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[自然科学]人类现在有没有可能是宇宙中最高等的文明？ |
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人类现在有没有可能是宇宙中最高等的文明？ 关注问题?写回答 [img_log] 科幻 地外生命 文明 地外文明 宇宙 人类现在有没有可能是宇宙中最高等的文明？ |
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写了这么久了，突然多了这么多赞。我不懂，但我大受震撼… 谢谢小伙伴们的赞扬。也发现部分人看不懂，我就再捋上几遍，尽量做到通俗易懂。 |
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——————— 2万字。（更：现已4万字。写到2万字的时候，才3000赞。）先收藏，部分内容稍微需要思考，尤其是后半部分。不适合速读。其实当小说看也不长。整体科普，少量科幻+魔幻。从头开始读的话，很容易分清那部分是科幻和魔幻。 不要只收藏啊，点个赞呗，顺手关注一下也是可以的。 (?^o^?) 本文原则：有定论的尽量不出错，出错也会定期改，包括数据，不是自己计算，就是有一定来源。没定论的，就别怪我开脑洞了。 当然，开脑洞非常容易被打脸。先说好，我是非常乐意看到被打脸的。那意味着，有什么大事情要发生了。 —————————— 人类 “是”宇宙间最高等的文明，有以下几个可能： 一.没有地外生命。 二.有地外生命但没形成地外文明。 三.有地外文明但没有我们高。 四.有地外文明但大家一样高。 人类 “不是” 宇宙间最高等的文明，有以下几个可能（这部分就不展开说了，相信看完本文，自己就可以展开）： 五、地外文明比地球高，但所有文明都出不来，困死在原来星系。 六、各文明可以出来，但之间无法交流，互相隐藏和毁灭。这部分参考《三体》。或者密度太低，如同大海捞针，彼此找不到彼此。 七、地外文明和我们完全不同，无法被看见听见，无法触碰。不是理解不了，是她站在你面前，你都无法用任何手段让她感受到你的存在。 八、宇宙非常和谐，神级文明比比皆是，大家庭等着地球小朋友的成长和加入。只有地球文明不知道。 —————————— 以下是几种情况的分析。分析起来还是很有趣的。 分析基于现有的理论。各规律宇宙通用，没有神话里传说的世界。总体论调是用已知推测未知，而不是用未知推测未知。 一、 有没有地外生命 生命的诞生，容易不容易?应该讲，不很难。当然这个不难，只是建立在数量大的基础上。只要形成地球差不多一样的环境，生命早晚会出现。 为什么必须是和地球差不多一样的环境？ 其实不是必须的。 以已知推未知，尚可称为伪装成讨论地外文明的科普。以未知推未知，我不如去摆摊算卦。 单纯因为宇宙间规律和物质是一样的。宇宙很大。然而，几百亿光年内，我们还是只发现了极其有限的百多种元素，只算天然的，更是只有90多种。基本上，生命成分要在这90种里面选。 我们经常说碳基生命，那么其它基生命，比如铯基、锶基、锆基、氖基，氧硅铝铁钙钠钾镁氢基，存在吗? 碳这东西，可以形成长链大分子。而且这种长链能编织上氢、氧、硫、氮、氯、磷等元素。我们的DNA，蛋白质，淀粉，酶，甚至多巴胺和内啡肽，其关键元素都是碳。这是其它元素拍十匹马都赶不上的存在。饶是如此，凑够碳基生命的一套零件也算是奇迹。因为怎么看怎么神奇啊。 目前可见的宇宙真没那么多可能， 物质一样，规律一样。宇宙遥远的那边，和这边差不多，就是无限的重复。 科学的一个要求就是：科学必须能被证伪。不是说能被证伪的科学，就是假科学。而是说，如果这东西是假的，一定有手段证明它是假的。 比如说我醒着，这个世界就存在，我睡着，这个世界就暂时消失。当我醒来，你告诉我，我睡着时世界也在。我说，笑话，我醒来你才重启，你的记忆是我醒来的那一瞬间才有的。 这理论就是这么坚不可摧、颠扑不破。但没什么用。不能证伪的东西，是无法和现实真正互动的。有和没有这种理论，无所谓。 就目前人类的认知，唯一能碰瓷碳基生命（我们和病毒都是）的，就是硅基生命了（简单理解为电脑）。 所以我们还是讨论碳基生命这个最大可能吧。放弃最大可能讨论别的，总有挂一漏万的感觉。当然我们不是找“人形”的东西。是找碳基的东西。 如果过意不去，也不影响阅读本文。只需要在心中把本文中的“人”换成“妖怪”等你想换的词即可。 因为任何生命，其适应性都不是万能的。它们的产生条件也都是苛刻的。所以，你也可以套用其它模板。分析起来过程不一样，结果是一样的。除非你认为大多数环境都能形成生命。但显而易见的是，太阳系那么多环境，只有一种环境有生命。 比如地球用水组成的海洋。如果有人就是觉着汽油海洋也能形成生命，可以吗？也不是不行。你把本文里的“水”，替换成“油”，也完全不影响阅读。 只是说，水这东西，在宇宙中，比油常见的多。所以拿水举例好一些。 如果更近一步，不想要液体，想要固体直接形成生命行吗？也不是不行。 水是有机物的制造工、搬运工、组装工。固体大概只能靠风和地质运动。固体产生生命，时间上可能是液体的数亿倍，比如自发生成PN节并组成有用的结构（不懂PN节的，可理解为组成电脑脑细胞的东西），宇宙诞生以来的时间可能不够用。就算产生了，进化也慢。 但是这种生命，一旦进入文明阶段，宇宙航行之类的就难不住他了。毕竟又不需要呼吸。大概还能无代价休眠。 这种生命，有一个更好的启动方式，就是：咱们。咱们先造机器，再赋予强AI，等到机器能制造机器，就没咱啥事了，咱就那边凉快那边呆着。 再发散到其它的种类，比如意识流生命，星云生命，黑洞生命，中子星生命，真空生命，暗物质生命，有点玄学，在下想不出来也就不想了。但也不能说一定没有。 甚至说超脱一切时间、空间，在哪里都能活的“神级生物”，那我只能佩服孔子的“子不语怪力乱神”了。 至于这种思想，会不会耽误人类发现外星人。我想是多虑啦。科学家比任何人更期盼能发现“例外”，哪怕有任何蛛丝马迹，都不会放过。蛛丝马迹这个词还是太大了。这么说吧，哪怕发现一个原子、一个电子行为反常，科学界都会炸锅。不是我们不想找科学规律之外的“例外”，是时刻都想，时刻都在找。谁找到了，谁不想扬名立万都不被允许。上两个个炸锅的，是相对论和量子力学。一直炸到现在。相对论仍是民科最大重灾区。先说好我不歧视也不鼓励民科啊。他们基本不偷不抢不打人不诈骗不犯罪，总是试图和你讲道理。生活中是很可爱的人吧。水变油那种假民科，是侮辱民科。不要搞混了。 还有最关键的是，研究其它形式的生命，大部分人水平和顶级科学家差不多——都不会。也没有正经科学家专门研究这个问题，一定想要100%正确答案的话，到这里就可以结束了，不用往下看了。 这种文章，结论其实是不重要的，看一看权当科普啦。文中一些思维，还是很有意义的。我也尽量用通俗易懂不失精确的语言描述，文中的数据，都是经过考证或者亲自计算的，如有错误，请指出。 产生生命要三个条件：合适的恒星，合适的行星，创世的几率。 一）、合适的恒星： 1.首先恒星要在比较荒凉的地带。主要是为了防止超新星爆发。超新星可是爆发时能量以一敌全星系的存在。 啥意思呢? 就是以1打几千亿啊! 假如你有相同比例的能力，你单挑全球74亿人，而且是他们同时上，连车轮战都不需要（别误会，不是他们车轮你，是你车轮他们），打完感觉这样的地球可以再打几十个。什么王什么宗什么祖什么圣什么飞升的，都不足以形容你，小说都不敢这么写。太嚣张了。 一般超新星爆发后会把周围的恒星炸得面目全非，到时恐怕连细菌都剩不下。这个安全距离大概是25光年。目前银河系每50年爆一颗超新星（根据银河系以及河外星系的观测估算）。 如果离得太近，一次爆发就能使周围行星的液体气体完全消失，永远失去了产生生命的机会。比如银河系最大的星团，半人马座ω星团，其半径80光年左右，有约1000万恒星。25光年内，有50多万颗恒星。大概每2000万年炸一颗。2000万年时间很短 。生命来不及诞生就被蒸发了。 |
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半人马座ω星团，为数不多肉眼可见星团。以前人们认为它是一颗恒星。 这一条已经排除绝大多数恒星：银河系靠近中心的位置，以及各大星团（星团是指恒星数目超过10颗以上，并且相互之间存在引力作用的星群）。甚至星协（比星团联系弱一些的组织）。基本上就忽略文明的产生吧。 这一点我们的太阳得天独厚，因为它处于银河系的荒凉地带。 远离纷争是为争。 2. 恒星不能太大或太小。大了太热，且很快就会烧完变超新星。时间上不够生命演化。太小了不热，行星被冻成冰块。 目前观察，银河系大部分是红矮星，占75%左右。看来我们的黄矮星太阳也是恒星中出类拔萃的哦。【红矮星_百度百科】 不能说红矮星、巨星、超巨星不能产生生命，但有点难度。 红矮星就是最弱的恒星。所以它的行星必须离它很近才能得到足够热量。于是会出现以下危险： 一是离红矮星比较近，容易被潮汐锁定。这样行星一面永远白天一面永远黑天。不利于生存。 二是虽然红矮星看起来弱，但年轻的红矮星非常狂暴。一天几次耀斑，辐射瞬间加几百至几万倍。它的行星必须挺过这段时间，然后才可能出现生命。 三是离的太近，行星大气容易被吹光。这段后面有说明。 红矮星寿命可达几万亿年，如果能挺过早期，生活在那里还是不错的。太阳才100亿年寿命。 3.然后不能是双星和多星系统。《三体》中讲三星系统环境恶劣，实际上还是低估了这种恶劣。首先多星系统中形成行星的可能性比较小。因为多颗星搅和，外围不容易凝聚成行星。就算形成，环境也很难适宜。 比如我们的太阳，爆发大的日珥耀斑，足以对地球造成巨大影响。有理论说多次冰期也和太阳活动强弱有关。如果太阳系是双星系统，唰一下一颗太阳转过来，地球离太阳立马像金星离太阳那么近，烤糊。嗖一声一颗转过去，地球又像火星那么远，冻死。循环折腾。 地球和月球尚且弄的潮涨潮落，何况两颗恒星。两颗恒星自己也会互相影响，有恒星的潮涨潮落，日珥黑子耀斑也比太阳多得多，以及我们没见过的其它现象，都将有着更加巨大的毁灭性的力量——甚至一下吃掉或甩掉地球。 《三体》中的三星也在半人马座。 |
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一个设置了初始条件的三星模拟运行轨迹。两颗质量较大，一颗质量较小。这样还不至于很混乱。真实的半人马座三体比这个还稳定些。 那么双星多星系统多否?很不幸，比我们想象的多，约占三分之一。【国家天文台发现双星比例新解----中国科学院】当然，一个条件仅仅排除三分之一，恐怕是所有条件里排除最少的了。 |
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比较少见的四星系统。由两个双星系统组成。不过它还是有行星的。 其它条件先不考虑了。这样算下来，银河系1400亿恒星，适合产生生命的可能有百分几的恒星。适合产生文明的，也就是38亿年周围没有超新星爆发的恒星，估计千分之一或者万分之一? 二）、合适的行星 然后看行星。挑行星可比挑恒星难多了。 不是每颗恒星都能有行星。比如双星三星系统，行星极大可能被吃掉或甩出去。前边已经排除掉了，我们就不重复考虑了。假设剩下的恒星都有七八颗行星。 1.距离要合适。 距离这个条件其实是比较好满足的。几大行星一字排开，总有一个距离差不多的。但也不能差太多，也许差个百分之几或十几的距离，温度就不合适了。百分之十几就不行了，那么夸张吗？是啊，你看地球轨道都没动，只是地轴斜了一下，夏天热的受不了，才几个月，冬天就冻得受不了了。相邻的金星和火星，一个热死，一个冻死。自古地球也经历了很多冰期，可能就是太阳功率抖动了一下。 （20200823更正:经评论区“斐君子”提醒，此处主要是阳光角度变化引起的温度变化。所以距离极限范围应该还是不那么苛刻的。大气中温室气体多一些，距离就可以远一些。） 离的近了，还有一个重要意义，让去太阳风吹吹氢。否则97%的氢诞生不了生命。所有行星形成之初，都是氢气居多（行星和恒星一样，都是同一片星云形成的，所以成分也是97%的氢）。也不能吹光，吹光了，没有氢，也不会有水了。后期地磁得顶上来，地磁能阻碍太阳风吹掉氢。金星条件就没地球好，被吹光了氢，大气全是二氧化碳（原文很稀薄，经 @天使之翼 指正，更正为很稠密。金星表面90个地球大气压）。 这一条，排除大部分行星，仍然是没有问题的。 第二，要有合适的大小。太大了，就会像木星一样全是气体氢（大行星主要成分必然是氢，因为吸引力太强，氢被吸的牢，吹不动。当然也有例外，就是这颗大行星离恒星近，生成的时候有大量氢，但恒星辐射把其气体吹干了，当然这种几率较小，大行星一般都在外层轨道。就算在内侧，由于辐射太大，不会有任何大气，仍然不适合产生生命）。 歪一下楼，讨论一下行星大小对生命的影响:其实行星用不着很大，生命就被锁死在行星上了。电动车无限堆电池能否跑无限远?答案是不能。因为电池自身有重量。目前电动汽车的续航能力，在电池革命之前，是不会有较大进步的。1000公里左右封顶吧。特斯拉能做的，也不过是堆电池而已（当然价格也比别的车贵）。换成火箭，也不是能无限堆速度的。当然，火箭情况要好很多，因为它飞行时重量逐渐减轻。化学燃料火箭，实际能达到的速度是有极限的（取决于燃料性能以及占总质量的比例）。星球越大，上天越难。太大的星球，也许载人航天是个奢望。 目前看，登陆木星并返回地球是不可能了。先不管气态行星不适合登陆这件事。只看返回阶段，按照比冲最高的燃料液氢液氧，木星起飞到地球要用99.3%的燃料。煤油火箭更是要99.94%的燃料比重（0.06%的剩余质量，连火箭壳子都造不出来吧?）。而这些燃料还要从地球带过去。以上是单极火箭，多级的要好很多，但我只会计算单级。 核飞船行不行？ 行，如果能造出来。核裂变可以。核聚变?不是我悲观，90多种元素造成的材料，怎么排列组合其基础也没变，强度或者熔点跨个数量级，是很难想象的。航空发动机都逼近其极限了。核聚变成功且小型化，我想大概《三体》中做水滴的材料可以做到。 还有一点，固体行星大了，引力加速度一般也大。生物必然长得小。为什么呢？比如说，为什么地球上没有巨大的生物?恐龙算巨大吗?不算。现在活着的蓝鲸可是比当年的恐龙大多了（当然它上不了岸，有腿也不行）。我是指更大的生物。 因为生物的体重是按3次方增长的。而脚的面积是按2次方增长的，所以说不是说腿粗就能抵消身高带来的压强的，肚子以下全是腿也不行。蓝鲸就是肚子当腿，搁浅一样自己把自己压死。 星球太大，生物个头就小了，这样恐怕进化不了。很难想象一群蚂蚁大小的人制造工具进入石器时代。石头小，威力小。石头的破坏力也有3次方2次方的关系。所以蚂蚁能举起几倍体重的东西，并不神奇。它们拿沙粒能开启战争? 身体小了脑容量也不够。满级了天赋点也不够点几下的。 行星也不能太小。太小了，吸不住大气。而且冷却的快（任何星形成时都是收缩放热的，形成时内核都是热的。大物体散热非常非常慢，比如火山喷发形成的岩石，散热要几十几百甚至上万年），很快变成没有地质活动的死星。到时候无法造山，然而风雨能量来源于太阳 ，是不停的，原有的山峰和陆地很快就会被风化殆尽。到时候地球全是海。指望海底出现文明，几率何其小。 行星小，其规模小。比如半径是地球0.7倍的星球，面积只有地球的0.5倍，重力只有地球的三分之一，生物个体较大，生存空间又小，所以生物规模不足（也许只有地球的六分之一）。 仅规模影响，地球用46亿年进化出文明，这个小型行星就得用200多亿年（46乘以6）。200亿年意味着产生不了生命。规模问题下面还会提到。 行星大小不合适，对生命产生影响很大。对文明的的产生影响更大。 3.要有合适的大气。甲烷氨气二氧化碳硫酸大气能否产生文明?不排除，但几率不大。 |
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这不是油画。这是真实拍摄的木星大气云层。 |
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木星大红班。一场刮了350年的风暴。风速达到50级。曾经它比现在大好几倍。现在要消失了。但仍然能轻松装下几个地球（长约25000千米，上下跨度12000千米）。 4.要有水（或其他液体），必须是大量水，比如海洋。为什么?海洋里的有机物流动快，是个装配平台。指望陆地直接诞生生命?比如硅基生命不需要水。可以，给够时间，不多也就几万亿年。水以外的液体行不行?比较负责的说，几率很小。牵扯太多变化，就这区区90多种元素，能凑齐一套碳基生命所需的所有组件，已经很难了好吗？也没有多少其它种类的液体海洋，就是这种氨气海，二氧化碳海，甲烷海这种简单分子海。 原始海洋要有足够的有机物。是一锅浓汤。这样有机分子才能有机会相遇。不然离得那么远，不会有谁强行把它们凑一块的。当然这个浓汤和我们喝的浓汤相比，就极其稀薄了。所以还得有某种富集作用，使局部浓度大增。 这种富集，可能就是通过蒸发来浓缩。 可能就是数十亿数百亿个水坑同时制造分子。 比如各种水坑之类。海边的（那时候的海洋，估计盐分不太高）和内陆的（降雨使它们是淡水，狂风可能带来半成品物质）都有可能。 一个碗大的水坑，假设有500g水，快干涸的时候，可能剩1g水不到。浓缩500倍很简单。5万倍也很轻松。这时很可能恰好生成生命。不过略难。不信自己找个碗试试。 但是当时地球上可能存在了数千亿，数万亿个碗。有一碗成了，生命就成了，更何况有些碗虽然不成，但制造了半成品也说不定。所以，要有规模。 还有一个可能是海底火山。海底火山形成的黑烟囱周围就能自发形成有机物。天热的富集区。一个黑烟囱不行。还是要有规模。 一个稳定存在80亿年的水坑行不行?不行，也就相单于80亿个水坑工作1年的。再给8万亿年也够呛。因为没有规模。 这些富集区同时进行着创世活动，而且还会互通有无。所以说要大量水。一个星球水少了，可能无法开很多线程。 进化也是，需要规模。 我们身上的这些基因，是当年从细菌开始，数以亿亿亿记的个体努力进化出来留给我们的。 当然大部分没有变出什么新基因，或者变出来没有传下来，或者传下来中途又被丢弃了。毕竟无性繁殖，就算好朋友们变异出来优良基因，也无法交换分享，和亿代单传差不多。 有性繁殖的出现，极大极大的加快了优良基因的富集速度。 没有大规模生物的做基础，人类是诞生不了的。生命之所以能进化得那么精妙，规模（试错）就是全部原因。 我们计算这么一道题。从哺乳动物出现的2.5亿年前算起，每20年一代，算1000万代。假设每个哺乳动物都有父母2个（废话），祖父母4个，那么一个人有2的1000万次方，也就是10的300万次方个祖先！这个数比天文数字还天文数字，所以实际上不会这么多祖先，但是我觉着这个数目还是会很大。所以，有很多个祖先为我们积攒基因，我们才能这么聪明。每一个出生的人，都是天选之子。 所以人体的秘密是多少亿年形成的一个精妙的整体，靠少数科学家用几百年的时间完全探索明白，是不可能的。目前人类连人体皮肤破个口是怎么愈合的，都只能明白大概。这不是比喻，是真实的情况。 当然，物质都是重复利用的。一个人有10的27次方个原子，地球有10的50次方个原子。意味着现在每个人体内至少有10000个原子是当年组成秦始皇的原子。（粗糙计算，就是假设他的原子均匀分部在地球中。考虑到基本都在地球表层的生物圈以及秦始皇一辈子原子的更替，这个数会大很多很多）。同样，牛顿，爱因斯坦，以及2亿年前的任何一只恐龙等等等等一起组成了你。当然时间距离现在越近的，原子分布越不均匀。 5，要有地磁。没有地磁恒星早把行星大气剥干净了。 6，外边要有大行星的保护。1994年，彗星撞木星。其中碎片G的威力最大。它于7月18日07时32分 (UTC)撞向木星，威力达六万亿吨TNT炸药（其当量相当于全球核武器储备总和的750倍）。只这一块碎片，人类就要毁灭了。文明倒退个几亿年是没问题的。而除此之外，还有无数其它碎片，大概能把地球耕几遍吧。 |
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一般小行星都是奇形怪状的。但这么长的也少见。 小行星带位于木星轨道内侧，到地球去似乎不需要经过木星，那么木星能否保护地球不受小行星的撞击? 答案是，能。因为想撞地球，轨道得先变椭圆。一变椭圆，木星大哥就出来收拾它了。 好像木星再厉害，也不过守护一个轨道面而已。其实星际空间，比地球实验室里造的真空还要空。绝大部分危险是来自于太阳系自己的”组件”。它们都有着相似的轨道面。从其它刁钻角度打击地球的情况，大概只有二向箔了。木星对地球的保护作用还是很大的。 2022年8月16补充。将来人们实现亚光速航行的时候，就需要避开太阳系轨道面。否则每一个尘埃都是核弹，每一个原子都是高能辐射。飞出银河系的时候，也要离开银河系的盘面。而且，将来的宇宙飞船，尽量是长条形状。像一根标枪，甚至一根线。为的就是，减少星际尘埃的打击。 |
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据说月球就是这么撞出来的——月球形成说之一。是最有竞争力的假说。 7，要有颗月亮。不然没有超涨潮落，生物上岸不知又要耽误几亿年。时间越长，被意外毁灭的机会越大。月亮的形成很容易吗？看看没有卫星的水星金星，第三位的地球还真不一定能形成卫星。目前最有竞争力的说法是，地球形成之初，并没有月亮。后来恰巧被命运安排了一下，一颗火星不小的行星 ，和地球相撞 ，这才撞出了月亮。支持这个假说的力证，就是地月成分很接近 有了月亮也不一定能留住。这和地球自转速度也有关系。地球自转的能量是要通过潮汐力传递给月球的。比如现在月球轨道每年都往外移动3.8CM。乘以数十亿年，是一个很大的数字。地球转的再快点，可能月球早就被甩没影了（不会永远的若即若离，甩到被太阳接管，就会突然迅速远离地球，正式拜拜了）。当然，如果地球转的太慢，月球也会掉地球上，因为会被潮汐刹车。 生命很可能诞生于海洋。要不是环境所迫，谁会上岸去发展？几十亿年以来直到现在，因为月亮，每天有多少生物被迫搁浅到陆地上？它们每天都要挣扎着想办法活下来，不得不演化。可以说月球贡献非常大。 有没有月球应该仅延后文明的产生，不影响生命产生。 其它条件就不写了。 以上几率，要用乘法，越乘越小。特别值得一提的是，以上条件不是孤立的。互相之间有联系。联系强弱不好说。 我们在看以上四个等价情况。1.假如合适恒星占1%，合适行星万分之1，相乘得适宜恒星系数为一百万分之1的恒星系总数。也就是银河系大概有14万个能产生生命的星球。很多了对吧。以上数据是估算，大小可以商量。没有正经科学家把精力放在这个上面的，他们最多顺手估计一下。你说140万也可以。1400万也有一定可能。毕竟是猜测。 三）、创世几率 生命的诞生，还有一个算不出来的迷之几率，那就是一锅温暖的有机物汤，需要多少亿年能组成生命？ 组成第一个生命，是必然还是偶然，还是众多偶然中的必然？ 打个比方，一堆积木，放到大桶里使劲晃，多久能正好晃出一个城堡?要知道一个围棋361个子组合已经超过宇宙原子总数了。一个生命怎么也不只361个零件吧? 生命的创生和晃积木肯定有本质区别，但搞有机合成的同学明白，合成真的是玄学。 创生这一步是最难的，毕竟无中生有。我倾向于我们运气极佳，几亿年就中得头奖，其它14万兄弟恐怕还在摇号呢。但是这么多亿年过去了，可能也有几百个其它幸运者。 生命诞生过程大概是无机小分子-有机小分子-有机大分子-生物大分子-嘌呤嘧啶氨基酸-DNA蛋白质-组成生命。没有神的指导。从自己造零件到自己组装，基本靠蒙。 宇宙间有多少星球？不知道，但不是无限个。据估算宇宙间总原子数也才10的80次方个。当然这也非常非常大了。 我们计算一道题。假如一个班60个人，只有一种座位排法是最有利于班级的。那么有多少种排法?要不要每个排法都试几天？ 对不起，这个数字是10的81次方。是宇宙间原子总数的10倍。你老师试到宇宙再爆炸100次都找不到这个最优排法。 也许和概率比起来，我们的宇宙真不算大。 除了大部分学者认可的化学起源说，还有地外来源说。即“地上生命，天外飞来”。宇宙太空中的“生命”可以随着陨石落在地球上，然后繁衍进化。陨石是火球，能携带生命吗？火球不能，但还有冰陨石呢。 这个并不能解释天上最初的生命怎么来的，只能解释为什么地球那么快就有了生命。 我们到处寻找地外生命。不妨把目标放在地球上。应该讲，现在海洋浓汤比地球早期要浓，环境更适宜。有个问题就是，自从38亿年前形成第一批生命以来，为什么没有其它批次？ 不应该啊？应该不断产生才对啊。也许其它批次根本就是外星生物一样，是完全不同的另类生命。可惜没有。 也许有什么意外吧。比如现在不如以前汤浓。或者它们诞生了，但又消失了。又或者被现在的生物压制。无论这个意外是什么，侧面上说明，生命诞生不那么容易。 不妨做个世代相传的实验:全密封玻璃内放入生命所需的一切元素，放在适宜环境下，不时模拟一下打雷下雨，等待生命的诞生。几率固然小，但是万一运气好呢。我相信传个几百年之后，这玩意就成国宝了（仅限时间最久的那几个）。我觉着这个实验已经有人在做了。 总之，生命的诞生还是相对容易的。每个星系或多或少都应该存在一些生命，银河系的生命应该还是有一批的。但是绝对达不到非常常见的地步。 还有一个条件能排除一些生命/文明。就是某星球曾经或者未来有生命甚至文明，但是随着他们的恒星寿终正寝或者我们人类的灭亡或者其他原因，他们/我们也随之消亡。我们就不必考虑了，这和没有是一样的。和错峰上下班一个道理，和我们不在一趟公交车上。 有兴趣的同学可以搜一下德雷克公式。 二、有生命没有文明的可能性 经历千万磨难，生命终于诞生了。 有人说，只要有足够的时间，生命一定能进化成文明。我不反对。但问题出现在”足够”的时间上。并没有足够的、未被打断的时间。 我们用了38亿年产生文明。中间有数次大灾难，但都留一线生机，而且每次都能结束。是的，不是所有能结束的灾难都能留下生命的种子，也不是所有的灾难都能结束的。 其实再过十亿年，地球就不适宜生命了，太阳缓慢膨胀导致。不用等到太阳进入红巨星阶段。这次恐怕就是有开始没有结束了。 为什么非要这么长时间进化，别的星球不能只用一亿年就进化出文明吗？答案是不能。因为生命的进化，生存是第一方向，而不是智慧。 蟑螂活的可是比恐龙还久远。它们3.5亿年都没来得及去点智慧树。智慧不是目标，就意味着智慧出现的时间会很晚。时间很晚意味着中断可能性大大增加。 牙齿、皮肤、眼睛、耳朵、肌肉、甚至毛发的颜色降个对比度等几千上万个天赋里的任意一点，优先度可能都不低于智慧。生命就是这么急功近利。 甚至一大批生命（植物、细菌、病毒、真菌等）完全放弃了智慧天赋。 一部分人倾向于把进化论称为演化论。生命仅仅是被动适应。 人类眼中的”退化”，其实从环境适应性来讲，它们是在进化。 生物学上，生命的演化没有高低贵贱之分。假如环境退回到远古时代，说不定现在的生命又演变成了远古时代的样子。 甚至可以这样讲，人并不比三叶虫高级。三叶虫（经评论区提醒 ，三叶虫是个纲，应该和哺乳纲对标。哺乳动物诞生于2.25亿年前。）繁衍了3.2亿年，要不是大灭绝事件它才是生存的王者。人类才区区几百万年吧？ 高级不高级，不看智慧，看适应性。智慧也只是加强适应性的手段之一。 鲎、水母、海绵这些物种可以去了解一下。对，海绵宝宝真是活的!而且还活了很多亿年了!而活了35亿年的蓝藻，它才是真正的地球王者！它们从出生，就点满了适应性，之所以不“进化”，是因为它们不需要进化，它们出道即巅峰。 人类，选择了最艰难，也是最有前途的一条适应之道。 2022年8月更新：最早的生命诞生时间被刷新。好像大约40亿年左右。似乎也不是蓝藻。有没有得到公认就不知道了。只是有这个报道。 （一般到这里该收费才能看了。可惜我没想着开盐选。就关个注吧。模拟渐变色...……） 智慧已经诞生了500万年。人类500万年大部分时间苟活在石器时代。也就是说，初级智慧并没有什么绝对优势。我们要感谢这500万年大自然的平静。否则人类早夭折了。实际上也差点灭绝。 生命的成功与否，也不是看智慧的高低，而是看生存能力的。 有个大家都不愿承认的事实，就是虽然人类站在生物链的顶端，但人类远不是最成功的生物。悲观的讲，人类的智慧，在巨型天灾面前，仍然比不过上面那些王者。 老虎是食物链顶端，长的大，会的也多，还不是快灭绝了？老虎适应性，还不如老鼠。 在不太舒适又不太恶劣的环境，智慧才能发挥优势。太恶劣的环境，太舒适的环境，都不利于智慧的产生。 恶劣环境，人类适应性还不如细菌。人类和其它活着的生物比，在天灾面前适应性并不突出，甚至很低劣。假如现在爆发超级火山或者小行星撞地球，再来个1万年的黑夜（历史上看，制造区区1万年长夜简直不要太轻松），活着的恐怕还是细菌之类。 科技毕竟是身外之物，是可以剥夺的。大灾难减少人口规模，打破工业体系，进入恶性循环 。维持现有体系需要多大？每个关键行业至少留一个企业。至少得一个完整的中型国家规模吧。科学技术，远未到“量变引发质变”的阶段。科技未突破到足以排山倒海前，人类的命运一直都嘎嘣脆! 有生命没有陆地的星球，也产生不了文明。一直被冰封的星球，冰盖之下深海也许有一批火山口生物（可能性不大，因为规模小），但永远也上不了岸。上不了岸，在海里怎么做化学实验？怎么做电学实验？ 就算一颗星球和地球环境一样，仍然可能终其球一生，也无法点天赋到产生文明。因为时间可能不够。随便一次大变故，耽误智慧10亿年，智慧物种永远也产生不了。之前说月亮的重要性，其意义也是加快生物上岸。以前月亮离得近，引力大好几倍。潮汐自然也大。我们要与时间赛跑。谁也不知道几十亿年里哪一秒会迎来末日。 复杂环境是必须的。环境复杂，才能促进生命多样性。比如古大陆只有一块，周边湿润，内陆沙漠；近海资源丰富，深海近似荒漠。这种环境文明的出现也会延缓。 恶劣的环境，舒适的环境，介于中间的环境，最好交替着来。适度的灾难是必须的。 适宜环境产生大规模生物和多种基因，恶劣环境筛选生物，过滤基因。 这样才能促进生命发展。 尽管发展很难，但放在整个可观测宇宙这个大基数上，说别人运气都差，除了地球人，没有一个外星生命发展到文明，总归有点自大。 要是放眼银河系，说我们最幸运，还真有可能。 三.有文明，但不如我们高级。 几乎没有这种可能性。主要是形成文明后，发展到地球文明同等水平所需要的时间极短。一旦进入文明，科技会突然加速（科技大爆炸）。仅需5000年，就能追上我们。5000年好比一瞬间。放到宇宙尺度上，啥也不是。你嘲笑别人才刚发明文字，还没笑完，别人就开着星际战舰找上门来讨说法了。 这样看的话，人类现在是文明的婴儿时期 ，外星文明，要么你找不到，找到了也比地球强。比人类低级的文明，似乎不多。 四.有文明，但大家一样高级。 这个可能性也很大。别管银河系还是整个宇宙，可能有个一剑封喉的因素：文明不能无限发展。 我们被这二百年的技术爆炸蒙蔽了眼睛，认为只要给我们点时间，就会有一代一代的科学家，一次一次无限的推翻前人的理论，挖掘世界的本源。而实际上，我们可能已经掌握了世界上绝大数规律。因为世界本源是简单的。宇宙规律又不是俄罗斯套娃。虫洞之类可能永远存在于人的想象中。人类能解决的问题太少，不能解决的问题太多了。 违反科学规律的，做不到 。比如人类造不出永动机。 不违反科学规律的，也不一定能做到。比如人类永远不可能知道孔子一生说了几句话。比如做不到明天就停止地球转动。 拿这几十年来讲，其实只是电子的技术层面的发展（仅电子技术层面的发展，还不是电子理论发展），让我们感觉科学技术日新月异。其它科技与理论，和电子技术一比较，你就明白为什么1969年就能成功登月，过了50年，现在登月还是那么艰难。这是化学燃料性能，以及材料性能限制的。不是控制系统（电子技术）牛了之后就能解决的。 那么电子技术能否带领我们继续前进呢？目前看，并不能。芯片上，已经接触到量子隧穿，摩尔定律失效了。通信上，已经逼近香农定理的极限。 也许每个艰难诞生的文明，都会迅速的摸到这个天花板。大家都一样高。地球文明，也是最高文明。 是的，地球文明目前是初级阶段，还有潜力，还能发展一段时间。但是几千年甚至几万年就忽略了吧。 有人说宇宙文明多如牛毛。然而我们见不到他们。也许，不是因为他们不想出来，因为他们出不来，不但出不来，连信号也发不出。星际通信，想想也就罢了。 发信号？什么信号有一颗恒星功率大？就算把地球上的所有资源一块烧了，多少光年之外，看起来也就一颗暗到几乎检测不出来的小星星，甚至望远镜还没发现我们，我们资源就烧光了 。 而我们，可能是地球一生里，仅有的几百年，能愉快的思考这个问题的一批人。然后发现，科技到头了。 宇宙规律并不配合我们。它们并不是为了给我们利用才诞生的。 结论 其实没有结论。 但是看这么长了，肯定要有个结局，不然就闪到读者的老腰了不是吗？手动表情：( *^_^* ) 。 根据概率、规模和时间估算： 可观测的宇宙内，地球生命一定不是唯一的生命。也不会是唯一文明。但由于规律的限制（可能），人类文明很可能是最高级（严格说再过几千年才算）的文明。 银河系内，地球生命很可能不是唯一生命，但可能是唯一文明，当然也可能是最高文明。 其实这些结论基本和我们无关。唯一有关的，就是我们有生之年见基本不到外星人了。 ——好吧，见不到也是无关。 以上就是本文的结论。必须声明这只是一种可能。也许外星生物已经笑场了。 求一波关注和点赞。 以下是一些相关思考。 人类从何而来? 作为对比，我们研究一下地球人。 说起地球人，那说来可就话长了。要从137亿年前的宇宙大爆炸说起。这是目前最有说服力的学说，即便是错的，观测到的一些结论也不会错。如同相对论的出现不能证明经典力学是错的。 我们长话短说。 爆炸后2亿年左右，银河系形成。 爆炸之后4亿年，也就是133亿年前。第一代恒星开始发光。那时候氢和氦占总元素99%以上（不算暗物质等还没发现的物质），几乎没有其他元素。这个时候是不可能产生生命的。 星系里面的恒星，是绕着星系中心旋转的。于是现在有人就根据万有引力算了一下。发现以星系现有质量产生的引力，不足以束缚恒星，恒星会被旋转甩出去。所以一定有一些我们没有观测到的物质在制造引力。是谓暗物质。 这个暗，是指既不发光，也不吸收光、既不反射光、又不折射光。所以目前还没任何办法确认它，但它可能正时刻在穿过我们的身体。我们之于它们，就是光之于玻璃。 50亿年前，大量一代二代超新星爆炸创造了少量的各种金属元素（天文学中除了氢氦都是金属）。具有了生命形成所需的基本物质。太阳系开始形成。 |
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创生之柱。这么大的星云，会形成很多恒星。但据预测超新星爆发会毁灭这片星云。 太阳系形成之前，是一片星云。星云极其稀薄。稀薄到比地球上人类造的真空还空。这片星云，有大爆炸以来从未被利用的氢，也有各恒星炸过来的金属物质和残留氢氦。星云里面各种原子不停运动着。各方向都有。后来星云冷却收缩，占统治力量的运动决定了太阳系的旋转方向以及各大行星的轨道面。大量行星在无数的碰撞中分离、合并，最终形成了目前的八大行星和其它小行星以及彗星。小行星带也许是大行星奋斗”失败”的例子。那里本来该有一颗大行星。 46亿年前，地球形成。这时候地球是熔融的状态。没有岩石，只有岩浆。可能有水汽。然后慢慢变凉。 44.25年前，一颗叫忒伊亚（以希腊神话中月神她妈命名）的行星撞上了地球。其实那时候撞击是家常便饭，灭绝恐龙的那种陨石根本排不上号。毕竟太阳系刚形成没多久，找不准自己位置的天体很多。我们只是把最大的那颗，叫忒伊亚。 这一撞，刚有点冷却的地球又化了。忒伊亚和火星一样大。大量的物质，地球上的和忒伊亚上的混合，一部分被抛到太空中。太空中的一部分永远的飞走了，一部分留了下来成为了地球的星环。星环聚拢，变成月球。 以上是月球形成假说。为什么说月球是撞出来的呢？其中一个证据就是它和地球成分一样。就像同卵双胞胎一样。隔壁火星就不是这样。木星就更不一样了。 我们对天体之间的动能和势能的想象力是匮乏的。不用火星那么大。不用撞击。只需要把月球慢慢放到地面上，一松手，月球和地球就都热化了。8个月亮才顶1个火星。 又过了一亿年，地球终于凉了。形成了岩石。 又过了几亿年 ， 于38亿年前诞生生命。（更：最近研究已经提到40亿年） 生命出现了，却并非从此繁荣。 生命诞生后30多亿年都没怎么变化。 中间经历了数次大冰期。有时整个地球变成了一颗冰球，赤道上也不例外。大海结出数千米厚的冰层。 其中第一次大冰期，叫新太古代大冰期，也叫休伦冰期。 这是蓝藻造成的。它制造了氧气，减少了大气中的二氧化碳和甲烷这两种温室气体。这就是大气氧化事件。同时氧气对之前的生物，是毒气。不过那时候全是单细胞生物，也没啥好灭绝的。也灭不全。除非地球又给整化了。 五大冰期 第一次是发生在24亿年前至21亿年前的休伦冰期。 经历了3亿多年的漫长岁月。 第二次是发生在8亿多年前到6亿3千5百万年前的瓦兰吉尔冰期。 持续时间1亿多年。这之后生物多样性才开启。也就是后边提到的寒武纪生命大爆发。 第三次冰期是发生在4亿5千万年前至4亿2千万年前的安第-撒哈拉冰期。 持续3千万年。 第四次大的冰期，发生在3亿6千万年前至2亿6千万年前的卡鲁冰期。 持续1亿年。 第五次冰期，就是发生在200-300万年前结束于1万年以前的第四纪大冰期。 所以第四纪冰期是第五次冰期，也没有前三纪冰期。 持续时间仅仅只有几百万年时间。 和前边比有点短啊。那是因为还没结束。它只是让我们课间休息十分钟。至于还有多少课，谁知道呢。但是，人类也改变了大气成分，说不准会影响冰期。 6亿年前，才出现多细胞植物，然后是多细胞动物。也就是说，生命诞生以来，将近六分之五的时间，演化接近于静止。 多细胞一出现，生物似乎打开了封印。 5.42亿年前，地球进入了著名的寒武纪生命大爆发。区区数百万年内，各类无脊椎生物的祖先突然的、同时的诞生了! 具体原因不得而知。可能是前边该铺垫的，都铺垫好了吧。 4.5亿年前，也是在寒武纪，最简单的鱼类诞生。鱼类是两栖爬行哺乳鸟类的共同祖先。 4.4亿年前，85%的物种突然灭绝。这是因为冰期又来了。全球变冷。这是第一次生物大灭绝。 灾难过去万物复苏。 第二次大灭绝发生在3.65亿年前，75%的生物灭绝。地球的岩浆喷涌，把大海煮沸了。应当是小面积沸腾煮死，更大面积升温烫死、毒死。然后陆地也不能幸免。接着下酸雨。灰尘在天上遮住阳光，凛冬已至，是200万年见不到阳光的凛冬。由极热到极冷，折腾了500万年才结束，绝大部分物种永远的消失了。而好处是，两栖类生物得到了发展。 喷涌十几万年的岩浆，下了数万年的酸雨，飘了数年的大雪，以及200万年的漫漫长夜。是为超级地幔柱灭绝事件。 然后1亿年没有毁灭性灾难。 第三次生物大灭绝发生于距今2.51亿年前的二叠纪末期，是五次物种大灭绝事件中最严重的一次，造成了98%的海洋生物以及96%的陆地生物都在50万年内忽然消失，大量的生物“蒸发”殆尽，整个海洋、陆地的生命迹象都基本消失。这是一次最严重的灭绝事件。我们熟知的三叶虫就是这时候灭绝的。 2.3亿年前，恐龙诞生。 2.2亿年前，哺乳动物诞生。体型较小。 第四次大灭绝。但是这次灭绝很好，好在什么地方呢?海平面降了，又升起来，灭的大部分是海洋生物。那是距今1.95亿年前的三叠纪末期。估计有76%的物种，其中主要是海洋生物在这次灭绝中消失。 这一次灾难并没有特别明显的标志，只发现海平面下降之后又上升了，出现了大面积缺氧的海水,这样使水中的生物缺少氧气而死。 又是一亿年的好日子。 0.66亿年前，一颗陨石砸到地球上，几分钟就让地球变成了炼狱。这是第五次生物大灭绝了。恐龙灭亡了。不要怪恐龙脆弱，在灾难发生后，它们又挣扎了100万年，0.65亿年前才彻底灭亡。而且不止恐龙，85%的物种都灭绝了。 只有小型动物活了下来。 |
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一脸惊讶的恐龙。据说这次灭绝是一颗直径仅十公里的小行星造成的。开汽车10分钟车程大小的一颗石头，灭掉了85%的生物。 不知是不是巧合，恐龙灭绝了，灵长目动物就诞生了。6000万年前，从茂密丛林环境中的哺乳动物进化出灵长目动物。 又过了几千万年，直到约500万年前，古猿变成古人类。之后先后演化成能人、直立人、早期智人、晚期智人等阶段。 11万年前，进入末次冰期。 大约10万年前进化成晚期智人。 那时候的地球大陆至少生活着这么六种人（应该还有其它未被发现，有的说15种。），他们分别是智人、尼安德特人、海德堡人、丹尼索瓦人、佛罗勒斯人以及马鹿洞人。我们只是其中一员。并且我们把自己叫“智人”。 7万年前，我们这支人类被恶劣环境折磨得还剩2000人。 https://www.zhihu.com/answer/159309414 区区7万年前，只有区区2000人。现在你知道为什么人的差别（无非肤色不一样）比狗的差别（藏獒、吉娃娃）小了吗?所以世人皆平等，人类其实是同一个物种。 之所以人类只有一种，也是因为我们的祖先也打压甚至消灭了其它大部分人种。 我们基因中，有一部分来自于尼安德特人。原来认为，除了非洲以外的人，都有这个基因。都是2%左右。东亚高一些。现在有研究报告，非洲人也有。而且是早期尼安德特人基因。看来是智人从非洲全世界追杀尼安德特人。东亚人，本身就是追的追远的。 至于不同人种是否有生殖隔离。既然是不同物种。应该有隔离。 但是，隔离也是有程度的。 马和驴能生下骡子，因为骡子没有后代，所以生物书上叫有生殖隔离。 其实，还有一些，看后代性别。有的性别还能生。 也有一些，后代能活也能生，就是不太正常，容易死。 这些都是基因在两个物种之间交流的桥梁。 还有最离谱的，我们身体内的线粒体。据说是我们的老祖宗，当年那个大能，它在还是一个真核单细胞生物的时候，就发现了线粒体这个细菌，能进行有氧呼吸，是个动力工厂 。它觉着不错。于是就收为小弟，关在了自己细胞里。当然我们祖宗很厚到，没有亏待它——提供营养和安全保护。于是线粒体和真核生物世世代代共生了。 我们祖宗在还没有牛的时候，就很牛x了。 线粒体也有自己的DNA。有自己的基因。对人来讲，线粒体只能通过母体遗传，相对稳定。所以说可以寻找线粒体夏娃。 更不要说现在人类搞转基因。 这都是跨物种基因交流的方式。 然而交流归交流。 人类喜欢与自己截然不同的生物，讨厌与自己相似的动物。 我们还是把它们全灭绝了。 4、5万年前，智人的进化突然加速。我们学会了雕刻和绘画。甚至有了原始的宗教。【宗教演化史_百度百科】https://mbd.baidu.com/ma/s/T32NwpF7 一万两千年前 ，坚持到最后的佛罗勒斯人也灭绝了。同时灭亡的，还有猛犸象。 我们这支人类由2000人，最终开枝散叶，绝地反杀，一统地球。 1万年前，进入间冰期，气候开始变温暖。 此时我们的智力已经进化得超强（我也不知道它为什么要进化到这么强），虽然变暖只有1万年，人类却抓住机会获得了前所未有的发展! 几千年前，气候继续变暖，冰雪融化加快。大禹治水，诺亚方舟。中西方都有洪水传说。 几百年前，科技发展加快。 几十年前，科技基本发展到目前状态。 几年前，似乎摸到了智能化门槛。 一秒钟前，我在B呼码字。 厚积薄发，相当励志! 当然，人类智力缺陷还很多。比如人脑对图画、视频的编码分析和压缩以及有效信息的提取是很强的，可以说显卡性能不错。 但是硬盘储存这块还差不少，经常遗忘。 浮点运算这块，更是拉夸，不借助纸笔，基本很难口算2位数。 从宇宙大爆炸到人类现在，就是这个过程。 必须指出，以上极其笼统。灭绝不止5次。是大灭绝就已经有5次。每一次灭绝对应一次复苏。历史上大陆、气侯、甚至一年的天数，月球的距离，大气的成分，和现在都有巨大差别。比如大陆，区区1.65亿年前，所有大陆还只是一块——名字叫：盘古大陆。这不是小说中的名字，是学术中的名字!而且古大陆就像三国演义一样，分久必合合久必分已经不止一次了。 —————————— 根据评论，有人看到这里，确实感觉到了悲哀和绝望。这不是我本意。 本文没有怎么讨论量子力学。量子力学突破常规理解。比如测不准原理（海森堡不确定性原理）。其实和你的仪器无关。哪怕你有绝对误差为零的仪器，也依然测不准，因为他们本身就不准，和仪器无关。 粒子的位置与动量不可同时被确定，一个微观粒子的某些物理量，不可能同时具有确定的数值，其中一个量越确定，另一个量的不确定程度就越大。类似的不确定性关系式也存在于能量和时间、角动量和角度等物理量之间。 现在，你知道命中注定这句话不靠谱了。所以不要悲观。你的努力，会给你带来收获的，而不是命中注定。 比如你今天多干点，明天就会多得点。这就是人定胜天 。 反驳宿命论，还有一个办法，就是利用证伪性。逻辑上不能证伪的东西，其实和现实世界没有联系。比如一个人无论结局好，还是坏，都可以评价一句：命中如此。 命中如此？可以证明吗？如果不能证明，那就是命中注定不能证明。如果能证明，那就是命中注定能证明。 这玩意从逻辑上就给你闭环了啊。根本就不给你说话的机会。 这种“逻辑自闭”的理论，我一天能想出121个来。 为什么是121个而不是122个或者120个？因为奥特曼喜欢121。奥特曼来自于M78星云，而7×8=56，5+6=11，11×11=121。不信你去找奥特曼问啊。不要告诉我你找不到。找不到是因为他们不想见你。他们只要不想见你，就一定让你见不到。 再说，担心多少亿年后的事情，不正是杞人忧天吗？当然要是以后技术真的突破了，也不要后悔生错了时代。因为真到了人类为所欲为的时代，总会有无聊的后代，无聊到复活祖先玩。无限时间+无限无聊的人。想想就刺激。so，愉快的生活吧。 还有部分小伙伴思考人生的意义。 这个问题我也考虑过。这么说吧，人类的出现已经是十分逆天和巧合。大自然造人类之前，也许并没有安排一个意义，也许安排了一个意义，但没有告诉我们。 我劝咱们不要刻意寻找。那是人类的任务。不是一个人的任务。 目前的意义，就是寻找意义。寻找意义难道不是最有意义的事情吗？ 当然寻找意义的时候，得先做好手头的事，不然很烦心的。生活也很有趣啊。也许生活就是我们要寻找的那个意义呢！ 退一步讲，人这么奇怪的东西存于世，本身就是意义。存在即合理，同样存在即意义。玄一点，你的存在，符合天道。 ———— 我为此身，虽只寥数十年，但， 数千余年前，我开此智； 五百万年前，我成此形； 二亿余年前，我为哺乳： 五亿余年前，我为鱼类； 三十八亿年前，我是一颗海藻。 你善也罢，恶也行； 慈也无妨，凶也由你； 你砸下陨石，你煮沸海洋； 你降下万年酸雨并布下百万年黑夜，你把大地从南极到北极冻成冰球； 对不起，我还活着。 ————— 科技快速发展，只是最近200年的事。把一亿年压缩成一年，200年就是1分钟。 一个137岁的糟老头子，从我出生开始，追杀了我38年。38年来，我从来没时间看看天空。我抱头菌窜，我抱头鱼窜，我抱头鼠窜，我抱头猴窜，我变成了人。后来我只抽空看了一分钟天空，便悟出了现今科技。 还有比这更燃的事情吗？ 还有比这有意义的事情吗？ 所以人不能悲观。神，是看透了，不是活够了。人，与神一样。只是还没看透，但也没活够。 人类能出现，已经是逆天改命了！再创奇迹，亦未可知！ 再比如，我们造出硅基生物，就是机器人。但是我们用高超的技术把我们的思维植入，人类就想去哪里去哪里，可达到与宇宙同寿的地步。 如果你更喜欢肉体活着，不要紧。咱可以双形态活着。 机器人到了合适环境，再造一个身体不就得了。 更不论，任何人都无法否定，人类捏恒星如同捏泥丸的时代的存在。 那是何等嚣张！ 正如评论里的一句话：人类是渺小的，人类是伟大的。 ——————— （手机打字。写起来老费劲了。关个注就来动力啦。） 以下部分本来在前边的，对有些人来讲很枯燥（我认为不枯燥），所以挪到了这里。 宇宙大爆炸之前有什么?为什么爆炸?爆炸点在哪里?爆炸点现在留下了什么？ 宇宙为什么要爆炸。这我们无从知道，只知道这个理论很符合现在的观测事实。不要小看符号这两个字。符合的意思，就是迄今为止，几乎所有的证据，都支持这个理论。 爆炸后不久，形成了物质和反物质。物质比反物质略多。也就是说形成物质/反物质的过程并不对称。互相湮灭之后，物质就剩下来了，就有了我们目前宇宙的形成基础。也许宇称不守恒理论能解释为什么物质比反物质多。完美的事物是对称的，而我们和我们的宇宙来自于不对称。相当有哲理。 |
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宇宙大爆炸 关于对称，我的理解就是，某些东西（物质或者规律或者任何其它东西），经过一个变化后，有些属性保持不变。这就叫这个属性相对于这个变化对称。 稍微思考一下，会得到 某对称=某守恒 这个极其先进的定理。是的，这个看似简单的理解确实足以并且已经上升为定理——诺特定理。 比如，今天物体符合牛顿第二定律，明天也符合。这就叫牛二相对于时间对称。事实上所有规律都相对于时间对称。 这实际上就是能量守恒定律。啥？这俩的关系，好像是八竿子都打不着的啊。你这样想就有关系了：假如规律相对于时间不对称，我可以今天把石头举高高，然后等着，等哪天势能变大了，再释放石头，就发财了（要啥核电站?）。 对应的，动量守恒是指空间平移规律不变，就是A地电荷异性相吸，B地也会是异性相吸。这就是规律行对于空间对称。这些都是可以严格数学证明的。 所以你知道能量守恒和动量守恒这俩定律是多么牢不可破了吧？ 然后就是宇称。简单讲就是，我在镜子面前做个牛二实验，镜子里的过程虽然反着，但也是可以做出来的，并且做出来也一定符合牛顿第二定律。这就是宇称守恒，也就是规律相对于空间镜像对称。之前所有人都像信任能量守恒和动量守恒一样信任它。 直到1956年，著名的杨老杨振宁说，宇称不守恒（仅指弱力作用下，宏观牛二之类宇称还是守恒的）。第二年就获得 |
