新理論表明文明如何像野火一樣在太空中傳播

這尋找外星智慧（SETI）一直受到不確定性的困擾。以一個(gè)可居住的行星（地球）和一個(gè)技術(shù)先進(jìn)的文明（人類）為例，科學(xué)家們?nèi)匀痪窒抻诶碚摶渌悄苌问娇赡茉谀睦铮ㄒ约八鼈兛赡茏鍪裁矗?/p>

六十年后，費(fèi)米的著名問題（“每個(gè)人都在哪里？”）的答案仍然沒有答案。

從好的方面來說，這為我們提供了許多機(jī)會(huì)來假設(shè)未來觀測可以測試的可能位置、活動(dòng)和技術(shù)特征。

一種可能性是，文明的發(fā)展受到物理定律和行星環(huán)境承載能力的限制。滲流理論假說.

在最近的一項(xiàng)研究中，菲律賓洛斯巴諾斯大學(xué)的一個(gè)研究小組超越了傳統(tǒng)的滲透理論，考慮了文明如何在三種不同類型的宇宙（靜態(tài)，暗能量主導(dǎo)和物質(zhì)主導(dǎo)）中生長。他們的結(jié)果表明，根據(jù)框架的不同，智能生命在宇宙中居住的時(shí)間是有限的，并且很可能呈指數(shù)級(jí)增長。

該研究由Allan L. Alinea和Cedrix Jake C. Jadrin進(jìn)行，他是物理學(xué)助理教授和教學(xué)助理。數(shù)學(xué)科學(xué)與物理研究所在菲律賓洛斯巴諾斯大學(xué)。他們論文的預(yù)印本，”“文明”在均勻各向同性宇宙中的滲透“最近出現(xiàn)在網(wǎng)上。

在他們的研究中，該團(tuán)隊(duì)考慮了如何用物流增長函數(shù)（LGF），當(dāng)人口規(guī)模接近當(dāng)?shù)刭Y源限制（又稱承載能力）所施加的最大值時(shí)，人口的人均增長率會(huì)變小。

滲流理論

簡而言之，滲透理論描述了當(dāng)節(jié)點(diǎn)或鏈接被刪除時(shí)網(wǎng)絡(luò)的行為，其中它們將分解為更小的連接集群。

該理論的第一個(gè)已知實(shí)例被應(yīng)用于費(fèi)米悖論也許是由卡爾·薩根和威廉·I·紐曼在1981年制作的。在一篇題為”銀河文明：人口動(dòng)態(tài)和星際擴(kuò)散“他們認(rèn)為，人類沒有遇到外星文明（ETCs）的原因是因?yàn)樾请H探索和定居不是線性現(xiàn)象。

與哈特-蒂普勒猜想薩根和紐曼認(rèn)為，先進(jìn)的ETCs早就殖民了我們的銀河系（因此，它們不存在），薩根和紐曼假設(shè)星際探索是一個(gè)擴(kuò)散的問題。

杰弗里·A·蘭迪斯（Geoffrey A. Landis）在他1993年的論文中也提出了同樣的觀點(diǎn)，”費(fèi)米悖論：一種基于滲流理論的方法“，他認(rèn)為物理定律對(duì)星際增長施加了限制。

根據(jù)蘭迪斯的說法，外星文明沒有“一致的動(dòng)機(jī)”：

“既然有可能，考慮到足夠多的外星文明，一個(gè)或多個(gè)肯定會(huì)承諾這樣做，可能是出于我們無法知的動(dòng)機(jī)。殖民化將需要極長的時(shí)間，而且將非常昂貴。

“可以合理地假設(shè)，并非所有文明都有興趣在遙遠(yuǎn)的未來進(jìn)行如此大的支出以獲得回報(bào)。人類社會(huì)由探索和殖民的文化混合組成，有時(shí)跨越極遠(yuǎn)的距離，以及沒有興趣這樣做的文化。

同樣，亞當(dāng)·弗蘭克教授和美國宇航局的同事系外行星系統(tǒng)科學(xué)的紐帶（NExSS）在2019年寫了一篇題為”費(fèi)米悖論和極光效應(yīng)：外文明的定居、擴(kuò)張和穩(wěn)態(tài)."受到金·斯坦利·羅賓遜（Kim Stanley Robinson）2015年小說《極光》（Aurora）的啟發(fā)，他們認(rèn)為星際定居將成團(tuán)發(fā)生，因?yàn)椴⒎撬袧撛诘囊司有行嵌歼m合外星物種。簡而言之，物理、生物學(xué)和進(jìn)化定律限制了物種可以多遠(yuǎn)和多快地定居我們的銀河系。

