应对“费米悖论”的五种著名假说

陈凯　张文娟

“那么，他们都在哪儿呢？”

20世纪50年代，物理学家费米在餐桌旁似乎随意的一个问题，却引出一个大讨论。费米所说的“他们”，是指较之人类文明程度更高的外星智慧文明。假如考虑以下两个假设，那么人类早应该和外星智慧文明有所接触了。

假设之一：以宇宙非常古老的年龄，如果孕育了不止人类一种智慧生命的话，那么，人类成为宇宙中最早出现的智慧生命的概率是非常小的，在人类文明之前，应有许多个智慧文明存在。

假设之二：如在人类文明之前外星智慧文明已存在，那么其中一些文明应该有足够多的时间开展星际旅行或其他途径的信息联络。

然而现实却是，人类至今都没有确切的外星智慧文明存在的可靠证据。这便是著名的“费米悖论”。

费米的逻辑分析让许多致力于搜寻外星智慧文明存在迹象的科学工作者彷徨。因为实在很难想象，人类果真就是宇宙中最早出现的智慧生命，或者其他智慧生命都忙着其他事情而对星际探索毫无兴趣。但若费米的分析前提的确成立的话，那便着实让人感觉疑惑。费米悖论提出后，陆续出现了多种假说试图消解悖论，本文便搜集并整理了其中最为著名的几种假说，并附带提出一些个人的尚不成熟的想法。

动物园假说

“动物园假说”是应对费米悖论各种假说中最为著名的一种，但引发的争议也最大。该假说认为，人类文明的发展可能尚处于非常低的层次，地球仿佛一个动物园，具有高层次智慧的外星人只在外部观察人类的行为却不以人类能够感知或理解的方式加以干预。

少数持极端想法的人士干脆直接提出，地球乃至整个太阳系实际就是一个被高层次智慧文明设计的用于实验目的的巨大动物园。当然，动物园的设计者有充分的能力让园中绝大部分生物无法意识到这一点。

与“动物园假说”类似的还有“自然保护区假说”。这个假说认为，高层次智慧文明在探索宇宙时，以尊重和不干预其他文明的自然发展为原则，有意回避与这些文明的信息联络或直接接触，有点像人类在地球上建立自然保护区的做法。高层次智慧文明建立保护区的目的，可能在于避免由于价值观的冲撞从而影响和干扰低层次文明原本自然的发展形态。相对“动物园假说”，“自然保护区假说”更容易被人接受。

信息爆炸假说

此类观点大致的意思是，宇宙中存在太多的信息，人类通过无线电发送的信息之所以收不到反馈，有多方面的原因。如，这种信息传递方式本身就太过原始，再如，可能人类发送的信息实在没有太大的价值，高层次智慧文明对此毫无兴趣，因为他们有更为重要的事情需要去做。江晓原曾发表文章指出，可能外星人“没有必要和我们交往——就像我们不想和蚂蚁交往一样”。

美国作家乔治·埃里克·埃芬格在其科幻著作《万事通的外星人，真真正正的无所不知》中，用通俗搞笑的方法对此假说进行了描述：

“我们接连几十年想跟地外文明接上头，可他们怎么从来不搭理我们？”一个俄国科学家抱怨说。

一个好心的外星人耸耸肩，说：“到处都是这种联系信息，你们的信息相当于垃圾信件，没什么价值。”

环境差异假说

美国“地外智慧探索基金”的特恩巴尔博士的工作之一，就是试图在人类所能探测的范围内，寻找“最适合生命生存的恒星星系”。特恩巴尔博士指出，出于很自然的原因，这种搜索工作是以太阳系为参考标准的。然而，如果存在外星生命，他们可能以一种完全不同于地球生物的生命形态存在。如阿西莫夫曾指出，在其他星体上，高温环境可能催生以硫为基质的生命，低温环境中则可能存在以氨为基质生命。而一些持“多元生命假说”的学者则比阿西莫夫走得更远，他们甚至认为生命不一定必须以有机体形式存在。

