关于银河系先进技术文明行星数量的讨论

tansuozhe   2015-04-25     

银河系中，有600万颗拥有先进技术文明的星球看起来很多，但银河系中有2000亿颗恒星，也就是平均约3万颗恒星中才有1颗拥有先进技术文明的行星，它们平均相隔的距离仍有近150光年之远。

     在银河系中平均约3万颗恒星中才有1颗拥有先进技术文明的行星,这已是谨慎的估计。从近二十年对地外生命探索重大进展看，地球上几乎凡是有水物质的地方，都发现有生命，包括深海火山口附近高温高压环境已发现多种生物组成的生物系统，万年冰洞中的冰物质也有微生物的活动，有毒的湖水里也有生命。这些在过去都是难以想象的。

   而且已发现除地球外，还发现火星及五颗木星和土星的卫星有水物质或其他液体。这表明，不在宜居带的外行星的卫星也可能在其母行星起潮力的作用下，出现生命。因此地外生命的出现可能性比原来要明显乐观。

    所以，我估计每个行星系适宜生命环境的行星数目，Ne应不止 0.01，很可能达到0.1。这样，即使出现生命后，进化成智慧生命的可能性要小一些，fi 不到0.5，甚至只有0.05。银河系中平均约3万颗恒星中仍有1颗拥有先进技术文明的行星。







njgpx 发表于 2015-4-24 09:32

6百万的计算结果可能有点多了，就目前已经探测的宇宙空间和不断更新的探测方法都显示，即便生命可生存 的星球可能较多，但向高级演化的可能性却是非常小的，银河系内真正能进化到高级阶段的生命形态有几十 个就算不错了，就目前人类科技水平在理论上存在瓶颈，因此我们在思想认识上的进步提高才比较实际。

