我们在宇宙中是孤独的吗？

外星人存在吗？

如果全宇宙只有地球有生命，那么这里一定是有什么极为与众不同的地方。在辽阔的宇宙中，我们的孤单意味着生命是极为罕见的。如果宇宙是无限的，那么作为某种唯一的存在，我们就不光是罕见的了，我们几乎是不可能出现的。在无限的宇宙中，任何只有一点点存在的可能性的事物都一定会出现。事实上，任何具有有限存在概率的事物都会出现无限多次。只有那些存在概率无限小的事物才会只出现一次。

如果我们不是孤独的，那么我们就会更强烈地感受到，生命，甚至智慧和文明都无法使我们在宇宙中拥有特殊的地位。这意味着人类的经验对于揭示宇宙本身任何深刻而有意义的方面都是微不足道的。这种感觉既令人感到卑微又引人兴奋。

真相究竟是怎样的呢？我们是特殊的，还是平凡无趣的？

问题在于，我们很难把地球上的经验套用在整个宇宙中。我们只知道两种可能：（1）我们是宇宙中唯一的生命；（2）宇宙中到处都是生命，我们之所以还没有见到外星生命，是因为他们与我们相距甚远，或者与我们相差太大，我们没有认出他们。

我们可以用以下方程估计有可能与我们打交道的智慧物种的数目（N）：

n恒星：银河系中恒星的数目

n行星：每个恒星系统中的行星平均数

f宜居：可以产生生命的行星比例

f生命：实际发展出生命的宜居行星比例

f智慧：有生命行星中发展出智慧生命的比例

f文明：智慧生命中发展出科技文明并向太空发送了信息或派出了宇宙飞船的比例

L：他们与我们同处一个时代的概率

这是一个非常简单的数学公式（被称为“德雷克方程”），但它非常有用，因为它把这个问题分解成了几个部分，并证明了只要有一个部分为零，那么我们将永远也无法收到外星人的消息，即使他们真的存在。

但是要记住，这只是我们基于经验的一种估计。下面就让我们来逐一解释方程中的每一项。

天文学家已经确定，我们的银河系中恒星的数目极为庞大，约有1000亿颗。这样大的一个数字很让人振奋，因为方程中的其余各项可能全都是极为微小的概率。

为什么只关注我们的星系呢？我们的可观测宇宙中大约还有一两万亿个星系。恒星之间的距离在我们的星系中很远，在其他星系更是远得叫人绝望。在那样的尺度上旅行或通信几乎没什么希望，除非我们依靠像虫洞那样的“漏洞”或是借助曲率引擎。让我们暂时先把目光停留在我们的星系，将那几万亿个星系放到我们的后口袋中，等我们沮丧到无以复加时再考虑它们。

在我们星系的所有恒星中，有多少伴有适合生命居住的行星呢？什么样的行星才是宜居的呢？生命的家园一定是像地球这样的岩质行星，还是有很多种其他可能？

例如，也许有些生命可以生活在巨大而寒冷的气态巨行星的大气顶层，也许还有些生命可以在小而热的行星表面的岩浆中游泳。

让我们先把搜寻范围集中在类地行星上，它们是岩石世界而不是气体行星，而且它们的大小和接收到的太阳能也与地球差不多。这种思考方式具有较大的局限性，但是考虑到地球是我们所知的唯一拥有生命的行星，这也更为现实。

那么，我们的星系中有多少像我们星球这样舒适的行星呢？我们的望远镜还无法找到可能正绕着遥远的明亮恒星运行的暗淡岩石行星。这不仅是因为那些行星太远，还因为它们距离它们的恒星要比距离我们近得多，这意味着它们的光芒被恒星彻底掩盖了。如果你注视着一个巨大而明亮的聚光灯，那么你可能永远也发现不了它旁边的小石块。这就是为什么我们直到最近才知道一颗典型的恒星周围有多少颗行星，以及它们中有多少与地球相似。

就“本地”而言，我们这里有大约1000亿颗恒星和大约200亿颗类地行星。“200亿”意味着有很多的培养皿可以用来创造生命。这个数字似乎很令人鼓舞，但是现在我们要思考更复杂的问题了：有多少宜居行星真的拥有生命？

