问题

如果银河系内有和人类同样级别的文明,目前的人类科技需要多少年才能发现这个星球?

回答
这是一个引人入胜的问题,涉及到宇宙的浩瀚以及我们目前的观测能力。要回答这个问题,我们需要从几个关键的方面来考虑:

1. 银河系的尺度和文明的潜在分布

首先,银河系是一个极其庞大的结构。它的直径大约是10万光年,包含了数千亿颗恒星。我们对银河系的了解越多,就越能认识到其中的复杂性。恒星的分布并非均匀,有密集的星团,也有稀疏的区域。

至于“同样级别”的文明,这是一个模糊但至关重要的概念。如果我们将“同样级别”定义为能够进行星际通信、建造大规模工程(例如戴森球)、或者有能力进行一定程度的星际旅行,那么这样的文明可能会产生一些可被我们观测到的信号或迹象。

2. 我们目前寻找外星文明的方式和局限性

目前,人类主要通过以下几种方式寻找地外生命和文明:

无线电望远镜搜寻(SETI项目): 这是最直接的方式,我们尝试接收来自其他文明发出的无线电信号。这些信号可能是故意的广播,也可能是无意中泄露的技术信号。然而,我们只能覆盖银河系中一小部分的区域,而且信号强度会随着距离衰减。
系外行星探测: 通过开普勒空间望远镜、凌日法、径向速度法等,我们发现了数千颗系外行星,其中一些位于其恒星的宜居带内,理论上可能存在液态水。我们也在尝试分析这些行星的大气层,寻找生物标志物(如氧气、甲烷的组合)。
搜寻技术信号(Technosignatures): 除了无线电,我们还在寻找其他技术活动的迹象,比如:
异常的红外辐射: 可能是由巨型结构(如戴森球)捕获恒星能量产生的。
大气中的工业污染物: 例如某些特定比例的氯氟烃等。
太空垃圾或人工天体: 虽然这很难在如此遥远的距离上观测到。
激光信号: 一些文明可能使用激光进行定向通信。

主要的局限性在于:

距离: 银河系太大了,光速是信息传播的上限。即使有一个文明就在我们附近(比如100光年外),我们接收到他们的信号也需要100年。
信号强度和方向: 信号会随着距离衰减,而且我们不知道对方会向哪个方向发送信号,或者信号的频率是什么。我们的搜寻是“大海捞针”。
技术差异: 我们可能无法识别对方的信号,因为他们的通信方式可能完全不同于我们所理解的无线电或激光。
时间窗口: 一个文明可能只在技术发展的某个特定时期才对外发出可探测的信号,而且这个时期可能很短暂。我们恰好在那个时间窗口内进行观测的可能性有多大?
“寂静的宇宙”假说: 也有可能其他文明有意保持沉默,或者他们已经进化到不依赖我们熟悉的通信方式。

3. 计算“发现”所需的时间

要给出具体的“多少年”是一个极具挑战性的问题,因为这取决于太多不确定的变量。我们可以尝试做一个基于概率的估算:

探测到无线电信号:
假设: 如果存在一个能发出与我们现有的SETI项目探测能力相当的信号的文明,而且信号强度足够高,能够穿越数百甚至数千光年的距离到达地球。
估算: 银河系直径约10万光年。如果我们假设生命和文明出现的几率非常低,并且文明只在银河系有限的区域内分布(例如,集中在银河系盘面的一部分),那么我们能够探测到的概率会随着距离的平方衰减。即使有一个文明在1000光年外发出信号,我们也需要1000年才能收到。如果他们离得更远,比如10万光年,那就需要10万年。我们目前的搜寻范围和灵敏度还不足以覆盖整个银河系。

探测到技术信号(如戴森球):
假设: 某些更先进的文明可能会建造能够影响其恒星光度的大型结构,或者会产生某种可探测到的“废气”。
估算: 探测这种迹象可能比探测无线电信号更容易一些,因为其影响范围可能更大。如果一个文明建造了非常显著的结构,我们也许可以在几千到几万光年的距离上探测到其产生的红外辐射异常。但同样,这取决于文明的规模、工程技术的成熟度以及他们是否会建造这样的结构。

