汪诘科学有故事系列:时间的形状+星空的琴弦+亿万年的孤独（套装共3册）

第八届文津奖获奖图书《时间的形状》

作者汪诘又一科普力作

地球以外是否存在智慧文明？费米悖论该如何破解？霍金为何发出不要试图与外星人联络的警告？

网络点击超 1000 万，用科学的态度为你讲述与地外文明相关的所有话题

修正有关外星人的种种谣传和误解

满足你对外星人的所有好奇

真的有外星人吗？

人类为什么要寻找外星人？

外星人到访过地球吗？

谁拍摄了“解剖外星人”录像带？

“罗斯威尔事件” 是谁的阴谋？

人类给外星人送了什么礼物？

主动给外星人打招呼竟然是“作大死”！

你听说过搜寻外星人国际公约吗？

地球毁灭的原因竟然是外星人入侵？

人类已经拥有了拯救地球的超级英雄？

如何加入国际小行星预警小组？

和平利用外层空间委员会又是什么神秘组织？

要么甘于寂寞，要么自取灭亡，地球人真的不能和外星人和平相处吗？

我们是谁？我们从哪里来？要到哪里去？我们在宇宙中是孤独的吗？

2016 年，中国天眼建成，

它是全世界*大的单口径射电天文望远镜，

静静地矗立在贵州的深山中，

凝望着宇宙深处，

聆听着来自星辰大海的电波。

它能否为我们找到答案？

本书是人类探索地外文明历史的全纪录，

满足你对外星人的所有好奇。

160多年之前，人类就痴痴地注视着夜空，试图在火星上发现外星人的身影。

160多年之后的今天，世界上*大口径的射电望远镜——“中国天眼”，仍在聆听来自宇宙的声音，期待收到外星文明的呼叫。

在人类探索外星文明的160多年的精彩历史中，经历过无数激动人心的时刻。从历史的角度来说，人类只是在寻找外星人的道路上跨出了一小步，未来之路可能还有很长很长。但是已经跨出的这一小步却是跌宕起伏，充满无数惊喜和失望。

可是，外星人真的存在吗？外星文明究竟是一个已被验证的科学事实还是人类不甘寂寞的一厢情愿？作者以严谨的逻辑来分析外星人存在的可能性，带你深入了解著名的费米悖论。面对这个困扰了无数科学家的世纪难题，直到今天，科学家们仍争论不休。

如果外星人真的来了，带给人类的将会是拯救地球的科技还是毁灭地球的火力？人类文明将如何存续？

汪诘

科普作家，“科学声音”成员。代表作《时间的形状——相对论史话》获第八届国家文津图书奖。另著有《星空的琴弦》《科幻世界漫游指南》等作品。各大网络电台以及有声书平台热门自媒体节目《科学有故事》主播。全国各科技馆、中小学人气演讲嘉宾。

七 宇宙珍稀动物

看来费米悖论仍然是一个悖论，但我宁愿回到更为简洁一点的解释，那就是否定B假定：在宇宙中，像人类这样的文明实在是太稀少了，而宇宙空间又大到不可思议，所以地球文明和外星文明不是不会接触，而是尚需等待。

在宇宙中，像人类这样的生命到底得具备多少严苛的条件才能诞生呢？我们不妨来梳理一下。

太阳

没有太阳就不可能有地球的存在。虽然太阳在银河系中只是几千亿颗恒星中的一颗，但并不是每颗恒星都能造就像地球这样生机勃勃的行星。首先，太阳的质量不能太大。根据我们已经掌握的恒星模型，虽然质量越大的恒星拥有的核燃料氢也越多，但热核反应的速度也越快。太阳的质量可以稳定地燃烧100亿年左右，而目前仅仅燃烧了50亿年。当一颗恒星进入到稳定的热核反应阶段时，我们称之为恒星的主星序阶段，这颗恒星就被叫作“主序星”。一颗比太阳质量大70倍的恒星，主星序阶段仅仅能维持50万年左右。哪怕是只比太阳质量大10倍的恒星，主星序阶段持续的时间也只有数百万年而已。而我们都知道，地球首先要经过10亿年才能慢慢冷却成为允许生命诞生的行星，再经过10亿年产生海洋、大气等生命的温床以及最基本的生命形式，之后还要经过20多亿年才能从单细胞的生命进化成人类这样的智慧文明。阿西莫夫认为，我们必须要能够在主星序至少待上50亿年，这是文明发展所需要的最短时间。那么，如果以50亿年为标准来计算，我们可以得出结论，凡是大于太阳质量1.4倍以上的恒星都不可能孕育文明，或许能出现生命，但不足以进化出像人类这样的技术文明。我们每天晚上都能在头顶见到的那颗明亮的天狼星，他的主星序只能维持5亿年左右，因此我们不能指望在天狼星系里找到智慧文明。

