宙中肯定有外星人,逻辑上我们应该也能发现,但至今人类都没有发现外星人的踪迹,这就与之前的理论所矛盾,科学家再次给出了三种解释,第一种解释是地球乃宇宙中罕有的第一批高级文明。

地球与月球

可以说,我们很难找到一个星球,像地球这样拥有与恒星适当的距离(合适温度的必要条件),完美的运转轨道以及丰富的水与适中大气层。这些条件如果有任何一个产生偏倚,都会对生命或者文明造成重大影响。

星球

关于地球独特的另外一个解释是大过滤器理论,生命在发展过程中会遇到很多过滤器,我们可以把已知的恐龙大灭绝看作是一次物种过滤,而人类和宇宙其它文明在发展过程中也会遇到类似的劫难,宇宙中很多文明在还没有达到较高层级时,已经被群灭。能通过多个过滤器,并最终走到最后的文明现在还几乎不存在。

宇宙中很多文明

生命的诞生本身就是一次过滤,即便在一个适当温度和湿度的条件下,原核生物也很难向真核生物进化,并且能否进化成功,也是小概率事件,大部分的所谓宜居星球,可能还停留在原核生物阶段。文明诞生后,科技和小概率事件(行星碰撞,超级疾病等)也很有可能使物种灭绝,人类就经历过多次核危机,而未来将会发生的事情我们其实很难预估。

行星碰撞

费米悖论的第二种解释,是外星文明确实存在,但人类察觉不到。人类用电磁波探索宇宙的历史只有短短几十年,而外星文明也不一定是通过人类已经认知的通讯手段去与外界取得联系。加上人类的认识区域还很狭窄,可能外星人就在我们身边,只不过用的是另外一种方式与我们共处,人们不知道而已。

人类用电磁波探索宇宙

这就不得不谈到费米悖论的黑森林假说,《三体》的读者可能对黑森林法则比较熟悉——宇宙中也许有很多文明存在,但是由于害怕未知的文明会毁灭自己,因此想尽办法隐藏自己的存在,并且在发现对方文明后第一时间想办法去毁灭它以求自保。我们熟知的科学家霍金就多次警告人类不要去主动发射信号尝试跟联系外星人。

科学家霍金

最后一种,也是Elon经常提到的一种解释——人类已经被外星人隔离,整个地球如同一个动物园,外星人同盟把人类当成动物,仔细观察人类的发展,抑或是把整个地球隔离在一个“天文馆”里,让人类在观察宇宙时,发现不了其他文明。而“隔离论”里最接近电影的,就是“缸中大脑”假说,人类只是外星人制造的一个游戏扮演者,我们所经历的一切只不过是在虚拟世界中虚拟程序,一个超级计算机正在主导这一程序的运行,让一切感觉起来跟真的一样,而我们真实的大脑和躯体,都在营养液缸里。

外星人

这种解释也不无可能,试想上世纪90年代我们才有第一代3D游戏,如今虚拟3D已经可以以假乱真,更不用说接下来几十年的发展。马斯克提到的费米悖论,无论从AI发展上,还是太空探索上,都将成为人类下一步该往哪走的指导理论。

3D游戏

举例来说,计算机尤其是AI的发展速度是指数级的,在接下来的20年,AI大概率会发展到一个人类意想不到的阶段,这非常危险,但如果我们用它来加快之前所提到了人类文明从 I型 到 III型 的十万年过程,将会使人类提前进入III型文明,学会怎样利用星系能量。

星系能量

而从物种发展的角度来说,可以肯定的是在一个星球生存的单一物种,100%会遭遇物种灭绝,NASA局长Michael Griffin曾说:“长期来看,单行星球物种无法持续生存,如果人类希望生存数十万或者数百万年,我们最终就必须移民其他行星,未来某天,生活在地球之外的人会比地球上还多。”

单行星球物种

作为当下唯一一家“以让人类成为多星系物种”为己任的公司,SpaceX从建立之初,目标就瞄准了离地球最近的有可能适合生命居住的火星,Elon也多次提到让火星变得适宜居住其实没有想象中那么难。受到SpaceX的带动,多个国家级别的航空航天局也在近年出台了探索火星计划,并将目标从最初的从火星带回资源,改成了探索行星是否适合人类居住。

马斯克

回到“两马”对话,我们为两位中美企业家致以敬意,人类需要马斯克这样的工程师,也需要像马云这样的企业家,人类在面对物种延续的共同利益时,团结和资源共享显得尤为重要,如同电影《2012》中的诺亚方舟,美国设计,中国制造。更如同猎鹰重型火箭上的芯片所写的那句:人类制造,产于地球。

马斯克提到的费米悖论应该如何去理解

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