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镜像对称简单示意图。实际观测却和镜子里不一样。实际观测中，镜子中是网上喷的。 了诺贝尔奖。这获奖速度是极为罕见的。可见其震撼力之大 当年某大人物（我忘了谁了，反正数一数二的人物）问杨振宁什么是对称，杨拿起笔放纸上，这端一掀纸，笔滚了到那端，那端一掀纸，笔又滚了回来。杨说，这就是对称。 在科学界，杨老是对对称有着最偏执感情的人之一。宇称不守恒也只是他众多科研成果之一，也不是最高成果。世间最大的不对称，是最”迷信”对称的人提出来的。很有哲理不是吗？ 假如什么都对称，宇宙也许根本没有爆炸的可能。 爆炸后，宇宙急剧膨胀。我们之所以能以137亿年前的光线，观测465亿光年外的宇宙，就是膨胀的原因。举例讲，探马（光线）回报敌军（光源）在十公里外正在溃逃，作为主将的你，你得到信息的那一刻，肯定不会认为敌军还在十公里处等你。 聪明人已经看出来了，以137亿年时间行走465亿光年距离，速度岂不是远超光速?对，确实是这样的。宇宙膨胀，包含空间膨胀。 空间不膨胀，宇宙是爆炸不了的。因为宇宙开始之初，那么大的质量，肯定是个黑洞。黑洞连光都逃不了。由你炸，还能跑的了你？怎么炸的怎么给我回来。 在遥远的地方，对我们而言，确实是超光速的。不但超光速，而且正在继续加速。加速就得用能量，是谓暗能量。目前还没找到。 根据评论，有必要谈一下光速这个老话题。就我的理解： 1.为什么是光速? 巧了。我们的宇宙中速度是有上限的。光正好摸到了上限。除此之外，还有很多其它东西摸到了这个天花板。它是任何物质的天花板。也就是说，一般相对论方程中，光速仅指299792458米/秒，和光没有关系，光不是标杆，光速只是光被某种本质控制约束的结果。具体请了解一下洛伦兹变换。 为什么宇宙要有个速度上限?不知道。 2.光速不变是不是假设?是，也不是。是实验验证的事实。 一般书籍中都说光速不变是假设。其实英文原版，光速不变是“猜想”的含义多一些。 广义上讲，目前很多东西可算是假设。类似于几何中的“公设”。没有东西可以演绎出他们来，他们就是“源头”。比如牛顿力学，就是先假定空间绝对、连续、均匀，时间绝对、连续、匀速，时间空间质量速度之间没有联系等条件。只有这些假设对了，牛顿三定律才正确。但现在有了相对论和量子力学。你说牛顿三定律是事实还是假说呢？ 光速不变，是试验验证了的一种现象。但逻辑上讲，它属于假设。就是说，逻辑上，它可以推导出别的东西。别的东西推导不出它。虽然事实证明光速不变，但事实不是逻辑。谁知道咱们是不是火鸡科学家？也行明天测光速就变了呢。 所以假设不等于乱设，它是有事实根据的。你可以简单理解为“光速不变”是到目前为止，无法反驳的事实。 可称之为公理。 有的同学一看到教科书上光速不变是假设，就觉着有猫腻。觉着爱因斯坦神神叨叨的。其实，是爱因斯坦从蛛丝马迹中揪出来了自然规律。 没有他，也会有别的科学家发现相对论。因为随着技术的发展，观测越来越和经典力学相矛盾。早就有人觉着牛顿不对劲了。爱因斯坦，也是站在巨人肩膀上的人。 之所以相对论基本上由爱因斯坦一个人完成，量子力学由一大票科学家完成，是因为，相对论相对系统，一个人就差不多完成了。而量子力学，太过纷杂，一个人绝对完成不了。也可以说，量子力学好出成果，容易刷成就。 迄今为止，量子力学获得很多诺贝尔奖。相对论一个也没有（除了爱因斯坦铁定可以获得1到2个，其他人估计没有了）。换句话说，相对论大约一百年没有大发展了。 而应用上。量子力学更是大大超过相对论的应用。光速旅行啊什么的，现在做不到，以后估计也做不到。亚光速，也很难很难，因为需要的能量太多了。目前相对论就是个对计算的修正作用。比如修正加速器粒子的周期。又比如修正GPS卫星高速运行对时间影响，从而提高定位精度。各种天文观测，也需要修正。 量子应用上。这么讲吧，没有量子力学，就没有今天“智能社会”。你现在刷的手机，里面芯片就应用到量子力学。没有量子力学，就没有半导体芯片的发明。 除此之外，还有新能源之太阳能光伏发电，量子化学，分子生物学，量子计算机，量子通信，超导现象，固体物理，低温物理。 3.可以超光速吗？ 可以。但分情况。 大爆炸初期，是可以超光速的。既然光速受限于宇宙，而爆炸之前没有宇宙，那么爆炸之后各规律还未形成时自然可以超光速。当然你也可以认为光速是缓慢降低的，比如十亿年后，光速会降为每秒29万公里。但我觉着没有必要深究 ，因为专利员界吐舌头最好的人（爱因斯坦）已经研究并否定这种想法了。 量子纠缠，可超光速。这种不能传递信息。三体中的智子，是有硬伤的。 关于量子纠缠，世界上没人知道为什么。包括潘建伟。 遥远的星球退行速度可以超光速（实际速度+空间膨胀速度，是一种”假”超光速，因为这种情况理论上我们能追上它）。与之相同的问题就是 ，一只蚂蚁在一条100米且能无限拉长的皮筋上爬，蚂蚁一秒1毫米，皮筋一秒拉长10米。数学证明 ，蚂蚁还是能走到头的。不过这时间吗，够宇宙重启无数亿次了。可以认为，对蚂蚁来讲，橡皮筋那头，已经是另一个平行世界了。因为蚂蚁几乎永远到不了那头，那头也几乎永远影响不到蚂蚁。 根据评论的疑惑，搜了个百科，感兴趣可以看一下。 【蚂蚁与橡皮绳悖论_百度百科】https://mbd.baidu.com/ma/s/8YGSGCOv 此外还有一个情况，一直超光速的物质是可以超光速的。可能爆炸初期的一些物质，现在还在以真正的超光速向外飞行。那里是真的和我们无关的世界。 这些都不违反相对论。 4.超光速之后，能使时间倒流吗？ 现有理论，无法把物质加速超过光速。这也是加速器证实的实际情况。光速内，你看到的是变快变慢都是你看到的。对于当事人，他们的时间流逝是没有变化的。 想时间倒流，还是要悟得大道，逆转所有规律，颠果为因，时间自然倒流。颠果为因啊！这可以水一篇小说吧？ 现有理论是推不出时间可以倒流的。 爆炸之后，有了时间和空间。那么爆炸之前有没有时间和空间？ 这是个争论性话题。如果爆炸之前的时空对爆炸之后的时空没有任何影响。可以当做不存在。哲学上，就是车库喷火龙问题 。 也有人说宇宙一遍遍炸的。如今的某地，也许正酝酿着下一个宇宙奇点。 关于时间的话题。有人说不存在时间。爆炸之前不存在。现在也不存在。时间就是人类虚构出来的东西。 我觉着时间是存在的。它是某种规律的外在体现。四种基本作用力，以及它们引发的世间各种运动，都是严格按照时间运行的。难道这还不够神奇吗？凭什么引力就必须和电磁力被同一个时间绑定?在相对论效应中，为什么我强力要和你弱力一起快进或慢放? 设想大爆炸之后有一批其它力，他们遵循他们的时间，流逝速度是现在我们时间的无数倍且完全不相关，在宇宙诞生的瞬间，那批物质就走完了自己的一生。或者另一批物质遵循无限慢的时间。他们正在爆炸奇点”暴涨”。这些物质和我们有着不同的时间。它们和我们的时间完全不相干，也许这一秒和我们的时间同步流逝，下一秒就跨越一亿个数量级。这样想，时间就是我们所见到的物质的一种共同属性。我们不知道这个属性到底是什么。我们只看到了这个属性的一个侧面，并称之为时间。这个属性，使世界就像一部无数齿轮紧密结合的机器，有条不紊的运转。 时间能作为各种运动的尺度，也许暗示了各种力本质上是同一种力（大统一理论），各种运动是同一种运动，各种物质是同一种物质（超弦理论）。宇宙大爆炸理论就说，爆炸初期经历了四个基本力大统一阶段，然后引力先被分离出来，接着分离出强相互作用力，然后是弱力、电磁力。于是四种力统治世间万物。（有没有一种道生一，一生二的感觉?） 现在科学正在统一四种力，目前统一了除引力外的其它三种力。当然，情况不那么乐观。这种统一没有指出这三种力是同一种力，只是能用同一套模式解题。和当年麦克斯韦完美统一电和磁有天壤之别。 另外初中课本中力的定义：力是物体之间的相互作用。其实很浅显也很深奥。万物只要能相互影响，那就是力的作用。你能看到我写的这篇文章，是力起作用。脑子里想事，是力在起作用。化学反应、核衰变，聚变，裂变，正反物质湮灭，量子纠缠，无一不是力的作用。 力也不是非吸引就排斥。力就是“作用”。四大力之外，也不排除还有第五个力。 相对论讲，运动越快，时间越慢，也许速度和时间，在某个高维度上的矢量和是守恒的，速度快了，时间就慢了。时间和速度紧密的联系起来。 而速度，是物质在空间中的运动产生的。这样，时间和空间又有了某种最本质，最底层的紧密联系。 而物质，和能量又有着莫大的关系。E=mc^2揭示了这种联系。 关于真空不空：在“真空”的宇宙中，根据海森堡不确定性原理，会在瞬间凭空产生一对正反虚粒子，然后瞬间消失，所以符合能量守恒。在黑洞视界之外也不例外。斯蒂芬·威廉·霍金推想，如果在黑洞外产生的虚粒子对，其中一个被吸引进去，而另一个逃逸的情况。如果是这样，那个逃逸的粒子获得了能量，也不需要跟其相反的粒子湮灭，可以逃逸到无限远。在外界看就像黑洞发射粒子一样。这个猜想后来被证实，这种辐射被命名为“霍金辐射”。由于它是向外带去能量，所以它是吸收了一部分黑洞的能量，黑洞的质量也会渐渐变小，消失。 所以你看，时间，空间，物质，能量，力，完全纠缠在了一起。 我们把时间当成一个维度，组成了四维空间。 显然这里有个不对称，那就是空间有三维，而时间只有一维。具体有什么解释，那就不得而知了。 类似的想法还有： 爆炸之前如果有空间，它兼容我们现在的物质吗？ 如果宇宙停止了任何运动，一秒之后和十亿年之后一摸一样。这还算不算有时间？ 如果宇宙空间被压缩成一个黑洞，里面东西都被压缩成一个点，里面各向同性，外面啥也没有，还有没有时间？ ———— 探讨文明问题，要以地球为蓝本。这是有一点的理由的： 1.先解决哲学问题。宇宙文明问题不可避免涉及到哲学问题。主要是不可知论的问题。 不可知论是说客观世界本质是不可被认知的。这个观点本身就有问题，如同”我说的每一句话都是谎话”这句话的真假一样。不可知论者已经认识到世界不可知了，那还是可知的呀! 之所以唯物主义能打败迷信/神创，不是因为唯物多高级，而是因为要是迷信所说的是真存在的，科学就会把它拿来作为自己的一部分。比降维打击还狠的招数。毫无还手之力且逃跑都不能。 相反，不可知论者一般不会也不敢，在自己的理论里给可知论留一席之地。 不可知论有以下变种： a.建立在未知的基础上讨论未知。 可认知，也就是根据目前人类的认知，可以推测一个最合理的结果，而不是完全天马行空的，甚至相反的结果。 举例说明。我们是缸中之脑/巨人身上的细菌/外星人的实验材料/某个大宇宙中的一个电子中的世界的生物/神的梦中生物/我自己想象的世界随我而生随我而亡/高等生物小说中的人物/高维生物网络游戏中的NPC/沙子中的世界的生物，等等这些可完美自洽而无法证伪的理论，是没有必要讨论的。因为它无法指导我们的未来。 b.讨论无限时间。一些论调说，世界本可知，而人类短时间内不可知，所以我们讨论地外文明是自大的。以上观点也是不可知论。讨论可预见的未来是可知论，讨论不可预见的未来，是猜测。 c.讨论无限距离。这是科学问题也是哲学问题。在宇宙尺度上，哲学和科学两者近似等价。足够遥远或者远离我们的速度等于大于光速的地方，即使它们真的存在，基于任何信息传播都无法超越光速的认识， 你无论怎么做，都不可能去到那里。不光人去不了，任何信息，任何影响都不能传达过去。是永远的不能。同样那里的东西永远也影响不了我们。这时候，我可以说，那里不存在任何东西。 当然你也可以说那里确实有东西。如同我说我在异世界里存了10个亿的RMB，不过我永远永远也取不出来。既然我是亿万富翁，你借我1000块钱不过分吧？我不会赖账的。这个时候你肯定是不会信了。信的话请立即私信我。 永远无法对我们产生任何影响的地方，可认为是另一个宇宙，甚至可认为不存在这样的地方。 讨论合适的距离是可知论。讨论无限的距离是不可知论。真的存在有时和凭空想象出来的没有任何区别。宇宙的尽头是哲学。 作者认为的合理的讨论范围：无论是哲学上还是科学上，可观测范围就是最大范围。这个范围之外真的不是我们的宇宙，和我们一点关系也没有。最小仅讨论银河系。 2.宇宙的组成成分。可观测范围内，成分一致。均为97%质量以上的氢氦，和其他少量元素组成。只有90多种元素（去掉超短寿命的人造元素）。 3.宇宙规律。宇宙规律具有普适性。A星系的规律，B星系仍然适用。今天的规律，明天一样适用。即使现在的理论不完美，以后也不会被推翻。理论具有向前兼容性。相对论兼容经典力学，而之后的理论也会兼容相对论。光速不变是目前事实而不是理论。 4.其它成分和其它规律。目前处于不可知边缘的物质，是 暗物质 。它其实是可知的。一般认为暗物质一定没有电磁力，一定有引力。除了因引力造成的空间扭曲，对光没有任何影响，不可直接观测。此外大概率没有强力，因为有强力会形成不难观测的天体。可以有弱力。 这样的物质，它们之间无法通过碰撞减速（耗散），即无法凝聚，无法形成实体星球。由于引力的存在，它们也不会乱跑，会形成类似星云的暗物质晕（引力不集中，所以通过引力对光的弯曲来探测它也很难）。 这样的物质中产生生命，概率为零。 至于没有引力只有电磁力或者弱力强力的物质，它们早就扩散到宇宙各处。更不可能有生命。 完全不具有四种基本力的物质，其完全不可能对我们产生任何影响。就算这种物质真的存在，哲学上和科学上都可以认为它们真不存在。你可以认为它们在另一个平行宇宙里。 知识链接暗物质 对暗能量的讨论类似。不再赘述。对于其它科学中未发现和未提出的物质，不予讨论。 5.关于研究方法：伽利略开创的实验+推理，我觉着就是终极方法了（ps.一些方法先基于非常少的事实推理，再验证，比如相对论，弦论，标准模型等，导致了理论先于实物发现的情况，实际仍然是实验+推理。）。把现在看做以后的中世纪，是不准确的。再举个例子，18岁长到1.8米，50岁是不是长到5.0米? 世界上封顶的东西，比比皆是，可以说全部东西都封顶。不封顶的东西，只有数字和人类的想象。 说到这里，网上有个比较热的悖论，问既然上帝是万能的，那么上帝能不能造出一个自己举不起来的石头。其实这个很好破。之所以你觉着这问题是悖论，是有矛盾的，是因为你的思想“局限”在从小到大训练成的“演绎法”、“逻辑推理”等一些科学道理中。那么我就问了：假如，逻辑是上帝创造的呢？于是上帝造出来了这个石头，你问，你能举起来吗？上帝试了一下，轻松举起。上帝说，看，我举起来了。你又问，这石头你不是应该举不起来吗？上帝又试了一下，果然举不起来。上帝说，看，我举不起来了。如果你承认上帝是万能的，那么上帝当然可以创造逻辑。也就是说，在“上帝是万能的”这一前提下，你根本得不到任何悖论。 不过道理自洽的事情太多了。我只相信能验证的。上面这个你永远得不到验证 ，证明不了上帝存在，也证明不了不存在。如果有人用这个套路忽悠人 ，破这个的办法也很简单，你直接不承认上帝是万能的这一前提，就没举石头这事了。让他去证明上帝万能，而不是我来反证。把证明工作留给别人，自己省下时间干其它事。 所以说，你跟一些人讲道理，是怎么也讲不通的。只要他信他自己的，逻辑自洽了，你就说服不了他。大概就是你和他脑子里的世界运行模式不一样，没有讨论的基础。 ……………………分哥线……………… 2018.12.31更： 我觉着硅基生命就是机器生命，大概率无法自发产生。它们是由碳基生命（碳基就是我们……AI还是很危险滴）创造，而适应性远强于碳基生命。如果机器人懂得维修自己了，可以讲硅基生命就诞生了。和碳基生命一样能复制自己产生后代才叫生命? No，太low了。它们可是天生不死的生命，只要定期维修就行了，甚至单个个体就能通过维修完成进化。如非必要，勿增个体，是他们宪法的第一条。因为它们不死，会越来越多，它们怕它们的星球装不下它们了。它们完全不同于我们。至于其它基，比如锂基，钨基，甚至纯能量生命（灵魂什么的），又比如平行宇宙里的生命。我觉着还是建立在已知上讨论未知比较好。毕竟连一粒沙里有一个宇宙，我都无法反驳。量子人?出门左转再见慢走谢谢不送。。。 2019.1.2 谈谈人类怎样才能最大限度的生存。人类改变宇宙好像不太现实。但苟活倒还是有点办法的。只要掌握可控核聚变，跑到木星的卫星上定居就行了。到时候太阳变红巨星也不怕。仅从能量上来讲，木星上的氢足够人类苟活数万亿亿年（假如年耗100吨氢）。但是可控核聚变能否从技术上实现呢？氢弹仅仅是核聚变的皮毛，我们知道氢有三种同位素。人类的核聚变，仅仅利用了氘氚。剩下的占据氢99.98%的氕，就算在太阳内部，1个氕平均也要10亿年才能被转变（不然太阳能活100亿年?分分钟变超新星）。我看人类顶多利用一下氘氚就到顶了，如果能聚变氕，我觉着离把太阳按在地上摩擦不远了。就算只利用木星上的氘氚也能活百万亿年。其实时间也很长，长到人类活腻歪了。 太阳变成红巨星，在木星卫星上应该能熬过去。至于拖动木星去流浪，是做不到的。 这个方案最靠谱了。比起星际航行、虫洞、曲率驱动这类连骗经费都骗不了的项目，人类确实已经开始研究可控核聚变了。 假如最终不能成功研发核聚变设备（好比我渴了感觉能喝干太平洋，也确实能喝两口，但喝干是做不到的。这和人的意志力没关系），环境恶劣之后，人类可能最终要转入地下。建防护罩是不可能建的。往地下挖多深，就有多厚的“防护罩”，省时省力，岂不美哉?当然要是底下喷岩浆，就比较难办了。能量来源，核裂变吧。地热能也行。其实都是利用的核燃料。那时人口少，可能还能苟不少时间。实在不行，也只有把自己的DNA刻录一下，发到茫茫宇宙中碰碰运气。顺带发一具人类标本也是不错的想法。当然标本也跑不快。化学燃料限制。 1.3日 涉及到宇宙，现实和哲学就有了很大联系。其中有一个平行宇宙论是这么说的。宇宙在膨胀，越远越快。有一个距离，对双方来讲是光速（怎么加速到光速的我们不管，也许是空间在膨胀）。那么我们永远去不到那里。那里的任何东西，哪怕引力波也来不到我们这里。就算那边爆发了炸掉十亿星系的战争，我们都丝毫且永远不受影响。虽然它们和我们同在一个宇宙，但事实上是另一个宇宙。那么，那边有没有文明，和我们有什么关系吗？它和我们想像出来的有什么不同? 2019.1.5更 而我们也别悲观。逆天改命，那怕几率接近于零，人类也不会放弃。而你，也有逆天改命的机会。据我所知，永生不死不违反任何已知规律。生物之所以有寿命，是为了给后代腾出生存空间，为了演化。长寿的生物，不适应地球。而现在，人类比任何时候都接近永生这个目标。只要从现在开始，不停努力，创造无可匹敌的财富，你可能就赶上第一班车并成功买到车票，成为首批永生之人! 告诉你了这么重要的信息，到时候别忘了带我上车啊! 2019年4月13补记: 虽然本文尽量往客观写，也查阅了很多资料，但作者本人水平有限。不可盲目相信。 2019年9月16 时隔五个月，更新一下。把之前删除掉的补上:也就是买永生车票的事。 前段时间，有个不大不小的新闻。就是换头术。其实不管手术成功与否，都不会有后续报道。这是为什么？ 长生不老，自古就是人类的幻想。幻想，自然是无法实现的。但，换头术，意味着，人类离长生不远了。 首先说难点。目前人类的中枢神经是接不上的。比如脊髓神经。那是一把电线。这一把也许几万根吧。假如给你一万股的一根电缆，截断了，你两头一对，一揉搓，能对上的几率有多大？而且中枢神经基本没有分裂愈合能力。所以，截瘫了都治不好。但凡能恢复，都是因为没有完全断。 假如换头成功了。那么，限制人体寿命的心肝肺都不再是问题。有人说排异。多莉说（一只克隆羊），没那回事。自己的细胞克隆出来的，就是自己的零件，排异?不存在的。 然而，这玩意的意义不仅在于此。能接脖子，意味着，也能换脑子!!!哪里坏，换哪里。只要不一次换太多，那么你还是你!!! 比如一次换五分之一，等思想传递到新脑子上，再换其它部分。 这意味着，长生不老，实，现，了!!!! 所以，赶紧攒钱吧。不开玩笑，现在活着的人，有一批会赶上这个头班车。这比修仙靠谱太多了。理论上能实现，难度系数也不算太高。 点到为止。再见。 2020年5月18日更: 最近新闻:https://www.zhihu.com/answer/1227975828 希望是真的发现而不是误差。 可观测宇宙930亿光年。可观测宇宙之外还有没有宇宙。极大极大概率有。我们不能盲目自大认为自己是宇宙的中心。以我们的地球为球心465亿年为半径画个球，说这是就是整个宇宙的大小，未免有点让宇外文明笑话。 全宇宙多大？不知道。也许达到10的500次方光年那么恐怖（甚至有人估计比这个数大很多）。也许不到930亿光年（有理论说遥远的地方你看到其实是幻象）。 可观测宇宙之外什么情况?不知道。但如果宇宙精细结构常数有变化，那么在遥远遥远的地方，和本宇宙规律不一样，那是什么都有可能发生的。你能想出来的，另一个世界一定存在。你想不出来的，也存在。 5.24更 银河系恒星有多少? 靠观测去数是不可能数得清的。大体计算方法就是先根据星系的运行，估算星系的总质量 。有好多方法，感兴趣可以搜索“如何估算银河系质量” 再根据能看到的恒星估算恒星的平均质量，然后总质量除以一颗恒星质量就行了。本文按1400亿计算。这几乎是个下限值。 20201207更 火箭的喷嘴相当于动物的脚。也受面积两次方重量三次方的限制（参考前面）。所以现有技术手段下，很大的火箭是造不出的。 另外当某颗星球重力加速度达到十倍地球重力加速度时，需要把该星球全部做成燃料装在火箭里，才能飞出该星球。然而这是不可能的。所以此星球文明有被锁死的可能。地球挺幸运的。 飞出太阳系的探测器，速度也是有上限的。基本上靠引力弹弓。弹弓是固定型号（火星木星…），有极限，换电推好点。但是能量有限。比如木星轨道上，太阳光强度大约只有地球上的三十分之一。海王星上，就只有九百分之一了。所以追上美国的旅行者探测器还是有一定难度的。 20210124更 给之前文中插补了一下内容。顺便提一下群体免疫。初写本文时，还没疫情呢。看看地球历史，99.99999%的物种都灭绝了吧？人类不到一百亿人口，真的不多。很多小动物数量都比这多，还是灭绝了。论靠身体硬刚的能力，在动物界人类恐倒数。 既然上天赐予我们智力，我们要用好脑子。大口罩子带起来呀！绝对有效。 2021年12月21日 修改了下病句。魔幻一年马上过去。冬至过去，明天开始白天越来越长了。 2022年1月4日 过几天说一下量子力学。有前边的铺垫，应该也好理解。 什么叫理解？把最基本的背下来，推出各种推论，能和实际互相印证，并习以为常，就是理解。 我们通常说无法理解量子力学，原因在于一是量子力学并不完善，二是量子现象也没有很好的宏观现象对应。 我们能理解宏观事物。假如量子生物，来到宏观世界，可能他们不能理解各种规律。他们也会说，宏观现象无微观对应事物，无法想象。比如说他们无法理解行星为什么会有稳定轨道。 所以，不能理解的障碍，还是量子力学并不完善。完善了，背熟了，自然理解了。 因此世界上没有任何一个人真正理解量子力学。 百度上的量子力学，科普足够了。 【量子力学_百度百科】https://mbd.baidu.com/ma/s/fm69zqMH 2022年2月13日 简单说一下吧，因为量子力学实在晦涩难懂。 量子力学里，最成功的理论是量子场论。 也就是说，量子场论是量子力学的一种。 什么是场呢？可以简单理解为弥漫在真空中的一种物质。 好比无比清澈的水。它就在那里。但它静止不动的时候，你是看不到的。如果你激发它，比如扔一块小石子，他就会泛起涟漪。这个涟漪，被你发现了，就称这个涟漪为某粒子。 水场只能激发出水涟漪。不能激发出油涟漪。这两种涟漪性质是不一样的，如同一个是电子一个是光子。 同样，每一种基本粒子，都有自己对应的场。 现在有61种基本粒子（比中子质子更基本的粒子），也就是说，有61种场。这61种场，共同交织弥漫在真空中。看起来很多，其实各种夸克就占了一大半。 有必要上这个神图了 |
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这是浓缩了的。比如夸克其实有36种。并非6种。图中每个紫框都代表正红，反红，正黄，反黄，正蓝，反蓝六种夸克。 这些场，首先得对称。因为我们的宇宙并未发现明显的“上下左右”。 但对称的方式嘛，有很多。这就牵扯到不同场的性质。 比如自旋，其实就是场的性质。并非粒子真的在哪里旋转。 然后呢，这些场共同弥漫在真空中，场之间，要有相互作用。不然，世界就分散开了。 其实聪明的小伙伴们已经发现了，这些场，和已经死亡的“以太”很相似。由于“以太”是民科重灾区，所以大家共同选择了噤声（哈哈我猜的）。 所有场之间，相互作用就四种（其实引力还不好说）。当然，这些场不是都吃四种力，比如有的只吃三种。 粒子之间的作用力，本质上是涟漪之间的相互影响。 若要深入了解，一般人看看目录就够了（头大了）。以下截取自某宝的教材（图片太长了，放最后）。 2022年5月15更 既然谈到生命，我们不如放开手脚，讨论一下魔法和修真。 比如路上遇上一只狗（最好没见过人的野狗），向你狂吠。你弯腰捡一块石头，对它进行了精确打击。 狗眼里：我艹这是什么魔法？竟能脱手而出？岩系陨石术？天星？钟离是吧？ 毕竟千万物种，掌握这种岩系脱手技的，除了我们，也就只有猴子了。 要论火系魔法，更是舍我其谁？ 所以魔法，只是低等生物看高等生物的错觉。 修真也一样。 人脑子里的想法，毫无重量，却能变成信号，传给四肢，然后能举起数百斤重物。这还不够神奇吗？ 法术，讲究一个以小控大。 如果人类能参透量子力学里的场概念，或许就能打造能量的通道。再整合上类似半导体里的空间PN节，形成一种可控能量场效应通道。 这种通道，可以借助高科技产品使用，也就是法宝。 也可以植入人体，我愿称之谓“经脉”。 不说了，我该突破了。 2022年5月18日 人类现在挺尴尬的。 看完视频，你会觉着吞噬细胞能发现猎物、识别猎物、捕获拖回猎物，试探、并寻找弱点、掐住它的头左右摇摆、最后吞噬。 好像有脑子。 很显然，它没有脑子。它靠的全是本能。 人有脑子。但人也有本能。 先说人类的懒惰，拖延症，贪婪。在集体中，假如每个人都勤快，集体会变得更好。一个民族如此，一个国家，更是如此。 但是，这里面的每一个人不都是如此。个人勤快了，意味着消耗就高，你可能比别人更容易饿肚子，捕猎中也更容易受伤。然后死亡。没有后代。基因从人类基因库中剔除。 人类在石器时代，挣扎了500万年。 这么长时间，会有很多吃不饱肚子的时候。你比别人懒一分、分配贪婪一分，打仗怂一分，就多一分活下来的希望。部落之间，你多一分仁慈，就少一分领地。 不能全员皆怂，也不能不分对象的残忍。部落里总得有干活的。仁慈怜悯勤劳勇敢的基因一样也不能少。部落也需要首领，需要圣人。 500万年挑选出的这些混杂的基因，就这样流传下来了。流进了每个人的身体。我们既是圣人，也是凡人。 原始人的懒惰和残忍，只是以现在以现在的观点来看的。你不能谴责。懒惰？老虎吃饱了，也喜欢眯着。残忍？原始人，烤全人技术最好的，那是部落英雄，那是荣耀。你去谴责他们，不如说神农无审制药，华佗无证行医，愚公无批采石，夸父违章超速，精卫破坏环保，武松殴打保护动物。 几百万年以来，没有文字传承。人生下来，为了生存，必须掌握一些知识。这些知识，基本上靠脑子“悟道”。悟到了，生；悟不到，死。就算悟到了，也随时断了传承，下一代还得接着悟。文字出现的晚，也是一种幸运。这使人类必须有一个聪明的脑子。 于是我们有了脑子。 但是利用率低，非常低。 强大的大脑×极低的利用率=能凑合活下来的生活。 最近几千年，我们有了文字。有了教师这个职业。 然后脑子一发不可收拾。 社会很快由奴隶，到封建，到资本，到社会。 这五千年，人类发展太快了。人类的本能并不足以适应自己发展出来的社会。懒惰，贪婪，残忍，自私等等性格和情绪，都是越来越阻碍人类发展的东西，是我们不允许的东西，是按照进化论早该淘汰的东西。 如果食物管够，我为什么不火力全开？我的CPU可是水冷模式，功率再高一个量级，也是屁事没有。 睡觉？只有原始人长期晚上没事干才进化出了通过睡觉来启动低功耗休眠的睡觉模式。我不需要这种模式。 但是不行。我们的本能还在石器时代，甚至更前。 儿童本能中想着的很可能是赶紧玩一把捉迷藏、追逐战，潜意识中为了长大了好去摘果实、打猎。 人人都知道，幼儿园里教的知识，就是最正确的知识。好好学习，一定很牛逼。持之以恒，前途一定不差。互相关爱，世界一定更加美好。但知道却做不到。 必须有一些组织社会的好办法。 有些办法，是利用本能。制造规则，去竞争。弱肉强食。我行，我就马克效应。你不行，你家徒四壁。我给你选择，你咎由自取，不要怪我。 另一些办法，就是改造思想，高屋建瓴，告诉你该怎么办。注重教育，教人向善，着眼未来未来。 还有一些办法。创造神袛，给人慰籍；书写经文，拘人恶意；许以宏愿，促人前行。。尤其外国古代，以及现在某些地方用的比较多。 升级版的，叫精神、文明、文化、向心力。 第四种办法，就是中央集权，暴力手段。东方封建社会的主要手段。 集权和暴力缺一不可，只暴力不集权，那叫乱世，要死很多人的。只集权不暴力，离乱世也不远了。 另外不要一提到暴力就有负面情绪。子曾经曰过，以德报怨，何以报德？一个群体，总有恶人，他都杀人全家了，就不要讨论该不该使用暴力了。 暴力必须要有，而且要监管好。 这四种办法，全球都在用，无非看内核是啥，看谁融合的好。不能细说，自己对号入座。 为什么外国用神治国比较多，中国始终没有宗教立国？ 一是我国自古就有后羿射日等人定胜天的基因。没有给神留下发挥空间。 二是老庄孔孟列等人道理讲的太好了，留给神的空间不多了。好到有些两千年后也不过时。这些道理，在那时，必定如太阳一样耀眼。我们看西方古典文学，看不懂，或者看起来不怎么好看，其实脱离时代看名著，都是耍流氓行为。那时候的名著，比如黄色小说《十日谈》，起到了思想教育作用。它本身就是用来嘲笑教会的，那不是黄色的小说，是黄色的晨曦。而我们二千多年前的各种典籍，就已经把道理讲的很好了。也就是说，西方一些古典名著，起到了中国经典古籍的作用。出现的晚了。 三是中国神基本都是人变的。就算他是神，也只是一个人变成的神嘛，威能有限。盘古倒是开天辟地，但是开完他就死了，没给后人留下利用价值。创世者都死了，起码一神教是开展不起来了。 中国这样的土壤，其它教传进来也难以扩张起来。 土生土长的道教嘛，它就连画饼都是画当世的饼——炼丹，长生。也是相当现实的。 而人类的进化，也从没有停止。本能的改造，于人类总体，在于万世；于单人个体，亦可毕其功于一时。谁能于此世，悟得此道，并以此道践行，必是人中龙凤。 2022年5月19日 还有一个尴尬的地方。就是人的脑子，其实不太够用了。一个人 ，大概用寿命的五分之一到四分之一来专门学习，才能打磨出一个稍微好用点的脑子。就这还是片面的脑子，因为知识太多，我们只能就某一方面专精。专精到半吊子之日，就是偏执到极致之时。其拥有各种负面的东西，动不动就走偏。所以你看到网络上一片混战。和学历几乎无关的混战 。 也许将来某一天，全球达成共识，史上第一次人工干预进化。其实也没有多难，人类培育出的生物新品种，成千上万了。这次我们培育我们自己。我们需要更好的身体，更好的脑子，更好的性格。这一切，基因说的算。 那是人类爆发第二春的时候。但是现在时机未到。人类正为了蝇头小利忙的焦头烂额。 当然风险也有，这样可能会把人类改造进死胡同。搞不好会强制社达，甚至种族灭绝。这也不是没发生过。就算成功了，若干年后，爆发天灾人祸，人类重回石器时代时（如果能的话），那时的人类的适应性还不如现在的我们。 但是，自然进化就靠谱吗？ 2022年5月20日 人类感受世界的途径，只有一条。就是电磁力。其它力是无法直接感受的。你说人类能感受重力？其实人类是不能感受重力的。 地球给人重力，地面就会用支持力来平衡。人感受的只是支持力，本质上是电磁力。 人听到东西，是电磁力。 人看到东西，是电磁力。光就是电磁波嘛。 人如果要认识其它东西，必须把其它东西转化成电磁力。 如果有东西转不成电磁力。人类就无法观测它。 2022年6月5日 关于善恶。 讲道理就是讲善恶 。键盘侠一天到晚讲道理，所以咱从另一个角度讨论一下善恶问题。 一、善恶具有立场性 动物吃动物，不叫恶。花式吃都行。但动物吃人类的鸡不行。那是恶兽。 动物吃植物，不叫恶。老天安排的不吃就饿死，怎么能算恶？但吃人类的庄稼不行。那叫害虫。 而吃害虫的叫益虫。 吃掉益虫的叫害虫。 人类保护环境，其实不是为了保护环境。是为了保护自己能 吃 到更多的植物和动物。 人类保护保护濒危动物，真是为了保护它们？还不是为了有朝一日能更好的利用它？ 新冠也是生物，人类欲除之而后快，哪怕最后实验室里留一点，也是为了以后为人所用。 狮子吃斑马，狮中豪杰。吃完把残渣留给老弱病残，大善狮也 。但在被吃者斑马眼中，狮子的一生是罪恶的一生。 人类夸猪：猪的全身都是宝。 猪：？? 所以凭啥地球就是我们的？凭啥众生都得听我的？ 就凭我们是人啊。啥也不凭，凭实力啊。 所以善恶一定是有立场的 。人做的事对，动物去做就不一定对 。 人的利益，就是动物善恶的标准。 讨论动物的善恶，一定要以人类为立场。把动物当成人，就会陷入逻辑混乱，伤人害己。 那么人与人之间的善恶呢？ 也是要看利益的。有利益便有立场。 可以有以下几种立场 ： 个人立场。 集体立场。 本国立场 。 敌国立场。 第三方立场。 全人类立场。 全动物立场。 全生物立场。 万物立场。 我不是说该有这么多立场，而是这些立场都是客观存在的。 哪一个立场最正确？自然是全人类立场。那是人类的目标。范围大于全人类的立场，比如全生物立场和万物立场，都是扯淡。 有人说他没有立场，也不要利益，他只要真理。那么他一定有立场也需要利益：全人类立场和全人类利益。 遁入空门？遁入空门不是修炼成植物人，空不是脑子空，是脑子想啥都很空灵透彻。 人与人之间讲道理，就是在这些立场之间反复横跳，并用最堂皇的立场，把自己的目的隐藏起来的行为。 国与国之间讲道理，是先把全人类利益抽象成一些具体的观点，并把真实目的隐藏到这些观点中。讲的看似是道理，其实是实力。规则是道理的另一种表现形式，规则是人定的，那么道理也是人定的，且随利益集团不同而变化的 。 立场问题，你可以文雅，也可以修辞，但事实就是这么血淋淋。 杀害并吃掉动物。这本身是人对物的行为。解决人类口粮问题的正常行为。但是，这件事，可能对他人造成影响——比如说恶心难受恐惧，并有极小可能发展成杀人。所以很多人讨伐。于是发明了人道主义杀动物。有没有必要这么做我不知道，但这么做真不是为了动物，而是为了他们自己心里更好受。人道主义杀动物，本质就是一部分人已经不满足于吃动物，他们开始追求愉悦的吃掉动物。当然，这不是错，这是值得表扬的。人类很容易迁怒和共情，爱护动物的人，也会爱护人类。但以爱护动物为名，伤害人类的人，不会爱护人类。 俄乌打仗，舆论乌烟瘴气。 其实就是立场不同。有俄罗斯人立场，美国人立场，欧洲立场，乌克兰立场，个人立场（比如买了军工股的人），全人类立场，全生物立场。 美国人不会返还印第安土地。只因为那片土地上的主人变更了。换作其它任何国家都是这样。 你问印第安人如何从全人类立场看待美国抢土地的行为，并如何看待其它国家也有类似行为 ，这种行为是否可以理解？印第安人只能说有句话不知当讲不当讲。 北美印度安人谈到这个话题，他们只会带入印第安人立场。 上面的这篇文章里有一段街头音乐。第一个音符响起时，有些人便已经热泪盈眶。 讲道理就是优雅的讲实力。 不优雅的讲实力就是战争。 有实力，就可以涂抹和修改道理，不能修改的道理，可以隐瞒真相修改舆论，不能修改舆论，可以让人闭嘴。比如封杀特朗普。 把生活中的讲道理，套用到国际社会中，并帮敌人讲道理，就是没有认清这些本质 。 人与动物讲道理、人与人讲道理，国家与国家之间讲道理，要分开讲，因为他们适用的原则不一样，不能混为一谈 。不然也要逻辑混乱。 我们抨击美国屠杀印第安人，他们就回击难道中国的土地就是充话费送的？ 解决这个问题，靠双标不仅说服不了别人，连自己也说服不了。简直就是悖论。 如果他要跟你讲中美竞争讲岛链讲资本攻势，你不妨带入立场原则破除此“悖论”。 对美国，中国就是印第安人。 对中国，美国就是匈奴人。 这回好理解了吧？ 大是大非面前你跟我讲政治？ 命都没有了还搁这儿跟我之乎者也？ 当然有些话不能说出来。太赤裸的话，大家都没面子。毕竟人类是要穿衣服的。而且穿衣服确实是有用的。无论是保暖还是防止犯罪。 衣服，其实就是共识和规则。 但看到底层驱动力，才能真正驾驭规则。 人类若不团结，自古人类一家亲或中美必有一战，都是可能的。这种宏大的矛盾，岂是一个小人物能捋顺的？ 如果他要跟你讲中美和谐友爱，你就跟他讲世界大同可持续发展中美一家亲。 如果他跟你讲中美必有一战 ，你也跟他讲世界大同可持续发展（除美国外）世界一家亲。 两个人，怕的是被打败。 三个人，怕的是被孤立。 这是现阶段世界的情况。 我理想中的情况，是不论人与人之间还是国与国之间，再无隔阂，人人为我，我为人人 。宇宙的探索，不必每个国家都发射几个中下等的火箭，纯浪费。我们一起星辰大海多好啊，省力又省钱。 二、善恶还有时效性。 现在人类分支曾经灭绝其它人类分支。这确实是杀戮。但那时候不叫恶。 远古时代野蛮人，烤全人技术再高，那也不叫恶。但现代人推崇烤全人技术，那就是恶。 野蛮人烤全人不叫恶，但我被野蛮人（某个不知名的深山里跑出来的）烤了，野蛮人就是恶。 某个人的父亲恶意杀了人，父债子不偿，但子不能否认父亲犯罪。 某个公司欠了债，就算把公司人换一遍，也要偿还债务。 某个国家犯了罪，首先后代要承认犯了罪，然后该还的债，不会因为某个人死掉了就免了。 说一千道一万，判断善恶，是为了现在活着的人。 越古老的事情，越不好判断善恶。越接近现代的事情，越好判断善恶。 本质上是，越古老的事情，对现代人的利益影响越小。 你可怜尼安德特人吗？ 可怜。 为什么人类不把土地还给他们？ 他们都死绝了，怎么还？ 你可怜印第安人吗？ 可怜。 你为什么不把土地还给他们？ 因为他们还没死绝，而且我真的有土地。 时效原则，也能破解一些“悖论”。比如中国土地来自远古，那时候世界观如此，战争虽不比原始人烤全人，但也不能过分苛责。而美国人那年头可是距今不长，就算落后的中国，都已经是乾隆时代了，美国做这种事实在过于邪恶。毕竟华盛顿和乾隆死于同一年。相同段位的首领穿人皮靴子的类似行为，第一印象想到的是夏桀和商纣。 但这个说服力不大。喷子不服。你内心不再彷徨就好。 三、善恶有时不看目的，看方式。 比如有人问，读书为了什么？ 高情商：事业和爱情。 低情商：金钱和女人。 也就是说，善恶都是为了自己更好。不同之处在于实现目标的过程中有没有侵犯他人的利益。以及你怎么包装表达的。 再比如说： 美国打伊拉克 高情商：你有洗衣粉。 低情商：你有石油。 当然，生活中想发财可以经商也可以犯罪，我推荐经商。 从底层逻辑上来讲，实现目标的过程中，若是没有侵害他人，甚至帮助了别人，这就是1+1＞2，这是社会存在的基石，文明存在的基石。若是人人不择手段，人类社会离崩溃也就不远了。 所以，要大胆的追求心中所想，只要不侵害他人，就可以不仅不以为耻，反而以此为荣。 四、总结： 无论怎么美化，讲道理，就是讲善恶。讲善恶，就是讲利益。讲利益，就是讲立场。 全人类立场，是永远不会错，也永远不过时的立场。 全人类立场也是掩盖其它立场的好立场。 众多大人物，无论是政治家还是科学家，都深谙此道。习之可得无上清净。 比如有人问爱因斯坦，第三次世界大战用什么武器，爱因斯坦说，不知道，但第四次是用石头和木棒。 这个回答，其实就是从全人类立场出发的。它获得了广泛好评。 很显然，这个立场虽然正确，但不是万能的。人处于什么环境中，就要改变他的立场和观点以适应环境。人要是一直处于一个环境中，他一套标准就可以应付得了。 但人的环境变化太快了。 尤其是网络，极大的增加了人类的接触面。这不仅导致舆论的争执，对个人来讲也是一种思想的痛苦撕扯，有时自己也想不明白到底如何看待某件事。 总之，善恶想不明白，容易堕入魔道。有些东西不能深究（因为绝大部分人会卡半道上）。做好该做的，有自己的主见，不被带歪，不生闷气，已经极其优秀了。那些是是非非，留给心大的人去想去做，愿意作为谈资聊两句就聊两句，不愿意就不聊。 根据刚才的三条，讲道理，一是要及时转变立场，二是关注根本利益，三是包装目的。 我也就是瞎说说。与其说是讲道理，不如说只是介绍了一种讲道理的技巧，以及怎么使自己讲道理时没有心理压力。网上某些热门话题下，每一条评论，都代表了一个利益方 。如果网络对喷失败，并为之郁结，我瞎说的这些，或许可以用来顺顺气。 一家之言，漏洞百出，抛砖引玉，仅此而已。 20220607 祝学子们金榜题名。 生命起源是个迷。也许很困难，也许是非常普遍的容易。但人类还没找到这条简单的路。 6月20日 6月26日 关于生命形成说，有神创论，播种论，本地进化论。 本地进化论中，水中形成是最有竞争力的。 水中形成的，含淡水和海洋两种水体。 其中海洋形成最有说服力。 而海洋中有机物的形成，主要有闪电形成（著名的米勒实验）和海底火山形成（黑烟囱）两种。 初写本文时，海底成因说还不流行。现在比较流行了。而且陆地成因说呼声也很大。 海底黑烟囱，也要求有规模。很显然一个黑烟囱和两个黑烟囱，概率学上，产生生命的时间差一倍。而且一个黑烟囱很难长时间喷。生命形成之前的八亿年，有许多黑烟囱起起伏伏，水体的规模，概率上仍然是需要的。 也可能是多种原因共同形成的。比如闪电和海底火山的共同作用。 那时候没有生命，自然没有利用有机物的生命，也就是说，有机物是不会腐败的，很难分解的。比罐头保质期长多了。那么海洋中，尤其是海底火山旁的有机物富集程度，会越来越高。 当条件满足时，第一个生命就形成了。也许是一个巨大的巧合，比如陨石携带着闪电，砸到了浅海的黑烟囱上，有那么一瞬间，产生了温压远超目前人类实验室最好成果的条件，生命一念而成，瞬间即永恒。 人们还有一个想法，比如说类似地球这种生命星球，有一天直接被一个巨大天体给砸的粉碎，那么，部分细菌，病毒，DNA片段，会不会从此飘零于星际空间？落到合适的星球 ，会不会快速重启？这种被砸星球有多少？就算不被砸，大气层边缘有没有逃逸的病毒什么的？ 20220627 有必要说一下人择原理。 先看看水这个平凡而神奇的物质。 1、无色：可以透光，利于水里的生命。极其重要。 2、性质稳定无腐蚀性：酸碱中性。利于生命。 3、不导电：水要是本身导电了，那么生物神经靠电信号这条就废了。利于生命。 小伙伴“嘟嘟哄”在评论区问，水不导电吗？那就再多说一下。 是纯水（不含杂质）相对于生物不导电。电阻率是0.18兆欧米。1兆是1百万。铜的导电能力是它的一万亿倍。 纯水虽然不是但是已经接近绝缘体了。 世面上有个种骗子。就是把普通插排放水盆里，充当新一代防水插排。 聪明的小伙伴可能明白了，他们用的蒸馏水。 其实这个水，它不一定是蒸馏水。一般硬度较低的水，导电性能其实不怎么样。 想当年我刚知道电解水，就扯了两根线，直接接了家里220v的电。 结果没啥明显现象。 聪明的我突然想到，这水导电能力不行啊。 于是抓了一点盐撒里面。 然后一个火团。。。 人应该没事。现在正写知乎呢。 这件事我是不会告诉你们的。 提醒两句：1、严禁模仿，我也不知道你家的水导电能力强不强。2、如果遇到这种卖插排的 ，严禁往骗子盆里撒盐，要出人命的。 4、可溶解很多无机物和有机物：生命必需。 5、蒸发性强：利于水循环。大陆也就有了河流。 6、4℃时密度最大。 |
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好像这条没用。 但是，4℃密度最大，保证了冰是浮在水面上的，低于4℃的水，不能因上面温度低引发热对流（地心是热的，冷只能从上面开始），极大的保证了水体底部的温度不会低于4℃，有利于动植物度过严寒的冬季和冰期。 至于水的缺点嘛，也有。第一个就是结晶。细胞内的水结晶，能把动植物细胞扎成筛子。所以靠冷冻实现长生或穿越到未来比较难。 第二个就是这玩意变成雪之后反光。越反光，温度越低，越低越反光。 而且越冷蒸汽越少，云也少，温室效应也低。总之是个正反馈。地球的冰期，我想于此相关。 假如冰雪是黑色的，那就是个负反馈，有利于地球温度恒定。不过透明的液体，凝固之后大多都是白色的吧？不能过于苛责于水。 再看一下万有引力定律。引力的大小和距离的平方成反比。 假如不是平方反比，就没有稳定轨道。那可能会导致一个严重后果：没有恒星、行星、卫星。要么宇宙坍塌成一个巨大黑洞，要么分崩离析。不是说行星掉到恒星上去了，或者分散成粒子了，是说从来没有过恒星和行星。 还有其它一些宇宙基本参数，改动任何一个，都将会导致生命不会存在。 一个巧合叫巧合。这么多巧合，就不正常了。 原因到底是什么？ 有人说，这是造物主设计的。 造物主有两个含义。 一是非人性化的，没有人形，不是神仙。用中国话叫天道。杨振宁说的造物主，就是此意，他对此专门解释过了。打着杨振宁的幌子宣扬迷信的，可以歇歇了。 二是神。西方叫上帝（上帝本来是中国先秦就有的词汇，被GOD占用了），我国叫盘古、女娲。 这些个造物主，咱不懂，也不敢乱说。 那么还有一个解释，就是人择原理。就是说，人之所以问这些问题，是因为人存在了。不存在人，就没有这个问题。有这个问题，一定有这个宇宙和智慧生物。 为什么宇宙年龄138亿年？因为宇宙大爆炸以后，先用几十亿年头几批恒星的超新星炸出重元素，再形成一批恒星和行星，又用几十亿年产生生命，再用几十亿年进化到智慧生物。当第一批（假设我们是第一批）生物发问“为什么宇宙年龄是138亿年”时，宇宙正好138亿岁了。 看起来毫无逻辑破绽。 但以本人的浅薄认识，这个原理不像是来解决问题的，倒是像来解决出问题的人的。 比如说，经过我研究，你昨天感冒了，为什么？ 因为我昨天不感冒，你就不会这么问我了啊！正是因为我昨天感冒了，所以你才这么问。当你这么问的时候，我昨天一定感冒了。 我一脸问号？？？ 人择原理，唯一有用的是，我们能问，是因为我们存在。不可能产生生命的宇宙里，不会有智慧生命这么问。就是说，可能有其它形式的宇宙。这种宇宙我们无法进去。 但人择原理并没有办法说明这个宇宙为什么会是这个样子，其它宇宙为什么会是其它样子。 总之，我认为人择原理没啥大用。 ——————— 推荐个视频。有一些本文中提到的天体。 20220628 什么是生命。 其实并没有一个统一的定义。我们只能浅显了解生命。 有定义如下：生命是生物体所表现的自身繁殖、生长发育、新陈代谢、遗传变异以及对刺激产生反应等的复合现象。 很显然，这个科学家都无法统一的定义，满足不了我。看到这里，朋友大概知道我又要开脑洞了。 火，可以自我繁殖、生长发育、新陈代谢。但是很显然它不是生命。 我觉着遗传变异和对刺激产生反应这两条才是关键。 如果换个说法，我觉着大家都能懂。无论哪种类型的生命，其发展的上限，起码不能低于智力生物。 如果某种形式的“生命”，无论环境多么适合，其永远不能产生智力或智慧，这样的生命不要也罢。我个人不认可把它叫生命——这和火焰有什么区别？ 这又牵扯到智能智慧的定义了，又要扯皮了。 不妨这样想，我们虽然无法定义智慧的起点，但发射火箭肯定是智慧生物的行为了。 假如一群所谓“生命”，无论条件多么合适发射火箭，它们都不能自发发展到这种地步。我倾向于这东西不是生命。 我认为它们只能维持在低于细菌的形态。毕竟，虫子都有智力。有智力，大概也能形成智慧。 所以，从无生命到有生命 ，必定有一个东西，有这个东西之前，智慧的产生不能说绝无可能，但也算遥遥无期。有了这个东西之后，产生智慧的速度比之前速度高数个数量级。 我称这个能最终进化出智力的，并且能极大加快智力产生的东西为生命。 这个定义必然包含了遗传和变异。也一定要对外界刺激产生反应，否则不会有智力智慧。 如果某个东西不需要遗传和变异，生来就有智慧，他应该叫神。 那么我们就可以回答，病毒是不是生命了。 关于病毒是不是生命，科学家是有争议的。 我认为，在细胞里，它是。它可以在细胞里进行遗传和变异，甚至如果条件合适，它进化出细胞膜，并脱离细胞，去自然界独立生存。 假如直接把它放到细胞以外的自然界中，我倾向于它不是生命。 这东西离开细胞无法自我繁殖和变异。 如果整个地球就是个大细胞，病毒在上面永远不愁吃喝，我认为这时的病毒也是生命。 有同学说你这不扯淡嘛？我认为，判断一个东西是不是生命，一定是和它所在星球的环境有关。 把一只蚂蚁放到遍地是油没有空气的星球，它并不能遗传和变异，它甚至无法运动，无法呼吸，顷刻就死。或许它只能临死前做一秒钟的英雄蚂蚁。然后生命再和它无关。它只是曾经是生命的一堆组合非常精妙的分子。蚂蚁只是相对于地球是生命。 这么精妙的组合，难道不是生命吗？ 万一是外星人用分子级的3D打印机打印的呢？ 正是因为生命需要环境，所以判断一个生命，也需要把它放到不同环境里。在合适的环境里，生命才可以叫生命。 现在在地球，机器一般不被认为是生命。但是有一天，人类制造了高级ai，能脱离人类自己繁衍的时候，机器也就成了生命。 如果这种生命超脱了它母星的环境，那么它在所有能生存和繁殖的环境里，都是生命。 所以不能单纯说某个东西是不是生命。一定要问这个东西在这个环境里是不是生命。 一家之言。不要深究。 2022年6月30日 什么是文明？ 狼群社会是不是文明？ 文明的本质，我认为就是实现1+1远大于2。也就是，个体的组合产生的发展，远远超过孤立个体能实现的发展总和。这个发展，自然指的是星辰大海。 如果你认同生命的定义，同样也能定义文明。什么时候人类进入了文明社会，可能难以定义。但能发射火箭的生物，肯定属于文明生物了。 那么，有一样东西，或是语言，或是文字，也许是书籍，抑或是铁器，或是社会分工组织方式，或是某个职业的出现，一旦出现了这样或者这几样东西，生物离发射火箭就仅仅以万年或千年计了。也就是说，发展有了极大的加速。这时候，我们可以认为，这个东西的诞生，标志着文明诞生了。而在这之前，比如蟑螂，它有智力，但数亿年也没能进化出智慧。它并没有进入文明社会。 所以狼群、蚁群等等，都不是文明群体。它们只是实现了1+1＞2，没有实现远大于2。而且并没有数量级上的提速。 由此，还可以得到“后文明时代”。就是人们勾心斗角，如同原始社会。但由于前代人的文明成果，他们物资和科技上暂时不会退回原始社会，表现出一种1+1＜2而总社会又非常“文明”、“科幻”的鲜明对比。 当然，这个定义倾向于类似地球这种个体力量非常薄弱的环境。 假如某个外星文明，一个人就发射了火箭呢？理论上可能性很低。一个人发展全产业链，太难了。首先这个人不能死。不能死就永生。永生的进化手段有待研究。然后，永生者愿不愿意这么累搞星辰大海呢？100亿年时间够不够他发展的呢？ 大概就这个意思。说了好像啥也没说。 20220712 世界人口要超80亿了。 20220718 不患寡而患不均。 不均、不公平，是社会矛盾的主要来源。 如何理解“均”或“公平”？ “均”不是平均。如果平均了，那才是不公平。 我肯定不想和瘾君子获得同样待遇。我也不想和躺平的人发一样的工资。 现阶段，多劳多得，才是公平。 但是这很难做到。比如，你编写的代码，简单，高效，但是却不如同事看起来努力认真。你的代码好读易懂质量高，随便换个人都能胜任维护工作，结果老板就把你换了。而小A靠着自己建立的“屎山”代码稳如老狗。比如某个项目中人人都觉着自己起到了关键作用，都觉着自己该得到最大的利益分成。比如资本家提供了生产资料，他到底该分成多少？公司两个人都提出了改进方法，且同时得以执行，结果非常好，到底谁起的作用大？你教学努力但是是个差班，无法体现你的优秀。你写的小说非常好看，但是机遇问题并没有火起来。鱼人二代这个200名以后的选手大火特火。你努力工作，却永远不如房东喝茶赚的多。 能像计件那样容易量化的工作，并不多见。（这种工作基本上也是爆肝工作，公平也只是行业内同事之间公平）。 一个国家，只靠发福利（大锅饭），导致懒人变多，就会入不敷出。只靠多劳多得，不劳不得，就会有人饿死。那么社会福利占多大比例？个人奋斗占多大比例？这都是要好好规划的。规划不好，又是个不公平。 说到大锅饭，其实设计理想是很好的。有人可能听说过“人七劳三”这个词。就是不论老人,劳动力,还是小孩子,只要是生产队的一员,人人平均先按七成分口粮,然后再按劳动所得的工分，分剩余三成口粮。全国基本如此。 这种力度的福利分成，我不是针对欧美，我是说在球的各位，都是垃圾。 当然那时候穷就是了。理想虽丰满，现实很骨感。虽然失败了。但起码试过了。我们是有理想的。 上升通道是否打开？到龄（退休）人员是否能让出位置来，并能保证自己的后半生幸福。都需要好好设计。家族性的产业，能把财富带入下一代，对普通大众是极其不友好的，古代可以用推恩令，今天如何相对完美的解决这个问题？遗产税？ 所以，现阶段是很难做到绝对“均”的。大概只有进入共产主义社会，能轻易满足大家物质和精神的追求时，“不均”才能给淡化。只是心理上淡化，并未消除。 美国也不行。只是它太富了，淡化了这种不均。还有他们的文化本身就是弱肉强食。混不好不怨社会，怨自己。加上洗脑、舆论控制、以及一整套甩锅机制，目前社会相当稳固。 比如禁枪问题。根本原因就是小政府问题。简单讲就是，我给你枪，自己保护好自己，少来找我。高情商叫自由，低情商叫甩锅。这就是这个规则存在的根本原因。这只是一个社会小缩影。哪怕有一天禁枪了，也会有很多其它类似的甩锅机制。 目前阶段，只能说中美两国有不同，难以说明谁好坏。或许都有该借鉴的地方。 这就是润（run，跑去国外）学的基础。 你做的再好，哪怕国内真的实现了“均”，也只会导致润学家和国外对比，发现国家之间并“不均”。毕竟咱资源有限，人口众多，各方面都落后，一平均更落后。穷，就是原罪。 关于润，我是支持的。学历高低都行。毕竟地球那么大，中国人完全可以去住。人品好坏都行。毕竟杀人犯和流放者都成了灯塔和被人羡慕的对象。润，算是开枝散叶，大功一件。有利于世界民族大团结。 但是润后排挤打压祖国的，就不支持了。 绝大多数润走的，人品都是极好的。网上舆论问题，是因为少数心眼不好的，混的不好的，或者吃这口饭的，声音特别大而已。 毕竟混的好的，没事谁天天跑中文社区疯狂输出？旅个游做个拉皮拍个黄瓜也比这强。 2020年7月18更 朴素经济理解。 生活中，我们接触很多行业。比如餐饮，旅游，快递，装修，超市。这些行业可谓左手倒右手。它不可能自己就玩的飞起。 得有人创造，实现从0到1。这就是第一产业，农、林、牧、渔，是用太阳能让动植物增长的产业。和部分第二产业，比如采矿，发电，这些从自然界获取资源的产业，也算是从0到1。 巧妇难为无米之炊，要想经济玩的飞起，首先你得有物资不是？ 第三产业就是服务业。包括教育金融等等。他们都是为了更好的利用第一第二产业。 产业划分标准也不那么统一。 我国第一产业单纯农林牧渔。美国把采集业也算第一产业。日本的运输业是第二产业，美国把运输业视作第三产业。 我国人口众多，基本上什么都缺。从粮食到铁矿原油。连钾肥都不能完全自给。所以要想经济过得去，必须满世界找资源。要是找不到，虽不至于饿死，但各方面成本立即拉高，经济发展恐怕就歇菜了。所以粮食安全，能源安全等国家看的特别重。 而美澳加等国，人口少，资源丰富，可谓躺着也饿不死。美国人那么少，耕地总量却比中国还多。人均大约是中国八倍。各种矿产也很丰富。不怕封锁。 所以，没有国家比中国更需要全球化。地大物博这句话，多少忽略了人口因素，给人以错觉。中国四成以上的天然气，五成以上的钾肥（中国钾肥储量很少），七成以上的石油，八成以上的铁矿石，都依赖进口。至于其他的东西，非第一第二产业的，咱就不数了。其实影响也不大。那些东西影响不了生死。 |