太阳的质量也不能太小。如果太阳的质量很小，那么地球为了获得足够的热量，就必须要离太阳近得多。太阳对地球产生的潮汐效应将会非常显著，这种潮汐效应的最终结果是使得地球的自转周期用不了多久就和公转周期一致。所谓的潮汐效应就是由于万有引力随着距离增大而衰减，因此月球对地球“正面”和“背面”的引力不一致，面对着月亮的地球水域就会鼓起来一点，又因为地球不停地自转，当鼓起来的海水转动到海岸时就形成了大潮水。人们把这种引力差称为潮汐力。所以，潮汐效应的实质其实跟潮汐没有关系，只要是两个互相靠近的天体，就会由于万有引力的大小不均衡产生“潮汐力”。由潮汐力所引起的天体上岩石的膨胀和摩擦会最终转换成热量释放掉，在能量守恒规律的支配下，天体只能不断减慢自转速度来补偿损失的能量。潮汐效应的结果是，小的星体最终会固定一面朝向它绕行的大天体，这是康德最早在1754年就提出来的。康德解释了为什么月亮永远只有一面对着地球。在人类后来对火星卫星和木星卫星的天文观测中，也证实了康德的这个理论。那么，地球为什么现在还没有永远把一面朝着太阳呢？原因就在于太阳离地球相对较远，潮汐效应比较弱，地球存在的这40亿年时间还不足以使得地球的自转周期和公转周期一致。但是我们精确的测量结果已经证实了，地球的自转速度每天都在减慢0.000000044秒，相当于每100年会减慢0.0016秒。根据对古生物年轮的精确测量，我们也可以计算出，10亿年前的地球，一天是21小时，而不是现在的24小时。因此，我们可以得出结论，如果太阳的质量比现在小很多的话，那么地球很快就会变成永远有一面是白天，一面是夜晚。永远是白天的那面会慢慢累积太阳的热量，使得所有的海水都沸腾。而永远是黑夜的那面则会寒冷得让所有的水都永久冰冻。在这样冰火两重天的地球上，很难想象可以进化出人类这样的技术文明。太阳还必须是一颗第二代恒星，才有可能孕育生命。早期的宇宙，只有氢这一种元素，当氢元素慢慢聚集到足够多的时候，由于压力产生高温，最终点燃了热核反应，氢燃烧成了氦，于是宇宙中最初的恒星诞生了。此时，在第一代恒星系中仅仅只有氢和氦这两种元素，显然是无法孕育生命的。一颗质量介于太阳8到25倍之间的恒星，在生命的最后阶段会以剧烈爆炸的形式结束自己的生命，这就是“超新星爆发”。超新星爆发除了产生巨大的闪光和能量外，还会产生大量的重元素——也就是除了氢和氦以外的所有我们已知的自然界元素，都是诞生于超新星爆发。超新星爆发后会形成星云，也就是散落在宇宙中的气体和尘埃，这些气体和尘埃在万有引力的作用下慢慢聚拢，又形成了新的恒星和围绕恒星运转的行星，这就是所谓的第二代恒星。也只有在第二代恒星的周围，我们才能找到像地球一样的充满重元素的行星，也才有可能诞生生命。在我们肉眼可见的夜晚的星空中，绝大多数恒星要么是明亮的第一代恒星，要么是已经进入暮年的恒星——红巨星。最后，我们的太阳是一个单恒星系统，这又是一个幸运。在银河系中，三分之二以上的恒星都是双星系统，要么是距离很近的两颗恒星互相环绕转动，要么是一颗较小的恒星绕着另一颗较大的恒星旋转。最近的一些研究表明，两个恒星之间的距离至少有50个天文单位（地球和太阳的平均距离为一个天文单位）才可能形成行星。地球的位置地球真是处在一个绝佳的位置，离太阳既不近也不远，平均温度是温暖宜人的20多度，而且刚好允许液态水存在。天文学家把允许液态水存在的区域称为“宜居带”。如果地球离太阳再近30%，就会成为现在的金星。这是一个地狱般的星球，表面温度高达500摄氏度，被一层厚厚的二氧化碳和浓硫酸组成的云包裹着。这样的星球上不可能有液态水存在，更不要说能够发展出智慧文明了。如果地球离太阳再远50%，就会成为现在的火星。表面的平均温度只有零下55摄氏度，别说水了，连二氧化碳都冻成了干冰。或许火星上能够出现低等微生物，但是在这样严苛的环境下，想要出现人类这样的智慧文明是几乎不可能的。

一颗行星仅仅是处在了宜居带还不够，还必须要能够稳定地待在宜居带里至少长达几十亿年才足以进化出智慧文明，这就是所谓的“持续宜居带”的概念。一颗行星要能够位于宜居带，本已是相当不容易的事情，能够位于持续宜居带就更是难上加难了。1978年，天体物理学家迈克尔?哈特做了一个模拟计算，如果地球与太阳的距离再远1%，在地球演化史上将会出现一个不可逆转的冰期，会越来越冷。而如果距离再近5%，它也可能出现一个不可逆转的温室状态，会越来越热。假若地球的轨道更扁一些，上述的距离限制会更加严格。虽然哈特的计算也遭到一些学者质疑，但也不过是对这个百分数在个位数字上的质疑。如果我们把太阳系比作一个足球场的话，那么你用一把美工刀在足球场的中心区域刻一条细细的划痕圈，这个圆圈就相当于宜居带了。一颗行星要想恰巧落在这样一个宜居带中，显然是一个非常小概率的事件。