天文學家提出利用博弈論來幫助發現外星智慧生命

曼徹斯特大學的新研究建議使用一種與合作博弈相關的策略,即“博弈論”(Game Theory),以最大限度地提高發現外星智能生命的可能性。如果先進的外星文明存在於我們的銀河系並試圖與我們交流,那麼找到它們的最佳方式是什麼?這是從事“地外文明搜尋計劃”(SETI)的天文學家所面臨的巨大挑戰。

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曼徹斯特大學喬德雷爾·班克天文台的天體物理學家Eamonn Kerins博士在《天文學雜誌》上發表了一篇新的論文,提出了一種基於博弈論的新策略,可以使找到它們的幾率對我們更有利。

SETI項目傾向於使用兩種方法中的一種。一種是進行調查,對大面積的天空進行掃描,希望能從某個地方看到信號。這種調查方法可以迅速產生大量的數據,而這些數據是很難全面搜索的。另一種方法是有針對性的SETI,即更集中地搜索可能存在生命的特定恆星系統。這提供了關於這些系統的更全面的數據,但也許那裡沒有人?

Kerins博士建議使用博弈論:“在博弈論中,有一類被稱為協調博弈,涉及兩個必須合作才能獲勝的參與者,但他們彼此之間不能溝通。當我們從事SETI時,我們和外面試圖找到我們的任何文明,正是在玩這種博弈。因此,如果我們和他們都想進行接觸,我們雙方都可以參考博弈論來制定最佳策略。”

Kerins博士把他的想法稱為 “相互可探測性”。它指出,尋找信號的最佳地點是那些我們能夠確定地球本身可能有人居住的星球。

“如果我們有一個可能有人居住的星球的證據,而那裡的文明也有關於我們星球的類似證據,那麼雙方都應該有強烈的動機對對方進行SETI,因為雙方都會意識到證據是相互的。”

新理論建議研究凌日行星,即那些在軌道上直接經過其宿主恆星表面的行星,短暫地使其看起來更暗淡。這種調光效應以前曾被用來發現行星。事實上,凌日行星構成了我們目前所知的大部分行星。對於一些行星,天文學家可以確定它們是否是像地球一樣的岩質行星,或者它們的大氣層是否有水蒸氣的證據。

“如果這些行星的位置與地球軌道的平面一致呢?他們將能夠看到地球經過太陽,他們將能夠獲得關於我們的同樣的信息。我們的行星將是可以相互探測的,”Kerins博士說。從這裡看地球經過太陽前方的區域被稱為“地球凌日帶”。在他的論文中,並估計應該有數以千計的潛在宜居行星位於這個區域內。

但問題是,是傾聽來自它們的信號還是向它們發送信號。一些科學家,如已故的斯蒂芬·霍金教授,已經警告說,向可能比我們有巨大技術優勢的文明發送信號有潛在危險。其他人則指出,如果每個公民都有同樣的恐懼,那麼就不會有任何信號供人探測,即所謂的SETI悖論。Kerins博士的工作顯示了這個悖論是如何被解決的。

“事實證明,位於地球凌日帶的行星上的文明可以知道他們過境行星的基本證據對我們來說是否更清楚,或者我們的信號對他們來說是否更清楚。我們也會知道這一點。有道理的是,對對方的星球看得最清楚的文明會最想發出信號。另一方將知道這一點,所以應該觀察和傾聽信號。”

在研究論文中,Kerins博士表明,“地球凌日帶”的絕大多數宜居行星預計都在比太陽更暗的低質量恆星周圍的軌道上。他表明,這些文明會對我們有一個更清晰的看法。使用相互可探測性理論表明,有針對性的SETI項目因此應該集中尋找來自昏暗恆星周圍的潛在可居住行星的信號。

“很快,我們應該有第一份行星目錄,這些行星可能居住着已經對我們的世界有所了解的文明。他們可能知道得足夠多,以至於被誘惑去發送一個信息。這些是我們真正需要關注的世界。如果他們知道博弈論,他們就會期望我們傾聽。”

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