通向哈勃常數(shù)的文明階梯。鳴謝:uux.cn/美國(guó)航天局、可能快速武漢洪山高級(jí)資源外圍大學(xué)生上門vx《749-3814》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)歐空局和a .菲爾德(STScI)
（神秘的正宇宙中地球uux.cn）據(jù)《今日宇宙》（馬特·威廉姆斯）：搜尋地外智慧生物(SETI)一直受到不確定性的困擾。只有一個(gè)可居住的傳播星球(地球)和一個(gè)技術(shù)先進(jìn)的文明(人類)作為例子，科學(xué)家們?nèi)匀痪窒抻诶碚摶渌腔凵问娇赡茉谀睦?以及他們可能在做什么)。研究
六十年后，文明費(fèi)米著名問題的可能快速答案(“人都去哪了？”)仍未得到答復(fù)。從積極的正宇宙中一面來看，這為我們提供了許多機(jī)會(huì)來假設(shè)可能的傳播地點(diǎn)、活動(dòng)和技術(shù)特征，研究以供未來的文明觀測(cè)驗(yàn)證。
一種可能性是可能快速，文明的正宇宙中發(fā)展受到物理定律和行星環(huán)境承載能力的限制——也就是滲濾理論假說。在最近的傳播一項(xiàng)研究中，菲律賓大學(xué)洛斯巴諾斯分校的一個(gè)團(tuán)隊(duì)超越了傳統(tǒng)的逾滲理論，考慮了文明如何在三種不同類型的宇宙中發(fā)展(靜態(tài)、暗能量主導(dǎo)和物質(zhì)主導(dǎo))。他們的結(jié)果表明，取決于框架，智能生命有有限的時(shí)間來填充宇宙，并有可能以指數(shù)形式這樣做。
這項(xiàng)研究是由Allan L. Alinea和Cedrix Jake C. Jadrin進(jìn)行的，他們是武漢洪山高級(jí)資源外圍大學(xué)生上門vx《749-3814》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)菲律賓洛斯巴諾斯大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)和物理研究所的物理學(xué)助理教授和助教。他們論文的預(yù)印本“在均勻各向同性宇宙中‘文明’的滲透”最近被張貼到arXiv預(yù)印本服務(wù)器上。
在他們的研究中，研究小組考慮了如何根據(jù)邏輯增長(zhǎng)函數(shù)(LGF)來解釋傳統(tǒng)的逾滲理論，其中隨著人口規(guī)模接近當(dāng)?shù)刭Y源限制(又名承載力)所施加的最大值，人口的人均增長(zhǎng)率變小。
逾滲理論
簡(jiǎn)而言之，逾滲理論描述了當(dāng)節(jié)點(diǎn)或鏈接被移除時(shí)，網(wǎng)絡(luò)如何表現(xiàn)，其中它們將分解為更小的連接集群。這一理論應(yīng)用于費(fèi)米悖論的第一個(gè)已知實(shí)例可能是卡爾·薩根和威廉·紐曼在1981年提出的。在一篇題為“銀河文明:人口動(dòng)力學(xué)和星際擴(kuò)散”的論文中，他們認(rèn)為人類沒有遇到地外文明(ETCs)的原因是因?yàn)樾请H探索和定居不是線性現(xiàn)象。
哈特-蒂普勒猜想認(rèn)為，先進(jìn)的etc很久以前就已經(jīng)殖民了我們的星系(因此，它們并不存在)，與此相反，薩根和紐曼假定星際探索是一個(gè)擴(kuò)散的問題。杰弗里·a·蘭迪斯在他1993年的論文《費(fèi)米悖論:基于逾滲理論的方法》中闡述了同樣的觀點(diǎn)，他認(rèn)為物理定律對(duì)星際增長(zhǎng)施加了限制。根據(jù)蘭迪斯的說法，并不存在期待地外文明的“一致動(dòng)機(jī)”:
“既然有可能，考慮到足夠多的地外文明，一個(gè)或多個(gè)肯定會(huì)著手這樣做，可能出于我們不知道的動(dòng)機(jī)。殖民化將需要非常長(zhǎng)的時(shí)間，而且非常昂貴。假設(shè)不是所有的文明都有興趣為遠(yuǎn)在未來的回報(bào)付出如此巨大的代價(jià)是很合理的。人類社會(huì)由探索和殖民的文化和無意這樣做的文化混合而成，有時(shí)跨越極遠(yuǎn)的距離。”
