地球/7a. 宇宙中生命有多罕见？
自射电望远镜问世以来，科学家们一直在扫描天空，寻找来自外太空深处的讯息，尤其是来自宇宙中其他智慧生物的讯息。在寻找其他行星上甚至是最简单的生命形式的无休止的探索中，科学家们不遗余力地将宇宙飞船和着陆探测器送往我们太阳系中的其他行星。只是发现它们是空的，即使是最简单的单细胞生命形式也毫无踪迹。是什么让地球上的生命如此独特，如此特别？宇宙中是否有其他行星拥有像地球上一样的生命形式？像人类这样的智慧生命能够利用光进行星际交流。对于弗兰克·德雷克来说，这些问题一直困扰着他，自 20 世纪 50 年代以来，他一直在开发工具来尝试观测来自其他行星的无线电传输，并倾听来自太空的信号。到目前为止，它们一直异常安静。无线电波以光速传播，比任何宇宙飞船都快，倾听这些信号是观测能够产生这种通讯的地球外智慧生命的最佳方式。到目前为止，只有寂静。
1959 年，弗兰克·德雷克召集了一些当时最顶尖的科学家，包括卡尔·萨根，共同努力量化其他行星上存在生命的可能性。他可能对缺乏地球外生命证据感到沮丧，但他渴望鼓励其他人寻找地球以外的生命，特别是在 20 世纪 60 年代太空时代开始的时候。
几年前，核物理学家恩里科·费米在洛斯阿拉莫斯国家实验室的一次午餐谈话中，对他的同事们说：“他们在哪？”注意到地球以外没有地球外生命的证据，但也指出生命很可能至少存在于宇宙中的某个地方，因为有那么多恒星和那么多可能的行星。这个想法被称为费米悖论，这个悖论指出，尽管生命很可能存在于其他行星上，但除了地球上发现的生命之外，没有发现任何生命证据，即使我们尽了最大努力寻找。几年后，弗兰克·德雷克想估计地球外生命的这种可能性是什么，他准备了一个数学方程来近似估计这个可能性，并在一次会议上向他的朋友和同事们展示。这个数学方程被称为德雷克方程。自 1959 年首次量化以来，这个方程已被那些想要尝试理解宇宙中生命罕见性的科学家修改和研究，但它是一个不完整的模型，可能存在错误。
基本的德雷克方程是
其中 是宇宙中拥有星际交流能力的文明数量。 是宇宙中恒星形成的速率， 是拥有行星的平均比例， 是可以支持生命的行星平均数量， 是发展生命形式的行星比例， 是发展智慧生命的行星比例， 是发展出能释放其存在信号的技术的文明比例，而 是这些文明在灭绝之前存在的时间长度。
R* 的估计值可能非常大，银河系每年产生 4 到 7 颗新星 (https://www.nasa.gov/centers/goddard/news/topstory/2006/milkyway_seven.html)，而宇宙中估计有 1000 亿个星系，因此每年新产生的恒星数量约为 4000 亿到 7000 亿颗。这是一个非常大的数字，这增加了宇宙中数万亿颗恒星中存在生命的可能性。这些恒星中拥有行星的比例也估计相当高，因为对系外行星的研究表明，许多甚至大多数恒星都有围绕它们旋转的行星，高达 90% 的恒星可能拥有行星，因此也拥有太阳系。
ne 代表地球类行星的数量
[edit | edit source]下一个值 ne 代表地球类行星的数量，这是一个更难确定的值。在我们的太阳系中，地球位于水以固态、液态和气态三种形式存在的交汇点。有些人将这个关键区域视为一颗恒星周围可能存在液态海洋、冰盖和一些大气水的区域，因此对生命来说是必要的。这是一个距离太阳相当狭窄的范围，即使在这个区域内，有些行星的质量可能太大或太小。对系外行星的研究揭示了太阳系配置的巨大差异，因此这个值远低于 1。也许在 1000 个太阳系中会发现一颗地球类行星，这个值为 0.1%。
fl 代表这些地球类行星上起源的生命
