最糟糕的宇宙

透過探索悲觀的科學情景,我們可以學到很多東西

C. Scharf 2018

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,僅反映作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


在科學中,詢問極端情況或現象的極限通常很有幫助。例如,您已經估算出了圍繞另一顆恆星執行的行星質量,但是這些世界在不引發動力學混沌的情況下能有多大?或者,您發現了一種新的耐寒生物,它似乎在玩一些奇特的生物化學遊戲來抵抗極端環境。它能走多遠?

當我們還在黑暗中摸索,缺乏詳細知識時,這類測試也真的很有幫助。

宇宙中生命的問題也幾乎屬於這一類。在這裡,極限也可能很有用。例如,幾年前,亞當·弗蘭克和伍德拉夫·沙利文撰寫了一篇頗具挑釁性的小論文,名為《宇宙中技術物種流行程度的新經驗約束》。在這項工作中,作者指出,由於我們對可觀測宇宙中恆星和行星的數量有限制,因此我們可以對一個世界產生“生物技術”物種的機率設定下限。我們如何做到這一點?嗯,我們基本上假設最壞的情況,即我們是可觀測宇宙中唯一齣現過的此類物種。


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根據弗蘭克和沙利文的說法,這得出的機率下限約為 2.5 x 10-24,即對於一顆位於其恆星名義宜居帶內的行星來說,永遠進化出這樣一個物種的可能性。正如他們很快指出的那樣,這是可能的最悲觀的值——但有趣的是,這是一個我們現在可以寫下來的數字。換句話說。如果我們最終提出了關於生命和智慧的第一性原理理論,並且該理論產生的機率小於這個值,那麼我們可能就搞錯了這個理論。

也許我們可以透過這種“情況到底能有多糟?”的方法做更多的事情。考慮在宇宙中尋找技術生命的另一個因素。假設我們迄今為止在星際空間中走得最遠的地方——目前約為 16.25 光時(旅行者1號)——實際上對於任何物種來說都已經是最好的情況了。

那意味著什麼?嗯,這可能意味著,如果生物技術生命在其中一顆或另一顆恆星周圍出現,那麼廣闊的雙星系統——每顆恆星都有一些行星圍繞其執行——可能會被佔據。在像球狀星團核心這樣的地方,恆星之間的距離可能只有 30-40 光時,那裡可能有微弱的星際跳躍機會。銀河系的核心恆星非常密集,但通常仍然相隔數光周。那裡可能還存在其他生命問題——例如來自中心超大質量黑洞或超新星爆炸的偶爾能量爆發。

當然,恆星會移動,因此可能存在跳躍到其他行星系統的機會。但是,如果您必須等待一顆恆星來到您的一光天之內,那麼很可能該質量的存在會對您的行星系統的長期穩定性造成非常不利的影響。

換句話說,在這種特殊的最壞情況下,不會發生物種的星際擴散。您也可以在此處插入許多其他障礙——從在漫長的星際飛行中維持生物體的挑戰,到僅僅保持機器正常運轉。

或許仍然可以選擇像突破攝星這樣的奈米飛行器,透過大型雷射推進系統被推向其他恆星。但是,這種探索可能永遠不會導致物種的轉移(除非您傳送大量微型機器並在另一端開始列印細胞生命)。

這種最壞的情況表明,SETI 應該將目標對準那些具有大量內在資源的恆星系統:多個溫帶世界、大量良好的小行星資源、長壽命的恆星母星,以及可能間距較大(但不太遠)的雙星系統,在這些系統中,可以選擇在您鄰居的後院度過生存挑戰。

另一個問題與生命本身的起源有關。生命的基本組成部分在宇宙中大量存在。看似為第一個化學網路和合成代謝代謝準備環境的地球化學混合物似乎並沒有什麼特別之處。任何新形成的、含有一些水的岩石行星都會有這種物質,至少在一段時間內是這樣。

要問的最壞情況問題是,情況必須有多糟糕,生命的第一步才根本不會發生?與其問生命是如何開始的,不如問如何在年輕的行星系統中最好地阻止生命發生,我們可能會從中學習到一些東西。

從更宏大的角度來看,宇宙必須有多麼無用,才能只產生一個有智慧生命的行星的例子?這當然是一個人類原理的概念和物理學的精細調整發揮作用的領域。我不想詳細討論這個問題;只想說,在許多這樣的推理思路中,似乎存在一個隱含的假設,即生命系統嚴重依賴於一套“恰到好處”的物理常數和宇宙屬性。換句話說;宇宙必須是完美的,生命才能發生,否則生命就不會發生。

然而,我認為我們根本不知道這是不是真的。這可能是一個對生命來說很糟糕的宇宙。其他人,如物理學家和天文學家弗雷德·亞當斯已經考慮過這個問題,並得出了有趣的結果。

的確,透過詢問對生命來說最糟糕的宇宙(即使如此,生命仍然設法至少發生一次)會是什麼樣子,我們可能會學到更多。
 

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