同樣，美國(guó)宇航局系外行星系統(tǒng)科學(xué)中心(NExSS)的亞當(dāng)·弗蘭克教授和同事在2019年寫了一篇題為“費(fèi)米悖論和極光效應(yīng):系外文明定居，擴(kuò)張和穩(wěn)態(tài)”的論文。受金·斯坦利·羅賓遜2015年的小說《極光》的啟發(fā)，他們認(rèn)為星際定居將發(fā)生在集群中，因?yàn)椴⒎撬袧撛诘囊司有行嵌歼m合外星物種。簡(jiǎn)而言之，物理、生物和進(jìn)化的法則限制了一個(gè)物種在銀河系定居的距離和速度。
為了限制這些限制，研究小組考慮了宇宙的三種主要宇宙學(xué)模型，包括靜態(tài)、物質(zhì)主導(dǎo)和暗能量主導(dǎo)。正如愛因斯坦和他的宇宙常數(shù)最初描述的那樣，靜態(tài)宇宙在空間和時(shí)間上是無限的，既不膨脹也不收縮。物質(zhì)主導(dǎo)的宇宙描述了大爆炸后98億年前的宇宙狀態(tài)，當(dāng)時(shí)物質(zhì)的能量密度超過了輻射的能量密度和真空的能量密度。
暗能量主導(dǎo)的宇宙描述了宇宙演化的最新階段，大約始于98億年前，以加速膨脹為特征。該小組還根據(jù)邏輯增長(zhǎng)函數(shù)考慮了所有三種情況，以確定行星數(shù)量隨時(shí)間的變化。由此，該團(tuán)隊(duì)獲得了他們研究的兩個(gè)參數(shù):T，解決均勻和各向同性的理想宇宙的球形部分所需的時(shí)間，以及H，描述宇宙膨脹速率的哈勃參數(shù)——也被稱為哈勃定律或哈勃-勒邁特定律。
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(zhǎng)、傳染病傳播和化學(xué)反應(yīng)的方式。正如他們?cè)谘芯恐兄赋龅哪菢樱@些動(dòng)力系統(tǒng)遵循一種一般模式，由于有限的來源(在這種情況下，可居住的行星)而從相對(duì)緩慢的開始。但是，隨著他們繼續(xù)擴(kuò)張和獲取新的來源，這就使可用的數(shù)量成倍增加，傳播速度加快。這一直持續(xù)到源的數(shù)量開始減少和/或系統(tǒng)的元件耗盡。
令他們驚訝的是，研究小組在觀察物質(zhì)主導(dǎo)的暗能量宇宙時(shí)注意到了類似的行為。正如Alinea博士通過電子郵件告訴《今日宇宙》。
“值得注意的是，當(dāng)空間本身在暗能量和物質(zhì)主導(dǎo)的宇宙中膨脹時(shí)，沉降過程在很大程度上仍然遵循邏輯增長(zhǎng)函數(shù)。我們沒有預(yù)料到這個(gè)結(jié)果，因?yàn)樵谖覀兛磥恚粋€(gè)空間不斷膨脹的系統(tǒng)與一個(gè)靜止的系統(tǒng)大不相同。我們所知道的關(guān)于逾滲的大多數(shù)研究都是基于靜態(tài)點(diǎn)陣(例如，森林火災(zāi)的蔓延、疾病的傳播、信息的擴(kuò)散)，其中通常觀察到邏輯增長(zhǎng)行為。我們的研究將這種行為‘?dāng)U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，膨脹宇宙的沉降速度有所延遲。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)散為標(biāo)志。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“不可及”本質(zhì)上，遙遠(yuǎn)的行星后退的速度可能比光速還快，這使得一個(gè)正在擴(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)占主導(dǎo)地位的宇宙，他們的發(fā)現(xiàn)表明，當(dāng)H同樣小時(shí)，同樣的關(guān)系適用，但當(dāng)H變得更大時(shí)，關(guān)系明顯改變到T~ H2。與暗能量占主導(dǎo)地位的宇宙相比，T不會(huì)呈指數(shù)增長(zhǎng)或達(dá)到無窮大，除非H是無窮大。艾莉尼爾說:
