計算外星生命數量的德雷克方程至為關鍵
圖1 這是由國家航空航天局的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡拍攝的旋渦星系M74。
這篇文章最初發表在 《會話》上。
截止現在，我們的銀河系有多少智慧文明？1961年，天體物理學家弗蘭克·德雷克提出了一個用于估計銀河系的智慧文明數量的方程，而他于2022年9月2日去世，享年92歲。他年輕時提出的這個方程，至今已經聞名四方，并用他的名字命名。而德雷克本人之后也評價，當時的他"太年輕太不嚴謹"。
此后，德雷克方程便常與同樣以人名命名的方程式相伴，比如詹姆斯·克萊克·麥克斯韋和歐文·施羅丁格等著名物理學家。與之不同的是，德雷克方程并不包含自然法則。相反，它將未知的概率結合成一個估測。
無論你在德雷克方程中輸入什么合理的數值，我們都會得出“我們不是宇宙中的唯一生命體”的結論。德雷克在他的一生中始終堅持尋找地外生命，但他的方程式真的給了我們一些啟示嗎?
圖2 德雷克方程展開式。
德雷克方程看上去很復雜，但其原理其實很簡單。它指出，在一個和我們存在時長相近的星系中，能與我們進行無線電通訊的高智慧文明的數量必定等于它們發展的速率乘以它們的平均壽命。
將計算的重點放在文明發展的速率上似乎只是一種臆測，但德雷克意識到，這項計算可以被拆解成更容易處理的對象。
他指出，總速率等于銀河系內恒星的形成率，乘以那些具有行星的恒星的比例，然后乘以每個具有行星的恒星系統中適合生命存在的行星的平均數量，乘以那些實際孕育生命的行星的比例，乘以那些進化出智慧生物的行星的比例，乘以那些能夠進行無線電通訊的文明的行星比例。
棘手的取值
弗蘭克·德雷克
在德雷克第一次提出他的公式后，他得到了一個確信無疑的結果——恒星形成的速率為每年大約30顆。
而在20世紀60年代，我們并沒有證據可以證明其他存在擁有行星環繞的恒星，甚至“十顆恒星里能有一顆這樣的恒星”的猜測結果也顯得過于樂觀。從20世紀90年代開始，我們對系外行星進行了長期的觀測，而直到本世紀，我們有了重大發現，那就是大多數的恒星都有行星環繞。
根據常識，在大多數多行星系統中，距離恒星合適的距離的行星上很有可能孕育生命。就比如地球是太陽系中的那顆孕育了生命的行星。此外，過去的火星很可能已經有生命體存在——甚至本來有可能延續至今。
今天我們也意識到，如果要維持生命，不一定需要行星地表的合適溫度讓水以液態形式存在。在被冰覆蓋表面的星球的內部海洋中，生命也依舊可以存在，而這種生命的維持依靠的是由放射性或潮汐產生的熱量，而不是陽光。
例如，在木星和土星之間就有幾個符合條件的衛星。而當我們假定衛星具有孕育生命的可能時，每個行星系統的平均可居住體數量就超過1個了。
然而，對于德雷克方程右邊的計算項，仍然維持開放式。有人認為，如果用幾百萬年為尺度進行計算，生命在任何合適的環境都會誕生。
這就意味著，生命真正得以存在延續的概率幾乎等于1。也有人認為，我們至今還沒有證據證明除地球以外的生命存在痕跡，生命的起源實際上可能是一個極其罕見的事件。
生命最終都會進化出智力嗎?這過程可能首先要越過微生物階段成為多細胞生物才有可能。
有證據表明， 多細胞生物在地球上有不止一次的演化，因此成為多細胞生物可能并非進化的障礙。然而，有些人則指出，地球上持續進化而成“正確的智慧物種”的多細胞生命只出現過一次，在銀河系尺度上可能是罕見的。
智力是相較于其他物種的競爭優勢，擁有智力的物種更有可能進化，但這種推測我們尚不確定。
那么高智生命能否將科技發展到無線電通訊階段，并（偶然或是故意）傳播到宇宙范圍？也許對于像我們這樣的地表居民來說會這樣，但對于沒有大氣層的冰封世界內部海洋的居民來說，這概率很低。
費米悖論如此發問：“所有的外星人都在哪里?”
文明可以存在多久?
一個可探測文明的平均存在時間是多少?我們電視臺從20世紀50年代就開始對地球進行探測，結論是一個可探測文明的平均存在時間最低約為70年。
但總體而言，可探測文明的平均存在時間可能受制于文明的消亡(我們的文明再延續100年的概率為多少?)，也可能因為發展了互聯網而不再使用無線電廣播，還可能因為畏懼敵對銀河系生命，而故意不傳播任何信號保持沉默 。
當你親自計算這些數字的時候，你會發現特別有趣！如果一個文明的存在時長大于1000年， 那么可探測文明的數量很可能大于一百個。在2010年錄制的一期訪談中，德雷克表示，他對于可探測文明的數量的最佳猜測是10，000個左右。
我們每年都在了解更多關于系外行星的信息，我們正在步入的時代下，通過測量其大氣成分以揭示生命證據變得越來越可行。
在未來的一二十年內，我們希望對類地行星中生命起源的部分進行更可靠的估計。
我們可能發現不了內部海洋的生命，但我們可以希望從對木星、土星和天王星等衛星的探索中得到啟示，甚至探測到來自外星智慧的實際信號。
無論如何，弗蘭克·德雷克的方程激發了許多研究領域，它將繼續給我們一種發人深省的視角。為此我們應該心存感激。
BY:David Rothery
FY: 挽月歸
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