为什么我们无法看到地外智能的迹象,这可能就是原因

213网 2019-11-20

为什么我们无法看到地外智能的迹象,这可能就是原因

20世纪40年代,匈牙利裔美国科学家约翰·冯·诺依曼(Johnvon Neumann)发展了一种数学理论,解释机器如何无止境地自我复制。这项工作产生了“冯·诺依曼探测器”的想法,这是一种自我复制的星际探测器(SRPs),可以用来做从探索宇宙到播种生命和干预物种进化的一切事情。

一些人自然而然地提出,这是SETI研究的一个重点,这需要在我们的银河系中寻找自我复制航天器的迹象。但是,就像这些建议一样,费米悖论最终通过问一个古老的问题--“其他人都在哪里?”--来重申自己的观点。如果有外星文明存在,为什么我们还没有找到任何证据来证明他们的自我复制的星际探测器呢?

英国圣安德鲁斯大学(University of St.Andrews)外行星科学中心(Center For ExoPlanet Science)研究员邓肯·H·福根(Duncan H.Forgan)表示,答案可能是这些探测器最终演变成了捕食者探测器。最后毁了他们自己。福根在一项名为“自我复制星际探测器中的捕食者-猎物行为”的研究中提出了这一论点,该研究最近在预印在线上发表。

自我替换机器的想法由来已久,其引用可以追溯到17世纪的哲学家勒内·笛卡尔(René Descartes)。根据一则流行的轶事,笛卡尔与瑞典的克里斯蒂娜(Christina)女王说,人体本质上是一台机器。据说女王指了指附近的一座钟,命令笛卡尔说:“一定要让它繁衍后代。”

然而,正是约翰·冯·诺依曼(Johnvon Neumann)首次提出了一种能够自我复制的运动学机器的概念框架。在1948年和1949年的一系列演讲中,他分享了一种机器的概念,这种机器利用存储在内存磁带中的程序,使用一个备件库房来制造相同的机器。

一旦完成,汇编程序将其内存磁带的内容复制到复制品的内容上,然后该复制品将根据相同的设计开始构建另一台机器。这些想法后来在1955年的“科学美国人”杂志上发表了一篇文章,题为“被视为机器的人类”(由另一位著名的匈牙利裔美国科学家约翰·G·凯门尼(John G.Kemeny)撰写)。

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冯·诺依曼(Von Neumann)后来改进了这一建议,开发了一种基于在细胞水平起作用的自动机的自我复制器模型,以指数方式和无限方式复制自己。理查德·费曼(Richard Feynman)1959年在加州理工学院举行的美国物理学会(APS)会议上发表了一篇演讲,进一步阐述了这一观点。

这个讲座将激励埃里克·K·德莱克斯勒(Eric K.Drexler,被称为“纳米技术之父”)在他著名的1986年的著作“创造的引擎:纳米技术的未来时代”中提出他对分子组装的想法。这些研究和其他研究表明,无休止的自我复制机器是一种可能性,这自然产生了一种观点,即先进的地外智能(ETI)可能已经做到了这一点。

这就是自我复制的星际探测器和费米悖论的作用所在。

福根博士解释说:“主要的重点是,如果能够制定自我复制的星际探测器计划,他们应该能够在大约一千万到一亿年内探索银河系。这比地球的年龄短得多,所以在所有条件相同的情况下,如果自我复制的星际探测器可以被制造出来,那么银河系很有可能已经被充分地探测过很多次了,而探测器现在应该在太阳系中。但我们没看到!那么,为什么我们看不到自我复制的星际探测器的迹象呢?”

