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德瑞克方程
德瑞克方程的诞生
     天文学家弗兰克·德瑞克在1961年发明了一个推断外星生命的著名方程式——现在我们称为“德瑞克方程”,他通过这个方程计算并乐观地推断,在我们银河系中存在着大量的智能生命,而我们能否找到他们则完全取决于文明能够进行星际探索的年限。

人类的愿望
“接触”,“星际迷航”,“巴比伦5号”,“星球大战”,“外星人”以及其他所有这样的词汇都有一个共同点,那就是他们都和外星文明及其与人类之间的关系有关。在描写未来的科幻小说里,有的将外星人描写为友善的,而有的将外星人描写为有敌意的,但大多数外星人都具有人类的某些特性。我们中得很多人都希望,有一天能够见到(友善的)外星人。我们会在相互的交流中学会并发现很多东西。我们现在要做些什么才能实现这种愿望呢?

seti(the search for extra-terrestrial intelligence)
如果假设我们的外星邻居们在试图与我们接触,我们也应该寻找他们。目前我们已经启动了若 干个计划,用来搜索在宇宙中的其他地方存在着生命的证据。这些计划总称为“seti(the search for extra-terrestrial intelligence)”

德瑞克方程
我们的太阳只是银河系中大约4000亿颗恒星中的一颗;银河系也只不过是宇宙中数十亿星系中 的一个。所以看起来似乎应该有很多的生命存在,我们是否可以做一个初步的估算?第一个做 这件事的人是天文学家弗兰克德瑞克(frank drake)。他利用了一个很简单的方程式,现在我 们称为“德瑞克方程(drake equation)”,来计算存在其他生命的可能性。通过这个方程计算并乐观地推断,在我们银河系中存在着大量的智能生命,而我们能否找到他们则完全取决于文明能够进行星际探索的年限。方程式非常容易理解,所以别担心,即使是你的数学不是你的强项也没关系。方程式是这样的:

n=r*f(p)*n(e)*f(l)*f(i)*f©*l

“n”代表的是在我们的银河系里面可以沟通的文明的数量,它取决于很多因素。  

“r”代表在银河系中“合适的”恒星形成的速度。  

“f(p)”代表有行星的恒星的比例。  

“n(e)”代表在每个恒星的行星中存在着合适的生物圈的恒星的数量。生物圈是指在恒星的一 定范围之内的,并且适合于生命形成的环境。离恒星太近,就会太热;而离恒星太远,就会太 冷。  

“f(l)”代表那些能够让智慧生命进化发展的行星的分数(比例)。  

“f©”代表那些行星上的智慧生命能够达到一定的科技并且试图和外界交流的的行星的分数 (比例)。 “l”代表智慧的,可交流的文明所存在的时间的长短。 让我们简要的看一下这些因素,试着用一些比较合理的数字来代替他们。

虽然毫无疑问的,“合适的”恒星的形成的速度要比银河系的形成要快的多,我们现在仍然可 以“看到”新的恒星的诞生。让我们看一看这些美丽的图片,他们是哈勃太空望远镜(hubble telescope)拍摄的天鹰座星云(eagle nebula)和猎户座星云(orion nebula),这些星云被称为 “恒星的托儿所”。在这里,巨大的星云气体坍塌形成恒星。一个比较好的关于恒星形成速度 的数值是每年20 颗恒星,所以r=20。

许多这样的星云都会自转。随着他们的坍塌,星云会越转越快,就象滑冰运动员举起她的胳膊 时一样越转越快,这样会形成碟状的气体团。在碟状气体中心,会形成主要的恒星;逐渐向外 侧,小的气体漩涡会形成行星。到目前为止,我们还没有证据表明发现了太阳系以外的行星。 最近几年,有一些由天文学家组成的小组声称发现了围绕邻近的恒星运转的行星(见与geoff marcy和didier queloz的访谈录)。这些令人兴奋的发现增加了其他行星围绕其他恒星运转的 可能性。我们可以估计一下,由二分之一的恒星是由行星的,而另一半的恒星是双子星系统, 所以f(p)=0.5。

n(e)这个参数有点儿麻烦。小型恒星一般是红色且温度比较低的。行星需要运行在离恒星比较 近的轨道上才能处于恒星的生态圈内。而且这种生态圈的范围都比较窄,就象桔子皮一样,能 过留给行星的空间很小。如果行星的轨道离恒星比较近,他们通常都是被“固定”住,永远是 行星的一面对着恒星。在这样的行星上,背对恒星的一侧会及其寒冷,不可能会产生生命。另 一方面,大型的,蓝色并温度比较高的恒星具有比较远和宽的生态圈。当然,从太阳系的情况 来看,行星之间的距离进一步增加了他们到恒星的距离,所以所谓的比较宽的生态圈也由于这 种情况而不存在了。恒星越大,它的能量就消耗的越快,它存在的时间就不会很长。它们的寿 命是如此之短,以至于在它们形成新星或超新星并自我毁灭之前,生命都还没有产生。在我们 的太阳系里,以中等大小,黄色的太阳为中心的生态圈里面,有两颗(地球和火星)或者三颗 (金星)行星。那么处于“生命区”或者说生态圈(ecosphere)里的行星数量的保守估计是 1,所以n(e)=1。  

下一个参数,f(l)的定义是比较困难的。问题在于,我们只有很少的有关行星可以适合于生命进 化的例子。如上面提到的,金星,地球和火星都应该具有合适的环境和条件。我们知道,在地 球上发生了生命的进化,而且似乎现在也有证据表明数十亿年前火星上就存在着简单的生命形 式。这个参数的保守估计是0.2,或者说五分之一的行星上具有可以让生命进化的合适的条件。 所以,f(l)=0.2。

孕育智慧生命
究竟有多少这样的星球能够孕育智慧生命?这是一个很难回答的问题。但是如果我们真的相信 自然选择和适者生存的话,几乎所有的科学家都会认为这个数字应该是百分之百。也就是说, 智慧生命是自然进化的结果。当然,我们只有一个这样的例子,那就是地球。所以,f(i)=1。

有多少智慧生命将会发展科技并用来与外界沟通?如果我们观察一下地球,我们会发现人类正 在做这样的事情;但是我们也同时可以看到鲸鱼和海豚,它们也拥有一定的智力,但是它们却 从来没有发展它们的科技。我们可以初步估计这个数字为0.5,即f©=0.5。


最后,我们要看看最难决定的参数了。“l”代表的是一个具有高度发达科技和可以沟通交流 的文明所持续的年数。人类也不过仅仅处于进化的这一阶段中大约50年。难道发达的文明在发 展科技到一定程度之后就会毁灭自己吗?还是它们结合在一起在问题发生以前就解决它了呢? 现在我们先不用数字来代替“l”,让我们先代入其他数字,看看我们可以得到什么。

n=r*f(p)*n(e)*f(l)*f(i)*f©*l

n=20*0.5*1*0.2*1*0.5*l

结论
将所有的数字都代入等式,我们就得到了n=l。换句话说,在银河系里,智慧的可以沟通的文明的数量就等于这样的文明存在的年数。我们所用的计算方式至少给我们了一些很有意义的启示。很多科学家认为,如果一个文明能够在开始就克服科技发展而带来的毁灭自己的趋势,那么这个文明可能会持续非常长的时间。我们希望那些科学家是正确的。在任何情况下,文明至少应该持续50年(这也正是我们所开始经历的50年),而且如果文明可以存在上百万年的话,那么我们有可能能够寻找到上百万个文明。
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