看懂《三體2：黑暗森林》，你需要知道費米佯謬！

科技 05-08

《三體》封面 by Stephan Martinière

是時候談論些乾貨了：中國史詩級作家劉慈欣("大劉")的《三體》(Three-Body Problem)三部曲在人物呈現上有些固守成規，但我讀了後完全停不下來，這是因為它把所有關於物理和宇宙的偉大理論串聯成一個極其史詩般的、決定了全人類前程的故事。這就像有人寫了《我絕壁愛科學》的同人小說而且寫得牛逼。為了感受一下這種牛逼，有一件事情你需要提前了解。

# 下面有對劉慈欣的《三體》的輕度劇透

看懂《三體2：黑暗森林》，你需要知道費米佯謬！

劉慈欣("大劉") via NYTimes

三部曲中的第二部會在2015年8月11日登陸英語市場，對於感興趣的讀者來說為了真正從中得到樂趣，你需要先熟悉費米佯謬，因為它就是那種挑戰你想像力深度的理論。好像宇宙本身就是一個把你困在鯊魚缸里獰笑的惡人一樣，完全不知道你詹士邦模式全開能全身而退。(宇宙君，你的陰謀又失敗了！人類將在《死神永生》里回歸。)

(PS. 「費米佯謬」，其實只是物理學家費米當年隨口說的一句大白話：如果地外文明存在的話，它們早就應該出現了。這話背後的含義是：如果我們不相信地球是宇宙間唯一的文明，或者說我們承認在宇宙間出現其他高等文明的概率不為零，那麼考慮到宇宙是如此的廣大，其年齡是如此的長久，則宇宙間必定已經有了許許多多高等文明。那麼，它們在哪兒呢？為什麼我們至今還沒有遇見一個呢？)

要理解費米佯謬，我們首先需要檢討德雷克方程(用以推算銀河系及可觀測宇宙能與我們進行無線電通信的高智能文明數目)，這是一個估計在銀河系存在多少能與我們溝通的智能生命的思想實驗。

它是這樣的：

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前方高數警告，但實際上不是很高。上述變數可以用一種幾乎詩意的形式表達。

1. N* 代表我們銀河系中恆星形成的平均速度。2. fp 代表一顆恆星具有行星的比率。3. ne 代表每個有行星的恆星中有支持生命潛力的平均行星數量。4. fl 代表每顆能支持生命的行星在某個時間點實際發展出生命的比率。5. fi 代表有生命的行星中實際發展出智能生命(文明)的比率。6. fc 代表一個文明發展出向宇宙中釋放能被探測到他們存在的信號的技術的比率。7. fL 代表這種文明向宇宙釋放可探測信號的時間長度。

如果這還太長，那就聽一下卡爾·薩根用他的甜美醇厚男中音把它哼哼出來吧。(卡爾·薩根，宇宙的木管器樂，芝加哥大學合唱團)總共就8分鐘。

誠如薩根所說，我們知道這個列表最頂上的那個數字，得益於持續不斷的探索，我們可以在第2、3、4條插入合理地準確數字。而剩下的只是猜測，但薩根指出，即使僅看這些猜測得出的數值範圍，銀河系中仍然存在數量巨大的可溝通的智能文明。最新估計描述為存在低至兩個，高至二億八千萬個不等的文明。想像一下，網上有多少條痛批喬治·R·R·馬丁「快回去寫！」的留言，你就能對智能文明在銀河系裡興起的頻繁程度有一個感受。

但是僅僅從沒有任何人出席過我的只邀請外星人的生日派對上來判斷，人類還沒有遇到過任何外星文明。我們甚至還沒有發現它們的任何證據。儘管有偽代碼寫成的德雷克方程思想實驗，我們在宇宙中依然孤獨。

費米佯謬在本質上就是這種矛盾。我們的推理得出了一個擁擠著可交流文明的星系，但擺在我們面前的物理證據卻沒顯示出這些文明的任何痕迹。費米佯謬不只是對德雷克方程的回應。它也是恩里科·費米自己對銀河系中存在文明的推理的回應。因為費米推斷，即使你把星際旅行限制在以常規速度航行的世代飛船，殖民整個銀河系也只需不到一億年。地球成為一個理想的宜居行星的時間長度是這個的很多倍。那為什麼沒有發生殖民呢？

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劉(右)和三部曲第一、三部的翻譯者Ken Liu在一起

這是外星生命的佯謬，而劉慈欣的《三體》三部曲嘗試在幾個方面回答這個佯謬。在第一本書《三體問題》里，答案是非常非常直接的。外星文明真的就在一星以外的比鄰星，只有4.3光年遠。在一顆圍繞三星系統的行星上。當兩者都跨過一個技術門檻(星際無線電通訊)後，我們發現了他們，他們也發現了我們。

