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这就是地外生命!

2016-05-31  风飞扬柳

本文略长,如果没时间可以先做文末的小调查收藏文章慢慢看哦~

宇宙中的高级文明很多很多,在这么长的时间里,即使碰运气,我们现代社会也应该可以碰到一次我们人类可以理解和接触的、比较大规模的访问或者外星系传递过来的信息,但似乎没有。是否代表文明再高级也不可能实现星际穿越,或升级到更高维空间呢?

这就是地外生命!

其实这些问题可以归于两个有名的思考:

费米悖论和大沉默。

费米悖论:

费米悖论Fermiparadox,又称费米谬论)阐述的是对地外文明存在性的过高估计和缺少相关证据之间的矛盾。 宇宙惊人的年龄和庞大的星体数量意味着,除非地球是一个特殊的例子,否则地外生命应该广泛存在。在1950年的一次非正式讨论中,物理学家恩里科·费米问道,如果银河系存在大量先进的地外文明,那么为什么连飞船或者探测器之类的证据都看不到。对这个话题更加具体的探讨最早出现在1975年麦克·哈特的文章中,有时也被叫做麦克·哈特悖论

所以费米悖论讲述的是有关尺度和概率的论点和稀缺的证据之间的矛盾,即宇宙显著的尺度和年龄意味着高等地外文明应该存在。

引自Fermi paradox

下面利用两个个非常精良的油管视频来展开费米悖论,各位读者爆米花准备,别忘了请开着Wi-Fi哦:

费米悖论Part 1(内容简介):

https://www.youtube.com/watch?v=sNhhvQGsMEc

可观测宇宙的直径大约有900亿光年。至少有1000亿个星系,每个星系拥有大概1000亿到10000亿颗恒星。

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最近,我们已经了解到,行星是非常普遍的。我们的宇宙中可能有上万亿的适宜居住的行星。

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这意味着生命存在和发展的机会很大,不是吗?但它在哪里呢?难道宇宙中不是应该充满宇宙飞船和星空战舰吗?让我们退一步想想。

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即使有其他星系存在外星文明,我们完全没有办法知道他们的存在。就我们所知,银河系和近邻星团被称为“本星系群”(the localgroup),所有在这之外的星系我们基本上永远不会接触到,这是因为我们的宇宙在膨胀(这个我在这个回答为什么宇宙的年龄是 130 亿年,而我们却能看到 470 亿光年远的东西? - 土豆泥的回答里有简要阐述)。

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即使我们有非常快的飞船,说起来也要花好几亿年的时间才能穿过宇宙中最空旷的地方到达本星系群之外的星系。

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所以,我们把注意力放在银河系上。银河系使我们的家园,它包含了多达4千亿颗恒星。整个可观测宇宙的恒星数量之多,大约是地球上的每一粒沙子可以对应其中的一万颗恒星。

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在银河系中,大约有200亿颗跟太阳相似的恒星。估算表明这些恒星中有五分之一有处在宜居带的类地行星。宜居带就是恒星周围适合生命存在的轨道区域。

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假设这些行星中只有0.1%有生命,那么整个银河系中有100万的行星上会有生命存在(参考德雷克方程,https://en.wikipedia.org/wiki/Drake_equation)。

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等等,银河系大约有130亿年的历史,最开始的时候,银河系并不是一个适合生命存在的地方,这是因为很多东西在爆炸,但是,在银河系诞生后的10到20亿年,第一颗宜居行星就会诞生了。

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地球只有40亿年的历史,所以有数不尽的可能性,生命在其它的行星上也诞生了。

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即使只有一种生命发展出了太空旅行的科技文明,我们现在就已经注意到他们了,或者我们就已经被注意到了。那么,这样的科技文明是什么样的呢?

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我们根据卡尔达肖夫指数(Kardashev scale),把他们分成了三类:

I型文明

一个I型的文明可以使用他们星球上所有的能源。

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如果你想知道人类目前的状态的话,我们大约处在I型文明的73%左右。在接下来的几百年间,我们应该会达到I型的文明水准。

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II型文明

II型文明可以使用他们的宿主恒星的所有能源。

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实现这些目前可能需要一些科幻,但是原则上是可行的。戴森球就是这样一个可行的概念:一个环绕其恒星的系统结构。

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III型文明

III型文明基本上可以控制整个星系并使用它的能源。

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但是为什么我们应该能够一开始就看到这样的文明呢?

