新研究模拟智慧文明在星系内部的扩张：或许不必用到曲速引擎

北京时间 7 月 5 日消息，在近期的一项新研究中，科学家通过计算机模拟显示，外星人可能不需要曲速引擎这样的高科技就能够占领整个银河系，他们甚至可能已经在银河系内部定居。那么，他们在哪里呢？

▲ 从模拟结果中截取的可视化图像。白点是不稳定的恒星，洋红色球体是稳定的恒星，而白色立方体是正在飞行的星际飞船

这项模拟研究指出，一个技术先进的文明，即使所使用的宇宙飞船速度缓慢，也仍有可能在一定时间内殖民整个星系。这一发现为星际迁移提供了一个可能的模型，并使研究者对于哪里可能发现外星智慧生命有了更敏锐的认识。

有人说，太空是无比广大的，而这就是我们至今仍未发现外星智慧生命的原因。当然，恒星之间的距离确实是巨大的，但需要记住的一点是，宇宙也非常古老。事实上，就极端程度而言，我们甚至可以说银河系的“古老”要远胜于它的“巨大”。正因为如此，有研究者在讨论费米悖论时倾向于忽略“距离”这一重要的变量。著名物理学家恩里科・费米在 1950 年一次非正式讨论中提出，如果银河系存在大量先进的地外文明，那为什么我们尚未看到任何外星智能存在的证据？换言之，对地外文明存在性的过高估计与缺少相关证据之间存在着矛盾，这后来就被称为费米悖论。

在发表于《美国天文学会》（The American Astronomical Society）的一项新研究中，美国宾夕法尼亚州立大学的天文学家兼天体物理学家杰森・赖特，与哥伦比亚大学的天体生物学家凯莱布・沙夫共同指出，即使以最保守的文明扩张速度来估计，地外文明有可能已经在银河中形成了一个“星际帝国”。

该团队通过一个模拟来显示这一过程。在一个类似银河系的模拟星系中，一个孤独的科技文明开始在星系内扩张。在可视化图像中，灰色的点代表不稳定的恒星，洋红色的小球代表稳定的恒星，而白色立方体是正在飞行途中的星际飞船。该项目的计算机代码和数学分析是由罗切斯特大学的乔纳森・卡罗尔-内伦巴克编写的。罗切斯特大学的天文学家亚当・弗兰克也参与了这项研究。

“星际帝国的崛起”

在计算机模拟中，最初一切进展缓慢，但在出现指数级增长之后，文明的传播速度立刻就会加快。不过，这只是故事的一部分；扩张速率很大程度上会受到星系中心附近恒星密度的增加和所谓“耐心策略”的影响。在这种策略中，星际殖民者会耐心等待随星系绕轴旋转的恒星逐渐向他们靠近。

殖民整个内星系的过程大约需要 10 亿年的时间。这听起来似乎是一段很漫长的时间，但其实只占银河系总年龄的 7% 到 9%。

这段模拟影像的另一个亮点是，它展示了一个卡尔达肖夫 Ⅱ 型文明（能利用整个恒星系统的能量）过渡到一个成熟的卡尔达肖夫 Ⅲ 型文明（能利用整个星系输出的能量）的过程。

对一个智慧文明而言，想要完成这样一项雄心勃勃的事业似乎是不可能的，但我们可以回想一下美国天文学家和科学史专家斯蒂芬・迪克提出的“智慧原则”（Intelligence Principle）。在 2003 年的论文《文化进化、后生物宇宙与 SETI》中，迪克阐述了这一原则，他写道：“知识和智慧的维持、改进和永续是文化进化的核心驱动力。”人类文明也一直在挑战可能性的极限，我们没有理由相信这样的冲动会很快停止。因此有一种假设是，先进文明最终会寻求占领银河系的每一个角落，并在宝贵的能量来源，即恒星周围建立营地。

已故的天文学家和科普作家卡尔・萨根认为，外星文明可能会酝酿出殖民浪潮，但他也指出，一个文明要达到卡尔达肖夫 Ⅲ 型文明的水平（如果能达到的话）需要相当长的时间。不过，这篇新论文认为，即使是在一些不合理的保守假设下，这种转变发生的速度也要比之前预计的快得多。

稳扎稳打，步步推进

这篇新论文的以同一个团队在 2019 年设计的一个扩张模型为基础，研究人员在这个模型中展示了“即使是移动缓慢的飞船 —— 比如今天人类制造的飞船 —— 也可以在比星系存在时间更短的时间内在星系内部定居，如果他们能存续足够长的时间以到达最近恒星的话”。

这项模拟研究提供了一个例子，展示了星系规模的扩张过程看起来会是什么样子，并估计扩张的速度和物理形态。该模拟还显示了恒星运动可能扮演的重要角色。赖特说：“恒星本身在不断移动，所以一旦你占领了邻近的系统，恒星就会把你带到星系的另一个区域，在那里徘徊着更多的新恒星，使你有机会占领另一个恒星系统。”

如前所述，这个新模型受到一些非常保守的规则的限制。例如，每一万年才会有一艘移民飞船起航；任何文明都不能持续存在超过 1 亿年；飞船航行的距离不能超过 10 光年，速度不能超过每秒 10 公里 —— 这与旅行者号和新视野号等人类探测器差不多。

“这就意味着，我们谈论的不是一个快速或积极扩张的物种，也不需要曲速引擎或其他任何东西，”赖特说，“只需要一些我们可以实际操控的普通飞船，用类似今天的技术就可以设计出来，比如利用激光来推动太阳帆的飞船，或者可能只需要飞船的寿命足够长，能够运行长达 10 万年的时间，利用常规火箭和巨行星的引力弹弓就能实现扩张。”

来到星系核心的外星人

即使在上述条件下，殖民整个模拟星系的内部也需要长达 10 亿年的时间。但正如赖特所说：“我们的星系已经有超过 100 亿年的历史，因此即使有这些参数，这一过程也可能发生了很多次。”

有趣的是，研究人员在论文中写道，模拟结果也显示了“当殖民先锋到达星系的凸起区域和中心位置时，扩张速度会有多快”。靠近星系核心的恒星彼此之间距离更近，殖民路线也更短。但赖特表示，即便如此，“在视频中看到这一过程的发生依然令人震惊。”这段模拟图像“证实并验证了之前的研究成果，即星系中心是 SETI（搜寻地外文明计划）很有希望的搜索方向”。

不过，赖特也承认，该模拟只是基于非常简单的假设。因此，该团队目前正在研究如何进行更真实的模拟。据介绍，未来的模拟程序将允许这些参数有更大的变化，同时也允许文明在星际旅行中表现得更好或更糟。

可以肯定的是，这篇新论文加强了我们对费米悖论的理解，因为“如果有太空物种，那它们到现在已经有足够的时间在整个星系定居，即使是在没有曲速引擎这种科幻设定的情况下，”赖特解释道。事实上，赖特并没有被费米悖论所困扰，他表示，我们之所以还没有注意到外星人，“原因有很多”。

“事实上，如果我们注意到的话，我会非常惊讶！”赖特补充道，“当然，对搜寻地外文明的乐观主义者来说，这项研究的结果是非常好的。他们一直认为银河系中应该有很多智慧文明，他们所拥有的技术是我们可以从地球上获取的。”

事实上，SETI 的科学家们已经意识到银河系中心可能是一个观察外星文明的绝佳场所。不幸的是，最近对银河系中心的调查最终空手而归。这篇新的论文也告诉我们，有条不紊和耐心很重要。我们只需要继续寻找，不管外星人是否真的存在。

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