费米悖论 The Fermi Paradox

每当人们处在一个非常适合观星的地方，在一个星光灿烂的夜晚抬头仰望时，都会有所感触：

星空（固定不动的星星）

有些人选择传统的感受，被那史诗般的美丽震撼，或是被宇宙的浩瀚规模震惊。而我个人的反应则是经历“存在主义崩溃，然后接下来的半小时表现得很奇怪”。但无论如何，每个人都会感受到些什么。

物理学家恩里科·费米（Enrico Fermi）也感受到了些什么，他问：“大家都去哪了？”

一个真正星光灿烂的夜晚，天空看起来无边无际——但其实我们看到的仅仅是我们非常局部的“邻居”。在最好的夜晚，我们最多能看到约2500颗星星（这大约是银河系中恒星总数的千万分之一），而这些星星几乎都在距离我们不到1000光年的范围内（即银河系直径的1%）。因此，我们真正看到的是这样的景象：

银河系

当谈及星星和星系时，大多数人都会被一个问题吸引：“宇宙中还有其他智慧生命吗？”让我们用数字来说明这个问题——

银河系中的恒星数量大约在1000亿到4000亿之间，而可观测宇宙中的星系数量大致与此相当——也就是说，每颗巨大的银河系恒星外，还有一个完整的星系存在。总体计算下来，这相当于通常引用的总恒星数范围在10^22到10^24之间，这意味着地球上每一粒沙子对应着宇宙中的1万颗星星。

科学界对这些恒星中有多少是“类太阳恒星”（即与太阳大小、温度和亮度相似）并没有完全一致的意见——通常的观点范围在5%到20%之间。取最低的估计值（5%）和总恒星数的下限（10^22），我们得出500万亿亿（500亿亿）的类太阳恒星。

同时，对于这些类太阳恒星中有多少可能围绕着类地行星（即具有类似温度条件、可能有液态水并潜在支持类似地球生命的行星）的问题，也存在争议。一些观点认为比例高达50%，但我们采用最近发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）研究中更保守的22%。这表明，宇宙中至少有1%的总恒星周围可能存在潜在宜居的类地行星，总数达到100亿亿颗。

也就是说，世界上每一粒沙子都对应着100颗类地行星。下次你在海滩上时，可以想一想这个数字。

接下来，我们必须完全进入猜测阶段。假设在经过数十亿年的演化后，1% 的类地行星发展出了生命（如果这是真的，那么每一粒沙子就代表一个拥有生命的行星）。再假设其中1% 的行星上的生命进化到了类似地球智慧生命的水平。这将意味着在可观测宇宙中有1千万亿个智慧文明。

回到我们的银河系，按照最低的恒星估计值（1000亿）进行类似的计算，我们可以推测银河系中可能存在10亿颗类地行星和10万个智慧文明。

SETI（地外智慧搜寻计划）是一个致力于监听其他智慧生命信号的组织。如果我们认为银河系中确实有10万个或更多的智慧文明，即使只有一部分正在发出无线电波、激光束或其他尝试联系的信号，SETI的卫星天线阵列应该能够接收到各种信号。

然而，结果是——一个都没有。至今，什么都没有。

大家都去哪了？

事情变得更加奇怪。我们的太阳在宇宙的寿命中相对年轻。宇宙中有远比太阳更古老的恒星，周围也可能围绕着更古老的类地行星——理论上这应该意味着存在比我们更先进得多的文明。举个例子，让我们将地球（45.4亿岁）与一个假想的80亿岁“X星球”对比。

如果X星球的发展轨迹与地球类似，我们可以看看他们的文明今天会处于什么状态（用橙色的时间段表示地球的文明发展时间，用绿色时间段对比X星球的超长发展时间）：

地球 vs X星球

一个仅仅领先我们1000年的文明，其技术和知识可能会令我们目瞪口呆，正如我们的世界会让中世纪的人类感到震撼一样。而一个领先我们100万年的文明，可能对我们来说难以理解，就像人类文化对黑猩猩一样。而X星球比我们足足领先了34亿年……

