雖然短暫窗口假說承認(rèn)宇宙實際上可能充滿了生命,但時間和空間施加了巨大的限制,使得智慧物種很難相互交流.簡而言之,文明之間的距離非常遙遠(yuǎn)可能意味著當(dāng)一個文明發(fā)展到可以向太空廣播信號的程度時,它將在得到其他文明的答復(fù)之前滅絕.

短暫窗口假說里的關(guān)鍵參數(shù)是在第三輯中介紹的德雷克方程(The Drake Equation)中的最后一個參數(shù),它代表著文明向太空傳輸信號的時間窗口的長度.在短暫窗口假說的條件下,時間窗口它可以被定義為一個文明因為滅絕級事件而摧毀之前預(yù)期存在的時間.這個文明可能因為自然災(zāi)害(例如:小行星撞擊地球)的而走向終結(jié),也可能以自我毀滅的形式(例如:核戰(zhàn)爭或生化危機)迎來它們的末日.以我們?nèi)祟愖约簽槔?這些存在的威脅似乎都是可能的.

那短暫窗口可以毫無違和地嵌入大過濾器理論嗎?在第三輯中我們對大過濾器理論進(jìn)行了介紹:根據(jù)漢森的假設(shè),他所提出的9個過程中至少有一個在統(tǒng)計學(xué)上是不可能的.要么生命在早期就很難從無機分子中脫穎而出,隨著一個文明往更先進(jìn)的方向發(fā)展,那么發(fā)生災(zāi)難性覆滅的幾率越來越大.

圖1.坐落于智利查南托高原的阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列(Atacama Large Millimeter Array - ALMA Radio Telescope),海拔16000英尺(5000m)(圖片來源: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Garnier (ALMA))

德國天體物理學(xué)家和射電天文學(xué)家塞巴斯蒂安·馮·霍納(Sebastian von Hoerner)是這一假說最早的學(xué)者之一,他是弗蘭克·德雷克的同事.他也參與了第一個SETI項目,奧茲瑪(Ozma)項目.1961年,他寫了一篇題為《尋找來自其他文明的信號》(The Search for Signals from Other Civilizations)的論文,他認(rèn)為我們沒有收到任何信號的原因可能是文明之間的距離過于遙遠(yuǎn).

總之,他認(rèn)為相對于與另一個智慧物種接觸所需的時間,一個技術(shù)先進(jìn)的文明的存在窗口可能太短從而我們得不到回應(yīng).他在論文中寫道:

據(jù)馮·霍納估計,一個文明的平均壽命是6500年,銀河系中文明之間的平均距離是1000光年.雖然這些完全是推測,但它們提供了一個用于估算一個文明可以平靜地生活和交流多久的簡單框架.

考慮到馮·霍納在撰寫這項研究論文的時候正值冷戰(zhàn)的鼎盛時期.而核毀滅一直是一把高懸在人類頭頂上的達(dá)摩克里斯之劍.技術(shù)濫用和自我毀滅的主題在支持短暫窗口假說的人心里無疑是合理的.然而,隨著人們對新的生存威脅的認(rèn)識不斷提高,近年來對于短暫窗口假說中的毀滅因素人們提出了一些新的想法,這些大多是圍繞人口過剩和環(huán)境破壞去討論的.

我們仔細(xì)回想一下之前翻譯的數(shù)個假說,那些試圖解決費米悖論的假設(shè)本身都有一個隱藏的,共同的前提假設(shè)——即先進(jìn)文明它將以指數(shù)級發(fā)展進(jìn)步.相反的,有些研究人員提出了外星文明無法維持這種發(fā)展模式的假設(shè),從而解釋了為什么沒有文明能夠成功地在整個星系(或者是星系里的大部分地方)定居.

另一個例子來自天體物理學(xué)家亞當(dāng)·弗蘭克教授(Prof.Adam Frank)在2018年出版的一本名為《星光:外星世界與地球命運》(Light of the Stars: Alien Worlds and the Fate of the Earth)的書.這項工作還借鑒了2018年的一項研究,題為《廣義的人類世:外星文明的演化及其行星反饋》(The Anthropocene Generalized: Evolution of Exo-Civilizations and Their Planetary),他與供職于羅切斯特大學(xué)(the University of Rochester)、華盛頓大學(xué)(the University of Washington)和馬克斯·普朗克生物地球化學(xué)研究所(the Max Planck Institute for Biogeochemistry)的同事們共同進(jìn)行了這項研究.

在這兩本書里面,弗蘭克都認(rèn)為人類世可以為解決費米悖論提出建設(shè)性意見.因為外星文明的命運可能與人類的命運很相似,外星人與它們居住的行星之間的動態(tài)關(guān)系可能讓其環(huán)境系統(tǒng)對文明的活動進(jìn)行反饋.弗蘭克在引用德雷克方程的時候強調(diào)道:

簡言之,可持續(xù)性問題只是對短暫窗口假說中的一個基本假設(shè)的懷疑與批評而已.而其他研究則認(rèn)為時間窗口本身可能是距離的函數(shù)——向宇宙發(fā)出信號的文明不太可能長久存續(xù)以聽到對其他文明對信號的回應(yīng).

克勞迪奧·格里馬爾迪(Claudio Grimaldi)和包括弗蘭克·德雷克博士在內(nèi)的一組科學(xué)家在2018年的一項題為《星系中不斷擴大的外星文明信號的區(qū)域覆蓋范圍:SETI計劃和德雷克方程里的參數(shù)》(Area Coverage of Expanding E.T. Signals in the Galaxy: SETI and Drake’s N)的研究中提出了這一論點.在這項研究中,該團隊對德雷克方程做出了兩個關(guān)鍵假設(shè):

外星文明以恒定速率出現(xiàn)在我們的星系中;

在它們滅絕之前,它們只能發(fā)送一定時間長度的信號.

