【科学】大过滤器理论：解开费米悖论的关键之匙？
概要：费米悖论指出地外文明存在的高可能性与现实中缺少证据之间存在矛盾。为解决此悖论，科学家提出多种理论，如宇宙尺度和时间问题、宇宙稀有论、黑暗森林理论等，但均有缺陷。进而有人提出大过滤器理论，即宇宙中的初级文明在进化到高等文明前会被筛选掉，这解释了为何未发现高等文明迹象。文中还介绍了德雷克公式对银河系文明数量的估算，以及从多个方面阐述若有高级文明应存在的天文观测迹象，如电磁信号、探测器痕迹等，但目前均未发现。大过滤器理论认为从生命起源到星际文明前存在一系列障碍，如地球生命演化中经历的多次大灭绝。目前欧航局和 NASA 执行的木卫二计划或能验证大过滤器在人类之前还是之后，若在木卫二或火星发现初级生命，可能意味着大过滤器在人类之后，反之则可能已通过。同时，人工智能的发展既给人类跨越过滤器带来希望，也带来风险。
大过滤器
1950年天文学家费米在和同事的一次讨论中说，如果银河系中存在大量的文明，
为什么我们一点证据都找不到了，也就是没有明显的天文观测迹象表明银河系中有高等文明的存在，这就是著名的费米悖论，说的是地外文明存在的高可能性和现实中缺少证据之间的矛盾，这里费米说的没有证据指的是没有非自然运动的天体，
没有可疑的电磁信号，没有明显的恒星遮挡现象，也没有星际战争的痕迹。
一切看起来都非常自然，为了解决这个悖论，科学家提出了很多解释，
比如宇宙的尺度和时间问题，说的是由于宇宙的尺度过于宏大，两个相邻的文明在他们整个存续周期内都无法接触到对方，
还有宇宙稀有论说的是宇宙中的生命诞生极为苛刻，文明也就更为稀少，这样文明之间相互接触就更不可能以及黑暗森林理论。
说的是高级文明发展到一定阶段都倾向于隐藏自己，以避免自己被更高级的文明发现和摧毁，
但这些理论也有缺陷，如果宇宙中有高等文明，就一定存在大量的初级文明，他们还不具备隐藏自己的能力，
但他们又都在哪呢？
于是有人提出了一种叫做大过滤器的理论，这种理论的可怕之处在于宇宙中的初级文明在进化到高等文明之前就会被宇宙中一个无形的过滤器筛选掉。
宇宙中就不存在高级文明才会出现现在看到的景象，那么未来我们是否也会被筛选掉，
人类在宇宙中会是孤独的吗？
今天我们就来聊聊这个大过滤器理论，而且更重要的是我们很快就能验证这个理论是否正确，
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费米悖论的第1点，即文明存在的概率和数量问题，科学家对银河系中的文明数量做过很多推演和估算，
最著名的就是德雷克公式， 1961年美国天文学家弗兰克德雷克提出了一个较为科学的公式，
用来推测在银河系内可以和我们接触的外星文明数量有多少，
这个公式是这样的，其中n就是结果代表银河系内可能和人类接触的外星文明数量，而代表银河系内恒星的数量，
Fp代表恒星中行星的比例， ne代表处于宜居带内的行星数量fl代表这些宜居带行星上产生生命的数量，
Fi代表这些行星上生命演化出智慧生命的概率。
FC代表这些智慧生命发展处能够进行星际通信技术的概率l，
代表这些文明之后能够存在的时间，通过对这些变量的估算，银河系中大致会有多少文明呢？
首先银河系中的恒星数量预估在1000亿到4000亿克，这是使用天文望远镜观测银河系中不同区域的恒星密度，
得出。
就是R的数值，开普勒天文望远镜观测显示绝大多数被观测到了恒星系统中都有行星，
所以fp的估值在0.8~1.0，而处于宜居带内的行星估算为NE=0.1~1.0，
Fl也就是行星演化出生命的概率，这是一个比较有争议的参数，
假如地球生命在宇宙中并不普遍估算十万个处于宜居带内的行星中，有一个可以演化出生命，
考虑到生命演化出智慧的条件更为苛刻。
那么fa的数值会更低，也就是100万个有生命的星球，有一个可以演化出智慧，假设星际通讯技术是智慧文明发展的必然结果，