有一种叫做“卡尔达肖夫指数”（Kardashev Scale）的理论，用来根据文明使用的能量规模将其划分为三大类：

• I型文明能够利用其所在行星上的所有能量。我们尚未达到I型文明，但已接近（卡尔·萨根的公式将我们定位在0.7型文明）。

• II型文明可以利用其主恒星的全部能量。对于我们这个尚未达到I型的文明来说，这几乎是不可想象的，但我们还是努力设想了一些方案，比如“戴森球”（Dyson Sphere）。

• III型文明远超前两者，能够使用整个银河系的能量。

如果这样的文明听起来难以置信，请记住X星球领先我们的34亿年发展时间。如果它的文明像我们一样，能够生存并进化到III型文明，自然会想到他们可能已经掌握了星际旅行，甚至可能已经殖民了整个银河系。

其中一个假设是，通过创造可以自我复制的机器，这些机器可以前往其他星球，花费约500年完成自我复制，然后派出两个“复制品”执行相同任务。即使不接近光速，这一过程也能够在375万年内殖民整个银河系——对于宇宙数十亿年的时间尺度来说，这只是眨眼之间：

银河系殖民化

（来源：《科学美国人》：“他们都去哪了Where are they”）

继续推测下去，如果1%的智慧生命能够存活足够长的时间以发展成为潜在的银河殖民III型文明，我们的计算表明，光是银河系中应该至少有1000个III型文明——而这样的文明，其存在应该是显而易见的。然而，我们什么也没看到，什么也没听到，也没有任何访问。

那么，大家都去哪了？

欢迎来到费米悖论。

我们对费米悖论没有答案——我们能做的只是列出一些“可能的解释”。如果你询问十个科学家他们的看法，可能会得到十种不同的答案。当我们回顾历史上人类争论地球是否是宇宙中心，或太阳是否围绕地球转，或者雷电是否由宙斯引发时，这些观点似乎如此原始和无知。而在费米悖论这个问题上，我们的理解可能与之相当。

我们来看一些最受讨论的费米悖论可能解释，并将其分为两大类：一种认为没有II型和III型文明的迹象是因为它们根本不存在；另一种认为它们确实存在，但我们之所以没有看到或听到是由于其他原因。

解释组1：没有高级文明的迹象，是因为高级文明不存在。

坚持第一组解释的人指出了一个叫做“非排他性问题”（non-exclusivity problem），反驳任何“有高级文明，但它们因为_____而没有与我们接触”的理论。第一组人认为，数学表明银河系中应该存在成千上万个高级文明，而其中至少会有一个是例外，即便99.99%的文明都遵守某种规则，剩下的0.01%会有不同行为，从而暴露它们的存在。

因此，第一组解释认为，根本没有超级先进的文明。而既然数学表明，光是在银河系中就应该存在成千上万个高级文明，那么一定有某些其他因素在起作用。

这个“其他因素”被称为**“大过滤器”（The Great Filter）**。

大过滤器理论认为，从“非生命”到III型智慧文明的过程中，存在一个几乎所有生命都会触碰到的“墙”。在漫长的进化过程中，有某个阶段极其罕见或几乎不可能跨越。这就是“大过滤器”。

大过滤器

如果这个理论成立，关键问题是：大过滤器位于时间线的哪个位置？

这个问题对于人类的命运至关重要。根据大过滤器的位置，我们可能面临三种现实：我们是罕见的、我们是第一的，或者我们注定失败。

1. 我们是罕见的（大过滤器已经在我们身后）

一种可能性是大过滤器已经在我们身后——我们成功地越过了它，这意味着生命进化到我们这种智慧程度是极其罕见的。下图显示了只有两个物种越过大过滤器，而我们是其中之一：

大过滤器——在我们身后

这种情况可以解释为什么没有III型文明的迹象……但也意味着我们可能是极少数的例外之一，因为我们已经发展到了这个阶段。这也意味着我们还有希望。从表面上看，这听起来有点像500年前人们提出“地球是宇宙中心”的说法——它暗示我们是特殊的。然而，科学家称之为“观察选择效应”（observation selection effect）的现象表明，任何思考自己是否稀有的个体，本身就是智慧生命“成功案例”的一部分——无论他们实际上是稀有的还是普遍的，他们所思考的问题和得出的结论都会是相同的。这迫使我们承认，成为特殊的可能性至少是存在的。

