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德雷克方程问世六十周年,人类是否能联系上外星人?

Emma Chou

今年是著名的德雷克方程(Drake equation,也称“德雷克公式”)问世60周年;该方程由美国天文学家、国家科学院院士法兰克·德雷克(Frank Drake)博士发明。利用德雷克方程可以估算出银河系中有多少个星球居住着和我们人类一样有智慧的外星人(学名“地外智慧生命”),这对于搜寻外星人,尤其是联系它们具有十分重要的理论意义和指导作用。

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1961年,德雷克博士在美国西维吉尼亚州主持召开了首次搜寻地外文明计划(SETI)的会议;在会上,他正式提出了德雷克方程。该方程是用来计算可能与地球接触的高智慧文明数量(N),并指出寻找地外生命所缺乏的资讯。德雷克方程一共有七个变量,分别为银河系每年诞生的恒星的数量(R*);该恒星拥有行星的概率(Fp);其中具备生命诞生条件的行星的数量(Ne);生命诞生的概率(Fe);该生命进化成有智慧的生命体的概率(Fi);拥有与其他星球进行通信的技术的概率(Fc);该技术文明能够存在的时间(L)。

一些科学家对德雷克方程表示出极大热情,包括美国天文学家、科普作家卡尔·萨根教授。他认为在合适的行星上出现生命是必定无疑的,美国生物化学家、诺贝尔化学奖得主梅尔文·卡尔文教授也持这一观点。德雷克方程不但直观,而且迷人。通过把一个宏大而且未知的主题分解为一系列更小、更易研究的问题,SETI成了具体实在的努力,让地外文明是否存在这个问题具有了科学分析的基础。

实际上,德雷克方程所包含的几项内容在当时是未知的,包括太阳系之外的恒星是否真的拥有行星。然而,在过去的二十余年中(尤其是最近几年)系外行星像雨后春笋一样纷纷破土而出,著名的开普勒太空望远镜在其中起了重要作用;该望远镜已经为我们确定了两项内容:Fp和Ne。根据开普勒太空望远镜所获得的数据,美国天文学家莎拉•西格教授对德雷克方程进行了改进,使其预测结果与现实中的实验值符合得更好,从而大大增强人类寻找地外文明的能力。另外,她认为人类是可以联系上外星人的。

SETI探索中人类除了监听来自外太空信号外,也主动向外太空发射信号;因此,德雷克方程中的Fc也成为许多科学家的研究对象。例如波多黎各的阿雷西博天文台于1974年向距离地球25000光年的武仙座中一个名为M13的球状星团发射了由德雷克博士发明的无线电信号;信号中包含大量有关地球的信息——太阳系、人类DNA结构、地球及其居民等基本数据。另外,还有向外太空发射探测器,比如“旅行者一号”飞船,上面就携带人类文明信息。可以说,Fc代表了宇宙中智慧生命能进行星际通讯的概率。

虽然至今没有发现外星人,但随着地外行星的不断发现,人们对发现外星人信号,尤其是解决Fc问题充满着无限期待。例如美国地外文明搜索研究所的研究人员吉尔·塔特博士就表示,如果在某个地外行星上发现了外星人的信号,那么我们将会花更多的时间对这个行星球进行观测,从表面上看这是一个可居住的行星,但事实上其不仅仅是一个可居住的世界,背后还隐藏着更多的奥秘。她指出,人们正在利用各种先进设备搜寻外星人,希望借此发现地外文明。

如果发现外星人信号,人类靠何种语言与这些智慧生命进行通讯?这是科学界在SETI探索中需要提前考虑和妥善解决的问题。萨根教授说过:“宇宙中的技术文明无论差异多大,都有一种共同的语言——数学语言。”中国数学家、语言学家周海中教授也认为,数学语言具有科学性、准确性、简洁性、抽象性、普适性等优点,是宇宙交际的理想工具。因此,数学语言就成了人类首选的宇宙语言。虽然人类与外星人进行通讯的概率很低,但各种方法都值得尝试;可以相信,Fc问题最终会得以解决。

60年前,德雷克博士发明了德雷克方程。现在,随着科技的进步,德雷克方程让人们对未知世界再次充满憧憬和期待,因为一旦联系上外星人,不光是全球天文学领域的重大发现,也是人类探索宇宙的巨大进步。

文/龙腾(作者单位:德国欧洲南方天文台)


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