tansuozhe 发表于 2015-4-23 15:38

njgpx 发表于 2015-4-23 12:25 还记得“哇”信号吗？好像后来就没有再发现了，最近澳大利亚科学家发现以前接收到的信号是附件微波炉发出的 ...    根据近二十年在外星生命和外星文明探索的喜人进展，我预计在2035年之前，人类有可能在外星文明探索上有重要的进展。    1965年，美国康奈尔大学天文学家德拉克(F. Drake)提出了估算银河系中具有先进技术文明（掌握射电天文 技术）星球数量的公式，称为德拉克公式：   N = N* fp ne fl fi fc fL。在该公式中各字母符号的含义如下：   N为银河系具有先进技术文明的星球数目；   N*为银河系的恒星数目；   fp为有行星系的恒星比例；   Ne为每个行星系适宜生命环境的行星数目；   fl为出现了生命的合适行星所占比例；   fi为出现生命以后能进化成智慧生命的比例；   fc为出现智慧生命后能掌握先进技术的比例；   fL为掌握了先进技术文明的平均寿命与所在恒星今后延续寿命的比例。   对于德拉克公式，过去由于观测数据少，所以多数参数的不确定性相当大。但自从2009年3月6日美国宇航局发射开普勒空间望远镜后，已取得重要进展。2011年2月19日，在华盛顿举行的美国科学促进会年会上，美国航天局的科学家宣布了令人惊异的结论，对开普勒空间望远镜观测数据的初步研究发现，银河系恒星中，至少每两颗恒星中就有一颗拥有行星，每200颗恒星中就有一颗恒星拥有的行星位于“宜居带”。开普勒空间望远镜项目首席科学家威廉•博鲁茨基在宣布这一结论时称，科学家们是根据已经观察到的行星出现的频率，得出全部行星的大致数字。目前关于银河系行星数量的推断可能还是“最保守的估计”，因为这些恒星可能有不止一个行星，开普勒空间望远镜目前进行的搜索也未能顾及那些远离恒星的行星。他举例说，如果开普勒空间望远镜从距离地球1000光年远的地方遥望太阳，它能注意到金星划过夜空，但只有1/8的机会看到地球。    银河系具有2000亿颗恒星，从开普勒空间望远镜的探测结果看，fp至少可取0.5。至于每个行星系适宜生命环境的行星数目，Ne至少为 0.01。按地球的生命演化史和银河系中有机物质的大量发现推断，凡是有适合生命生存环境的行星，只要它所环绕的恒星寿命足够长，就迟早会出现生命。寿命足够长的恒星占多数，所以可取fl 为0.5。出现生命后，是否一定进化成智慧生命，从地球的生命演化史看，并不一定。在地球上出现过的物种数以百万计，绝大部分都灭绝了。人类的出现，仍有一定的偶然性，所以取fi 为0.5。至于出现智慧生命后，是否演变成掌握高技术并向外太空发出信号，这也不一定，因为人类的演化史上也出现过人口大量灭绝的生存危机，另外几个人种就在半途已灭绝了，所以fc也取0.5。   掌握先进技术的文明的平均寿命有多长？   这个问题争论最大。从1000年到10亿年的观点都有，相差百万倍。有些学者认为，人类会因为核战争和核污染在千年内被毁灭。这里并不完全排除这种可能性，而且认为应高度重视并采取切实和严格的措施，防患于未然。但核战争和核污染在千年内很可能毁灭整个人类的观点，缺乏必要的科学依据，因为人类现在已有对付核战争和核污染的有效办法。事实上广岛在几十年后又重现生机。    美国遗传学家斯潘塞•韦尔斯通过DNA的研究，发现7万年前现代人的祖先在地球上曾经只剩下约两千人，估计是印度尼西亚一次超级大火山爆发造成的，这场巨大的灾变虽带来浩劫，但也促使人类出现了创造力。现在人类应对核战争和核污染的能力，远超过几万年前早期智人应对巨大自然灾变的能力；走向理性的人类很有可能避免大规模的核战争，即使万一发生大规模的核战争，战后的幸存者也将远超过两千人。    几百万年的人类进化史中，阿法南猿和直立人面对过多少次严酷的自然灾害，而他们当时抵御严酷自然灾害的能力，是比不上现代人类对付核战争和核污染的能力的，但是，阿法南猿和直立人在地球上仍分别生存了100万年和近200万年。我认为，掌握先进技术的文明的平均寿命，会超过阿法南猿和直立人生存的时间，可估计掌握先进技术的文明的平均寿命为250万年。太阳今后延续寿命可作为寿命足够长的恒星的代表。这样，250万年与太阳今后延续寿命50亿年的比例约为1/2000。这样银河系具有先进技术文明的星球数目将有可能为6万颗。   依我之见，德瑞克公式还遗漏了一个重要的因素，这就是掌握了先进技术的文明社会将高速发展科学技术，以地球上的人类为例，最近一百多年的发展速度，远远超过有文字以来至19世纪的几千年；而有文字以来的几千年人类社会发展速度，又大大超过人类诞生至文字刚出现前的几百万年。因此，以人类现在的科技水平去想象地外文明的水平是错误的。现在人类掌握先进技术才大约百年时间，而掌握先进技术上万年、上十万年的地外文明可能还相当多。按现在人类的科技发展速度，人类一万年内就可能移民到邻近恒星的行星上。所以一个比我们先进上万年或上十万年的地外文明星球，他们扩展到邻近上百颗恒星的行星上，在新行星上建立先进的技术文明世界，这是完全可能的。那么绝大多数地外文明都有可能扩展到100倍的星球，这样在我们银河系中就可能约有600万颗具有先进技术的智慧文明星球。而地球的人类只是处在最初级阶段的技术文明。   为此，我提出了估算银河系中具有技术文明星球数量的修改公式：    N=N*fp ne fl fi fc fL fe    fe为已有先进技术的智慧文明星球的平均扩张倍数。    600万颗拥有先进技术文明的星球看起来很多，但银河系中有2000亿颗恒星，也就是平均约3万颗恒星中才有1颗拥有先进技术文明的行星。它们平均相隔的距离仍有近150光年之远。    现在悲观的估计是：在银河系中只有地球一颗行星具有高技术文明。最乐观的估计是：一个高技术文明社会平均可生存10亿年。这种乐观估计认为可能存在45亿颗拥有高技术文明的星球（其他参数取不同值）。看来，我这种估计属于谨慎乐观的。

njgpx 发表于 2015-4-26 20:02
转篇文章:    人类出现几率和掷1万个骰子全是6的几率一样
“投掷一万个骰子，所有的骰子全部六点朝上，人 ...

谢谢你转载了有关文章和观点，可惜未能看到他的事实依据和科学依据。自从1859年达尔文发表了《自然选择下的物种起源》进化论后，已经受150多年的实际检验，其理论框架已站稳了脚跟，尽管还不十分完善，还在进一步研究。有些学者有不同观点，这是正常的。

于由 发表于 2015-4-26 08:12
阿西莫夫是在他1979年出版的《地球以外的文明世界》（Extraterrestrial Civilizations）中算出外星文明 ...