“這很有趣，因?yàn)槲镔|(zhì)主導(dǎo)的宇宙也具有視界的特征。這意味著，對(duì)于這個(gè)宇宙中距離參考行星足夠遠(yuǎn)的行星來說，它們正在以比光速更快的速度后退，這使得它們看起來似乎無法到達(dá)。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，運(yùn)動(dòng)中的哈勃球正在收縮而不是膨脹。簡(jiǎn)單而非正式地說，宇宙中遠(yuǎn)離參考行星的那些行星(最初'移動(dòng)'速度超過光速的行星)正在'減速'，使它們可以到達(dá)，至少在原則上是這樣。”
他們?cè)谀睦铮?br>根據(jù)他們的結(jié)果，研究小組確定，高級(jí)文明通常會(huì)遵循一種增長(zhǎng)趨勢(shì)，這種趨勢(shì)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)”行星的數(shù)量耗盡而放緩并停止。正如Alineal博士所描述的，“這種模式的標(biāo)志是一個(gè)三階段模式:慢結(jié)算率–>快結(jié)算率–>慢結(jié)算率。”問題仍然是:這對(duì)費(fèi)米由來已久的問題意味著什么？這種三階段模式如何幫助我們完善在銀河系中擴(kuò)展的高級(jí)文明的搜索？
為此，研究小組得出結(jié)論，我們的星系目前可能正處于第一階段，其特點(diǎn)是緩慢的定居速度。這可能是因?yàn)楝F(xiàn)在只有少數(shù)聰明、先進(jìn)的文明參與星際定居。“這個(gè)緩慢的階段可能會(huì)因‘活’行星之間的遠(yuǎn)距離而加劇。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，以快速的定居速度為特征。進(jìn)入這個(gè)階段后，如果有足夠的時(shí)間，我們可能最終會(huì)和外星人打招呼。”
此外，他們的結(jié)果提出了人類有朝一日成為星際物種的可能性，這也許是確保我們物種繼續(xù)生存和發(fā)展的一種手段。在暗能量主導(dǎo)的不斷膨脹、不斷加速的宇宙中，這代表著一種挑戰(zhàn)。但是正如Alineal博士總結(jié)的那樣，有一些選擇:
“盡管有足夠的技術(shù)可以接近光速，但要到達(dá)宇宙中的任何一個(gè)星球，尤其是遙遠(yuǎn)的星球，仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。話雖如此，這個(gè)宇宙中有一個(gè)球形部分，以我們的位置為中心，它的行星是可以到達(dá)的，至少在原則上，是可以定居的。除此之外，還有一些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，雖然在人類的尺度上很大，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，那么我們將足夠幸運(yùn)地?fù)碛幸粋€(gè)宇宙，原則上，它可以被殖民到離我們?nèi)魏尉嚯x的地方；也就是說，宇宙中的殖民和人類影響不受任何領(lǐng)域的限制，不像暗能量主導(dǎo)的宇宙那樣。”
總之，費(fèi)米問題的答案可能是，先進(jìn)文明正處于早期的緩慢擴(kuò)張階段，這(到目前為止)阻止了我們進(jìn)行接觸。但是隨著我們可以占據(jù)的哈勃空間(H)的球形體積的擴(kuò)大，我們更有可能足夠接近其他人的體積，以至于我們最終會(huì)知道我們?cè)谟钪嬷胁⒉还陋?dú)。類似地，雖然暗能量可能會(huì)限制我們可以到達(dá)的距離(在我們的星系內(nèi)，不會(huì)更遠(yuǎn))，但足夠大的空間將使我們能夠繼續(xù)發(fā)展，并可以防止一次災(zāi)難性的命運(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，宇宙會(huì)減速并達(dá)到某種穩(wěn)態(tài)——愛因斯坦更愿意相信的那種。在那種情況下，我們的哈勃球體可能會(huì)繼續(xù)無限膨脹，宇宙文明之間不會(huì)缺少混合。這確實(shí)帶來了一些令人興奮的前景，不是嗎？