此外，《三體》用一些精彩的篇幅勾勒出文明在智慧和溝通上能有多頑強。(說真的，讀一下描寫外星人母星的那章，酷斃了)在劉慈欣的三部曲中被稱為「叄陽系人」的(以下直接採用中文術語「三體人」表示)，不只發展出文明一次，因為他們行星軌道的隨機性質，他們還被迫重複重複重複再重複地推倒重來。他們星系的三個太陽造成三體人行星的嚴重浩劫，有時用太陽烈焰把它燒個乾淨，有時把它遺棄在冰封紀元，這些毀滅性周期是完全不可預測的。他們的文明遭受三體問題極端本質的苦難。

「三體問題」是一個真正的數學問題；一個惡魔般簡單的情況卻創造了無盡的複雜性。設想兩個有引力的物體，預測這兩個物體如何相互作用是相當簡單的。但是，一旦你引入第三個物體，這三個物體之間的引力平衡就會不斷轉移，其中任何一個物體在很短一段時間以後的位置變得極端難以預測。

下面是它有多古怪的一個簡單描述。想像一個看不見的行星環繞著穩定的藍「星」。

BIU！即使行星以最穩定的軌道環繞恆星，因為那顆遠處的紅星，黃星仍然會最終趕上來把行星撞出軌道，燒焦它的表面，甚至完全摧毀它。要記住，上面的「星體」運動實際上是一個理想的和可預測的三體問題，因為藍星和紅星的路徑保持穩定。所以，即使在這個「穩定」的模式里，生活在這個恆星系統里的文明仍然需要從頭再來至少一次，而且在文明毀滅的災難之前只有一個短暫的預警。而三體星的外星文明連這種「理想」版本三體問題的好處都沒有。

通過這個例子，劉慈欣的《三體》立足於銀河系裡的生命不但能倖存隨機的災難，而且在災後外星生命還能維持或重建其通信技術。在三部曲之二《黑暗森林》的開始已經很清楚，有交流能力的文明不但能從比地球嚴苛得多的環境中倖存，他們還可以開發出遠遠比我們自己更先進的航天和通訊技術。

這是對費米佯謬的一個答案，但也有其它答案，其中有些真的很迷幻。這裡有幾個：

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1. 外星人已經在這裡了，在小行星帶。但他們是自我複製機器而且對接觸不感興趣

銀河系在僅僅幾百萬年之內被殖民的一種方式是，如果一個種族建造一個馮·諾依曼探測器艦隊。名字都牛逼哄哄的物理學家約翰·馮·諾依曼(就叫我約翰...馮·諾依曼好了)(冷笑話，類似「就叫我老王……大發財好了」)，按照其理論，一台馮·諾依曼探測器是一台能夠自我複製的機器。探測器可以從一個外星世界被發射，在常規速度下航行數百萬年前往下一個恆星系統。一旦抵達，它會執行指令開掘原始原料(例如從太陽系的小行星帶)，並建造一個能生產自己複製品的工廠。這些副本可以把自己發射去周圍的每一個恆星系統，並一遍又一遍重複這一過程，直到整個銀河系都被殖民。

馮·諾依曼探測器將是不依靠超光速技術測繪一個星系內容的極佳方式，每個探測器前往一個太陽系並向母星回報該恆星系的組成和居民。一個馮諾依曼探測器將極有可能避開與生命形式的積極接觸，以避免被污染或毀壞。

到目前為止，我們還沒有發現我們的太陽系或小行星帶已經被馮·諾依曼探測器訪問過的任何證據，但我們也沒有對小行星帶或太陽系中的其他天體仔細近觀過。我們所知道的就是，我們已經被只進行觀察的探測器訪問過上千次，而這就是Fitbit的真相。

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2. 行星吞噬者

顯然，這是更瘋狂的、虛構的費米佯謬的答案，但它仍是可能的。對於那些不熟悉吞噬者的(你弱爆了)，他是一個漫威角色，以吞噬整個行星維持他龐大的宇宙存在。在漫威宇宙里，他在一個傳奇性的故事情節里被神奇四俠拒之門外。但在我們的宇宙中？嗯…我懷疑地球上有任何人能有一個有效計劃說服一個穿短褲的神不要吃這個行星。