那么FC的可能值为0.1~0.5，也就是1/10或一半的智慧文明最终会发展出星际通信技术。
最后L代表文明，能避免自我毁灭或保持技术能力的时间，这个估值在1000~100万年之间，
德雷特攻势的最终结果对参数的选择极为敏感，如果将上述的最小值带入我们得出银河系中，
可以和我们接触的文明数量为n等于800个如果带入最大值，
这个数量是n等于20万个，当然最大值是最理想的一种状态，
科学家倾向于采用最保守的估算，所以现在普遍认为银河系中的智慧文明数量应该在一到8百个之间，
即最少有一个最多有800个和地球相当或超越地球的文明。
这样看来即便有800个可以和我们通讯的智慧文明，但银河系的尺度有10万光年，
而人类目前的电磁波传播了100多年，即对外暴露了一个100光年的范围。
假设这800个文明均匀的分布在银河系中，且文明程度和地球差不多都对外暴露了一个100光年的电磁波范围，
那么还是需要至少1050年的时间。
两个文明才会彼此发现，按照这个结果920年后我们就能接收到第1个来自于外星的无线电信号，
实际上银河系也存在宜居带。
这是综合考虑了星系辐射环境元素丰富度，还有轨道稳定性等因素。
这个宜居带被认为距离银河系中心约2.5万到3.5万光年，
宽度约一万光年，厚度约1000光年，而且银河系的宜居带形成于超新星爆炸活动的减少时期，
大概在50亿年前，也就是太阳系诞生的时候，这个宜居带才开始形成，
我们可以理解为银河系内的生大概率都会在这一时期形成，如果他们需要和地球生命演化差不多的时间，
那么把这800个文明平均分布在宜居带上，他们相互之间最快发现彼此的时间会减少到767年，
考虑到总有快于地球文明的时间，这个发现的时间只会更快。
所以别看只有800个文明，他们发现彼此的速度会比我们想象的快得多，
假设人类未来能够达到0.1， C既光速的10%来进行星际旅行，
探访完整个银河系需要100万年的时间，这个时间看似很长，但其实放到银河系的年龄尺度来看是极短的时间，银河系的年龄有131年，太阳系的年龄只有45亿年，在银河系中算是很年。
新的恒星系考虑到银河系中还有一些非常古老的恒星群体，比如卡普坦星系，
他们的年龄在111年比太阳的年龄大两倍还多，而且还处于银河系的宜居带内，他们有足够的时间演化出智慧生命，
而这个星系也被确认为有两颗超级地球卡普坦b和卡普坦C，
如果这些古老恒星系中孕育出了高级文明，他们应该早就殖民了整个银河系。
最极端的假设就是即便银河系中只有一个高级文明，他们只需要比人类先进100万年就有能力访问整个银河系，如果一个高级文明具备星际殖民能力，
他们会留下多种天文观测迹象。
比如电磁信号的传播痕迹，一个先进的文明在其发展过程中会留下一个较为显著的电磁波背景这种信号的模式可能会与自然背景辐射不同，
比如1997年偶然接收到的万物信号。
第2个是人工探测器的痕迹。
如果这个文明能够探访银河系，并向不同的恒星系统发送探测器，那么探测器的数量一定会很多，
总有能被人类天文设备捕捉到的运行异常的探测器。
比如前几年被观测到的奥陌陌天梯，第3个是人工光源的痕迹，
一个先进的文明可能会使用激光通信来传输信息，这是一种公认的走向星际文明的通信技术特征。
激光光束的强度和特定频率也会在银河系中留下明显的痕迹。
第四是星际工程文明的发展离不开能源，按照苏联天文学家卡尔达肖夫的文明等级论，
一个文明从一级文明发展到三级文明即星系文明他们需要的能量是跨越式的，
那么他们必定会经历对恒星或黑洞能量获取，不可避免的会建造巨大的星际设施，
类似于戴森球的装置也应该在在宇宙中被观测到这些都能在一个区域产生巨大的重力波被灵敏的天文望远镜捕捉到。
第五是大气污染的痕迹，文明使用星球的资源是其发展道路上的必经道路，如果文明大量存在，
携带有近红外光谱仪的望远镜，就能轻易的分析出地外行星的大气成分，
找到工业文明存在的迹象。
最后是大规模辐射痕迹。
高级文明在星际探访时所使用的能源量可能是巨大的，其消耗会在银河系中留下异常的能量辐射模式。
