3.4 我们是否生活在一座宇宙中的孤岛？
人类一直好奇，我们在宇宙中是否孤独？宇宙的其他角落会不会存在外星人？它们有没有可能与我们直接接触？
图3.20 恩利克·费米
其实早在20世纪中叶，就已经有人回答了这些问题。此人就是意大利大物理学家恩利克·费米（图3.20）。
费米是20世纪物理学界的一个巨人，绰号原子核时代的建筑师。无论是理论还是实验，他都有登峰造极的造诣。比如说，在理论方面，他因为发现了弱力(4)，在37岁那年就获得了诺贝尔物理学奖。而在实验方面，他也造出了世界上第一个核反应堆。
由于造出了这个核反应堆，费米后来就加入了著名的曼哈顿计划。当此计划造出的第一颗原子弹在美国新墨西哥州沙漠里试爆的时候，费米就待在离试爆点不太远的一个观察哨所里。当爆炸的冲击波传来的时候，费米做了一个非常传奇的实验：他从口袋里掏出了一把纸片，并撒向空中，而这些纸片被冲击波吹到了他身后两米远的地方。就是利用这个简单到不能再简单的实验，费米第一个估算出了原子弹爆炸威力，大概相当于2万吨TNT炸药。这个用一把纸片估算出来的数字，竟与后来美军用精密仪器测出的结果相差无几。
言归正传。1950年的一天，费米和几个同事一起去餐厅吃午饭。走在半路上的时候，大家东聊西聊，就聊到了当时在美国特别热门的UFO（unidentified flying object,不明飞行物）的话题。费米一直一言不发。但在吃午饭的时候，他突然大声惊呼到：“那么它们（外星人）都在哪儿呢？”
这个问题听起来似乎有点无厘头吧？但事实上，这是一个极端深刻的问题，以至于后人把它称为了费米悖论。
下面，我就给你详细地讲讲费米悖论到底是怎么回事。费米悖论提出了两个基本假设。假设一：外星人在宇宙中普遍存在。假设二：一些高度发达的外星文明拥有星际旅行的能力。
这两个假设听起来都特别合理。很难想象，在至少拥有1018亿颗恒星的浩瀚宇宙中，地球是唯一的生命绿洲。也很难相信，所有的智能生命都会被困死在自己的行星上，无法到其他的世界去看一看。但费米悖论说的就是这两个看似特别合理的假设，却会导致一个极端荒谬的结论。
我们就以银河系为例。目前的天文观测表明，银河系已经存在了超过100亿年，其直径为20万光年，拥有超过1000亿颗恒星。
现在，让我们基于费米悖论的两大基本假设，来分析一下银河系的状况。
如果假设一是对的，我们不妨假设1%的恒星拥有像地球一样的宜居行星。这样一来，整个银河系中将拥有10亿个生命绿洲。
如果假设二是对的，那么就有智能文明可以进行星际旅行。就算它们只能像《流浪地球》那样以1%的光速进行旅行，那它们也只要花2000万年就可以穿越整个银河系。
现在让我们把这两个假设合在一起。假设这10亿个文明世界，有一亿分之一的概率进化成能进行星际旅行的超级文明。那么在100多亿年的时间里，这10个超级文明足以殖民整个银河系超过5000次。换言之，它们至少可以建立5000个银河帝国。
这意味着，我们看到外星人的概率，其实应该比我们看到外国人的概率还要高！
而费米悖论问的是，那些外星人都在哪儿呢？
费米悖论告诉我们，那两个基本假设，至少有一个是错的。
如果假设一是错的，就会导致所谓的稀有地球假说。其核心观点是，地球就是宇宙中唯一的生命绿洲（图3.21）。
图3.21 地球
一般认为，地球之所以能孕育生命，是因为它同时满足以下7个条件：①银河系中心相当平静，没有处于危险的活动状态；②太阳系与银河系中心距离适中，位于所谓的星系宜居带内；③太阳质量适中，既不是温度很高还特别短命的蓝巨星，也不是温度很低还常常爆发超级耀斑的红矮星；④地球是一颗金发女郎行星，处于能让液态水存在的恒星宜居带内；⑤地球有木星这个保护神，从而避免了大量小行星和彗星的撞击；⑥地球很偶然地获得了月球这个大型卫星，从而拥有了稳定的自转轴及合适的自转速度；⑦地球拥有合适的大气和磁场，从而阻止了液态水的蒸发，并把危险的太阳风拒之门外。
稀有地球假说认为，在整个宇宙中，只有地球能同时满足这7个条件。如果其他的系外行星上都没有任何生命，费米悖论自然就迎刃而解了。
如果假设二是错的，就会导致所谓的大过滤器假说。其核心观点是，没有任何一个文明能发展到星际旅行的阶段。
为了便于理解，你不妨把智能生命的进化当成是一款有很多关的大型游戏。每一关的最后都有一个特别难对付的大BOSS(5)，那就是所谓的大过滤器。如果打不赢某一关的BOSS，生命的进化就会卡在这一关，而无法进入下一关。
大过滤器假说认为，把守着最后一关，也就是星际旅行关的，是一个特别恐怖的大BOSS，不管什么文明都打不赢。因此，没有任何一个文明能进行星际旅行。这样的话，费米悖论也就不再是问题了。
无论是稀有地球假说，还是大过滤器假说，都会导致一个共同的结论，那就是宇宙大寂静（图3.22）。
图3.22 浩瀚而孤独的宇宙
你可以把宇宙想象成一片狂暴而黑暗的大海，智能文明就是漂浮在大海上的一座座小小的孤岛。由于永不停歇的惊涛骇浪，没有哪个智能文明可以制造出能在海上航行的船。因此，他们永远感知不到其他智能文明的存在。这种孤独而绝望的处境，就是所谓的宇宙大寂静。
如果宇宙大寂静的图像真是对的，那么所有的智能文明都注定要永远困在自己的孤岛上。他们就只能悄悄地诞生，悄悄地兴盛，悄悄地衰败，最后悄悄地灭绝。
本节讲到，人类很可能会被永远困在地球这座孤岛上，没有和其他智能文明接触的机会。那么人类应该做些什么来面对宇宙大寂静的永恒孤独呢？是尔虞我诈、以邻为壑？还是聚在一起、抱团取暖？
(1) 本文写于2018年9月。一年后，麦耶和奎罗兹果然摘下了2019年诺贝尔物理学奖的桂冠。
(2) NASA: National Aeronautics and Space Administration，美国国家航空航天局。
(3) TED演讲：TED（指technology、entertainment、design,即技术、娱乐、设计）是美国的一家私有非营利机构，以组织TED大会著称，其演讲特点是毫无繁杂冗长的专业讲座。
(4) 这是自然界的4种最基本的力之一，另外3种分别是引力、电磁力和强力。
(5) BOSS:这里指游戏中首领级别的守关怪物。