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看上图，中国对俄乌战争的态度你就大概明白一二了（实际这可能仅仅是对决策无足轻重的因素，还有很多其它考虑）。加拿大和俄罗斯，掌握了全球大部分钾肥。简单讲，夹缝中求生罢了。 你是更担心光刻机造不出来呢，还是更关心钾肥买不到了？石油进口占比这么高，你觉着光伏发电香不香？为什么那么多骗补都阻挡不了鼓励？新能源汽车帅不帅？当然帅。帅就够了，环保不环保已经是次要因素（当然，新能源比油车是环保的）。钢材自给率号称98%，感觉好自豪，只有你自己知道制造钢材的铁矿石80%靠进口，你慌不慌？ 并非他们不想至于你死地，而是条件不允许。如真的把绳子套上我们的脖颈，他们不介意狠狠勒住不放的。历史上例子简直不要太多。 不是所有国家都是合久必分，分久必合的。 有些国家是没有后半句的。 例子太多。亡国亡种的也有。就不举例了。 铁矿咱家也有，占世界11%，不算少。但土澳是你差不多三倍。而且咱家富矿占比基本可以忽略（1.8%）。用起来成本那是相当高。 如履薄冰。 像这种矿产资源数据的公布，我觉着应该是机密、绝密的头等大事。数据上国家应该有所保留，免得被人捏到睾丸。 总之不富裕是错不了的 。 博弈，不是当事人，不好看懂。 ————— 简单理解经济危机。 上学时跑过操吧？按说跑多快都行，反正一圈圈的循环。但总有几个班级挤成疙瘩，又有几个班级需要快速奔跑。也就是紊乱了。要是有两个同学闹了矛盾，会更乱。两个班级打起来，后果更严重。 所以，我们每个人都有能力跑的很快（生产力高），但仍有人跑不动（生产、分配环节出了问题）。 如果不能用政策调整，那么经济矛盾只能越积越多，最后爆发所谓经济危机，一些资产暴死，然后重新建立循环。 ———— 由于美元的世界货币属性，美国的金融，可是真能生产物质的。它把其它国家的美元赚回来，抢回来，坑回来，就能确确实实的换成各种自然资源。 若是赚不回来，只是印钱买东西，那将会导致美元信用降低。 世人若盲目学美国大搞金融，把金融占GDP的比例提高到和美国一样（1/5），那么底裤都得赔光。美国的金融，和其他国的金融，不一回事。 2022年7月20日 文明随集体扩大下降论。 自己造的词。继续开脑洞。 人类的文明程度，是随集体的增大，而下降的。 一个家庭，成员之间是比较文明和谐明的。 上升到一个单位，可能就要勾心斗角，各种事情郁结，矛盾丛生。 若是上升到一个大团体，比如什叶派和逊尼派，天主、东正、新教。争斗可能残酷一些。 要是上升到国家这个人类有史以来构架的最有力量的机器之间。可用灭绝人性来形容文明。 比国家还大的集体，就是种族。黑黄白三大人种之下又分各种民族。种族之间的矛盾，可参考黑奴，各种种族屠杀。 这是因为人数越多，利益越不能趋同，信任度也越低，交流起来麻烦，由于集体内部利益的掣制，矛盾往往无法调和。就像一艘巨轮，其惯性已经无法靠个人调整。解决方式往往只有一个：打。 当然，和古代比，各集体的文明是发展了的。 山海经记载那么多奇怪动物，其实有些是不同种族的人。 我相信那时两个差异较大的部落，互相都不当人看待的。甚至不如人和动物。毕竟动物是猎物，能吃能养。敌方部落是怪物，连猎物都算不上。必须全部剿灭。 近代，洋鬼子的称呼也基于此。各种屠杀、灭绝种族也是基于此。1965年美国黑人才具有全面投票权。这是纯以人种决定权利的例子。 现代，各国之间其实文明多了。但有时也是身不由己。必须讲国家利益。对不起，是我国的利益，你国利益怎么样关我屁事。 我相信，随着文明的发展，国家于国家之间会进一步文明化。战争会消失。国家可能会消失。政府不会消失。 还有一个论断（脑洞）： 智商随集体扩大下降论。 当集体较小时，由于惯性小，易于调节，集体是一个走下坡路时负反馈，走上坡路时正反馈的状态。 简单理解就是差的及时改正，好的继续发扬。 当集体足够大时，集体将全面进入正反馈状态。外观上表现为，不断的由一个极端，走向另一个极端。 如此反复震荡。犹如潮水涨落，无法控制。 国外的政治正确就是此类。 很显然，在集体中，智商被压制了。 一件事大家说好，于是继续做，什么时候做绝了，大家才发现不能做这个了。事情做不绝，是不会回头的。做绝了，就进入下一个循环。 20220721 关于第三次世界大战。 现今俄乌打仗，很多人问三战什么时候开始。 我们不妨想想，战争的目的是什么？ 无非就是抢夺土地、资源、文化、经济、金融、科技等等。本质就是抢夺生存权和生存质量。 在古代，抢生存就是抢夺土地。其它方面加起来，也不如土地重要。所以，战争总是那么吃果果。 如今，需要抢夺的东西多了。手段也多了。 如同儿时为了抢一块糖打架。 少年为了钱物和爱情而斗殴。 中年人，眼睛里不再只有糖或者财物和爱情，需要抢的东西更多，但直接用拳头的就少见了。 一战二战是热战的巅峰。 三战其实早已开始。它化为了贸易战，科技展，金融战，文化战，舆论战，信息战，子宫战，生物战（没错我就是说新冠，别管它是不是人为放毒，现在就是生物战）。 战争形式发生了变化。 因为这些确实有效，且能达到目的，风险还小。你国的煤炭我想要就要。你国的木头我想烧就烧。你国的劳动力都抢着来这里。我去你国旅个游，女人陪我睡觉都倒贴钱。有啥土特产我也是想买就买。买要花钱？你国的经济文化金融都被我把控，大哥嗦了蒜！你国公司都有我股份，赚了钱先分给我，那花钱还不就是玩游戏？ 关键是，我享受了这些好处，至于你国的卫生、医疗，教育、养老，治安，国防，那是你自己的事，不要来烦我。 简直就是白嫖。 你说现在要土地干什么？ 阻止大规模热战的另一个原因是，核武器的出现。确切来讲是热核武器，也就是氢弹。它极大的把大国之间的战争上限看齐，没有之前的武力代差。 核武器能消灭战争发动者。常规导弹洗礼其实效果很差。你看俄乌战争打马里乌波尔钢铁厂就知道了。 一个常规弹头，一般有效半径几百米，小型的，也就炸个篮球场。有掩护的话，效果更差。大楼都炸不塌。对于洲际导弹你要花数倍数十倍的能量运送它。也就是，运送一个鞭炮，要花20个到50个鞭炮。亏死。投一两个吓唬一下可以。大批量，火力肯定是不足的。 然而换成核弹就不一样了。听说过当量这个词吧？比如说500万吨当量。基本上相当于100万到500万个常规洲际导弹了。一枚顶一百万枚。这运送效率，不用再说什么了。 |
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这玩意当量可达2500万吨。 也许你听说过世界上最大的沙皇炸弹。 |
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也许5级地震并不大。但这是震源深度为负的地震啊。 杀伤半径公式：半径（千米）=1.5*当量^1/3。当量单位是万吨。 经过计算，这个2500万吨的撒旦，可以使20公里半径内的人瞬间死光。20公里左右到60公里左右内的人生不如此。 地球上没有那个城市一发解决不了。 如果是多弹头，同样2500万吨，威力更是大增。 可以对比当年日本爆炸的小男孩，仅1.5万吨当量。 所以说，俄罗斯是看起来拉夸，但是手里是有大家伙的。可以谴责，但没人敢正面、真正、威胁它。美国只敢吆喝，真动手还得掂量一下。 拥有核弹核弹，基本上，知道战争发动者的大体范围，就可以消灭他了。各种间谍和探测手段，精确定位难，定个大体范围，应该不难。 就算核武器消灭不了发动者，发动者也得不到好结果，他面对的将是一片片废墟和史无前例的来自于全球的舆论攻击。 假如某国突然拥有了能单方面瞬间抹掉他国的武器，我相信它会毫不犹豫的发动战争的。 所以，世界大战以热战方式进行的可能性，是很小了。 但这并非什么好事。尤其对弱者。 小时候输了糖，再抢回来就是。对手也是小孩，早晚有懈怠的时候。这是古代各国起起伏伏的原因。 少年挨了揍，以后打回来就行。虽然难度大了一些，大不了合起伙来嘛。这是近代各种热战，尤其是一战二战。 成年人输了，是很难翻身的，尤其是对方想置你于死地时。这是三战。 以前各个国家，好比各个小公司。现在终于到了收购兼并的时代了。当然，是指文化上和经济上。 三战要是输了，基本上各方面就被渗透成网了（筛子算什么）。也就是烂到根了，且会被一直打压。基本上凉凉。数个世纪后，大概和尼安德特人或印第安人一样的下场。 三战过程中，土地其实不那么重要了。 三战结果上，给土地换主人，仍然是战争的最后目的。 没有人会可怜你。史书由胜利者书写和润色。希特勒要是赢了，美国一定被钉在屠杀印第安人的耻辱柱上。美国将变成人类的反派，还是有史以来，最大的那种。且会被瓜分，被驻军。 三战烈度比热战低，进行的慢。好比温水煮青蛙。熟之前，青蛙是有可能跳出来的，变王子也有可能。一旦熟了，华佗来了也治不好了。 中国赢了三战，尚有可能实现世界大同。其他国赢了，恐怕人类发展又被迟滞数个数十个世纪。 毕竟，你得先知道自己要干什么，才有可能成功吧？ 毕竟人类共同体，格局太高了。比虚假人权牌高多了。人共体，包含人权而高于人权，舆论的最新制高点。 有些人觉着无所谓。然而人共体是个框，解释权自然归我们。文章有的写呢。现在只是个楔子，只是个开篇。一带一路，往大了说，“路”也是海权陆权的更替问题。有人说，海运费用低。那我问你，是纽约到乌鲁木齐运费低，还是山东到乌鲁木齐运费低？因此，一带一路的成功点，我觉着自然在于发展亚欧内陆。 ———————— 20220723 现代的人其实是很分裂的。 根本原因前头说了，是社会发展速度，超过了人类进化速度。一部分人不适应，那是非常自然的 。难以说他们是好是坏，只能就是不适应。不仅他们不适应，地球上的所有国家也不适应。每个国家都在积极的、不断的调整自己的政策。 这些行为包括不限于躺平，丁克，不婚，同性恋等等。我不想讨论这些事物的对错。但这很显然是达尔文进化论的一次基因淘汰。所以，改变不了什么。留下来的，都是卷王。没有谁能彻底拯救自己。只有自己。 所以有人问，进化停止了吗？ 没有。 只是相对于自然环境，进化放缓了。对于人类才刚刚建立不到一百年的社会环境，进化才刚刚开始加速。 区区一百年前，进化主要动力，还是自然环境。现在，自然环境已经决定不了生死。于是进化的原因，更多的给了社会环境。 所以，不婚，丁克，同性恋，躺平，社恐，会越来越少。被淘汰了嘛。 如果社会稳定上一千年，势必导致智商和美貌向上聚集。人种可能还要继续分化。相信那时候的人回想一些两全其美的办法。 ———— 关于无神论。 你是想要真相，还是要谎言？ 神的作用，一是古代是朴素的法治作用，二是慰藉作用。 法治这块，已经被现代法律接管。 慰藉作用，其实不如实实在在帮助效果好。 除了物质上，还要有精神上的帮助。 信仰并非只是信神，信仰是强大的内心力量。无神论者也有信仰。 古人不知有神论还是无神论，对人生，是没看透，也没活够。 现今半吊子无神论者，是看透了，活够了。 真正的无神论者是，看透了，没活够。 这里的普通人，是指普通的有一定学历的人。这部分人，最容易学成半吊子无神论。 2022年中国的本科率才8%多一点。 至于科学大拿们，估计都是心知肚明。哪怕在美国，都是学历越高，信神的人越少。 随着社会发展，有神论者比例也越来越低。人们越来越客观，并非是我们自己这样，世界都是这个样子。只是我们快了一步哦。咱自古就这个土壤，自古这一片地方就是这样。没办法，骨子里拧。 你信不信神，还要取决于你需不需要神。如果你信不信神，都过得非常好，干嘛要信？ 你要问我怎么想的，我觉着吧，个人观点啊，骗总归不是什么好事。能骗这，自然也能骗那。作为大资本，能骗吃骗喝骗一生，反正都是骗，无所谓了。而作为自古以来的无神论者，尤其是加以自古天下苍生社稷为重的思想，更注重现实，更能做到以天下幸福为自我最大满足。毕竟，一个人你吃能吃多少？飞又能飞多远？整天躺着玩又能多幸福？ 有什么能比让天下乐呵更值得追求的呢？ 西方也是有这个观点的，也就是马斯洛需求理论的最高级别：自我实现。可以搜索一下。 个人感觉，一个人要掌握的知识，最好有基本的逻辑学（不仅是与或非那种）、概率学、还有这个马斯洛需求理论。这三个，有助于更好理解这个世界。 ———— 其实人的神，终究是人自己。 2022年7月26日 新冠既然是生物战（不论是不是人造的，是不是人为释放的，现在就是生物战争），那就好理解了。 就一点。 如果你输了。 信不信金冠银冠草冠总会时不时首先爆发在咱这？ 是的，它们连亚非拉都不会去。 到时可真是：黄泥掉裤裆，厕所吃榴莲，洗手湿了裤，有理说不明。你说有人使坏，谁信你？ 被国外冤枉一下，这面子上到不要紧。只恐怕我方千年大计，就此完结。 几百个生物实验室，它们没几套拿手绝活我是不信的。以前不用，那是因为他们以前靠其它手段还稳得住。 现在，但凡有能让他们“杀敌八百，自损两千八”的办法，它们都敢用。毕竟人家家大业大，脸皮还厚，拼损耗，拼的起。所以，咱不但要赢，而且必须要赢的漂亮。但凡赢得不漂亮，都是原罪，都会被攻击。做到这很难，代价也不会低。但会起到一个打得一拳开，免得百拳来的效果。 大家会不会觉着我总把某些国家比如美国想的太坏，有违我中华爱好和平的文化传统呢？我觉着不会啊。它无论是过去，还是现在，无论对中国，还是对外国，它都做过了非常恶劣的事。它都做了，还不让我想吗？建国大约250年，只有十几年没有战争的国家。 至于我说的这个新冠，它厉害吗？它不是厉害不厉害的问题。它真的是那种，那种非常少见的，几十年来，能把美国通胀搞大的小东西。 这只是一个小方面。至于后遗症什么的，咱也不懂，也不敢乱说。反正美国自己爆出来二十万孤儿，几百万无法工作的人。 2022年8月2日 关于现在人的起源，大概还是要相信基因科学。 之所以现在心里不好接受，大概是近代积贫积弱的原因。 其实现在我们的成就，早已不用“掘坟自证”祖宗厉害。老子的祖宗厉害，不如自己厉害更厉害。我们本身就是强大的民族。无需祖宗证明。 若是真正强大，不会需要外人证明。比如你骂马化腾穷鬼，但凡他反驳你一句，他就输了。 若真以祖宗论，我们也不差。 这些祖宗认不认？必然得认啊。 不过这样也太卷了。 所以，最好的办法，就是不在乎过去。在乎现在，在乎未来。啥时候让别人言必称祖宗如何如何辉煌，啥事时候就算强大了。 ————— 20220808 关于三体黑暗森林。 假如一群外星生物，类似虫族吧。他们全星球都是一个传承模式。就是父母生下孩子，孩子就吃掉父母。这样更有利于能量传承。 它们来到地球，发现地球上都是一些不吃父母的异端。 然后消灭之。 当然，它们的意思是，拯救我们。并且它们发自内心，非常欣慰。 20220814 人类为什么会感到孤独？ 人为什么要寻求别人的认同？ 因为团结就是力量。字面意义上的。不团结的基因，感受不到孤独的基因，被淘汰了。 有尖牙利爪，个体能力很强的独行侠，比如老虎什么的，不需要靠群体的动物，它们是感受不到孤独的。幼儿时期除外。 2022年8月15日 钙这东西质量太差。我想要一副金刚狼那样的骨骼。 这又不是不可能的。 毕竟地球上有个活生生的例子，铁壳蜗牛——鳞角腹足蜗牛。 当然这东西并非进化论的编外人员。 人和香蕉好像没有亲戚，但人的基因和香蕉的基因，有50%是一样的。 这个蜗牛的壳，主要还是钙。只是最外层有30微米的铁。不是纯铁，主要是二硫化亚铁（黄铁矿的主要成分）和四硫化三铁（Fe3S4），硬度和人造的铁没法比。强就强在，全球目前，发现外骨骼用铁的，独此一份。内骨骼的没有发现。 大家可能忘了，钙是金属。 |
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而且，钙作为骨骼材料，绝对不差。如果换成铁，综合效果不如钙。强度一般。也太重。 所以，换成铁不行。 如果换成钛，强度能上升很多。而且还轻。 钛，本身就被称作“亲生物金属”。 靠手术不好使。最好人能自己长出钛骨骼。钛的丰度要高。地球不合适。 那就换一个星球。 然后要让钛变成便于生物利用的溶液。比如地球上你随便烧点硬水，时间长了就一层水垢。证明水里有大量钙。 可惜钛不溶于水。 但是四氯化钛溶于水啊。或者硫酸氧钛。虽然都不太稳定，但凑合能用。 骨骼里面不太可能以钙单质存在，大概率也不能以钛单质存在。因为这两个东西，都是活泼金属。钛虽然耐酸碱和海水腐蚀，但其原理和铝差不多。 地球上骨骼里面主要是钙的磷化物。比如羟基磷灰石。硬度为5。 那么钛呢？ 磷化钛：密度4.08g/cm3。有很高的热稳定性，真空或保护气氛下加热至1100℃不分解。不受普通的稀酸和浓酸侵蚀，稍受王水侵蚀。空气中加热易分解，属于高硬物质。四氯化钛和磷化氢热反应或密闭容器中钛粉和磷热反应制备。具体多硬没查到。 二氧化钛，硬度6。 这就齐活了。这种生物由于骨骼太过牛逼，过载能力也更强。拿到地球上来，可能很能打。 来吧，我要打十个！ ————— 20220816 有人说到UFO问题。 未成年时，我买过这种地球未解之谜的。上面有很多UFO。还有水晶头骨什么的。 我一直没谈这个，是因为不知道怎么谈。 针对某具体事件的，可以去搜一下。我肯定不如专门研究这个的说得好。 我只大体说一下自己的观点。 一言概括，目前普通人并没有得到什么有价值的东西。特殊人有没有得到，普通人也不知道。大概率没有。没有不透风的墙。若是真有猫腻，研究经费肯定飞到天上去。但凡有什么真凭实据。一大批科学家，政客，都杀红眼去研究。这不比发现新大陆燃？保密？核技术都能靠间谍拿出来，UFO估计也不能做到保密。一国知道，其它国家也就知道了。那么多间谍可不是白养的。 二战时蝙蝠炸弹都骗了不少经费呢。 首先，UFO事件是不是真实的？有没有证据？ 当然是真实的。证据也很充分。视频都录下来了。这难道不是板上钉钉的证据？ 但是，UFO的意思本身就是不明飞行物。发现不明飞行物，说明不了什么。没有任何证据它和外星人有关。 而且并没有超出人类认知的UFO碎片。 至于外星人遗体，更是没有。 早几十年，网络不发达的时候，比如说中国八九十年代，是UFO最热的时候。全国开会。出期刊。开始注册正规的UFO研究组织。当然没有官方组织。那时候气功也很热。 所有UFO，不论照片还是视频，有实物的，没有清晰的。 没实物的，有清晰的。比如说这几年有人拍了火箭的尾迹。 举例说明，我老家发生的： 总之，UFO现在热度不如以前高了。也许你搜报告，或者看大数据统计，总个数变多了，但这不代表近几年UFO活动变多了。毕竟现在人人都能录视频，人人都能发表。 生活中，很少有人讨论UFO了。书摊上，关于UFO的书也少了。 ————— 之前我提到人生需要（非必需）掌握的三个知识：基本逻辑学，基本概率学，需求理论。 过几天先说一下概率。 概率这东西，就是你明白了，不想讲的东西。 更新先告一段落。说的不对，多多包涵。 到时候新开一篇。 现在我后台编辑都翻半天找不到地方。 这篇控制在5万字左右（目前4万9千字）。 2022年8月18日 新链接 |
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当时没想写这么长。三年多时间，慢慢就越更越多了。算是三年来闲暇时的思考记录吧。都是一些粗糙的认识。如有启发，荣幸之至。文中间有一些错别字等。应该不影响阅读。硬伤性的错误，肯定也会有。但是手机编辑，确实不便。那么就在后续的文章里更正吧。 亲爱的朋友们，第一篇就到此完结了。感谢阅读。感谢支持。我们下一篇见。 本篇续更： 再水上一点字，此时后台刚好显示49888字。 |
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人类没什么可能是可观测宇宙的最高等文明，但很可能是银河系的最高等文明。 绝大多数人终其一生都没有向这尘世之外认真看过哪怕一眼，以为这世上发生的一切，包括自己安定的人生是一种必然，然而并没有什么天经地义的稳定，背后的一切皆有可被解释的原因。 人们受到落后的科普知识的影响以为地球和太阳系和银河系里面的其它物体没什么区别，然而过去对文明数量过高的估计是建立在我们很普通，太阳系2.0很多的基础之上。 只见过奇迹的人会觉得世上到处都有奇迹，连自己都不了解的人，怎么去了解别人？ 近几年的研究已经越来越倾向文明稀有的观点。这种稀有性来源于我们的天文观测，我们发现 太阳系与银河系大多数恒星系相比完全是个异类，为什么我们会诞生在这样特殊的环境中？近几年的研究暗示出一个答案：正因为这种特殊性我们才诞生出文明。 这篇文章从2022年9月开始写到现在，目前已经10万字了，基本上快写完了，后续还会继续更新。 如果你有耐心看完并看懂，那么你可以了解到很多硬核知识。 阅读这篇文章可能对于大部分人来说很难，因为这篇文章内容对应了大约有200多篇论文（为了写这篇文章我看了400篇论文），但我不会降低标准，科普读物并不是越通俗易懂越好，科学有它的标准，不能因为娱乐性而丧失严谨性。 对于费米悖论这种牵涉到人类科学各个学科的大议题，注定了严肃讨论它的复杂程度。 省流版: 文明诞生的条件很苛刻，在粒子→星系→恒星→行星→化学→生物→文明 的过程中每一步都存在着苛刻的条件，不满足条件的环境无法诞生技术文明，即便诞生出技术文明，前途未卜的我们看着外面一片死寂的星空，仍然不知道自己的最终命运。 生物到文明的演化，就像是一场没有复读，没有教材，没有题目的高考，生命从环境的改变中被自然选择之手推动着以死亡和繁衍作为手段来积累考试经验，并进化出复杂结构来理解世界，实现最小代价的损失，从而让自己活下来，某些生命幸运的通过了考试，然而等待着它的是同样空白的未来。 即便灾难会让一切归零，过去是一条不可返回的死路，但既然选择了前进就不要停下。 Q：宇宙这么大，你怎么敢说文明稀有？咱们来晚了，到处都是外星人，外面全是！ A：我倒是觉得银河系这地方没多少外星人。 Q：外星人没来，不代表不存在，你这是狂妄自大。 A：老子从来就没狂妄自大。 Q：你不狂妄自大，谁狂妄自大啊？ A：谁不用脑袋认真想问题，谁连别人说了什么都不看就反对，谁狂妄自大。 Q：懂阴谋论吗？知道地摊文学吗？知道硅基文明这类非碳基文明吗? A：不懂,你说的这些没证据，其它生命形态连自我复制结构都模拟不出来，其它生命形态在化学上相比碳基生命有巨大的劣势。连草履虫都不如的低级生命会在缺乏各种资源的恶劣环境中不知所以地变成高等文明的事会有人信？寻找外星生命的本质就是寻找能对世界产生可观测影响的同类，随意扩展生命概念带来的结果只是换一个名词解释自然现象。 Q：知道银河系有几千亿颗恒星吗？你说人类是银河系最高等文明就像一只鸡从蛋里孵出来，看到周围没有鸡，就以为自己是全天下最厉害的鸡一样愚蠢，你对宇宙的大小一无所知，人类根本没可能是最高等文明！ A：科学讲的是证据，一就是一，二就是二，人类确实只能看见附近的行星，确实不能直接证明外星文明不存在，但我们能通过被实验证实的 物理规律和一些假说来间接估算行星表面的宜居性，进而推断生命演化到文明会遇到的各种过滤器，通过太阳系与其它恒星系不同的证据，我们可以推断出太阳系在银河系是稀少的。 Q：你刚才说了什么？科学讲的是证据，你有外星人不存在的证据吗？ A：贴上的这一百多个篇参考文献，看见了吗？多少外星文明不存在的严谨文献给出的证据我都给的出，你有外星人存在的证据吗？一就是一，二就是二，事实不是模棱两可的答案，没发现高等外星文明的可信证据，那么它目前就应该认为不存在，子不语怪力乱神，知道了吗！ Q：你去过银河系每一颗恒星吗？你没去过你怎么得出人类是银河系最高等的文明？人们来知乎上找答案要的就是清晰准确，你这不是在欺负老实人吗？ A：那好我问你，既然你认为银河系有外星文明，那么其它星系也有外星文明，对吧？或者你认为没有，那么请给出理由，毕竟你都认为外星文明在星系中出现是个必然事件了。 Q：有，也没有。我就想看你这样，一脸败相，说不过是输，说得过还是输，你看有人会听你的吗？抛开事实不谈，你就没有一点错吗？ A：其它星系的外星人，为什么没有一个也能发展到足够高的文明等级，可控核聚变或者戴森球什么的，消耗能量，释放出巨量的废热，产生大量中红外射线被我们的望远镜看到？要知道我们已经调查了20多亿光年的河外星系的恒星正常波段光通量与中红外波段和射电的光通量的比值，发现几乎全部的星系，绝大部分的恒星光能没有被利用，也没有额外的中红外信号。异常的星系就几十个，几乎都能用自然情况来解释。我把我的推理摆出来了，你继续来解释一下，有那么多高级外星文明，为什么都这么蠢，活了那么久，一个星系都快被文明塞满了，却连可控核聚变或者戴森球这种高产能装置都不会用？银河系外星文明究竟多不多，高不高级？与这些类似的问题，还可以列举出许多，咱们一个一个辩论。 Q：多，也不多。 A：我就想知道银河系外星文明究竟多不多。 Q：不多，但是你认真了，你已经输了，哈哈哈。 A：你这样的人还真够恶心的，你说的话也有人会信？ Q：我告诉告诉你！当然有人信，一大把。解决费米悖论这种科学界尚没有定论，谁都可以说上一句的问题，得巧立名目，不给证据，不讲科学，凭空捏造，相信直觉，编造段子，拉拢喷子，缴智商税。他们交了，才能让百姓跟着交，跟着拿流量。得流量之后，喷子的流量如数奉还；百姓的流量三七分成。 A：怎么才七成啊？ Q：七成是人家的！能得三成还得看喷子的脸色。 A：谁的脸色？ Q：他。 A：他？！我费这么大功夫写这么多字，解释费米悖论当今的情况，就是为了看他的脸色？ Q：对！ A：我好不容易查阅资料，写了文章，解释清楚太阳系的各种稀有性和稀有性的作用以及附近星系没看见高等文明的痕迹的事实，就是为了看他的脸色？ Q：对。 A：我得拉拢喷子，不讲证据，不摆事实，迎合大众，一起说人类比起外星人就是只蚂蚁，狗都不如，外面全是高级文明？ Q：对。 A：还得巧立名目，抖个机灵，编段故事才能拿高赞，得流量？ Q：对。 A：还得看他们的脸色，一起嘲笑人类的渺小？ Q：对。 A：那我不成跪着要饭的了吗？ Q：那你要这么说，来知乎上答这种题，还想拿高赞，还真就是跪着要饭的。毕竟谁都可以说“人类这么垃圾就敢说几百亿光年的宇宙最强，难道就没有其它可能吗？”喷死你。就这，多少人想跪还没这门子呢！ A：我问问你，我为什么要在这种题下认真回答问题？我就是腿脚不利索，希望更多人认真思考这类问题，启发他们用科学方法认知世界，跪不下去！ Q：原来你是想站着写长篇回答啊，那还是回山里吧，知乎已经不是那个知乎了，他们看都不看内容就断章取义开喷。 A：诶，这我就不明白了，我已经查了那么多资料，摆了这么多证据，怎么还不如写几句话抖机灵的讨喜？ Q：百姓眼里，你是专业的。可是喷子眼里，你就是山里跪着等着找骂的，为什么要相信你写的，你写的都是别人的观点，只是个翻译。答题嘛，讲故事、乐就完事了，干嘛要认真呢。都是生意，不寒碜。 A：我引用，你说我抄袭，只是个翻译，我不引用你说我胡说。好吧，我写原创观点，也写了很多，你又看不见。你这抛开事实不谈乱喷可真寒碜！很（tm）寒碜！我得罪你了吗？ Q：不得罪，只是我觉得你的话不符合我的信仰。 A：你信仰什么？ Q：人类相比宇宙微不足道，你太狂妄自大。 A：你和我谁更狂妄？ Q：你更狂妄。 A：你都用未知来推测未知，求神拜佛，真主上帝佛陀缸中之脑农场主的火鸡了，我用已知的客观规律来做推断为什么就不行？而且我也没否定神仙和玄学啊，我只是说他们没有意义啊，为什么我就更狂妄？ Q：因为你是好人，没有地位，不筛选评论，说的话戳到了我的痛处，还容易拿捏。 A：这是什么狗屁道理？好人就得毫无证据地被人骂？ Q：是的，你是想站着，还是想拿高赞？ A：我是想站着，还把高赞拿了！ Q：拿不了！ A：拿不了？ Q：拿不了！ A：这个（长篇）能不能拿？ Q：能拿，山里，被骂。 A：这个（专业性）能不能拿？ Q：能拿，跪着，不如抖机灵。 A：这个加上这个，能不能站着把赞拿了？ Q：敢问答题大哥何方神圣？ A：一个希望亲眼见到人类步入星际文明的硬核科幻迷。 〇、费米悖论的各种解释 在 20 世纪 40 年代的一天，包括著名的恩里科·费米在内的一群科学家围坐在一起谈话，话题转向了地外生命。费米问，“那么它们都在哪里？”他的意思是：如果宇宙中有这么多亿颗能够孕育生命的行星，还有数以百万计的智慧物种，那为什么没有一个到过地球？这被称为费米悖论。 后来人们意识到，任何拥有火箭和自动化机器人这类较高级科技的文明都可以迅速殖民整个银河系。虽然星际间的距离很远，也许远到生命有限的生物无法征服，但先进文明应该有可能建造自我复制的自动机器人来殖民银河系。 自我复制的自动机的想法由数学家约翰·冯·诺依曼在 1950 年代提出。冯诺依曼证明，进行大规模采矿作业（例如开采整个月球或小行星带）的最有效方法是利用指数增长的自我复制的航天器。 理论上，可以将自我复制的航天器发送到邻近的恒星系，在那里它将寻找原材料（从小行星、卫星、气态巨行星中提取）来复制自己。 然后这些复制品将被发送到其他恒星系。然后，最初的“母”探测器和不出去的复制体可以在恒星系内追求其主要目的，例如将这个恒星系改造成一个军事堡垒。 鉴于这种模式及其与细菌繁殖模式的相似性，有人指出冯·诺依曼提出的自我复制机器可能被视为一种生命形式。 在大卫 布林的短篇小说“肺鱼”中，他谈到了这个想法，如果这些自我复制机器也有某种形式的人工智能，不同文明发射的自我复制机器实际上可能会形成一种类似地球上的生态系统，他们可能会在银河系中互相打仗，甚至可能会自我进化，发展出碳基生命远程遥控的机械文明，以便更好的占领银河系。 1980 年，Robert Freitas 发表了此类航天器的首次定量工程分析[1]，他的想法是利用火箭将质量约为 443 吨的种子工厂 探测器 运送到其它存在行星或小行星的恒星系，让种子工厂在那里生产出许多自己的复制体，在 500 年的时间内增加其总制造能力，然后使用由此产生的自动化工厂来制造更多的探测器，每个探测器上都有一个种子工厂。 据推测，即便没有的超光速推进，并且速度限制在 1%光速的“平均巡航速度” 的自我复制探测器可以在短短 500 万年内，传遍整个银河系。 这样的探测器可以以非常慢的速度在恒星之间穿行。当它到达目标系统时，它会找到合适的材料（如小行星）并复制自身。 探测器数量的增长将呈指数级增长，银河系可以在 500 万年内被探索。几百万年内，每一个恒星系都可以纳入高等文明的探测范围内。虽然这个时间跨度与人类文明时代相比似乎很长，但请记住，银河系已有超过 100 亿年的历史，任何过去的高等外星文明都可以探索银河系最多250 次以上。银河系的殖民化应该是一个快速的过程。 因此，人们立即意识到，外星人有足够的时间在银河系中肆虐。但环顾四周，没有看到任何明显的迹象表明他们已经外出。所以“外星人都在哪里？” 此外，如果考虑到银河系存在的时间（超过 100 亿年）和人类历史中技术进步的速度（技术爆炸），那么所有超级先进的外星文明都在何处？ 技术文明的极限是什么？ 这个问题一直隐含在寻找外星智能 (SETI) 的讨论中。 据我们所知，整个宇宙看起来是原始和自然的。 附近宇宙中明显缺乏星际旅行的外星文明导致了费米悖论，即观察到银河系足够古老，即使是相当慢的星际旅行的文明，以 光速 的百分之几旅行，也可以在几百万年内占据整个银河系（Brin 1983 和 Cirkovic 2009）。 文明的技术水平可以根据收获多少能量来分类。 天体物理学家卡尔达舍夫 （Kardashev，1964) 提出了一个有用的方案来对文明发展水平进行分类。 他认为 外星文明有三个技术水平。 I 型文明类似于我们自己的文明，它改造了行星尺度的自然环境，例如绕地卫星群、大气污染物。 II型文明会改造恒星尺度的自然环境，例如戴森球。 III 型文明将改造星系尺度的自然环境。III 型文明很容易被发现，即使距离很远。 对于建造巨型又简单的建筑，只要有一个文明发展出自我复制的航天器，那么对于这个文明来说探索整个星系和建造戴森球这类巨型建筑便不是一个困难的事情。 如果技术文明存在很低的上限，那么 SETI 应该主要搜索可能在附近的 I 型（或更低级的）文明。 另一方面，如果有文明能够并且确实实现了星际航行，费米和哈特论证表明我们应该寻找遥远但易于观察的 III 型文明（Wright et al，2014）。到目前为止，大多数 SETI 努力都集中在小型和附近的文明（ Tarter 2001），但随着星系调查变得司空见惯，关于如何寻找 III 型文明的讨论也越来越多。 III 型文明的调查至少可以遵循两种基本策略。 可以寻找具有奇怪形态的星系，看看外星人是否重新排列或隐藏的星系中的恒星（Carrigan 2012；Voros 2014；Badescu & Cathcart 2006 ）。 或者，寻找收集整个星系辐射星光的迹象。 然后，星系在可见光上看起来会异常黑暗（Annis 1999；Zackrisson et al 2015），但会以热红外线的形式发射废能（Wright et al 2014；Garrett 2015）。 弱可见光或红外辐射都是判断标志。典型的假设是红外辐射来自几亿个戴森球体，每个戴森球体都是围绕着一颗恒星的巨型构造，并保持在一定的温度。 多余的热辐射以中红外光辐射形式出现（Dyson 1960；Sagan & Walker 1966；Slysh 1985）。 此类工程迄今为止最全面的调查，两米巡天望远镜发布了LoTSS-DR1河外星系的调查数据集，研究者调查了 16367 个和WISE 望远镜数据集中的 超过10万个 20多亿光年内的邻近星系的过量中红外热辐射，经过仔细排查后只有2个星系具有非自然特征（ILT J134649.72+542621.7 和 ILT J145757.90+565323.8），且因为调查不充分，不能确定是否存在 III 型文明。（Wright et al. 2014; Griffith et al. 2015; M. A. Garrett 2015；H. Chen & M. A. Garrett 2021 ）。 此外 100 GHz 的宇宙微波背景辐射中没有一个具有明显信号，这表明不存在在微波背景辐射中广播信号的超级文明。 这些调查结果排除了 20多亿光年 范围内的 300 万个星系，其中估计有 30亿亿颗类地行星，以及在数万个星系团中存在的 III 型文明 。 结合其他的 III 型文明搜索无效的结果，可以认为它们非常罕见，在可观测宇宙中基本上不存在。 如果事实上外星文明很多，但技术水平存在着一个上限，以至于我们看不见任何一个超级发达的文明在宇宙历史中留下痕迹，那么人类长期生存的可能性很小。如果人类真的生存下来，也将与其他文明完全不同。III 型文明的缺乏暗示了我们的孤独。 因此，根据上述原因，费米悖论就等价于两个问题: 1）为什么外星人没有来拜访我们？ 2）为什么我们没有检测到他们的信号/他们建造了戴森球的证据？ 这听起来有点傻。上述事实显然意味着在银河系广阔区域中的很多地方都没有外星人。 但许多研究人员认为这是从如此简单的观察中得出的激进结论。 对于众所周知的费米悖论，肯定有一个直接的解释。一定有某种方法可以解释我们在一个我们认为充满了其他聪明人的宇宙中明显孤独。 费米悖论是一个令人困惑的问题，人们围绕它提出了许多有趣的假设和猜测，例如外星文明可能比人类更加友好，或者它们可能没有发展出与人类相似的技术，或者它们可能已经毁灭了自己。 不过，目前还没有任何确凿的证据表明这些假设是正确的，所以费米悖论仍然是一个悬而未决的问题。 尽管如此，费米悖论仍然是一个引人入胜的概念，它提醒我们要更加谨慎地审视我们对宇宙的思考和想象，并且要更加努力地探索宇宙，了解更多真相。 这其实是个细思极恐的事情，可能关系到人类未来的命运，当然很可能和现在的你我没有直接关系。 费米悖论之所以成为一个悖论，源于我们对宇宙中生命很可能广泛存在和我们没有发现外星智慧生命的现实之间的矛盾。我们理应发现外星文明，但实际上却没有发现。为了解决这个矛盾，我们可以提出三种不同的解决方案。 第一种方案是假定我们认为自己没有发现高等外星文明，但我们其实已经发现了，只不过我们不知道。这里面又进一步分为四种情况：我们已经有外星人来过的证据了、外星人秘密地接触着少数地球人、外星人悄悄地观察着我们、我们就是外星人。这一类解释包括、外星人假说 (Extraterrestrial hypothesis)、古代外星人假说（Ancient aliens hypothesis）、蜥蜴人假说（Reptoid hypothesis）、动物园假说（Zoo hypothesis）、禁区假说（Interdict scenario bypothesis）、天文馆假说（Planetarium hypothesis）、虚拟现实假说（Simulated reality hypothesis）和 定向胚种论假说（Directed panspermia hypothesis）等。 第二种方案是假定虽然确实没有发现高等外星文明，但是高等外星文明确实是普遍存在的，只不过由于种种原因，高等外星文明并没有向外扩张，因此它们就没法与我们沟通，所以我们就没有发现它们。这里面又进一步分为几种情况：来不了没那个能力，来得了但故意不来，没必要来。这一类解释包括 渗透假说（Percolation Theory hypothesis）、极光假说（Aurora hypothesis）、夏虫语冰假说（Brief Window hypothesis）、自我毁灭假说（Self destruction hypothesis） 、黑暗森林假说（Dark forest hypothesis）、狂战士假说（Berserker hypothesis）、宇宙隔离假说（Cosmic quarantine hypothesis）、夏眠假说（Aestivation hypothesis）、飞升假说（Transcension hypothesis）、闭关锁国假说（Self closed hypothesis）等。 第三种方案是假定我们确实没有发现外星人，是因为能看到的地方根本没有或很少有高等外星文明，甚至可能只有我们人类文明这唯一的文明。这里面也分为几种情况，一种是银河系没有高等外星文明，另一种是可看见的整个宇宙范围内都没有高等外星文明，另一种是全宇宙都没有高等外星文明。这一类解释包括稀有地球假说(Rare Earth hypothesis)、大过滤器（Great Filter）、新灾变论（Neocatastrophism）、长子假说（Firstborn hypothesis）、智能设计论（Intelligent Design Creationism）等。 费米悖论的可能解决方案分为以下几类： 第一类解释 外星生命已经到访，但未被承认①我们已经有外星人来过的证据了 外星人假说（Extraterrestrial hypothesis）是一种阴谋论，认为外星生命已经存在，但尚未被人类承认。一些人认为，不明飞行物（UFO）是外星生物的飞船，并且他们在对地球进行观察。另一些人则认为，不明飞行物是某些国家或组织秘密研发的飞行器，并且可能与外星生物无关。还有些人则认为，不明飞行物是神秘力量或超自然存在的体现。 但是，外星人假说并非普遍接受。目前，人类尚未发现地球以外的生命形式，也没有任何确凿的证据表明外星生命存在。因此，目前这一假说是一种因为证据不佳而被认为存在错误的理论。 古代外星人假说（Ancient aliens hypothesis）是一种阴谋论，认为在古代人类历史上，外星生物曾经来到地球并与人类有过交流。这种假说的支持者认为，这些外星生物曾经帮助人类完成了一些令人难以置信的建筑工程，如金字塔和其他古迹。他们还声称，这些外星生物可能与古代人类产生了后代，或者给人类提供了某些技术或知识。但是，目前还没有科学证据支持这种假说，因此它被认为是一种错误的理论。 很大一部分人认为至少有一些不明飞行物、古代外星人的遗迹证明外星人到访过地球。虽然其中大部分是对一些物理现象未被承认或错误的解释，但仍有一些即使在调查之后仍然令人费解。对于这些科学界的共识是，尽管它们可能无法解释，但还没有上升到令人信服的证据水平。 ②外星人秘密地接触着少数地球人 蜥蜴人假说（Reptoid hypothesis）是一种阴谋论，它认为智能爬行动物，通常称为“蜥蜴人”，秘密生活在我们人类社会中。这个理论的支持者相信，这些蜥蜴人是变形怪，可以化为人类形态并渗透我们的机构，包括政府和其他强大的组织。这个理论没有得到科学证据的支持，被广泛视为毫无根据的阴谋论。没有可信的证据支持蜥蜴人或任何其他类型智能生物的存在。 ③外星人悄悄地观察着我们 2022年11月，一篇研究探讨了自我复制探测器通过引力透镜持续监视太阳系的一种可能。[2] 假设自我复制探测器通过相邻恒星系之间的直接引力透镜链接形成了一个银河系规模的通信网络。 第三个最近的恒星系统 Wolf 359 会是寻找的通过引力透镜持续监视太阳系的自我复制探测器的绝佳目标。 事实上，从 Wolf 359 看，地球是一颗凌日行星，这意味着我们的星球可能会经过自我复制探测器的监控范围，它们能通过几百米的望远镜观测到我们文明的很多信息。 基于 引力透镜 的星际通信可以从距太阳约 550 au 开始。 而非引力透镜的通信方法，以较小但仍然显着的增益为代价，探测器可以位于更靠近太阳的位置。 假设外星探测器使用太阳帆来保持与太阳的距离。 那么我们无法可靠地识别出高达 ~23.5 等的任何此类物体，这对应于延伸至天王星轨道 (20 au) 的探索区域。 这项研究指出，我们似乎很难检测出隐藏在太阳系中的外星文明的监视器。 动物园假说（Zoo hypothesis） 是由John Ball 于 1973 年提出，指外星生命有意避免与地球交流，以允许自然进化和社会文化发展。[3] 动物园假说的一个变体是“实验室”假说，它认为人类正在接受外星生命的实验，地球是一个巨大的实验室。[4] 例如，一旦人类物种通过了某些技术、政治或道德标准，外星人可能会选择允许接触。他们可能会拒绝接触，直到人类强迫他们接触，可能是通过向他们居住的行星发送宇宙飞船。或者，不愿开始联系可能反映出将风险降至最低的明智愿望。一个拥有先进技术的外星文明可能会得出这样的结论：与其它文明的直接接触会给自己带来更多的风险，而不会带来额外的好处。 在实验室假说中，动物园假说被扩展为“动物园管理员”正在对人类进行实验，ball将这一假说描述为病态、怪诞、利他主义，实验旨在加快文明演化以克服智能生命自我毁灭的趋势，直到一个物种发展到足以建立联系为止，就像动物园假说中那样。 动物园假说和实验室假说都是推测性的，并且没有得到科学家的广泛认可。这两个假说都没有确凿的证据支持，并且有争议。 禁区假说（Interdict scenario hypothesis） 1987 年，马丁·福格 (Martyn Fogg) 提出了 禁区假说——动物园假说的一种扩展形式，禁区假说认为，存在一种高级的外星智能生命，它们不希望人类和其它外星生命接触，因此创造了一个禁区来阻止我们的接触。 它还提供了所有能孕育文明的较晚诞生的行星，而不仅仅是地球，都是禁区的原因。 福格展示了早期银河文明起源、扩张和相互作用的简单模型的结果。与他之前的许多作者一样，他发现，使用看似合理的模型参数值，银河系很快就会充满智能物种。根据参数的不同，要么由少数物种主导大型“帝国”，要么存在许多不同的较小“帝国”。福格模型的结论是，无论参数值如何，外星文明都会在我们的太阳系形成之前就在银河系中定居。 福格认为，一旦殖民阶段结束并且几乎每颗恒星都支持智能生命形式，银河系将进入一个新的“稳态”时代。文明扩张的冲动消退，领土和人口增长的问题得到解决。文明的文化变得越来越混合和同质化，稳态时代变成了交流时代。根据模型，我们已经进入该时代数十亿年了。 如果 福格描述的情况是真实的，那么地球就位于一个或多个先进外星文明的影响范围内。那么为什么他们没有接管地球呢？ 他认为，在稳态时代，知识将是最有价值的资源。先进的外星文明有理由不理会一颗承载生命的行星，因为该行星可以提供不可再生的、宝贵的信息，先进文明生存空间的牺牲不必很大。 正如阿西莫夫指出的那样，外星文明可能不再有对行星居住的需求。如果外星文明可以恒星系旅行，那么他们就不需要访问类太阳恒星系；任何恒星都可以殖民。 因此，理论上，这样的宇宙飞船可能会避开拥有宜居行星的类太阳恒星。福格认为外星文明必须避开的恒星数量可能很少：他给出了 0.6% 的恒星拥有生命行星的比例。（当然，这个数字是值得商榷的。） 让少数恒星系保持原样，是让承载生命的行星最终将拥有宝贵的信息所付出的一点点小代价。 那么，在稳态时代，即外星文明相互通信并共同商定政策组成银河俱乐部的时代，“银河俱乐部”将一致同意不干涉存在低级文明的行星。 用纽曼和萨根的话来说，建立了卡拉狄加法典。卡拉狄加法典（Kalachakra tantra）是一部佛教经典，源于西藏地区。它涉及到宇宙、时间和人类的哲学主题，并强调对时间的掌控在修行中的重要性。卡拉狄加法典也提到了一个神话故事，即卡拉狄加（Kalachakra）是一个自然界的守护神，他维护着宇宙的平衡。 福格的建议是，数十亿年前，当外星文明造访地球并发现原始生物时，太阳系就处于禁区状态。从那时起，地球上的生物就生活在动物园里——以研究它们产生的复杂信息模式。 禁区假说背后的一些前提是不能令人信服的。 例如，外星文明很难如此有效地持久监控。建立跨星系通信系统远不是那么简单。 例如，银河系中不同恒星的公转轨道的差异导致像某个恒星的位置会不断变化，很难持久在单独某个恒星系上监控另一个恒星系。 我们生活在一个信息流动有速度限制的宇宙中，这使得银河系文明的文化同质性极难实现。 即使不质疑 福格的计算机模型的详细参数和假设，福格的结论也有待商榷。 禁区假说也受到了一些批评。 似乎没有办法发现我们是否处于禁区（也许直到我们作为一个物种进步到足以被选为银河俱乐部的成员为止）。 该假说认为高级外星文明所有阶段都可以向我们隐藏它们的活动。 好吧，也许他们可以。但如果银河真的到处都是古老的外星文明。我们不会偶尔看到宏伟的天体工程结构或偶尔捕捉到突发的异常事件吗？ 将一颗行星置于禁区之下是一回事；隐藏外星文明存在的所有证据是另一回事。 最后，如上所述，即使在银河系稳态时代建立了深度交流，是否真的会出现一个意见统一的银河系控制者？ 要知道，仅存在一个无法达到上述要求的高级外星文明就足以使该情况无效。 天文馆假说（Planetarium hypothesis）是动物园假说的一种变体，由斯蒂芬·巴克斯特 (Stephen Baxter)于 2001 年提出，它试图 通过认为我们的天文观测代表一种错觉来解决费米悖论，这种错觉是由能够在银河尺度上操纵物质和能量的III 型文明创造的。他假设我们看不到外星生命的证据，因为宇宙经过精心设计，看起来没有其他生命存在。[5] 这个假说的基本构想是，我们看到的宇宙的所有事物都是由这个生物精心设计的，并且它可以通过改变可观测宇宙中的一些参数来改变我们眼中的宇宙的运行方式。 天文馆假说既违背了奥卡姆剃刀原理，也违背了我们对宇宙运作方式的基本直觉。假设一个 K3 文明会付出这样的努力只是为了说服我们我们的宇宙是空的，这近乎偏执狂。 巴克斯特本人只是将其作为一种费米悖论的可能性提出来（我相信他不相信这是真的）。 在未来的几十年里，随着我们探索更多的宇宙并在越来越大的距离尺度上测试现实结构，我们要么会发现模拟中的不一致，要么被迫接受宇宙是“真实的”。 这个假说是一个有趣的想法，但是它并没有得到任何科学依据的支持，并且也没有得到任何实证证据的支持。它只是一个纯粹的假说，没有科学根据。 虚拟现实假说（Simulated reality hypothesis）指出，我们所经历的现实宇宙可能是一个由某种高级智能生物创建的模拟，而不是真实的宇宙。虚拟世界假说提出我们所有的存在都是模拟的现实，例如计算机模拟。现实是一种幻觉这一基本论点有着悠久的哲学和科学历史。虚拟现实假说与整个哲学史上的各种其他怀疑情景非常相似。这种怀疑的假设可以追溯到古代。例如，庄子梦蝶或印度的玛雅哲学，或古希腊哲学中的Anaxarchus和Monimus将存在的事物比作一幅画，并假设它们类似于睡眠或疯狂中所经历的印象.Elon Musk说“我们处于真正现实中的几率是十亿分之一”。 虚拟现实假说与智能设计论有一些相似之处，但它并不涉及宗教或政治，而是侧重于科学和技术。虚拟现实假说还包含了一个有意识的思想，即模拟宇宙中的生命可能会知道或不知道他们生活在一个模拟中。 尽管虚拟现实假说并未得到科学家的广泛认可，但它仍然是一个引起人们兴趣的话题。一些人认为，由于当前的技术限制，模拟宇宙是不可能实现的，并且这个理论本质上是毫无意义的。但另一些人则认为，随着科技的发展，我们有可能在不久的将来实现模拟宇宙，并且虚拟现实假说为我们提供了一个有趣的思考方向。 总而言之，虚拟现实假说是一个充满活力和争议的话题，它引发了人们对宇宙真实性的思考，并激发了我们对技术未来的想象。 总之，动物园假说和它的衍生假说是一些不同的理论，它们假设外星生命有意避开地球，但它们都缺乏确凿的证据支持。它们可能是一些有趣的思想实验，但它们并不能有效解释外星生命为什么明显不存在。 ④我们就是外星人 定向胚种论假说（Directed panspermia Hypothesis）是胚种论假说的一种改进说法。 定向胚种论是外星文明故意将微生物播种到宜居行星上的观点。 Shklovskii 和 Sagan (1966) 以及 Crick 和 Orgel (1973) 假设地球上的生命可能是由其他文明有意播种的。 生命起源于别处并以某种方式被运送到地球的想法是一个古老的想法。胚种论的概念 ——字面意思是“到处都是种子”——可能可以追溯到Shklovskii 和 Sagan。 直到 19世纪，在 Berzelius、Richter、Helmholtz 和其他人的工作下，胚种论才有了现代形式。当时的科学家讨论了各种形式的胚种论。例如，开尔文勋爵在 1871 年提出生命可能通过来自太空的陨石到地球上. Arrhenius在 1908 年写的一本书普及了胚种论的观点。宇宙中充满了活孢子。通过恒星的光压，一些类似地球上微生物的孢子的物体落在早期的地球上，最后繁衍生息，演变成我们今天看到的生命。 生命起源的深层奥秘之一是它在地球上出现的十分匆忙。似乎没有足够的时间让随机的物理和化学过程从无生命的物质中产生生命。 胚种论的想法似乎很有吸引力，因为它消除了时间问题：生命“现成”地落到地球上。 尽管如此，由于多种原因，Arrhenius的假说很快就失宠了。这个想法被搁置的一个原因是很难想象孢子足够坚韧，能够经受住漫长的太空旅程的严酷考验。特别是，宇宙辐射肯定会证明对孢子是致命的。 最近，研究人员研究了一些极端微生物（可以在极端恶劣的陆地环境中繁衍生息的微生物）承受太空条件的能力。实验表明，极端微生物在微型碳质陨石颗粒中，可以在同步加速器源的强辐射下存活数小时——相当于数百万年太阳辐射的累积辐射剂量。因此陨石胚种论诞生了，它认为将微生物生命转移到小尘埃颗粒而不是大石头上——似乎是另一种可能性，即使如此对生命来说仍然破坏性太大以至于无法从一个星球迁移到另一个星球。 尽管胚种论或许不在生物学思想的主流范围内，但这一假说当然没有被排除。如果它被证明是真的，那么生命在宇宙中频繁出现的机会就会大大增加（尽管它不一定说明智能生命和外星文明的存在与否）。 在 1973 年，Crick 和 Orgel 发表了定向胚种论的想法。 Crick 和 Orgel 认为，以光年为单位的星际旅行后，活微生物登陆地球的机会很小。但故意播种是不同的。定向胚种论是指古代外星文明故意将孢子瞄准有利于生命生存条件的行星。也许原始生命并不是偶然地在陨石中到达这里的；也许它是通过探测器发送到这里的。 为什么外星文明会以这种方式播种行星？也许他们正在为随后的殖民准备行星，但不知何故未能绕过殖民地球。也许他们正在进行大型天体生物学实验。也许他们面临灾难，并希望他们的遗传物质的延续。 很难知道如何检验定向胚种论的假设。事件发生数十亿年后，我们如何区分太阳系自然诞生的原始生命、通过陨石或外星飞船的来到地球的原始生命。 Crick 和 Orgel 认为定向胚种论可以解决某些难题。例如，为什么地球上只有一种遗传密码？如果地球上的所有生命都代表来自一组微生物的克隆，则自然会遵循同一个代码。 支持该想法的另一个论点与许多酶对钼的依赖性有关。这种金属相当罕见——它在地壳中的元素丰度排名第 56 位，但它在生化方面起着重要的作用。如果地球上的生命起源于钼含量丰富得多的系统，那么这种略微奇怪的事态就不会那么令人惊讶了。 当然，生化学家对这些难题有更正统的答案，因此支持定向胚种论的证据很薄弱。 生物学家已经发展出一种令人信服的理论，说明生命如何从原始地球上自然存在的材料中自然起源，胚种论——无论是定向的还是其他的——都是不必要的。 当然也有可能 Crick 和 Orgel 可能有一天会被证明是正确的：我们甚至可能会遇到为我们银河系播种的外星文明。定向胚种论的假设仍然是费米悖论的可能的解决方案。他们在哪里？他们在这里，因为我们就是外星人。 但它仍然不能很好独自回答其它地方的为什么没有被外星播种，从而孕育出其它的外星文明。 第二类解释 外星文明由于种种原因，没法与我们沟通①来不了没那个能力 渗透假说（Percolation Theory Hypothesis） Geoffrey A. Landis就物理定律施加的限制提出了也许是最引人注目的论点。在他 1993 年的论文中，他认为，由于相对论，外星文明只能在整个银河系中扩展到目前为止。[6] Landis论点的核心是被称为“渗透理论”的数学和物理概念，渗透理论（Percolation Theory）是一种统计物理理论，用于研究网络或复杂系统中的联通性。在一个复杂系统中，当一定数量的元素（如网络节点）被添加到系统中时，系统将会从不连通变为连通。这个过程被称为渗透，并可以用来研究多种现实世界中的问题，如水在土壤中的流动、电流在材料中的传导等。这种渗透过程对于描述外星文明进行星际殖民时会很有用。 2020年的一篇文章佐证了渗透假说的可行性，即使是一个充满外星文明的星系，也应该隐藏着孤立的、未造访过的世界——地球可能就在其中。[7] |