[edit | edit source]接下来要估计的三个值是 fl，代表这些行星上起源生命的百分比；fi，代表这些行星上起源智慧生命的百分比；以及 fc，代表这些智慧生命能够在行星之间发送通信信号的能力。在与生命相关的三个值中，fl 是最有可能的，因为地球上的生命起源于其历史的早期，大约在 地球形成后 38 亿年，有间接证据表明生命的存在，并且在 30 亿年前，生命已经很普遍。对其他行星的研究，尽管样本量非常有限，表明生命的存在条件非常狭窄，因为我们尚未在火星或月球上发现任何有机分子。如果这个比例大约是每 1000 颗地球类行星中存在 1 颗，那么 fl 将接近 0.1%。这意味着在宇宙中存在着 6300 亿颗存在生命的行星。无法交流的无智单细胞生物将是宇宙中占主导地位的生命形式。在所有参数中，fi 和 fc 变化最大，也是最关键的。
fi 代表拥有智慧生命的行星百分比
[edit | edit source]这些行星中拥有智慧生命并能够使用无线电波在恒星之间进行通信的百分比。一些科学家认为这些百分比非常小，因为地球上智慧物种——人类——进化并能够发送无线电信号的时间跨度很长。唐纳德·布朗利和彼得·沃德认为这些值的数字非常小，这使得其他行星上存在智慧生命的可能性非常低，并且他们提出了名为“稀有地球”的假设。他们认为，导致人类出现的复杂事件序列在其他行星上发生的可能性很低。人类在地球上出现所花费的 38 亿年证明了类似事件序列在其他行星上发生的低概率。生命不会随着时间的推移而自然变得智慧，它只会生存并适应其环境。如果 fi 是 38 亿年中出现智慧生命的概率（使用从生命起源开始的年度概率），那么 fi 将是一个极小的数字（0.0000000026%）。
fc 代表星际通信能力
[edit | edit source]下一个值 fc 代表拥有星际通信能力的这些智慧生命星球的百分比。如果人类已经存在了 2.5 亿年，而无线电信号只是在最近的 150 年才被发现，那么 150 年的通信时间除以人类作为该星球上智慧生命存在 2.5 亿年的时间，则 fc 的值为 0.000006%。
L 代表一颗星球上星际通信的持续时间
[edit | edit source]最后一个值是 L，代表一颗星球上星际通信持续的时间。这个值引起了卡尔·萨根的兴趣和困扰，因为他担心德雷克方程中最具限制性的变量之一就是这种高度智慧物种能够维持星际通信的时间长度，即 L 的值。全球战争、流行病、资源枯竭导致的灭绝、气候变化和其他灾难可能会降临到这些高级文明，从而终结它们进行星际通信的能力。一个相当保守的数字是 1000 年，尽管这些时间单位可能会跨越不同的时间单位，具体取决于这些外星物种的智慧和性质。我们可以添加几年，也许是 17 年。但 1017 年的时间长度对地球来说是相当长的文明，比地球上大多数帝国都要长，并且始终保持着探测和向太空发送这些信号的能力。
如果我们使用这些估计值、猜测值，甚至只是根据不存在的数据随意记下这些值，然后求解 N，即宇宙中拥有星际通信能力的文明数量，我们会得到一个简单的 N 值，仅为 1。
地球是唯一孕育生命的星球吗？
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整个宇宙中只有这一个拥有星际通信能力的文明，但没有其他星球可以进行交流。这些对德雷克方程的估计可能是，而且很可能错误地，广泛地误解了真正的概率，但它们突出了一些真正重要的东西，即要真正了解地球是否是宇宙中唯一拥有智慧生命的星球的关键，取决于我们如何估计智慧生命在数十亿年中存在于地球上的稀有程度，而在这个过程中，生命在地球上经历了一系列过程，最终产生了智慧生命形式，比如你自己。我们生活在一个多么奇特的世界里，你能够阅读这些文字，理解它们，并从中获取知识。生命是如何从单个复杂分子演变到细胞生物，再演变到多细胞生物，再演变到能够移动和游泳的动物，再演变到工具制造者，最终演变到像你这样的生物的？
这是地球上生命的演化故事，也是为什么生命如此珍贵，并且可能如此罕见。地球之所以独特，不是因为它的维度、大气、海洋、大陆或岩石和熔融内部，而是因为它是我们所知唯一孕育智慧生命的星球。
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