差异巨大的生命形式，可能成为不同文明进行直接星际交流的阻碍。但从理论上说，通过无线电通讯建立星际沟通渠道要比星际旅行容易得多。为什么人类至今没有收到任何来自外星智慧文明的无线电信号呢？其中的原因是多样的。如，人类选择监听无线电信号的波段范围是相当狭窄的，并且，来自外层空间无线电信号的数据量无比巨大，在其中滤检有意义的信号是非常耗费时间的工作。而更极端的看法，是认为宇宵环境差异之大将破坏在空间中所传递信息的有效性。举例说，人类于1974年从阿雷西博天文台305米天线向M13恒星团发送的无线电信号，需要2.4万年才能到达目的地，而这一过程中数据能否保持完整，是值得怀疑的。

值得进一步指出的是，宇宙环境差异之大，可能超乎现代人类能够以思维进行合理理解的范围。例如，“平行宇宙”理论就向我们描绘了一个异常混乱的宇宙图景。著名的《科学美国人》杂志于2003年第5期以封面文章形式登载的名为《平行的宇宙》的文章中（作者为宾夕法尼亚大学物理学与天文学教授马克思·特格马克），论述了四个层次的多重宇宙的特性。在这样的宇宙图景中，宇宙不仅数量上无限多，其具体形态也无限多，由于不同宇宙的物理形态可能是完全不同的，所以不同宇宙之间恐怕无法建立起一个确定性的联络通道。而人类所探索的宇宙之所以呈现当前的样子，仅仅因为如此特性的宇宙才提供了一个适合人类生存和发展的时空，从而也给予人类探索当前这个宇宙的机会，这就是所谓的“人择定理”。假如我们所寻找的地外文明处在一个完全不同的宇宙形态中，那么双方建立沟通的可能性几乎为零。

环境变化假说

美国伊利诺伊州费米加速器国家实验室的詹姆斯·安内斯博士提出过一个独特的看法：人类之所以没有外星人的信息，是因为我们的银河系环境直到最近才适合生命的生存和发展，而即便只在几亿年前（相对宇宙年龄来说可能是很短暂的时间之前），银河系还经常受到伽马射线爆发的辐射。因此，人类文明实际上和其他外星智慧文明处在大致相同的起跑线上。这就可以解释为什么人类尚未与外星人接上头了。

生命荒漠假说

美国天文学家弗兰克·德雷克于1961年提出了“宇宙文明方程式”（又称绿岸公式），用以分析判断外星文明发生的概率，这就是著名的德雷克方程。将方程式的七个变量代入特定的估算值后，便可以得到银河系中存在的智慧文明数量。由于某些变量很难获得确定值，因此该方程不可能有精确解，乐观的估计认为银河系中存在大约2万个智慧文明，而悲观的估计则认为可能只存在几个到几百个智慧文明。

考虑到直径达10万光年左右的巨大的银河系结构，智慧文明存在的数量越少，则文明之间的沟通也就越困难。假设两个文明之间相隔500光年，那么即便以光速传播的无线电信号，实现一次联系也需要足足1万年的时间。而人类文明从发明无线电至今，也不过区区100年的时间。在这样一个生命荒漠中，星际文明间的交往无疑是极端困难的。

但还有另一个可能，就是地球恰巧处于一个生命荒漠地带。相对银河系中的生命繁荣地带来说，太阳系实在太过偏远，因此未被外星智慧文明充分注意。正如人类学家安东尼奥·佩雷斯所说：“世界上大约有5000多个土著群体，但亚马孙地区和巴布亚新几内亚岛上可能还有未被发现的原始部落。”小小地球尚且如此，何况广袤的宇宙了。

总结：这些假说都是科学吗？

著名的科学哲学家卡尔·波普曾经指出，判断某一论述是否属于科学的假设，需要考虑该论述能否被证伪。假如某个论述不存在被证明为错误的可能，那这个论述就不属于科学假设。首先考虑“动物园假说”，可以发现，无论人类发现多少新的证据，都无法将这个肯定能够自圆其说的假说驳倒，所以，按照卡尔·波普标准，该假说就没有多少可供科学研究的价值了，而“信息爆炸假说”也同样有不可被证伪的问题。至于“环境差异假说”、“环境变化假说”和“生命荒漠假说”，尽管都看似玄妙并且无法在近期加以证实，但的确提供了可证伪的可能，因此更值得关注。