雖然那裡有一個戴著帥氣的帽子的存在正在那裡一個接一個催毀外星文明這種事不大可能，這仍然是費米佯謬的一個現實答案。如果有馮·諾依曼探測器艦隊在外面執行即將到來的外星文明的命令，對能維持生命的世界進行著預備殖民？如果有一種力量或文明擁有足夠強大的力量和手段正在積極地消滅文明以免其成長為威脅？這是挺牽強，但它不是不可能的。這是一個慘淡的想法，必須的。這意味著仰望天空看到的全是星際墓地。並且在某個時候我們會是下一個。

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3. 我們科學得還不夠給力

我們正越來越擅於分析太陽系和周圍宇宙，但我們仍在黑暗中四處摸索。我去，我們三年前才得到最鄰近行星的清晰、細緻的高清畫面，我們仍然無法看到系外行星；我們只能通過它們使母星暗淡和擺動推斷它們的存在。我們還在通過探索地球上的極端微生物來檢測維持生命環境的極限。SETI不能以數據流或高能伽瑪射線頻率的形式探測向我們發送的外星信號，對於想把成噸的不會衰減的數據聚焦到我們行星的高級可溝通文明來說，兩者都是可能的選項。在許多方面，我們問外星人在哪裡，就像盯著書店地板問書都在哪裡一樣。僅僅因為我們現在沒有看到或聽到他們並不意味著他們不存在。

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4. 銀河系探索起來太無趣了

當地球上已經有這麼多世界和外星生命(至少是外星思維)，還何必去接觸外星人，甚或去搜尋他們呢？監測和把物品送入太空是一個昂貴和費時的過程，有可能一旦文明到達某一節點，因為變得更經濟，或資源變得太稀少，探索不同模式的人工現實會更有吸引力。在過去的幾十年人類在這方面已經取得了很大的進步。數百年前，我們就開始把世界放進書里，幾十年前，我們把世界放進電影和電視中，一代人以前，我們開始把世界放進遊戲和互聯網。我們完全停不下來。用$15可以買到的《我的世界》可以在程序上生成八倍地球大小的表面。面本、微軟和谷歌都千方百計地想推出能把你從「現實」世界封鎖起來的虛擬現實。一個即將發行的PlayStation 4遊戲《無主的天空》能夠自動生成五千億個外星世界。充分探索它能用掉萬億年。

考慮到人工智慧的不斷發展，有理由說，未來百年的人類發展有望看到程序生成的虛擬世界，在裡面發展出自由思考的人工智慧。這些世界會自行發展，而且和我們能在銀河系裡發現的任何東西一樣外星。他們更便宜，探索起來更安全。(在真實太空里死了不會滿血復活) 我們所知道的是，我們就可能是程序生成的宇宙里的人工智慧。

只要有少數的文明選擇向內而非向外探索就能使銀河系「安靜」下來。可交流文明必須在和我們傾聽、觀察相同的時間窗口裡廣播，我們才能夠相互檢測。地球已經有五十億年，而在這段時間裡我們只有一個世紀時間是可交流的。所以這些窗口可能非常小，而重疊也許是罕見的。所以，如果我們的溝通窗口現在正與其他兩個文明對齊，而其中一個卻選擇了內部探索，那就把我們發現外星文明的機會砍掉了一半！

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5. 嚴禁向地球投食

在回答費米佯謬的征途中讓我們造訪另一個極端。讓我們想像不僅有大量的可溝通文明在那裡，他們已經結交成為一個功能性組織/帝國/聯盟/什麼的。

任何這樣規模的銀河系組織將需要能夠超光速傳遞信息和物資，所以可能的是，他們對於哪個恆星系統含有哪個文明，還有那些文明處於什麼發展層次都一個很好的理解。還有理由說，他們出於人道主義或防禦為主的措施，有必要不去碰一個文明，直至其達到發展的「安全」階段。或許一旦我們弄懂如何消除戰爭和貧窮，地球會接到該組織的電話。或者也許，一旦確定遭遇另一種文化的衝擊不會弄壞我們自己的文化，地球將被聯絡。也許如果我們尚未弄明白如何變得非暴力卻已經折騰出了超光速旅行，我們會得到一個嚴厲的「不行！」

沒有辦法來檢測這種銀河系級組織。我們現有的望遠鏡技術不可能發現遙遠的飛船。我們甚至沒法用望遠鏡對準我們自己探測器。像旅行者1號和2號，儘管我們知道它們通過太空的路徑。這是一個距離和解析度問題。一個飛行器飛得越遠，望遠鏡找到它需要搜索的空間就越大，因為飛船還在不斷移動，我們沒法足夠快地搜索空間找到它。

現在你能自己證明這一點！在下面的星球大戰議會圖片里我把一個像素弄得比周圍像素亮得多，看你能找到它么。

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