我们首先要问：生命的必要成分是什么？通过研究地球上种类众多的生命，我们可以得出结论——为了进行复杂的化学反应和物质交换，水似乎总是必需的；大量的碳似乎也必不可少，因为要生成很多复杂的化学物质并提供支撑结构，例如细胞壁和骨骼；此外，生命还需要氮、磷、硫等生成DNA和关键蛋白质。

我们所知道的生命可以在没有这些元素的情况下形成吗？有人猜测硅可以代替碳的功能。这是一个拓宽思路的有趣尝试，但是硅要比碳重得多也复杂得多（硅有14个质子，碳有6个质子），对于开辟大量新生命之路来说，它们的数量可能还不够充裕。

这里还有一个更微妙的问题：对生命来说有这些成分是否就足够了呢？如果某个地方有一颗温暖宜人的行星，那里有巨大的海洋和充足的这些元素，它们四处游荡并相互碰撞，在这种情况下，生命出现的概率有多大呢？这在生物学中是最深刻和最基本的问题，很难回答。在地球这里，我们知道生命起源于水覆盖地球表面几百万年之后。但是我们对其中的细节所知甚少，我们当然也不知道，对于搅拌这锅化学汤并耐心等待的时间来说，这样的年头是异乎寻常地短，还是过于漫长。所以，我们目前对于生命如何从地球的贫瘠环境中孕育出来所知甚少。

事实证明，地球不是附近唯一有构建生命的化学组分的地方。同样的东西人们已经在火星上发现了很多（包括液态水！），但是到目前为止，外星还没有任何生命存在的证据，不管是大是小。

我们的猜测没有任何根据，我们能完全确定地球就是生命起源的地方吗？在所有难以置信的可能性中，有一个听起来像是来自科幻小说，但真实概率并不为零，那就是生命起源于别处，又被陨石带到了地球。

虽然我们还不能证明这是真的，但如果这就是真的，那就意味着外星生命真的存在——我们自己就是外星生命！事实上，科学家曾经发现过一个显然来自火星的石块，它的内部甚至有无法解释的奇怪痕迹，很像生命体，类似于地球上的微生物。很多科学家都无法确定它们能作为火星有过生命的证据，但是这确实证明了一点：如果火星（或其他地方）曾经有生命，它们可能会搭便车来到年轻的地球，并在上面播下种子。

这不是让我们怀疑我们的曾曾曾曾祖父是地外生命，而是给了我们一个机会。如果其他行星上存在生命，那么我们就有可能通过研究小行星发现证据。这些星际的垃圾碎片可能没有创造生命的条件，但如果它们来自遥远的行星，它们就有可能携带着那些遥远世界存在生命的证据。

微生物需要什么条件才能形成复杂生命乃至智慧生命呢？

这肯定需要充足的时间，也就是说可能摧毁脆弱的初始种群的灾难要相隔足够远，让生命有时间发展壮大。在地球上，智慧生命出现在5万年到100万年之前，具体年代取决于你如何定义智慧生命（有人认为我们现在也还不够格）。从生命出现到智慧生命出现，这中间怎么也有数十亿年了，所以这不是一个很快的过程。

这对生命可能出现的地点施加了一些约束条件。例如，如果行星太靠近星系的中心，它将笼罩在来自中心黑洞和中子星的残酷辐射之中，这种辐射会给脆弱的生命带来毁灭性打击。

生命还有一个不想太靠近老年恒星和致密的星系中心的理由：那附近所有的天体都有可能通过碰撞或是引力扰动，改变流星和小行星的轨道，这种东西砸落到行星表面会引发灭绝事件。一些科学家推测，在我们的太阳系中，两颗巨大的地外行星（土星和木星）起到了某种宇宙清道夫的作用，它们俘获了很多天体，如果没有这两颗大行星，那些天体可能对地球构成威胁。

另一方面，你也不能离星系中心太远，因为你需要足够多的重元素来完成复杂的化学反应。这些元素只能通过恒星中心的聚变作用形成，并在之后的坍缩及爆炸过程中扩散出来。而在星系边缘，这些恒星相对稀少。

