中部 講理 六 宇宙珍稀動物

「黑暗森林」對費米悖論的解釋看上去確實非常的有力,但這個理論不由得讓我們從心底里冒出一絲絲的寒意。黑暗森林理論似乎有一個漏洞,那就是如果宇宙的文明的總數量確實非常巨大的話,那麼難道不會至少出現一個還沒有進化出隱藏基因就已經達到極強的通訊技術的文明嗎?就好像人類,在發送阿雷西博信息的時候,在製作旅行者號金唱片的時候,並沒有什麼人會提出反對的聲音,科學界都認為是天經地義的事情。可見,所謂「隱藏基因」的進化和技術的發展並不是嚴格同步的,那麼只要這種情況存在,在大樣本空間下,產生高技術的但並不理會什麼黑暗森林法則的文明就也一定存在很多很多,為什麼我們連其中的一個文明的訊號都沒有收到呢?

看來費米悖論仍然是一個悖論,我寧願回到更為簡潔一點的解釋,那就是否定B假定:在宇宙中,像人類這樣的文明實在是太稀少了,而宇宙空間又大到如此不可思議,所以地球文明和外星文明不是不會接觸,而是尚需等待。

像人類這樣的生命在宇宙中到底得具備多少嚴苛的條件才能誕生呢?我們不妨來梳理一下。

太陽

沒有太陽就不可能有地球的存在。雖然太陽在銀河系中只是幾千億顆恆星中的一顆,但並不是每一顆恆星都能造就像地球這樣生機勃勃的行星。首先,太陽的質量不能太大,根據我們已經掌握的恆星模型,質量越大的恆星雖然擁有的核燃料氫的數量也越多,但熱核反應的速度也越快。太陽的這個質量可以穩定地燒上130億年左右,而目前僅僅燃燒了50億年。當一顆恆星進入穩定的熱核反應階段時,我們稱之為恆星的主星序階段。如果是一顆比太陽質量大70倍的恆星,主星序階段僅僅能維持50萬年左右。哪怕是只比太陽質量大10倍的恆星,主星序階段持續的時間也只有數百萬年而已。而我們都知道地球首先要經過20億到30億年才能慢慢冷卻成為允許生命誕生的行星,再經過10億年產生海洋、大氣等生命的溫床,再經過10億年才能從單細胞的生命進化成人類這樣的智慧文明。阿西莫夫認為我們必須要能夠在主星序上至少待上50億年,這是文明發展所需要的最低限度。那麼,如果以50億年為標準來計算,我們可以得出結論,凡是大於太陽質量1.4倍以上的恆星都不可能孕育文明,就算能出現生命,但也不足以進化出像人類這樣的技術文明。我們每天晚上都能在頭頂見到的那顆明亮的天狼星,他的主星序只能維持5億年左右,因此我們不能指望在天狼星系能找到智慧文明。

太陽的質量也不能太小,如果太陽的質量很小,那麼地球為了獲得足夠的熱量,就必須要離太陽近得多。則太陽對地球產生的潮汐效應將會非常顯著,這種潮汐效應的最終結果是會使得地球的自轉周期用不了多久就和公轉周期一致。所謂的潮汐效應就是由於萬有引力隨著距離的增大而衰減,因此月球對地球「正面」和「背面」的引力會不一致。那麼,面對著月亮的這面地球就會鼓起來一點。又因為地球不停地自轉,所以當鼓起來的海水轉動到海岸時,就形成了大潮水,人們故而把這種引力差稱為潮汐力。所以,潮汐效應的實質其實跟潮汐沒有關係,只要是兩個互相靠近的天體,就會由於萬有引力的大小不均衡產生「潮汐力」。潮汐力引起的天體上岩石的膨脹和摩擦會最終轉換成熱量釋放掉,在能量守恆規律的支配下,天體只能不斷地減慢自轉速度來補償損失的能量。潮汐效應的結果是,小的星體最終會把它固定的一面朝向它繞行的大天體,這是康德最早在1754年就提出來的,他解釋了為什麼月亮永遠只有一面對著地球。在人類後來對火星衛星、木星衛星的天文觀測中,也證實了康德的這個理論。那麼,地球為什麼現在還沒有永遠一面朝著太陽呢?原因就在與太陽離地球相對較遠,潮汐效應比較弱,地球存在的這40億年時間還不足以使得地球的自轉周期和公轉周期一致。但是我們精確的測量結果證實了地球的自轉速度每天都在減慢0.000000044秒,相當於每100年會減慢0.0016秒。根據古生物年輪的精確測量,我們也可以計算出,10億年前的地球,一天是21小時,而不是現在的24小時。因此,我們可以得出結論,如果太陽的質量比現在小很多的話,那麼地球很快就會變成永遠有一面是白天,一面是夜晚。那麼永遠是白天的那面會慢慢累積太陽的熱量,從而使得所有的海水都沸騰;而永遠是黑夜的那面則會寒冷得讓所有的水都永久冰凍。在這樣冰火兩重天的地球上,是很難進化出人類這樣的技術文明的。而最近的天文觀測表明,銀河系中95%的恆星都比太陽質量小。

