零距離科學︰我們能否接觸外星文明?重訪德雷克公式

零距離科學︰我們能否接觸外星文明?重訪德雷克公式
Photo Credit: Kimberly White / Reuters / 達志影像
我們想讓你知道的是

德雷克公式計算的,是在銀河系中可能和我們通訊的文明的數量,試想想,銀河系的直徑達十萬光年,如果我們和另一個符合條件的文明各自在銀河系的一端,兩個文明要存在多久才能遇上對方?

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文:馬學綸(香港中文大學微生物學系博士)
圖:香港電台

1962年,天文學家法蘭克·德雷克(Frank Drake,見封面圖片)在搜尋地外文明計劃(SETI)的第一個科學會議上,提出了著名的德雷克公式(Drake equation):

N = R*fpneflfifcL

N代表在我們的銀河系內,有可能和我們(以無線電形式)通訊的文明的數量,隨著代入不同數字,公式的答案可以由數個至數千萬個。當時除了R* ——即是銀河系中類似太陽質量的恆星的形成速率(設定為10)——其餘6個變量都是未知的,所以這些年來,德雷克公式的象徵意義比實際意義大。

直到近年,美國太空總署在探索地外行星的開普勒任務(Kepler Mission)中發現,每一顆被觀測的恆星都至少擁有一顆行星(fp=1),而當中有百份之二十的行星在適居帶中(ne=0.2),令科學界對N的數值重新產生興趣。然而,剩下的四個變量︰

  • fl——行星上出現生命的可能性;
  • fi ——出現高智慧生命的可能性;
  • fc ——該高智慧生命發展出(無線電)通訊的可能性;
  • L——該文明的預期壽命;

已經離開了天文學的範疇,開始踏入生物學的領域。

寒武紀大爆發

現代科學家的共識是,生命是在3.8億年前第一次在地球上出現(之前如有出現過也沒有留下可觀測到的痕跡)。然而,這些生物的形式非常簡單,當中不少是單細胞生物,即使偶有大型生物,都只是在原地生長,順著海流,軟棉棉的樣子,很少能成為化石,所以到目前為止,科學家對這個時期的生物認識不多。

這情況一路如是直到寒武紀時期(Cambrian period),物種開始演化出堅硬的外骨骼,能夠離開原地,甚至能夠攻擊其他生物來穫取有機分子,不用自己花費能源生產,於是,生物們開始了「有機分子爭奪戰」,在很短的地質時間內,生物間出現了各種「軍備競賽」,演化出如眼睛、尖刺、利鉗、護甲等,方便去吃和避免被吃。這些生物的化石就像在地層中突然出現,科學家稱這次生命演化史上的重大事件為寒武紀大爆發(Cambrian Explosion)。

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在位於加拿大的伯克斯頁岩(Burgress Shale)中,埋藏著寒武紀海洋中的古生物群化石,這些生物擁有以往的生物沒有的眼睛、硬骨骼、腸道,甚至腦部,這次演化史上的事件被稱為寒武紀大爆發。

不過,事情也不是就此完結。試想想,如果你是一隻生活於寒武紀海洋中的生物,而你有充裕的資源,面對捕獵者的威脅,你會一直加厚自己的護甲,而放棄移動速度嗎?還是會把護甲偷薄,以敏捷取勝?或是你想到發展其他「裝備」,例如在背部加一排尖刺?我們討論的,正是各種生物的各個演化可能性。現代科學相信這不是生物自己能控制,而是隨機出現,再經由環境篩選,即是「沒死是你走運,快去生孩子」。這也是為甚麼有科學家把寒武紀的海洋稱為戰場。

一種生物要演化成高智慧文明,無論是在地球還是像地球的外行星,這一關也是要過的,而法則相信也很類似,目的是站上生物鏈的頂峰,盡一切所能增加自己種類的數目。

大滅絕事件

當你的物種已「裝備」到是「你吃人」多於「人吃你」,族群也有一定的個體數量, 但也不代表你的物種能繼續演化,發展出高智慧文明,特別是當你生存的環境已有其他主宰物種。試想想,在早已塞滿平房的土地上,也不可能興建摩天大樓吧。於是,到最後還是要靠運氣。