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图片来源：Nadieh Bremer；资料来源：罗切斯特大学的乔纳森·卡罗尔-内伦巴克。 银河系拥有多达几千亿颗恒星，宜居带内可能有数百亿颗行星。然而，就像太平洋中的岛屿一样，随机出现在这些星球上的文明很可能彼此隔绝。文明在银河系中的殖民可能是优先偏向高价值的地区，而地球很可能处于低价值区域，等待一个殖民完高价值区域的银河系的文明前来，一个文明在能够对其最近的邻近恒星进行探测或定居之前会有一段等待期。 银河系中恒星的随机运动意味着即使是最慢的星际探测器，也能以每秒 30 公里左右的速度移动 ，将在不到十亿年的时间内殖民整个银河系。如果我们考虑到其他恒星运动，如银河自转，这个时间跨度只会缩小。换句话说，正如费米所看到的，让生命充满星系并不难。但同样的情况是，银河系被外星文明殖民的确切程度取决于银河系中真正可定居的世界的数量——即极光效应。 当星系中可定居世界的出现频率介于高和极低之间时，就会发生有趣的事情。可以把星际文明的分布想象成一个群岛、一组或一连串的岛屿。 一个岛就是一个在银河系中可定居的世界，如果岛之间太远而且分布太稀疏，那么价值太低，很难去殖民。 这种“银河群岛”情景能否解释我们在地球上的情况？值得注意的是，它可能。例如，如果典型的行星级文明可以持续一百万年，并且如果只有 3% 的恒星系统实际上是可定居的，那么有大约 10% 的可能性，至少在过去的一百万年里，像地球这样的行星没有被访问过。换句话说，我们很可能会发现自己处于一座孤岛上。 这种情况意味着在银河系的其他地方存在外星文明互相访问的可定居世界，对它们来说，外星访客是常态。 这一切的发生都不需要极端的假设；它只需要对行星数量和银河系旋转恒星中恒星运动的性质进行相当普通的计算。 直到最近，我们的银河系三维空间地图的了解还非常有限，但借助欧洲航天局盖亚天文台等仪器绘制的十亿个天体和恒星运动图，我们或许能够绘制出这些值得殖民的高价值恒星系。 并且以后我们可以制作更复杂的星际殖民模型， 进而了解到恒星的随机运动的情况、银河系的可定居世界随时间变化的边界、以及多个文明在同一颗恒星系中殖民的可能性。 目前没有任何明显的证据表明外星物种曾到访或定居的地球。 就像皮特凯恩这类太平洋小岛可能在太平洋上无人居住长达三个世纪一样，在殖民浪潮再次席卷地球之前，地球可能只是在经历一段孤独的时期，而且人类可能就像大航海时代到来前在复活节岛上消失的波利尼西亚人。 真正的问题是，当外星文明到来时，我们的文明是否还会存在？ 总而言之，该类假说认为高等外星文明不会迅速或持续地在银河系中殖民。相反，它会“渗透”到有限的距离后就停下殖民的脚步。就像人类历史上的古代帝国的疆土存在极限一样，超过一定范围，帝国就会分崩离析。外星统治者也许正是认识到这一点。 因此，银河系殖民化不会是均一的，而是会在给定时间出现大面积未殖民化的区域，出现不均匀的情况。 极光假说（Aurora hypothesis）以金斯坦利 罗宾逊 2015 年的科幻小说命名。故事围绕一艘星际飞船的船员展开，该飞船以 10% 的光速前往天仓五，以殖民一颗围绕其天仓五e 运行的卫星（名为Aurora） 。在他们到达并试图适应当地环境后不久，殖民者开始因接触外星朊病毒而死亡。 该假说起源于 2019 年一项的研究[8]，研究人员首先研究了一种先进的外星文明在银河系中殖民的速度。它提出一个警告，并非所有恒星系都有宜居行星。 已殖民的恒星系最终会派出自己的探测器和飞船，从而形成一个随着时间的推移遍布整个银河系的殖民点。 最重要的是，它们提出这样一种可能性，即地球可能在遥远的过去被外星文明访问过，但由于各种原因导致他们认为地球不宜居，放弃了对地球的殖民。但没有证据表明这一点。 他们的研究的新颖之处在于，尽管一颗行星可能被认为“宜居”，但它可能并非天生就“宜居”，很可能对人类来说宜居行星的比例在银河系在银河系很小。 过去认为，任何行星都可以根据高级文明的特定需求进行改造。但是如果，外星文明扩张的目的是建立可居住的定居点，而不是为了改造行星，那么极光假说便有可能成立。 “此外，一些恒星系可能拥有生命，这可能会导致因实际或道德原因而不能殖民，这在罗宾逊 2015 年的小说《极光》中得到了探讨，因此，很难找到真正的宜居世界的一种可能——被称之为极光效应。” 归根结底，天文学家没有足够的证据来确定系外行星的宜居性。虽然认为简单地“类地”（或与另一个物种的起源行星兼容）并不意味着它可以定居是明智的，但在直接探索系外行星之前，什么都不能确定。 与其它同类费米悖论的解释一样，极光假说值得深思，我们要对“看起来宜居”的行星进行详细分类和调查，不能对星际殖民盲目乐观。 夏虫语冰假说（Brief Window hypothesis）这一假说认为文明之间的距离可能是我们没有收到任何消息的原因。 相对于与另一个文明接触所需的时间而言，外星文明或者人类文明的发送或接受消息的窗口可能太短了。 人类探测外星文明的能力只存在了很短的一个时期——如果以射电望远镜的发明为分界线，从1937年开始——而智人是地质上的近代物种。迄今为止，现代人类存在的整个时期在宇宙尺度上是一个非常短暂的时期。因此，人类存在的时间可能不够长，也可能不足以发现外星文明或被发现。 2022年发表在《天体物理学杂志》上的一项新研究中，北京师范大学的研究人员给出了大胆的答案：就算外面有上万个文明，人类也需要生存几千年才有机会和外星人通信。乐观的话，这过程大约需要2000年。而悲观的话，外星人可能再过40万年都不会与人类接触。 外星文明可能太遥远，可能存在具有没有殖民技术能力的外星文明，无法与我们进行有意义的双向交流。 Sebastian von Hoerner 估计文明的平均持续时间为 6,500 年，银河系文明之间的平均距离为 1,000 光年。如果两个文明相隔数千光年，则在建立有意义的对话之前，文明可能已经灭绝。人类搜索可能能够检测到它们的存在，但由于距离的原因，通信仍然不可能。 并且人类可能没有使用正确的方式来倾听外星文明发送的信息，例如，外星人可能会传输具有非常规的信号，或者使用非常规频率，这将使他们很难与背景噪音区分开来。 或者可能是 每个人都在倾听，但没有人在发送信号，即SETI 悖论，SETI 社区内的官方政策是“在进行适当的国际协商之前，不应发送信号或回应 外星文明的信号”。他们可能像我们一样，没有恒星系航行能力，或者能力很弱，只能看不能发。 也有可能是他们存在着与我们不同的数学体系，尽管数学是通用语言。但人类可能拥有一套外星人无法理解的独特数学系统。问题在于，那么他们无法理解的信号在哪里，要知道人类连蜜蜂的行为都能用数学来理解？ 这种假说认为外星文明很可能和我们一样，不具备恒星际航行的能力，只能在有限范围内通讯和观察。今天的我们讨论费米悖论是就像夏虫语冰。 自我毁灭假说（Self destruction hypothesis） 类似其它三种，但重点强调自我毁灭是智慧生命的本性，争权夺利可能导致文明毁灭，追求安逸舒适的生活可能导致文明退化。 现代政治经济文化发展导致的全球化实际上使人类恢复力更脆弱，为了经济效率而关闭了大量备份设施，可能导致文明在危机时无法做出有效应对措施。 例如在核战争、环境污染、生化危机（例如新冠疫情）、资源枯竭、气候变化、智械危机等灾难发生时，文明很容易走向衰退或灭亡。这个一般主题在小说和科学假设中都有探讨。 有人认为最有可能的自我毁灭方式可能是一种被称为光笼极限的毁灭方式，简而言之就是星际版马尔萨斯陷阱。 基于扩散（ Newman-Sagan ）、渗透（Landis ）或元胞自动机（Bezsudnov 和 Snarski）的银河系殖民模型对物种的殖民扩张行为做出了陈述。 而Colin McInnes 开发了一种殖民模型，可以解释地球上缺乏外星访客的原因。且当考虑到人类的过去历史时，这似乎很有道理。 McInnes 认为，如果一个物种意识到它可以进行大规模和经济规模的星际旅行，并在这样做的过程中开发新的物质资源，那么它就不会退缩。事实上，该物种的任何个体都会发现它可以通过殖民其他恒星系和获取新资源来获得竞争优势：那么将会有一场殖民扩张的竞赛。财富、活动和人口将继续增加，该物种将经历一波扩张，有一段时间，这个物种将从未如此美好。他们不太可能停下来。 McInnes 表明，星际殖民过程中物种的个体数量将以指数增加，但平均种群密度将受到其环境承载能力的限制。为了保持恒定的平均人口密度，殖民速度必须随着离母星的距离线性增加。但在某些时候，殖民速度将等于光速。超出这个半径就不可能保持恒定的人口密度。 Stephen Baxter 称这个半径为“光笼极限”。根据这个模型发生的事情是，殖民范围越来越快，直到达到光笼极限；在那之后，这个仍然年轻而充满活力的文明发现它无法足够快地把居民赶到殖民地以维持恒定的平均人口密度。人口密度在殖民扩张的外缘不可持续地增加，只要年人口增长超过1%，那么在光笼极限内，超过了环境的承载能力后，文明就会崩溃。 有人可能会认为，如果人口增长率只有百分之一，那么光笼一定离母星很远。如果光笼距离我们 50,000 光年，那么一个物种就会有足够的“回旋余地”；他们可以殖民银河系的很大一部分。但如果你这么想，那是因为你对指数增长的力量没有直观的感受。 每年 1% 的人口增长率意味着光笼限制只有 300 光年。此外，一个文明将在短短几千年内达到光笼极限——在宇宙尺度上眨眼。（如果最大膨胀速度小于光速，则笼的边界收缩：最大速度为0.05倍光速时，光笼极限只有 15 光年。距离地球 15 光年范围内只有大约 50 颗恒星，其中大部分不适合殖民。 所以这里有一个场景可以解释为什么我们没有被访问。任何发展出对其恒星邻域进行大规模经济殖民的能力的文明都不可避免地会在几千年内崩溃，因为它的殖民速度不可能与其物种的增长速度相匹配。 崩溃后，一个文明将因资源匮乏而无法进行第二次殖民尝试。文明出现又消失，外星文明来不了是因为它们永远不会超出光笼的限制。 这是一个令人沮丧的场景——但这是不可避免的吗？事实上，这个陷阱是如此明显，以至于人们可以希望至少有一个技术先进的文明能够看到它并采取措施避免它。 避免陷阱的一种方法是将净人口增长率保持在非常低的水平，尽管这样可能会带来与文明停滞相关的危险。 另一种方法是一旦达到资源极限就限制增长，但允许在新殖民地快速增长。肯定会有一种技术先进的文明能够看到无限制增长的生存危险，并有采取相应的行动来解决光笼极限。 ②来得了但故意不来 狂战士假说（Berserker hypothesis） 的起源可以追溯到冯·诺依曼式探测器（Von Neumann probe）。它是一种可以利用周围环境中现有的材料进行自我复制的无人探测器。 而所谓的布雷斯韦尔探测器（Bracewell probe）其实就是冯·诺依曼式探测器的拓展，这种探测器在发现原始生命或低级文明时会主动选择蛰伏或接触，甚至通过某种方式干预生命或文明演化。 狂战士 是有感觉的、自我复制、对有机生命极其敌视的布雷斯韦尔 - 冯诺依曼探测器。 1967年，Fred Saberhagen 在他的《狂战士》科幻小说中详细探讨了这个想法。 狂战士假说认为，狂战士的母文明要么死了，要么躲藏起来；所有其他外星文明要么被狂战士阻止扩张，要么被狂战士消灭，要么因为害怕吸引狂战士而保持安静。这似乎是费米悖论的优雅解决方案。 但是狂战士会存在于科幻小说之外吗？ 狂战士假说因多种原因受到批评。最能说明问题的是，狂战士假说本身是个费米悖论：如果狂战士存在，那么我们怎么会存在？ 狂战士应该已经对我们的星球进行了灭杀。而地质记录表明生命在地球上已经存在了数十亿年。可以肯定的是，地球已经发生了几次大规模灭绝，但对这些事件有自然的解释——即便没有狂战士存在，宇宙也已经足够危险了。 为什么狂战士让所有其他文明都沉默了，却让地球生命活着呢？我们可以争辩说，狂战士只摧毁暴露的文明，但我不信，能银河系殖民的文明用望远镜看一下太阳的光谱、光变曲线、径向速度等信息就能发现它的异常，用计算机模拟一下就能知道地球的异常，没理由发现不了。 黑暗森林假说（Dark forest hypothesis）是狂战士假说的一种特殊形式。即“狂战士”（由于资源稀缺）仅被发送到被观察到存在智能生命迹象的恒星系，而忽略掉未发现有生命的恒星系。 它认为任何外星文明都会将任何其他智能生命视为不可避免的威胁，从而摧毁任何使其存在为人所知的新生生命。最终导致，电磁波频谱将相对安静，不会显示任何智慧外星生命的证据， “黑暗森林中每个文明都是猎手或者猎物，文明需要藏好自己，做好清理”。 黑暗森林类似于囚徒困境，对每个文明来说，这种博弈到最后都会输，但为了眼下的生存又别无选择 。 这在刘慈欣的科幻小说《三体2:黑暗森林》中得到了应用。 但是黑暗森林会存在于科幻小说之外吗？ 黑暗森林假定了一种情况，文明的毁灭能力大于防御能力，且用望远镜发现文明很难，先下手不是为了获得优势，而是因为后手几乎必败。 但现实情况要复杂很多，与小说完全不同，小说中的假设并不能照搬进现实。 除此之外，狂战士假说的衍生假说还有很多，例如 宇宙隔离假说（Cosmic quarantine hypothesis）， 1981 年，宇宙学家爱德华哈里森提出了一种动物园假说+狂战士假说的混合体的假说。 任何致力于对其他世界进行殖民的文明都有自我毁灭的倾向，这种好斗的天性与星际旅行所需的巨大技术力量相结合是不稳定的。这样的文明会在殖民其它恒星之前就自我毁灭，只留下爱好和平的文明。 假设一个外星文明以某种方式找到了一种方法，可以在避免自我毁灭的同时发起对其他行星系统的侵略性殖民。只需要一个这样的案例，我们的银河系就会到处都是好战文明的殖民地。 但哈里森提出了一种似是而非的备份机制，在自我调节控制机制失效的情况下发挥作用。他提议，银河系中最先进的文明会注意到任何显示出发起银河征服运动迹象的新兴世界，并将其扼杀在萌芽状态。先进的智能可能会像我们看待致命病毒流行病的爆发一样看待整个银河系自我复制殖民地呈指数扩散的任何前景。他们会有充分的理由，大概也有能力， 银河系中可能存在许多高度进化的文明，可能有着比我们强大得多的技术，用于我们几乎无法想象的目的。但哈里森的监管机制应该可以防止任何文明无情的殖民浪潮吞噬银河系。 大多数情况下，我们星球上占主导地位的文明属于领土扩张型，因此正走向自我毁灭。只有当我们能够明智地调节我们痴迷于成长和自我毁灭的倾向时，我们的文明才有可能存活足够长的时间以实现星际交流。 总而言之，狂战士假说和它的衍生假说都充满了看起来能行，但仔细思考却存在很多毛病的漏洞，它们也许是真的，但当前的证据不太支持他们的这种假设。 ③没必要来 夏眠假说（Aestivation hypothesis）是Anders Sandberg等人于 2017 年提出用来解释生产费米悖论的假说。先进的外星文明可能正在储存能量和冬眠（在高温而不是寒冷时冬眠），直到宇宙冷却以更好地利用储存的能量来执行某些任务。 先进的外星文明可能具有与人类截然不同的意图。如果意图是创造大量的“快乐”，那么可以使用能量资源来生成“最大快乐”的完美计算机模拟。如果意图是寻求真理，资源可能会集中在信息存储上。这样的文明可能不会扩张到整个银河系，他们会保持休眠状态，直到宇宙的条件更有利于实现他们的目标。 随着宇宙变冷，根据朗道尔原理，储存能量产生的潜在功可以增加 1e30倍。如果先进文明的目标是最大化完成的计算数量，为大规模生产模拟等任务生成信息处理，那么夏眠将有助于实现这一目标。 Charles H. Bennett等人随后发表的一篇论文对该理论提出了质疑，他们声称在宇宙历史的后期可以进行更多计算的观点是基于对计算物理学的误解。 夏眠假说是一种存在很多缺陷的假说，不能当做现实情况。 飞升假说（Transcension hypothesis）提出当一个文明足够先进时，它将会离开我们所处的宇宙，并进入一个新的宇宙。这种理论的基础是，随着科技发展，外星文明将会掌握越来越多的技术，并最终学会如何进入其他宇宙，而其它宇宙会比本宇宙更有吸引力，因此它们都跑了。 这个假说是由John Smart于2011年提出[9]。 它并不能作为实际的科学理论。它假设了许多未知的因素，并无法经过科学实验进行验证。 闭关锁国假说（Self closed hypothesis）是一个大类，具体来说它包含很多的对外星文明故步自封的解释。 例如，外星文明很可能通过把自己思维上传，改造成超低能耗的个体计算机，蜷缩一隅，独自享乐,与世无争。 或者认为自己足不出户却已经天下无敌，就像古代封建王朝的闭关锁国政策一样。 上述的这些假说的“必然性”基于太多的假设，我无法接受。为了使这些假说成立，不仅银河系中的所有高级外星文明都必须步调一致，邻近星系中的所有文明也必须如此，早期星系也同样如此。 事实上，这些假说要求所有邻近星系中所有文明都以相同的方式发展。当环顾四周时，如果真存在大量高级外星文明，我们应该看到的是偶然性而不是趋同性。 第三类解释 很少有高等外星文明 新灾变论（Neocatastrophism），即伽马射线暴等生命灭绝事件在银河系宜居带中出现复杂生命时充当了银河系调节机制。它是解决费米悖论的几个建议解决方案之一，因为它提供了一种机制，这些灭绝事件可以阻止或推迟能够进行星际通信和旅行的复杂生物的出现。 据估计，银河系中的类地行星在 90 亿年前开始形成，它们的中位年龄为 64 ± 7 亿年。此外，银河系宜居带中 75% 的恒星都比太阳更古老。这使得具有进化智能生命的潜在行星的存在更有可能比地球 ( 45.4亿年 ) 更古老。 超新星 (SNe) 和伽马射线暴 (GRB) 被认为是最强大的宇宙事件之一，它们对生命具有高度破坏性：它们的辐射可能对生物群有害或通过移除大部分臭氧层而导致生物灭绝。 邻近空间中发生的高能瞬变天体物理学事件已被提议作为地球上大规模灭绝的可能触发因素。一篇2020年的研究评估了银河系在其整个宇宙历史中的宜居性[10]，来确定银河系中最安全的地方和时代。 直到大约 60 亿年前，尽管 灭绝事件 的密度相对较低，但银河系外围还是最安全的居住地。在过去大约 40 亿年里，距离中心 2 到 8 kpc 的区域具有较低的 灭绝事件 密度，成为相对安全的生命发展的最佳场所。 太阳系附近大约每5亿年一次灭绝事件，上一次是在几千万年前。 |
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每5亿年的发生的灭绝事件数和行星距离银河中心的距离（1 kpc 约等于 3261.6光年）和行星年龄的关系。 阴影轮廓（对应于绿色、黄色和红色条）显示了在整个宇宙历史中每 5亿年（500 Myr） 的致命事件（伽玛射线暴+超新星爆发）的数量与距银河中心（x 轴）的距离的关系 。 等高线（对应于蓝色色条）显示了 M 型星（实线）和 FGK 型星（虚线）的行星的密度。 长子假说（Firstborn hypothesis）认为没有发现地外智慧生命，是因为人类是宇宙中智慧生命的第一种形式。 这一假说认为人类在宇宙中是孤独的（或者是银河系中出现的第一个智慧物种）。基本上，它假设宇宙存在于一种不平衡状态，在自然规律影响下，宇宙已经从不利于生命存在状态转变为有利于生命存在的状态。因此，人类在宇宙的过渡阶段还活着，随后将出现许多智能物种。 虽然很难确定长子假说的确切来源，但多年来进行的许多研究都暗示了这一前提。一个很好的例子是Lawrence Bracewell 1982 年的研究“Preemption of the Galaxy by the first advanced civilization.” [11] 长子假说是Hart-Tipler 猜想的一个特例（该猜想认为缺乏星际探测器的证据表明宇宙中不存在除人类以外的智慧生命），它断言一条与时间相关的外星文明发现曲线。 长子假说也是稀有地球假说的一个特殊的时间相关案例，只不过它指出创造智慧生命的条件极其稀有，但不明确说明理由。 智能设计论（Intelligent Design Creationism） 是一种宗教观点，它认为宇宙和生命的复杂性只能由智慧和有意识的设计者造成。这个观点与传统的进化论相对立，并且在科学界中非常有争议。与传统的创造论不同，智能设计论 并不明确提到设计者的身份，而只是暗示它是某种高级的智慧体。 有人认为智能设计论的证据是 微调宇宙假说（Fine-tuned universe），它认为宇宙的参数和物理常数都调节得非常精确，使得宇宙变得适合于孕育生命。这个理论被用来解释为什么宇宙中存在生命，并且与 智能设计论 的观点有些相似，因为它也暗示了宇宙是由某种有意识的设计者创造的。然而，微调宇宙假说只是一种纯粹的科学理论，并不涉及宗教信仰。 据科学家们所知，许多物理常数的微小变化都会导致宇宙发生根本性的改变。比如，如果某个物理常数的值略微增加，那么这些变化可能会阻止恒星聚变，排除诞生出生命的可能性。尽管我们还不确定有多少物理常数会对宇宙产生影响，但我们知道它们需要非常精确地调整才能使宇宙成为支持生命的形态。 例如，氦聚变成碳时，霍伊尔态必须进一步微调到 7.596 和 7.716 MeV 之间的值。一个类似的计算，重点关注产生各种能级的基本基本常数，得出的结论是强力必须将精度调整到至少 0.5%，并将电磁力调整到至少 4% 的精度，以防止碳或氧聚变产量显着下降。[12] 一对质子之间的电磁力与引力之比，约为 1e36。如果它小得多，那么只能存在一个小而短暂的宇宙。[13] 有些人认为这种巧合意味着存在一个类似于“上帝”的角色，设计了如此巧妙的宇宙，安排了一系列几乎不可能的巧合，使得我们是宇宙中唯一的文明。 我个人比较赞同的一种是大过滤器假说。 大过滤器是美国乔治梅森大学的罗宾·汉森（Robin Hanson）试图解答费米悖论而提出的假说[14] 大过滤器假说认为 人类之所以没发现外星文明 是因为 外星文明的发展会碰到很多过滤器， 这些过滤器有大有小，对于不同的文明的过滤器是不一样的，对人类文明可能是小过滤器，对其他文明便可能是大过滤器，反之亦然。 只要文明发展到一定的阶段后，便会停滞不前，直到迎来灭亡，也就是触发大过滤器。 打个比方的话，东亚各文明相对于印第安文明来说就是通过了它的大过滤器，印第安人受限于 制度、马匹、瘟疫抵抗性等资源的不足，让它被外来文明（西方各文明）屠杀，这就是它的大过滤器。 印第安文明相对于非智人种的文明就是通过了它的大过滤器，非智人种的 人类 在 几万年前消逝在时间长河之中，或死于气候变化，或死于智人屠杀。 在外星文明看来 人类文明可能也是像印第安文明这样 缺乏某些方面的东西却不自知，直到撞到一堵不可名状的墙上，迎来灭亡。 从这一点来说，人类能认识到自己哪些地方存在无知和匮乏才是最大的良药，远比张口闭口我就是宇宙之王，是世界上最强的文明要有用多了。 “弱小和无知不是生存的障碍，傲慢才是。”这句话是错的。 傲慢或怯弱不是生存的障碍，无知才是。 被更强大者灭绝是无知的酿造的错，只要你心灵手巧又不无知，生命总会找到出路。 汉森把从没有生命的荒芜之地到扩张性的星际文明的演进，大致划分成如下9个阶段： 合适的行星系统（存在有机物以及可能宜居的行星）；可自我复制的分子（比如RNA）；简单（原核）单细胞生命；复杂（真核）单细胞生命；有性生殖；多细胞生命；脑量较大、使用工具的动物；诞生工业文明，我们目前在这个阶段；星际殖民扩张。 汉森认为，目力所及的宇宙寂寥无人这一事实说明，上述9个阶段——或者可能被细分出的更多阶段中，至少有一个阶段是难以实现的。无论是什么因素在哪个步骤阻止了第9个阶段的最终实现，它都被称为“大过滤器”。 首先值得人类关心的问题是，大过滤器究竟是在什么位置起作用。如果它位于第8步之前，我们可以额手称庆自己已经挺了过来，美好的未来还在前面，而且既然地球能够做到，便没理由认为其他行星不会抵达我们的阶段乃至更进一步。如果它恰恰位于第8步和第9步之间，则意味着生死考验还在后头。有鉴于尚未发现其他文明抵达了第9步，我们或许不该对自己的命运太过乐观。 我们可以通过一些比较苛刻的条件来筛选哪些我们通过的小过滤器，这些条件中很重要的就是能诞生文明的复杂生命的诞生和发展需要什么样的环境。 复杂生命的诞生很可能需要满足非常罕见的条件，或者说地球是独特的。这种观点被称为稀有地球假说，它通过定量的和统计的证据来说明多细胞生物在宇宙中是极其罕见的，因为和地球类似的行星非常少，或者说很多不可能的巧合都集中在地球上让智慧生命的诞生成为可能。尽管有人指出复杂生命可能会按照不同于地球的其他方式进化，但是从地球的漫长历史来看，只有一个物种发展出了技术文明并能实现太空飞行和无线电技术，这让技术文明在宇宙中是罕见的观点更为可信。 此外，从初级生命到人类的这段充满未知的过程中，原核生物到真核生物和单细胞生物到多细胞生物再到大型动物再到智慧生物的进化，发生的概率也可能非常小。大部分行星不稳定，更复杂的生命需要严格控制温室效应才能确保行星表面环境稳定并且宜居。 有可能也许智慧生物是普遍存在的，但是工业文明却相反。例如，地球工业文明的出现是因为方便易得的能源，例如化石燃料。如果这种能源稀缺或不存在，那么智慧生物要发展到能够进行外星对话的程度就会困难很多。除了能源，还有其他因素也可能阻碍工业文明的发展，例如自然灾害和社会冲突。这些因素都会导致工业文明在宇宙中是罕见的。 稀有地球假说认为，生命的起源和生物复杂性的进化，如地球上的有性生殖、多细胞生物（以及随后的人类智能）需要天体物理学和地质事件和环境等因素的几乎不可能地配合，这个概率非常低。 而最普遍同意的大过滤器是生命的诞生：通过随机发生的化学过程增加第一个自我复制分子的复杂性的渐进过程。其他提议的大过滤器是真核细胞的出现或通向复杂生命的关键进化或涉及能够进行复杂逻辑推理的大脑进化的某些步骤。[15] 上述的这些关键过滤器都与稀有地球假说提出的观点不谋而合，即地球的条件是稀有的，智慧文明的诞生需要一个几乎不可复制的机遇，可以说稀有地球假说是大过滤器假说的一部分。 有很多证据可以支持大过滤器与稀有地球假说。 中型旋涡星系是本宇宙最常见的星系体量，占所有星系60～75%，银河系就是典型的中型旋涡星系。巨型椭圆星系只是少数派星系，至于超巨型椭圆星系更是极少数。 根据当前的星系演化理论，根据韦伯和哈勃等望远镜的观测，早期的星系大多是矮星系，相比今天的许多星系，它非常小，星系缺乏高速自转，导致恒星密度很高，大都直径只有几千光年之内，拥有几千万至数十亿颗恒星。 恒星诞生后几代就耗光了气体，诞生了大批量红矮星，银河系外面的矮星系看起来都死气沉沉。 不过大多数早期星系都会发生互相吞并，多个矮星系合并为一个较大的星系，合并速度因为宇宙膨胀的原因，越来越慢。星系合并搅动了星系内的气体云，给新恒星的诞生提供了条件，因此我们可以看到整个宇宙恒星诞生的速率是个曲线，早期越来越快，到达临界点后，逐步下降。现在正处于恒星诞生速率的下降阶段，只有最高时的3%，宇宙已经产生了95%以上的恒星。[16] 而像地球这样富含金属 适合诞生生命的行星、太阳这样的恒星、银河系这样的高金属丰度棒旋星系 其实在宇宙中都算比较稀有。 超新星爆发等方式产生合适金属元素的星云，坍缩产生成恒星托儿所，产生一批在星系合适位置上拥有能诞生生命的行星的合适恒星系 。 随着宇宙年龄增长而逐步提高，直到新恒星诞生速率下降到很难诞生新恒星为止，也就是说生命诞生的概率是有个峰值的。 我们目前尚不确认这个峰值是不是就是现在，但金属度越来越高会让行星中的铁和衰变元素越来越多，会诞生更多木星和海王星，减少类地行星的诞生几率，但就目前的观测来看 太阳差不多金属度的恒星系 最早的那一批 诞生在 80亿年前，比太阳早诞生约40亿年。 银河系很可能是在最近80亿年内才开始出现适合诞生工业文明的环境，对于宇宙这个时间可能会更早一些，但最多早到100亿年前开始出现适合诞生工业文明的环境，可观测宇宙中起码有1e24 颗恒星，银河系的恒星数量在 2e11 ~ 5e11 颗之间，地球为中心，直径1亿光年的球形范围内的本超星系团的恒星数量起码有 1e15 颗。 假如一切顺利从行星诞生到发展出工业文明至少需要25亿年，其中绝大多数时间用来形成诞生生命的环境和产生氧气，地球诞生后花了近1亿年才产生利于原始生命诞生的环境，地球上的光合作用花了近10亿年才让饱和大量金属物质，让海洋富含氧气，再花15亿年时间让地表大气中的氧气浓度提升到15%，产生利于大型异养型生物诞生文明的环境。然后花了5亿多年从多细胞生物演化出智慧文明。这里我们直接省略从多细胞生物到智慧文明的发展时间。 按当前人类已知的物理学、化学、生物学等理论来分析会发现诞生工业文明以上级别的文明的条件极为苛刻，一个类似银河系这样大小的星系，只有非常小的概率诞生工业文明，人类真的很巧。 虽然宇宙中可能已经有存在超过十几亿年的文明，但我们很可能是银河系第一批文明，甚至宇宙第一批文明，因为我们可能已经走过了大部分过滤器，只要我们接下来继续探索周围几万光年的恒星系，并建设大量超巨型望远镜，一个个打点观察恒星系中的行星，确定周围没有多少和我们目前水平接近 具有富含氧气大气层的行星，那么基本可以确定这个结论。 银河系发现生命概率的计算公式 估算“文明数量”的公式叫德雷克公式: N=R_{*}\times f_{\mathrm {p} }\times n_{\mathrm {e} }\times f_{\mathrm {l} }\times f_{\mathrm {i} }\times f_{\mathrm {c} }\times L_{\mathrm {}} N:银河系内可能与我们通讯的文明数量. R*:我们银河系中恒星形成的平均速率fp:恒星有行星的比例ne:每个行星系中类地行星数目。Fl:有生命进化可居住行星比例.Fi:演化出高智生物的概率fc:高智生命能够进行通讯的概率L:科技文明持续时间在行星生命周期中占的比例 这些参数的值存在相当大的分歧，但 Drake 和他的同事在 1961 年使用的“有根据的猜测”是： R _? = 1 /yr （在银河系的整个生命周期内平均每年形成一颗恒星；这被认为是保守的）f_p = 0.2 到 0.5（所有形成的恒星中有五分之一到二分之一将有行星）n_e = 1 到 5（有行星的恒星将有 1 到 5 颗能够发展生命的行星）f_l = 1（这些行星中有100%会发展出生命）f_i = 1（其中100%会发展智能生命）f_c = 0.1 到 0.2（其中 10-20% 将能够通信）结果 L= 1000 到 100,000,000 个交流文明（将持续 1000 到 100,000,000 年） 将上述最小数字放入方程中得出的最小 银河系文明数量 为 20 。放入最大数字 可以得到 50,000,000。德雷克表示，考虑到不确定性，最初得出的结论是 银河系中可能有 1000 到 100,000,000 颗行星具有文明。 对德雷克方程感兴趣的可以去这个网站下自己算。 但上述数据随着之后的研究，发现并没有那么高，德雷克方程正在逐渐过时，随着天文望远镜的发展，高等文明可以利用天文望远镜观察其它行星的大气层情况，单向观察其它文明的活动，完全不需要费力去建设射电望远镜。 2016 年，亚当弗兰克和伍德拉夫沙利文修改了德雷克方程，以确定在给定的宜居星球上出现工业文明的事件的可能性有多大，从而得出地球拥有有史以来唯一出现的工业文明的结果，因为两个案例：银河系和整个宇宙。通过提出这个不同的问题，可以消除生命周期和同时通信的不确定性。由于今天可以合理地估计每颗恒星的宜居行星数量，德雷克方程中唯一剩下的未知数是宜居行星在其生命周期内发展出工业文明的概率。为了让地球拥有宇宙中唯一出现过的工业文明，他们计算出任何给定的宜居星球发展出工业文明的概率必须小于 2.5×10^{-24} 。同样，地球是银河系历史上唯一文明的案例，宜居行星拥有工业文明的几率必须小于 1.7×10^{-11} （约600亿分之一）。宇宙的数字意味着地球极不可能拥有曾经发生过的唯一文明。 另一方面，对于银河系，人们必须认为 600 亿颗可能存在的宜居行星中只有不到 1 颗能发展出工业文明，因为在银河系中，至少没有比人类早诞生10亿年超过工业文明的星际文明，不然银河系内的比我们高级的星际文明早就开着0.1%光速以上（300km/s以上，人类未来几百年内就可以做到）的电推和核裂变飞船，到处殖民了。[17] [18] [19] 天文学家萨拉·西格（Sara Seager）提出了一个修正方程，重点是寻找具有生物特征气体的行星。这些气体是由生物体产生的，可以可以用太空望远镜检测出达到一定浓度的气体成分。[20] {\displaystyle N=N_{*}\times F_{\mathrm {Q} }\times F_{\mathrm {HZ} }\times F_{\mathrm {O} }\times F_{\mathrm {L} }\times F_{\mathrm {S} }} N = 可检测到生命迹象的行星数量N_* = 观测到的恒星数量F_Q = 宜居恒星的比例F_{HZ} = 宜居带内有岩石行星的恒星比例F_O = 可以观察到的行星的比例F_L = 存在生命的比例F_S = 生命产生可检测特征气体（如 氧气）的比例 稀有地球假说提出了一个用于计算银河系中具有复杂生命形式的类地行星的数量方程。[21] {\displaystyle N=N^{*}\cdot n_{e}\cdot f_{g}\cdot f_{p}\cdot f_{pm}\cdot f_{i}\cdot f_{c}\cdot f_{ l}\cdot f_{m}\cdot f_{j}\cdot f_{me}} N* 是银河系中的恒星数量。这个数字没有很好的估计，因为银河系的质量没有很好的估计，关于小恒星数量的信息很少。N*至少是 1000 亿，如果有很多低能见度的恒星，可能会高达 5000 亿。n_{e} 是恒星宜居带内行星的平均数量。这个区域相当狭窄，受到平均行星温度与在复杂生命进化所需的整个时间内保持液态的水一致的要求的限制。因此， {\displaystyle n_{e}}=1 可能是一个上限，即猜测 {\displaystyle N^{*} \cdot N_{e}<=5\cdot 10^{11}}{\displaystyle f_{g}} 是银河系宜居带中恒星在银河系所有恒星中的占比。{\displaystyle f_{p}} 是银河系中恒星中存在行星的占比。{\displaystyle f_{pm}} 是富含金属的岩石行星而非气态行星的占比。{\displaystyle f_{i}} 是微生物生命出现的宜居行星的占比。{\displaystyle f_{c}} 是进化出复杂生命的行星的比例。{\displaystyle f_{l}} 是以存在脊索动物行星的占比{\displaystyle f_{m}} 是具有大卫星的宜居行星的占比。{\displaystyle f_{j}} 是具有类似木星这样的气态巨行星的行星系统的占比。{\displaystyle f_{me}} 是灭绝事件数量足够少的行星的占比。 稀有地球假说和西格的计算公式，各有优点，但在许多细节之处仍然值得改进，所以我下面的计算公式略有不同。 鉴于已知的技术物种演化的历史和相关的天体生物学推理，本文提出了一个易于检测并能定量分析和估计星系中有潜力发展出星际文明的技术物种的行星数量的方程。 N=N^{*}\cdot f_{g}\cdot f_{sl}\cdot f_{m}\cdot f_{age}\cdot f_{s}\cdot f_{j}\cdot f_{ab}\cdot f_{p}\cdot f_{pt}\cdot f_{moon}\cdot f_{pt}\cdot f_{no}\cdot f_{t} N^{*} 是星系中的恒星数量。{\displaystyle f_{g}} 是星系宜居带中恒星的占比。{\displaystyle f_{sl}} 是类太阳恒星在星系宜居带的恒星中的占比。{\displaystyle f_{m}} 是该类恒星光谱中各元素丰度处于合适区间的恒星的占比。{\displaystyle f_{age}} 是该类恒星系统中年龄大于稳定宜居带类地行星显生宙起始年龄的恒星的占比。{\displaystyle f_{s}} 是该类恒星系统中单恒星的占比。{\displaystyle f_{j}} 是该类恒星系统的行星系统中存在米兰科维奇循环冰期影响很小的长周期气态巨行星的行星轨道结构占比。{\displaystyle f_{ab}} 是该类行星系统的长周期气态巨行星与稳定宜居带中类地行星之间存在小行星带并曾发生小行星重轰炸事件的占比。{\displaystyle f_{p}} 是该类行星系统中稳定宜居带存在行星的占比。{\displaystyle f_{pt}} 是该位置的行星中在合适行星质量区间以及合适时间内具备持续板块构造能力和稳定地幔脱气的类地行星的占比。{\displaystyle f_{slr}} 是该类行星表面具有合适海陆比的行星的占比。{\displaystyle f_{moon}} 是该类行星具有类月卫星的占比。{\displaystyle f_{no}} 是该类行星检测出主要成分为氮气-氧气的大气层的占比。{\displaystyle f_{t}} 是该类行星检测出非自然构造的行星的占比。 注： （1）星系宜居带的需要考虑到恒星密度、超新星爆发等天体物理学灭绝事件密度在时间上的分布、星系化学演化、旋臂结构演化等影响。 （2）元素丰度合适区间指的是 该恒星光谱中显示的各元素丰度需要在各 K/U比、Al 26丰度、α/Fe、Fe/H、Mg/Si、Mg/Fe、Mg/Na、Mg/Ca上满足一定要求，该元素丰度下脱挥发校正后的宜居行星，在火山频率与频度、地磁发电机、板块运动、陆海风化率、地幔脱气率、陆壳海壳演化等因素上，足够支持有氧呼吸大型动物的稳定演化。 （3）显生宙起始年龄与结束年龄主要受恒星的光度变化影响，与恒星的质量、金属丰度、自转速率有关。 平庸原则是一种哲学观念，即“如果一个事物是从几个集合或类别之一中随机选择的，那么它更有可能来自数量最多的类别，而不是来自数量较少的类别中的任何一个”。鉴于已知的技术物种演化的历史和相关的天体生物学推理，本文提出了一个易于检测并能定量分析和估计星系中 打个比方的话，就是你抽奖最容易抽中比例最大的物品。根据已知的科学规律来推算，人类这种智慧生物的形成智慧的机制是宇宙智慧生命形式的平凡形式。 该原理表明，太阳系的演化、地球的历史、生物复杂性的演化、人类的演化或任何一个国家的兴衰都没有什么不寻常的地方。它有时被用作关于人类地位的哲学陈述。这个想法是假设一种事物是的平庸，而不是假设一种现象是特殊的、例外的，被神眷顾的。 平庸原则表明，鉴于已知理论和观察所得出的结论，如果生命存在于宇宙的其他地方，它通常会存在于太阳系2.0中。这一点我们通过天体生物学相关的分析很容易就能分析出。 你之所以诞生在银河系，诞生在太阳系，诞生在地球上，诞生在这个时间段，是因为根据这些条件最容易诞生或者说最适合诞生出你。 所以我们要思考，为什么我们人类是在这个时间，在这个星系诞生。 现在让我们基于前面说到的 大过滤器之所以存在是因为缺少某种资源，只要资源给足，猪都能飞起来 的推论，根据我们拥有的资源 来粗略计算银河系 甚至宇宙中究竟能诞生多少工业文明。 一 ：合适的环境 能在现在找到的原生生命的诞生和文明的发展需要有一个稳定和重元素充足的环境 1.需要有一个位于星系宜居带的低于1.3个太阳质量的第一星族的单恒星系①银河系宜居带内 类似银河系的棒旋星系由几个部分组成： 一个扁平的高速自转的星系盘（Galactic disk），分为主要是富金属恒星的薄盘（Thin disk）和贫金属星的厚盘（Thick disk），由恒星和星际气体组成，其中旋臂是较亮的组成部分。主要由较老恒星组成的位于星系中央的棒状核球（Bulge），形态类似于椭圆星系。近球形的星系晕（Galactic halo），包括许多球状星团。位于星系中心（Galactic center）的超大质量黑洞和恒星高密度区域。一个近球形的暗物质晕（Dark matter halo） |
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银河系俯视图 |
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银河系各结构示意图 根据密度波理论，旋臂是在密度波内部产生的，这些密度波以与星系盘中的恒星不同的速度围绕星系旋转。 你可以把密度波理解为堵车，恒星在密度波中堵车导致出现星系的旋臂结构。 由于引力对致密物质的吸引力，恒星和气体聚集在这些致密区域，尽管它们在旋臂中的位置可能不是永久性的。 当它们靠近旋臂时，它们被重力拉向致密物质；当它们穿过旋臂时，它们会因相同的引力而减慢退出速度。这尤其会导致气体在密集区域聚集，从而促使气体云坍塌，从而形成恒星。 |
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密度波示意图 在天体生物学和天体物理学中，银河系宜居带是银河系中最有可能发展生命的区域。更具体地说，银河系宜居带的概念结合了各种因素，例如金属丰度和超新星等重大灾难的发生率，以计算银河系的哪些区域更有可能形成类地行星，发展出简单的生命，以及为生命的进化和文明的发展提供适宜的环境。根据 2015 年 8 月发表的研究，非常大的星系可能比银河系等较小的星系更有利于宜居行星的出现以及文明的发展。[22] 对于银河系来说，银河系宜居带通常被认为是一个外半径约3.2万光年、内半径接近银河中心的环形空间，两者都缺乏硬性边界。 然而，银河系宜居带理论由于无法准确量化使银河系区域有利于生命出现的因素而受到批评。此外，计算机模拟表明，恒星可能会显著地改变它们围绕银河系中心的轨道，因此至少挑战了银河系某些区域比其他区域更能维持生命的观点。 从 1970 年代开始，行星科学家和天体生物学家开始考虑生命的创造和维持所需的各种其他因素，包括附近的新星可能对生命发展的影响。[23] 银河系中明显缺乏外星文明可以解释为银河系曾经出现过 银河系中心吸积很多恒星气体，银河系中心黑洞变为类星体的事件，即银河系变成一个赛弗特星系，黑洞激活形成的类星体释放的辐射杀死了距离黑洞几千光年内的所有文明，仅地球就因其在银河系中的位置而免受这种辐射的影响。 银河系恒星金属量从银河系悬臂的内侧到边缘依次递减，这表明虽然银河系中心的恒星第二星族的红矮星多，金属度低，但越靠近银河系中心的盘面内侧，之前的第二星族恒星密度越高，大质量恒星和中子星出现的概率也越大，这明显拉高了后期出现在银河系各悬臂上的恒星的金属度，但这不代表银河系中心出现文明的概率就高，银河系中心天体密度非常高，伽马射线爆非常频繁，在这种恒星级扫荡下，文明形成需要的安稳条件几乎没有，更何况由于恒星大部分为第二星族，金属含量非常少，能形成孕育生命的岩质行星的概率也是非常低。 除了位于银河系中对生命发展有利的化学区域外，恒星还必须避免过多的灾难性宇宙事件，这些事件有可能损害其原本宜居的行星上的生命。例如，附近的超新星有可能严重危害行星上的生命；这种灾难性的爆发频率过高，有可能使银河系的某个区域数十亿年内无法诞生文明。例如，银河系的核球经历了极快的恒星形成的初始波，引发了一连串的超新星，在 50 亿年内使该区域几乎完全无法发展生命。 恒星密度越高，超新星爆发几率也越高，超新星爆发很容易就清除周围几百光年的文明，银河系中心是明显不适合文明发展的，平均恒星密度是太阳附近的几千倍到几百万倍，只有偏外围的旋臂区域才有较低的超新星爆发密度和较多上一代超新星爆发吹来的重元素。 如果以每立方光年的星体数量来算，我们太阳附近每立方光年的空间中平均只有大约0.004颗恒星，通常认为球状星团中的恒星密度比较高，那里的恒星密度约为每立方光年2颗恒星，相当于太阳附近空间恒星密度的500倍。 在银心周围比这个密度还要高，天文学家观测发现在银河系最中心每立方光年有28.9万颗恒星，比我们太阳系附近的恒星密度高了7200万倍。 除了超新星、伽马射线爆发、过量辐射、引力扰动和各种其他事件，已经提出影响银河系内生命的分布。有争议的是，这些提议包括诸如“银河潮汐”之类的提议，这些提议有可能引发彗星撞击，甚至是穿过生物体并引发基因突变的暗物质冷体然而，其中许多事件的影响可能难以量化。 现代银河宜居带理论由 LS Marochnik 和 LM Mukhin 于 1986 年提出，他们将宜居带定义为智慧生命可以蓬勃发展的区域。 2000 年出版的 英文版《稀有地球：为什么复杂生命在宇宙中罕见》一书中扩展了银河宜居带的概念，以及复杂生命出现所需的其他因素。那本书的作者使用银河宜居带等因素来论证智慧生命在宇宙中并不常见。 2001 年的研究提出，银河系晕附近的区域将缺乏产生宜居类地行星所需的较重元素，会限制银河系宜居带的大小。然而，太靠近银河系中心会使一颗原本宜居的行星暴露在众多超新星和其他高能宇宙事件中，过高的恒星密度会对恒星的奥尔特云扰动，产生过多的小行星撞击事件，核球中恒星的轨道通常比较混乱，不像银盘上的恒星具有稳定的公转轨道。 最近的研究表明，银河系核球中恒星的化学成分与在太阳系附近发现的厚盘星的化学成分相同（Rojas-Arriagada et al，2014；Bovy et al，2019.）,大多数 [Fe/H] 在太阳的10%，不能够诞生类地行星。虽然许多银河系核球中的恒星，大约 50% 的 ?0.5 < [Fe/H] < +0.5 的在太阳 [Fe/H] 附近恒星，似乎因银河系大约 90-100亿年 前的一次合并事件而诞生， 但年龄 小于 50亿年的这些高金属丰度的最年轻的恒星实际上是在9000光年（3kpc）的核球之外发现的。 因此我们应该在银河系的核球之外的薄盘上寻找有类地行星的富金属度恒星。 为了将银河系中的某个位置确定为银河系宜居带的一部分，必须考虑各种因素。这些包括恒星和旋臂的分布、活跃的星系核的存在与否、附近可能威胁生命存在的超新星的频率、该位置的金属丰度以及其他因素。如果不满足这些因素，银河系的一个区域就无法有效地创造或维持生命。 恒星周围存在生命的最基本要求之一是该恒星能够产生足够质量的类地行星来维持它。产生宜居行星需要各种元素，如铁、镁、钛、碳、氧、硅等，而这些元素的浓度和比例在整个银河系中各不相同，每颗恒星的元素丰度或多或少都有些不同，我们可以分析恒星光谱中的吸收线来解析恒星的元素丰度，可以认为元素丰度是恒星的DNA，记录了它的元素比例，能分析出恒星的年龄、行星属性等信息。 一个重要的元素比率是[Fe/H]，它是决定银河系某个区域产生类地行星的倾向的因素之一。星系核球区中心，即最靠近星系中心的那部分核球区，存在大量第二星族恒星和第一星族恒星，其 [Fe/H] 的平均丰度大概是太阳的63%；至于核球的其它部分 只有15%的恒星[Fe/H] 的平均丰度大于太阳的30%。 太阳所在的猎户臂的局部区域，在太阳绕银心的轨道距离处，平均金属丰度为太阳的92%，轨道距离每增加1万光年，金属丰度减少15%。 银河系悬臂的扩展的厚盘的平均 [Fe/H] 为太阳的24%，而银河系晕，距离银河系中心最远的区域，具有最低的 [Fe/H] 分布峰，约为 太阳的3%。 此外，[C/O]、[Mg/Fe]、[Si/Fe] 和 [S/Fe] 等比率可能与星系区域形成 宜居类地行星的能力有关，并且这些 [Mg/Fe] 和 [Si/Fe] 随着时间的推移正在缓慢减少，这意味着未来的类地行星更有可能拥有更大的铁核，意味着宜居带上生成小海王星这样的气态巨行星的可能性提高，生成像地球这样的岩石行星的可能性下降，目前根据统计，宜居带上出现岩石行星的概率和气态巨行星概率大致相等，4比6，气态巨行星多一些。 我们可以反推，46亿年前，太阳系诞生的时候，银河系诞生岩石行星的可能性会比现在要高。 |
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银盘的金属丰度与半径和高度的关系 银河系中不同化学丰度的不同星族的恒星的空间结构包含了银河系随宇宙时间演化的丰富信息。 一篇2015年9月的研究使用来自 APOGEE 调查的 14,699 颗红巨星的数据，覆盖 ~4 kpc < R <~ 15 kpc，以确定单一丰度种群恒星 (MAP) 的结构。[24]大多数具有高 [α/Fe] 的 MAP 和其他类型的恒星都集中在薄盘上。低 [α/Fe] MAP 的分布很复杂：它们不会单调向外减少，而是在低 [Fe/H] 时显示从 ~5 kpc 到 ~13 kpc 的峰值半径。星族的径向结构和化学富集年龄之间的对应关系清楚地证实了银盘由内而外的增长。这些关系的细节将限制整个银盘中恒星形成的物理条件的多样性。 |
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银河系元素丰度分布趋势，[Fe/H]越来越高的同时 [α/H]越来越小，类地行星诞生几率越来越低。 |
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银河系主要元素丰度分布，Z是距离盘面高度，R是距离银河系中心的半径 |
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银河系不同元素丰度的恒星分布概率 除了构成类地行星质量的各种稳定元素的特定数量外，还需要大量的放射性核素，例如40 K、235 U、238 U 和232 Th，以加热行星的内部并为维持生命的过程提供动力例如板块构造、火山作用和地磁发电机。[U/H] 和 [Th/H] 比率取决于 [Fe/H] 比率； 由于放射性同位素（主要是钾 40）在其内部衰变，地球内部很热。这种加热推动了板块构造、海洋裂谷物质的上涌、大陆边缘的俯冲以及大陆的漂移。最近已经意识到，这种作用对地球气候中的温度偏移具有缓和影响。当温度升得太高时，板块构造会导致二氧化碳被捕获到岩石中，从而减少温室效应并产生降温。当温度下降时，情况恰恰相反，进入岩石的二氧化碳减少，导致变暖。没有板块构造的行星将缺乏这种被称为碳酸盐硅酸盐循环的温度调节机制。没有稳定的温度，复杂生命的进化就变得更加不可能。 |
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即使在一个有足够放射性同位素来加热其内部的宜居星球上，也需要各种物质才能产生生命。因此，这些分子在银河系中的分布对于确定银河系宜居带很重要。 Samantha Blair等人在 2008 年进行的一项研究试图通过分析散布在银河系中的各种巨型分子云的甲醛和一氧化碳的丰度来确定银河系宜居带的外缘；然而，这些数据既不确凿也不完整。 虽然高金属丰度有利于类地系外行星的产生，但过量金属丰度可能对生命有害。过量的金属丰度可能会导致给定系统中大量气态巨行星和超级地球的形成，这些行星随后可能会从行星系统的霜线以外迁移到宜居带内，扰乱原本位于宜居带的宜居行星的轨道。 因此，低金属丰度系统根本不可能形成类地质量行星，而金属丰度过高会导致大量大质量行星的轨道迁移，扰乱系统的轨道并改变系统中原本宜居行星的宜居性。 |
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银河系宜居带示意图 银河系宜居带通常被视为距银河系中心 12000-32000 光年 的环形空间，尽管最近的研究对此提出了质疑。 银河系宜居带的早期研究，指出该地带是银河系的既富含金属又不受过度的辐射的环带，这种星系宜居带恒星更有可能出现在银河系的薄盘中，后来 Lineweaver 及其同事在 2004 年进行的研究确实为这个环形空间创造了边界，以银河系为例，它距离银河系中心的距离从 12000光年 到 32000光年（3-10 kpc）。 Lineweaver 等人还分析了银河系宜居带随时间的演变，例如，发现靠近银河系核心的恒星必须在大约距离今天约 20 亿年的时间窗口内形成，才能拥有宜居行星。在这个窗口之前，不可能有在频繁超新星事件下还生机勃勃的行星。 |
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太阳围绕银河系中心公转轨道 2019年的一篇研究提出的银河系宜居带的详情信息如下图所示。[25] |
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从 2.5 kpc（上曲线）到 20.5kpc（下曲线）不同银河中心距离的金属丰度空间分布随时间的变化。 白点表示太阳在 8.5 kpc 的银河中心距离处的形成时间。 在右边，拥有岩石行星的概率随恒星金属丰度的变化（基于 Fenner 和 Gibson 的化学动力学模型，(2003)；参见 Lineweaver 等 |
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蓝色曲线是银河系宜居带恒星的密度，灰色是恒星数量。 绿色区域是 宜居带恒星的年龄分布区域 其它区域要么是太频繁的伽马射线，要么是太高或太低的金属度，要么是恒星年龄不够。 |