太陽還必須是一顆第二代恆星,才有可能孕育生命。早期的宇宙,只有氫這一種元素,當氫元素慢慢聚集到足夠多的時候,由於壓力產生高溫最終點燃了熱核反應,氫燃燒成了氦,於是宇宙中最初的恆星誕生了。此時在第一代恆星系中,僅僅只有氫和氦這兩種元素,顯然是無法孕育生命的。一顆質量介於太陽8到25倍之間的恆星在生命的最後階段會以劇烈爆炸的形式結束自己的生命,這就是「超新星爆發」。超新星爆發除了產生巨大的閃光和能量外,還會產生大量的重元素。從我們目前掌握的理論知識來看,所有我們已知的除了氫和氮以外的自然界元素都是誕生於超新星爆發。超新星爆發後會形成星雲,也就是散落在宇宙中的氣體和塵埃,這些氣體和塵埃在萬有引力的作用下,慢慢地聚攏,又形成了新的恆星和圍繞恆星運轉的行星,這就是所謂的第二代恆星。也只有在第二代恆星的周圍,我們才能找到像地球一樣的充滿著重元素的行星,也才有可能誕生生命。在我們肉眼可見的夜晚的星空中,絕大多數恆星要麼是明亮的第一代恆星,要麼是已經進入暮年的恆星——紅巨星。

最後,我們的太陽是一個單恆星系統,這又是另外一個幸運。在銀河系中,三分之二以上的恆星都是雙星系統,它們要麼是距離靠得很近的兩顆恆星互相環繞著轉,要麼就是一顆較小的恆星繞著另外一顆較大的恆星旋轉。最近的一些研究表明,兩個恆星之間的距離至少是50個天文單位(地球和太陽的平均距離為一個天文單位)才可能形成行星。

地球的位置

地球真是處在了一個絕佳的位置,離太陽既不近也不遠,平均溫度是溫暖宜人的20多度,而且剛好允許液態水的存在。天文學家把允許液態水存在的區域稱為「宜居帶」。如果地球離太陽再近30%,就會成為現在的金星。這是一個地獄般的星球,表面溫度高達500攝氏度,被一層厚厚的濃硫酸雲包裹著,在這樣的星球上是不可能有液態水的存在的,更不要說能夠發展出智慧文明了。如果地球離太陽再遠50%,就會成為現在的火星,表面的平均溫度只有零下55攝氏度,別說水了,連二氧化碳都凍成了乾冰。或許火星上能夠出現低等微生物,但是在這樣嚴苛的環境下,想要出現人類這樣的智慧文明是幾乎不可能的。

一顆行星處在了宜居帶還不夠,還必須要能夠穩定地待在宜居帶上至少長達幾十億年才足以進化出智慧文明,這就是所謂的「持續宜居帶」的概念。一顆行星要能夠位於宜居帶本已經是相當不容易的事情,還要再進一步地能夠位於持續宜居帶上,那就更是難上加難了。1978年,天體物理學家邁克爾·哈特做了一個模擬計算,如果地球與太陽的距離再遠1%,在地球演化史上將會出現一個不可逆轉的冰期,會越來越冷。而如果距離再近5%,它也可能處於一個不可逆轉的溫室狀態,會越來越熱。假若地球的軌道更扁一些,上述的距離限制會更加嚴格。雖然哈特的計算也遭到一些學者的質疑,但是質疑也不過是對這個百分數在個位數字上的修正。如果我們把太陽系比作一個足球場的話,那麼你用一把美工刀在足球場的中心區域刻一條細細的劃痕圈,這個圓圈就相當於宜居帶了,一顆行星要想恰巧落在這樣一個宜居帶中,顯然是一個非常小概率的事件。

我們的地球還以近乎一個完美的圓形公轉軌道繞太陽運行,雖然理論上是一個橢圓,但是偏心率僅僅只有0.017,也就是說地球的近日點和遠日點差別實在不大。這樣地球接收到的太陽熱量在圍繞太陽公轉的一年之中才不會有太大的變化,地球得以能保住一個相對變化幅度不大的溫度條件。過去的天文學家,在發現太陽系中大部分行星的公轉軌道的偏心率都很小時,以為這是宇宙中最普遍的現象。可是隨著這幾年太陽系外行星發現的日益增多,我們發現原來宇宙中的其他恆星系並不都像太陽系一樣,大部分系外行星的公轉軌道都很扁,近日點和遠日點的差別非常大,反倒是太陽系顯得非常特殊。

地球的質量、體積和構造

地球的質量大約是60萬億噸,這個質量對於地球生命的形成有著決定性的意義。地球的質量決定了萬有引力的大小,而萬有引力的大小決定了地球能夠吸引住多少大氣。如果地球再輕一點,那麼地球上的大氣將會變得非常稀薄甚至完全

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