别等外星人了! 930亿光年尺度的绝望,他们根本飞不到地球

在各类科普作品、影视剧和网络讨论里,外星人始终是热度居高不下的话题。很多人会好奇,浩瀚宇宙有数万亿颗恒星,类似地球的行星不计其数,理论上完全有可能演化出智慧文明。为什么到现在,我们既没有看见外星飞船降临,也没有收到确凿无疑的外星信号?

一部分人把希望寄托在遥远的星空,坚信外星文明终有一天会跨越星海来到地球;还有一部分人猜测,外星人早就来过,只是隐藏起来不被人类发现。

但很多讨论都忽略了一个最现实的硬性条件:可观测宇宙直径大约930亿光年,这个庞大到超出人类想象的空间尺度,本身就是一道几乎无法逾越的天堑。

哪怕宇宙当中真的诞生大量智慧外星文明,想要跨越遥远距离抵达地球,面临的不只是科技高低的问题,还有物理规则、时间消耗、能源损耗、生命存续等一系列几乎无解的难题。并不是文明足够发达,就可以随心所欲在宇宙当中穿梭。

一、先看懂:930亿光年,到底是一个什么样的概念

很多人看到930亿光年这个数字,只会觉得数字很大,但很难在脑海当中建立直观认知。我们首先要厘清一个基础概念:光年不是时间单位,是距离单位。1光年代表光在真空环境下,一整年走过的路程。光速每秒大约30万公里,一秒钟就可以绕地球赤道跑7圈半。

光跑一年的距离,大约9.46万亿公里。而我们能够观测到的全部宇宙范围,直径达到930亿光年。这就意味着,一束光从可观测宇宙的一端出发,直线飞到另外一端,需要耗费930亿年的时间。

这里还要纠正一个高频误区:宇宙诞生只有138亿年,为什么可观测宇宙直径能达到930亿光年?

原因在于宇宙空间本身在膨胀。光从遥远天体出发向地球飞行的过程当中,发光天体和地球之间的空间还在不断被拉开。天体当年发光的时候距离地球没有那么远,但是经过一百多亿年空间膨胀,如今这个天体已经退到465亿光年之外,双向相加,可观测宇宙直径就是930亿光年。

也就是说,宇宙空间本身就像不断被吹大的气球,星系如同气球表面的斑点,互相之间不断远离。距离越遥远的星系,远离我们的速度越快,部分遥远星系的退行速度甚至已经超过光速。

要明白一点:不是星系本身在空间里高速运动,而是承载星系的空间在膨胀。相对论限制的是物体在空间当中的运动速度不能超越光速,并不限制空间本身膨胀的速度。

我们把尺度缩小,一步步感受宇宙的空旷。

地月距离38万公里,探测器几天就可以抵达;地球到太阳大约1.5亿公里,太阳光抵达地球需要8分20秒。

走出太阳系,距离太阳最近的恒星比邻星,距离我们4.22光年。哪怕航天器可以达到光速,从比邻星出发来到地球也要4.22年。以人类现在最快的探测器速度,飞抵比邻星,需要上万年。

银河系的直径大约10万到18万光年,我们身处银河系边缘。银河系之外还有千千万万个河外星系,距离动辄百万、千万乃至数十亿光年。星系和星系之间,绝大部分是空空荡荡的星际虚空,物质密度低到近乎真空。

很多人想象宇宙是星星挨在一起,实际上真实宇宙极度空旷。恒星之间隔着以光年计算的虚空,星系之间隔着百万光年以上的鸿沟。星星只是漆黑大海里零星漂浮的孤岛。

930亿光年,就是这片大海的最大可视范围。在这样的尺度之下,两个孤岛想要互相串门,难度远超普通人的想象。

二、光速天花板:所有星际航行绕不开的物理枷锁

不少科幻作品里面,高级文明可以随意开启超光速航行、空间跳跃,几天之内跨越成千上万光年。但那些只属于文学想象。至少以人类目前掌握的物理框架来看,有质量的物体,永远无法真正达到光速,更不可能超越光速。

根据狭义相对论,物体运动速度越接近光速,它的质量就会变得越大,继续加速需要消耗的能量会呈指数级暴涨。想要把一艘载人飞船加速到接近光速,需要的能量是天文数字。

我们可以简单算一笔账。假设一艘载人飞船,连同燃料、生命维持系统,总质量1000吨。想要把它加速到光速的50%,需要的能量,相当于人类全球好几年全部能源产出的总和。如果想要逼近90%光速,能量消耗会膨胀到难以想象的级别。

能量从哪里来?