如果我们要建造可以承载足够生活几千年人口的飞船,我们可以在200万年之内殖民整个星系。听起来像是一个很长的时间,但是请记住,银河系很大哦。

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所以殖民整个星系需要花费几百万年的时间,而且银河系中可能有不下数十亿的适合生命的行星,这些其它的生命比我们要诞生的早的多,那么,这些外星人都去哪里了呢?

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这就是费米悖论,并且没有人能给出答案。

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不过,我们有一些猜想。我们来聊聊大过滤(the great filter)吧。

在这个语境中,过滤器指的是生命很难度过的障碍。在很多中情况下,它都显得都很可怕。

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第一种,存在大过滤器,并且我们已经克服了它们。

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也许复杂的生命发展起来要比我们想象的要难得多。到现在,科学上的生命起源过程都没有完全弄明白,也许这个过程要求的条件非常复杂。

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也许过去的宇宙对于生命的形成充满了敌意,只是最近的情况才变得友好,复杂的生命才可以存在。

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这可能意味着我们可能是独一无二的,或者是宇宙中的第一批文明——如果不是整个宇宙第一个文明的话。

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第二种,存在大过滤器,而且它们就在我们的前面。

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这一条就真的很可怕了,也许像我们这样水平的生命在宇宙中到处都有,不过到了一个特定的水平,这样的文明就被毁灭了,也许这个就在我们的前面。

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例如,在未来,有了很牛的科技,但是当这种科技被发明的时候(参考Technological singularity,技术奇点),它就把整个行星给毁灭了。

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每一个先进文明的最后一句话可能是:“只要我按下这个按钮,这个新的装置就会解决我们所有的问题。”

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如果这个是真的话,那么我们更接近人类文明的末日,而不是人类的开端。或许存在一个古老的III型文明,他们监视着整个宇宙,一旦一个文明变得足够先进,它就被立刻铲除掉了。

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也许存在的一些东西,我们还是不发现的要好(然而旅行者号已经发出了“声音”)。

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最后一个想法,也许我们就是孤单的。目前说来,我们并没有任何的证据表明除了我们之外还有其他的(智慧)生命。

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外面什么也没有,宇宙看起来如死寂一般。没有人给我们发送信息,也没有人回答我们的呼唤。我们可能是完完全全的孤单一人,被困在湿漉漉的泥球上,周围是永恒的宇宙。

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这个想法吓坏你了吗?如果是的话,你的反应是正确的。

如果我们让这个星球上的文明死去的话,也许整个宇宙就再也没有生命了。在我们的宇宙中,生命可能就从此一去不复返。

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如果是这样的话,我们只需要大胆的飞向宇宙,并成为第一个III型文明,让生命之火在宇宙之中蔓延,直到这个宇宙的最后一刻。

这就是地外生命!

宇宙如此美丽,如果没有人来品味的话,也是太可惜了。

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费米悖论Part 2(一些思考):

https://www.youtube.com/watch?v=1fQkVqno-uI

太空旅行非常难,虽然有可能,但前往其他恒星仍是一个巨大的挑战,大量的材料必须被送入轨道和组装,也许几千年以后的旅程所需要的人口,大到足以阻止其开始。

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而且,目的星球也学也不如同它从远方看起来的那般好客。这样就已经非常难建立一个能够完成旅程的太空船。

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还有,星际入侵也许是不可能逃过的

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另外,还需要考虑时间,宇宙已经很老了,在地球上,生命存在了至少36亿年,而根据考苦学推断的所谓智人在约25万年前出现,但是大约仅一个世纪,我们才有远距离通信技术。

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也许已经有盛大的外星人帝国铺张在成千上万的系统并存在了数百万年,我们可能只是错过了他们。

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可能有伟岸的废墟在遥远的世界上腐朽。

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地球上所有物种中的99%都灭绝了。人们很容易认为,这将是我们迟早要面对的命运。

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智能生命可能发展,分布到几个系统上,然后死光了,一遍又一遍的重复。但银河文明可能永远不会满足。

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所以也许对于宇宙中的生命,这会是统一的体验:望着星星,并怀疑“大家在哪里?”

