盖亚对银河系和邻近星系的全天视图，基于对近17亿颗恒星的测量。这张地图用不同的亮度和颜色显示了2014年7月至2016年5月期间欧洲航天局卫星在天空各部分观测到的恒星总态势。较亮的区域表示特别明亮的恒星密度较高，而较暗的区域对应的是观测到较少明亮恒星的天空斑块。颜色表示是通过将光的总量与盖亚在天空中每个区域记录的蓝光和红光的总量相结合而获得的。在图像中占主导地位的明亮的水平结构是银面，这个扁平的圆盘容纳了我们银河系中的大多数恒星。在图像的中间，银河系中心看起来很生动，布满了星星。

新的研究表明，我们的星系是群星荟萃还是空空如也。两者都一样令人生畏!I

宇宙中真的存在智慧生命吗?假如存在，它有多普遍?换个角度看，那些从事搜寻地外智慧生命(SETI)的人有多大的几率会在宇宙某个角落遇到它?几十年来，科学家们在这个话题上产生了激烈的辩论，并且不遗余力。从许多已经发表的论文和研究中，分出了个主要阵营:那些认为生命在我们的银河系中很常见(又名;SETI乐观主义者)和那些认为地外智慧生物稀少或根本不存在的人(SETI悲观主义者)

最新观点表明，大卫· 基平(“Cool Worlds”教授本人)和杰兰特·刘易斯更深入地研究了这一争论，并基于一种被称为Jayne实验的概率分析形式提出了新的观点。通过将这种方法应用于天体生物学和德雷克方程，他们得出结论，银河系中是否存在智慧生命被定义为一个“要么全有，要么全无”的命题。引用已故的伟大科学家和科幻小说作家阿瑟·c·克拉克(Arthur C. Clarke)的话:“存在两种可能性:我们在宇宙中，要么是孤独的，要么很恐怖。”

大卫·基平是一位哥伦比亚大学的天文学副教授，且在哈佛大学天文台时是卡尔·萨根麾下的研究生。他也是哥伦比亚“"酷世界实验室"”栏目首席观察员，专注于研究和描述系外行星系统。杰伦特·路易斯是悉尼天文所（隶属于悉尼大学物理学院）的天体物理学教授。他们的论文《“地外文明探寻计划乐观主义者”是否有一个微调问题？》最近出现在网上且在进行《国际外星生物学杂志》的刊登前审核。

德雷克公式

1961年知名天文学家弗兰克·德雷克在西弗吉尼亚的格林班克天文台主持了第一场“地外文明探寻计划“会议。在准备此活动时，他推出了一个公式总结了”地外文明探寻计划”研究者面对的挑战。即著名的德雷克公式，其数学表达式为：

N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L

其中：

N代表当前在我们星系活跃可交流的文明水平

R*代表我们星系中形成恒星占比

fp代表有行星绕行的恒星的分率

ne代表有生命潜能的行星数，单位：个行星/每恒星

fl代表实际发展出任意生命体的占比

fi代表进化出智慧生命体的占比

fc代表演变出星际交流能力的占比

L代表这种活跃交流的文明持续的时长

德雷克方程并不是为了估计银河系中外星文明(ETCs)的数量，而是为了激发关于外星文明探索计划的对话。自从德雷克第一次提出这个方程以来，这个方程不断受到批评、补充和修订，并且在这个过程中经常被歪曲。正如基平教授通过电子邮件向《今日宇宙》说明的那样，部分问题在于数值总是被随意应用于参数:

由于我们对大多数参数的不了解，加上纯粹的猜测，自顾自地认为它应该被标记为这样。经常被忽略的另一点是，它代表了文明的平均值，可作为潜在分布的期望值。如今，批评德雷克方程式已经变成了一种运动。当然，任何通过它来计算的人都应该受到公平的评判，但其基本思想应该肯定。不限于对一些文明存在的既定认知，原则上我们可以收集相关参数直接得出结论。症结在于精确的公式，包括了哪些参数，意味着通过它们如何处理时间变化等细微差别。”

杰恩斯的实验

埃德温·杰恩斯(1922-1998)是1968年毕业于圣路易斯华盛顿大学的威曼·克劳杰出的物理学教授。他设想了这样一个实：在实验室里，一个人面前摆着一个瓶子，里面装着一种未知的、没有标签的化合物(化学物质X)。在实验室的工作台上，有很多装满水的烧杯，这个实验是为了测试化学物质X在里面溶解的频率。杰恩斯认为，人们应该预料到这种化合物要么在几乎所有情况下都溶解，要么几乎从不溶解。

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霍尔丹先验函数(F - 1(1 - F) - 1)映射出这种行为。影片来源:D.基平和G.刘易斯(2024)。

当绘制在图表上时，概率分布将是碗状的，值在0和1之间。正如基平深入解释的:

杰恩斯设想了一系列被称之为伯努利实验的东西——也就是说，返回是/否答案的实验。这些实际上可以是任何东西，但作为一个例子，他想象将一种未知的化学物质溶解到一系列装有水的烧杯中，然后问——它们中有多少会溶解?另一位科学家，传奇人物约翰·霍尔丹(John Haldane)已经提出，50%的答案不太可能是先验的。人们应该预料到，它们要么几乎全部解散，要么几乎没有解散。

杰恩斯严格地证明了这一点，并开创了许多客观贝叶斯推理工具。我们同样可以用其他问题取代伯努利实验，比如有多少恒星会变成黑洞?在获得任何观测结果之前，50%的答案将是令人惊讶的，这意味着恒星质量的分布非常平衡，一半高于临界质量阈值，一半低于临界质量阈值。实际上，答案是千分之一，这与杰恩的观点一致。”

由于他对统计学领域的巨大贡献，杰恩斯被认为是“客观贝叶斯主义”的创始人之一。虽然他的实验并非有意为之，但基平和刘易斯看到了它在天体生物学中的潜在应用。

一切还是无?

