科学星|外星人存在的概率有多大？德雷克方程可以计算什么是德雷克方程德雷克方程的意义计算结果宇宙考古学

_本文原题：外星人存在的概率有多大？德雷克方程可以计算
宇宙茫茫，人类是不是孤独的，这是每一个人都想知道的问题。为了寻找外星人，科学家们想尽了一切办法，比如我们前几期刚提过的突破聆听计划、我国的FAST天眼，都是希望能够找到外星人的蛛丝马迹，让人类不再孤独。
除了这些方法之外，美国天文学家法兰克·德雷克在1961年提出了著名的德雷克方程，借此计算外星人存在的概率。你可能会纳闷：怎么，现在找外星人都不需要用望远镜找，直接拿数学公式计算就行了？别急，咱们慢慢介绍。
什么是德雷克方程德雷克方程，又叫德雷克公式，也叫萨根公式、绿岸公式。除了德雷克本人以外，已故著名天文学家卡尔·萨根也参与了相关的研究。
德雷克方程的表达式，是N=R*×Fp×Ne×Fe×Fi×Fc×FL

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这个方程乍看起来很复杂，其实我们简单解释一下，就比较容易理解了：
N：就是我们要计算的数据，即银河系内我们可能搜索到的系外生命数量。
R*：银河系形成新恒星的平均速率
Fp：拥有行星的恒星占恒星总数的比例
Ne：行星的环境适合生命出现的可能性
Fe：宜居行星上出现生命的概率
Fi：外星生物演化出智慧生命的几率
Fc：智慧生命掌握向外太空发射信号的可能性
L：智慧生命能够持续向外太空发射信号的时长

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从德雷克公式中我们可以看出来，这个公式大致上是统计了所有可能影响我们发现系外生命的因素，然后综合计算了我们发现系外生命的概率。而这种系外生命，至少是和我们差不多或者更先进的文明，才有可能发射出信号让我们接收。
德雷克方程的尴尬
看起来我们只要掌握了这些变量，那就可以计算出来我们找到系外生命的概率了。可是，最尴尬的问题，恰恰在于我们对这些变量没有什么把握。
以银河系的恒星平均增速为例，我们很难能够统计出准确的数字。尽管目前的观测可以给我们一个大致可靠的范围，但是鉴于我们对于银河系的范围、恒星数量等因素还不完全了解，因此这个数据是很难判断是否准确的。

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至于后面那些项，就更不用说了：谁能知道宜居星球有多大概率孕育生命呢？系外生命能演化出人类这样的智力又有多少可能性，谁又说得准呢？
德雷克方程的意义那么，德雷克方程到底有什么意义呢？难道我们费这么大劲，就只为了搞出这么个“花瓶”？
当然不是。
实际上，德雷克方程更大意义上是帮助人们确定寻找系外生命时需要考虑哪些要素，给人类以指导意义。它所给出的，更多的是预言，而不是结果。
举一个例子：你可能还记得，我们开篇的时候提到过，德雷克方程提出的时间是1961年。可是，你要知道，人类第一次发现系外行星，是在34年后的1995年！

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德雷克方程的表达式不是神圣的，因为就像我们说的，其意义并不在表达式本身。实际上，这个表达式也并非最初的表达式。德雷克在提出这个方程的时候，并没有R*和L这两项，它们分别是通过取代Ng和FL两项才出现在这个方程里的。其中Ng代表的是银河系内恒星的数量， FL是智慧生物持续时间占行星生命周期的比例。显然，由于恒星有的新有的老，孕育生命的概率不同，所以单纯地利用恒星数量来计算可能孕育的生命数量是不准确的，所以才用R*来表示， L取代FL也是同样的道理。分页标题
这也不是终点，还有很多人在不断修正德雷克方程。如果你仔细看最上面的图，会发现图的下方还有一个公式：A=Nast×Fbt ，其中Nast表示的是宇宙中的宜居行星数量， Fbst表示的是行星孕育出发展科技的物种的概率。
计算结果话说得再漂亮，也不足以满足大家的好奇心。既然你想知道，咱们就凭着现有的数据，硬生生计算一下吧。