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银河系宜居带恒星 年龄 数量 距离 分布 一个宜居的行星系统必须保持其有利的位置足够长的时间，以便复杂的生命进化。具有偏心（椭圆或双曲线）率的银河系公转轨道的恒星将很快通过一些旋臂，即恒星密度高的不利区域，会导致灾害频发；因此，能发展出智慧生物的恒星必须有一个近乎圆形的环绕银河系中心公转的轨道，恒星的轨道速度和旋臂的轨道速度密切同步。这进一步将银河宜居带限制在距银河中心相当窄的距离范围内。冈萨雷斯等人的早期研究估计银河系中最多有 5% 的恒星落入银河系宜居带。Lineweaver 等人计算出这个区域是一个半径为 7-9kpc， 2.28万光年 到 2.93万光年的环，包括银河系中不超过 10% 的恒星，大约有 20 到 400 亿颗恒星。[26] 银河系宜居带内的恒星数量可能只有整个星系恒星数的10%。 ②合适的恒星类型 根据观测银河系中有1000~4000亿颗恒星，但其中77%左右都是寿命超过300亿年的红矮星（太阳质量的8%~50%），13%都是寿命为150亿至300亿年的橙矮星（太阳质量的50%~80%）。以及7%的寿命在80亿到150亿之间的黄矮星。还有3%的寿命在55亿年以下的蓝矮星。 |
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G型黄矮星和K型橙矮星是最适合生命诞生的恒星类型，但只在银河系恒星数量中占20%， K型和G型恒星具有较大的宜居带和较稳定的光照时间，相比之下红矮星的宜居带非常靠近恒星且很窄，容易造成潮汐锁定和恒星耀斑袭击，行星诞生生命的窗口可能只有几千万年，而黄矮星之上质量的恒星，则恒星光度变化太快，宜居带的变化很容易让行星错过诞生生命的窗口期，就像当初靠近太阳宜居带的金星一样。 F8型到K2型恒星是条件相对接近太阳的恒星。最具有能诞生复杂生命的可能性，银河系宜居带中占比大概10%。 ③第一星族恒星中金属度位于大于-0.1 dex的恒星 已知宇宙年龄大概在138亿年。 宇宙诞生40万年之前，由于温度比较高，导致大部分星云还没有开始产生恒星，那个时候最多的是大大小小的原初黑洞、稠密的星云物质以及暗物质网，它们构成了今天宇宙的骨架，各星系围绕着暗物质网和超大质量黑洞慢慢长大。 宇宙诞生40万年之后，开始有恒星慢慢从星云中诞生，宇宙中的恒星按年龄共分为三类，分别为第一星族星（富金属星）， 第二星族星（贫金属星）， 第三星族星（欠金属星）。 这里的金属指的是比氢和氦更重的所有元素。由于这些物质往往只能由恒星核聚变与超新星爆发形成，所以通过观测恒星的金属量就能分别恒星的星族，进而判断恒星出现的时期。 不具体说明的时候，金属度一般指的是铁与氢的比值，即[Fe/H]。太阳的[Fe/H]=0.0122，一般我们用其它恒星相对太阳金属度的十进制对数（dex）来形容其它恒星金属度。 即 10的-0.1次方约等于0.7943，即-0.1 dex的金属度 约等于太阳的 79.43%。 从早期原始星云出现的所有恒星都是第三星族星（欠金属星）。 早期的星系往往具有很高的恒星密度和光度。 由于第三星族星最多聚变到铁就爆炸了，来不及生成大量重元素,由于大部分第三星族星的非核心的外层几乎不含重元素，当大质量恒星光致蜕变产生黑洞时，核心外的重元素几乎都会被吸进黑洞。 2022年的一篇研究显示，对于中等质量的红巨星，越小的金属丰度，超新星爆发产生的比铁轻的元素的比例越高。它们可以激活 NeNa 循环和 MgAlSi链.这导致大量 CNO元素 的对流到核心外，典型的 [N/Fe] > 4)，以及元素丰度 [N/Fe] > [C/Fe] > [O/Fe]。[27] |
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Z是金属丰度，代表着恒星的非氢氦元素的比例 II 族恒星的一个特点是，尽管它们的整体金属丰度较低，但与 I 族恒星相比，它们相对于Fe的“α 元素”（由α 过程产生的元素，如O和Ne）的比例通常较高；目前的理论认为，这是由于II 型超新星在其形成时对星际介质的贡献更大，而Ia 型超新星金属富集出现在宇宙发展的后期。[28] 综上所述，第一星族恒星释放质量的重元素比例很少，而大部分早期诞生的第二代恒星就是生成在这些大质量恒星死亡形成的星云上，这让之后的恒星更难攒够金属量能被我们称为第二星族恒星。 今天宇宙中第二星族星根据观察来看普遍要出现在宇宙诞生3-20亿年后，距离今天约135-120亿年以前。第二代恒星已经被科学家发现了许多，在银河系的中心区域的球状星团内，有大量形成于100多亿年前的古老第二星族星恒星。 就银河系的恒星数量和寿命这些条件来说基本不可能有第二星族的恒星能攒到足够的重元素开启生命的演化，就算有存在能在这种条件上发展的文明，它们一定缺少足够的可裂变和稀土元素，难以开启核裂变和电动机这种依赖上述两类元素的科技树。 第一星族星（富金属星）的恒星系才有几率出现文明，因为只有Fe/H ＞ -0.6 dex，金属含量为太阳25%以上的恒星系才会形成宜居带内的岩石行星，第二星族恒星或者古老的、金属度更低的恒星，例如巴纳德星就没被发现存在宜居带以内的行星。 我们生活的太阳，是一颗在银河系边缘的第一星族黄矮星，目前在银河系观察到的大部分第一星族恒星存在于银河系的旋臂里。 第一星族恒星所含金属来源于之前第二第三星族恒星的爆发，很多比氦更的重元素来自于上一代恒星，所以金属丰度明显比较高。太阳的金属含量是1.2%左右。 研究发现，生命所需元素共28种，包括氢、 硼、碳、氮、氧、氟、钠、镁、硅、磷、 硫、氯、钾、钙、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、砷、硒、溴、钼、锡和碘。有很多在第二星族星（贫金属星）的恒星系是非常少的。 |
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生命需要的元素表 |
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太阳系中化学元素的估计丰度 对数坐标 |
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银河系元素丰度，除了上面这些，其它元素加起来只占0.094%的质量 超新星爆发曾经一度被认为是宇宙中铁之后重元素产生的主要途径。一般来说，铁之后的重元素主要通过原子核吸收中子并发生β衰变来产生更重的元素。超新星爆发的确可以在较短时期内制造出大量重元素，但超新星爆发过程中缺乏足量的中子供给，很可能并非是重元素生成的主要途径。 超新星是星际介质中从8号元素氧到37号元素铷的主要元素来源，铁是26号元素。44号元素之后，超过50%的来源是中子星撞击，其余大部分是双星系统中，白矮星吸积伴星到钱德拉塞卡极限，发生的Ia型超新星爆发产生的。 |
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元素周期表上的元素来源和来源的百分比 在光谱中产生或看到的元素的理论丰度因各种超新星类型而异。 Ia型超新星主要产生硅和铁峰元素、镍和铁等金属。核心坍缩超新星喷出的铁峰元素数量比 Ia 型超新星少得多，但质量较大的轻α 元素如氧和氖，以及比锌重的元素。后者对于电子捕获超新星尤其如此。II型超新星喷出的大部分物质是氢和氦。重元素是通过以下方式产生的：核聚变，硫34，氩36 和镍56 之间的原子核在硅燃烧过程中的硅的光致蜕变产生的伽马射线下吸收光子能量完成聚变 ；对于比铁重的元素，在超新星坍缩过程中快速捕获中子（r过程）。r 过程产生高度不稳定的原子核，这些原子核富含中子，并迅速 β 衰变成更稳定的形式。在超新星中，r 过程反应造成了铁以外元素的所有同位素的大约一半，尽管中子星合并可能是其中许多元素的主要天体物理来源。 中子撞击的过程将释放出巨大的能量和大量的中子，有潜力在极短时间内制造大量包括金、铂等贵金属元素在内的重元素。2017 年 8 月 17 日观测到的一次重力波事件及随后到来的伽马射线暴，让人类第一次获得了中子星合并是制造重元素主要途径的决定性观测证据。 太阳系的重元素之所以够多很可能是之前中子星撞击造成的结果，而银河系外围中子星密度低，需要比较多的时间才能凑敲在第二第三星族恒星的尸体上，有个双星系统两颗为中子星，两颗星互撞后生成的大量重元素被附近的星云捡到，然后酝酿出太阳系这种，铼（原子序数为75，主要用于高温高强度合金）以上的超重元素较多的恒星系。 形成类地行星需要至少 10的-0.4次方，约太阳40% 的金属度（[Fe/H] = -0.4）。 行星大小与主星金属丰度之间的相关性的一种可能解释是，巨行星是由一个岩石核心产生的，该核心从原行星盘中吸积了 H 和 He 气体。然而，原行星盘中的气体会迅速消散（在几百万年内）。原行星盘中的重元素必须以足够快的速度形成岩石核心，以便在气体消失之前将其吸积起来。如果是这样，核心可以吸积 H 和 He 气体以形成低密度的气态行星。那些适度金属丰度（或更少）的恒星（及其原行星盘）在原行星盘中的大部分气体消失后，形成岩石核心的速度更慢，只留下没有气体包层的岩石核心。如果这个解释大致正确，那么地球位于行星的最佳位置，来自原行星盘，其重元素不足以快速增长以吸收大量气体，但足以引发复杂的生物化学反应。 太阳诞生于约46亿年前，相对于第一批第二代恒星大批量诞生的时间已经过去了约70亿年，科学家们认为地球上的黄金、铂金和其他重金属元素可能来自于太阳系诞生前几亿年中子星碰撞的大爆炸。考虑诞生太阳前的那颗中子星生前对应是第二代恒星或第三代恒星的质量至少为大于3倍太阳质量，其寿命最长为10亿年，再加上从星云中诞生新一代恒星往往需要几亿年的间隔期。可以认为太阳是第三代或第四代恒星，且诞生批次非常靠前。 |
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80亿年前 太阳系附近恒星的平均Fe/H 大于-0.4，可以诞生类地行星 银河系宜居带附近的G 型恒星星金属丰度分布的峰值位于- 0.2 到 0.2 dex 之间. 太阳附近的类太阳恒星大约有60%的概率金属度位于大于-0.1 dex。[29] [30] |
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开普勒数据 7 kpc~9 kpc 内的不同[Fe/H]金属度的恒星比例④合适的年龄 具有合适年龄的宜居恒星才会让宜居带上的宜居行星在一定的温室效应下具有合适的温度。支持起大型陆生动物的稳定进化。 高速自转的恒星，往往磁场变化也比较激烈，容易产生恒星耀斑和和恒星斑，产生更高水平的紫外线。 星斑是恒星表面磁场活动强烈的区域。（在太阳上，它们被称为太阳黑子。） 通过对太阳系附近的其它类太阳爆发耀斑的情况进行分析，发现太阳系的超级耀斑（亮度提高几百到一千倍）的平均周期是几千年。 主序星表面活动与主序星的年龄和自转率有关。自转速度快的年轻恒星表现出强烈的活动性。相比之下，自转速度较慢的中年类太阳恒星显示出低水平的活动，并随周期变化。一些较老的恒星几乎没有活动，这可能意味着它们进入了与太阳蒙德极小期相当的平静期。 具有较大恒星黑子的恒星在自转时可能会出现明显的亮度变化。如果自转速度够快，平均光度变化可以显著影响宜居性。 对于复杂生命，恒星必须高度稳定，太阳在11年的光变周期中的光度变化很小（0.1%），太阳大约有 46 亿年的历史，正处于光度变化比较小的中老年。适当的金属丰度和大小对稳定性也很重要。 太阳的自转周期约25天，在类太阳恒星的自转速度中类似的高自转周期恒星，年龄超过40亿年，小于80亿年的中年恒星，约占40%。 中晚期G型恒星和早中期K型恒星处于稳定燃烧阶段的时间约为15-40亿。 目前银河系宜居带上，大约有40%的合适金属度的恒星经历过稳定燃烧阶段。 ⑤合适的元素丰度 碳、氢、氮、氧、磷和硫 (CHNOPS) 在地球上生命的起源和增殖中起着关键作用。生活在水溶剂和以碳作为复杂分子骨架的碳基生命，是最容易在自然界自发发展出生命的生命形态，CHNOPS在宜居带行星上的丰度，可能对于辨别宜居行星至关重要。 太阳相比同类的恒星显示出一个特殊的特征，难熔元素相对于挥发性元素多了约 20% 。丰度差异与元素的凝结温度密切相关。与已知有近距离巨行星的太阳类比相比，这种特性也成立，难熔元素丰度的差异可能与像我们这样的行星系统的形成有关，特别是与类地行星的存在有关。[31] |
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Tcond 元素凝结温度 与 X/Fe 某种元素与铁 的比值 与行星形成情况的图表 根据目前的太阳系建模，地球的这种轨道，是由于原行星诞生的气体云，有很多铝26造成的结果。[32] |
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宇宙中的磷元素主要来自大质量恒星末期 核心坍缩型超新星（CCSNe）。地壳的磷是来自火山活动，磷元素在板块活跃的宜居行星表面随着火山活动逐渐堆积，这也解释了为什么火山活动后土地和海洋的生物总是更多。 Gaia DR3任务调查了银河系5亿颗恒星中5863颗类太阳恒星的阿尔法元素与铁的比值（α/Fe），只有约30%的恒星，其α/Fe比太阳大，只有不到10%的恒星α/Fe和太阳刚好差不多。 而α/Fe的各元素丰度情况决定了与类地行星和气态巨行星是否类似于太阳这种轨道。 |
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⑥单恒星系统 太阳系是一个单恒星系，银河系中大约60%以上都是多恒星系统。在多恒星系统中，如果存在行星，那天空中会出现多个“太阳”的情况。根据开普勒天文望远镜的观测，在这些多星系统中，只有三分之一的多星系统存在系外行星。而多星系统的运行不稳定，即使在该恒星系统存在行星，也很难诞生生命。 实际上，由于轨道的稳定性限制，真正的三恒星系统，其轨道上是不可能存在行星的（行星将相对较快地被逐出其轨道，要么被完全逐出系统，要么转移到更靠内或更靠外的轨道范围）。现实中大多数是类似半人马座阿尔法双星系统+半人马座比邻星 这种 三星系统的存在。 双星系统中的行星可能是支持地外生命的候选者。一般估计 40% 恒星是富金属度双星。 双星系统的两颗恒星的轨道可以有以下情况： |
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(a) 两个质量相似的物体围绕一个共同的质心或质心运行 |
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(b) 两个质量不同的天体绕着一个共同的质心运行，例如卡戎-冥王星系统 |
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(c) 质量差异很大的两个天体绕着一个共同的质心运行（类似于地月系统） |
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(d) 两个质量相似的天体绕公共 质心在椭圆中运行 |
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(e) 质量差异极大的两个天体围绕一个共同的质心运行（类似于日地系统） |
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富金属双星的概率 和 次星（companion）的平均质量 双星系统上的行星可分为两种：非环绕双星型行星（S 型）和 环绕双星型行星（P 型）。 在非环绕双星的行星中，如果一颗行星与其主行星的距离超过另一颗恒星最近距离的大约五分之一，则无法保证轨道稳定性。行星是否可能以双星形式形成长期以来一直不清楚，因为引力可能会干扰行星的形成。 气态巨行星可以在双星系统中围绕恒星形成，就像它们围绕单星是形成的情况一样。对离太阳最近的恒星系统半人马座阿尔法星的研究表明，在寻找宜居行星时不必忽视双星系统。半人马座 A 和 B 的最近距离为 11 个天文单位（平均 23 个天文单位），并且都有稳定的宜居带。对系统内模拟行星的长期轨道稳定性的研究表明，在任何一颗恒星大约三个天文单位范围内的行星可能保持稳定（即半长轴偏差小于 5%）。保守估计，半人马座阿尔法星 A 的s型轨道的行星宜居带从 1.37 到 1.76 au ，半人马座阿尔法星 B 的宜居带从 0.77 到 1.14 au ——这两种情况都在稳定区域内。 对于环绕双星的行星，只有当行星与恒星的距离远大于恒星与恒星之间的距离时，轨道稳定性才能得到保证。 最小稳定的恒星与环绕双星行星的间隔约为双星间隔的 2-4 倍，或轨道周期约为双星周期的 3-8 倍。所有开普勒环绕双星系统中最内层的行星都被发现围绕这个半径运行。这些行星的半长轴介于该临界半径的 1.09 到 1.46 倍之间。原因可能是迁移可能在临界半径附近变得低效，从而使行星恰好位于该半径之外。例如，Kepler-47c是位于Kepler-47系统 环绕双星宜居带中的一颗气态巨行星。如果类地行星形成于或迁移到环绕双星的宜居带，它们将能够在其表面维持液态水，尽管与双星存在动力学和辐射相互作用。 双星和三星系统中 S 型和 P 型轨道的稳定性极限与恒星和行星的顺行和逆行运动的有关。[33] |
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双星系统示意图，一颗行星在 S 型轨道上，一颗行星在 P 型轨道上. 双星中恒星之间的间隔可能从小于一个天文单位到几百个天文单位不等。在后一种情况下，引力效应对于围绕其他合适恒星运行的行星而言可以忽略不计，并且宜居性潜力不会受到干扰，除非具有高轨道偏心率。 双星系统的轨道则对行星存在提出了严峻的挑战。因为在不同的行星轨道，行星表面温度可能会极端变化。如果间隔非常接近行星的距离，则可能无法形成稳定的轨道。 据说双星对中仅围绕一颗恒星运行的行星具有“S 型”轨道，而那些围绕两颗恒星运行的行星具有“P 型”或“环绕双星”轨道。据估计，50-60% 的双星能够在稳定的轨道范围内支持宜居类地行星。[34] 双星系统的宜居性由各种来源的许多因素决定。双星的质量比和轨道偏心率是影响行星系统轨道稳定性和宜居性的重要因素。受行星轨道的受恒星引力的扰动以及恒星辐照条件的影响，确定双星系统中的宜居带可能是一项具有挑战性的任务。[35] 许多恒星在偏心率非零的双星系统中形成，当两颗恒星位于近星点时（当恒星位于近星点时，双星的组成恒星周围的宜居带可能重叠并扩大）。致密双星恒星具有不同宜居带的系统可以进行相互作用，将恒星推得更近，导致宜居带合并并扩大。有时，如果组成恒星的距离变远，则可能会出现重叠的宜居带，但双星变得更加偏心。在每个模拟的恒星，宜居带的扩大发生在平均总数为 352 个中的 1 到 2 个双星系统中发生，发生率大约1%，这表明密集的恒星形成区并不总是对行星形成和演化不利的环境。两颗恒星的宜居带合并可能会导致先前冻结的行星变得宜居。[36] [37] 双星系统中行星的宜居性不仅取决于两颗恒星的合适的光辐射强度，导致的宜居行星表面温度，还取决于双星和邻近行星的引力场对行星轨道和自转产生的扰动。因此，双星中的宜居带中的行星可能会在轨道和自转方面经历重大扰动。轨道共振的长期演化对双星系统行星气候的直接影响在很大程度上仍未被很多人考虑到。 一篇2016年的研究将 Kepler-47 和 Alpha Centauri 系统作为 P 型和 S 型双星系统的原型进行研究。[38] 在Kepler-47中的类地行星将经历偏心率、倾角和进动 快速变化的米兰科维奇周期（大约 1000 年），引起相似周期的温度影响（由系统中的其他行星影响）。这些长期温度变化的影响幅度类似于在更短的双星周期时间尺度上引起的幅度。 行星倾角或轴向进动的变化会影响类地行星的气候。在太阳系中，地球因与我们的月球相互作用以及由此产生的倾角变化（～2.4°的变化范围)而具有长期宜居性。 恒星伴星可以通过行星轨道相对于双星轨道的近日点进动或通过轴向进动的共振来显着改变类地行星的倾角稳定性。双星系统宜居带上的行星如果有大质量卫星，会破坏行星倾角的稳定性。因此，宜居带上的岩石行星可能会经历更大的倾角变化，并具有更极端的气候，除非它们处于特定状态，例如与双星几乎呈平面轨道运行并像金星一样逆行（向后）旋转。而这样的概率非常低。[39] 在半人马座阿尔法星双星系统中，次星的影响会产生 15,000 年时间尺度的偏心率变化。这会产生与双星轨道时间尺度变化强度相似的气候振荡。偏心率和倾角变化之间的相位漂移产生了持续时间为 100,000 年的 冰期周期，并受到邻近行星的影响。轨道共振引起的最大幅度倾角变化会在宜居带内引发雪球状态，而适度的变化可以允许持久存在的冰盖或冰带。全球结冰的具体结果可能取决于行星轨道、倾角、轴向进动、双星轨道的偏心率和周期。 因此双星轨道的类地行星很可能会周期性全球结冰，并且有失控冰川作用的风险。[40] 双星系统的轨道特性会导致宜居带上的行星容易经历雪球事件，宜居性很低。 银河系中的单富金属类太阳型恒星占富金属类太阳恒星系统总数的60%。[41] ⑦太阳的诞生以来的独特历史 2021年的一篇研究通过模拟有机化合物在拥有潜在宜居行星的恒星之间成功传播的概率来研究类银河系中的生命星际起源过程，即自然发生的胚种论。 与仅在整个星系中占据狭窄动态范围的宜居性不同，星际起源可以发生在类银河系的 3000光年 ? 12000光年（1-4 kpc）的薄盘中，哪里至今仍然存在着大量有机分子云。然而，只有位于密集恒星集群的新生恒星才具有非常大的生命星际起源概率。[42] 星系中星罗棋布着由气体及尘埃等细小粒子所组成的分子云。分子云可以极度庞大和拥有极大质量，质量相当于十至一千个太阳不等。因为只有质量达到太阳数倍的分子云才会因自身的重力坍缩，而如此重的分子云不可能坍缩为一颗恒星，故疏散星团的所有成员都是在多星系统中形成。 目前在银河系内已发现一千多个疏散星团，但实际数量可能十倍于此。在漩涡星系中，疏散星团大都在有最高气体密度的旋臂中，而且该处的恒星形成活动最为活跃。疏散星团高度集中在银道面附近。在银河系中，疏散星团的寿命取决于分布的位置；早期形成的的星团往往较接近星系的边缘。银河系中心的潮汐力较强，加快了星团的分裂过程，而使得星团分裂的巨型分子云在星系中心部分数量较多，所以星系中心部分的疏散星团比外围部分的寿命更短。在银河系中，平均大约每一千年就会有一个新的疏散星团诞生。 疏散星团是指由数百颗至上千颗由较弱引力联系的恒星所组成的天体，也被称为恒星托儿所，是大多数恒星的来源，这些天体的元素丰度因为都来自于同一片气体云一般都非常接近，直径一般不过数十光年，星团中的恒星密度不一。但与球状星团中恒星高度密集相比，疏散星团中的恒星密度要低得多。疏散星团只见于恒星活跃形成的区域，包括漩涡星系的旋臂，一般来说中心部分的密度能达到1.5星/立方光年。 而太阳刚诞生的时候，也是位于银河系（3-4 kpc）的薄盘上，很可能位于3 kpc 臂上[43]，可能刚好诞生于一个与很多太阳元素丰度差不多的恒星的快要解体的疏散星团，太阳可能刚诞生没多久 就被一颗大约10倍太阳质量的恒星的超新星爆发近距离命中，随后太阳因为引力作用，被踢出疏散星团，开始流浪太阳的生涯。 2018年一篇论文提出，如果太阳诞生在一个相对致密的疏散星团中，一颗可能为10倍太阳质量的大质量恒星很可能就在附近，那么当它超新星爆炸时。超新星爆发的影响可能相当深远，目前的太阳系可能仍保留着这一事件的证据。柯伊伯带的截断和黄道面相对于太阳自转轴的倾斜可能是证据。论文模拟了超新星辐射对星周盘的影响以及几十年后到达的核爆炸波的影响。模拟超新星爆炸的冲击波造成的影响与当前太阳系情况一致。超新星爆炸将太阳系行星盘截断，与现在柯伊伯带的边缘的情况是一致的。 超新星的辐射以及冲击波将行星盘的大部分加热到～ 1200K，其温度足以熔化行星盘中的球粒。太阳系大多数行星可能已经受到附近超新星的影响，它的一些影响，例如行星盘的截断和倾斜，可能在其当前行星系统的空间结构中仍然可见。例如：被星周盘吸积的超新星爆炸波物质的数量少了几个数量级，以及目前无法用其它方式解释的短寿命放射性核素的铝26丰度。[44] |
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太阳的移动轨迹和花费时间 |
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与太阳元素丰度非常接近，可能来自同一个疏散星团的这五颗恒星的恒星年龄分别为68亿年、53亿年、66亿年、66亿年、和 79亿年。每一个都比太阳的46亿年要高。 太阳绕银河系中心运行的轨道确实几乎是完美的圆形，周期为 2.26亿年，与银河系的自转周期非常匹配。然而，棒旋星系中的大多数恒星都分布在旋臂中，且太阳的公转轨道几乎没有什么不寻常的地方，它每7000万年进出银河系平面，大约每3500万年穿过一次平面。太阳的轨道大约每 1 亿年通过一个主旋臂，用1000万年通过。[45]几次大规模灭绝确实与太阳通过旋臂有关。[46] 2020年的一篇研究提出，当恒星遇到在银盘形成过程中自然产生的短暂旋臂时，它们会在银盘上径向移动。太阳系从更靠近银河系中心的位置移动到当前位置的运动轨迹，是通过在银河系化学演化框架内将太阳成分与附近的类太阳恒星的成分进行比较推断出来的，太阳比附近大多数类太阳恒星有相对较低的锂丰度。[47] 太阳诞生地和形成时间隐含的富含金属的环境得到了太阳系诞生前的碳化硅颗粒中测量的硅同位素比率的支持。 在银河核球外诞生的太阳系，可以通过与旋臂的几次相遇引起的径向迁移效应，行进到当前轨迹。一个常见特征是，由于进出旋臂的恒星摆动，恒星会在同一个旋臂内重复通过。此类事件在地球地质历史中作为雪球地球得到证明，并且它们的发生时间在该研究的模型的预测范围内。特别是，在通过旋臂期间垂直振荡的恒星运动偶尔会导致两个独立的雪球事件，间隔为几千万年，这意味着两个相关的雪球地球事件快速连续发生（~7.2 亿和 6.5亿年以前）。 |
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雪球地球的记录时间 (Hoffman 2019) 由蓝色区域表示：休伦冰期（24.3 亿年 前）和 Sturtian 和 Marinoan 冰期（7.17 亿年和 6.5 亿年前）与距今35亿年前西北利亚地盾的萨姆运动（Saamian），30亿年前非洲中南部的达荷美运动(Dahomeyan) 导致的冰川作用 在通过旋臂的时间上高度一致。见最右边mean 地球历史上至少发生了五次主要的冰河时期，包括休伦冰期、瓦兰吉尔冰期、安第萨哈拉冰期、卡鲁冰期、第四纪冰期。 休伦冰期可以追溯到24亿到21亿年前的前新生代，持续了大约8.5亿到6.3亿年，可能是地球历史上最严重的一次。 大约7.5亿年前，地球上经历了一次超长的大冰期——瓦兰吉尔冰期。 安第萨哈拉冰期发生在晚奥陶世和志留纪(约4.6亿至4.2亿年前)。 卡鲁冰期归因于泥盆纪开始时陆地植物的进化，发生于3.6亿到2.6亿年前。 当前的冰河时期，被称为第四纪冰期，开始于大约258万年前的上新世晚期，当时北半球的冰盖开始扩张。从那以后，世界经历了几次冰期和间冰期。 冰期的共同特征是温室气体的不够，导致保温能力下降。而导致温室气体含量下降的主要原因是氧气含量，在地球上氧气主要是蓝细菌这类光合微生物产生，而光合微生物的蓬勃发展来源于足够丰富的矿物质和光照条件，一般来说浅海大陆架是最好适合光合微生物繁殖的区域，而浅海大陆架来源于地质活动导致的板块挤压抬升，地质活动活跃则来源于地幔岩浆的上涌，而地幔岩浆的上涌则来源于月球、木星、太阳这类天体的轨道力学共振导致的引力效应和地壳中碳酸盐的含量等等因素，而轨道力学共振因素来源于其它恒星对太阳系内天体轨道的扰动。 2013年一篇研究，在太阳穿过银河系旋臂的时间与已知的大规模灭绝事件之间发现了相关性。[48]至少五个历史性的大规模灭绝事件，可以用太阳绕银河系的运动来解释。五个海洋生物属的在4.15、3.22、3、1.45 和 0.33 亿年前生物多样性（属的数量）显着下降。太阳花费了大约 60% 的时间穿过银河系的各种旋臂。 根据发表在《历史生物学》杂志上的文章提出，包括两栖动物、爬行动物、哺乳动物和鸟类在内的陆生动物的大规模灭绝以大约2700万年为一个周期，与海洋生物的大规模灭绝相一致。 目前太阳系正在通过猎户座旋臂，上一次大规模灭绝是在1500万年前，预计一千万年内不会有上述因素导致的大规模灭绝事件发生。 这些大灭绝与小行星撞击地球、火山熔岩喷发造成的破坏相关。 |
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生物大灭绝时太阳在银河系悬臂的位置 |
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宜居恒星总结 ：当前支持复杂生命的恒星数量和比例 Michael Gowanlock 2011 年[49]计算了超新星幸存行星的频率与它们与银河系中心的距离、它们在银河平面上方的高度的关系，以及它们的年龄，最终发现银河系中大约 0.3% 的恒星今天可以支持复杂生命。如果不认为红矮星的潮汐锁定排除了复杂生命的发展，则为 1.2%。 银河系中形成高铝26丰度的太阳类似系统的速度约为每亿年 3000 个，在这种情况下，在银河系中大约有36,000个太阳类似星。[50] 假设适合孕育能诞生文明的合适时期的宜居恒星在目前银河系恒星数里只占0.03%，银河系中若有5000亿颗恒星的话，可能最多有1.5亿颗符合这个要求。 若为0.1%，则有5亿颗。 若排除大部分K型橙矮星，只看类太阳恒星，则为0.05%，2.5亿颗 2.稳定的行星系统 来诞生 大型耗氧生物 稀有度 无法估计，但非常低 ①合适的行星 行星质量大，引力也越大，大气层也越厚，这会导致使用化学能或核能动力入轨的难度也越大，当超过一个极限后，基本不可能产生足够大的推力使物体能够进入太空轨道。行星质量小，引力小，大气层薄，需要更高的氧气含量才能支持生物呼吸，当大气少到一定程度便不可能支持文明的发展和大型生物的出现。 而且板块构造能力与生命的诞生和发展密切相关，没有板块构造能力的行星，很可能没有足够的火山来让生命进一步发展。 |
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2020年的一项研究，通过分析太阳系邻近恒星的数据库，Hypatia目录中的3300 颗 F、G、K 型恒星样本中 Fe、Mg 和 Si 摩尔丰度的比例(Hinkel et al, 2014)。得出下图的 彩色条表示计算的 地核质量比例（Core Mass Fraction,CMF），假设硅酸盐地幔具有恒星的 Si/Mg 比，CMF 是地核中，Fe/(MgO+SiO2)质量比，决定了着地幔中的Fe、Mg 和 Si比例，决定了行星的地幔对流速度、磁场强度、让板块活跃的能力，以及决定同样半径下的行星的质量。[51] |
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由上图可以发现太阳系附近的FGK型恒星大部分，CMF 位于0.25-0.45的区间，太阳光谱分析出的的行星CMF平均值是0.3，地球和金星是0.325和0.32，火星（bulk Mars）是0.217，水星是0.68。 除了水星。地球、火星、太阳光谱分析的出的 Fe/Si、Mg/Si、Fe/Mg。三者三项的值都非常接近。代表太阳光谱的数据可以用来分析正常类地行星的地幔和地核成分。 所以可以在Fe/Si、Mg/Si、Fe/Mg差不多的情况下得出一个岩石行星密度与压力的规律 |
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行星半径小于1.5倍地球半径的才可能是类地岩石行星，才有可能拥有合适的大气，诞生生命。 大于2倍地球半径的行星可能是小海王星，这样的主要由轻元素气体组成大气的行星。 处于1.5-2倍地球半径之间的行星，有些被称为氢海行星，他们的表面主要是由氢元素气体的稀薄大气以及较深的海洋。 因此岩石行星的极限是在1.5倍地球半径，但这并不意味着1.5倍地球半径的岩石行星具有板块构造能力。 |
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可以看到对于cmf位于0.25-0.45的超过1.3倍的岩石行星，其质量为3倍地球质量。 而根据2019年的一篇研究，这样的硅酸盐地幔的岩石行星，地幔热对流会因为巨大的压力下岩浆密度上升，到达地幔上层的对流明显减弱，导致火山活动明显减弱，到4倍地球质量时地壳彻底凝固。 所以应该在0.9-1.3倍地球半径，即0.7-3倍地球质量的岩石行星上寻找生命。 |
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金属度与行星半径的关系 |
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2022年9月的一篇研究，在宜居带内的类地行星的概率为 Γ_\oplus = 15^{+6}_{-4}\% 。[52] 所以宜居行星的保守宜居带上的0.9-1.3倍地球半径的岩石行星的概率大约是 20%。 为什么一定要行星？ 目前的研究发现，5-10倍地球质量的超级地球、小海王星相撞最多产生一个火星大小的卫星。火星的质量太小 ，无法存住大气。而10倍地球质量以上的海王星，需要更大规模的碰撞才能形成一个类地卫星，但这么大质量的天体就目前这个金属度一般不会出现在宜居带里，一般宜居卫星出现概率约在5%以下，且这些卫星容易被潮汐锁定，表面温差太大。 ②位于支持复杂生命的稳定宜居带内。 宜居带(habitable zone,HZ)指的是行星系中有利于生命发展的区域，在这个区域中,行星的表面既不冷，也不热，宜居带是围绕某个恒星的行星可以在其表面保持液态水的区域。1959 年Hubertus Strughold和Harlow Shapley 和Su-Shu Huang于 提出了恒星宜居带的概念。[53] 液态水被广泛认为是生命中最重要的成分，考虑到它对地球上所??有生命系统的重要性。然而，如果在没有水的情况下发现生命，那么宜居带的定义可能不得不大大扩展。[54] “稳定”的 宜居带意味着两个因素。首先，宜居带的范围不应随??时间发生很大变化。所有恒星的光度都会随着年龄的增长而增加，因此宜居带 会向外迁移，但如果这种情况发生得太快（例如，对于超大质量恒星），行星在宜居带内可能只有一个短暂的窗口，相应地较小的机会发展生命。计算 宜居带 范围及其长期运动从来都不是直截了当的。 其次，关于行星大气条件和地质的影响与恒星演化条件的影响一样大：地球上的生命出现在地圈、水圈和大气层的交界处。这种环境是我们研究生物系统如何起源于岩石行星的基础。然而，经常被忽视的事实是，岩石行星的化学性质最终是银河系化学演化的产物。 对于在银河历史的不同时期形成的不同恒星和行星，主要造岩元素的元素丰度可能不同。这些差异意味着我们不能指望系外岩石行星与地球一样。此外，行星的年龄决定了它的银河系化学演化，以及过去、现在和未来的地幔和地壳热状态。岩石行星的大量硅酸盐地幔成分调节着它所拥有的大气层和水圈的类型。因此，对于一颗存在生命的行星而言，岩石行星的成分与靠近恒星周围所谓的宜居带（液态水在表面稳定存在）一样重要。 即使在宜居带内，行星仍可能发展出不宜居的气候状态。 在十亿年为单位的地质时间尺度上维持温带气候需要一颗行星包含足够的内部能量来为行星尺度的碳循环提供动力。 岩石行星地热能的一个主要组成部分是放射性元素衰变产生的热量，尤其是 40K、232Th、235U 和 238U的含量。 随着地球的这些元素的衰变，这种放射性能源逐渐减少。 我们不能自信地认为所有的岩石行星内部有足够的内部热量来支持以足以长时间维持全球碳循环或温带气候。 岩石行星，例如地球具有去气作用（Ozima and Podosek, 1983; Berner, et. al., 1983; Chester, 1993）。自从地球开始熔融分层开始，至地球完全固化为止，地球能不断地从内部排出水蒸气、CO2、HCl、HF、N2和SO2等气体（Chester, 1993; Wignall, 2001; Sigurdsson, 2000; Tabazadeh and Turco, 1993; 陈福等，1997；陈福，2000）。由于地球的去气作用，我们有了今天的海洋，有了今天的大气层，这已形成共识（Hunten, 1993; Deming David, 2002; Matsuda and Marty, 1995; Marty, 1995）。可以这样说，除陨石从地外带来一部分CO2外，地球上绝大部分CO2（Grieve, 1998），都是由于地球的去气作用而形成的。 熔融的地球，由于不断向外辐射能量，外表层较轻的岩浆冷凝成花岗岩质原始地壳（Chambers, 2004; McClendon, 1999; Nutman, et. al., 2001）。内部也逐渐分化出地幔、地核等各个层次（Chambers, 2004）。由于地球不断向外辐射能量降温，地表的温度降至水蒸气的凝聚点以下时，原始大气中的水蒸气凝聚成水，这就有了原始的海洋（Deming David, 2002; Kasting, 1988）。地球刚形成时，太阳光的强度远比现在低（Canuto, et. al., 1983），若没有大气中的CO2的温室效应作用，地球表面的温度将继续下降。当地球表面温度降至冰点以下，海洋将结冰，最后，地球有可能变成一个像木卫二一样的大冰球（Greenberg and Geissler, 2002）。由于地球去气作用产生的CO2等温室气体，再加上当时还没有生物制造O2（Nutman, et. al., 2001），O2含量相当低，而去气气体本身具有强还原性（Allard, 1983），这使大气中的甲烷等还原性气体含量相对较高（Pavlov, et. al., 2000），这些温室气体共同产生温室效应，使地球的温度保持在冰点以上，使地球不至于完全变成大冰球。 所以，可以说，地球的去气作用通过不断从地球内部排出CO2等气体，通过增强温室效应，解决了地球继续降温的问题。但同时，它又带来了另一个问题，行星地表会因CO2等温室气体过多而增温直到变成失控温室效应，变成一个像金星一样的地表高温高压行星。 表面拥有海洋以及合适的地幔脱气速率，具有板块活动的行星上可以通过硅酸盐-碳酸盐循环来吸收过高CO2来动态调节温度。 假设一颗行星不能支持复杂生命时地幔的去气率为地球当前值的 10%，那么便很可能没有足够的二氧化碳来产生温室效应，对于那些轨道较远的行星，例如火星，便有可能变成一个像木卫二一样的大冰球，灭绝所有大型生物。 一篇2022年的研究使用蒙特卡洛热演化模型，对岩石行星的支持复杂生命的年龄（宜居年龄）进行估计，行星的板块活动，可以支持全球碳循环和温带气候，在相同的衰变元素丰度下与其质量相关，质量越大，寿命越长。[55] 对于0.8倍地球质量的金星，该研究的作者根据计算认为它的宜居年龄上限在35亿年，但金星的在几百万年前火山活动似乎表明，金星的地幔岩浆仍未冷却，主要是金星表面温度太高，停滞盖散热太差，只有地球的几分之一的散热效率，虽然还能喷发，但用板块活动来散热的话，宜居年龄太短。 平均1~3倍地球质量的大部分行星，宜居年龄大致在40亿-50亿年，对应着稳定宜居带的范围。 |
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左图是下限的平均值，右图是上限的，对于金属度较低的恒星系，例如Kepler-105 Fe/H ≈ -0.2 dex，似乎宜居年龄更短。而trappist-1 的类地行星，宜居年龄大概在50亿年。 有火山的岩石星球的重大地球物理转变期间发现了临界内部热值的证据。地、月、火、水等岩石星球主要火山活动都具有的峰值阶段 (~1.2 W/m2) 和停止阶段 (~ 0.092 W/m2) 的临界表面热通量特征。上述火山活动阶段伴随着重大的地球物理转变，如全球行星磁场的增长和衰减，这可能与核-幔边界热通量的变化有关。上述结果会对寻找宜居类地系外行星产生限制条件。[56] 在火星和月球上发现的火山活动和磁场演化之间的密切联系可能也适用于地球。地球在火山活动高峰阶段（地球诞生后 5 -10亿年），内部磁场显着增加，这可能与该时期固体内核的形成有关[57]。 推断地球发电机活跃所需的临界 CMB 热流在 3-5 TW 之间，相当于约 6-10 mW/m2 的热通量[58] [59]，与推断的月球临界 CMB 通量相当[60] 最近的研究表明，地球上当前的 CMB 热流值为 3.7-4.7 TW ，接近地球发电机工作所需的临界值。 如果地球上的主要火山活动在不久的未来停止，它可能会关闭或显着削弱地球发电机，这将危及地球上的生命。在岩石行星物体的核心、地幔和地壳中发生的物理现象之间与我们的太阳系其它行星的历史存在强相关。[61] 岩石行星的火山活跃程度与恒星的金属度有关。 2022年11月的一篇研究表明，太阳和地球的成分接近于类太阳恒星及其周围假定的类地系外行星的整体成分的中位数。例如，岩石系外行星的镁和硅的相对丰度范围很广，地球和太阳接近平均水平。此外，奇特的成分（即显着偏离地球的成分）相当罕见，大多数行星的地幔为 90-95% 摩尔质量的 MgO+FeO+SiO2。CMF范围从 18 到 35 %，并显示出与恒星 [Fe/Mg] 的强相关性。 恒星 Mg/Si 是地幔矿物学的一个有价值的指标。首先，它可以用来预测下地幔矿物学，特别是强矿物布里奇曼岩与弱矿物铁方镁石的比例，从而降低地幔粘度。在上地幔中，它可以表明维氏体的存在，这还没有得到很好的研究。地幔 Mg/Si 可以指示从含方晶石的地幔（地幔 Mg/Si ≥ 1.6）到强的、含石英的（地幔 Mg/Si ≤ 0.8）的转变。此外，表示地核尺寸与Fe/Mg和Mg/Si都与恒星年龄相关。最近形成的行星往往有大的核心和坚硬的地幔，而很久以前形成的行星往往有小的核心和薄弱的地幔。此外，恒星 镁/硅和钠/镁 可用作地壳浮力的指标，因为富含钠和硅的行星的地壳往往比贫钠和贫硅行星的地壳密度低。最后，富含钙和铁的恒星会导致行星地幔的熔化温度较低，因此会导致火山活动增加。因此，恒星成分，在必要的脱挥发分校正后，可以更准确、更完整地描述行星的特性。[62] |
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类太阳恒星年龄和金属度与 岩石行星地壳厚度的关系 系外行星 CMF 的估计可以可靠地预测衍生地壳的厚度、成分和矿物学。这些预测的地壳成分允许对地表和深层行星内部之间的挥发性循环施加限制，从而影响宜居行星表面的演化。[63]具有大型类地行星 CMF 的行星（≥0.32) 将呈现薄壳，无法有效地将地表水和其他挥发物输送到地壳下的地幔中。相比之下，具有较小 CMF 的岩石行星（≤0.24），类似火星的地幔铁含量将形成能够稳定含水矿物的厚地壳，这可以有效地将挥发物隔离到行星内部，没办法足量去气让表面具有足量的温室气体来保温，这会起到去除地表水的作用。CMF对随后的行星表面环境具有深远的影响，会对宜居类地系外行星时产生限制。 综上所述，系外行星的年龄、大小、母恒星的金属度，对于决定行星的宜居性条件很重要。 1979年1月的一份研究表明[64]，质量小于太阳的主序星在其周围有一个稳定的宜居带，该带不仅比太阳周围的稳定宜居带更近，而且相对更窄。稳定宜居带是指 行星在恒星的早期阶段既不会经历失控的温室效应，也不会在大气富氧化后 温室效应大幅度减少 导致失控的冰川作用，复杂生命能繁殖和进化，行星具有显生宙的宜居带范围。对于质量比太阳小的恒星，稳定宜居带更小（因为它们演化得更慢），太阳拥有类太阳恒星中最大的稳定宜居带。 计算表明，太阳的稳定宜居带范围是 0.958AU-1.004AU，换算成稳定宜居带内外半径比为 1.046, 现在地球距离太阳的平均距离是1 AU，在几十亿年前会比现在更近一点点，但总移动距离不超过0.01AU。人类真的很巧。 对于 0.83倍太阳质量的恒星（即 K1 型恒星）的稳定宜居带约等于没有，稳定宜居带内外半径比为 1，因此似乎大多数 橙矮星周围没有稳定宜居带，红矮星也没有。 |
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考虑其他非太阳这样的金属度后的情况如下： n-m 代表恒星的升温随时间的变化速率，与恒星的金属度和质量有关，金属度越低 n-m越大，稳定宜居带越小 |
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2020年的一篇论文，利用计算机建模更细致地分析了宜居行星气候。[65] |
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快速自转的类地行星上的气候可分为四种潜在稳定的气候状态，它们被突然的气候变化分开： 雪球气候（snowball）行星表面温度 < -38摄氏度。 水带气候 （waterbelt）-38摄氏度<行星表面温度 < 2 摄氏度 温带气候（Temperate）2摄氏度<行星表面温度 < 42 摄氏度 潮湿温室气候(Moist Greenhouse) 行星表面温度<57摄氏度 失控温室效应，水流失（Water Loss）行星表面温度大于100摄氏度的温室效应，原因是水蒸气本身就是比二氧化碳强很多的温室气体，一旦温度超过此温度很难降下来。 这些状态处于稳定平衡，其中传入的恒星光辐射与传出的热辐射平衡，并且各状态对任何小的扰动都具有弹性，这意味着和1979年的研究结果一致，只有G型恒星和K1型恒星在太阳的金属度下，智慧生物发展的气候只有温带气候，和轨道，即0.95AU-1.1AU，除非发生巨大扰动，否则非温带气候的行星，不适宜大型动物发展出智慧生物，因为即便是温带气候的地球，也会在大气中有很多甲烷气体这些温室气体的情况下，升温到50-60度，也会在大氧化事件发生后进入几百万年大冰期，温度下降到负30度。 1.1AU以外容易进入雪球气候，长期保持低温，直到火山喷发产生的温室气体如二氧化碳在大气中积累一定的浓度，让行星解冻。 2016年一篇研究，认为宜居带外围的超级地球比地球更适合复杂生命。[66] 比地球质量更大的行星（称为超级地球）可能表现出比地球更高的火山活动率，能释放很多二氧化碳、硫化物等温室气体。 稀有地球假说（Ward & Brownlee 1999）表明，即使简单生命很普遍，复杂生命在宇宙中也可能并不常见。尽管已经提出了许多反对这一想法的论据（Kasting 2001），但对于具有相对低除气率的行星而言，在常规 宜居带 的部分区域中雪球事件会给简单和复杂的生命带来问题。 光合藻类和蓝细菌将在海冰厚度为一公里或更多的发生“严酷型雪球事件”的行星上灭绝。上面两种生物都在新元古代第一次雪球地球事件中幸存下来（Hoffman et al. 1998），因此一定存在某些类型的无冰区。薄冰型雪球事件（Pollard & Kasting 2005) 或赤道附近的开阔水域 (Abbot et al. 2011 ) 可以提供解释。但多细胞陆地生命将受到这种气候的高度挑战，幸运的是，这种气候自前寒武纪晚期以来就没有发生过。因此，动物生命和智慧生命可能无法在恒星光照强度低和火山去气率低的行星上进化，即使它们在传统的 宜居带范围内。 在 宜居带的外部的雪球气候区域的行星上出现产氧生命只会降低大气中的 CO2，??使地球更容易受到全球冰川作用的影响。全球冰川作用会杀死任何植物，使大气中的 CO2再次积累，因此雪球事件的发生频率取决于植物从雪球事件中恢复的速度。生命（正如我们所知）不会稳定地球的气候以防止发生雪球事件，它会引起一种更复杂的、生物参与的雪球事件。 更大的行星可能具有更大的火山二氧化碳排放量，意味着更剧烈的火山活动，对于大型动物的生存和发展，这样可能适得其反，会造成短却剧烈的雪球事件。 对于系外行星，一篇2017年的研究结果表明，与基于碳酸盐-硅酸盐循环的传统宜居带观点相比，火山活跃的大质量岩石行星可能更容易受到雪球事件的影响 。地球历史上已知的最大冰川事件新元古代的大冰期，很可能火山活动释放大量硫酸盐气溶胶引起的行星反照率突然增加，让行星进入雪球事件。[67] 火山活动会增加的二氧化碳等温室气体，慢慢提升温度，走出雪球事件，但短时间而言，大型动物会在这期间遭遇大批量灭绝，因为这是比地球大冰期还要久还要冷的雪球事件。 震旦纪第二次 雪球事件，断断续续发生全球冰川（7.5 至 5.4 亿年前），海洋表面全球被冰覆盖。水带气候，赤道海洋可以无冰。 尽管中高纬度地区完全被冰川覆盖。当前地球处于温带状态。当地表温度进一步升高时，行星可能进入潮湿温室环境。 地球可能存在的潮湿温室状态 基于岩石样品中氧和硅同位素的温度重建预测了前寒武纪海洋温度要高得多。这些预测表明，在 20 到 35 亿年前，海洋温度为 55-85°C，随后在 10 亿年前冷却到 10-40°C 的更温和温度。从前寒武纪生物中重建的蛋白质也提供了证据，表明古代世界比今天温暖得多。 在很长的时间尺度上，太阳的演化也是决定地球气候的一个重要因素。根据标准的太阳理论，太阳在开始时的强度约为其现代值的 70% 后，其亮度将逐渐增加，这是其演化的自然部分。最初的低太阳辐射，如果与现代温室气体值相结合，将不足以让地球表面存在液态海洋。然而，地表液态水的证据早在 44 亿年前就已被证实。这被称为年轻太阳悖论，通常通过地球早期历史中更大的温室气体浓度来解释。 这种温室气体很可能是地球原始生命产生的甲烷气体以及火山活动产生的二氧化碳。 大气足够温暖的温室状态可以让水不再被寒冷的对流层顶困住，形成潮湿的平流层。在这种情况下，因为水蒸气的光解，氢会向太空的损失。水光解的具体速率可能取决于恒星活动。此外，在雪球和温带气候状态之间存在两种稳定气候的解决方法，一种是增加自转速度，另一种是让行星被潮汐锁定，创造晨昏线附近的宜居区域。 根据宜居性的定义，宜居气候包括水带、温带和凉爽湿润温室状态。如果恒星光照强度很小，行星气候进入雪球状态。在某些情况下雪球状态是宜居的。一个很好的例子是新元古代时的地球气候。对于系外行星，高地热热通量或薄冰时，光合作用生命仍然可以存在。另一种可能性是，虽然海洋完全被冰雪覆盖，有些大陆不结冰，而且温度足以维持液态水。 如果恒星光照强度很高，整个大气层将进入热失控过程，并没有稳定气候解决方案，直到海水全部蒸发到大气中。 传统宜居带通常被定义为行星表面可能存在液态水（生命的关键需求）的距离范围。需要比地球现代大气中存在的二氧化碳多得多的二氧化碳来维持宜居带大部分行星的温和气候，外缘需要几个大气压（bar）的二氧化碳分压（pCO2）。然而，地球上大多数复杂的有氧生命都受限于几分之一大气压的二氧化碳浓度。同时，传统宜居带中的大多数系外行星位于红矮星附近，会产生更丰富的气体，这些有毒气体可能在宜居带上行星的大气中广泛产生，例如一氧化碳 (CO)。复杂有氧生命的宜居带可能相对于诞生微生物生命的 HZ 是有限的。 一篇2019年的研究使用一维辐射对流气候和光化学模型，根据一系列生物体的已知毒性限制来界定复杂生命的宜居带（HZCL）[68]。他们发现，对于 0.01、0.1 和 1 个大气压 的 二氧化碳气压极限，支持复杂生命的宜居带仅为类太阳恒星常规宜居带 的 21%、32% 和 50%，并且 CO 浓度可能会限制一些复杂的生命在红矮星上发展。这些结果为复杂生命的可能分布提供了新的思路，对寻找系外行星上的生物特征和技术特征具有重要影响。 |
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位于紫外线-可见光宜居带内。 传统的“宜居带”(habitable zone)其实就是指一颗恒星周围的一定距离范围，在这一范围内恒星辐射出的光被行星吸收，维持行星表面的温度，重新辐射到太空，由于恒星辐射的光子大多数在可见光波段，因此传统宜居带也被叫做可见光宜居带。 位于传统宜居带内的行星，表面上的水可以以液态形式存在，由于液态水被科学家们认为是生命生存所不可缺少的元素，因此如果一颗行星恰好落在这一范围内，那么它就被认为有更大的机会拥有生命或至少拥有生命可以生存的环境。 除了液态水的存在，生命可能还需要其他一些东西来维持。对于我们所知的生命，一个重要的元素是适度的紫外线辐射：如果一颗行星接受的紫外线照射量太少，许多生物化合物就无法合成。然而，如果接收太多紫外线，那么陆地生物（例如DNA）可能会受到损害。 因此，为了确定最有可能找到持久生命的地方，我们应该寻找恒星的传统宜居带（可能存在液态水）与其紫外线宜居带重叠的区域，在该区域内，紫外线的光子照射量处于合适的水平。 |