简而言之，对于简单生命转化为复杂生命或是发展成为智慧生命并拥有科技文明的频率，我们几乎完全不了解。很多人对这些问题冥思苦想，有人甚至得出了听起来很有道理的论点，去说明为什么生命应该是罕见的或是普遍的。但是，这些理论毕竟都从我们局部的经验外推而来，所以它们无法摆脱一个共同的缺陷：我们不知道我们这种智慧生命有哪些特性是个别的和非根本的，又有哪些方面是普适的和根本的。

我们很容易在地球上审视智能生命演化的具体细节，并认为所有的细节都是必需的。它们中的一些肯定十分独特，甚至在宇宙中极其罕见。这是否意味着生命就是罕见的呢？未必如此。关键问题在于：我们的经验能否总结出我们所知的生命的唯一可能？那是否仅仅是我们所知生命的众多可能之一，甚至是通往我们没有想象过的生命的众多可能路径之一？

就f智慧这个因子来说，它可能是1、0.1、0.0000000000001，甚至更小。

为了便于讨论，我们先假设目前已经考虑过的各部分（n恒星 × n行星 × f宜居 × f生命 × f智慧）最终给出的数字很大。我们没有任何正当理由假装这是真的，但这可以让我们继续思考其他部分，避免仓促收尾。

如果银河系中有其他智慧生命，甚至就生活在我们附近，我们怎样才能探测到他们呢？我们在探索宇宙的过程中，会使用电磁辐射的多个波段：无线电波、可见光、X射线等。我们的选择源于我们对视觉的热爱，因为我们的眼球可以接收这种波段携带的信息。但是外星人会用什么呢？也许他们更愿意用中微子束、暗物质冲击波或者空间本身的涟漪来发送信息。我们并不知道他们的主要感觉器官可能是什么，以及他们可能会对什么敏感。我们甚至不知道他们是否有感觉器官。

他们也可能不通过辐射进行对外沟通，而是派出机器人探测器去探索宇宙。如果这些探测器能够对小行星进行开采并自我复制，那么它们就可以实现爆发式增长，并且在大约1000万年到5000万年的时间里探索完整个星系。这听起来时间很长，但和星系的寿命比起来还是相当短的。

我们再一次为厘清思绪而进行简化，假设他们的确使用电磁辐射，就当这是一种概率未知但必须存在的巧合。

如果他们没有向我们发送信息，而只是漫无目的地向太空进行广播，或者只是从他们的电视和无线电广播中泄露了一些电磁辐射，那么我们不大可能收到他们的信息，除非他们离我们非常非常近，或者我们建造了更大的望远镜。这种信号实在是太微弱了。我们最强大的射电望远镜——位于波多黎各的阿雷西博（Arecibo）——也只能接收1/3光年内广泛发送的微弱信号。但离我们最近的（太阳系外）恒星也要比这个距离远10倍以上。我们要想接收到来自遥远星辰的信息，它就必须几乎是直接对准我们发送的。

宇宙不只空间巨大，而且历史悠久。130亿年以上的宇宙历史足够恒星们形成、燃烧、暗淡、死亡几轮了。任何一个新的恒星周期发生地一旦形成了足够多的重元素，都可以成为创造类地行星和生命宜居条件的备选地。这意味着外星生命可能存在的时间跨度是极长的。但是，要想与他们交流，我们就必须与他们同处一个时代。

智能物种作为一个整体的寿命有多长呢？我们的经验有限，很难进行推测，但人类历史在不断重演着文明的兴起和覆灭，而这些文明大多以数百年为期。我们现在的自毁能力远超以往任何时期。在500年、5000年或500万年后，我们还在接收信息吗？我们还存在吗？

一种完全有可能的情况是，在几百万年前或几亿年前，外星文明曾经存在过，繁荣过，向太空发送过信息，然后走向了自我毁灭……同样的过程也可能发生在几百万年后或几亿年后。要想与外星人交流，我们就得盼着他们要么到处都是，要么存活很长时间。

那么他们到底在哪里？

即使我们为德雷克方程中所有的自变量都设定一个乐观的值，并假设银河系中到处都是长寿的外星文明，我们仍有很多问题有待解答。