宇宙中是否有其他的的生命？

“有两种可能的结果：一种是结果证实了假说，那么你就做了一次检测。如果结果和假说相反，那么你就取得了一个发现。”

——恩里科•费米

学物理竞赛的同学一定会对整个宇宙中是否存在外星人这种事情很感兴趣，然而在物理学家们的研究表明，或许除了我们，并没有其它的智慧以及拥有先进科技文明的外星人存在。

事实上，有许多科学家对外星生命的存在都持乐观态度。例如不久前，在《纽约时报》中，Adam Frank（天文物理学家，作家，Coursera上有他的课程）就非常乐观的相信宇宙中肯定有智慧生命的存在。但是在他的方程中没有考虑到的是许多其它未知因素的大小，包括无生源论、演化、长期可居住的条件以及其它因素等等。不可否认的是存在智慧、先进文明的生命体的概率的确很大，但同时巨大的不确定性又暗示着我们或许是宇宙中唯一的高科技先进文明。

640 NASA宇航员Bruce McCandless完成史上最久的一次无系绳太空行走。（© NASA）

1961年，弗兰克•德雷克首先提出了一个计算在银河系内可能存在其它先进文明数量的方程式（下图上行公式）。他依赖于一些列的未知量（比如银河系内恒星形成的速率；恒星有行星的可能性；位于可宜居地带行星的平均数等等。）来估算现在存在于我们星系和宇宙中的先进文明的数量。在下图的下行公式中Adam Frank和他的同事Woodruff Sullivan基于德雷克方程提出了一个新的方程来寻找在宇宙中有可能发展成先进文明的数量：A=Nast × fbt。Nast代表了在给定一个体积内（可以是银河系内，或整个宇宙）适合人类居住的行星数量，fbt则表示为在其它行星发展出先进文明的概率。如果对他们发表的论文有兴趣可点击文末阅读原文。

640 上行为德雷克方程，下行为Adam Frank提出的新方程。（© A. Frank/University of Rochester）

在德雷克方程提出来的这55年中，许多当时只能估算的量现在都已经被精确地测量。首先，我们对宇宙的大小和尺度有更深的理解。这几十年来，基于地面和太空望远镜对电磁波谱全波段的观测让我们可以计算宇宙的大小以及有多少星系包含在其中。我们对恒星的形成以及恒星如何运作也有了更好的了解，因此当我们观测深空的时候，我们同时可以估算出现在以及自大爆炸以来有多少恒星存在。这个数字非常的巨大，大约为10²⁴ ，这代表着在过去的138亿年间，宇宙其它地方可能产生像我们一样的生命的机会次数。

640 哈伯极深空（Hubble XDF）是位于天炉座哈伯超深空影像中心的一个小区域，是目前可见光影像所见宇宙最远处，比之前的哈勃超深空（UDF）拍摄到的星系要多很多。（© NASA/ESA）

我们曾经迫切地想知道有多少恒星拥有绕着它们公转的行星，这些行星中有多少是岩石行星并且拥有像地球一样的大气层，又有多少行星处于离恒星正好的距离使它们表面可以有液态水的存在。在过去的无数个时代中，对于这些问题我们只能够想想。但是，在行星研究飞跃发展的今天，特别是NASA的开普勒太空望远镜做出的贡献，我们已经对外面的世界掌握了许多可靠数据，包括：

80 – 100%的恒星都有行星或者行星系统围绕着它们转，
大约20 – 25%的这些系统拥有一个行星处于恒星的“可居住地带”，或者在恰好的位置允许行星表面有液态水存在。
并且大约有10-20%的这些行星跟地球很像（类地行星），并且拥有相同的大小和质量。