在他1983年的开创性论文《大沉默——关于外星智慧生命的争论》中，大卫·布林谈到了关于外星生命存在的持续争论。从这一点上，他看出了辩论中存在两个阵营:“接触乐观主义者”和“接触悲观主义者”——或者像基平和刘易斯在他们的论文中提到的，“SETI乐观主义者”和“SETI悲观主义者”——相信在我们的银河系中有人类可以与之接触的文明，另一种则认为这是徒劳的，因为人类在宇宙中是孤独的。

当杰恩斯的实验被应用到我们银河系中智慧生命的问题上时，我们应该预料到它要么非常普遍，要么非常罕见。在中间，概率分布最弱的地方(即外星生命是不常见的)，是“微调问题”的症结。在宇宙学和天体生物学的背景下，微调指出一个命题:只有当某些宇宙常数处于一个非常狭窄的范围内时，生命的条件才会发生。

如果这些基本常数中的任何一个稍有不同，宇宙就不利于物质、大尺度结构或我们所知的生命的发展。基平教授解释说，这给猜外星智慧生命计划的乐观主义者提出了一个值得思考的事情:

不像我之前给你们的黑洞的例子，这个问题没有下界。对于黑洞，我们从天体物理学中知道最小和最大的恒星质量，它们只有几个数量级。黑洞的阈值一定在这个相当窄的范围内。当谈到外星人时，智慧的可能性可能是1%或0.000....00001%(你喜欢加多少个零都可以)。

“有了如此广泛的可能性，SETI的乐观主义者不得不相信一种相当人为的观点，即%值并没有高到我们还看不到任何人，但肯定比所谓的低谷要高得多。因此，他们本质上有一个微调问题，需要在一个地相当狭窄的空间里生活的百分比。”

如果我们的星系充满了外星文明，肯定会有我们注意到的迹象，不可否认。“如果这听起来很熟悉，那是因为这个论点是(我们已经写过的)核心，因此，人们可以将基平和刘易斯的论点解释为SETI悲观主义的一个例子。幸运的是，故事并没有就此打住。

新的形式

面对这样的结果，基平和刘易斯尝试根据德雷克方程推导出社会出生率和死亡率两个过程的变形，结果是，方程中的所有参数(除了L，社会意识形态的跨度)都变成了一个参数:社会的出生率和死亡率(rc)。或者用数学方法表示:NC = rc x LC。基平说:

在标准的德雷克方程中，我们经常陷入争论，包括哪些参数(例如，生命发展成多细胞生命的概率是否可预见)。但不可否认的，每一个文明都必须有始有终，事实上，我们甚至可以把死亡率设定为零，这相当于无限的生命，如果我们愿意在这个框架下。在一个生态系统，比如一个培养皿，定义明确的最大种群，我们称之为承载能力。因此，我们更新了德雷克方程的出生-死亡版本，以解释这种细微差别。”

在这种情况下，概率的分布变成了s形(见上图)，结论一致:星系要么拥挤，要么虚无。解决这个问题的一种观点是，人类可能在外星人出现并开始在整个星系中扩张的时期存在，因我而们的仪器也可能无法注意到。正如基平和刘易斯所表明的，这也存在微调问题，因为生物学表明人口增长是一种加速现象。

“可见，银河系的膨胀阶段在宇宙时间量尺上相对较快;事实上，瞬间即逝，”基平说。“所以你不太可能生活在这样一个阶段;你可能生活在星系基本上是空的时候——在一切发生之前或之后(事实上，这是不可能的，因为星球已经被殖民了)。费米悖论再次抬头，结论是，混沌之初，人类要么是孤独的，要么是目前存在于银河系中的少数文明之一。

ETI的未来？

在认为这都是坏消息之前，基平和刘易斯强调，外星智慧生命计划是一个重要而至关重要的实验，值得投入专门的资源。他们总结道:“虽然成功的可能性很小，但这样的成功无疑代表了人类历史上最具影响力的科学发现。”他们还提出了几个保持希望的理由，其中包括汉森的假设，该假设认为人类处于s形曲线的中点，我们将在几亿年后遇到外星智慧生物。

与此同时，基平还建议智慧生命可以从更广泛的选择中受益。像他们的研究表明的那样，先进文明在我们的星系中非常罕见(或根本不存在)，那么我们应该寻找银河系外的来源。他补充说:“我认为我最喜欢的出路是，我们的星系只是异常安静，大多数星系都很繁忙，充满了，但我们是银河系中的第一个。”这似乎不太可能，但也许出生在一个繁忙的星系是不可能的，因为可居住的空间已经被吞噬了。这表明我们应该更加重视银河系外的智慧生命，这是我们最好的选择。”

BY：universetoday

供稿：今日宇宙

FY：Astronomical volunteer team

翻译：天文志愿者团队

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