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但是没有理由认为外星人和我们一样,或者我们的逻辑也适合他们。这可能只是我们的沟通方式是非常原始和过时的。

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想象一下,你坐在家里用摩斯电码发送器,持续不断地发信息,但是没有人会回应你。你觉得很孤独,可能是因为我们仍然无法察觉智能生物。我们将会继续这样做,直到我们学会正常通信。

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即使我们遇到外星人,我们间的差异也可能过大,以至于无法与他们以有意义的方式交流。

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想象一下你所能想到的最聪明的松鼠,不管你多努力,你都无法把我们的社会解释给它听。毕竟,以松鼠的视角,一棵树就像是自己需要生存的全部智慧。

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因此,人类砍伐森林的举动是疯狂的,但不是因为我们恨松鼠而破坏森林,而是我们只想要资源,松鼠的愿望和松鼠的生存都不是我们所关心的。

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当III型文明需要资源时,可能就会以相同的方式对待我们。他们可能会蒸发我们的海洋,只是要使他们收集资源更方便一些。

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一个外星人,可能会这样想,“小小的猿们,他们建立真的很可爱的混凝土结构,哦,好吧,他们现在死了。”

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但是,如果有一个文明,希望消除其他物种,它的动机更可能是殖民而不是经济。

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而且无论如何,他们藉有自动化流程,通过构建完美的武器,能使一切更有效率,:

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这可能是一种由纳米仪器建造的,一个自我复制的空间探测器。他们仪器平台所操作的分子水平,是令人难以置信的快速和致命的,具有能在瞬间攻击和摧毁任何事物的能力。

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你只需要给他们四个指令:一,找到一个有生命的星球;二,拆解在这个星球上的一切,成为其组成元件;三,使用资源来建造新的空间探测器;四,重复上述过程。

像这样的世界末日机器,可能在几百万年内就消除整个星系的生命。

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但是,为什么你会想要飞行数光年远,仅仅来收集资源或者造成种族灭绝?光的速度其实并不非常快,假如有人能以光速行进,穿越银河一次仍然需要10万年:

这就是地外生命!

有可能比摧毁文明和建造帝国更为愉快的事情:一个有趣的概念就是Matrioshaka大脑。这是一个围绕恒星的巨大结构,而这种计算能力的电脑,可以让一个种族上传他们所有的意识和存在到模拟的宇宙。有可能,他们可以体验到永远纯粹的狂喜,没有出生或者悲伤,一个完美的人生。

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如果它的建成地是围绕一颗红矮星的轨道,这台电脑可以供电长达10万亿年。如果这是一个简单的选择,谁愿意花大力气去征服银河系或者与其他生命形式的接触呢?

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所有这些费米悖论的解决方案有一个问题:我们并不知道技术的边界

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我们可能接近极限或是差的很远。例如,有一种超级棒的技术正在等着我们,能将我们能运送到其他星系。

然而我们不得不承认的是,我们真的什么都不知道:

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人类已经花费了超过90%的时间作为狩猎采集。500年前,我们还认为自己是宇宙的中心。200年前,我们停止使用人力作为能量的主要来源。30年前,我们还把毁灭性武器互相指着对方,只是因为政治分歧。

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然而,在以银河的时间尺度来看,我们只是胚胎。我们已经走了很远,但是仍有很长的路要走。而自以为是宇宙的中心的心态,仍然强力的印在人类心中,也因此让很多人容易产生对宇宙中其他生命的傲慢假设:

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但最终,只有一个办法能够查明真相,对吗?<img

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大沉默

另一个紧密相关的问题是

大沉默

——即使难以星际旅行,如果生命是普遍存在的话,为什么我们探测不到电磁信号?有人尝试通过寻找地外文明的证据来解决费米悖论,也提出这些生命可能不具备人类的智慧。也有学者认为高等地外文明根本不存在,或者非常稀少以至于人类不可能联系得上。

引自Fermi paradox

不过,我们对于寻找地外生命形式的行星总是有我们固执的想法,比如我们觉得宜居星球要有大气层。仅以人类或者生物需要呼吸的成分为模板,就可以算出宜居行星的必要尺寸,咱么一起算一算看:

我们知道气体动力学理论中有一个均方根速度

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上式中,R是摩尔气体常数,Mm是气体的摩尔质量

稍微变形一下,利用高斯积分和麦克斯韦速率分布律:

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注意,这时候的m已经不是气体的摩尔质量了,而是气体中单个分子的质量

对于一颗行星,有一个逃逸速度:

这就是地外生命!

根据纪录片《宇宙时空之旅》中的旁白,我们的地球年龄约有45亿年,假设地球还能再存在55亿年(太阳的红巨星阶段大约是70亿年后),图个简便也就是一共45+55=100亿年=10^10年

利用

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可以得到

这就是地外生命!