地球的生命演化史上發生過五次大滅絕事件,每次都是在短暫的地質時間內,包括陸地和海洋,包含多個分類,有超過八至九成的物種消失。五次大滅絕事件中最嚴重的一次,是發生在2.5億年前的「二疊紀—三疊紀滅絕事件」(Permian–Triassic extinction event),當中有百分之七十的陸生脊椎動物消失。

隨著地球的生態回復,原本體型相對細小的爬蟲類分支把握了機會加以演化和繁衍,由此開始了長達1.2億年的恐龍稱霸時代。 所以,這些大滅絕事件往往就是本來屈居在主宰物種之下的生物「翻盤」的機會。

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白堊紀-第三紀滅絕事件發生後,大部份陸生動物——包括恐龍——都在巨型天體撞擊後的三至六個月內死亡。

其中最出名的一次相信大家都聽過,就是6,600萬年前發生的「白堊紀-第三紀滅絕事件」(Cretaceous–Tertiary extinction event),科學界的共識是由於一塊至少有十公里大的天體撞落現在的墨西哥海灣後的一連串生態災難而引發的,令全球的恐龍幾乎全滅的事件。在這次的大滅絕中「翻盤」的正是小型哺乳動物分支,包括我們人類的祖先。

天文學與生物學以外

我們能在這裡說故事,證明我們的祖先成功撐過之後的六千多萬年,形成了一個充滿好奇心,能尋找自己的過去,展望未來的文明。不過,這樣的文明不一定會研發無線電,也不一定會對其他文明有興趣,像是古埃及文明,相信沒有人會否定她身為高智慧文明地位,但她由興起到滅亡這三千年的歲月裡,幾乎沒有留下發展過無線電的記錄。fc ——一個高智慧生命發展出(無線電)通訊的可能性——跟文明的先進程度可以是沒有關係的。

你或許會覺得古埃及文明只是滅亡得太早,再給她幾千年,發展出無線電通訊,甚至是更有效率的方式和外星文明溝通都是遲早的事。也或許,再給我們幾千年,我們就能研發出以光速飛行的太空船,在各個外行星上建立基地,讓太空人作長途太空航行仍保持健康,問題是,誰能擔保,我們會有之後的幾千年?

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參與搜尋地外文明計劃(SETI)的科學家相信,如果一個外星文明能發展科技,就能進行無線電通訊,而且人類能在地球上運用我們的科技探測得到。

L,德雷克公式中最後一個變量,一個文明的預期壽命,隱含著一個非常悲觀的可能性,或許一個高度發展的文明,在發展出無線電通訊的同時,其實也是在走上自我滅亡之路,就像現在的我們,在自找的氣候變化中,你有信心我們的後代在二百年後仍安好嗎?

德雷克公式計算的,是在銀河系中可能和我們通訊的文明的數量,試想想,銀河系的直徑達十萬光年,如果我們和另一個符合條件的文明各自在銀河系的一端,兩個文明要存在多久才能遇上對方?如果把銀河系裡的文明想像成掛在聖誕樹上,一閃一閃的小燈泡,兩個小燈泡要同時點亮,距離又要夠近,還要在對方未熄滅時到達對方的位置,你會把L定為多少?

法蘭克·德雷克一開始提出德雷克公式的時候,不是要找出一個確切的答案,而是要指出能用無線電跟地外文明接觸的可能性有多大,時至今日,隨著我們對地外行星和文明的形式的進一步了解,德雷克公式被冠上了更多意義,讓我們更了解我們從何而來。

節目簡介︰

《零距離科學》集合世界各地有趣的科學紀錄片,網羅與大眾息息相關的科學資訊,啟發觀眾的好奇心和求知慾,節目逢星期五晚9時30分在港台電視31及31A播映。本集「太空任務:接觸」於8月9日播出。港台網站tv.rthk.hk及流動程式RTHK Screen視像直播及提供節目重溫。節目網站︰www.rthk.hk/tv/dtt31/programme/sciencewithyou

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責任編輯︰鄭家榆
核稿編輯︰歐嘉俊

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