如果我们确实是特殊的，那么我们到底是在什么阶段变得“特殊”的？换句话说，我们越过了哪个其他生命难以逾越的障碍？

一种可能性：大过滤器可能出现在最早的阶段——生命本身的起源。生命的起源可能极其罕见。之所以这是一个候选阶段，是因为地球用了大约十亿年的时间才出现了最初的生命，而我们已经在实验室中反复尝试模仿这一过程，却始终未能成功。如果生命的起源真的是大过滤器，这将意味着不仅没有智慧生命，甚至可能没有其他任何生命。

另一种可能性：大过滤器可能是从简单的原核细胞（prokaryote）进化到复杂的真核细胞（eukaryote）这一阶段。原核细胞存在了将近20亿年，才演化为具有细胞核的复杂细胞。如果这就是大过滤器，那就意味着宇宙中充满了简单的原核细胞，但几乎没有超越这一阶段的生命。

还有许多其他的可能性——有些人甚至认为，我们最近从半智慧生命（如黑猩猩）跃升为现代人类的这一阶段，可能是大过滤器的候选。尽管从半智慧生命（如黑猩猩）到智慧生命（如人类）的跃升乍看之下似乎并非奇迹般的转变，但史蒂芬·平克（Steven Pinker）拒绝了进化“向上攀爬”的必然性。他认为进化并没有追求目标，而只是顺其自然，适应生态位的需要。而地球上，技术性智慧只出现过一次，这可能表明这种进化结果极其罕见，并非生命之树演化中的必然结果。

不过，大多数进化飞跃不符合“大过滤器”的条件。任何可能是大过滤器的阶段必须是“十亿分之一”的事件，必须是需要一个或多个“极端巧合”才能发生的事情——正因如此，像从单细胞生物到多细胞生物的跃迁就不太可能是大过滤器，因为这一变化仅在地球上就已经发生了多达46次，并且是独立发生的。同样，如果我们在火星上发现了一个化石化的真核细胞，这将排除从“简单到复杂细胞”的跃升是大过滤器（以及在进化链上任何更早的阶段）——因为如果这一事件同时发生在地球和火星上，那么几乎可以肯定它不是一个“十亿分之一”的事件。

如果我们确实是罕见的，这可能归因于一次偶然的生物事件，也可能与所谓的“稀有地球假说”（Rare Earth Hypothesis）有关。该假说认为，尽管可能存在许多类地行星，但地球上的某些特殊条件——例如与太阳系的关系、与月球的相互作用（地球与月球的大小比例异常，且月球对地球的天气和海洋条件有重要影响），或与地球本身相关的某些特性——对生命来说特别友好。

2. 我们是第一的

对于第一组解释的支持者来说，如果大过滤器不在我们身后，那么我们唯一的希望是宇宙条件直到最近才刚刚达到允许智慧生命发展的水平。如果是这样，我们和许多其他物种可能正处于通往超级智能的道路上，只是这种情况还没有发生而已。我们正好处于“合适的时间”，成为首批超级智能文明之一。

例如，有一种现象可以支持这一假设，即伽马射线暴（gamma-ray bursts），这是我们在遥远星系中观测到的极其巨大的爆炸。正如早期地球花费了数亿年时间，等小行星和火山平息下来后生命才得以发展，伽马射线暴也可能使得宇宙的早期阶段不适合生命的长期演化。如果情况真是如此，我们可能正处于一个宇宙的“天体生物学相变”时期，这是第一次允许生命在足够长的时间内演化的阶段。

3. 我们注定失败（大过滤器在我们前方）

如果我们既不是罕见的，也不是第一的，那么第一组支持者得出结论：大过滤器一定在我们的未来。这将意味着生命通常会进化到我们目前的水平，但几乎所有情况下，某些因素阻止了生命继续发展到更高级别的智慧水平——而我们很可能不会成为例外。

一个可能的未来大过滤器是某种定期发生的自然灾难，例如上文提到的伽马射线暴，但它们实际上尚未结束，灭绝所有地球生命只是时间问题。另一个候选大过滤器是这样的可能性：几乎所有智慧文明在达到一定技术水平后，都不可避免地自我毁灭。