解決 T & H 問題

為了限制這些限制，研究小組考慮了宇宙的三個(gè)主要宇宙學(xué)模型，包括靜態(tài)，物質(zhì)主導(dǎo)和暗能量主導(dǎo)。

一個(gè)靜態(tài)的宇宙，正如愛因斯坦和他的最初描述的那樣宇宙學(xué)常數(shù)，在空間和時(shí)間上是無限的，既不膨脹也不收縮。

物質(zhì)主導(dǎo)的宇宙描述了宇宙在 98 億年之前的狀態(tài)大爆炸，物質(zhì)的能量密度超過輻射的能量密度和真空能量密度的時(shí)間。

暗能量主導(dǎo)的宇宙描述了宇宙演化的最新階段，該階段始于大約98億年前，其特點(diǎn)是膨脹速度加快。

該團(tuán)隊(duì)還根據(jù)邏輯增長函數(shù)考慮了所有三種情況，以確定隨時(shí)間沉降的行星數(shù)量。由此，研究小組獲得了他們研究的兩個(gè)參數(shù)：T，穩(wěn)定理想宇宙的球形截面所需的時(shí)間，既均勻又各向同性，以及H，描述宇宙膨脹速率的哈勃參數(shù) - 又名哈勃定律或哈勃-勒梅特定律。

對(duì)于一個(gè)靜態(tài)的宇宙，他們發(fā)現(xiàn)定居遵循LGF，類似于人口增長，傳染病的傳播和化學(xué)反應(yīng)。正如他們在研究中指出的那樣，這些動(dòng)力系統(tǒng)遵循一種總體模式，由于來源有限（在這種情況下，可居住行星），開始相對(duì)較慢。

但是，隨著它們繼續(xù)擴(kuò)展和獲取新的來源，這會(huì)使可用數(shù)量成倍增加，傳播速度也會(huì)加快。這種情況一直持續(xù)到源的數(shù)量開始減少和/或系統(tǒng)的元素耗盡。

令他們驚訝的是，研究小組在觀察物質(zhì)主導(dǎo)和暗能量宇宙時(shí)也注意到了類似的行為。正如Alinea博士通過電子郵件告訴Universe Today的那樣。

“值得注意的是，當(dāng)空間本身像暗能量和物質(zhì)主導(dǎo)的宇宙一樣膨脹時(shí)，沉降過程在很大程度上仍然遵循邏輯增長函數(shù)。我們沒有預(yù)料到這個(gè)結(jié)果，因?yàn)樵谖覀兛磥?，空間不斷擴(kuò)大的系統(tǒng)與靜態(tài)系統(tǒng)大不相同。

“我們所知道的大多數(shù)關(guān)于滲透的研究都是基于靜態(tài)晶格（例如，森林火災(zāi)的蔓延，疾病的傳播，信息擴(kuò)散），其中通常觀察到邏輯生長行為。我們的研究將這種行為'擴(kuò)展'到晶格像我們自己的宇宙一樣膨脹的情況。

然而，他們確實(shí)發(fā)現(xiàn)，與靜態(tài)宇宙相比，膨脹的宇宙在沉降率方面存在延遲。對(duì)于暗能量主導(dǎo)的宇宙，他們發(fā)現(xiàn)總沉降時(shí)間（T）以足夠大的膨脹率（H）的發(fā)散標(biāo)記。根據(jù)哈勃定律，當(dāng)H足夠大時(shí)，一些行星會(huì)膨脹到地平線之外，變得“遙不可及”。

從本質(zhì)上講，遙遠(yuǎn)的行星可以以超過光速的速度后退，這使得不斷擴(kuò)張的文明不太可能到達(dá)它們。

他們還發(fā)現(xiàn)，在哈勃球（H）較小的情況下，T和H之間的關(guān)系是線性的 - 換句話說，T大致等于H（T ~ H）。對(duì)于一個(gè)物質(zhì)主導(dǎo)的宇宙，他們的發(fā)現(xiàn)表明，在H同樣小的地方，同樣的關(guān)系適用，但是當(dāng)H變大時(shí)，關(guān)系顯著變?yōu)門~H2。

與暗能量主導(dǎo)的宇宙相比，除非H是無限的，否則T不會(huì)呈指數(shù)增長或達(dá)到無窮大。說：

“這很有趣，因?yàn)槲镔|(zhì)主導(dǎo)的宇宙也以視界為特征。這意味著對(duì)于離這個(gè)宇宙中參考行星足夠遠(yuǎn)的行星，它們正在以比光速更快的速度后退，這使得它們看起來是無法到達(dá)的。