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Oishi 和 Kamaya 发现，考虑到紫外线宜居带，不出所料地会减少可能发现诞生生命的地方。例如，对于太阳金属度恒星，只有那些介于 0.8-1.5 个太阳质量之间的恒星可见光和紫外线的宜居带出现了重叠。 随着主星的金属丰度降低，重叠区域也会降低：在金属丰度为太阳的百分之一时（Z = 0.0002），对于任何质量恒星来说，紫外带和传统宜居带都不重叠，这也意味着低金属度的第二代恒星很难会诞生大型陆生生命。 作者指出，这并不一定意味着这样的恒星不能支持生命。耀斑和日冕物质抛射等恒星活动可以暂时增加紫外线通量，可能足以弥补低稳态通量。行星表面的海洋可以保护潜在生命免受过高的紫外线通量的影响。 综合考虑②和③ 两个条件，我们会发现只有0.8个太阳质量到1.2个太阳质量的黄矮星的第一星族恒星才能最快诞生生命，并具备产生大型动物的能力。 若考虑黄矮星稳定宜居带的长度为0.1AU，而太阳的保守宜居带大概在0.5AU左右，在人类目前发现几千颗系外黄矮星的行星中，还没有发现一颗既位于稳定宜居带内的又满足上述要求的行星。乐观估计行星位于稳定宜居带内的这个概率为 20%。 类太阳恒星有4%的类地行星位于稳定宜居带上。 ③合适的行星轨道结构和组成 这个恒星系有一个类似太阳系的这样的轨道布局和 差不多的比例的相对质量。 即 地球到海王星的 1: 0.1 : 300+ : 100+ : 15 的质量比例。 我们地球能有今天，可能多亏了这个轨道布局。 地球上板块构造的存在直接取决于地幔粘度、行星质量、液态水的含量和地热源。 然而，地球绕太阳旋转速度和公转周期的初始条件对于板块构造的启动也一定具有重要意义。地球的初始轨道条件受到月球形成过程的显着影响，这可能导致了板块构造的启动和持续存在。 这些轨道条件的变化可能使地球以近乎线性的趋势，稳定地演化，从而使行星的自转周期接近行星绕太阳转一度所需的时间。 这种旋转和演化周期的最佳条件对于地球上板块构造的启动是必不可少的。 这一假设对板块构造和太阳系外行星以及潜在的宜居太阳上的岩石天体（如欧罗巴和火星）中存在生命的可能性具有直接影响。 一个能够维持复杂生命的行星系统的结构必须或多或少像太阳系一样，由小而多岩石的内行星和巨大的外层气态巨行星组成。 如果没有这种具有强大引力的“天体真空吸尘器”行星的保护，其他行星将遭受更频繁的灾难性小行星碰撞。 米卢廷·米兰科维奇提出了米兰科维奇循环(Milankovich cycles)，认为地球上的冰期开始、结束的原因与米兰科维奇周期有关。它与 地球 的 轨道偏心率、倾角和进动（包括 轴向进动 、拱点进动、黄道进动）三要素构成的周期性的变化有关。[69] [70] 轨道偏心率：事实上，地球近日点和远日点的距离差受地球轨道偏心率的控制，地球轨道偏心率因为地球绕太阳运转的轨道受到木星、土星的影响，形状会从接近圆形变成轻度的椭圆，地球轨道偏心率变化范围为0.017~0.0607，目前为0.017是季节温差最小的阶段，极限偏心率是0.0607，变化周期为10万年。偏心率最大时，近日点和远日点的差值也变大，比现在大约增加一倍。较大的轨道偏心率可使行星在接近太阳时像彗星一样丢失一部分大气。地球轨道偏心率在冰期时增大为0.0607，使大气浓度和二氧化碳浓度变低，降低了对地球表面的保温作用，导致米兰科维奇循环下更低的年平均温度。 |
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不同的轨道偏心率 倾角：自转地轴相对于公转轨道平面的倾斜角度（黄道倾角）在 22.1° 和 24.5° 之间变化。目前的倾斜度为 23.44°，变化周期为41040年。 |
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轴倾角变化 进动： 轴向进动：它是地球自转轴相对于恒星的运动，周期约为25700年。也称为岁差，这种运动意味着地球上看的北极星最终将不再是今天看到的北极星。这种进动是由太阳和月球对旋转地球施加的潮汐力引起的；两者对这种效果的贡献大致相等。 |
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轴向进动 拱点进动：轨道椭圆本身在空间中以不规则的方式进动，地球相对于恒星在大约 112,000 年内完成一个完整的周期。（水星进动）拱点进动发生在黄道平面并改变地球轨道相对于黄道的方向。这主要是由于与木星和土星相互作用的结果。太阳的扁率和广为人知的广义相对论对水星的影响也做出了较小的贡献。 黄道进动：地球当前相对于代表太阳系角动量的平面（黄道平面，大约是木星（木星拥有太阳系最大的角动量）的轨道平面）的倾角是1.57°。 |
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拱点进动和黄道进动 合称 近日点进动 这三个周期决定地球冰期的发生，称为米兰科维奇循环理论天文三要素。 过去70万年的冰期、间冰期变化周期恰好与上述几个周期相符合，它们之间还可以叠加规模，形成更冷的长周期冰期，如 远日点和自转轴是倾斜角和岁差 叠加形成的 20万年大冰期间隔。 此外，大气浓度变化、地壳均衡运动和强潮汐变化三种作用能增强10万年周期作用，给出10万年冰期周期的合理解释。 |
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米兰科维奇循环，每10万年约有一次一米厚积雪。 |
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二氧化碳浓度与冰期间隔的关系 控制我们季节的地球的倾角在约 40,000 年内仅变化约 2.5 度，地球偏心率在 100,000 年内仅变化约 0.05。尽管如此，这些微小的变化仍然导致会影响地球进入的冰河时代。然而，对于系外行星，变化可能要大得多。先前对无卫星类地系外行星宜居性的研究发现，倾角、偏心率的变化可以导致冰川失控（雪球状态）来灭绝大型动物，影响行星的宜居性。[71] [72] [73] 一研究首次将 n 体和倾角模型用于 宜居行星的3D 海洋耦合气候模型，把行星轨道的偏心率、倾角和进动等数据应用于在与生命进化发展相关的百万年时间尺度上瞬态变化。 |
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气态巨行星与类地行星的轨道距离和倾角、偏心率的不同对表面宜居性的影响 宜居带 中系外行星的表面条件和部分宜居性随时间变化，因行星系统结构和轨道动力学的不同。类地行星的偏心率和轨道倾角周期的频率和幅度对气态巨行星或其它伴星的轨道特征的相对较小的变化很敏感（Horner el，2020 ）。这些反过来又驱动轴向倾角和进动周期的变化的幅度和频率，对地表气候条件和长期宜居性产生影响。 地表的宜居性在天文时间尺度上随季节和每年变化很大，但广阔海洋的巨大热容量维持了温和的海洋温度。当轨道偏心率和行星倾角 导致宜居性 永久或暂时下降到一个极限后，行星不太可能适合生命存在，这可能发生在靠近宜居带边缘的系外行星上，这些行星在气候系统中具有低热惯性，同时经历极端的轨道周期，容易经历极端的温度变化，当巨行星过于靠近行星时会减少行星的宜居表面积。 在偏心巨行星的影响下出现的极限偏心周期下，宜居表面积会增加。因此，一个有一定偏心率的巨型气态巨行星可能有利于宜居带上的类地行星的宜居性，前提是它与较小行星的距离足够大以防止高振幅倾斜周期，因为振幅影响着温度变化，出现高振幅时容易引发雪球事件。 在寻找太阳系以外的生命时，应将注意力集中在那些有可能在我们所知的生命出现和扩张所需的较长时间内保持宜居条件的行星上。可观察到的行星结构是长期宜居性的决定因素之一，因为它控制着轨道演化，并最终控制着行星接收到的恒星通量。 通过一组 n 体模拟和假设行星系统的倾角模型，这篇论文证明类地行星的偏心率、倾角和进动周期的振幅和周期对巨型伴行星的轨道特征很敏感。气候模拟显示了上述特征对不断变化的地表条件和地表长期宜居性具有决定性作用。 类地行星的宜居性随着类木伴星的偏心率而增加，前提是平均倾角足够低，距离足够远，可以在整个行星的轨道年内维持其表面大部分地区的温度，不至于发生全球结冰。[74] 对系外行星的观测表明，与太阳系相似的行星排列很少见。大多数行星系统都有超级地球，比地球大几倍，靠近它们的恒星，而太阳系的内部区域只有几颗小的岩石行星，水星轨道内没有。只有 10% 的恒星拥有与木星和土星相似的长周期巨行星，而这少数巨行星很少有远离恒星的稳定、近乎圆形的轨道。 如果在太阳系历史的早期，木星和土星漂向太阳，向地球送来冰陨石，这些特征就可以解释。在这之后，这两颗巨行星随后又飘到了现在的位置。“这种微妙的编排所需的一系列偶然事件表明，类似地球的小型岩石行星——也许还有生命本身——在整个宇宙中可能是罕见的。” 气态巨行星也不能离生命正在发育的物体太近。一颗或多颗气态巨行星的近距离放置可能会直接或通过漂入宜居带破坏潜在生命行星的轨道。 这可以产生混沌的行星轨道，尤其是在具有高轨道离心率的大行星的系统中。 对稳定轨道的需求排除了具有行星系统的恒星以及亚恒星天体，其中包含轨道靠近主恒星的大型行星（称为“热木星”）。热木星向内迁移到它们当前的轨道的过程中，它们将灾难性地破坏宜居带内任何行星的轨道。更糟糕的是，热木星更常见于围绕 高金属度 F 和 G 类恒星运行。 天王星和海王星（被称为“冰巨星”）存在于太阳星云密度降低和轨道时间延长的区域，这使得它们在那里的形成非常难以置信。相反，这两者被认为是在木星和土星（被称为“气态巨星”）附近的轨道上形成的，外行星的迁移对于解释太阳系最外层区域的存在和性质也是必要的。 从彗星得到的太阳系早期物质样本表明，太阳系早期形成的物质从较温暖的太阳系内部迁移到柯伊伯带区域。 木星 挡了一部分比木星轨道更远的超大陨石，木星和土星轨道的共振将海王星移入柯伊伯带，在海王星轨道外迁过程中，木星也被引力拉着 接近火星轨道，强大的引力干扰了火星和地球的形成过程，把火星和地球轨道上的天体，变成几颗较小原行星，其中一颗叫忒伊亚的原行星，撞击到原始地球，形成月球。并在随后的几亿年过程中不断给地球送了陨石，给地球的生命诞生补充了大量氨基酸和核苷酸等有机元素。 有机化合物在太空中比较常见，由“复杂分子合成工厂”形成，这些工厂出现在分子云和星环包膜中，并在主要由电离辐射引发反应后发生化学演化。嘌呤和嘧啶核碱基，包括鸟嘌呤、腺嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶和在陨石中发现了胸腺嘧啶。这些可能为早期地球上形成DNA和RNA提供了材料。彗星喷出的物质中发现了氨基酸甘氨酸；它早先在陨石中被发现。彗星包裹着深色物质，被认为是一种焦油状有机物质，由简单的碳化合物在电离辐射下形成。来自彗星的大量物质可能将如此复杂的有机分子带到地球。据估计，在晚期重轰炸期间，陨石可能每年向地球输送多达 500万吨有机元素。[75] 外行星迁移的引力变化过程将大量小行星送入内太阳系，严重耗尽原始小行星带，它达到今天的极低质量的过程发生在地球不断遭受陨石撞击的晚期重轰炸时期——大约发生在大约 41 到 38 亿年 前。 [76] [77] 系外行星系统中存在生命有两个潜在要求：首先，该系统具有小行星带，其次，存在驱动小行星撞击类地宜居行星的机制。由于在太阳系中，长期共振已被证明对驱动小行星撞击很重要，小行星带区域内的长期共振很罕见。因此太阳系有些特殊，但生命的出现可能需要的微调程度并不过分。模拟表明，当两个巨行星接近 2:1 平均运动共振时，小行星带不稳定，会引发行星诞生初期的小行星大量撞击。[78] 目前发现的系外恒星系，只有几个这样的轨道布局，这是因为样本少的原因。我们需要加强天文望远镜的观测能力，发现更多系外行星。 ④巨大卫星 行星必须富含超重的可衰变元素（需要前置条件星系诞生几亿年前发生的中子星撞击事件）在刚开始形成后，被另一颗大星球以刚刚好的角度撞过一次，让行星内部重元素衰变产生的热量被大量释放，不至于在地表产生过多的火山释放过多温室气体（金星），也不至于快速冷却失去板块构造能力（火星），刚刚好能够产生足够的海底火山，能形成海底的生态系统，让早期海洋富含矿物质，能适合海洋碳基生命繁衍。 月球是由一个火星大小、质量约为地球 10%的天体与地球相撞后释放的物质吸积而成的，发表在 2016 年报告中的月球岩石分析表明，撞击可能是直接撞击，导致两个星体彻底混合。[79]2019 年发表的其他证据表明，忒伊亚可能是在外太阳系而不是内太阳系中形成的，而且地球上的大部分水都起源于忒伊亚。在地球形成过程中，地球被认为经历了数十次与行星大小的天体的碰撞。形成月球的碰撞将只是一次这样的“巨大撞击”，但肯定是最后一次重大撞击事件。 天文学家认为地球和忒伊亚之间的碰撞发生在大约45.2亿年前；太阳系形成后大约 几千万年后。忒伊亚被认为以斜角撞击地球。 根据巨撞击假说，忒伊亚围绕太阳运行，几乎沿着原地球的轨道，靠近日地系统两个更稳定的拉格朗日点（即L4或 L5 ）中的一个）。忒伊亚最终因木星、金星或两者的引力影响而偏离了这种关系，导致 忒伊亚和地球之间的碰撞。 计算机模拟表明，忒伊亚以大约 45 度角撞击地球时的速度不超过 4 公里/秒。 |
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还有一个假说认为月球和地球是一起形成的，而不是像巨撞击假说所暗示的那样分开形成。这个模型由Robin M. Canup于 2012 年发表，表明月球和地球是由两个行星的大规模碰撞形成的，每个行星体都比火星大，然后重新碰撞形成现在所谓的地球。再次碰撞后，地球被一个物质盘包围，这些物质吸积形成月球。这个假设可以解释其他人不能解释的证据。[80] |
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2022年10月一篇新的研究发现，巨撞击假说可以很好解决月球的类地同位素组成与撞击器预期的不同特征之间的问题。这种撞击后几个小时内快速冷却成新地球,具有下图椭圆形状的罗氏内部初始轨迹的卫星通常可以变成月球这样的轨道。 |
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根据目前的研究，早期恒星系 原始行星之间发生碰撞组成新的行星是一件高概率的事件。 类太阳恒星系的类地行星，几乎每一颗类地行星都会经历至少一次巨大碰撞。 类地行星形成的后期阶段主要是巨大的撞击，这些撞击共同影响着任何形成的行星的生长、组成和可居住性。通过对类太阳恒星周围的行星形成进行 280 次模拟发现，在 164 个地球模拟物中，只有 15 个经历了能量足以剥离整个大气层的撞击。剥离大约一半的大气层需要与最近的月球形成巨大撞击模型相当的能量。在 模拟期间，几乎所有地球模拟物都至少收到了一次符合此标准的撞击，中位数是 3 次巨大撞击。在模拟开始后，最后一次的巨大撞击的中位时间为 4300万，这使我们得出结论，月球形成撞击的时间在类太阳恒星周围的行星系统中是典型的。[81] 但值得注意的是 像原始地球 和 忒伊亚这样的撞击事件不是一件高概率的事件。 在原行星大碰撞期结束后，行星形成重力稳定的卫星频率在~50%，但如果仅算质量在月球一半以上的卫星，概率会下降到~2-25%。因此，每 12 个类地行星中就有 1 个拥有一颗巨大的卫星。不确定性的主要来源是行星-卫星系统碰撞结果和演化的建模。类地行星在宜居带中很常见，但拥有巨大且稳定卫星的行星只占其中的 10%。[82] 这次撞击会形成一个比较快速的自转和对太阳的倾角来产生不同的气候条件，让各处具有不同的生态系统，提高生物演化速率，增加智慧文明出现几率。 这次撞击产生后的碎片产生一个较大且较近的卫星来产生潮汐锁定，让原始生命能在地表浅滩在周期性涨潮中搁浅攒够紫外线+脂质的条件形成原始细胞膜，让早期生命通过潮涨潮落慢慢适应陆地环境。 最新的科学研究证实，地球的强磁场，诞生与地球早期的原行星撞击事件有关。[83] 很多人可能认为 磁场是地球自转形成。然而地球自转的速度不足以产生这么强的磁场，现在的地磁产生模型 认为 地球磁场是由地球外核中铁水和镍混合物的对流运动产生的电流产生的：这些对流是由地核逸出的热量引起的，这是一种称为地球发电机的自然过程。 十余年来，学界不断发现的证据表明，目前造成磁场的内地核，这个由铁和镍构成的坚固球体，最初并不存在，它是10亿年前刚刚出现的。然而，没有内地核，外地核中的液体就不会运动，也就不会有磁场。 2007年，对内地核不利的苗头开始显露时，加州理工的大卫·史蒂文森（David Stevenson）提出一个颇具远见的假说。 据他测算，只要地核质量中氧化镁占比达到0.8%，就能产生磁场——因为镁有厌铁属性。而地核含铁量多达90%……关键就在这儿！ 他的想法是，如果这些氧化镁当时混在了地核中，它们就会尽力逃往铁的外围，从而形成对流。 地球刚形成不久，一颗大如火星的星体同它狠狠地撞在了一起。部分撞击碎片在环绕地球的轨道上旋转，逐渐聚合形成了月球；而在地球上，撞碎的星体物质在高温下液化，本来不可能进入地核的地幔成分，就这样全部融进了地核。融入地核，把氧化镁带了进去。这些氧化物使地球发电机运转起来，形成了磁场…… 实验证实了这一观点，氧化镁融解度和温度成正比，氧化镁的外逸只发生地核表面温度最低的地方。氧化镁在这一分界面上逸入地幔，留下一层更重的纯铁流回地心，从而引发全球性的对流，产生磁场。[84] 要是没有这个磁场，地球还能孕育出复杂生命吗？不得而知。 总之，应该优先在拥有卫星的宜居行星上寻找地外生命。 近几年的系外行星系统统计发现，拥有超级地球或亚海王星行星的恒星系似乎拥有比我们仅凭偶然看到的更多的气态巨行星，这个概率近乎接近90%，而太阳系类结构仅占~1%。[85] [86] 综合考虑，估计 ⑤和⑥同时出现的概率约是 0.1%。 ⑤合适的海洋 温度变化的幅度在很大程度上受有效热容量的限制，有效热容量对应于地球上的海洋与陆地的比例。行星具有大量海洋成分的行星应该只会经历几度的适度升温和降温。 水不能多也不能少，多了地球表面都是水，难以形成可以用火的文明，少了早期海洋生物诞生的几率下降，不能生产大部分氧气来饱和与富集金属矿物，缺少含氧大气难以生成需要高耗氧的智慧文明，缺少富矿难以开启工业文明。 臭氧层可以阻挡紫外线。防止紫外线分解水，生成氢气逃逸。臭氧层大概在5亿年前生成，停止了水的分解，太阳系早期有陨石补充，之后陨石密度下降，水就成了类似石油一样的不可再生资源，这恰好奠定了地球目前7:3的海陆面积比。 2022 年 11 月 Dennis H?ning,Tilman Spohn研究了类地行星上的土地比例多样性及其对宜居性的影响，分别有三种类型，陆地行星、海洋行星和平衡的类地行星。 长期碳酸盐-硅酸盐循环模型显示，陆地和海洋星球的平均地表温度相差约 5 K。较大的大陆表面部分导致较高的风化率和更高的去气效应。 陆地星球与海洋星球和现今的地球相比，预计会有更干燥、更寒冷和更严酷的气候，可能还有更广阔的寒冷沙漠，陆地和海洋星球的生物生产力和生物量减少了地球的三分之一到一半。 这些行星上的生物圈可能不足以产生足够的氧气。[87] 因为没有相关数据，很难估计系外行星的海陆比的问题，不过一般认为这些行星含水量在0-20wt%之间，根据行星形成轨道的不同有很大差异，而地球约为0.1wt%，太阳因为具有高丰度的铝26，行星具有低含水量[88]，而大多数类太阳恒星的行星具有更大的含水量，具有更多的没有陆地，海洋深几十公里的行星，这些行星因为缺少浅海大陆架，光合作用生物很难大量繁殖，积累足够的氧气。 2、宜居行星总结 支持复杂生命的行星数量和比例 为了确定一个行星是否宜居，需要考虑其表面温度、大气组成、表面水的存在、地球一样的磁场以及许多其他因素。未来，通过更好的望远镜和探测器技术，我们将能够更好地了解宜居系外行星的可能性，从而更好地了解我们的宇宙。 行星表面能否存在液态水取决于行星表面能量接受和耗散的动态平衡，这种动态平衡取决于很多方面。例如，恒星的质量、半径、光度、转速、恒星活动、金属度、年龄，它们是天文学家最容易观测到的数据，也是行星大部分能量的来源，从很大程度上决定了一个行星系统的宜居性。恒星的质量是恒星效应中最重要的属性，它是决定恒星半径，有效温度，光度类型和主序寿命的主要因素，质量越大的恒星光度越大，温度越高，寿命越短。 同时大质量恒星光致蒸发效应会使靠近恒星的原行星盘难以吸积形成短周期行星，因此为了容易寻找系外行星，搜索倾向于质量较低的恒星。频繁的恒星活动会影响周围行星，导致氢元素的逃逸，使行星逐渐失去地表液态水和大气层。而恒星大幅度的亮度变化，会使行星的气候发生改变。恒星主要是由氢与氦组成，也包含其他重金属成分，恒星的重金属含量与原始行星盘里的重金属含量有直接关系。低重金属含量的原行星盘会使恒星周围形成行星的可能性降低，而任何行星若是缺少金属成分，形成后的质量就会变低。火星、水星这样的小质量行星并不利于生命的存在。因此，恒星的属性对行星的宜居性产生了重要影响。 行星宜居性的影响因素还包括行星质量、半径、密度、年龄、反照率等。行星的大气层源于行星形成中释放的气体和从周围圆形星状星云中捕获的气体。一颗质量更大的行星可以释放和保留更多的原始大气，拥有更大的液态核心，产生的磁场也越强，可以防止年轻恒星强烈活动产生的极紫外线辐射和恒星风对大气层的破坏，对复杂生命更有利。更大的行星具有足够的衰变物质，内部加热可以维持长久的板块活动，这将有助于大气层中气体的捕获、埋藏、再释放的循环，动态调节温度。 此外，反照率也是影响行星表面能量接受和耗散动态平衡的重要因素之一。反照率是指行星表面反射太阳光的能力，对于恒星辐射到行星表面的能量量至关重要。一个行星表面的反照率受很多因素影响，包括大气成分、地表物质的化学组成、地形起伏、大气散射等。一个高反照率的行星意味着它可以反射更多的太阳辐射，从而减少表面的温度，反之则会增加表面温度。因此，行星的反照率是影响行星宜居性的重要因素之一，直接影响行星从恒星接收的能量和损失的能量之间的动态平衡而产生的地面有效温度，从而影响表面液态水存在。 行星重力较小，使得大气层难以保持，这是因为重力控制了大气分子的行动方式。如果行星的质量越小，那么大气层就越容易流失，这会导致行星逐渐失去形成时留下的能量，从而停止其地质活动。对系外行星的观测表明，1.5倍地球半径的系外行星可能是岩石行星半径的上限半径，再大的行星密度就会下降，形成迷你海王星。这些行星密度较小，大气层难以保持，因此它们不太可能宜居。 潜在宜居系外行星的质量通常在0.1到5倍地球质量之间。行星系统包括行星与恒星的距离、离心率、转轴倾角、自转速率和进动。这些因素通过控制行星在其轨道上接受的恒星辐射以及影响对气候系统进而影响行星宜居性。行星接收到的恒星辐射量取决于它与母恒星的距离和半长轴。迄今为止，发现的大多数系外行星的半长轴小于水星的半长轴。离主恒星较近的行星自转速度较慢，可能被潮汐锁定。行星的自转速度决定了大气环流的模式，影响大气中云的水平传热和空间分布。自转速度较慢的行星通常磁场较弱，这使得它们的大气层更容易流失。虽然潮汐锁定可能导致前缘大气结冰，但如果大气环流充足且有云层存在，则可以减少前缘和后缘的温差。 行星轨道的偏心率也会影响表面能量平衡。偏心率越大，行星在其轨道最远点和最近点接收到的恒星辐射量的变化就越大，导致地表温度波动越大。然而，大气稠密和深海的行星具有很高的热惯性，因此可以缓冲恒星辐射时间的变化，而大气稀薄和干燥的行星更容易受到恒星辐射时间变化的影响，从而导致气候振荡。地球上的季节变化不是由它的偏心率引起的，而是由它的轴向倾角引起的，这是地球自转轴与其轨道平面之间的角度。 轴向倾角决定了太阳通量在行星表面的分布方式。对于低倾角的行星，例如地球，平均通量在赤道上来回摆动，产生四个季节。然而，对于具有高倾角行星，例如天王星，恒星辐射的模式会发生显著变化，两极接收到的通量最大，而赤道接收到的通量最小。这些变化对气候的确切影响目前只能通过计算机建模研究得知。此外，轴向倾斜的大小和变化速度也需要考虑，因为过快或过慢的变化可能对宜居性不利。 除了轴向倾角的大小，轴向倾角随时间的变化也必须考虑在内，因为快速或持续的倾角变化可能不利于行星的宜居性。轴向倾角的变化会影响行星的气候和地质活动等方面。一个重要的影响是季节变化的强度和分布方式。对于地球这样的低倾角行星，其季节变化是由于轴向倾斜和自转所引起的，而高倾角行星的季节变化则更为复杂。 围绕低质量恒星运行的行星可能会经历潮汐剥离，导致永久性的低轴向倾角和均匀的气候。尽管这种气候是均匀的，但它可能对复杂生命的进化和适应构成挑战。此外，轴向倾角的剧烈变化可能导致季节性极端温度和气候波动，从而对生命的存续和繁衍产生负面影响。 在地球上，轴向倾角是一个长期变化的过程。在过去4.1万年的时间里，地球的倾角在3度范围内变化。这种变化是由多种因素引起的，其中一个主要因素是巨大的卫星质量。对地球自旋角动量演变的计算表明，如果没有月球，地球的倾角将可能在数百万年内达到60度。尽管这是极端的情况，但即使在这种条件下，也不能排除生命存在的可能性。 紧凑的行星系统通常不支持宜居的类地行星，因为行星产生的潮汐力可能导致能量失衡，从而导致内部区域的温室效应失控或产生气态巨行星。宜居行星的研究主要集中在宜居带内的行星，但这是否意味着宜居带外的行星不能存在生命？ 虽然宜居行星的研究主要关注于宜居带内的行星，但研究人员已经将潜在的宜居行星分为四类。第一类宜居行星的恒星和行星具有物理条件，能够让复杂的多细胞生命在地球大小的行星上进化。第二类宜居行星可能存在生命，但是它们与第一类有所不同，其物理条件类似于金星或火星等世界，因此复杂生命形式的发展可能性较小。第三类宜居行星拥有直接补充富含硅酸盐核心的地下海洋，而第四类宜居行星位于两层冰之间的宜居带，冰下或冰上有液态水。在这样的环境中，即使简单的生命形式的出现也可能极其困难，因为生命所必需的成分可能很稀有。 在行星系统中，潮汐作用可能会导致行星轨道上的能量失衡，这会使得内部区域的温室效应失控或产生气态巨行星。因此，紧凑的行星系统很少支持宜居的类地行星。 综合考虑，类太阳恒星有0.004%的可能性具有和太阳系差不多的宜居行星系统。则在银河系宜居带上2.5亿宜居恒星中，有 10000 颗这样的能发展出文明的行星。 二 ：细胞生命 的诞生与进化1 .细胞生命诞生 的大过滤器 生命是具有 物质能量代谢并维持体内平衡、能对刺激做反应 、能进行自我繁殖 、 一代代个体在生老病死的更替中经过自然选择发生进化以适应环境的选择性交换物质的活跃物质集合。 新陈代谢和自我复制的能力有时被视为判断生命的根本条件，称之为生命现象，很多人会将具有生命现象的物体误认为是生命。 病毒、能自我复制的晶体，不被认为是生命。因为它们往往缺乏在自然环境中自我繁殖并进化的能力。 普遍的科学假设是，从非生物到生物的转变是一个由简单到复杂，逐渐增加复杂性的过程，这要求生命需要具有并增殖自身遗传信息，提高复杂性的能力。 而这一切都需要一个稳定、具备充足物质和能源的环境。 目前的生物起源假说主要有深海热液喷口起源假说、陆地热液喷口起源假说、粘土世界假说。深海火山烟囱起源假说的部分具体请看 li zeng的回答。 深海热液喷口起源假说的理论如下： 碱性物质组成的火山口产生了自然因素下的化学物质的渗透梯度，是地球生物这种依赖渗透压而获得能量的生物诞生的理想之地。 火山口的岩石孔隙提供了一种浓缩有机分子的天然手段，由铁硫等矿物充当化学反应的催化剂，随着RNA的积累，复制，自然选择，生命由矿物“细胞”逐渐积累复杂性，变成有机细胞。 原始生命的新陈代谢其实就是个争夺电子的过程，而这种过程自然情况下也能发生，在一定的梯度下，电子这种负离子会像水流一样，从高到低移动，通常这种水流有两种： 由浓度梯度引起的扩散力——包括离子在内的所有粒子都倾向于从高浓度向低浓度扩散。由电势梯度引起的静电力——质子等阳离子倾向于沿着电势扩散，而阴离子则向相反方向扩散。 这两个梯度加在一起可以表示为电化学梯度，为非生物合成提供能量。 深海热液喷口内的矿物颗粒表面具有类似于酶的催化特性，可与 氢气、硫化氢、水中溶解的二氧化碳发生化学反应 产生简单的有机分子，如甲醇、甲酸、乙酸和丙酮酸,。 2016 年发表的研究支持生命起源于热液喷口，地壳中的自发化学反应 可在具有浓度差的岩浆与水的交界处 相互作用产生，在热力学上支撑了生命的起源，并且古细菌和细菌的创始谱系是依赖氢气的自养生物，它们使用二氧化碳作为能量代谢的终端受体。 基于这一证据，地球最开始的生命 LUCA “可能严重依赖火山口的热能来生存”。 热液喷口中的能量反应可以提供利用许多不同的矿物自由能来降低化学反应的门槛，促进化学反应。这些，很有利于产生生命。 我个人认为地球生命起源最可能是陆地热液喷口起源假说。 Mulkidjanian 等人认为，海洋环境没有提供普遍存在于细胞中的离子平衡和组成，也没有提供几乎所有生物体中发现的必需蛋白质和核酶所需的离子，尤其是在钠离子和钾离子比率方面，以及 锰离子和锌离子和磷酸盐的浓度上。 他们认为，地球上所需条件的唯一环境是陆地热液喷口。 在缺氧环境下的这些环境中的矿床将具有合适的 pH 值（而目前在含氧环境中的矿池则不会），含有吸收有害紫外线辐射的硫化矿物沉淀物，具有可将底物溶液浓缩到可自发形成的浓度的润湿/干燥循环核酸、聚酯和缩肽的聚合物，由热液环境中的化学反应和在从通风口到相邻水池的运输过程中暴露于紫外线下产生。 对于存在于陆地热液喷口中的有机化合物，它们很可能是由碳质流星送来的。从流星落下的分子随后在酸性或微碱性地热泉中的脂肪酸在干湿循环后组装成囊泡，因为陆地热液喷口中的离子溶质浓度较低，因为它们是淡水环境，而海水中的离子溶质浓度较高，更难形成脂质膜[89]。至于进化意义，依赖合成有机化合物的淡水异养细胞后来进化出光合作用，因为它们不断暴露在阳光下，并且它们的细胞壁带有离子泵以维持它们进入海洋后的细胞内代谢[90] 该假说认为陆地热液喷口的环境类似于深海热液喷口的环境，这有助于解释 LUCA 靠质子浓度差来维持生命活动的这个特征。 对陆地热液喷口的实验研究支持了这一假设，因为实验证明 RNA 聚合物是在多次干湿循环和暴露于紫外线后合成的。 RNA分子自我复制机制有可能揭示生命的起源。特别是，通过 RNA 催化的模板化 RNA 合成的自我复制被认为支持了一个原始的“RNA 世界”的假说。 为了充分了解当今活细胞中发生的过程，我们需要考虑它们是如何在进化中产生的。所有这些问题中最基本的问题是遗传信息的表达，今天这需要非常复杂的机器，并通过RNA中间体从DNA到蛋白质。这种机器是如何产生的？一种观点认为，在现代细胞出现之前，地球上就存在一个RNA 世界。根据这一假设，RNA既存储遗传信息又催化原始细胞中的化学反应。只是在进化时间的后期，DNA 才接管，因为遗传物质和蛋白质成为细胞的主要催化剂和结构成分。如果这个想法是正确的，那么离开 RNA 世界的转变就永远不会完成。RNA 仍然催化现代细胞中的几个基本反应，可以将其视为早期世界的分子化石。 有人提出，地球上的第一个“生物”分子是通过矿物晶体表面的金属催化形成的。原则上，一个复杂的分子合成和分解系统（新陈代谢）可能早在第一个细胞出现之前就存在于这些表面上。但是生命需要具有关键特性的分子：催化直接或间接导致产生更多类似它们的分子的反应的能力。具有这种特殊自我促进特性的催化剂可以利用原材料进行自我复制，从而将这些相同的材料从生产其他物质中转移出来。但是什么分子可以在早期细胞中具有这种自催化特性呢？在当今的细胞中，最通用的催化剂是多肽，由许多具有化学多样性侧链的不同氨基酸组成，因此能够采用具有反应性化学基团的多种三维形式。但是，虽然多肽作为催化剂是通用的，分子可以通过直接指定另一个完全相同序列的形成来复制自己。 多核苷酸有一个与多肽不同的特性：它们可以直接指导其自身序列的精确拷贝的形成。这种能力取决于核苷酸亚基的互补 碱基配对，这使得一个多核苷酸能够充当模板以形成另一个多核苷酸。这种互补的模板机制是现代细胞中DNA复制和转录的核心。 但是，通过这种互补的模板机制有效合成多核苷酸需要催化剂来促进聚合反应：没有催化剂，聚合物形成缓慢、容易出错且效率低下。今天，基于模板的核苷酸聚合被蛋白质酶（例如DNA和RNA聚合酶）快速催化。在具有适当酶特异性的蛋白质存在之前，它是如何被催化的？这个问题的答案始于 1982 年，当时人们发现 RNA 分子本身可以充当催化剂。RNA分子是核糖体上发生肽基转移酶反应的催化剂。RNA 分子作为信息载体和催化剂的独特潜力构成了 RNA 世界假说的基础。 因此， RNA具有能够催化其自身合成的分子所需的所有特性。尽管在自然界中尚未发现 RNA 分子的自我复制系统，但科学家们希望它们可以在实验室中构建。虽然这个演示不能证明自我复制的 RNA 分子在地球生命起源中是必不可少的，但它肯定表明这种情况是可能的。 |
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这一假设过程需要催化产生互补核苷酸序列的第二条RNA链，并使用该第二条 RNA分子作为模板来形成许多具有原始序列的 RNA 分子。 尽管RNA似乎很适合形成一组自我复制的生化催化剂的基础，但 RNA 不太可能是第一种这样做的分子。从纯化学的角度来看，很难想象 RNA 分子最初可以通过纯非酶促方式形成多长时间。一方面，RNA的前体核糖核苷酸很难非酶促形成。此外，RNA的形成需要面对一系列竞争反应形成一长串的3'到5'磷酸二酯键，包括水解、2'到5'键、5'到5'键等等。 .鉴于这些问题，有人提出，第一个同时具有催化活性和信息存储能力的分子可能是类似于 RNA 但化学上更简单的聚合物,例如PNA。 |
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p - RNA聚合物（pyranosyl-RNA）是其中核糖的呋喃糖（五元环）形式已被吡喃糖（六元环）形式取代的RNA 。在 PNA（肽核酸）中，RNA 的磷酸核糖骨架已被蛋白质中的肽骨架取代。与 RNA 一样，p-RNA 和 PNA 都可以通过互补 碱基配对形成双螺旋，因此理论上每个都可以作为其自身合成的模板 我们在当今的细胞中没有这些化合物的任何残留物，这些化合物也没有留下化石记录。尽管如此，这些“类 RNA 聚合物”的相对简单性使其比 RNA 本身更适合用于地球上第一个具有信息存储能力和催化活性的生物聚合物。 蛋白质催化剂需要一个具有独特轮廓和化学性质的表面，一组给定的底物可以以完全相同的方式，在该表面上发生反应。具有适当折叠形状的RNA分子可以用作RNA聚合酶。像一些蛋白质一样，这些核酶中的许多通过将金属离子定位在它们的活性位点来起作用。与仅由多核苷酸链的有限化学基团所能解释的相比，该特征赋予它们更广泛的催化活性。 同样,像蛋白质一样，RNA 的每一种构型都具有不同的催化活性。此外，仅核糖体中 rRNA 的结构和功能就清楚地表明，RNA是一种用途广泛的分子。因此很容易想象，一个 RNA 世界可以达到高水平的生化复杂性。 RNA的三维折叠结构会影响其稳定性、对其他分子的作用以及复制能力。因此，某些RNA在RNA混合物中都会特别成功。因为在任何RNA复制过程中都不可避免地会出现错误，这些RNA的新变体将随着时间的推移而产生。 某些催化活动在生命的早期进化中具有至关重要的意义。特别考虑一个帮助催化模板化聚合过程的RNA 分子，将任何给定的 RNA 分子作为模板复制。（这种RNA核酶活性已在体外直接得到证实）这种分子通过可以催化自身的复制，还可以促进其附近其他类型的RNA分子的复制。如果这些相邻的 RNA 中的一些具有催化作用，以其他方式帮助 RNA 生存（例如，催化核糖核苷酸的产生），那么一组不同类型的 RNA 分子，每一个专门针对不同的活动，可能会演变成一个合作系统，以异常高的效率进行复制。 后来科学家发现，如果RNA混合物中 RNA合成需要的底物特别多，浓度很高，那么哪些长度越短，自我复制越快的RNA片段越容易占得优势，破坏这种合作系统，这样很难形成更复杂更长的RNA，自然界中的RNA可能最早就是这种短RNA链，这些链可能是后来某些病毒的起源。 由一个疏水部分（水不溶性）和另一部分亲水（水溶性）组成的容器。当这些分子置于水中时，它们会聚集，将它们的疏水部分布置成尽可能多地相互接触，而将它们的亲水部分布置成与水接触。适当形状的两亲分子自发聚集形成双层，形成小的封闭囊泡，其含水的部分与外部隔离。通过简单地将磷脂和水混合在一起。可以在试管中证明这一现象：在适当的条件下，会形成小囊泡。目前所有的细胞都被一种由两亲分子（主要是磷脂）组成的质膜包围。 据推测，第一个膜结合细胞是通过一组两亲分子的自发组装形成的，其中包含RNA（或前 RNA）和其他分子的自我复制混合物。目前尚不清楚这首先发生在生物催化剂进化的哪个阶段。无论如何，一旦 RNA 分子被密封在一个封闭的膜内，它们就可以作为遗传指令的载体开始进化：它们不仅可以根据自身的结构进行选择，还可以根据它们对另一方的影响来选择。分子在同一个隔间。RNA 分子的核苷酸序列现在可以以单一活细胞的特征表达。 |
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当今细胞中蛋白质合成的分子过程似乎极其复杂。尽管我们了解其中的大多数，但它们在概念上并不像DNA 转录、DNA 修复和 DNA 复制那样具有概念意义。很难想象RNA指导蛋白质合成是如何进化的，因为它现在是由蛋白质和RNA分子的复杂联锁系统进行的。显然，在翻译装置的早期版本已经到位之前，蛋白质不可能存在。虽然我们只能推测蛋白质合成的起源和遗传密码，但一些实验方法已经提供了可能的场景。 体外RNA选择实验已经产生了可以与氨基酸紧密结合的 RNA 分子。这些 RNA的核苷酸序列通常包含不成比例的高频率的被识别氨基酸的密码子。例如，选择性结合精氨酸的 RNA 分子具有优势的 Arg 密码子，而结合酪氨酸的分子具有优势的 Tyr 密码子。这种相关性并非对所有氨基酸都是完美的，它的解释是有争议的，但它提出了有限遗传密码的可能性可能源于氨基酸与特定 RNA 序列的直接结合，RNA 作为粗模板来指导一些不同氨基酸的非随机聚合。在前面描述的 RNA 世界中，任何有助于指导有用多肽合成的 RNA在生存的进化斗争中都将具有很大的优势。 在当今的细胞中，tRNA用于将氨基酸与密码子匹配，蛋白质催化 tRNA 氨酰化。然而，在实验室中创建的核酶可以进行特定的 tRNA 氨酰化反应，因此类似 tRNA 的转座子可能出现在RNA世界中是合理的。这一发展将使“ mRNA ”序列与氨基酸的匹配更加有效，并且可能会增加可用于模板化蛋白质合成的氨基酸数量。 最后，通过催化肽键形成，蛋白质合成的早期形式的效率将显着提高。这种进化发展不存在概念上的问题，因为正如我们所见，这种反应是由当今细胞中的rRNA催化的。人们可以设想一种粗肽基转移酶核酶，随着时间的推移，它会变得更大，并获得将带电 tRNA 准确定位在RNA模板上的能力——最终导致现代核糖体. 一旦蛋白质合成进化，向蛋白质主导世界的转变可能会继续进行，蛋白质最终会接管大部分催化和结构任务，因为它们具有更大的多功能性，有 20 个而不是 4 个不同的亚基。 |
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在最早的细胞中，pre- RNA分子将结合遗传、结构和催化功能，这些功能后来逐渐被 RNA 取代。在当今的细胞中，DNA是遗传信息的储存库，蛋白质在细胞中发挥着绝大多数催化功能。如今，RNA 主要作为蛋白质合成的中间人发挥作用，尽管它仍然是许多关键反应的催化剂。 RNA世界的细胞可能比当今最简单的细胞更简单，更有效地自我繁殖，因为 RNA 分子的催化效率不如蛋白质。它们将仅由一个简单的膜组成，该膜包含一组自我复制分子和一些其他组件，这些组件需要为它们的复制提供材料和能量。如果上述关于 RNA 的进化推测是正确的，那么这些早期细胞将遗传信息存储在 RNA 中而不是DNA中。 可以在它们之间的化学差异中找到RNA在进化中出现在DNA之前的证据。与葡萄糖和其他简单碳水化合物一样，核糖可以由甲醛 (HCHO) 形成，甲醛是一种简单的化学物质，在试图模拟原始地球条件的实验室实验中很容易产生。脱氧核糖更难制造，在当今的细胞中，它是由核糖在蛋白质酶催化的反应中产生的，表明核糖早于细胞中的脱氧核糖。糖磷酸骨架中的脱氧核糖使 DNA 链在化学上比 RNA 链更稳定，因此可以保持更长的 DNA 长度而不会断裂。 以上就是RNA世界的主要内容，上述内容来自《细胞分子生物学》这本书。 达尔文阈值或达尔文过渡是Carl Woese引入的一个术语，用于描述当遗传传播主要从水平模式转移到垂直模式时的第一个细胞生命进化过程中的过渡期。[91] 当最后一个普遍共同祖先（LUCA）主要基因来源不是水平基因转移（HGT或LGT），基因突变在同代之间传播而获得遗传为主要遗传方式，而是垂直基因转移（VGT），以自我复制为主要遗传方式时的过渡期。达尔文阈值之后，生命演化逐渐变成树状分支，在此之前可能是一团互相关联的网状。 |
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此外2005 年研究显示了分支之间的水平基因转移。[92] |
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随着 LUCA 后代的后期基因库，共享AT/GC 规则的共同框架和标准的 20 个氨基酸，水平基因转移将变得可行并且可能已经很普遍。 1998 年，Carl Woese提出，任何个体有机体都不能被视为 LUCA，所有现代有机体的遗传信息都是通过古老有机体群落之间的水平基因转移获得的。其他作者一致认为，在 LUCA 时代存在一个“复杂的集体基因组”，水平基因转移在后来群体的进化中很重要。[93] 2010 年，从所有生命领域获得的大量分子序列，支持普遍共同祖先的存在，而不是包括水平基因转移在内的广泛替代假设。[94] 共同的生化原理使得所有生物都极有可能拥有一个共同的祖先。虽然结果压倒性地支持单个 LUCA 的存在，但这并不意味着 LUCA 永远是孤独的：相反，它是唯一一个其后代在古太古宙之外幸存下来的细胞，胜过所有其他细胞。 2016 年，Madeline C. Weiss 等人对来自代表许多生物的系统发育树的已测序原核基因组的 610 万个蛋白质编码基因和 286,514 个蛋白质簇进行了基因分析，并确定了 355 个可能与 LUCA 共同的蛋白质簇。 结果“将 LUCA 描述为厌氧、依赖于 氢气和二氧化碳 还原性乙酰辅酶 A途径、氮固定 和嗜热。LUCA的生物化学充满了FeS基和自由基反应机制。”辅酶还揭示了“对过渡金属、黄素单核苷酸( FMN ) 、 S-腺苷甲硫氨酸、辅酶 A、铁氧还蛋白、钼蝶呤、可林和硒元素的依赖性。其遗传密码需要核苷修饰和 S-腺苷甲硫氨酸依赖性甲基化。” 它们表明产甲烷杆菌靠近系统演化树的根部，根据这 355 个蛋白质谱系推测，LUCA 可能因此居住在一个厌氧热液喷口环境中，该环境位于富含 氢气和二氧化碳和铁的水与热岩浆相互作用的热液喷口中。[95] LUCA当然有基因和遗传密码。它的遗传物质很可能是 环形 DNA，因此它生活在RNA 世界之后。 DNA 被一种酶DNA 聚合酶保持为双链，该酶识别 DNA 的结构和方向性。[96] DNA 的完整性由包括DNA 拓扑异构酶在内的一组修复酶维持。如果遗传密码基于双链 DNA，它是通过将信息复制到单链RNA来表达的。RNA 是由依赖于 DNA 的RNA 聚合酶使用与 DNA 相似的核苷酸产生的。它有多种DNA 结合蛋白，例如组蛋白折叠蛋白。[97] 遗传密码被表达成蛋白质。这些由 20 个游离氨基酸通过核糖体、转移 RNA和一组相关蛋白质的机制翻译信使 RNA组装而成。[98] 至于细胞的大体结构，它包含一个被脂质双层膜有效包围的水基细胞质；它能够通过细胞分裂进行繁殖。它倾向于通过特定的离子转运体（或离子泵）排除钠和浓缩钾。 细胞通过复制分裂来繁殖。该细胞利用化学渗透作用产生能量。它还通过乙酰基还原二氧化碳和氧化氢气（产甲烷或产乙酸硫酯）。 |
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对可能追溯到 LUCA 的一组蛋白质进行的系统基因组学和地球化学分析表明，LUCA具有 K+ 依赖性 GTP 酶，其细胞内液的离子组成和浓度似乎很高 K+/Na+ 比率、NH4+、Fe2+、CO2+、Ni2+、 Mg2+、Mn2+、Zn2+、焦磷酸盐和 PO3 -4 离子浓度，这意味着LUCA诞生于陆地火山温泉。[99] 地球化学重建表明，有助于细胞起源的离子成分不可能存在于海洋环境中，但与内陆地热系统的蒸汽排放占主导的区域相符合。在缺氧、以二氧化碳、氮气等成分为主的原始大气，地热田盆地的化学性质类似于现代细胞的内部环境。进化的前细胞阶段 RNA世界 可能发生在冷凝和冷却地热蒸汽的浅水池中，池内衬有多孔硅酸盐矿物，混合金属硫化物，富含 K+、 Zn2+和磷化合物。[100] 此外，这些蛋白质与自养（生物体创造自己的有机物的能力）无关，这表明 LUCA 具有异养生活方式（消耗有机物），并且其生长依赖于物理环境产生的有机物。 更多关于 LUCA 生活方式的线索正在浮现。现代生化途径的研究专注于与系统发育方法相同类型的反应。相似地，实验室实验还证明了乙酰辅酶A途径的终产物和中间体的自发合成，这是LUCA生理学的支柱；新发现显示甲酸盐、甲醇、乙酰基部分，甚至丙酮酸盐以高产率自发产生在有利于生命的温度 (30?C–100?C) 的二氧化碳、天然金属和岩石与水的缝隙中。 LUCA 碳和能量代谢的遗传学起源是否取决于热液化学条件？产生了第一个生化途径，进而产生了第一个细胞？通过基因追溯到 LUCA上进行的古老的生化途径 似乎都集中在热液喷口自发发生的反应。从基因、生理学、实验室化学和地球化学角度来看，LUCA很可能诞生于火山造成的岩石与水的交界处。 生命起源情景有两种主要且截然不同的类别：一种是预测生命出现在海底热液系统中，那里的化学不平衡可以为新生生命提供能量来源；另一种预测生命出现在陆上环境中，因为在那里可能会发生紫外线催化RNA脱水反应以形成生命的基石. 至此，在紫外线照射的水流中，以氰化氢和硫化氢为起点的化学反应网络可以产生组成蛋白质、脂质、RNA 的化学成分,不会产生的其他化合物。[101]在RNA 世界条件下,单种RNA自我复制出了至少四种 RNA 谱系，每个谱系中的 RNA 相互依赖地进行复制，提高复制网络的复杂性。[102] 一篇2019年论文描述了一个生命起源可能的环境[103]，它利用了上述两者的优势：地表上的热液喷口，浅层和地表热液系统中可以大量生产生命大分子的关键原料分子，如果超还原碳和富含氮气的气体与火山喷口处的地下水相互作用，导致喷口水中的联乙炔、乙炔、氰基乙炔、氰化氢、亚硫酸氢盐、硫化氢和可溶性铁的浓度为 1 mM 至 1 M。 鉴于地表热液喷口在年轻、炎热的类地行星上可能无处不在，这些结果确定了一个在生命起源前可能存在的局部地球化学环境，地球上的生命有可能起源于这种环境。 |
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RNA的起源情况之一： 2019 年，Carell 团队搞出了能在远古地球的环境条件及简单的无机底物作用下同时产生四种 RNA 核苷酸的过程。该过程不需要复杂的分离和纯化，即可产生关键的生命组分。[104] 基于核糖的 RNA 和四种典型核苷 A、G、C 和 U 是现代生命和生命起源假说的核心，例如“RNA 世界”，其中 RNA 链自我复制和进化以提供越来越复杂的化学系统。 此类 RNA 是直接从规范核苷酸（A、C、G 和 U 碱基）组装而来，还是从更简单的原 RNA 系统进化而来尚不清楚 。 但目前的研究已经可以建立针对嘌呤和嘧啶 RNA 制造的反应网络 ，从简单的大气或火山分子开始。 分子的复杂性是由干湿循环产生的。 任何能够提供干湿条件的环境都可能是 RNA 起源的合适场所。 假设生命起源的化学反应发生在几个分开的盆地中有一个或两个水流，以允许交换可溶性分子。 反应的中间产物可能会因物理化学相关等参数的波动而积累，从而分离可溶性和不溶性材料。 在重新建立溶解度的进一步反应后，化合物可以重新组合。 假设早期地球提供的环境条件在可能由酸雨（SO2、NOx）引起的微酸性 (pH 3) 或由碳酸盐引起的碱性 (pH 10) 之间波动。 尽管这里描述的大部分化学反应是在高温下进行的，但反应也会在较低温度下发生，但反应时间要长得多，比2天要高很多。 假设早期地球上的温度波动就像今天一样，是由于昼夜或季节循环。 这种波动肯定会带来干湿循环，类似于现代的干旱和降雨。化学所需的地球物理要求，包括高温，可能存在于地热田或地表热液喷口中，这是地球早期的合理地质环境。 形成RNA和DNA的嘧啶和嘌呤的化学途径始于氰基乙炔，它可能在地表热液中形成 通风口。 如果 氰基乙炔 与氨反应，则有可能形成丙二腈 作为嘌呤合成前体的途径。 合成嘌呤和嘧啶的另一个关键分子是 NO2?，亚硝化丙二腈 需要丙二腈 。 氰基乙炔已被证明是通过 CH4-N2 气中的放电大量形成的，它也是 Cu 介导的 HCN 和乙炔在水中反应的产物。最终由 NO 还原产生，NO 是闪电穿过含有 N2 和 CO2 的潮湿大气时大量形成的。 NO2? 在 HSO3? 存在的情况下对羟胺的形成也至关重要，HSO3? 由火山 SO2 形成 ，前生物环境中可达到的 NO2? 浓度尚有争议，最有可能在浅水池塘中积累。 一般来说，NO2? 有限的稳定性不会成为问题，前提是它在形成时被 HSO3? 迅速捕获。干湿循环输送了 NO2?、HSO3? 或尿素 等分子 它们在大气中形成后被雨水吸收。 他们的研究显示早期地球化学环境可以自发建立稳健的化学反应网络，允许从相对复杂的混合物中有效地制造RNA的关键中间体，然后根据这些物质溶解度等特性通过地球上自然存在的干湿循环进行物理富集或分离。 反应网络中嘧啶和嘌呤核苷的同时形成可以追溯到几个 关键起始分子，例如氰基乙炔、NH3、NH2OH2（二磺酸盐）、HCN、尿素 、甲酸和异氰酸酯，以及亚硝酸盐、碳酸盐和硼酸盐等盐类。 Zn 或 Fe 等金属及其离子在生命起源中起着重要作用，这与它们在LUCA的代谢周期中的参与一致。嘧啶形成所需的硫化亚铁组成表面催化剂可能是早期生命起源化学的平台. 如果存在磷酸盐矿物，如绿锰矿或鸟粪石，各种磷酸组成的核苷酸就会整合到途径中。 |
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干湿循环产生RNA的化学途径（简化版） 一篇2022年的研究，提出地球上，信息的分子（如 RNA）的出现，RNA 的基本组成部分可能是由富含碳的陨石提供的，或者是由早期地球大气中氰化氢 (HCN) 合成开始的过程就地产生的。 早期地球大气层由陨石撞击脱气产生的氢气供应，氢气来自海洋蒸发的水、火山产生的二氧化碳和海底热液喷口产生的甲烷，其中闪电和外部紫外线驱动的化学物质会产生 HCN。 HCN 通过降雨 蒸发 干湿循环 再流入 生命起源的那个地热田或地表热液喷口 也被叫做 温暖的小池塘 (WLP) 。 他们计算了核碱基、核糖和核苷酸前体（如 2-氨基恶唑）的丰度，这些前体是由水和紫外线驱动的化学反应产生的。 他们发现在 44亿年前，地球表面的池塘中腺嘌呤浓度的极限是 0.05μM 。这些浓度可以维持超过 一千万年。陨石将腺嘌呤输送到 WLP 中可以使浓度提高 2-3 个数量级，但这些提高会在几个月内因紫外线光解离、渗漏和水解而耗尽。 大气的早期演化主要是由于撞击率下降和大气逃逸导致的氢减少，以及 H2O 光解产生的含氧物质（例如 OH）的增加。他们的工作指出地球上 RNA 的起源在形成月球的巨大撞击后的约 两千万年范围内。[105] |