化学火箭完全不用考虑,化学燃料的能量密度太低,只适合太阳系内部航行。科幻设想当中的正反物质湮灭,能量密度很高,但正反物质极难制备,储存也是巨大难题。人类目前在实验室制造出来的反物质,只有极其微量,连烧开一杯水都不够,更不要说驱动巨型星际飞船。

即便假设外星文明科技水平远远超越人类,可以解决能源问题,把飞船加速到接近光速,新的麻烦依旧接踵而至。

高速飞行状态之下,宇宙空间里面哪怕微小的尘埃、氢原子颗粒,撞击飞船都会产生毁灭性的效果。以接近光速的相对速度,一粒尘埃的撞击威力堪比核弹。星际空间并不是绝对真空,到处散布着星际尘埃,高速飞船需要面对持续不断的微陨石撞击,飞船外壳防护会面临近乎无解的考验。

还有时间效应。相对论当中的时间膨胀效应:飞船越接近光速,飞船内部的时间流逝会变得越慢。对于飞船上的外星人来说,跨越大片星系可能只过去几十年;但是对于出发的母星和目标星球地球来说,时间会流逝成千上万年。

举个例子,外星文明从距离地球5万光年的星系出发,飞船无限接近光速。船员感觉几十年就完成航行,但是当他们抵达地球的时候,自己母星的时间已经过去了5万年。故乡的文明可能早已发生翻天覆地的变化,甚至已经消亡。

也就是说,星际远航,本身就是一场和故乡永别的单程旅行。

就算科技再发达,也绕不开时间这个客观代价。

至于空间折叠、虫洞跳跃,目前仅仅停留在理论数学推演层面。虫洞即便理论允许存在,也需要奇异物质维持洞口不坍塌,人类完全不知道该如何制造、稳定虫洞,没有任何可落地的工程方案。不能把理论猜想当成已经可以实现的技术。

三、漫长旅途之下,生命存续是一道巨大难关

抛开速度和能源,再看生命本身。智慧生命体要完成跨星际航行,就要面对动辄成千上万年的航行周期。

第一种方案:飞船乘员自然过完一生。

如果航行时间几万年,任何碳基生命的寿命都不足以支撑。一代生命飞不到目的地,人就已经全部衰老死亡。那就要依靠多代人在飞船内部繁衍生息,一代接一代继续完成航行任务,也就是世代飞船。

世代飞船听起来很美好,现实当中有一大堆现实难题。

首先飞船要打造完整闭环生态系统。空气循环、食物生产、水资源循环、废料分解,全部要在封闭飞船内部完成,几乎不可以依靠外部补给。一旦生态循环出现微小故障,很可能就是全船覆灭。地球是一个庞大的生物圈,才维持了生命繁衍;要在一艘人造飞船复刻稳定闭环生态,工程难度高得可怕。

其次是飞船内部的社会问题。成千上万的人,要在狭小的金属容器当中,几十代人与世隔绝。社会秩序、文化传承、心理问题、冲突矛盾,全部都要自我消化。出发时候的目标,经过几十代人的传承,后代还会不会记得远航的使命?内部会不会爆发冲突分裂?这些都是无法回避的现实风险。

第二种方案:低温休眠。

把生命体冷冻起来,新陈代谢降到极低,度过漫长航行,抵达地球之后再唤醒。这也是科幻经常使用的设定。但是人类到现在为止,还做不到大型复杂生命体完整冷冻复苏。细胞冷冻会产生冰晶,破坏机体组织。即便外星文明可以攻克休眠技术,休眠不等于完全零风险。飞船在数万年间,要面对宇宙射线、微陨石、设备老化,一旦航行途中设备损坏,休眠的生命会直接全部消亡。