于由四两拨千斤哈！赞！

njgpx 发表于 2015-4-26 20:34
另一篇:     物种进化的适应性从何而来？我们所知的进化，是大自然历经数百万年从不计其数的各
类随机变异 ...

问题是谁制造了进化！？生命来自哪里！？在一个巧合或被投放好的适宜环境里，生命当然以自己的生存方式来进化着！

另一篇:     物种进化的适应性从何而来？我们所知的进化，是大自然历经数百万年从不计其数的各
类随机变异中选择的结果。然而，瑞士苏黎世大学的系统生物学家安德里亚斯•瓦格纳却认为这种观点并不全面。在他看来，自然选择可以解释某一种生物适应自然而生存下来，但无法解释其适应性源自何处。

为此，瓦格纳花了 10余年时间寻找一个可以让自己满意的答案，《适者诞生》一书首次把他的研究观点呈现在普通读者面前。在书中，他给出了一个有说服力的案例，表明物种适应性的起源，即适者的出现（而非适者生存）不能仅仅用纯粹的随机事件来解释。
假设有一个巨型图书馆，馆中的图书包含了所有可能出现的字母序列组合，这样，大部分书籍就是没有意义的乱语，书中充斥着没有意义的单词。当然，我们也能看到像《哈姆笛特》或《物种起源》这样的书。这是瓦格纳的著作中做出的核心比喻，用来描述大部分氨基酸的排列为何形成非功能性质的蛋白质（即瓦格纳比喻的乱语），而有些氨基酸却能形成工作酶，有的还形成了功能强大的酶。
问题在于：这个“图书馆”太大了（100种氨基酸就可以形成10130种不同的蛋白质），以至于进化的概率，也就是我们刚好遇到那本“合适的书”的概率（即遇到能消除合成毒素的酶的概率），基本上为零。瓦格纳说，一定有什么别的东西在引导进化的发生。
瓦格纳认为，不同的蛋白质可以表现出同样的功能，就如同不同的书可以用不同的语言讲述同样的故亊。也就是说，进化的过程并不是在整个图书馆里寻找某一本有意义的书，而是从诸多内容相近的书里找出一本。
此外，“图书馆”的结构也能促进进化的过程，帮助我们找到一本又一本有意义的“书"。瓦格纳的团队研究了相邻的“书目”，即那些只相差一个氨基酸的蛋白质，发现大部分蛋白质与原有蛋白质的功能一样。之后，他们依次改变了其他几种氨基酸，所得的结果也是一样。实际上，我们可以一步—步从图书馆的一端走到另一端，而意义不会改变。
这可以使种群发生遗传变异，但依然能存活。用瓦格纳的比喻来说，读者分散到图书馆的不同房间，这时就会有巨大的回报。再走远一些，就可以找到更多不同种类的书。回到上面氨基酸的话题，再多改变几种氨基酸，蛋白质的功能就会发生根本上的改变——此时，进化的进程就将出现突破。
种群所含的隐性变异越多，进化发生的概率就越高。正如瓦格纳所说，“当你沿着其中一条道路前行时，你不断寻找的新事物会在某一瞬间出现在你的身旁”。这是大胆的想象，与单纯的随机亊件截然不同。
在书中，瓦格纳还向我们表明这个原理同样适用于代谢基因和调控基因的网络。他认为，这些通往不同“图书馆”的相互连接的道路，可能在任何复杂的系统中出现。他甚至假设我们可以把这一原理运用于数学运算，使人工智能的创新速度比其发明者还要快。
且不说这种可能性有多大，瓦格纳的观点还是让人大开眼界。他运用生动的比喻和具体的实例阐明其主要观点，论述清晰，文风优雅。读完这本书，读者对进化论的看法肯定会有所变化。