这就是为什么牛津大学哲学家尼克·博斯特罗姆（Nick Bostrom）说“没有消息就是好消息”。在火星上发现任何形式的简单生命，都将是令人沮丧的消息，因为这会排除许多可能位于我们身后的大过滤器。如果我们在火星上发现化石化的复杂生命，博斯特罗姆称这“将是有史以来最糟糕的新闻”，因为这几乎肯定意味着大过滤器在我们前方——最终注定要毁灭这个物种。他认为，面对费米悖论，“夜空的寂静是金子般的沉默”。

解释组2：II型和III型智慧文明确实存在——而且有合理的原因解释为什么我们可能没有收到它们的消息。

第二组解释摒弃了“我们很稀有、特殊或是第一”的任何概念——相反，他们相信平庸原则（Mediocrity Principle）。这一原则的出发点是，除非有证据证明，否则我们的银河系、太阳系、地球或智慧水平都没有什么不寻常之处。他们也不太容易接受“缺乏证据等于不存在”的推论，而是强调我们对信号的搜索范围仅延伸到距离我们约100光年（银河系范围的0.1%），并提出了若干可能的解释。以下是10种可能性：

可能性1：超级智慧生命可能已经拜访过地球，但那是在我们出现之前。

从整体时间线来看，有意识的人类只存在了大约5万年——这只是宇宙历史中的一个小插曲。如果接触发生在那之前，它可能只让一些鸭子疯狂地跑向水里，仅此而已。此外，书写历史只追溯到大约5500年前——如果一些古代的狩猎采集部落经历过某些疯狂的外星人事件，他们可能没有办法向未来的人传递这些信息。

可能性2：银河系已经被殖民，但我们正生活在银河系一个荒凉偏僻的“乡下地区”。

美洲可能在欧洲人殖民之前很久，就有北极圈的因纽特小部落完全不知道这一切的发生。星际高等物种的居住模式可能也有类似的“城市化”现象——某一区域的相邻恒星系被殖民并保持通信，而我们的太阳系位于银河系的偏远螺旋臂，距离遥远又毫无意义，因此没有人愿意费事来到这里。

可能性3：整个物理殖民的概念对更高级的物种来说可能是极其落伍的。

还记得前文描述II型文明的那张图吗？他们可以用球体包围自己的恒星，获取恒星的所有能量。在这种情况下，他们可能已经为自己创造了一个完美的环境，满足了所有需求。他们或许掌握了极其先进的技术，可以大幅减少资源需求，对离开他们的幸福乌托邦去探索冷寂、空旷且未开发的宇宙毫无兴趣。

更高级的文明甚至可能完全摒弃了物理世界，早已征服了生物学，将他们的大脑上传到一个虚拟现实、永生的天堂。在他们看来，生活在生物学的世界中——一个充满死亡、欲望和需求的地方——可能就像我们看待原始的海洋物种生活在寒冷、黑暗的深海中一样。顺便说一句，想到其他生命形式可能已经战胜了死亡，这让我既嫉妒又沮丧。

可能性4：宇宙中存在可怕的掠夺者文明，而大多数智慧生命都懂得不要发送信号以暴露自己的位置。

这是一个令人不快的概念，但可以解释为什么SETI卫星从未接收到任何信号。这也意味着我们可能是超级天真的“菜鸟”，在发出外向信号时表现得异常愚蠢和危险。关于我们是否应该参与**对地外智慧的信息发送（Messaging to Extraterrestrial Intelligence，METI）**的争论正在进行，而多数人认为我们不应该这样做。斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）警告说：“如果外星人拜访我们，结果可能就像哥伦布登陆美洲时对印第安人的影响——结局并不美好。”即使是通常认为高级文明足够利他且不会有敌意的卡尔·萨根（Carl Sagan），也称METI的行为是“非常不明智且不成熟的”，并建议“在一个陌生而不确定的宇宙中，最新的‘孩子’应该耐心倾听很长时间，静静学习并比较笔记，而不是在一片未知的丛林中大声喊叫”。确实让人毛骨悚然。

可能性5：宇宙中只有一个高级智慧文明（“超级掠夺者”），它通过消灭其他文明保持自己的统治地位。

如果这种情况属实，那就糟糕透顶了。其运作方式可能是：消灭所有新兴智慧文明的效率并不高，毕竟多数文明会自行灭亡。但一旦新兴智慧文明发展到某个阶段，这些超级生命就会采取行动——因为对他们来说，智慧生命的扩张就像病毒一样令人恐惧。这一理论认为，银河系中第一个达到智慧的文明赢得了胜利，而现在没有其他文明有机会崛起。这将解释为什么我们看不到其他活动——因为这样会使超级智慧文明的数量始终保持在一个。

