數字 36:從德雷克方程式到天體生物學的哥白尼法則

2020 年 6 月 21 日,大家有一起看日環食嗎?因為下次看到還要一百五十餘年後,所以這次的天文奇觀也引發了大家一同追日。剛好最近也有另外一則和天文學相關的新聞在此分享給大家。

或許有些朋友聽過「德雷克方程(Drake equation)」,這是 1961 年由美國天文學家法蘭克·德雷克(Frank Drake)所提出用來推測「可能與我們接觸的銀河系內外星球高智文明的數量」之方程式。

這個方程式的基本公式是:N=R x Fp x Ne x Fl x Fi x Fc x L

N = 代表銀河系內可能與我們通訊的文明數量
R = 代表銀河內恆星形成的數量
Fp = 代表恆星有行星的可能性
Ne = 代表可能發展出生命的行星的平均數
Fl = 代表以上行星發展出生命的可能性
Fi = 代表演化出高智生物的可能性
Fc = 代表該高智生命能夠進行通訊的可能性
L = 代表該高智文明的預期壽命

從上述的說明可以知道,這個德雷克方程式有太多的模糊空間和主觀推測,所以每位天文學家所推估出來的數字有極大的落差,從零(認為這個宇宙地球是獨一無二,沒有任何其他智慧生命存在)到幾個、乃至於幾十億的推估數字均有, 

這也使德雷克方程式在整個天文學研究中,更像是某種難以證明、缺乏客觀計算的科學猜想,很少被學者認真對待。而英格蘭諾丁漢大學的天文學者 Christopher Conselice 認為德雷克方程式與其說是科學理論,不如說是一種好奇心檢測,

該數字透露出每位天文學者對於宇宙未知高等生命的樂觀程度,但無法有效解決問題。所以他和系上的同事在《Astrophysical Journal》發表論文,主張使用一種全新的數據和假設來改善德雷克方程式,稱之為「天體生物學的哥白尼原則(Astrobiological Copernican Principle)」

地球-照片
人類在 1960 年代第一次拍到地球照片時所帶來的震撼效果是空前絕後的。在無垠的黑暗宇宙中竟然有一顆美麗的藍色行星是我們的家園,對於當時的美蘇冷戰、核子衝突威脅均有反省,影響了後來的反戰與環保活動等。

什麼是哥白尼原則(Copernican principle)?

哥白尼原則也被稱為「平凡原理或平庸原理(mediocrity principle)」,簡單來說,你不是特別的觀察者,你不是萬中選一、更沒有主角威能,人類或者地球在整個宇宙中不存在任何特殊地位或重要性,

相較於拖勒密天文學把地球置於宇宙的中心,人類是上帝的造物,哥白尼則提出了相反的論述,地球並不是繞著你轉的,宇宙也不是繞著地球轉的。後來在哲學和其他科學研究中,用來表示:每位觀察者都是極為普通、亂數隨機的,

而在天文學中,哥白尼原則的爭論則在於「如果地球不是特殊的,那為什麼到現在還沒有發現其他高等生命和外星智慧文明?」是因為根本沒有(反對哥白尼原則,地球是特殊獨一無二的)還是因為距離太遙遠或雙方的科技文明不夠先進到可以接觸?

類似的討論有大沉默、費米悖論(Fermi paradox)等等…而後來則衍生出關於「地球殊異假說(Rare Earth hypothesis)」理論:地球或許不是整個宇宙中獨一無二的,但卻是特殊的,巧妙地佔得了天時地利人和的位置。這論點認為:

地球擁有且滿足一切生物物種維持生命、生存和演化的所有條件,而且即便如此,在長達五億多年間和數千百萬的生物種中,也只有「人類」此一物種成功演化成高等智慧生命,所以地球是特殊的。

這張被稱為「淡藍暗點(Pale Blue Dot),是由航海家 1 號拍攝,從 40 億英里太空拍攝地球照片,可見地球只是太陽光束上一個非常平凡、不重要的小點而已。這張照片和著名的蔚藍地球照片同等重要,用來支撐地球是獨一無二或平庸理論的象徵。 Source | 維基百科

關鍵數字:36 和 6120

而「天體生物學的哥白尼原則」首先假設,在一顆類地行星中,只要大氣、地殼、溫度、壓力等各條件越接近地球,則有可能誕生出生命。且在平均的情況下,一顆類地行星能誕生並維持生命持續演化,參考地球的標準則需要 45-55 億年間持續穩定沒有巨大災害,

根據最嚴格的假設來探索目前已知宇宙範圍的類地行星,則今天的銀河系中可能有 4 到 211 個文明能夠與產生智慧生命,其中 36 是最可能數字。但是 Conselice 承認這個數字是保守的,因為我們人類向宇宙探索發出信號迄今還不到一百年。

他進而推論如果雙方類地行星的文明都在 50 億年左右演化,而且在最近的一百年因為好奇心與科技實力開始向外太空發出訊號找尋高等生命的話,也就是假設雙方同時發出訊號找尋對方的話,該研究團隊認為,

這樣一顆最近的行星可能距離地球約 17000 光年,所以大概還需要再 6120 年,也就是西元 8140 年左右時,我們就會與外星高等智慧生命聯繫上。

對於這樣的推論數字,許多知名的天文學家表達了讚同或懷疑的態度。例如劍橋大學的外行星權威 Oliver Shorttle 教授認為需要更精準的數字推估,尤其是對地球上生物演化的理解;布里斯托爾的大學 Patricia Sanchez-Baracaldo 則較為樂觀,認為不需要花到六千多年,因為地球和生命會持續進化。

你可以在下方的論文中找到更多資訊和他們如何推估數字。


SOURCE
論文|https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab8225
https://www.theguardian.com/science/2020/jun/15/scientists-say-most-likely-number-of-contactable-alien-civilisations-is-36
https://scholar.google.com.tw/scholar?q=Astrobiological+Copernican+Principle&hl=ja&as_sdt=0&as_vis=1&oi=scholar