转篇文章:    人类出现几率和掷1万个骰子全是6的几率一样
“投掷一万个骰子，所有的骰子全部六点朝上，人类才会进化而来，其实人类的出现实属偶然。”在江苏省科协与南京古生物博物馆共同主办的“达尔文与进化论”的科普论坛上，专家一席话引来听众感慨。
确实，根据达尔文进化论，世间万物其实有一个共同的祖先，人类在所有的物种当中并没有任何优越性，更谈不上有操控自然、掌握万物生命的能力。“如果人类再不停止对自然的破坏，共同保护我们的生存环境，那么在不久的将来，人类必将为自己的行为付出惨重的代价！”
生物的进化告诉我们
生命没有高贵和低微之分
“投掷一万个骰子，所有的骰子全部六点朝上，你说这样的概率小不小。而人类的出现正是这种小概率事件的偶然发生。”中科院院士、中科院南京地质古生物研究所研究员戎嘉余用一个形象的比喻解释了人类的出现。
戎嘉余还用时钟观念，形象地比喻生命起源：如果我们用1天24小时来比喻自地球起源直至今日的进程，那么地球形成是在零点(45亿～48亿年前)，最古老的原核生物出现在凌晨4点(约38亿年前)，中间有一段很长的时间，地球上一直十分平静，直至寒武纪生命大爆发，是在晚上9点15分(5.4亿年前)，出现了大量动物门及亚门生物，各种各样高级动物造型及骨骼和器官开始出现。哺乳动物出现在晚上23点40分，而人类登场是在最后的1分多钟。
事实上，在地球发展的几十亿年光景中，发生过诸如寒武纪的生命大爆发，也发生过大大小小的许多灭绝事件，其中最明显的是5次大的生物灭绝事件，超过60%的类别均遭灭绝。
“生物灭绝事件有几个特点：1、是原来占优势的种群开始‘落伍’，而以前不起眼的弱势类群慢慢‘崛起’，如古生代海洋中处于优势地位的腕足动物门在二叠纪末大灭绝以后，如今只残留近100个属。可是软体动物双壳类，如牡蛎等，却由于腕足动物的衰退而因祸得福。2、是那些个体变大、器官特别发达、一时得天时地利的优势种群，由于环境的变化生存能力下降。如6500万年前的那次大灭绝，恐龙、霸王龙等体型庞大的动物都灭绝了，少量的爬行动物发展到现在，而哺乳动物却成为世界的霸主。”
戎嘉余告诉我们，“从上面的例子可以看出，生命有简单和复杂之分，但没有高贵和低微之分。人类在过多地关注自身发展、破坏环境的过程中，自身抗灾害能力在下降。很多生物之间的关系表明，如果把对方消灭了，自己也很难生存下来。”
病毒的进化警告我们
人类不能再“逆天而行”
出席了论坛的分子生物学家、复旦大学教授钟扬则从分子进化角度阐述了人类与各种病毒之间所展开的一场空前惨烈的“军备竞赛”。钟扬教授在谈到现在人类为了杀死病毒而过度使用药物时不无担忧地表示：“我们一方面在杀伤病毒，但另一方面也在帮助它们进化。”
钟扬所领导的课题组，从2003年起参加过关于SARS病毒的进化的研究，在他看来，SARS病毒也是进化的产物，其暴发初期从一个温和的病毒，经过环境的选择而快速进化，到中期经历了中性进化，进化速率减慢，后期则遭遇了淘汰选择。“通过研究，我们发现SARS病毒在进化上并不是一个优势的病毒，因为在自然选择的力量上，它在极短时间内变异，并很快进入淘汰选择，所以它比我们熟悉的肝炎病毒，在自身的进化策略上，差得太远了。”钟扬教授说。
不过，钟扬也指出，许多病毒和病菌具有极为高超的进化本领，能在人类活动和药物作用的巨大压力下快速生成新的抗药变异株，使人类开发药物的工作不可能一劳永逸。钟扬教授用一场残酷的“军备竞赛”来形容人类与病毒之间的战争，“因此，在进化意义上，人类与病毒、病菌的斗争可以说是一场永不停歇的‘军备竞赛’，但是人类从一开始便落入了下风，因为在这场‘军备竞赛’中，病毒使用了‘核武器’，它们通过去掉自己的遗传片段来加速变异，而人类负担太重，只能处于被动挨打的地步。”
对于目前肆虐的N1H1甲流病毒，钟扬教授也有着一定的研究，他认为这种病毒正处于暴发前期的温和阶段，“因为从目前来看，病例并不是很多，而且各个地方所发现的变异品种也很少，所以我们判断N1H1甲流病毒尚处于暴发前期。”不过，钟扬教授表达了他的担忧，“现在人类在治疗甲流患者时，过多地使用了药物，这一方面在杀伤病毒，但另一方面也在帮助病毒进化。”
熊猫的进化提醒我们
保护濒危生物如同保护人类
事实上，有关大熊猫的保护也曾在科学家中产生过争论，有些人认为根据达尔文进化论的适者生存理论，像大熊猫这种已经无法适应当前环境的动物就应该被自然所淘汰。不过在这个科普论坛上，几位专家不约而同地表示：人类保护大熊猫其实就是在保护人类自己！
钟扬教授认为，保护大熊猫已经不是单纯的进化问题了，“就像医学一样，现代医学挽救了那么多的生命，难道我们不是把一些本该淘汰的基因，把它保留下来吗？所以说，自然保护已经突破了单纯的生物学的范畴，进入了社会学、医学等范畴。”钟扬认为，人类拯救熊猫，其实是在表达我们的怜悯之心，是在拯救我们自己。熊猫由于某种基因上的劣势，已经濒临灭绝。一方面我们想用科学的方法去挽救，另一方面我们实在不愿意亲眼看见这样一种可爱的动物在我们的有生之年灭绝。“所以我们的想法就是，能救一点算一点。这个问题跟进化关系并不是那么大。”
而戎嘉余教授则认为，“现在的情况不是我们过度关心濒危物种，而是地球上的生物正在以前所未有的速度灭绝。以前我们过分强调人定胜天，人类已经把生态环境改造得面目全非，很多物种不适应环境，其实罪魁祸首还是人类。所以说，现在不是我们对生物保护过度，而是通过保护大熊猫这件事来告诉大家，如今的生态环境已经遭到了多么严重的破坏，如果我们再不加以保护，那么人类在不久的将来也会遭到如大熊猫一样的命运。”