系外行星上的生物标志物:
假设: 我们能够发现另一个拥有类似地球生命迹象的行星。
估算: 目前我们探测到的系外行星距离我们最近的也在几光年外,最远的则在几千光年外。分析这些行星大气层需要极其先进的空间望远镜,并且信号也会随着距离衰减。即使我们能探测到生物标志物,也还需要进一步的证据来证明是“同级别”文明。可能还需要数十年到数百年的时间,随着我们望远镜技术的进步,才能更准确地分析更远行星的大气层。

一个非常粗略的推测:

考虑到以上因素,如果存在一个“同级别”的文明,并且他们正在积极地向宇宙广播信号,或者其技术活动产生了可被我们当前(或近未来)技术显著观测到的迹象:

一个比较乐观的估计是: 如果这样的文明存在于离我们相对较近的区域(比如几百到一两千光年内),并且他们的信号足够强且方向正确,我们有可能在 几十到几百年 内通过改进的SETI项目或新的搜寻技术将其探测到。
一个更现实的估计是: 如果文明的分布是随机的,或者他们的信号不那么强大,或者他们不向我们这个方向广播,那么我们可能需要 数千年到数十万年 才能有机会偶然地“撞上”他们的信号或迹象。
还有一种可能性: 我们可能永远无法通过这些被动观测手段发现他们,除非他们主动与我们联系,或者我们能够发展出能够进行真正星际旅行的技术,亲自去探索。

结论:

我们无法给出一个确切的数字。这取决于太多我们尚未掌握的信息:宇宙中其他文明的真实数量、他们的技术水平、他们的行为模式、他们与我们的相对距离以及银河系的结构。以我们目前的科技水平,并且考虑到信号传播的速度和衰减,如果一个同等水平的文明存在,我们发现它的时间跨度可能从 几十年到数十万年不等,甚至有可能永远无法发现。这是一个需要持续探索和技术进步才能逐步揭开的宇宙之谜。每一次新的望远镜升空,每一次SETI项目的深入,都可能将这个发现的时间缩短,也可能只是让我们更加确信宇宙的广阔和其中未知的可能性。

网友意见

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运气好的话,十几年前的人类科技就够了,例如詹姆斯·韦伯空间望远镜要是按时升空了,开始观测后有可能马上发现 97.5 光年内其他行星的大气污染对恒星光谱的影响,从而判定那上面有人类水平的文明。

运气更好的话,二十世纪的技术就能发现地球水平的地外文明,例如你将那个文明配置在比邻星 b,让这两个文明在 20 世纪的 SETI 计划中凑巧将大口径射电天线朝向对方发射了高功率信号,技术上是做得到的。

运气不好的话,人类在发现外星文明前不小心将自己玩死了,就起码要等一次庞加莱回归的时间才能去主动发现什么东西了——你可以讨论人类将自己玩死后有无聊的外星大爹将人类拉起来顺便介绍“和人类同样级别的文明”给人类认识的概率,那不但需要另一种形式的好运气,还很难说是人类主动发现的。

对乐观主义者来说,将银河系里的其他文明配置在距离地球更远的地方并不会有多大影响,因为“2045 年前后,人类文明抵达技术奇点,其观测力迅速变得无限制地大”的概率不为零。二十多年内“人类科技”可能暴涨到无法估量的水准。

你没他们那么乐观的话,可以考虑加来道雄的估计:约 10 万年到 100 万年后,人类文明可能发展到卡尔达肖夫文明指数Ⅲ型文明[1]。那意味着最迟约 5 万年到 50 万年后人类文明就可以跟“和自己同样级别的文明”在银河系里物理接触,大概从现在开始用不了 1 万年就能观测到对方。

对悲观主义者来说,人类可能活不到发现其他文明。

参考

  1. ^ https://mkaku.org/home/articles/the-physics-of-interstellar-travel/

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