为什么我们无法看到地外智能的迹象,这可能就是原因

这确实是一个有效的问题,一些科学家认为这个问题在“奥陌陌(Oumuamua)”驶过太阳系时得到了解决。在分析了它的奇怪行为后,哈佛-史密森理论计算研究所(ITC)的希穆尔·比亚利(Shmuel Bialy)和亚伯拉罕·勒布(Abraham Loeb)认为,“奥陌陌可能是一艘太阳帆或星际探测器的残余物。”

不幸的是,随后的分析表明,这个神秘的物体很可能是一颗解体的彗星的碎片。虽然对许多人来说这是一个令人失望的来源,但“奥陌陌”在研究方式上的启发却令人印象深刻。报告还强调了寻找地外智能证据的难度。这就是为什么福根测试的理论如此吸引人的原因。

是不是我们没有看到地外智能的证据,因为证据正在积极地消除自身(至少就自我复制的星际探测器而言)?为了验证这一理论,福根博士应用了基于洛特卡-沃尔泰拉方程(Lotka-Volterra equations)的模型到自我复制的星际探测器(SRPs)的理论种群。这些方程通常用来描述两个物种相互作用的生物系统的动力学。

在这种情况下,方程被重新定位,以描述如果这些探测器中的一些开始疯狂运行并开始消耗自己,将会发生什么情况。正如福根解释的那样:

“解决自我复制的星际探测器缺乏的一种方法是,自我复制的星际探测器在繁殖过程中发生突变,并进化为多个物种。如果一个物种捕食其他的探测器,那么总的种群就会减少,而探索的努力就会失败。我用经典的捕食者-猎物生态模型来研究这个解,这个模型以前从未被应用到星际尺度上。这有点像研究多个岛屿的生态,捕食者和猎物是可以飞到附近岛屿的鸟类。”

幸运的是(或不幸的是,取决于你的观点),福根的模拟结果表明,如果一些自我复制的星际探测器发生故障,并像捕食者探测器一样工作,那么总数量将不会受到太大的影响。简而言之,捕食者探测器探测器将找到生存的方法,这在很大程度上要归功于它们的繁殖能力。

他说:“我发现,即使有捕食者在场,探测器的总数量也可以保持在很高的水平。这似乎是真的,不管我对捕食者有多‘饥饿’所做的假设如何,也不管探测器是如何围绕银河系移动的。”

当然,这些发现对自我复制的星际探测器假说以及它与费米悖论的关系有着重要的意义。而且,如前所述,它们可以被看作是好消息,也可以看作是坏消息。一方面,它挽救了可能有外星探测器等着我们去发现的想法。另一方面,它提出了一个问题,为什么我们没有发现其他生命,从而重申了讨厌的费米悖论。

福根教授认为:“对我来说,这使自我复制的星际探测器的论点比以往任何时候都更加有力。它使得一种可能的解决方案(捕食者-猎物解决方案)作为从银河系移除自我复制的星际探测器的一种方法变得更加不可行。我们将不得不更加认真地思考,为什么我们在地球以外看不到智慧生命的迹象。”

不管是好是坏,费米悖论仍然是正确的。对于许多SETI的研究人员和爱好者来说,很多希望都寄托在未来几年的下一代太空望远镜的部署上。其中包括期待已久的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)和广域红外太空望远镜(WFIRST),以及哈勃、开普勒、斯皮策和其他望远镜的精神和科学继承者。

也有地面阵列,如极大望远镜(ELT)、三十米望远镜(TMT)和巨型麦哲伦望远镜(GMT),将在2020年代开始运行。随着这些仪器的灵敏度和分辨率的提高,科学家们期望对宇宙和存在于本星系中的许多系外行星有更多的了解。

为什么我们无法看到地外智能的迹象,这可能就是原因

美国宇航局的广域红外巡天望远镜(WFIRST)将捕获哈勃质量的图像,覆盖的天空比哈勃大100倍,从而使宇宙进化研究成为可能。它的日冕观测仪将直接为系外行星成像并研究它们的大气层。

当我们继续使用这些改进的仪器寻找地外智能的迹象时,我们总是可以让自己放心,宇宙是一个非常,非常大的地方。正如已故伟大的卡尔·萨根(Carl Sagan)所言:“如果我们在宇宙中是孤独的,那肯定是对空间的极大浪费。”

或者,如果你更喜欢对事物采取模棱两可的看法,最好记住已故阿瑟·C·克拉克(Arthur C.Clarke)的话:“有两种可能性:要么我们在宇宙中孤独,要么我们不孤独。两者都是同样可怕。”