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华盛顿大学的伍德拉夫·沙利文和罗彻斯特大学的亚当·弗兰克曾撰文表示：我们可以走“悲观路线”来推测系外生命存在的可能。换句话说，我们把所有的因素都取最低的概率值进行计算，如果宇宙中系外行星的数量和这个概率的乘积大于1 ，那么就可以认为一定有系外生命存在。
因此，上面我们最后提到的修正表达式就起作用了：Nast正是宇宙中宜居行星的数量， Fbst就是宜居行星孕育出有科学技术的智慧生物的可能性。二者的乘积为A ，如果A＞1 ，那么，我们就可以乐观地认为：我们在宇宙中并不孤独。
Nast的计算
我们按照宇宙中有2000亿个星系、每个星系有2000亿颗恒星来算，那么宇宙中一共有400万亿亿颗恒星。有统计数据表明，银河系内平均每颗恒星有1.6颗行星，那么宇宙中一共有640万亿亿颗行星。

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接下来，我们取2018年3月为止的数据。当时人类确认的系外行星为3708颗，其中53颗比较可能是宜居行星， 13颗行星的情况更乐观一些。既然走悲观路线，那就取后者。计算一下，宇宙中的宜居行星数量大约为22438亿亿颗。也就是说， Nast≈2.2438×10^20 。
Fbst的推测
因此，如果想要A＞1 ，就需要Fbst＞1/（2.2438×10^20）。也就是说，只有宜居星球上出现智慧生命的概率低于2万亿亿分之一，才可以推测人类在宇宙中独一无二的结果。
弗兰克说：“一万亿分之一确实很小，但对我来说，这意味着系外生命很可能已经发展到我们前面了。你想想，这个一万亿分之一的数量级是最悲观的推测。对于地球来说，这一万亿分之一的事件已经发生一次了，那么放眼全宇宙，这种事恐怕已经发生10亿次了！”
这还只是悲观主义的计算方法，如果用乐观的方法来计算，结果就不一样了。

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由于人类技术有限，发现的系外行星中气体巨星的比例会比宇宙中实际比例要高。因此，岩石星球是否会比刚才我们给出的数据要高呢？另外，对于红矮星这些小型恒星来说，孕育生命的概率要比红巨星高得多。弗兰克和沙利文就表示：如果单纯看红矮星，可能Nast 的取值能达到600亿分之一。那么，系外智慧生命存在的概率将大大增加。
另外，很多人也意识到：宇宙生命未必都像我们一样是碳基生命，还可能是氨基生命、硅基生命……不同的生命对于环境的要求不同，比如氨基生命，可能更适应超低温度的环境，所必需的大气环境也不一样。虽然我们目前不知道这样的生命是否可以真的存在，不过这也增加了系外生命的可能。
宇宙考古学沙利文表示：“与其追问现在宇宙中是否还有其他智慧生命，我们应该问：‘宇宙中出现过多少智慧生命？’”
他还说：“宇宙已有超过130亿年的历史了，这意味着即使我们自己的银河系中有上千种文明，只要它们存在的时间与我们存在的时间差不多（大约一万年），那么所有这些文明都可能已经灭绝。当某些文明灭绝很久之后，它所在的星球才有可能孕育新的智慧生命。如果我们能找到现在还在的系外文明，那么平均而言，他们存在的时间很可能比我们长得多。 ” 分页标题

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他和弗兰克都认为：弗雷克方程和他们二人的修正版，对于人类本身也有重要的意义。如果外星生命真的都是发展之后灭绝了，那么每一颗星球上一定有文明发展的瓶颈期。那么，这个瓶颈期在哪呢？会是像我们这样经过一万年的发展，遭遇环境破坏、气候恶化的吗？如果真的有这样的瓶颈期，我们应该如果度过这道难关呢？
他们相信，一定有些文明至少可以度过我们目前面临的困境的。对于我们来说，要么找到学习他们的方法（目前看不太可能）、要么引以为戒，未雨绸缪，防止瓶颈期真正到来，给我们带来伤害。人类的科技发展，必须着眼于未来。如果目光过于短浅，只能看到现在，那么我们很可能就会像其他那些可能存在的外星文明一样，消失在茫茫宇宙了。