于由 发表于 2015-4-26 08:12
阿西莫夫是在他1979年出版的《地球以外的文明世界》（Extraterrestrial Civilizations）中算出外星文明 ...

十分谢谢于由的介绍。看来阿西莫夫对两个相邻文明世界之间的平均距离的估计也有一定的事实依据和科学依据，与我对先进技术文明星球平均相隔近150光年的估计相差不太远。可以说殊途同归。

tansuozhe 发表于 2015-4-25 22:12
我在今天下午发出《 关于银河系先进技术文明行星数量的讨论》这篇文章之后，晚上就去查有关书籍，发现 ...

阿西莫夫是在他1979年出版的《地球以外的文明世界》（Extraterrestrial Civilizations）中算出外星文明数量和距离的。

他从能够观测到的宇宙空间1,000,000,000,000,000,000,000颗恒星，再到银河系里有大约3000亿颗恒星，经过筛选，根据恒星转速、质量、宜居带、恒星诞生消亡循环、宜居带有无可居住行星等，然后可居住行星生命诞生，单细胞生命演化为多细胞生命，海洋生命爬上陆地，智慧生物跨入文明时代，文明延续，战争、环境污染等可能使文明走向终结，只要星球的寿命还够，就会有新的文明诞生。除了那些已消亡的，最后得出结论：银河系中，每57万颗恒星中，有一颗的光是照在一个目前尚存在的文明世界上。存在文明的行星约有53万颗。

他进一步估算距离：即使考虑到文明世界的死亡率，银河系目前也仍有50万以上的文明存在。但是，不能因为这50万个文明世界是在我们自己的星系内，就过低估计他们与我们的距离。在银河系的外围（我们已认定文明世界就在这个区域），两个无引力联系即并非聚星系统的相邻恒星之间的距离约为7.6光年。如果每57万颗恒星中有一个目前存在的文明世界，那么两个相邻文明世界之间的平均距离为7.6光年乘以57万的立方根，也即630光年。

    我在今天下午发出《 关于银河系先进技术文明行星数量的讨论》这篇文章之后，晚上就去查有关书籍，发现在宋健所著《航天纵横》P10上面，介绍了著名阿西莫夫的估计：“两颗外星文明星球之间平均距离为630光年”。
    看来，我的估计“平均相隔距离有近150光年”和阿西莫夫的估计是殊途同归，两者相差不远，我不知道阿西莫夫是如何得出他的估计的。
    现在，也有一些科学家估计银河系内真正能进化到高级阶段的生命形态相当少，我很希望了解他们的事实依据和科学依据，以便作进一步的讨论。