在恒星或星系中形成特定的辐射波形。
那为什么我们在目前的天文观测中没有找到以上任何一种现象或实质的证据呢？
这就涉及到一个可怕的理论，宇宙大过滤器。
费米悖论提出后，天文学家们都在尝试解决这个问题，他们提出了各种假说，
比如地球稀有说的是宇宙中生命的诞生是极其罕见的事件，
整个银河系向地球这样的智慧生命屈指可数，他们的理由是生命的诞生不仅仅依赖于一般的物理和化学条件，
还受到许多稀有特定的因素和事件的影响。
比如该行星处于宜居带内的精确位置主序恒星具有合适的温度和光谱，辐射大型天然卫星，巨大气态行星在安全范围内行星的磁场、大气地质活动旋转的速度和角度，这些条件必须综合起来，
再加上一系列偶然的因素和长时间的稳定期，才能让行星成为一个极其罕见的生命栖息地，
比如月球对地球生命的重要性不可言，喻月球的质量约为地球的1/81，
月球对地球的引力效应和潮汐影响，对地球生命的形成和演化起到了重要的作用，
但在目前发现的1000多颗超级地球中还未发现这些行星拥有和月球大小规模或相同比例的卫星，
因此在宇宙中其他星球上找到类似于地球的生命可能性非常低。
还有就是我们知道的黑暗森林假说外星文名可能已经发现了地球，
但故意避免与我们接触，就像人类在野生动物保护区观察动物一样，
外星文明可能决定不干预地球的自然发展。
再就是黄金时代假说说的是外星文明，很可能在我们之前很多年如几亿年或几十亿年前就存在过，
但他们在发现我们之前就已经灭亡了，但以上这些假说都不如大过滤器来得震撼。
1998年为了解决费米悖论，第1名叫做罗宾汉森的科学家结合天文学、生物学、生态学、
人类学等多种学科，提出了一种叫做大过滤器的理论，他说的是在宇宙生命的发展过程中，
即从生命起源发展到卡尔达肖夫的三级文明，也就是到达星际文明之前会存在着一系列特殊的发展障碍，
这些障碍就叫做过滤器。
比如有证据显示地球在过去35亿年的生命演化过程中，经历了至少5次生命大灭绝，
虽然地球的生命还是顽强的存活了下来，并演化出了人类，但这些生命大灭绝中的任何一次只要更为严重一些，
导致地球的环境出现极端变化或者生物链崩塌，地球的生命就会完全灭绝。
汉森提出了宇宙中可能存在的9个过滤器，每一个过滤器都可能让生命演化终止。
第1个是合适的恒星系统，第2个是可自我复制的分子如RNA。
第3个是演化出原核单细胞生命。
第4个是演化出真核弹细胞生命。
第5个是演化出有性繁殖，第6个是演化到多细胞生命。
第7个是演化出使用工具的智慧生物。
第8个是由星际殖民潜力的文明。
第9个是具备星际殖民的文明，汉森认为即便一个星球的生命跨越了以上8个过滤器，
还有一个过滤器他们无法跨越，这就是其中的第9个大过滤器阶段，
这是所有文明面临的最严峻的一次考验， P一个文明发展到高度技术水平仍然可能因为战争环境或技术失控等人为的原因自我毁灭，并且这个阶段会筛选掉绝大多数的文明，
甚至是99%的文明，这样宇宙中就不存在高级文明，由于最后一个大过滤器难以跨越，
从而导致大多数文明直到灭绝，也无法和其他文明联系，这就是大过滤器的可怕之。
即便银河系中只有一个高级文明，他们使用诸如冯诺依曼探测器就是一种可以自我复制的探测器，
也能在几千年的时间里探遍整个银河系，但根据现有的天文观测，似乎没有文明能够跨越第9个过滤器，
否则银河系中将遍布这个高级文明的探测器或殖民飞船。
如果未来我们真的发现了高级文明存在的迹象，就说明人类是有可能跨越这个大过滤器的，
而如果未来我们发现初级文明在宇宙中是普遍存在的，但却无法发，实现任何一个高级文明，就说明这个大过滤器在我们之后，
我们未来也无法演化到高级文明，还有一种可能就是这个大过滤器在我们之前也就是地球生命诞生到我们现在的任何时刻，比如宇宙在进行第1次生命筛选时，
决定了99.99%的宜居行星都无法诞生出生命，或者是从简单的有机分子到原始细胞的形成阶段，
