北京時間7月5日消息，在近期的一項新研究中，科學家通過計算機模擬顯示，外星人可能不需要曲速引擎這樣的高科技就能夠佔領整個銀河系，他們甚至可能已經在銀河系內部定居。那麼，他們在哪裡呢？這項模擬研究指出，一個技術先進的文明，即使所使用的宇宙飛船速度緩慢，也仍有可能在一定時間內殖民整個星系。這一發現為星際遷移提供了一個可能的模型，並使研究者對於哪裡可能發現外星智慧生命有了更敏銳的認識。
從模擬結果中截取的可視化圖像。白點是不穩定的恆星，洋紅色球體是穩定的恆星，而白色立方體是正在飛行的星際飛船
有人說，太空是無比廣大的，而這就是我們至今仍未發現外星智慧生命的原因。當然，恆星之間的距離確實是巨大的，但需要記住的一點是，宇宙也非常古老。事實上，就極端程度而言，我們甚至可以說銀河系的“古老”要遠勝於它的“巨大”。正因為如此，有研究者在討論費米悖論時傾向於忽略“距離”這一重要的變量。著名物理學家恩里科·費米在1950年一次非正式討論中提出，如果銀河系存在大量先進的地外文明，那為什麼我們尚未看到任何外星智能存在的證據？換言之，對地外文明存在性的過高估計與缺少相關證據之間存在着矛盾，這後來就被稱為費米悖論。
在發表於《美國天文學會》（The American Astronomical Society）的一項新研究中，美國賓夕法尼亞州立大學的天文學家兼天體物理學家傑森·賴特，與哥倫比亞大學的天體生物學家凱萊布·沙夫共同指出，即使以最保守的文明擴張速度來估計，地外文明有可能已經在銀河中形成了一個“星際帝國”。
該團隊通過一個模擬來顯示這一過程。在一個類似銀河系的模擬星系中，一個孤獨的科技文明開始在星系內擴張。在可視化圖像中，灰色的點代表不穩定的恆星，洋紅色的小球代表穩定的恆星，而白色立方體是正在飛行途中的星際飛船。該項目的計算機代碼和數學分析是由羅切斯特大學的喬納森·卡羅爾-內倫巴克編寫的。羅切斯特大學的天文學家亞當·弗蘭克也參與了這項研究。
“星際帝國的崛起”
在計算機模擬中，最初一切進展緩慢，但在出現指數級增長之後，文明的傳播速度立刻就會加快。不過，這只是故事的一部分；擴張速率很大程度上會受到星系中心附近恆星密度的增加和所謂“耐心策略”的影響。在這種策略中，星際殖民者會耐心等待隨星系繞軸旋轉的恆星逐漸向他們靠近。
殖民整個內星系的過程大約需要10億年的時間。這聽起來似乎是一段很漫長的時間，但其實只佔銀河系總年齡的7%到9%。
這段模擬影像的另一個亮點是，它展示了一個卡爾達肖夫Ⅱ型文明（能利用整個恆星系統的能量）過渡到一個成熟的卡爾達肖夫Ⅲ型文明（能利用整個星系輸出的能量）的過程。
對一個智慧文明而言，想要完成這樣一項雄心勃勃的事業似乎是不可能的，但我們可以回想一下美國天文學家和科學史專家斯蒂芬·迪克提出的“智慧原則”（Intelligence Principle）。在2003年的論文《文化進化、後生物宇宙與SETI》中，迪克闡述了這一原則，他寫道：“知識和智慧的維持、改進和永續是文化進化的核心驅動力。”人類文明也一直在挑戰可能性的極限，我們沒有理由相信這樣的衝動會很快停止。因此有一種假設是，先進文明最終會尋求佔領銀河系的每一個角落，並在寶貴的能量來源，即恆星周圍建立營地。
已故的天文學家和科普作家卡爾·薩根認為，外星文明可能會醞釀出殖民浪潮，但他也指出，一個文明要達到卡爾達肖夫Ⅲ型文明的水平（如果能達到的話）需要相當長的時間。不過，這篇新論文認為，即使是在一些不合理的保守假設下，這種轉變發生的速度也要比之前預計的快得多。
穩紮穩打，步步推進
這篇新論文的以同一個團隊在2019年設計的一個擴張模型為基礎，研究人員在這個模型中展示了“即使是移動緩慢的飛船——比如今天人類製造的飛船——也可以在比星系存在時間更短的時間內在星系內部定居，如果他們能存續足夠長的時間以到達最近恆星的話”。
這項模擬研究提供了一個例子，展示了星系規模的擴張過程看起來會是什麼樣子，並估計擴張的速度和物理形態。該模擬還顯示了恆星運動可能扮演的重要角色。賴特說：“恆星本身在不斷移動，所以一旦你佔領了鄰近的系統，恆星就會把你帶到星系的另一個區域，在那裡徘徊着更多的新恆星，使你有機會佔領另一個恆星系統。”
如前所述，這個新模型受到一些非常保守的規則的限制。例如，每一萬年才會有一艘移民飛船起航；任何文明都不能持續存在超過1億年；飛船航行的距離不能超過10光年，速度不能超過每秒10公里——這與旅行者號和新視野號等人類探測器差不多。
“這就意味着，我們談論的不是一個快速或積極擴張的物種，也不需要曲速引擎或其他任何東西，”賴特說，“只需要一些我們可以實際操控的普通飛船，用類似今天的技術就可以設計出來，比如利用激光來推動太陽帆的飛船，或者可能只需要飛船的壽命足夠長，能夠運行長達10萬年的時間，利用常規火箭和巨行星的引力彈弓就能實現擴張。”
來到星系核心的外星人
即使在上述條件下，殖民整個模擬星系的內部也需要長達10億年的時間。但正如賴特所說：“我們的星系已經有超過100億年的歷史，因此即使有這些參數，這一過程也可能發生了很多次。”
有趣的是，研究人員在論文中寫道，模擬結果也顯示了“當殖民先鋒到達星系的凸起區域和中心位置時，擴張速度會有多快”。靠近星系核心的恆星彼此之間距離更近，殖民路線也更短。但賴特表示，即便如此，“在視頻中看到這一過程的發生依然令人震驚。”這段模擬圖像“證實並驗證了之前的研究成果，即星系中心是SETI（搜尋地外文明計劃）很有希望的搜索方向”。
不過，賴特也承認，該模擬只是基於非常簡單的假設。因此，該團隊目前正在研究如何進行更真實的模擬。據介紹，未來的模擬程序將允許這些參數有更大的變化，同時也允許文明在星際旅行中表現得更好或更糟。
可以肯定的是，這篇新論文加強了我們對費米悖論的理解，因為“如果有太空物種，那它們到現在已經有足夠的時間在整個星系定居，即使是在沒有曲速引擎這種科幻設定的情況下，”賴特解釋道。事實上，賴特並沒有被費米悖論所困擾，他表示，我們之所以還沒有注意到外星人，“原因有很多”。
“事實上，如果我們注意到的話，我會非常驚訝！”賴特補充道，“當然，對搜尋地外文明的樂觀主義者來說，這項研究的結果是非常好的。他們一直認為銀河系中應該有很多智慧文明，他們所擁有的技術是我們可以從地球上獲取的。”
事實上，SETI的科學家們已經意識到銀河系中心可能是一個觀察外星文明的絕佳場所。不幸的是，最近對銀河系中心的調查最終空手而歸。這篇新的論文也告訴我們，有條不紊和耐心很重要。我們只需要繼續尋找，不管外星人是否真的存在。（任天）