在這些文明消亡很久之后,這些無線電廣播(假設(shè)文明之間是以無線電信號形式交流的)將繼續(xù)以光速向外傳播.這些無線電信號將形成一個球殼樣的結(jié)構(gòu)(一個甜甜圈形狀的波前),如果我們地球處于球殼中就可以檢測到無線電信號.每個球殼的壁厚(以光年為單位)將與文明在沉默之前向太空廣播無線電信號的時間相對應(yīng),就像圖2所示那樣.

在模擬了這些射電信號的鋒面如何傳播之后,研究人員發(fā)現(xiàn)根據(jù)輻射殼層厚度是比銀河系的大小(直徑約10萬光年)薄還是厚,出現(xiàn)了兩種情況.考慮臨界情況,如果剛好先進(jìn)文明的假定壽命()等于發(fā)出的信號穿越整個銀河系所需的時間,約年(10萬光年除以光速).

圖2.銀河系以及六個假想的外星文明發(fā)射形成了充滿無線電信號球殼的示意圖.(圖片來源:Claudio Grimaldi/EPFL)

在第一種假設(shè)下,無線電殼層厚度小于銀河系尺度.每個輻射球殼都會比我們星系要小,而且只會填滿它的一小部分,從而減少SETI計劃被發(fā)現(xiàn)的機會.但他們發(fā)現(xiàn):根據(jù)文明出現(xiàn)的頻率出現(xiàn)變化,這些光環(huán)可能會讓我們的星系充滿信號,甚至重疊.

在第二種假設(shè)下,無線電殼層的厚度將超過銀河系尺度.在這個時候,我們是否探測能探測到外星文明的信號將取決于外星的先進(jìn)文明它們進(jìn)行宇宙廣播的數(shù)量.

最后,格里馬爾迪、德雷克和他們的同事發(fā)現(xiàn)在這兩種情況下到達(dá)地球的無線電信號的數(shù)量大致相同.

視頻1.NASA估算的美國的氣候變化直到2100年(視頻來源:NASA Goddard)

當(dāng)然,企圖解決費米悖論的假說很容易因為自身一些不切實際的假設(shè)而受到批評.以人類自身為參考提出了大量的猜測,并且隨著科技的發(fā)展和我們對這個問題思考的深入又有很多新的有趣的想法冒出來.不幸的是,這些假說沒有一個是可以檢驗或證偽的.

我們不知道一個先進(jìn)的文明還能存續(xù)多久.我們?nèi)鄙偻庑俏拿鞒霈F(xiàn)和消失的例子,就不可能建立一個有意義的框架.從目前的情況來看,人類是我們所知的唯一的較為先進(jìn)的文明.我們甚至不知道,在一場毀滅性的危機面前,人類文明是否還能存續(xù)下去——無論是核戰(zhàn)爭、氣候變化還是自然災(zāi)害.

還有一種觀點是:先進(jìn)文明其實存在于宇宙的角落,只是我們現(xiàn)在還沒有聽到他們的聲音.卡爾·薩根和威廉·紐曼在他們1981年的研究《銀河文明:人口動態(tài)和星際擴散》(Galactic civilizations: Population dynamics and interstellar diffusion)中論證了這一點.然而,這一論點似乎又引發(fā)了新的問題:它本質(zhì)上是一種基于人存原理的假說,它要求人類正好處于一個非常特殊的時期,宇宙中廣布智慧文明,而恰好在人類發(fā)展出可以接收無線電信號的100年左右的時間里沒有外星文明的無線電信號球殼掃過太陽系.這與哥白尼的平庸原理(mediocrity principle)相矛盾而遭到了很多批評.

對此,天體物理學(xué)家、美國宇航局研究員大衛(wèi)·布林(David Brin)強調(diào)到:認(rèn)為人類的發(fā)展發(fā)生在一個特殊的時間點的觀點是愚蠢的.換句話說,當(dāng)我們的星系正從擁有極少量的先進(jìn)文明(或只有一個文明)過渡到數(shù)個文明同時存在的時候.考慮到我們銀河系的漫長的壽命,我們所經(jīng)歷的更可能是一種典型而非特殊的情況.

圖4.波多黎各的阿雷西博天文臺,著名的阿雷西博信息(1974年11月16日向距離地球光年的球狀星團M13發(fā)射的無線電信息)的發(fā)端地.(圖片來源:NAIC/NSF) 

順著短暫窗口假說的邏輯思考下去也有助于人類面對將來的最大挑戰(zhàn)——如何可持續(xù)地生活或面對生存環(huán)境和文明的崩潰——這會讓我們有更加深刻的思考和理解.如果我們?nèi)祟愇拿飨Ｍ胬m(xù)得足夠長久,以收到其他文明的回信,那我們就需要確保人類不能在當(dāng)下透支地球和我們的未來！

我們會在第十輯《長子假說|超越費米悖論》中介紹第8種解釋.即人類可能是我們銀河系中出現(xiàn)的第一種智慧生命.在宇宙中,我們?nèi)祟惽『檬沁@個宇宙孕育的一系列文明中的長子.短暫窗口假說是超越費米悖論系列中出現(xiàn)的第7種解釋,請各位讀者繼續(xù)關(guān)注這個翻譯專欄,再次感謝大家的閱讀.