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HCN的起源 此外氨基酸的手性也能证明生命起源于地表热液喷口。 当今大部分生物的氨基酸都是左手性，而DNA和RNA这类核糖是右手性。当物理或化学过程在不优先生产一种或另一种手性的情况下会自发地产生大量过量的两种手性之一时，就会发生手性对称性破缺：(L)左手 或 (D)右手。涉及手性产物的无机过程通常会产生两者的外消旋混合物。然而地球上的生命只使用一种左手性型氨基酸(L) 和右手性型核糖 (D)。自大约 140 年前巴斯德时代以来，这种选择性手性的起源一直是生命起源的基本谜团。 大多数氨基酸和糖分子以彼此的镜像或手性图像出现，称为对映体。然而，地球上的生命大多是单一手性的：蛋白质几乎只含有 L-氨基酸，而只有D-糖出现在 RNA 和 DNA 中。尽管在过去几十年中对同手性的理论和实验理解取得了很大进展，但这种基本的生命不对称性背后的机制仍然未知。 原始地球上生物分子手性对称性破缺出现的三种潜在机制： 第一，生物分子的手性对称性破缺是由局部环境波动驱动的随机过程； 第二，它是由恒星的圆偏振紫外线辐射驱动； 第三，它是由基本粒子级别的对称性破缺驱动的。 对于我们太阳系和系外行星中对映体过量的存在，这些机制中的每一种都会导致不同的观测结果。[106] 钾的丰度和生物学作用表明其不稳定核素存在于陆地生物发生的所有阶段。凭借其在太古宙中更高的同位素比率，40K 可能促成了原始地球中存在的特殊的，也许是独特的生物遗传条件。与 U 和 Th 放射性核素相比，40K 具有较少破坏性的放射化学影响，这可能会推动原始生物分子的结构和功能特性发生适度但持续的进化。在主要β-衰变路线40K，由钾离子太古代溶液产生的辐射剂量可以比地球上目前的背景辐射大一到两个数量级。受间接影响的有机分子的钾离子在有机分子溶液的溶剂中的扩散过程中发生了大量β?衰变，影响到氨基酸中手性的选择。左撇子β?发射的粒子40K 是通过原始地球中的弱核力引发L型氨基酸过量的最佳候选者。 浓度依赖性辐射 同位素 40K 非常适合生命起源的干湿循环的场景。[107] 40K 衰变的直接和间接影响可能以不同方式影响了分子结构的生命起源前的进化。 弱力的宇称破坏是一个自然过程，原则上，它可能会产生过量的明确手性的氨基酸。 两种类型的弱力可以提供手性不对称性： (i) 由 Z0 玻色子介导， (ii) 由 W+ 或 W? 玻色子介导。 理论计算表明，由弱力引起的手性不对称性，例如 β 衰变导致的，应该大几个数量级。 因此，由于弱核力的宇称破缺，β 衰变是提供左手性氨基酸过量的最佳候选者。过去已经进行了数次对由 β- 或 β+ 源或人工极化电子引起的手性氨基酸过量的研究。 使用天然 β- 衰变源进行的实验发现，在某些情况下，衰变粒子导致的差异分解有利于 左手性型氨基酸的存活 ，但在另一种情况下则没有差异分解。 对天然 β+ 衰变源进行的测试发现，湮灭强度存在差异，有利于破坏 D 型氨基酸。 纵向极化电子实验表明，左手性电子比右手性电子更有效地降解 D-亮氨酸。总而言之，实验证据表明 β-衰变可能会引发左手性型氨基酸即L型氨基酸过量。 β-衰变发射手性粒子的两个候选 是 40K 或 14C，但 40K 发射的 β- 粒子比 14C 发射的具有更高的能量，因此具有更好的让氨基酸偏向左手性的效果。 因此，40K 是比 14C 更好的生物分子手性起源的候选者，不仅因为它在太古宙中的辐射剂量比今天更高，而且因为它的手性信号强度更高。 |
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在加拿大魁北克省的一个古老海床的热液喷口沉淀物中发现了化石微生物（微化石）。这些可能有 42.8 亿年的历史，是地球上最古老的生命证据，这表明在44.1 亿年前海洋形成之后“几乎瞬间出现了生命”.[108] [109] 2018年，通过比较现代生物的基因组（在细菌和古细菌领域），可以推断出最后一个普遍共同祖先（LUCA）的存在和年龄，以及最小的基因集。分子钟模型表明，LUCA 很可能生活在44.77到 45.19 亿年前，刚好在忒伊亚和原始地球发生碰撞的时间段附近，在地球的冥古宙的时期[110]。 如果确实为真，那么LUCA可能诞生自地球之外[111] [112],因为这个时候的地球温度超过几百度，水都是以水蒸气的形式存在，因此LUCA可能来自其它行星，来自外星自然播种。 生物体的遗传复杂性演化拟和曲线显示，生命在地球形成之前就已经开始了。[113] [114]生命可能起源于自然化学反应网络RNA系统。遗传复杂性，粗略地用非冗余功能核苷酸的数量来衡量，由于几个正反馈因素，预计会呈指数增长：基因合作，基因复制及其随后的特化，以及与现有基因相关的新功能生态位的出现. |
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遗传复杂性在对数尺度上的线性回归外推表明生命起源于 约 97 亿年前，银河系类地行星形成时间最早约90亿年。这种生命进化的宇宙时间尺度具有重要的后果：生命花费了大约50亿年达到细菌的复杂性； 生命起源和进化到原核生物阶段的环境可能与地球上设想的环境大不相同；在地球起源之前我们的宇宙中没有智慧生命，因此地球不可能被外星智慧生命故意播种；地球是太阳在恒星托儿所的幼年时期由其它大质量恒星超新星爆发冲击类地行星产生的陨石自然播种的；过程详见，一中 太阳的诞生以来的独特历史。 从头开始对生命起源进行实验复制可能需要模拟许多累积的罕见事件；用于估计宇宙中文明数量的德雷克方程很可能是错误的，因为智慧生命刚刚开始出现在我们的宇宙中。 也有可能LUCA是随着41亿-38亿年前的晚期重轰炸的陨石来到地球上的，这些陨石可能来自小行星轨道和火星轨道，哪里在45亿年前有充足的火山和水冰。 或在忒伊亚撞击原始地球之前就已经在这两颗原行星中的某一颗上存在了，随后在陨石中坚持了几百万到几千万年到了海洋诞生的时机，重新开始了新的繁衍。如果luca在忒伊亚撞击原始地球之前就已经存在，那么它很可能不是诞生自海洋，而是诞生自陆地热液喷口。 目前我们已经通过实验逐步证实RNA世界理论的一些猜测。 只要存在这样的陆地热液喷口，诞生生命的可能性就会随着时间的增加逐渐提高，原始地球上起码存在几十个这样的火山热泉，各种催化物和原料混合在一起， 催化出200多个有意义的RNA片段就可以诞生自我催化复制的RNA生命。 RNA片段不是随机打出来的，是会有自我选择的，越容易自我复制的RNA片段越容易被打出来。 |
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2001年，美国麻省理工学院的科学家们成功“制造”出了一种有18个RNA片段的叫做R18的、具有部分自我复制功能的核酶分子，当然，R18的功能还远不能和我们40亿年前的那个共同祖先相比——R18仅仅能够复制自身不到10%的序列，也就意味着R18这样的“生命”一代之后就会衰退死亡，而我们的祖先需要100%复制自身的能力。但这毕竟是一个概念上的巨大突破。要知道，既然人类科学家都可以在短短几年内设计出一个具备初步复制能力的核酶，没有理由怀疑无比浩瀚的地球在几亿年的时间里不能孕育出一个真正的完全自我复制的RNA集团。 一种名为tC9Y的长度为202个核苷酸的RNA催化酶可直接在水冰形态的 RNA 溶剂中复制出206个核苷酸的RNA片段，产生RNA 聚合酶，并且特别适应零下温度，并能够在低至 -19°C 的温度下在冰中合成 RNA。该RNA酶能够在60小时内催化比自身更长的 RNA 序列的准确合成，这是RNA自我复制进而演化出第一个生命的理论的一个重要基石。[115] 这意味着 生命诞生的算法不是 时间复杂度 O(n\times {n!}) 的随机的猴子算法。 而是逼近 O(n\times ln(n)) 的遗传算法。 打出202个核苷酸序列的催化酶,两者差了起码1e379倍。 若平均每12小时迭代一次,最理想的情况 遗传算法约536天就可以诞生完全自我复制的RNA，当然真实情况可能花费了几千万年才完成RNA世界，诞生第一个RNA细胞。 而随机猴子算法要约1e379年，宇宙诞生到现在才约1.38e10年。 古菌中的吃氢气和二氧化碳的产甲烷菌，基因组的碱基对数约在1.7e6个，有1800个以上的基因。 LUCA的基因数推测为355个，假设平均每个基因有900个碱基对，则luca有3.5e5个碱基对。 假设每2天迭代一次，从202个核苷酸的自我复制的RNA分子发展到LUCA 3.5e5个碱基对，最理想情况需要72年。 2. 光合和有氧呼吸的真核生物的诞生 的大过滤器 在地球生命的演化史诗中，生命有几次巨大的飞跃。 第一次是在大约20多亿年前，原核生物演化出真核生物，蓝细菌早在35亿年前就存在了，就是说生物产氧在35亿年前就出现了，不过，当时地球是还原性环境，刚产出的氧就被消耗了，直到24-21亿年前，海洋中的产生氧气量终于突破一个极限，把各种还原性矿物质基本上都变成氧化物。 蓝藻这类生物自养型生物开始不断的吸收大气和海洋中的二氧化碳和甲烷并将其以有机物的形式固定在海底，这导致地球二氧化碳和甲烷浓度不断下降，温室效应降到极低，太阳辐射温度不能有效被温室气体保存，反而被逐渐增多的冰川发射到太空，氧气可能将大气中的甲烷（一种强温室气体）氧化成二氧化碳（一种较弱的温室气体）和水。这削弱了地球大气层的温室效应，导致行星变冷，直到出现24亿-21亿年前的把赤道都冻上冰川的成铁纪 休伦冰期 第一次雪球地球事件，造成海水富氧化事件。 在海水富氧化事件之后紧跟着的是出现利用氧气来支持生命活动的原始真细菌，再之后就是，将蓝菌和真细菌，整合到体内的为当今植物祖先的叶绿体真核生物藻类，以及把真细菌整合到体内的动物祖先 古菌，它们两个都开启了膜内折和内共生，创造出真核生物。 第二次是在距今5.6亿年前，各种生物门类的出现推进了地球生命向复杂演化的速度，这一时期被称为寒武纪生物大爆发，在寒武纪生物大爆发之前还有一段被称为埃迪卡拉纪的时期，埃迪卡拉纪是震旦纪的末期，在震旦纪出现第二次雪球地球事件， 在震旦纪（距今约8亿年～距今约5.7亿年）的雪球地球事件中，大量自养型和异养型浮游生物又一次疯狂繁殖，又一次榨干了大气中的二氧化碳（甲烷基本上没了，二氧化碳更难逃逸出大气），导致了一次相比上一次，削弱版的雪球地球事件，这次事件又一次提高了地球大气含氧量。 在埃迪卡拉纪（震旦纪末期），浅海海底长满了各种各样的菌毯和简单多细胞生物，菌毯的厚度能堆到几米，这些丰富的自养型生物为寒武纪的各种复杂生命的异养型生物提供了进化的培养皿。 在大约18亿年到7亿年前的时光里，生命演化再次停滞，地球海洋中的生命似乎停止了进化，地质学家将这一时期称为"无聊的十亿年"。 |
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硅酸盐碳酸盐循环，无聊的十亿年中 通过这个循环形成温室效应、积累二氧化碳浓度和增强地壳厚度，为寒武纪大爆发需要的强季风气候的提供物质基础。 那么为什么会出现20多亿年前的成铁纪的休伦冰期和5.6亿年前的埃迪卡拉纪的丰富菌毯和之后的寒武纪的生物大爆发呢？又为什么会出现无聊的十亿年呢？ 我们可以看到这两个高速进化的时期的相同特点是生物通过光合作用获得了巨大的生物量，从而提高了生物的演化速率，也就是生物的总质量增大了很多倍，导致生物数量增大很多倍，导致总体生物的进化速率提高了，直到某一个生物进化为超级卷王，其后代卷死了其它同类型生物，霸占了某个生态位。这个不难理解吧，就像新冠病毒繁殖数量提升了，导致新冠病毒变异速度也提高了，直到出现delta病毒和奥密克戎。 那么什么因素会导致生物量的提高呢？ 1.首先是光合作用的效率，光合效率越高，单位面积该光合生物获得的太阳能越多，能产生的生物量也越大。然而在蓝藻这种占生物量百分比巨大的简单生物上并没有出现高等植物的C6循环这样显著提高光合作用效率几个百分比的进化。这个推测并不成立 2.提供光合作用和生物繁殖的物质增多了，我想这才是这两个时期生物大爆发的关键因素。 海水富营养化是指海水的各种营养元素浓度升高的过程，在自然环境中这个过程与地质活动密切相关，准确来说是板块运动产生的全球造山运动 例如：钼、铁、钒这类起催化作用的过渡金属元素是大多数复杂生物的必需元素。 2008 年的一篇研究论文推测，地球早期海洋中钼的稀缺可能对真核生物（包括所有植物和动物）的进化产生了强烈影响。[116] 生物圈中各种固氮微生物构成了生物圈氮循环的重要组成部分。固氮酶是一种负责催化固氮作用的酶，固氮作用是将氮 (N2) 还原为氨 (NH3)，这是维持地球生命的重要过程。在各种固氮细菌中发现了三种类型的固氮酶：钼 (Mo) 固氮酶、钒 (V) 固氮酶和纯铁 (Fe) 固氮酶。钼固氮酶存在于固氮菌中，例如豆科植物相关根瘤菌。 我们完全可以认为，如果没有固氮酶，全球的氮循环的效率将大大降低，生物量积累远没有如今这么高这么快,大型动物的能不能存在都还是个问题。 地球上的板块运动主要由大洋中脊产生，大洋中脊通常是地壳最薄弱的地方也是海拔较深的地方，哪里密布火山，一批从地幔涌出的岩浆会被水冷却固化，然后下一批地幔涌出的岩浆把上一批凝固的岩浆往旁边挤开，造成凝结岩石形成的板块不断向两边生长，直到挤压到另一个板块，形成山脉。 这也就意味着只有地球这种表面有很多液态水的行星才有可能缔造碳基生命，如果地表没有很多水，那么我们的大气会和金星一样，被火山不断喷发产生的二氧化碳和硫化物所覆盖，成为一片地狱。 地球不断运动的构造板块相互撞击，板块边界的岩石就会产生褶皱隆起，形成绵亘的山脉。板块碰撞形成的山脉可以持续生长数亿年或更长时间，但即使是最高的山脉有诞生就有消亡，因为风、流水以及冰川会侵蚀这些山峰。 目前的山形成大致有两种方式， 1.岩浆涌上地壳，并突出地表很多。这种火山通常不会连绵一片，只会形成很小的一片区域，有点像地球上的青春痘。 2.上面说的板块碰撞，造成岩石的错位、挤压、堆叠，最终形成连绵一片的山脉，有点像地球上两块皮缝在一起，肿起的疤痕组织。 |
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对于地球大气能产生显著影响的是大片连绵的山脉，山脉像墙一样阻挡了来自海洋的含水大气，形成密集降雨区域，产生广袤的河网，收集河流沿途的矿物质，一部分堆积在冲积平原，大部分并最终冲入海洋，在河流入海口形成富含矿物质的三角洲，这些矿物质滋养了浅海的生物群落，产生了大片吃蓝藻或自身就是蓝藻的自养型和异养型的浮游生物，这些浮游生物的尸体堆积到今天，便是石油的来源。 而地球上的山脉是什么时候出现的呢？科学家通过一种高温高压下产生的一种宝石——锆石来确认山脉的年龄。通过研究全球各地的锆石，科学家得出在地球演化的历史过程中，出现过两次超级造山作用，第一次大约在20亿至18亿年前，第二次在6.5亿至5亿年前，与上面两次生物大跃进时期高度一致。 在20亿年之前，可能只有小片露出水面的陆地，当时的岩石强度不支持太高的山脉。 根据澳大利亚西部皮尔巴拉克拉通的地质证据，中太古代被认为是现代板块俯冲的发源地。约 31.2 亿年前 ，西皮尔巴拉与东皮尔巴拉之间的边界处存在一个现代式洋弧的会聚边缘。到29.7 亿年前，皮尔巴拉地体与东皮尔巴拉地体会聚并吸积到东皮尔巴拉地体上。中太古代可能存在一个小的超大陆 Vaalbara 。 |
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中太古代燧石中氧同位素的分析有助于重建中太古代表面温度。这些燧石导致研究人员估计海洋温度约为 55-85°C，而其他风化率研究则假设平均温度低于 50°C。 中太古代大气中含有大量的甲烷和二氧化碳，这可以解释这个时代的高温。中太古代大气中的二氮含量被认为与今天相似，这表明氮在那时地球的热平衡中没有发挥不可或缺的作用。 Pongola冰川作用发生在 29 亿年前 左右 ，由大气光合作用的演化引发。具有多种新陈代谢的微生物生命在中太古代时期扩大并产生影响早期地球大气成分的气体。蓝藻产生氧气，但氧气直到太古代晚期 25亿年前才开始在大气中积累。 在20亿年前之后，出现了第一个超级大陆 —— 哥伦比亚超大陆，并创造了遗留至今的长达几千公里的造山带。 大约在17亿年到7.5亿年前，地球上的造山运动进入低沉时期，没有形成类似喜马拉雅山的巨大山脉，直到6.5亿年-5.0亿年前，地球再次进入超级造山运动。6.5亿年前，东冈瓦纳和西冈瓦纳两个大陆碰撞，形成冈瓦纳超大陆。它始于6.50-5.9亿年前阿拉伯-努比亚地盾与北非板块碰撞，随后是5.8-5.5亿年前印度与非洲碰撞，最后是5.25-4.9亿年前南极洲与非洲碰撞。地球两次超大规模的造山运动与地球生命演化的两次飞跃惊人的重叠，即妮娜大陆碰撞形成超大陆的时间与地球上第一个真核细胞的出现相吻合，超级冈瓦纳大陆的形成时间与5.75亿年前第一批大型动物的出现相吻合。 前面我们已经知道了真核生物诞生需要的物质基础，即 海洋富营养化催生的大批量光合产氧的原核生物，例如蓝藻，所创造的富氧海洋。 除此之外，真核生物的诞生与地球生物自身的奋斗和机遇也离不开干系。 在20多亿年前的缺氧海洋里，到处都是比拼快速复制的原核生物，对于原核生物这种只靠 细胞膜和少量细胞器上的一点点 生物膜来提供细胞能量的生物来说，遗传物质越少，DNA越短，繁殖速度越快。 对细菌来说，复制速度就是一切，细菌这种以指数式繁殖的生物，只要繁殖速度快一点点，就可以靠数量碾压，打败其它的细菌，占领资源，为了尽可能的提高繁殖速度，细菌把DNA片段 删减到只有几百个 几千个有效基因，突变出的基因靠 水平基因转移 在细菌之间传递 基因片段 质粒。 水平基因转移使得 每个细菌带的质粒多多少少有点不同，细菌们通过 水平基因转移 获得了分布式 容灾系统，当某个基因 繁殖时发生错误 变成一个质粒时，如果该细菌没因为这件事而死，那么就可以向其它细菌水平转移出这个多出来的质粒，其它细菌就获得了一个新的基因。 如果这个质粒长期起不到作用，那么它在细菌群落的基因库中占比越来越小，直到有一天彻底消失。反之，它就会一直存在。 这就是细菌拥有超强抗药性的原因，突变出的抗药性基因可以在同代细菌之间水平传递。 目前最流行的真核生物诞生假说是这样的。 在20多亿年前的那个时代，空气中存在大量甲烷，甲烷是比二氧化碳还强的温室气体，导致了早期地球呈现比较温暖的环境，也导致了分解甲烷的细菌大量存在，有分解甲烷的细菌，自然就有产生甲烷的细菌。这些分解甲烷的细菌的某些，因为水平基因转移，获得了非常丰富的无氧呼吸基因，而产生甲烷的细菌的某些 靠 二氧化碳+氢气 产生有机物和能量 存活，代谢产物就是甲烷。 长达三亿年的休伦冰期，第一次雪球事件，因为上文提到的 山脉的形成，造成了海洋的富营养化，蓝藻大量繁殖，释放了巨量的氧气，把海水中的氧气含量拉高，氧气强劲的氧化作用杀死了大量靠无氧呼吸链而存活的细菌，而存活下来的细菌们有的获得了合成抗氧化蛋白的基因、有的演化出了有氧呼吸系统。 有一种产生甲烷的细菌的后代，它们脱去了细胞壁，扭动细胞膜，像阿米巴原虫那样胞吞别的细菌，靠吃别的细菌为生，为了防止最重要的DNA被氧气氧化，它们把DNA团在一起，包在一层细胞膜里面，阻挡氧气的进入。在海洋富氧化的情况下，海洋中的氢气含量已经不足以让它们维持在海洋表面的生存，只能逃到低含氧的深海区，海底的火山 上存在大量火山释放的二氧化碳和氢气，当然还有硫化氢，火山口存在大量硫酸盐还原菌，这是一种今天还大量存在在火山口上的细菌，它们以火山喷发出的还原性物质为食，靠无氧呼吸为生。硫酸盐还原菌的比产生甲烷的细菌的海底适应性要强，甲烷菌打不过硫酸盐还原菌只能找其它的细菌为食，某次它找到了一个以甲烷为食的具有无氧呼吸和有氧呼吸能力的 α变形菌门下的名为 Proto-mitochondrion的原核生物。真核生物的祖先摄入了此种细菌，在吞噬了大量细菌后，水平转移了吞噬的细菌的DNA，最终在同类细菌的内部重新组装出一个新的细胞器，完成内共生作用，获得了有氧呼吸和其它无氧呼吸的能力，最终成为后来的单细胞和多细胞真核动物的祖先。 这个获得了有氧呼吸的细菌后代，最终离开海底火山，到达海洋表面，并接下来继续吞噬了 蓝藻，获得了光合作用的能量，成为后来植物的祖先，其中某些真核光合细菌 还被多次套娃式的吞噬过，至少发生了5次以上。 银河系大约有几百上千个这样的有潜力演化出 具有 有氧呼吸能力的 可以演化出肌肉 进行运动的高级生物的 微生物行星。 当你限制 这些微生物未来的发展潜力，认为它们不需要通过光合细菌、大型动物、工业文明这些大过滤器，那么微生物行星的数量要多很多，红矮星和橙矮星都可以考虑在内，金属度的要求也下降了很多，宜居带的要求也下降了很多，也不用考虑卫星和行星轨道布局的影响。 而可以检测出氧气但很难诞生大型陆生肌肉运动的生物的行星最多约有 100亿颗。 可以有 600亿颗 岩石宜居行星，起码约有60亿颗行星有潜力演化出在火山口处利用化合物的自养型微生物。 三.生物到技术文明的关键演化 天体生物学家 Dirk Schulze-Makuch和 William Bains 回顾了地球上生命的历史，包括趋同进化，得出结论认为，在任何类地行星上都可能诞生诸如光合作用、真核细胞、多细胞和智能等因素。给予足够的时间。他们认为，大过滤器可能是自然灾害、强人工智能的兴起，或者由于自我毁灭或缺乏资源而无法定居其他世界。[117] ①生物需要通过进化达到特定的身体要求 在地球上，生命的进化是一个漫长而复杂的过程。生命从最简单的单细胞生物起源，经历了漫长的时间，在环境的选择压力下，不断进化成各种不同的生物形态。在地球上，智慧生物的诞生仅仅发生在人类这个物种身上。然而，宇宙中有着众多的行星，这些行星上也可能诞生出具有智慧的生命。那么，这些行星上的简单生物到能诞生文明的智慧生物的进化过程需要哪些生理结构，这些生理结构又是因为什么原因进化而来呢？ 生物的一些生理结构对于文明诞生是至关重要的。 灵巧的手 可以 在工业革命时期 手工加工机器和车床，聪明的神经系统 （通常是神经中枢）来提高文明科技水平、发达的3维视力或感知 来观察世界。这也就意味着这种生物必须是异养性大型陆生多细胞生物，这需要该行星历史上有一个类似寒武纪大爆发的事件，一个出现神经系统和眼来加速物种进化的关键事件节点，而寒武纪大爆发事件的前置事件是海水富营养化和海水富氧化事件。 Barrow 和 Tipler 认为从原始寒武纪脊索动物到人科动物的进化路径是极不可能发生的事件。例如，人类的巨大的大脑具有明显的劣势，它们需要昂贵的能量消耗、较长的妊娠期以及持续超过平均总寿命 25% 的幼年期。[118] 人类其他不太可能的特征包括： 作为少数现存的双足陆地（非鸟类）脊椎动物之一。结合不寻常的眼手协调能力，这使得双手能够灵巧地使用工具改变外部环境；一种比任何其他哺乳动物都更有表现力的发声器官，可以说出复杂的语言，使人类能够合作互动与分享知识，组成文明；大脑聪明到可以理解复杂而抽象的数理逻辑。 多细胞性在真核生物中至少独立进化了 25 次。但其中只有一些经历了大型化.、复杂化。 在一些原核生物中，如蓝细菌、粘细菌、放线菌、多细胞球菌也出现了多细胞合作。然而，复杂的多细胞生物仅在六个真核生物群中进化：动物、共生真菌、褐藻、红藻、绿藻和陆地植物。 多细胞合作的第一个证据，即单细胞生物协调行为并且可能是真正多细胞生物的进化前体，来自生活在 30-35 亿年前的蓝藻类生物。为了繁殖，真正的多细胞生物必须解决从生殖细胞（即精子和卵细胞）繁殖出整个生物体的问题，这是进化发育生物学研究的一个问题。动物在多细胞体中进化出了相当多的细胞类型（100-150 种不同的细胞类型），而植物和真菌中只有 10-20 种。 肌肉细胞的基因来源于十多亿年前类似阿米巴原虫的单细胞生物祖先的分子机器，用来在细胞内运输蛋白质和灵活改变细胞形态。 早期多细胞生物的活化石，海绵由一群领鞭毛虫组成，除了结构不同，成分与现在的多细胞生物没什么大的区别，具有相同的化学成分。 动物（后生动物）从单细胞领鞭毛虫进化而来，伴随着新基因产物的加入，这些基因具有向多种形态发育的特性，被称为HOX基因。 许多海洋无脊椎动物，包括各种蠕虫、贻贝和甲壳类动物，栖息在厌氧环境中或必须在厌氧条件下长时间生存，很可能在海洋充分富含氧气之前，依靠无氧呼吸多细胞动物已经出现了。[119] 这可能表明 大型化的多细胞动物的出现很可能与氧气浓度有关，氧气浓度的上升让生物大型化具有可行性，不至于让里面的细胞因为早期多细胞动物拙劣的循环系统，分不到氧气而死亡。[120] 使用氧气进行新陈代谢比厌氧过程产生更多的能量。使用更多氧气的生物有富余能量产生更复杂的蛋白质，获得更广泛的结构和功能，使生物体向不同的方向进化，增加生态位数量，提高生态系统的总体复杂程度。[121]多细胞性允许生物体超过通常由自然气体扩散施加的大小限制：大小增加的单细胞具有降低的表面积与体积比，并且难以吸收足够的营养并将它们运输到整个细胞中。因此，多细胞生物具有体积增加而不受其限制的竞争优势。它们可以有更长的寿命，因为当单个细胞死亡时它们可以继续生存。多细胞性还允许通过允许在一个生物体内分化细胞类型来增加复杂性。 后生动物具有通过共同进化增加多样性的惊人能力。这意味着一个生物体的特征可以导致其他生物体的特征进化；可能有多种反应，并且每种反应都可能出现不同的物种。例如，捕食关系产生的进化可能导致一个生物体发展出防御能力，而另一个生物体则发展出逃脱能力。这将导致捕食者谱系分化为两个物种：一个擅长追逐猎物，另一个擅长突破防御，以这种方式，可以产生巨大的多样性：已知大部分动物物种由共同进化形成。[122] 奥陶纪大辐射是奥陶纪生物物种爆发式增长的事件，主要原因被归因于植物和生态系统的进一步发展，造成了滚雪球式的发展。 简单生物是生命进化的起点。在地球上，简单生物在环境选择压力下，逐渐演化出各种各样的形态。在其它行星上，简单生物的进化过程也可能受到环境选择压力的影响。例如，如果行星上有较强的紫外线，简单生物可能会演化出一些保护自身的机制，如合成紫外线吸收剂，以便更好地适应环境。此外，简单生物还可能演化出一些基本的代谢途径和基因传递机制，这些都是进化智慧生物的基础。 随着进化的推进，某些单细胞生物逐渐进化成为多细胞生物，从而形成了更加复杂的生物体系。多细胞生物的形成需要几个关键的生理结构和生物化学过程的支持，其中最重要的是细胞黏附、细胞信号传导和细胞分化。 细胞黏附是指细胞之间的粘附作用，它是多细胞生物形成的前提。在多细胞生物中，细胞之间可以通过细胞黏附蛋白相互粘附在一起，形成复杂的组织和器官。细胞黏附蛋白的进化可以追溯到最早的单细胞生物，它们通过细胞外基质的粘附来维持自己的生存和繁殖。 细胞信号传导是细胞之间相互交流的重要方式，也是多细胞生物形成的关键。通过细胞信号传导，细胞可以相互协作，形成高效的组织和器官。细胞信号传导可以通过多种机制实现，如细胞间隙连接、神经递质、激素等。其中最基本的机制是细胞间通过表面受体相互识别，从而触发细胞内的信号传导通路。这个过程需要多个蛋白质、分子和化学反应的支持。 细胞分化是多细胞生物形成的最后一步。在细胞分化过程中，多个细胞相互合作，分别发挥不同的功能和角色，形成不同的细胞类型和组织器官。细胞分化是一个复杂的生物化学过程，它涉及到基因调控、蛋白质合成和分泌等多个生物学过程。 在进化过程中，生物的智力水平逐渐提高。尽管智力水平的提高与物种的进化有着千丝万缕的联系，但仍然存在一些与生理结构相关的生物特征，对智力水平的提高起到了至关重要的作用。例如，大脑是动物中智力最高的器官，是人类和某些其他智慧生物进行思考、决策和行动的基础。大脑在进化过程中逐渐演化为多层次结构，并不断增加神经元的数量和连接性，这使得生物的智力得到了显著提高。 此外，智慧生物的进化还与感知器官的进化密切相关。例如，视觉系统在进化过程中逐渐演化为高度复杂的结构，使得生物能够感知更多的光学信息并进行更精细的视觉分析。听觉、嗅觉和触觉系统也发生了类似的演化，为生物提供了更加全面的感知能力。 智慧生物的进化还与代谢和营养摄取方式有关。例如，人类和某些其他智慧生物已经演化出了高度复杂的咀嚼、消化和吸收系统，使得它们能够更加高效地利用食物中的能量和养分，从而支持更高水平的智力活动。 生物的智力水平也与其社会行为有关。例如，像人类这样的社会生物需要有一定的社交技能和沟通能力，这有助于促进合作、协调和信息共享，从而更好地适应复杂的社会环境。 智慧生物的进化是一个复杂的过程，涉及多个生理结构和生物特征的演化。这些结构和特征相互作用，共同作用于智力水平的提高，并支持生物在复杂的环境中生存和繁殖。 通过对细胞、组织、器官和大脑的进化过程的分析，我们可以发现，复杂的生理结构和智慧的产生是相互关联的。生物的复杂生理结构可以为其提供更高级的感知、认知和行为能力，这些能力进而成为智慧的基础。 多细胞动物想要演化出 这些特殊的身体条件，很可能需要走上一条类似南方古猿进化到现代智人的狩猎大型动物之路。 人类的大脑体积从南方古猿开始不断变大，从比黑猩猩大一点点 450ml，慢慢增加到 1500ml。 背后是长达几百万年的狩猎采集生活，直立人是 人类祖先的第二个同时代大分支，直立人 ，脑容量 和体型与现代人相差不大，大约200万到100万年前，第一个走遍全球的人科物种，直立人与阿舍利石器有关，被认为是最早的人类祖先，能够使用火、狩猎和协调群体采集、照顾受伤或生病的群体成员，并可能有航海和艺术。 直立人可能是首个强调团队合作、分工和食物分享的人种，狩猎和采集是一种与以往模式截然不同的生存策略。具有这种行为的生物普遍具有高智慧、家族文化、群居的特性。 我们需要认识到，生物进化是一个漫长而复杂的过程，需要数百万年甚至数亿年的时间。另外，智慧的产生是一个高度复杂的过程，其发展与环境、基因、神经元和学习等多种因素密切相关。因此，对于其它行星上是否存在智慧生命的问题，我们需要持谨慎态度，同时也需要不断地开展科学探索，以期找到更多的证据和线索。 ②文明出现与生物灭绝事件的关系 但不能灭多了，只能一点点（指80%），因为进化就像深度学习一样，非常容易走进一个局部最优解（说的就是你 占据陆地大型生态位几亿年的蜥形纲），需要有好几轮生物大灭绝（随机梯度下降）把占据生态位的陈腐势力们杀到洗心革面，让新兴势力能走上大舞台，直到开启新一轮循环或智慧文明出现。 生物到文明的演化是一个极其复杂和多样化的过程，它包括了生命起源、物种演化、智能生物的出现以及文明的兴起等多个阶段。人类文明的兴起是一个令人惊叹的事件，它是数百万年生物演化的产物，也是数千年文化、社会和科技演进的结果。在本文中，我们将探讨这个问题，并从多个角度来解释这个复杂的过程。 天体生物学的视角 天体生物学是一门研究地外生命的学科，它探讨了宇宙中是否存在其他智慧生命，以及这些生命的进化和文明的可能性。在天体生物学中，有一个重要的概念是Goldilocks rate（或称为Goldilocks zone）。这个概念指的是一个行星或卫星的表面温度处于适宜生命存在的范围内，这个范围不应该太冷也不应该太热。这个概念也适用于生物的进化过程中，因为生物需要适合的环境来生存和进化。我们可以将这个概念与深度学习中的参数设置和超参数选择类比起来。深度学习中的参数设置和超参数选择需要适当的参数范围，以便网络能够在训练期间学习正确的特征。如果参数范围过大或过小，网络就无法学习正确的特征。类似地，生物需要适宜的环境才能生存和进化，否则它们就会灭绝或停滞不前。 分子进化的中性理论 分子进化的中性理论是一种关于分子演化的理论，它指出大部分的分子演化并不是由于自然选择的影响而产生的，而是由于基因突变的随机过程所驱动的。中性理论提出了一种新的观点，即大部分的分子变异是中性的，也就是说，它们对生物个体的适应性没有影响。只有少数变异会对生物适应性产生影响，而这些变异才会被自然选择保留下来，从而进化出新的物种。 中性理论的提出者是日本生物学家中村隆信，他在20世纪60年代初提出了这一理论。中性理论的重要性在于它揭示了分子演化的基本机制，即基因突变的随机过程。这种机制在生物到文明的演化中也同样具有重要意义。生物到文明的演化是一种随机过程，有时候一个群体的文明发展得很快，有时候则很慢。这取决于各种因素的复杂相互作用，包括环境、人口、文化、技术、经济等等。 Claudio Maccone发表的 Evo-SETI Claudio Maccone是意大利科学家，他在1998年发表了一篇题为《Evo-SETI：一个新的天文学范例，旨在加强宇宙学、生物学、哲学和宇宙学的交叉学科研究》的论文。这篇论文提出了一种新的天文学范例，即通过研究地球上的生命，来探索宇宙中的生命。Maccone认为，通过研究生物到文明的演化过程，可以深入了解文明是如何产生的，以及在宇宙中是否存在其他文明。 Evo-SETI的核心思想是通过从地球上的生命学习，来了解宇宙中其他可能存在的生命。这种方法不同于传统的宇宙搜索方法，即通过尝试与外星人建立联系来寻找其他文明。Evo-SETI认为，通过研究地球上的生命，可以了解生命产生的条件、生命在不同环境下的适应能力、生命的演化轨迹以及生命所依赖的基本物理规律等等。这些知识将有助于我们更好地理解宇宙中的生命。 大灭绝事件对智能生命的演化的影响 除了天体生物学和机器学习的角度，大灭绝事件也是了解智能生命如何演化的重要因素之一。地球上经历了五次大规模的灭绝事件，其中最臭名昭著的是第三次大灭绝事件，也称为二叠纪末灭绝事件，大约发生在2.51亿年前。据估计，约有95%的物种在该事件中灭绝。一些研究表明，大灭绝事件可能对智能生命的演化产生了影响。 生物多样性和复杂性是演化的两个重要方面，大灭绝事件使得这两个方面遭受了沉重打击。大量物种灭绝导致生态系统崩溃，这可能会导致基础物种的消失，从而限制了更高级别的生命形式的出现。然而，一些学者认为，大灭绝事件也为新的机会和进化途径创造了可能性。因为生态系统的重建需要生命形式来适应不同的环境，这可能导致新的生物多样性和复杂性的出现。例如，新的食物链和新的生态位可能导致更多的种类和生物形式的出现。从这个角度来看，大灭绝事件可能提供了许多生态位和机会，这些机会被新的生命形式利用来填补生态位，促进了生物的复杂性和多样性的发展。 此外，大灭绝事件对地球环境的改变也可能为智能生命的进化提供了机会。例如，二叠纪末灭绝事件引起了全球性的气候变化、海平面的下降以及大规模的火山活动等环境变化。这些变化可能导致了新的环境压力和选择压力，这些压力可以促进新的进化途径和机会的出现。在这样的环境下，只有那些能够适应并克服挑战的生命形式才能生存下来，这可能会推动生物的进化和复杂性的发展。例如，一些研究表明，大灭绝事件后，恐龙等爬行动物得到了更多的机会，因为它们能够适应较干旱的环境，而哺乳动物等其他生命形式却没有那么多的优势。 总的来说，我们可以将生物到文明的演化看作是一种类似深度学习的涌现的过程，其中自然选择和随机漂变在分子和生物层面上起到了类似于finetune的作用，而大灭绝事件则是在这个过程中起到了类似于Goldilocks rate的作用，对物种的进化产生了关键的影响。在复杂生物体的进化过程中，智能的产生似乎需要同时满足多个条件，包括基因、环境和其他多种因素的相互作用。最终的文明的涌现则可能需要一些特殊的条件，如地球的稳定性、复杂生命的存在以及技术的发展。我们仍需更深入地了解这些条件以及它们的相互作用，以更好地理解生命和文明的起源和发展。 ③在发展出文明之后，没有遭遇灭绝事件 如黑洞吸积盘、中子星撞击、超新星爆发的射流直接击中、以及恒星刚刚好经过星云的稠密区域恒星光度骤降等不幸事件。 ④步入工业文明 文明的诞生与 智慧生物个体与环境交互产生的涌现有关。 需要前置要求很多，例如： 需要富矿、煤炭石油天然气等化石能源（前置为大氧化事件）。 需要一个类似古希腊（今希腊、埃及、两河流域、土耳其、意大利等地区）这种适合诞生数理逻辑论证体系的商业和航海业很容易发展的地理环境。 从低级技术文明（例如游牧/渔猎文明和农业文明）再到工业文明具有一定偶然性，因为工业文明的发展离不开科学方法论，这种严肃、富有逻辑性的方法论，人类各文明只有古希腊发展出了早期科学方法论的雏形，形式逻辑体系。 其诞生离不开古希腊小国城邦和海洋商业文化交流的影响，更深层次原因则跟希腊的特殊地理条件有关。 在古希腊城邦繁荣的海洋商业社会环境下，诞生了一大批富裕人群有闲暇时间去思考脱离柴米油盐的探求世界本原的哲学问题。 当书籍和教育水平提升后，形成了知识传承体系，人们对世界的认识积累到足够的深度，这为之后的形式逻辑的诞生提供了培养皿。 亚里士多德的《工具论》，标志着形式逻辑体系正式形成。之后欧几里得的《几何原本》则是形式逻辑体系运用的最典型范本，原本还引入了对后世影响深远的公理化体系。 在工业文明诞生之前 就在交通、农业、传播学等科技和生产力水平上达标使得文明具备足够大的生物体数量和人口密度，想要步入农业文明需要通过交流，集成多种农作物来确保身为肉食者的生物体拥有足够的养分（因为满足上述身体要求的进化方向基本食肉）能通过农业大批量繁殖提高单位面积上的人口密度，形成国家和文明。 当一个文明能步入工业文明，基本上有很大概率可以步入星际文明。 ⑤行星上生物演化的时间存在限制 诞生工业文明的黄矮星根据金属度的不同，恒星的稳定宜居带存在的时间也不同。 对太阳系而言，地球的稳定宜居带 大概在10亿年后消失，即太阳寿命为 100亿年，地球留给生命发展出星际文明的时间窗口，只有 50亿年。 如果人类文明不能在未来10亿年内，走出地球，或者改造地球，就会在这之后跟着大型动物们灭绝。 很显然人类已经拥有了这个实力。 下图是一些恒星的宜居带移动情况[123]。 |
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0.9倍太阳质量的恒星 宜居带移动情况 单位是 10亿年 金属度是太阳的2-3倍 |
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太阳质量的宜居带移动情况 比太阳小一点的恒星的时间留给行星的窗口大概是 70亿年。 而地球从诞生生命到现在已经花了快 40亿年。 真核生命诞生到现在已经花了近 20亿年。 考虑到不是所有的生物都像人类这样幸运，能次次抓住风口。 我们有理由认为，银河系中其它有潜力发展出大型动物的行星上，还不存在 像人类这样的智慧文明。 我这里用稀有地球中的灾害发生时间与生物发展到工业文明需要花费的时间的比值来估算生命发展出智慧文明的概率计算方法，即 重大灾害在动物关键进化期的发生频率来计算，地球上自寒武纪以来还没有发生过像古元代雪球事件那样的 赤道都冻上几公里冰的事件。21亿年前古元古代 Francevillan 化石向我们展示了早期 多细胞生命与含氧量的关系。 氧含量的上升不是线性的：相反，氧含量在 23亿年 前上升，然后在 21亿 前下降。这被称为Lomagundi-Jatuli 事件(LJE) 或Lomagundi 事件，在 Lomagundi-Jatuli 事件中，氧气含量达到了现代水平，随后在接下来的阶段下降到非常低的水平。Lomagundi-Jatuli 事件的证据已在全球范围内找到。 有人认为真核生物首先在 LJE 期间进化。Lomagundi-Jatuli 事件与在加蓬发现的被称为Francevillian 生物群的奇怪化石的出现和消失在时间上相关，这些化石似乎是多细胞生物的痕迹。这似乎代表了多细胞生命“在错误的时间开始演化”。因为当 LJE 结束时，这些生物显然已经灭绝，因为它们在 LJE 之后沉积的页岩层中不存在。 地球表面温度能支持多细胞生命而不会引发LJE这样的硬雪球事件的时间节点是约5亿年前，因气候变成潮湿温室气候而失去发展到工业文明阶段的时间节点是5亿年后，总共10亿年。其它行星可能会有20亿年。 灾害的种类可能有引力扰动造成的大陨石、碳循环不稳定引发的软雪球事件、已知像我们这样的大型动物，以百万年为单位的关键演化期有一个极端脆弱期，这个时期一旦遇到极端气候就容易灭绝，所以前文提到的太阳系具有统计学平均2700万年一次的大灭绝事件，在银河系宜居带8.5kpc处应该是个平均值，而6亿年前的太阳系可能还没有进入今天的绕银心公转轨道，因此灾难频率在6亿年前很难估计。 已知地球这样的行星每几千万年会有一次，比较大的陨石潮或剧烈火山活动，原因可能是其它恒星靠的很近扰动了太阳系内的小行星轨道和地壳。 每几万年会有一次剧烈的火山喷发导致大型动物灭绝一部分。除了在非洲的智人，其它人种好像都逐渐灭绝了。 这些都暗示着即便是地球也并不很高概率演化出智慧生物。 一些宇宙进化论者将宇宙的历史分为三个阶段和七个时代： 阶段：物理进化→生物进化→文明进化 时代：粒子→星系→恒星→行星→化学→生物→文明 他们认为文明的出现必将改变整个宇宙的环境，而生物到文明的进化，常常被认为遵循金发姑娘原则。 金发姑娘原则（Goldilocks principle）来源于童话《三只熊》，故事中一个名叫Goldilocks的小女孩品尝了三碗不同的粥，发现自己喜欢的粥既不太热也不太冷，温度恰到好处。 对于人类来说，体温既不能太热也不能太冷；要在行星上形成生命，它从阳光中获得的能量既不能太多也不能太少。恒星需要足够数量的氢，在巨大的引力下充分聚集在一起，才能引起核聚变。 当大量相似的物体在一定条件下相互作用时，可能会自发地出现更高时空尺度上的意想不到的结果。这种被称为涌现的非平凡现象在不同复杂系统中，例如物理系统到生物系统和社会系统中，产生自组织结构，自动的从无序走向有序，从简单走向复杂，从低级走向高级，甚至具有了自我生长、学习、反馈、进化、更新的能力，呈现非线性，整体大于部分之和的特征。 有人认为当满足金发姑娘原则时，复杂性就会出现。例如，生命不是从固体（分子粘在一起，阻碍了正确的结合）或气体（分子移动太快而无法形成有利的结合）开始的，而是从液体如水开始的，这种液体允许以正确的速度进行正确的相互作用。 在机器学习中，Goldilocks学习率是使算法以最少的步骤实现最小损失的学习率。学习率太大的算法往往根本无法收敛，而学习率太小的算法收敛时间太长。 而生命的进化恰好就是一个类似于机器学习的过程，生命从环境的改变中被自然选择之手推动着以最低的成本理解世界，实现最小代价的损失，从而让自己活下来。 而一场大灾难常常会破坏金发姑娘原则，让一切归零，而生命不像机器学习那样可以重新训练，生命进化只要一次大失败（雪球事件）就前功尽弃。 在过去的十年里Claudio Maccone发表了大约 15 篇关于他的 Evo-SETI（进化和 SETI）理论的数学论文和一名为“Evo-SETI Life Evolution Statistics on Earth and Exoplanets”的书中，他提出了一个数学模型，该模型能够将寻找地外智能 (SETI)、达尔文进化论和人类历史纳入一个单一的、统一的统计图景中，简称为 Evo-SETI . [124] 他用几何布朗运动模型 (GBM)，将地球物种的进化表示为过去 35 亿年地球上物种数量的随机增加的随机过程。它的平均值随时间呈指数增长，过去的大规模灭绝被认为是不可预测的低 GBM 值。 几何布朗运动 (GBM)（也称为指数布朗运动）是一个时间连续的随机过程，其中随机变化量的对数遵循具有漂移的布朗运动（也称为维纳过程），是随机过程满足随机微分方程（SDE）的重要例子；它在金融数学中用于在Black–Scholes 模型中模拟股票价格。 |
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几何布朗运动 众所周知的“进化分子时钟”，即分子进化中性理论所示的“分子水平的恒定进化速率”，与 Evo-SETI 模型的熵增长率一致。[125] 分子进化的中性理论认为，大多数进化变化发生在分子水平，物种内部和物种之间的大部分变异是由于选择性中性的突变等位基因的随机遗传漂变引起的。中性理论允许大多数突变是有害的，但认为由于这些突变会被自然选择迅速消除，因此它们不会对内部和之间的变异做出重大贡献，中性突变是指不影响生物体生存和繁殖能力的突变。中性理论假设大多数无害的突变是中性的而不是有益的。因为在一个物种的每一代中只有一小部分配子被采样，中性理论表明突变等位基因可以在种群中出现并偶然达到固定，而不是通过选择性优势。 Maccone提出了统计德雷克方程，这是经典德雷克方程在统计学中的扩展。给出了银河系中 外星文明数量的概率分布，以及 外星文明 与我们的距离的概率分布。 概率分布称为 b 对数正态分布（b-lognormal，b指的是 birth 出生），即对数正态分布从某个正时刻 b>0 开始，而不是从原点开始。由此产生的数学结构被证明是进化生物学家所说的达尔文进化论用来描述的分子进化平均速率的Markov & Korotayev 模型。[126] Maccone证明了达尔文进化论的 Markov & Korotayev 模型与 Evo-SETI 模型一致。 |
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b-lognormal 的熵是衡量一个文明进步水平的指标。Maccone通过测量阿兹特克人和西班牙人在 1519 年的熵差，由于后者的技术优势，这位作者能够从数学上解释 2000 万阿兹特克人被几千名西班牙人击败的原因。 现在：每当发现一颗新的系外行星时，这颗系外行星在向生命演化的过程中处于什么位置，就像我们现在在地球上或更远的地方一样？他提供了在 Evo-SETI 理论框架内回答这个问题的数学标准，创建了 Evo-SETI Scale。 |
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Maccone随后借助b-lognormals从数学上描述了从古希腊到美国的八个人类历史文明的历史发展。 |
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显生宙地球生物多样性提升的原因可以通过生物多样性与生态系统的正向反馈来解释，就像人口增长与技术增长的关系一样，更多的生物之间能产生更复杂的竞争合作关系，能塑造更多不同的生态关系，形成不同的生态系统，这些反过来又进一步促进了物种多样性的提高。[127] |
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寒武纪大爆发以来分子多样性（生物分类中 属 ）变化 |
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达尔文进化论的 Markov & Korotayev 模型与 Evo-SETI 模型 预言的分子多样性（生物分类中 属 ）变化 根据地球上的数据推算。 假设存在100个物种，大灭绝后会存活30%的动物 而存活下来的动物，又有33%的动物占优势获得生态位。 其中又有10%能活到下一轮开始。 每200万年，物种数量减少到10%。 从多细胞动物到工业文明阶段最多能有20亿年。 可得 0.001×0.1=0.0001 SETI 研究所的行星科学家Pascal Lee提出 从原始生命到智慧文明的概率 非常低 0.0002。他基于地球发展智能生命需要多长时间（距直立人进化 100 万年，而地球形成以来 46 亿年）做出了这一估计。 哺乳动物大约有1000个属，4000多种，占脊索动物的10%，占地球所有物种的0.4%。 哺乳动物只有人属具有诞生工业文明的潜力。 可得万分之一，0.0001的工业文明与脊索动物属数量的概率。 已知地球在5亿年后，光合作用因为二氧化碳浓度下降，基本不能进行，不再有温带气候，生物量锐减。 而约5亿年前多细胞动物才能够大型化而不被雪球事件给消灭。 可得地球正处于一个黄金时代。 银河系工业文明存在概率的粗略计算 那么根据上述过程，把其它小过滤器概率设为100%，乐观计算，银河系演化出工业文明的概率为。 5e11 × 0.0005 × 0.0004 × 0.0001 = 1。 如果考虑太阳系是银河系内层飘到银河系宜居带上，年龄比同类型本土居民更大一些，第一个工业文明基本就是我们了。 如果你认为上述估计很粗糙，管的太多，你也可以适当把这个概率调大一点，存在 50-2个工业文明都可能。 氮气-氧气大气层与技术特征 当我们回头望去，文明最重要也最容易被其他文明观察到的一个过滤器是什么呢？ 这个过滤器是 氮气量最多，富含氧气和臭氧，以及少量水蒸气、二氧化碳、甲烷、硫化物，基本没有氢气和氦气的较厚行星大气层，以及该行星的轨道位于紫外线宜居带和可见光宜居带重合处，该行星所属的恒星的光谱 合适。 较高氧气、臭氧 的含量 氧气的存在是确定行星潜在生命的重要标准，但不能确保行星具有宜居性。 氧气与高等生命息息相关，但我们不知道生命是否是造成大气中含有氧气的唯一起因。系外行星上的氧气有可能非生物过程的结果。如果离系外行星太近的话，系外行星上的海洋可能会蒸发，从而导致大气中水蒸气的数量增加。水蒸气最终可能分解成氧气和氢气，从而增加了大气中的氧气含量。因此我们还需要排除氢气的干扰。 对于较冷或处于早期的行星，其表面可能主要由氢气和氦气构成。这显然不是我们想要找的类型。 富含二氧化碳、氮气、硫化物的行星，表面很可能没有液态水，类似金星这种温室行星。 富含甲烷、硫化物、氮气，又具有少量水蒸气和氧气、臭氧的行星类似早期地球，非常容易诞生硫化细菌、硝化细菌这种直接利用化学能的无氧呼吸生命，但这些生命不能支撑足够大的细胞规模，极度依赖化学原料，因此很难说这样的行星上有高等生命。 厚大气也是一个很重要的辨别标准，较薄的大气层很难完全吸收掉宇宙射线和紫外线，并且大气压低的话，液态水也很难维持，生命诞生的窗口期会和火星一样短。 上面这些信息很容易被工业文明级别以上的文明通过行星大气光谱分析发现，只要该恒星的黄道面，面向我们这个方向，我们就可以通过光谱分析发现这个关键过滤器是不是真的。例如直径 6.5米的韦伯望远镜至少能在几百光年外分析地球大小的大气成分，十几米直径的LUVOIR、habEx可以更好的分析地外生命信息，我们没有理由相信 其他几千光年外的具有恒星系航行能力的文明不会建造更强的观测设备。 四：宇宙其他区域内的工业文明以上级别的文明的计算基于平庸原理筛选 适合诞生工业文明的星系 本篇文章上述部分是在尽可能在平庸原理下对工业文明诞生的概率 偏乐观的估计。即 筛选出哪些条件和地球和人类发展条件最相似的条件，并对这些条件目前观测或推测出的概率尽可能提高估计。但实际情况可能没有乐观估计地这么高。 棒状核球是螺旋星系在幼年期结束后达到完全成熟的标志。2008 年的一项调查发现，在遥远的过去，只有 20% 的旋涡星系拥有棒状结构，而银河系附近同类星系中这一比例约为 65%。 宇宙大约 80% 的星系缺乏类似银河系的核球，这表明它们从未经历过大规模星系合并。 至少在过去的 80 亿年中，宇宙中的星系这样的比例基本保持不变。[128]相比之下，密集星系团（例如室女座星系团 ）中大约三分之二的星系确实具有类似银河系的核球，这表明了星系的高密度分布可以促进矮星系之间的合并，促进第一星族恒星（富金属星）的形成。 随后的研究使用哈勃太空望远镜发现，许多星系并非没有类似银河系的核球和悬臂构造，而是显示出假旋臂结构，它看起来类似于螺旋星系的旋臂，但要小得多。巨大的螺旋星系通常是存在于核球中的那些旋臂体积的 2-100 倍。通常，新恒星在假旋臂中的形成速度与恒星在盘状星系中的形成速度相似。有时，核球的假螺旋形成恒星的单位面积的速度比通常在外盘中发现的要高得多，但新恒星的密度仍然太高，超新星仍然容易摧毁文明。 而星系分布是低密度分布的宇宙区域，在宇宙中占大多数。 与星系的形状、外观和颜色相关的一个特征是当前恒星形成的数量。当巨大的氢气和尘埃云在自身重力作用下坍塌时，恒星就形成了。随着云的坍缩，它会分裂成许多更小的碎片，每个部分都会继续坍缩，直到热核聚变开始。 星系的初始条件决定了它的恒星形成率。例如，有些椭圆星系很早就坍缩并迅速形成恒星。这种气体早年就用完了，目前很少有恒星形成。而坍缩较慢的星系，恒星形成的速度也较低。做为恒星形成所需的“燃料”，气体消耗得也较慢，有大量摩擦，于是慢慢的形成螺旋星系。 |
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另外，星系在数亿年的时间里由椭球状沉降成螺旋的形态以后，并不是一成不变的。当螺旋星系间发生新的碰撞并合并时，它们的结合体将再次变成椭球形。最终，如果新的椭球星系因为大量恒星的快速形成而耗尽了其所有气体，它就将保持椭球星系（否则还会变为螺旋星系）。这就是为什么很多经历过多次合并的大星系通常是椭圆形的。 在2009年一篇的研究表明[129]，60亿年前，螺旋星系S占比是31%，椭圆星系E占4%，透镜星系S0占13%，而不规则星系占52%。 |
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目前在银河系附近，螺旋星系S占比是72%，椭圆星系E占3%，透镜星系S0占15%，而不规则星系占10%。 |