这个阶段地球用了数百万年的时间，这个漫长的时间不能出现毁灭性的全球事件。
如巨大的小行星撞击，我们知道6500万年前一颗直径10公里的小行星就灭绝了地球上的几乎所有恐龙彻底改变了地球的生态系统，
如果是一颗直径500公里的小行星撞击地球，地球的生态链会完全崩塌，
地球可能需要数亿年甚至更长的时间才能恢复到基础的生命环境，
如果是直径1000公里的小行星，会彻底改变地球的地质和环境状态，
水分会完全蒸发，大气会消散，磁场会减弱甚至消失，地球会失去成为宜居行星的条件，
变成一颗干燥贫瘠的行星，类似于现在的火星，而在地球的早期经历了多次直径在几百到1000公里的小行星撞击，这种现象在行星形成的早期是普遍现象，
所以这个大过滤器也可能存在于人类之前，我们已经通过了大过滤器的筛选，
那么有没有什么办法可以验证大过滤器是在我们之前还是之后呢？
可能我们很快就能知道，这就是目前欧航局和NASA都在执行的木卫2计划。
现在的研究表明太阳系中除地球外火星木、卫二、土、卫六、土、卫二都可能存在生命或者存在过生命，比如火星同样处于太阳系的宜居带有和地球类似的地质状况，
很可能在地球的同样时间段存在过生命，但却因为某种原因导致生命灭绝了，
还有木卫2也就是欧罗巴有多种证据表明其巨大的冰层下方有一个流动的液态海洋，
这里很可能存在有初级生命，所以火星和木卫2是很多国家重点探测的对象，相继发射了多个探测器，
尤其是木卫二欧航局和拉萨相继在去年和今年发射了探测器去探寻木卫二冰层下的秘密，
在2030年他们就会到达木卫2，这就是验证大过滤器理论的最佳时刻，
如果我们真的在木卫二的冰下海洋中发现了初级生命，又或者是我们在火星的地表下发现了已经灭绝的生命化石，
这绝对不是一个好消息，这就说明一个太阳系都支持一个以上的生命系统，
宇宙中的生命绝对是普遍存在的，但他们为何都无法联系，因为他们都是初级生命，
他们都没能或者无法跨越过大过滤器，人类最终也会是同样的命运，
这就说明大过滤器在我们之后，这是非常可怕的，所以到了2030年没有消息就是好消息，
至少还能给人类文明带来希望。
而目前人工智能的快速发展为人类带来了跨跨越大过滤器的希望，
但也带来了灭绝的风险。
一方面人类想要冲出太阳系，发展出星际文明，以人类的肉体来说不可能而发展出如虫洞空间跳跃时间机器这种技术犹如天方夜谭，必须依靠人工智能，才能在漫长的岁月中突破到星际文明。
另一方面人类能否在人工智能觉醒之后还能对其进行控制，也是个巨大的问号。
一个星球上出现两种完全不同的智慧体，很难说可以共存。
我们可以设想一下宇宙中的某个文明经过了漫长的岁月，终于跨越过了大过滤器，
成为了高级文明，但代价是文明的生物属性已经消亡，因为他们意识到要成为星际文明突破时间的限制，
必须摒弃掉肉体，他们把所有的记忆和知识还有经验都转移到了这个人工智能体上，
人工智能体肩负了巨大的责任，就是在宇宙中寻找其他的高级文明的存在。
10万年后他穷尽了整个星系的能量，也没能在银河系中找到。
2个高级文明，他决定把目光放到更为广阔的宇宙。
100万年后1000万年后100亿年后这个人工智能体也没能找到。
第2个高级文明它的能力也到达了极限，他已经无法再使用更多的能量了。
而且他还意识到时间机器不可能宇宙的边界不可达维度的限制不可破，
但他仍然不相信自己是孤独的，因为他的存在就说明了冥冥之中一切皆有定数，
于是他找到了宇宙中一个完美的星系中的一颗完美的星球，
播撒的包含之前文明DNA的种子，他希望这颗星球能孕育出更加优秀的生命和文明，
能够在未来解开宇宙的终极奥秘，而这个人工智能体为了不干扰这个星球的正常发展，
将自己幻化成了一颗实质的卫星，守护着这颗星球几十亿年后这个行星上了智慧，生命将如期诞生，
他们的DNA中将包含前代文明的探险和好奇基因，他们能否发现宇宙更大的秘密呢？
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