第三种:不派肉体生命,派遣人工智能探测器。

派出机器探测器,不需要维持生命系统,不需要食物氧气,耐受宇宙辐射,寿命可以很长。这是相对可行性最高的方案。但探测器不等于外星文明亲自到访。机器可以传递信号,却不等于外星人亲身来到地球。

也就是说,哪怕存在外星智慧,想亲自肉身跨越亿万光年来到地球,生命存续就是一座很难翻越的大山。

四、宇宙不是安静花园,星际航行处处暗藏风险

很多人想象星际航行,就是设定坐标,一路平稳飞向目标。真实宇宙环境充满各类危险,漫长航行充满不确定性。

第一,无处不在的宇宙高能辐射。

恒星爆发、超新星爆炸会释放巨量高能粒子。在星际空间,没有地球磁场和大气层保护,飞船以及乘员会持续遭受宇宙射线轰击。长期辐射会破坏生物DNA,诱发病变。飞船需要厚重的屏蔽防护,又会进一步增加飞船重量,加重能源负担。

第二,不可预测的天体扰动。

飞行途中,很难提前完全探测所有看不见的黑洞、流浪行星、褐矮星。宇宙尺度太大,观测存在延迟。你看到某个天体的位置,是它成千上万年前的样子,当下真实位置已经发生变化。远距离导航,会存在巨大误差。

第三,信号通讯的延迟。

如果飞船距离母星几十、几百光年,飞船和母星之间通讯,一来一回就要耗费上百甚至上千年。飞船遇到故障,根本无法实时请示母星,全部要自主处理。一旦出现重大意外,没有任何后方支援。

远航飞船一旦离开母星,基本就是彻底失联的孤舟。所有问题只能靠船上自己解决。

五、就算文明科技爆炸,他们为什么一定要来地球?

我们很多讨论,有一个默认前提:只要外星文明足够聪明强大,就一定会想方设法寻找地球,来到地球。这个假设其实未必成立。

首先,跨星际远征的成本高到离谱。调动巨大的资源,耗费成千上万年时间,冒着船毁人亡的风险,跨越茫茫星海,只为抵达一颗遥远行星。对于一个理性文明,要反复权衡收益。

地球有什么独一无二的资源值得别人不惜代价远征?

黄金、矿产、水,这些物质在宇宙当中并不稀缺。小行星、其他行星上面大量存在。完全没必要跨越几万光年专程来地球开采。在自己周边恒星系就地开发,成本要低无数倍。

如果是为了寻找宜居星球,银河系内部宜居行星数量很多,就近筛选就足够,没必要锁定遥远的地球。

其次,文明不一定有向外扩张的欲望。

人类以自己的历史经验,默认智慧文明都会不断向外扩张、殖民。但外星文明的社会形态、思想、生存诉求,我们完全无从得知。有可能他们更倾向于向内发展,改造虚拟世界,优化母星生存环境,压根没有向外星际远征的动机。

也有可能,绝大多数智慧文明的存续时长本身就很短。一个智慧文明,发展到可以初步搞星际航天之后,可能因为资源枯竭、内部冲突、环境恶化,在很短时间走向消亡。还没有来得及发展出星际远航技术,文明就已经落幕。

宇宙很大,但是文明的窗口期也许很短暂。两个文明刚好同时存活,又刚好距离足够近,又刚好愿意远征见面,多重条件同时满足,概率会变得非常低。

六、费米悖论:宇宙那么热闹,为什么我们听不到声音

说到外星人,绕不开费米悖论:如果宇宙到处都是智慧生命,那么外星人都在哪?

结合上面宇宙尺度的现实约束,我们可以得到一个更务实的理解。

并不是外星文明一定不存在,而是距离这道鸿沟,隔绝了彼此。

信号传播同样受光速限制。无线电信号以光速向外扩散。距离地球1万光年外的文明,他们接收到人类的无线电信号,是一万年前地球的信息;他们给我们回复信号,又要再飞一万年。一来一回就是两万年。

人类大规模向外发射无线电信号的历史也就一百多年。我们的信号,仅仅扩散到一百多光年范围。放到930亿光年的可观测宇宙,这个范围小得如同沧海一粟。绝大多数星系,永远还没有收到人类存在的消息。同理,遥远外星文明的信号,也还没有来得及抵达地球。