上面这个M是行星质量,m是气体单个分子的质量

再假设这个宜居行星的密度跟地球相仿:

Earth density=5.51 g/cm3 (Density of the Earth)

把行星假设成为球形,于是有:

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带入其他已知条件:

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可以有等式:

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得出宜居星球的最小半径R=2841624m=2841.624km

2842千米比地球的半径(6371千米,Earth radius)的一半要小一些,跟Ganymede(木卫三)的半径2634.1±0.3 千米差不多:

这就是地外生命!

但是,是不是情况可能与我们设想的不一样呢?是不是我们看向了错误的地方?

油管上面的MinutePhysics(https://www.youtube.com/watch?v=KRGca_Ya6OM)正经讨论了这个问题,结合这个网站The Big Alien Theory的理论,我们一起来看看:

当寻求外星生命时,我们会集中去找一些像地球的星球,即其环境状态与地球相似。

这就是地外生命!

“在地球上有生命”,逻辑上就等于“像地球的地方很有可能会找到生命。”

这就是地外生命!

可是,在可观测宇宙中,有成千上万个星系,而其中又有数十亿计的恒星,大部分都有行星环绕,总共约有百万十亿十亿(10^24)颗星体。

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这样巨大的数目,可以让我们合理的假设:当中的大量星球有生命存在,甚至是有智慧生物。

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而这个庞大的数量连同一些基础物理学和统计学,结果指出很有可能外星智慧会生存在一些不像地球的“宜居星球”,而且不像人类。

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我明白这听起来有些疯狂,因为我们只有一个数据点(我们自己),我们可以做出任何关于外星人特性的预测,即使我们并不知道他们的存在。

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但是其实我们不可以,原因如下(贝叶斯推断,Bayesian inference):

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一个基础的统计学结果指出其中在典型的“个体”典型的“组别”特性的差异是巨大的:

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例如,大部分人类居住在有起码1.8亿人口的国家,但大部分国家只有少于600万的人口:

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有信仰的人是信仰信徒多于十亿人的宗教,但大部分宗教则只有少于一百万信徒:

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大部分英超球迷热爱有数亿拥簇的球队,比如红摸、利村、破厂和车子,但大部分球队则只有数百万支持者(比如今年的副班长阿斯顿维拉,保级万金油桑德兰):

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无论是宗教、球队支持者或者坚果成分,有多少个个体或者如何分组并不重要,

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因为这是一个数学事实,即一个组中的中位数会大于或者等于中位组别:

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简单地说,就是只要在组别样本不是完全一样的情况下,大部分的个体都会从属于大容量组别

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重点是,一个个体大多是属于一个大规模组别,而不是最普遍的一个

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如果你不知道自己属于哪一组,正如我不知道我的血型,最有可能的是最大的组别,所以可能是O型血或者A型血:

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当然,论及到智慧生命,我们人类不知道什么组别是我们所在的。

所以统计学告诉我们作为一个个体应该期待自己属于大容量组别,而且我们的种族占相当大部分的人口:

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而知道我们族群占相当大部分的人口十分有用

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例如,个体需要空间生存,即有最大人口的国家倾向于有大片的国土:

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所有有更多人口的地球倾向于据有多余大部分具有智慧生命的星球的空间,简言之,更大

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同样,每个较小的生物需要较小的空间和能量,这样可以令它们具有较高的种群密度:

这就是地外生命!

所以蚂蚁比大象多得多

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相比于其他智慧生命体而言,高人口数量的人类很有可能是身形较小

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根据以上推论,我们会有这样的预期:例如,容易获取的能量令维持人口稠密更加容易,所以对于其他临近恒星的行星智慧生命,我们应该期望我们的太阳更热、更亮、位置更接近我们的星球,地球大气层更加透明

这就是地外生命!

如果这样听起来不具有针对性,有几个简单的又合理的基于物理的假设,令我们的预测结果更加精准:

这就是地外生命!

学者们预测大部分智慧生命,具有的数量低过二千万,大部分具有智慧生命体的星球应该只具有少于80%地球半径那么大,而个体则至少重如北极熊(>350公斤)

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在The Big Alien Theory里面有预测,网址前面我都给出了:

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所以比起在向与地球相近的临近行星去寻找地外生命,可能更有效地方式是去寻找那些较小、更暗、雾气蒙蒙的行星

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简而言之,我们应该期望自己是利物浦,去寻找宇宙中的阿斯顿维拉:

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摘自知乎https://www.zhihu.com/question/28897303#answer-36769810

你认为与外星文明接触会有何结果 (单选)
0
0%
进化
0
0%
毁灭
0
0%
无所谓

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