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宇宙中存在智慧生命吗?如果有，它们到底有多普遍?或者问题应该是，那些参与搜寻地外文明(SETI)的人有一天遇到它们的几率有多大?

几十年来，科学家们一直在激烈地争论这个问题，关于这个问题的讨论也从未停止。从有关这个主题的众多论文和研究中，出现了两个主要阵营：一派认为我们银河系中的生命很普遍(即SETI乐观派)，另一派认为外星智慧生物非常稀少甚至不存在(即SETI悲观派)。

在最近的一篇论文中，大卫·基平(DavidKipping)(“酷世界”教授本人)和杰兰特·刘易斯(GeraintLewis)更仔细地研究了这场争论，并基于一种被称为杰恩实验的概率分析形式提出了新的看法。

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，我们银河系中智慧生命的存在可能是一个“全有或全无”的命题。引用已故伟大科学家和科幻小说作家阿瑟·克拉克的话：“存在两种可能性：要么我们是宇宙中唯一的生命，要么我们不是。这两种情况都同样可怕。”

基平是哥伦比亚大学天文学副教授，也是哈佛大学天文台卡尔·萨根研究员。他还是哥伦比亚大学酷世界实验室的首席研究员，该实验室致力于研究和描述系外行星系统。杰兰特·刘易斯是悉尼天文研究所的天体物理学教授，该研究所隶属于悉尼大学物理学院。

他们的论文“SETI乐观主义者是否存在微调问题?”最近被发布到arXiv预印本服务器，并正在接受《国际天体生物学杂志》的出版审核。

德雷克方程

1961年，著名天文学家弗兰克·德雷克在西弗吉尼亚州格林班克天文台主持了有史以来第一次SETI会议。在筹备此次活动时，他创建了一个方程式，总结了SETI研究人员面临的挑战。这被称为德雷克方程，其数学表达为：

N=R*×fp×ne×fl×fi×fc×L

在哪里：

N是我们银河系中当前活跃且可以交流的文明的数量。

R*是我们星系中恒星形成的速率。

fp是拥有行星的恒星的比例。

ne是每个拥有行星的恒星中可能存在生命的行星的数量。

fl是上述物质中实际能形成任何类型生命的部分。

fi是上述中发展出智慧生命的部分。

fc是上述中发展星际通信能力的部分。

L是此类交流文明活跃的时间长度。

德雷克方程并非旨在估计银河系中的外星文明(ETC)数量，而是为了激发有关SETI的对话。自德雷克首次提出该方程以来，它一直受到批评、补充和修订，并且在此过程中经常被曲解。正如基平教授通过电子邮件向《今日宇宙》解释的那样，问题的一部分在于如何将值任意应用于参数：

“由于我们不知道大多数参数，这只是纯粹的猜测，应该这样标记。另一个经常被忽视的点是，它代表了文明的平均数量，因此是某些潜在分布的期望值。

“如今，批评德雷克方程已经变成了一种娱乐。当然，任何把它当作计算器的人都应该受到公平的批评，但基本思想并没有错。一定存在着一定数量的文明，原则上我们可以收集相关参数来计算它。问题在于确切的公式，包括哪些参数，它们真正的含义，以及如何处理时间变化等细微差别。”

杰恩的实验

埃德温·杰恩斯(1922–1998)曾任华盛顿大学圣路易斯分校韦曼·克劳杰出物理学教授。1968年，他设想了一项实验，实验室中的一个人拿到一个装有未知且未标记的化合物(化学物质X)的罐子。

实验室工作台上摆放着大量装满水的烧杯，实验旨在测试化学物质X在烧杯中溶解的频率。杰恩斯认为，人们应该预期该化合物要么几乎每次都会溶解，要么几乎从不溶解。

当绘制在图表上时，概率分布将呈碗状，值在0和1处达到峰值。正如Kipping更详细地解释的那样：

“杰恩斯设想了一系列我们称之为伯努利实验的实验，即返回是/否答案的实验。这些实验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——其中有多少部分会溶解?

“另一位科学家，传奇人物约翰·霍尔丹，已经提出，约50%的答案不太可能是先验的。人们应该预料到，要么几乎所有的核都会溶解，要么几乎没有核会溶解。

“杰恩斯严格证明了这一点，并开创了许多客观贝叶斯推理的工具。我们也可以用其他问题来代替正在考虑的伯努利实验，比如有多少比例的恒星会变成黑洞?

“在获得任何观测结果之前，约50%的答案会令人惊讶，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，另一半低于临界质量阈值。实际上，答案是千分之一，这与Jayne的立场一致。”

由于杰恩斯在统计学领域做出的巨大贡献，他被誉为“客观贝叶斯主义”的创始人之一。虽然他的实验并非如此，但基平和刘易斯看到了它在天体生物学中的潜在应用。

全有还是全无?