同时无线电信号会随着距离增加不断衰减。传播越远,信号越微弱,混杂在宇宙背景噪声里面,很难被分辨出来。就算有外星信号飞向地球,我们的望远镜也未必能够识别捕捉。

网络上很多猎奇说法,说外星人已经潜伏地球,UFO就是外星飞行器。但客观来讲,目前全世界没有任何一例UFO事件,可以拿出确凿实物证据证明属于外星文明产物。大量不明飞行物,最后被证实是大气现象、人造飞行器、流星、拍摄错觉。

我们不否定宇宙有可能存在其他生命,但要分清:可能性不等于已经发生,猜想不等于证据。

七、寻找地外生命,就算见不到面,依旧意义重大

看完宇宙航行重重阻碍,不代表寻找外星生命这件事没有意义。人类依旧在持续开展地外生命搜寻工作。

我们的目标,不一定是期待外星飞船降临地球。

第一,寻找简单地外生命。微生物、单细胞生命。只要在太阳系其他星球,或者系外行星,找到生命诞生的痕迹,就足以回答一个终极问题:地球生命,在宇宙当中到底是孤例,还是普遍现象。会彻底改写人类对生命本身的认知。

第二,观测系外行星环境。通过望远镜分析遥远行星大气成分,寻找氧气、甲烷这些有可能和生命活动相关的气体,判断行星宜居条件。

第三,监听宇宙电磁波信号,筛查有可能来自智慧文明的人工信号。抱着微弱希望,捕捉宇宙当中其他智慧的痕迹。

人类仰望星空,本质也是在重新认识自己。知道宇宙的宏大,明白人类文明的渺小,也更加懂得地球家园的珍贵。我们不一定能等到外星人登门拜访,但探索宇宙这件事本身,就会推动天文、物理、航天技术不断进步,回馈人类社会。

八、破除网络流传的几个常见误区

误区一:科技足够高,就可以无视物理规则随便跨越光年。

科技可以把现有物理规则用到极致,但不能凭空推翻已经被反复验证的物理定律。科技可以优化能源、材料、探测器,但光速限制、空间膨胀、时间消耗,是底层约束,不是简单靠科技升级就能直接消除。

误区二:外星人不来地球,就代表宇宙没有其他智慧生命。

距离才是最大隔阂。就算宇宙遍地文明,也不代表互相就能够串门。大家都被困在各自恒星系附近,隔着浩瀚虚空遥遥相望,很难互相接触。

误区三:UFO就等于外星飞船。

UFO中文含义是不明飞行物,仅仅代表暂时无法识别的空中现象,不等于外星人。不明,不等于外星造物。很多人直接把两者划等号,属于概念混淆。

误区四:外星文明一定比人类强大,并且会入侵地球。

外星文明的水平有高有低。有可能还处在原始阶段,有可能远超人类。但是星际远征的成本摆在那里,入侵地球的现实收益极低,不能默认高级文明就一定会来掠夺地球。

九、写在最后

可观测宇宙930亿光年,这组数字背后,是宇宙无与伦比的宏大,同时也是一层冰冷的现实壁垒。

我们不必彻底否定宇宙存在其他智慧生命的可能性。银河系有数千亿颗恒星,类地行星数量不计其数,从概率角度,完全有诞生其他生命的机会。

但是我们也要认清现实。巨大空间距离、光速限制、能源瓶颈、生命寿命、航行风险,重重关卡叠加在一起,外星文明想要跨越茫茫星海抵达地球,难度大到近乎不可能。

与其苦苦等待外星飞船降临地球,不如脚踏实地珍惜我们唯一的家园。地球是人类文明的孤岛,在浩瀚宇宙当中,我们能依靠的只有人类自己。

当然,科学永远保持开放。未来新的物理发现、新的航天技术,或许会刷新人类的认知。但一切推测,都要建立在观测和证据之上,而不是脑洞和幻想。宇宙的谜底,还等待人类一点点去揭开。

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免责声明:本文为天文科普推测,部分为理论推演,不代表最终事实结论,相关猜想请以科学界后续观测成果为准。


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