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。以一個可居住的行星（地球）和一個技術(shù)先進的文明（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，費米的著名問題（“每個人都在哪里？”）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會來假設(shè)未來觀測可以測試的可能位置、活動和技術(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.

在最近的一項研究中，菲律賓洛斯巴諾斯大學(xué)的一個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間是有限的，并且很可能呈指數(shù)級增長。

該研究由Allan L. Alinea和Cedrix Jake C. Jadrin進行，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，該團隊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，人口的人均增長率會變小。

滲流理論

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

該理論的第一個已知實例被應(yīng)用于費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：人口動態(tài)和星際擴散“他們認為，人類沒有遇到外星文明（ETCs）的原因是因為星際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為，先進的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)星際探索是一個擴散的問題。

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，”費米悖論：一種基于滲流理論的方法“，他認為物理定律對星際增長施加了限制。

根據(jù)蘭迪斯的說法，外星文明沒有“一致的動機”：

“既然有可能，考慮到足夠多的外星文明，一個或多個肯定會承諾這樣做，可能是出于我們無法知的動機。殖民化將需要極長的時間，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的未來進行如此大的支出以獲得回報。人類社會由探索和殖民的文化混合組成，有時跨越極遠的距離，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”費米悖論和極光效應(yīng)：外文明的定居、擴張和穩(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)，他們認為星際定居將成團發(fā)生，因為并非所有潛在的宜居行星都適合外星物種。簡而言之，物理、生物學(xué)和進化定律限制了物種可以多遠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，其特點是膨脹速度加快。

該團隊還根據(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參數(shù)：T，穩(wěn)定理想宇宙的球形截面所需的時間，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。

對于一個靜態(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），開始相對較慢。

但是，隨著它們繼續(xù)擴展和獲取新的來源，這會使可用數(shù)量成倍增加，傳播速度也會加快。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，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)料到這個結(jié)果，因為在我們看來，空間不斷擴大的系統(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。對于暗能量主導(dǎo)的宇宙，他們發(fā)現(xiàn)總沉降時間（T）以足夠大的膨脹率（H）的發(fā)散標記。根據(jù)哈勃定律，當(dāng)H足夠大時，一些行星會膨脹到地平線之外，變得“遙不可及”。

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

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）。對于一個物質(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，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不會呈指數(shù)增長或達到無窮大。說：

“這很有趣，因為物質(zhì)主導(dǎo)的宇宙也以視界為特征。這意味著對于離這個宇宙中參考行星足夠遠的行星，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的。

“然而，對于一個物質(zhì)主導(dǎo)的宇宙，根據(jù)弗里德曼方程，同動的哈勃球正在縮小而不是膨脹。簡單和非正式地說，那些遠離這個宇宙中參考行星的行星（最初'移動'的速度超過光速）正在“減速”，使它們可以到達，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，先進文明通常會遵循一種增長趨勢，這種趨勢開始緩慢，但會隨著時間的推移而起飛，最終隨著“可到達”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，“這個模型的特點是三階段模式：慢沉降率 - >快速沉降率 - >慢沉降率。

問題仍然存在：這對費米這個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整個銀河系擴張的先進文明的搜索？

對此，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，其特點是沉降速度緩慢。這可能是因為目前只有少數(shù)智能、先進的文明在從事星際定居。

“這種緩慢階段可能會因”活著的“行星之間的距離很遠而加劇。但是，一旦達到一定數(shù)量的旅行文明，我們可能會進入第二階段，其特點是定居速度快。如果進入這個階段有足夠的時間，我們最終可能會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。這在一個不斷膨脹、不斷加速的宇宙中是一個挑戰(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，到達宇宙中的任何行星，尤其是遙遠的行星仍然具有挑戰(zhàn)性。話雖如此，這個宇宙有一個球形部分，以我們的位置為中心，至少在原則上可以到達其行星以進行可能的定居。除此之外，行星以高于光速的速度“遠離”我們，可能無法到達。不幸的是，這個球體正在縮小，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，但隨著時間的推移變得越來越小。

“如果有一種機制將宇宙驅(qū)動到一種狀態(tài)，使其膨脹率與物質(zhì)主導(dǎo)的宇宙相同或相似，那么我們將很幸運地擁有一個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，費米問題的答案可能是，先進文明正處于早期緩慢的擴張階段，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，以至于我們最終會知道我們在宇宙中并不孤單。同樣，雖然暗能量可能會限制我們能到達的距離（在我們的銀河系內(nèi)，不會更遠），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)難性命運奪走我們所有的物種。

誰知道呢？也許宇宙膨脹不會像過去40億年那樣繼續(xù)下去，宇宙將減速并實現(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無限期地繼續(xù)膨脹，宇宙文明之間將不乏混合。它確實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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