在他1983年发表的开创性论文《大沉默——关于外星智慧生命的争议》中，大卫·布林(DavidBrin)讨论了有关外星生命存在的持续争论。从中，他辨别出争论中存在两个阵营：“接触乐观主义者”和“接触悲观主义者”——或者如基平和刘易斯在他们的论文中所说的那样，“SETI乐观主义者”和“SETI悲观主义者”——那些相信我们银河系中存在人类可以接触的文明的人，以及那些认为这是徒劳的，因为人类在宇宙中是孤独的。

当杰恩斯实验应用于我们银河系中是否存在智慧生命的问题时，我们应该预期这种生命要么非常普遍，要么非常罕见。在中间，即概率分布最弱的地方(即外星生命是半普遍的)，就是“微调问题”出现的地方。在宇宙学和天体生物学的背景下，微调指的是只有当某些通用常数处于非常狭窄的数值范围内时，生命条件才会出现。

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生命的发展。正如基平所解释的那样，这给SETI乐观主义者带来了一个问题：

“与我之前给出的黑洞例子不同，这个问题没有下限。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。黑洞阈值必须在那个相当狭窄的范围内。至于外星人，存在智慧的概率可能是1%或0.000……00001%(随意添加多个零)。

“鉴于可能性如此之大，SETI乐观主义者不得不相信一个相当牵强的观点，即百分比值不会高到我们暂时看不到任何人，但肯定远高于可能出现的低概率深渊。因此，他们本质上有一个微调问题，需要百分比保持在一个相当狭窄的范围内。”

如果我们的银河系充满了外星文明，那么我们肯定会注意到一些不可否认的迹象，例如无线电信号、巨型结构、克拉克带和其他“技术特征”。如果这听起来很熟悉，那是因为这个论点是费米悖论的核心(我们已经写了一系列关于它的文章!)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，故事并没有就此结束。

新形式主义

面对这一结果，基平和刘易斯试图为德雷克方程设计一种新的形式，该形式仅考虑两个过程：文明的诞生率和亡率。这样做之后，方程中的所有参数(除了文明的寿命L)都会缩减为一个参数：文明的诞生率和亡率(rc)。或者从数学上看：NC=rcxLC。基平说：

“在标准的德雷克方程中，我们经常陷入争论应该包括哪些参数(例如，生命发展为多细胞生命的概率是否应该有一个分数)。但完全不可否认的是，每个文明都必须有开始和结束，事实上，如果我们愿意的话，我们甚至可以将亡率设置为零，这对应于无限的生命。

“在生态系统中，例如培养皿，存在一个明确定义的最大可能人口，我们称之为承载能力。因此，我们更新了德雷克方程的生版本，以解释这种细微差别。”

基平和刘易斯对德雷克方程的修正形式，基于文明的理论诞生率和亡率。图片来源：D.Kipping和G.Lewis(2024)

在这种情况下，概率分布呈S形(见上图)，但最终结果仍然相同：星系要么拥挤，要么空无一人。解决这个问题的一种方法是，人类可能在ETC出现并开始在整个星系中扩张的时期内存活，因此我们的仪器尚未发现。然而，正如Kipping和Lewis所表明的那样，这也受到微调问题的影响，因为生物学表明人口增长是一种加速现象。

“你看，星系扩张阶段在宇宙时间尺度上应该相对较快;事实上，真的就像眨眼一样，”基平说。“所以你不太可能生活在这样的阶段;你更有可能生活在星系在发生之前或之后基本上是空的时候(事实上，这可以说是不可能的，因为你的星球已经被殖民了)。费米悖论再次出现，最有可能的是人类要么是孤独的，要么是早期的，要么是银河系中目前存在的少数文明之一。

希望寻找地外文明?

但在你认为这都是坏消息之前，基平和刘易斯强调，SETI是一项重要且至关重要的实验，值得投入专门的资源。“虽然成功的几率看起来很小，但这样的成功可以说代表了人类历史上最具影响力的科学发现，”他们总结道。他们还提出了几个保持希望的理由，其中包括汉森的“GrabbyAliens”假设，该假设指出人类正处于S形曲线的中点，我们将在几亿年后遇到ETI。

与此同时，基平还表示，SETI可以通过扩大搜索范围而获益。如果如他们的研究显示的那样，先进文明在我们的银河系中非常罕见(或根本不存在)，那么我们就应该寻找银河系外的资源。

“我认为我最喜欢的解释是，我们的星系异常安静，大多数星系都很繁忙，人口稠密，但我们是银河系中的第一个星系，”他补充道。“这似乎不太可能，但也许在一个繁忙的星系中诞生是不可能的，因为宜居空间已经被吞噬了。这表明我们应该把重点放在河外SETI上，这是我们最好的机会。”