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那么可以反推，银河系的圆盘可能在太阳诞生的时候还没有现在这么大，恒星数还没这么多。 宇宙在太阳诞生时的螺旋星系还没这么多，大约30%多，而银河系似乎100亿年以来没有经历与其他大型星系相撞的事件，最后一次发生在银河系的大规模碰撞是110亿年前的事情了，正是那个时候诞生了大批量形成白矮星的大质量双星系统，为Ia型超新星爆发产生铁元素，提高银河系银盘上恒星金属度起到很好的作用。 现在银河系可能有100亿颗白矮星，10亿颗中子星，1亿个黑洞。这些都是之前死亡的大质量恒星的尸体。这些尸体的超新星爆发为银河系盘上的宜居行星形成起了很重要的作用。 更严格一点的话，大型星系诞生生命的概率可能并没有这么高，可能只有位于 100亿-10万亿颗恒星之间的超大质量黑洞不活跃的漩涡星系诞生生命的概率才能符合银河系的概率模型，而上述条件会导致 合适的星系数量降低降低2个数量级。 我们的银河系周围环绕着许多矮卫星星系，由于其松散的圆形形状，它们被称为“矮球状”星系。这些矮星系昏暗而弥散，比银河系本身暗一千倍，使它们成为已知的最不发光的星系。 现代宇宙学模型预测，小星系首先形成，然后合并成更大的系统，如我们的银河系。由于宇宙最初只包含氢和氦（大多数其他化学元素都是在恒星内部合成的），因此矮星系应该具有最低的重元素含量，但现在我们发现不是这样。 结果排除了附近矮星系的任何合并作为建立银河晕的机制，需要对这些星系进行更详细的化学丰度研究，因为这将告诉我们更多关于我们宇宙早期时期发生的事情。[130] 我们的银河系似乎在过去的 100 亿年 中没有发生任何重大星系合并，这可以解释为什么它在恒星质量、角动量和金属丰度与其它星系不同。现在像银河系这样的螺旋星系的比例是 7% ，而 仙女星系（M31）似乎是一个更符合现代理论预测的“典型的”螺旋星系。 仙女星系大多数小悬臂显示了主要由相对较新的合并形成的历史证据，但仙女系的恒星生成速度慢于银河系，每年1-2颗恒星，而银河系为3-5颗恒星。 现在宇宙中70%的星系是螺旋星系，只有7%的星系是类似银河系的黑洞不活跃的螺旋星系[131]，60亿年前 30%的星系是螺旋星系，能在这个时候诞生恒星，只有3%的星系是类似诞生太阳时的银河系的没有发生大型星系合并事件的星系。SDSS-IV/MaNGA调查的4824个星系中有138个类银河系。事实证明，宇宙确实存在看起来很像我们的星系。样本中的 138 个星系中有 56 个最终与我们的星系非常接近，非常像银河系的星系在宇宙中占1%。[132] 乍一看与银河系相似的星系中有很大一部分在仔细观察时看起来却大不相同。这些分为两类。 第一类（由 138 个星系中的 55 个组成）是在内部和外部区域之间似乎完全没有区别的星系。这些星系正在均匀地经历恒星形成，在一个漫长而缓慢的扩展过程中，核心没有剧烈的爆发。在这些星系中，内部和外部区域的恒星看起来是一样的。 与此同时，第二类由所谓的“中心淬灭”星系（138 个中的 27 个）组成，这些星系可能是这群星系中最奇怪的。这些异常值似乎没有任何重要的近期恒星形成期，这些恒星在其核心中由回收物质形成，这意味着我们在银河系中看到的来自外部区域的气体径向流入并没有发生在这些星系中。 这些中心熄灭星系的一个一致特征是，它们通常似乎在过去完成了大部分恒星形成，具有更密集的超新星爆发波，这暗示它们可能比银河系更古老和更难产生文明。 在星系中，物质的外流存在一个自转速度的临界值，范围在100到150 km/s之间（对应的星系质量约在3e10-6e10倍太阳质量之间)。这一范围与观测星系的自转速度（质量）与金属丰度关系中的转折点125 km/s(6e10 M）基本一致。 对于自转速度大于125 km/s的星系，超新星爆发产生的风速小于逃逸速度，因而在星系暗晕引力势的作用下，物质即使被吹离原来的位置，最终都将以星系喷泉的形式返回到星系盘上，并不发生金属的损失。 而对于自转速度小于125km/s的星系，星系风能带走大量的金属，导致星系金属度的降低，且势阱越浅损失金属越多。 这就导致越小的星系积累金属越慢，几乎很难诞生岩石行星，更别说生命了。 |
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星系质量和金属度 氧丰度 的关系 考虑到 大型星系的 宜居恒星数量会比 小型星系多很多，当星系规模小到一定程度，我们可以认为它的恒星诞生生命的可能性趋近于0，原因是没有足够的重金属 和 产生铁核的 Ia型超新星爆发 以及 产生重元素的中子星合并，因为99%以上的恒星不会发生超新星爆发和中子星合并，具体参见 一 中的结果。 除此之外，其它星系诞生出工业文明的几率，应该要考虑星系结构，例如 太阳位于银河系8.5kpc的宜居带处，每几千万年一次灾难，很可能是一个甜点，太阳系通过旋臂结构的频率与生物进化速率相关，若没有足够的灾难次数很可能无法让生命在有限时间内进化出足够复杂的结构，若太频繁则减少生物多样性。具体见 三 中的结果。 现在，5000亿颗 恒星的银河系 诞生工业文明的 可能性被设定 为 0.5. 即 每1万亿颗恒星的星系诞生工业文明的可能是 1 10万亿恒星的星系可能性被设定为 15 而1000亿颗恒星的星系可能性被设定为 0.001 100亿颗恒星以下的星系被设定为0. 1000万光年范围内的本星系群的估计 |
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那么1000万光年范围内的本星系群中的比我们强 或 和我们差不多的文明的情况如下。 仙女系是本星系群的第一大成员, 质量是银河系的 2倍多，大于1万亿颗恒星，大概有1-2个工业文明级别以上的文明。 银河系是老二 1个 三角星系(M33) 是本星系群的第三大成员，第三个旋涡星系, 400亿颗恒星的级别， 0.0001个。 大麦哲伦星云(LMC) 是本星系群的第四大成员，银河系的卫星，并且是本星系群中唯一的麦哲伦螺旋星系， 100亿颗恒星的级别 0个。 M110(NGC 205)本星系群的第五大成员。包含近80亿颗恒星。0.001个。 小麦哲伦星云(SMC) 是银河系附近的一个矮星系，本星系群的第六大成员。包含数亿颗恒星。0个 其它的不用估计了，因为上面这六个星系 就是1000万光年内的拥有 近10亿颗恒星 以上的星系。 所以本星系群按这个估计，现在最多3-4个工业文明或星际文明，当然随着时间增加，这个概率会逐渐增加，如果没有灭绝战争，最终星际文明的数量可以达到 5～20。 1亿光年范围内的本超星系团 （室女座超星系团）的估计 |
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室女座超星系团包含我们银河系的本地群，还包含靠近其中心的室女座星团，有时被称为本地超星团。它被认为包含超过 47,000 个星系。2014 年的一项研究表明，室女座超星系团只是更大的超星系团 拉尼亚凯亚超星系团 的一个星际细丝。 室女座超星系团 中星系的数量密度随着离其中心靠近室女座星团的距离的平方而下降，这表明该星团不是随机的。总体而言，绝大多数发光星系（小于绝对星等 -13，恒星数量大于100亿颗）集中在星系团群中。百分之九十八可以在以下 11 个星系团中找到（按发光星系数量的递减顺序排列）：Canes Venatici、Virgo Cluster、Virgo II、Leo II、Virgo III、Crater (NGC 3672)、Leo I、小狮子座星系团 (NGC 2841)、天龙座星系团 (NGC 5907)、NGC 2997 和NGC 5643。 以上发光星系中，有三分之一位于室女座星团中，其余位于 Canes Venatici 和Virgo II 星云中，加上有些微不足道的NGC 5643 星系群。 室女座超星系团的质量大概是1e15个太阳质量，大约相当于1万个银河系的质量。 则直径1亿光年的范围内大概存在 1000个工业文明或星际文明。 更远的尺度 以此类推 大概 直径5亿光年范围内， 1×10^{17}M_{Sun} ，约200万个银河系的质量的拉尼亚凯亚超星系团有 1-10万个工业文明或星际文明。[133] |
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附近宇宙中的超星系团地图，拉尼亚凯亚超星系团显示为黄色。双鱼座-鲸鱼座超星系团复合体是双鱼座-鲸鱼座超星系团、雕刻者超星系团、英仙座-双鱼座超星系团和拉尼亚凯亚超星系团的一条很长的星系链。（显示在中间） 双鱼座-鲸鱼座超星系团复合体是一个宇宙大尺度纤维结构，包含拉尼亚凯亚超星系团，估计长约 10 亿光年，宽约 1.5 亿光年，质量为 1×10^{18}M_{Sun} ，估计存在 10-100万个工业文明或星际文明 可观测宇宙 有10万亿个星系，大概有1000亿个符合要求的星系，大概现在的工业文明或星际文明的数量 大于500亿个（原答案50万亿个）。 五：银河系内类太阳恒星系 根据上述分析，银河系内若存在其它文明，那么它很可能就在我们附近，距离不会超过3万光年，而且我们很可能能找出它的母恒星，前提是它的母恒星还在。 下面是一些可能的恒星系: 1.18 Scorpii 年龄：29亿年 距离：45.1光年 金属度：-0.03 dex 2.HD 150248 年龄：62亿年 距离：88光年 金属度：-0.04 dex 3.HD 164595 年龄：45亿年 距离：91光年 金属度：-0.06 dex 4.HD 195034 年龄：29亿年 距离：92光年 金属度：-0.04 dex 5.HD 117939 年龄：61亿年 距离：98光年 金属度：-0.1 dex 6.HD 138573 年龄：71亿年 距离：99光年 金属度：0.00 dex 7.HD 71334 年龄：81亿年 距离：124光年 金属度：-0.075 dex 8.HD 98649 年龄：23亿年 距离：135光年 金属度：-0.02 dex 9.HD 143436 年龄：38亿年 距离：141光年 金属度：0.00 dex 10.HD 129357 年龄：82亿年 距离：154光年 金属度：-0.02 dex 11.HD 133600 年龄：63亿年 距离：171光年 金属度：-0.02 dex 12.HD 186302 年龄：45亿年 距离：184光年 金属度：0.00 dex 13.HIP 11915 年龄：41亿年 距离：190光年 金属度：-0.059 dex 14.HD 101364 年龄：71亿年 距离：208光年 金属度：0.2 dex 15.HD 197027 年龄：82亿年 距离：250光年 金属度：0.21 dex 16.开普勒-452 年龄：60亿年 距离：1400光年 金属度：0.21 dex 17.YBP 1194 年龄：42亿年 距离：2934光年 金属度：0.023 dex 这些恒星中 hip 11915有最类似太阳的轨道布局，具有一个和木星差不多质量以及轨道的气态巨行星，且它的年龄为41亿年，仅比太阳年轻5亿岁。 未被确认存在的宜居行星候选者：[134] |
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KOI 5554.01 可能是曾经最接近地球条件的行星，拥有一颗1.18倍太阳光度的恒星，1.02倍太阳质量的光谱类型 G1.5V的恒星，年龄 65亿年，误差20亿年，它和地球一样的1AU轨道，绕恒星一圈362.22天，半径在0.72-1.29倍地球半径，表面温度 12度 到26.17度，它距离我们215秒差距，约700光年。 六：疑似高等文明的构造 1.疑似戴森球的K2型文明 外星文明可能会建造戴森球这类遮光巨构建筑，有的戴森球可能会发出明显的红外信号，而有的则不会，因为戴森球的散热方向不一定对准太阳系，这种情况下它们会比没有遮挡的情况，看起来更远。 想去找未建成戴森球的可以去这个网站 KIC 8462852 塔比星 前几年最火的是这个，银河系内的 距离我们大约几百光年的KIC 8462852已经被证明不是戴森球了，大概率只是一次行星撞击引起的物质遮挡，现在光度变化曲线已经不那么像戴森球了。 它的光谱类型F3V，不是适合诞生智慧文明的母恒星，离它约880AU的距离上还有一颗 M2V 型的红矮星。[135] |
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越来越小的塔比星光变幅度M33星系中的Object-X M33星系中的 Object-X 天体也大概率不是戴森球，虽然它的红外超信号很明显。 在 M33 中，三角星系有一颗在可见光和近红外光波段中几乎看不到的恒星，它是中红外中第二亮的光源（也是最亮的一颗恒星），被称为 Object-X。[136] |
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而且 在 1949 年和 1991 年的档案记录中根本没有恒星具有类似的极限星等。 |
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研究小组排除了该物体可能是年轻恒星物体（YSO）的被视线沿线的厚尘盘阻挡的可能性，并指出即使是最厚尘盘的模型仍然预测出比之更多的光通量。相反，该团队得出结论，Object-X 一定是一颗自我遮蔽的恒星，它经历了相对较新的质量损失，已经冷却形成石墨或硅酸盐尘埃。根据哪种类型的尘埃占主导地位，该团队能够将数据与恒星的两种截然不同的温度进行拟合：石墨为 5000 K，硅酸盐为 20,000 K。在所有情况下，中心恒星的预测质量总是大于 30 个太阳质量，因为根据光通量来计算，可以发现该恒星的光度是太阳的10万倍以上，是一颗O型恒星，不适合诞生智慧文明，这样的恒星周围的行星大多为气态巨行星，材料可能还不够造戴森球。 一般来说，恒星可以通过两种机制喷射物质以形成这样的幕。第一种是通过恒星风，随着恒星进入红巨星阶段而增加，膨胀并降低表面附近的重力。第二个是“脉冲质量抛射”，其中恒星会颤抖并以这种方式抛出质量。一个典型的例子是船尾座Eta。该团队根据他们发现的特征预测，Object-X 很可能是一个看起来很冷的超巨星。直到最近，这颗恒星才完全被遮蔽，这表明质量损失不是恒定的（如恒星风），而是由频繁的喷发造成的。随着尘埃壳的膨胀，这颗恒星应该会重新出现在光学中，在接下来的几十年里再次变得可见。 HD 139139 也被叫做 EPIC 249706694，是位于黄道星座天秤座的一个双星系统，光谱类型分别为 G型和K型 ，大的与太阳的G2V型光谱比较接近，距离大概351光年，是天空中0.5%可以看到地球凌日的行星系统，开普勒望远镜第二次任务显示该这个双星系统存在几十个遮挡物，如果是行星那可能会超出想象。[137]它诞生距离今天只有约15亿年，不太可能这么快发展出智慧文明。如果它真的是戴森球，那么它只可能是高级文明用来较近距离观测地球的基地。 |
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HD 139139光变曲线 我们还发现了其它类似塔比星这种情况的光度突然发生大幅度下降的恒星，起码还有15个，基本上原因都能归咎于尘埃遮挡。 object-x是因为太亮了才能被我们发现，高级文明一般不会在寿命只有几百万年的o型恒星上建造戴森球。 如果距离我们200万光年以外的M33星系中的普通恒星是颗红外信号明显的戴森球，我们是很难发现的，因为红外亮度可能只有太阳的几十分之一，视星等大于36，而目前强的红外望远镜，韦伯望远镜视星等极限大概为34，哈勃望远镜为31.5，我们用目前最强的望远镜也无法在红外波段分辨出仙女星系或者M33星系中 类似太阳的恒星上建造的戴森球，需要一个比韦伯大几百倍的太空望远镜我们才能看清仙女系或者M33星系中的类太阳恒星的戴森球，而相比红外波段，可见光亮度还要暗几千倍，更加无法分辨到底是戴森球还是一个天然红外光源了。 人类目前的观测能力只能看到银河系内存在的高级外星文明，或者能影响到整个星系的外星文明。 这样的系外文明可能超出了我们对科技水平的想象，我们几乎无法分辨它们是天然的还是智慧生物所为。 杂谈 |
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最后附上一段有关星际战争的短文。 银河中曾经闪耀的星辰一颗颗坠落，无边的黑暗把电波拉长成沉默， 绝望的金属狂潮随着激昂的乐章层层迭起。 我看着星舰在猎户座旋臂燃烧， 伽马射线在星空之眼中闪耀，视死如归的勇士们奋力逃亡，只为送出人类最后的火。 发生一切都超乎我们的想象， 外面连绵的战役仿佛不绝的噩梦，将我们从这长夜中惊醒，认清现实。 我们在星际间漂泊流浪， 看着周围的一切都湮没在深邃的太空中。一如眼泪，消失在雨中。 经过长达几个月的持续加速，引擎停止轰鸣，飞船进入了静默。 此去经年，不知何时才能再返，也许是永别了吧，我贪婪得望着那越来越暗淡的一点点星光，喃喃呓语。 参考^http://www.rfreitas.com/Astro/ReproJBISJuly1980.htm^https://arxiv.org/abs/2111.05334^https://sci-hub.se/10.1016/0019-1035(73)90111-5^If the Universe Is Teeming with Aliens ... WHERE IS EVERYBODY?: Seventy-Five Solutions to the Fermi Paradox and the Problem of Extraterrestrial Life, Second Edition, Stephen Webb, foreword by Martin Rees, Heidelberg, New York, Dordrecht, London: Springer International Publishing, 2002, 2015.^Baxter, Stephen, 2001, The Planetarium Hypothesis: A Resolution of the Fermi Paradox, Journal of the British Interplanetary Society, Vol. 54, no. 5/6, pp. 210–216.^https://ntrs.nasa.gov/citations/19940022867^https://www.scientificamerican.com/article/alone-in-a-crowded-milky-way/^https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ab31a3/pdf^ Smart, John M. 2012 The Transcension Hypothesis. Acta Astronautica, V78:55-68, doi:10.1016/j.actaastro.2011.11.006. ^https://arxiv.org/abs/2009.13539^https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1982ewat.book...34B/abstract^ Livio, M.; Hollowell, D.; Weiss, A.; Truran, J. W. (27 July 1989). "The anthropic significance of the existence of an excited state of 12C". Nature. 340 (6231): 281–84. Bibcode:1989Natur.340..281L. doi:10.1038/340281a^https://web.archive.org/web/20140722210250/http://discovermagazine.com/2000/nov/cover/^https://web.archive.org/web/20100507074729/http://hanson.gmu.edu/greatfilter.html^https://arxiv.org/abs/0711.1751^https://doi.org/10.1093/mnras/sts096^https://phys.org/news/2016-04-limits-uniqueness.html^https://doi.org/10.1089%2Fast.2015.1418^https://www.nytimes.com/2016/06/12/opinion/sunday/yes-there-have-been-aliens.html^https://www.space.com/22648-drake-equation-alien-life-seager.html?cid=51463011558824^https://www.npl.washington.edu/av/altvw102.html^https://www.space.com/30335-giant-galaxies-habitable-planets.html^https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103501966175?via%3Dihub^https://arxiv.org/abs/1509.05796^https://arxiv.org/pdf/1912.01569.pdf^https://www.science.org/doi/10.1126/science.1092322^https://arxiv.org/pdf/2209.05587.pdf^https://doi.org/10.1146%2Fannurev.astro.42.053102.133950^https://www.publish.csiro.au/AS/pdf/AS02047^https://arxiv.org/pdf/2107.04153.pdf^https://arxiv.org/pdf/0909.2299.pdf^https://arxiv.org/pdf/2203.10056.pdf^https://arxiv.org/abs/1905.03605^https://arxiv.org/abs/0705.3444^https://arxiv.org/abs/2103.09201^https://arxiv.org/abs/1904.08295^https://arxiv.org/abs/1906.00201^https://arxiv.org/abs/1608.05592^https://arxiv.org/abs/1911.08431^https://arxiv.org/abs/2108.12650^https://www.cas.cn/ky/kyjz/201406/t20140603_4130748.shtml^https://arxiv.org/abs/2109.08926^https://arxiv.org/pdf/2010.05962.pdf^https://arxiv.org/pdf/1802.04360^http://curious.astro.cornell.edu/physics/55-our-solar-system/the-sun/the-sun-in-the-milky-way/207-how-often-does-the-sun-pass-through-a-spiral-arm-in-the-milky-way-intermediate^Dartnell, Lewis (2007). Life in the Universe, a Beginner's Guide. Oxford: One World.^https://arxiv.org/abs/2010.05962^https://arxiv.org/pdf/1309.4838.pdf^https://doi.org/10.1089%2Fast.2010.0555^Simon Portegies Zwart.The Formation of Solar System Analogs in Young Star Clusters. A&A 622, A69 (2019).doi:10.1051/0004-6361/201833974^https://par.nsf.gov/servlets/purl/10098003^https://arxiv.org/abs/2209.04047^https://iopscience.iop.org/article/10.1086/127489^https://www.rand.org/pubs/commercial_books/CB179-1.html^https://arxiv.org/pdf/2204.04243.pdf^Varnana. M. Kumar,T. E. Girish,Thara. N. Sathyan,Biju Longhinos,Anjana AV Panicker,Binoy. J ( 2021) Evidence for Critical Internal heat values during Significant Geophysical Transitions in the Inner Solar System Planetary bodies in association with Volcanism,General Physics,https://doi.org/10.48550/arXiv.2105.05676^Aleksey V. Smirnov, John A. Tarduno, Evgeniy V. Kulakov, Suzanne A. McEnroe, Richard K. Bono ( 2016) Palaeointensity, core thermal conductivity and the unknown age of the inner core, Geophysical Journal International, 205, 1190– 1195, https://doi.org/10.1093/gji/ggw080^ F. Nimmo and Gerald Schubert ( Eds) ( 2005) Energetics of the Core, in : Treatise on Geophysics (Second Edition) , pp 27-55, https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53802-4.00139- 1^Hsieh, WP., Goncharov, A.F., Labrosse, S. et al. (2020) Low thermal conductivity of iron-silicon alloys at Earth’s core conditions with implications for the Geodynamo. Nat Commun 11, 3332 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-17106-7^Tosi, N and Padovan,S ( 2019) Mercury, Moon and Mars : Surface expressions of mantle convection and interior evolution of stagnant-lid bodies, Preprint, arxiv: 1912.05207 [astroph.EP].^Tim Van Hoolst, Lena Noack & Attilio Rivoldini (2019) Exoplanet interiors and habitability, Advances in Physics: X, 4:1, DOI: 10.1080/23746149.2019.1630316^https://arxiv.org/abs/2211.01800^https://arxiv.org/pdf/2102.02362^https://sci-hub.se/10.1016/0019-1035(79)90141-6^https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-4527/20/7/99/pdf^https://iopscience.iop.org/article/10.3847/0004-637X/827/2/120^https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/2016GL072335^https://arxiv.org/abs/1902.04720^https://arxiv.org/abs/2011.03985^https://arxiv.org/abs/1002.4877^https://arxiv.org/abs/1511.06008^https://arxiv.org/abs/1712.10060^https://arxiv.org/abs/1805.00283^https://arxiv.org/pdf/2208.04439.pdf^https://doi.org/10.1007%2Fs00114-009-0602-1^http://www.psrd.hawaii.edu/Aug06/cataclysmDynamics.html^http://www.eurekalert.org/pub_releases/2006-07/uoc--uss072006.php^https://arxiv.org/pdf/2202.01352^https://doi.org/10.1038%2Fs41550-019-0779-y^https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6476314/^https://arxiv.org/abs/1511.03663^https://arxiv.org/pdf/1105.4616.pdf^https://www.nature.com/articles/377203a0^https://cosmosmagazine.com/science/ancient-lava-reveals-secrets-of-earths-magnetic-field-cycle/^https://arxiv.org/abs/1907.05519^https://arxiv.org/abs/1806.08799^https://arxiv.org/abs/2211.09473^https://arxiv.org/abs/1902.04026^https://doi.org/10.1038%2Fnchem.2202^https://www.liebertpub.com/doi/pdf/10.1089/ast.2019.2045^https://doi.org/10.1073%2Fpnas.95.12.6854^https://sci-hub.se/10.1038/nrmicro1253^https://sci-hub.se/10.3390/life2010170^https://www.nature.com/articles/nature09014^https://www.nature.com/articles/nmicrobiol2016116^https://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12915-020-00800-9^https://doi.org/10.1093%2Fbioinformatics%2Fbty1000^https://journals.plos.org/plosgenetics/article/file?id=10.1371/journal.pgen.1007518&type=printable^https://journals.plos.org/plosgenetics/article/file?id=10.1371/journal.pgen.1007518&type=printable^https://doi.org/10.1073%2Fpnas.1117774109^https://doi.org/10.1038%2Fnchem.2202^https://doi.org/10.1038%2Fs41467-022-29113-x^https://arxiv.org/abs/1901.08542^https://sci-hub.se/10.1126/science.aax2747^https://arxiv.org/abs/2201.00829^https://arxiv.org/abs/2205.01193^https://arxiv.org/pdf/2210.13995.pdf^https://www.nature.com/articles/nature21377^https://www.nytimes.com/2017/03/01/science/earths-oldest-bacteria-fossils.html^https://www.nature.com/articles/s41559-018-0644-x^https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0079610718300798^https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5770164/^Alexei A. Sharov , Richard Gordon.Habitability of the Universe before Earth: Astrobiology: Exploring Life on Earth and Beyond (series) (Volume 1) (Astrobiology Exploring Life on Earth and Beyond, Volume 1) 第 1 版.[M].2017.Academic Press.ISBN:978-0128119402^https://doi.org/10.48550/arXiv.1304.3381^https://sci-hub.se/10.1038/nchem.1781^Scott, C.; Lyons, T. W.; Bekker, A.; Shen, Y.; Poulton, S. W.; Chu, X.; Anbar, A. D. (2008)."Tracing the stepwise oxygenation of the Proterozoic ocean".Nature.452(7186): 456–460.doi:10.1038/nature06811^Dirk Schulze-Makuch， William Bains (2017)。The Cosmic Zoo Complex Life on Many Worlds。第 201-206 页。ISBN: 978-3-319-62045-9.^Barrow, John D.; Tipler, Frank J. (1986). The Anthropic Cosmological Principle (1st ed.). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-282147-8. LCCN 87028148.^https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6856725/#!po=18.1481^https://doi.org/10.1111/j.1472-4669.2009.00188.x^https://doi.org/10.1073%2Fpnas.1312778110^NICHOLAS J. BUTTERFIELD(2006).MACROEVOLUTION AND MACROECOLOGY THROUGH DEEP TIME.Palaeontology, Vol. 50, Part 1, 2007, pp. 41–55.doi:10.1111/j.1475-4983.2006.00613.x^https://iopscience.iop.org/article/10.1086/428108/pdf^https://arxiv.org/abs/2203.10116^Maccone, C. New Evo-SETI results about Civilizations and Molecular Clock. Int. J. Astrobiol. 2017, 16, 40–59^Maccone, C. (2008). The Statistical Drake Equation. In paper #IAC-08- A4.1.4 presented on October 1st, 2008, at the 59th International Astronautical Congress (IAC) held in Glasgow, Scotland, UK, 29 September–3 October, 2008.^ A. V. Markov, A. V. Korotayev (2008).Hyperbolic growth of marine and continental biodiversity through the Phanerozoic and community evolution. Journal of General Biology :175–194.^https://doi.org/10.1088%2F0004-637X%2F723%2F1%2F54^https://arxiv.org/pdf/0906.2805.pdf^https://spaceref.com/press-release/cut-from-different-cloth-vlt-shows-milky-ways-neighbouring-galaxies-have-different-history/^https://iopscience.iop.org/article/10.1086/516727^https://arxiv.org/abs/2212.09127^https://doi.org/10.1038%2F513041a^https://doi.org/10.1089%2Fast.2019.2161^https://doi.org/10.3847%2F1538-4357%2Fabdd33^https://www.researchgate.net/publication/258258472_OBJECT_X_THE_BRIGHTEST_MID-INFRARED_POINT_SOURCE_IN_M33^https://doi.org/10.1093/mnras/stz1772 |
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的确，从概率角度看，只要宇宙够庞大，就一定会有其他文明星球出现。 但这个理论，忽略了一个重要的变量——时间。 宇宙有150亿年历史，其中地球的历史是46亿年，3.2亿年前，合弓纲动物开始出现，300万年前，古猿开始分化，大约4-5万年前，现代智人出现，而人类的文明史只有不到一万年； 这是什么概念呢？也就是说，任何微小的变动，都可能导致文明出现的时间提前或者推后很多年； 我们打个比方 假设6500万年前，那颗小行星没有撞击地球，会怎么样？ 可能性一、恐龙没有灭绝，其中的一支伤齿龙，逐步进化，产生了文明。这个文明可能在2500万年前形成。形成之后，哺乳类动物失去了主宰地球的机会。 可能性二、恐龙没有灭绝，也没有进化出文明。哺乳动物开始壮大。但由于恐龙势力强大，哺乳动物直到2500万年以后，才逐步抢占了恐龙的生态位，并进化出文明； 可能性三、由于没有大灭绝，地球的物种演化在缓慢进行，合弓纲和蜥形纲相互竞争，但始终没有文明产生。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 现在我们来看文明诞生，一颗小行星，就可能导致地球文明出现的时间提前或推后几千万年。在宇宙维度，任何微小的变动，都可能使文明的演化发生巨大的变化；这意味着什么呢？ 宇宙中很可能存在其他的文明，但是： 当他们的文明诞生的时候，地球可能还未出现； 当他们文明毁灭的时候，地球可能还被恐龙统治； 也可能是： 当人类开始使用火焰时，他们的星球还只有单细胞生物 当人类的文明彻底毁灭了几亿年以后，他们的文明才刚刚起步； |
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“哦，真是操蛋！隔壁星系的杂波怎么就这么烦，好不容易才能看见斯卡特队进了决赛！结果就这么被杂波干扰破坏掉了！”名叫詹姆斯周的，头顶长着两只如同蜗牛触角一般的眼睛的他一边用触角使劲拍着酒吧里唯一的显像管电视机，一半抱怨道。但是很明显的，遍行宇宙的四十五度斜向敲击修理法此时对于这些宇宙杂波没有半点作用，“那帮河卫二的脑残就这么堂而皇之的置《宇宙空间电波通讯法案》于不顾吗！混蛋！” 事实上，詹姆斯周并不是他原本的名字，因为很明显的这是个明显的地球人风格的姓名，而他则很显而易见的是来自河卫三X1788的软体生物。 “事实上，你现在收到的宇宙杂波，是他们三十年前播放的。那个时候你嘴里的破法案还没颁布呢。”詹姆斯周身边的螳螂人说道。 正如他的名称一样，那家伙有着大大的进化成刀翼的前肢，就如同地球上的螳螂一样。他们原本称自己为金壳人，但后来地球人对他们有了新的称呼之后，螳螂人便成了他们的官方称呼。这在整个宇宙中都属于极为少见的，独特的荣耀。 “有时候想想还真是羡慕远古时期，那个年代的宇宙空间一定很安静吧！” “谁知道呢？毕竟除了少数幸运的文明，谁又能体验到那个田园时代？”詹姆斯周的螳螂人朋友说道。 “是啊，真好啊……电视转播不会被宇宙空间里肆意乱窜的杂波影响到的年代。”詹姆斯周说着看了看昏暗的酒吧里坐在角落中的那个生物，“就好像地球人一样。” 酒吧的吧台里提供着一种以乙醇为主要成分的饮品，詹姆斯周毫不客气的给自己来了一杯。事实上他并不怎么喜欢这种东西，但那毕竟是地球人最爱的饮品之一，所以他也会试着去接受它。只是无法吸收乙醇的他，不论如何也搞不明白，这种独特的地球人喝下之后就会变得奇怪起来的东西到底有什么样的吸引力。 “说起地球人，那个角落里不就有一个吗？”螳螂人指着角落里的那个生物说道，“我在书上看到过，那个绝对是地球人没错吧！你这么憧憬地球文明，就不上去搭个话？” 詹姆斯周吧两只触角眼睛转过到身后，看了看那个角落，那确实是个少见的地球人没错。在朋友的怂恿下他有些意动，却还是克制住了：“还是算了吧，毕竟《地球人保护法案》里明文规定过，敢于伤害地球人的生物很有可能会导致整个文明受到惩罚……” “可你又没有想要伤害他对吗？”螳螂人把自己的两只大镰刀做出交叉的姿态说道——这在他们的文明中是高兴的意思。然后不等詹姆斯周反应过来，他便对着角落里的地球人挥了挥大镰刀，“嗨，伙计……哦不，我是说，尊贵的地球人，可以的话，我的朋友詹姆斯周想要请你喝一杯。” 角落里的那个人稍微迟疑了片刻，却还是缓步走了过来。这是一个雄性地球人，他有着哺乳生物特有的柔性外皮和毛发，以及一双特征鲜明的黑色眼睛。 “詹姆斯周？听起来就像是个地球人的名字。” 开口说的，是比詹姆斯周更标准的地球联邦语。 “哦，当然，这家伙对地球可是喜欢的不得了！”螳螂人说道，“我怎么称呼您，尊贵的地球人？” “孙宏，我叫孙宏。” “哦天哪！”詹姆斯周惊讶地摇晃起他的两只触角，“这个姓氏！难道说，您就是来自就算是在地球人中也尊贵显赫的五大部族之一的华夏部族？” 詹姆斯周的惊讶让孙宏有些意外：“你对地球文明很了解？” “哦当然！我熟读过地球文明史，就算是对地球部族之间也有了解！”詹姆斯周抖动着自己的触角激动的说道，“你们华夏部族的文明照彻寰宇！” “哦，谢谢。” “不过说起来我们很好奇，先生……”螳螂人迟疑了片刻，确认自己这个词没有用错，然后才继续说道，“刚才我们讨论到地球远古时期的田园时代。” “哦？你们想知道些什么？” “在那个田园时代里，你们作为第一支走向宇宙的文明，一定很幸福吧？” 孙宏喝了一口本地特产的甜啤酒，然后皱了皱眉——詹姆斯周明白，这是地球人表示厌烦，或者疑惑的表情。 但愿他不是感到厌烦。 “你为什么会这么认为？”孙宏反问道。 “这很显而易见不是吗？领先所有的文明第一个步入太空，宛如群星间的先行者与领导者！如此巨大的成就感难道不足以让你们体会到幸福吗？” 孙宏听着，脸上露出了古怪的笑容。 “事实上……也许你不信，但当初的我们所感受到的，却只有恐惧。” 螳螂人和詹姆斯周一样的，露出了惊疑的样子。 “与书上记载的不同，我们第一支飞出母系的舰队，其实是一支战列舰队。它上面甚至搭载了光粒和殖民球……它不仅是一支灭国舰队，还是一支在关键时刻可以承载整个文明传承的流浪方舟。” “哦天哪，你们究竟在面对着什么？！”螳螂人惊呼道，“据我所知，光粒这种武器甚至可以直接消灭一个文明！它们到现在都是宇宙中极少数文明才掌握的战略武器！可你们却……感受到恐惧？你们在恐惧什么？” “事实上，我们也不知道。”孙宏耸耸肩膀。 螳螂人和詹姆斯周的样子一下子变得难以理解起来。 “因为那时的宇宙相比于现在看起来……”孙宏犹豫了一下用词，然后才说道，“很反常。” “很反常？”詹姆斯周十分激动的摇晃着触角，“宇宙安安静静，没有杂波，也没有肆意乱窜的海盗和幽灵飞船，整片宇宙如同一片处女地一样等待着开发，难道不好吗？” “当然好了！”孙宏肯定了詹姆斯周的说法，“可是……很奇怪。” 孙宏又喝了一口甜啤酒，才说道：“当时的我们还没有光速补偿技术，所以在宇宙膨胀的环境下探测对外半径被限制在138亿光年以内，而这138亿光年里，百兆颗恒星！我们发向宇宙的任何问候都如同石沉大海一样，没有任何应答！这真的是一件十分惊悚的事情！这片宇宙对当时的我们而言……太安静了！安静得过了头。” “这有什么好奇怪的？”詹姆斯周疑惑道，“别说银河系内了，就连除你们之外最发达的克鲁特人那个年代里都才刚学会用火呢！你们发出的电子广播没有人回应不是很正常的事吗？” “可我们并不知道。”孙宏摇头说道，“所以这件事在我们看来就显得十分诡异了。” “你设身处地的想一想，一个刚走出摇篮，步履蹒跚的文明，宛如一个婴儿一样脆弱不堪。可他友好的对这个世界说你好的时候，这个世界回应给他的只有死一般的沉默……” 詹姆斯周和螳螂人沉默着，稍微有点理解孙宏的意思了。 “看来先行者遇见的困惑不是我等可以轻易体会的呢，你们当时一定很疑惑吧？” “没错。”孙宏点头认可了螳螂人的感叹，继续说道，“诡异的场景让我们都慌了神。要知道按照统计学来说，可视宇宙半径内，百兆个星系，不论生命诞生的概率有多小，在如此庞大的样本之下也都必然会出现的。那么到底是什么，导致了理应出现的璀璨如繁星一般的宇宙文明都诡异的保持了高度一致的沉默呢？” “可这不合理！”詹姆斯周呼喊道，“难道你们真的就没想过自己是全宇宙第一个走出母星的文明吗？毕竟你们第一个叫作加加林的个体飞向宇宙空间都还是宇宙历第140个宇宙纪年，距今已经又过去32个宇宙纪年，已经是极度遥远的过去了！到就算以你们当时的科技水准来说，考证出你们所处的宇宙发展阶段是最早能够诞生生命的时间段也完全不是问题才对。” 孙宏对詹姆斯周竖起了大拇指：“是的，你找到了问题所在。可问题是，你所说的所谓最早，也是宇宙尺度上的最早。对于一个文明而言，这个时间也太久了，一个宇宙纪年可相当于一亿个地球年啊！你知道吗，当时我们是这么看的——如果说我们需要再发展数百万年才能跨越银河系来到其他文明的家门口，那么只要有另一个比我们早诞生百万年的文明就理应可以提前找到我们。而区区百万年的时光，对于宇宙而言却只是转瞬即逝。这漫天繁星，无数文明，你如何就敢自傲的肯定自己是第一呢？” 面对孙宏的反问，詹姆斯周沉默了。 “那是我们能做的唯一的事情，就是在弄清情况之前，藏好自己！”孙宏笑了出来，似乎回想到了那个荒唐的时期，“甚至于，我们中的有些人提出了所谓的黑森理论，来解释我们所面对的诡异景象。” “黑森理论？” “没错，具体而言就是——每个文明都是行走在黑暗的森林里的猎人，你不确定你什么时候会发现另一个，你不确定他会不会先一步攻击你，你甚至不确定他是不是比你强大或者是已经发觉你的存在了。所以你唯一能做的就只有开枪！在这样的背景下，任何文明唯一的选择就只有藏好自己，清理敌人！” “哦天呐，这太荒唐了。”詹姆斯周摇着触角说道，“要知道我们的种族刚刚制作出第一台收音机的时候就收到了来自亿万光年外的问候。说实在的，我很难想象你们的年代。” “谁说不是呢？可事实证明，谨慎一点的文明才更有可能存活下来。我们向来爱好和平，却依旧以最大的恶意来揣测宇宙的前景。所以我们给自己的舰队加装了最强大的武备，最坚固的防御，亦步亦趋的探索着未知的领域。没有任何先行者能够为我们答疑解惑，因为我们就是先行者。” “不过幸好，也许只是当初发现第一个外星文明的我们努力克制住了开枪的想法而已，我们的宇宙到现在并没有变成黑暗的森林。这究竟是何等的幸运……” 螳螂人在一旁静静地听着，突然觉得自己的口器有点发干：“……是啊，对我们而言是何等的幸运。” 詹姆斯周也感到有些迷糊，看了看酒吧吧台上只有噪点的显像管电视机，心中满是庆幸。他突然觉得，这些噪点是多么的让人感到幸福，因为它证明了自己决不是那样的孤独，也不必为莫名奇妙的场景与空气对峙数百万年。 那些噪点，一时间里竟然比斯卡特队赢得决赛的消息更令人备受安心。 也许，现在的宇宙才是真正的“田园时代”吧？ |
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我一直有一个细思恐极的猜想，宇宙可能比黑暗森林更加黑暗，你们听听看。 “人类是宇宙中最高等的文明”这个假说其实是在回答费米悖论。 刘慈欣的黑暗森林假说也在回答费米悖论。 费米悖论讲的就是我们为什么没有观测到外星文明存在的可靠证据？ 银河系有大约2500亿颗恒星，相当比例具有自己的行星系统，如果我们不认为地球有独一无二之处，那么仅银河系就应该有相当大数量的外星文明存在，宇宙中自然更多。 考虑到资源的稀缺性，外星文明很可能通过殖民或者探索的方式，寻找新的资源。 宇宙已经诞生了137亿年，可我们至今没有观测到任何智慧生命可靠的证据。 是因为距离太过遥远么？可是即使是以人类目前的技术进行宇宙航行，也只需要几千万年的时间就可以穿行一个星系，这在宇宙尺度上其实是相当短的时间。 所以那些理应比人类更古老、更强大、更高级的文明都在哪里呢？ 因此费米认为，我们对智慧生命一般行为的理解是有误的，可究竟哪里有误，他也说不上来。 认为地球最特殊、人类最高等算是一种解释，但是总归有点自恋在里面，统计学上也不太站得住脚。 黑暗森林假说也很有意思，说的是大家都藏起来了，有可能成立，但藏这件事跟文明的扩张和探索多少也有点冲突。 我认为很可能的真相是，科技文明注定毁灭，且存在时间在宇宙尺度上非常短，比如不超过一千年（人类进入科技文明也就二百年来吧）。 那宇宙的真实图景就是一个个的科技文明的火苗刚刚开始燃烧，光芒未及散发就骤然熄灭，漫长的宇宙时间里或许有许多火苗出现，但因为存在的时间过短而彼此错过。 费米悖论得到完美的解释。 这个猜想我自己也感觉有点害怕，因为个别文明的毁灭或许是因为彗星撞击之类的外部灾难，但如果所有的科技文明都难逃宿命则意味着，科技文明本身就具有某种内生的、毁灭性的、不可调和的矛盾，且必然性的导致文明毁灭。 也就是说，科技文明不过是宇宙偶然的特殊产物，本身就带着畸形和癌变，很多次出现，但都快速消亡。 想想我们地球上的两次世界大战、古巴导弹危机、俄乌冲突、人工智能，也许这不是个猜想吧。 |
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