“然而，對(duì)于一個(gè)物質(zhì)主導(dǎo)的宇宙，根據(jù)弗里德曼方程，同動(dòng)的哈勃球正在縮小而不是膨脹。簡單和非正式地說，那些遠(yuǎn)離這個(gè)宇宙中參考行星的行星（最初'移動(dòng)'的速度超過光速）正在“減速”，使它們可以到達(dá)，至少在原則上是這樣。

所以。。。他們在哪？

根據(jù)他們的結(jié)果，研究小組確定，先進(jìn)文明通常會(huì)遵循一種增長趨勢，這種趨勢開始緩慢，但會(huì)隨著時(shí)間的推移而起飛，最終隨著“可到達(dá)”行星數(shù)量的耗盡而放緩和停止。

正如Alineal博士所描述的那樣，“這個(gè)模型的特點(diǎn)是三階段模式：慢沉降率 - >快速沉降率 - >慢沉降率。

問題仍然存在：這對(duì)費(fèi)米這個(gè)歷史悠久的問題意味著什么？這種三階段模式如何幫助我們完善對(duì)整個(gè)銀河系擴(kuò)張的先進(jìn)文明的搜索？

對(duì)此，研究小組得出結(jié)論，我們的銀河系目前可能處于第一階段，其特點(diǎn)是沉降速度緩慢。這可能是因?yàn)槟壳爸挥猩贁?shù)智能、先進(jìn)的文明在從事星際定居。

“這種緩慢階段可能會(huì)因”活著的“行星之間的距離很遠(yuǎn)而加劇。但是，一旦達(dá)到一定數(shù)量的旅行文明，我們可能會(huì)進(jìn)入第二階段，其特點(diǎn)是定居速度快。如果進(jìn)入這個(gè)階段有足夠的時(shí)間，我們最終可能會(huì)向外面的外星人問好。

此外，他們的研究結(jié)果解決了人類有朝一日成為星際物種的可能性，也許是確保我們物種持續(xù)生存和發(fā)展的一種手段。這在一個(gè)不斷膨脹、不斷加速的宇宙中是一個(gè)挑戰(zhàn)，由暗能量.但正如Alineal博士總結(jié)的那樣，有一些選擇：

“如果有足夠的技術(shù)以接近光速的速度傳播，到達(dá)宇宙中的任何行星，尤其是遙遠(yuǎn)的行星仍然具有挑戰(zhàn)性。話雖如此，這個(gè)宇宙有一個(gè)球形部分，以我們的位置為中心，至少在原則上可以到達(dá)其行星以進(jìn)行可能的定居。除此之外，行星以高于光速的速度“遠(yuǎn)離”我們，可能無法到達(dá)。不幸的是，這個(gè)球體正在縮小，所以我們可以居住的宇宙的一部分，雖然在人類規(guī)模上很大，但隨著時(shí)間的推移變得越來越小。

“如果有一種機(jī)制將宇宙驅(qū)動(dòng)到一種狀態(tài)，使其膨脹率與物質(zhì)主導(dǎo)的宇宙相同或相似，那么我們將很幸運(yùn)地?fù)碛幸粋€(gè)原則上可以殖民到離我們?nèi)魏尉嚯x的宇宙;也就是說，宇宙中的殖民化和人類影響不受任何球體的限制，這與暗能量主導(dǎo)的宇宙不同。

總之，費(fèi)米問題的答案可能是，先進(jìn)文明正處于早期緩慢的擴(kuò)張階段，到目前為止，這阻止了我們接觸。

但是，隨著我們可以占據(jù)的哈勃空間（H）的球形體積膨脹，我們更有可能接近其他人的空間，以至于我們最終會(huì)知道我們在宇宙中并不孤單。同樣，雖然暗能量可能會(huì)限制我們能到達(dá)的距離（在我們的銀河系內(nèi)，不會(huì)更遠(yuǎn)），但足夠多的空間將使我們能夠繼續(xù)發(fā)展，并可以防止單一的災(zāi)難性命運(yùn)奪走我們所有的物種。

誰知道呢？也許宇宙膨脹不會(huì)像過去40億年那樣繼續(xù)下去，宇宙將減速并實(shí)現(xiàn)一種穩(wěn)態(tài) - 愛因斯坦更喜歡相信的那種。

在這種情況下，我們的哈勃球體可能會(huì)無限期地繼續(xù)膨脹，宇宙文明之間將不乏混合。它確實(shí)帶來了一些令人興奮的前景，不是嗎？

本文最初發(fā)表于今日宇宙.閱讀原文.

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