可能性6：宇宙中充满了活动和声音，但我们的技术太原始，并且在听错方向。

这就像走进一个现代化办公室，打开对讲机，听不到任何声音（当然听不到，因为每个人都在发短信而不是用对讲机），于是就断定这个建筑物是空的。或者，正如卡尔·萨根指出的那样，我们的思想工作速度可能比其他生命形式快得多或慢得多——例如，某种智慧生命可能需要12年才能说出“你好”，而当我们听到他们的通信时，它只不过听起来像背景噪音。

可能性7：我们正在接收到来自其他智慧生命的联系，但政府隐藏了这一信息。

随着对这个主题了解的加深，我越来越觉得这个理论很愚蠢，但我不得不提到它，因为它被讨论得太多了。

可能性8：高级文明知道我们的存在，并且正在观察我们（也称为“动物园假说”）。

根据我们的认知，高等智慧文明可能将银河系作为一个严格管控的系统，而地球被当作一片巨大国家公园的一部分，对我们这样的星球实行严格的“看看但不要碰”规则。如果一个更聪明的物种想观察我们，他们完全可以轻松地在我们毫无察觉的情况下做到。也许有一个类似于《星际迷航》中的“最高法则”（Prime Directive）的规定，禁止高级智慧生命与像我们这样的低等生命公开接触或以任何方式暴露自己，直到低等生命达到了某种智慧水平。

可能性9：高级文明就在我们身边，但我们太原始，无法感知到它们的存在。

正如物理学家加来道雄（Michio Kaku）所说：

假设在森林中有一个蚁丘，而就在蚁丘旁边，人类正在修建一条十车道的超级高速公路。问题是，“蚂蚁能够理解什么是十车道超级高速公路吗？它们能理解建造高速公路的人类的技术和意图吗？”

也许我们的问题不是“无法用技术接收到来自X星球的信号”，而是“我们根本无法理解X星球生命的存在以及它们的行为”。这超出了我们的认知范围，就算它们想要启蒙我们，也会像试图向蚂蚁解释互联网一样困难。

可能性10：我们对现实的认知完全错误。

我们可能在很多方面都大错特错。宇宙看起来是一种样子，但实际上可能完全不同，比如它是一个全息投影。或者，也许我们才是外星人，被种植到地球上作为实验或肥料。甚至有一种可能性，我们都是另一个世界的研究员创建的计算机模拟的一部分，而其他生命形式根本没有被编程到这个模拟中。

随着我们继续进行可能徒劳无功的地外智慧搜寻，我其实不太确定自己到底希望找到什么。无论是确认“我们在宇宙中是孤独的”，还是确认“我们并不孤单”，两种结果都令人毛骨悚然。正如上述所有超现实的理论所揭示的那样——无论真相是什么，它都会让人震撼。

费米悖论除了它令人震惊的科幻成分外，还让我感到一种深深的谦卑。这种谦卑不仅是那种普通的“哦对，我微不足道，我的存在只持续了三秒”的谦卑，而是更为尖锐和个人化的谦卑。它提醒我们：未来的人类会像我们看待那些以为星星是天穹下表面的人一样看待我们，感叹道：“哇，他们真的对周围的一切一无所知。”

所有这些都给人类的自尊心带来了打击。在地球上，我们是这座小城堡的王者，是一群愚蠢生物的骄傲统治者。我们习惯了没有竞争，也没有审判者，很少会面对“我们可能比其他物种低等很多”的概念。然而，经过一周的II型和III型文明研究，我觉得我们的力量和骄傲变得有点像一出滑稽剧。

话虽如此，考虑到我对人类的正常看法是“人类是一颗孤独的孤儿星球上的孩子，漂浮在荒凉的宇宙中”，那种“我们可能并没有自己想得那么聪明，并且我们的一些确定认知可能是错的”的谦卑感，反而让我觉得充满希望。它打开了一扇小门，也许——只是也许——还有我们未曾意识到的更多故事等待着我们去发现。