把这些数据都考虑进来的时候你会发现，在宇宙中有超过10²²个行星可能是类地行星，并且有适合的条件诞生生命。

640 寻找地外行星的功臣——开普勒太空望远镜。（© NASA Ames/W Stenzel）

情况其实比这更好，因为除了第一代产生的恒星外，基本上后来诞生的恒星都富含重元素——孕育生命不可缺少的部分。当我们望向星际空间，分子气体云，遥远星系的中心，大质量恒星的喷流，甚至是银河系时，我们会发现在它们之中包含了许多来自元素周期表的元素——碳、氢、氧、硅、硫、磷、铜、铁等等，而这些正是孕育生命所需要的。如果我们仔细研究来自太阳系中的陨石和小行星，我们不仅仅会发现这些元素，并且还有它们组成的有机分子，比如糖，碳环，甚至是氨基酸。换句话说，在宇宙中不仅仅是拥有超过10²²个行星可能是类地行星，在这些类地行星中也存在着构成生命的原材料。

640 在一颗类似太阳的恒星周围气体中的糖分子。（© ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Calçada (ESO) & NASA/JPL-Caltech/WISE Team）

综上所述，现在你应该知道为什么有许多科学家对存在外星生命感到乐观。但事实真的如此吗？我想我们应该更加的严谨些。因为，如果想要发展成像我们人类一样的文明，需要有三个大步骤的发生：

无生源论的发生，也就是指从无机物中产生生命的过程。
生命必须在几十亿年的时间内生存并繁衍，才能演化成今天我们所谓的“智慧”生命。
最后，智慧生命必须成为技术文明。所谓的技术文明就是必须获得能够宣布自己存在于这个宇宙的能力，或者达到能够离开自己的母星并探索宇宙的阶段，又或者需要有能力探测来自其它文明传送过来的信号。最好的情况是三者兼得。

1980年，卡尔萨根在他的《宇宙》中阐述到，我们可以合理的假设达到这三个条件的成功概率各自为10%，如果它们是对的，那么仅在银河系内就有超过1千万的外星文明存在。

640 银河系的卫星星系——大麦哲伦星云，一处恒星的摇篮。（© NASA/ESA）

Adam Frank解释道，这三个步骤加起来的概率不可能低于10⁻²²，因此宇宙中的其它地方肯定有外星人的存在。但是，无论基于什么样的证据，这个主张都是草率的。无生源论或许是普遍的；它或许在地球上都发生过好多次，或者在太阳系中的其它世界，比如火星、土卫六、木卫二、金星等等也都发生过。但也或许这是一个极其罕见的过程，即使你复制了上百个年轻的地球，甚至上万个、上百万个，也许我们的世界只是唯一发生无生源论的星球。

即使生命的确发生了，但是我们得有多幸运才能在几十亿年的时间里生存并繁衍下来？有没有可能灾难性的变暖情景是常态（例如金星）？就算生命的确在数十亿年见生存下来了，那么发生寒武纪大爆发的事件概率又有多少（在那个时期，多细胞、宏观的植物、动物和菌类统治了地球）？或许有10%的星球会发生这样的事件，也或许这些都很罕见，只有百万分之一甚至了十亿分之一的概率。

更进一步来说，就算上述的情况都达到了，像我们人类可以使用高科技、发射火箭和制造飞船等的物种又有多少？复杂的爬虫类、鸟类和哺乳动物在地球上生存了上亿年并在很多方面被认为是智慧的，现代人统治地球的历史也不过是一百万年内的事情，而我们也只在过去的一个或两个世纪内才进入了所谓的“先进文明”。考虑到这些，我们是不是还可以归结有10%的概率会发展出先进科技文明？或者这样的概率仅仅是百分之一、上百万分之一、上亿分之一或者更糟？

640 1991年Alan Chinchar的在自由空间站的艺术概念。（NASA）

说了这么多，其实最真实的答案还是：我们不知道。我们知道宇宙中可以产生智慧生命的机会次数是一个巨大的数字，在10²²量级。我们也知道能够从生命演化至先进文明并进行宇宙旅行的外星生命概率很低。但我们不知道的是这样的概率是10⁻³、10⁻²²、10⁻⁵⁰或是它们之间（甚至更糟）。我们知道像我们人类这样的智慧生命至少出现过一次。但是我们想知道更多，我们需要数据。在获取更多数据能够暗示寻找到一些关于外星先进技术文明的蛛丝马迹之前，所有的主张都只是猜测，而不应该是肯定的。