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大過濾器理論

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卡爾達肖夫指數的三個等級

大過濾器理論是解釋費米悖論的一種假說。大過濾器理論假設，在生命的發展過程中，即從生命起源的早期階段到卡爾達肖夫指數的最高等級（即Ⅲ級，可利用所在星系全部資源）的過程中，存在着一些特殊的發展障礙（被稱作「過濾器」）。因此，人類可探測到的地外生命極其罕見。[1][2]

大過濾器這個概念由羅賓·漢森（英語：Robin Hanson）提出：目前在可觀測宇宙中找不到任何地外文明，意味着高階智慧生命的出現機率很低。這一發現被概念化為「大過濾器」。大過濾器的作用是將可能出現智慧生命的大量場所，減少到實際觀察到的能出現具有先進文明的智慧物種（目前發現的只有一個：人類）的極少場所[3]。大過濾器的位置可能位於我們身後（過去）或前方（未來），可能會成為智慧生命進化的障礙，或意味着自我毀滅的機率很高。[1][4]這一論點的主要結論是：生命越容易進化到我們的階段，我們未來的機會可能就越渺茫。

這一理論最初是在一篇經濟學家羅賓·漢森撰寫的題為「大過濾器——我們快過去了嗎？」的在線文章中提出的。此文的最初版本寫於1996年8月，1998年9月15日，文章最後一次更新。漢森在討論費米悖論時創造的公式已經被許多已出版的資料認可。

主要論點

費米悖論

主條目：費米悖論

截至目前（2024年），沒有可靠的證據顯示外星人曾經到訪過地球。在現有的技術條件下，我們也沒有觀測到任何外星智慧生物，搜尋地外文明計劃也沒有接收到任何來自其他文明的訊息。除了地球以外的宇宙，仿佛是「死了」。漢森說：[1]

看起來，我們的行星和太陽系並沒有被外星高階生命占領，我們看到的其他任何東西也沒有。相反，我們已經能夠通過簡單的「死」的物理過程，而不是複雜的有目的的高階生命過程，成功地解釋了我們的行星和太陽系、附近恆星、我們的星系，甚至其他星系的行為。

生命趨向於占據每一個適宜的環境。[5]有了諸如自複製航天器（英語：Self-replicating spacecraft）之類的技術，這些環境將擴展到鄰近的恆星系統，甚至在與宇宙年齡相比仍然很小的更長時間尺度上擴展到其他星系。漢森指出：「如果這樣先進的生命已經在我們的星球上大量殖民化，我們現在就已經知道了。」[1]

可能的大過濾器

以下是漢森提到的可觀測宇宙中可能存在的九個大過濾器，揭示了走向星際殖民的九個關鍵步驟:

  1. 合適的恆星系統（包括有機物和潛在的宜居行星）
  2. 可自我複製的分子（例如RNA）
  3. 簡單的原核單細胞生命
  4. 複雜的真核單細胞生命
  5. 有性生殖
  6. 多細胞生命
  7. 會使用工具的智慧生物
  8. 有星際殖民潛力的文明（我們現在的狀態）
  9. 星際殖民

根據大過濾器理論，如果以上列表是完整的，那麼其中至少一個步驟是幾乎不可能的。如果這不是一個早期步驟（即在我們的過去），那麼這意味着不可能的步驟存在於我們的未來，也就是說，我們達到第9步（星際殖民）的前景仍然暗淡。如果過去的步驟實現的機率很高，那麼許多文明將發展到目前人類的水準。然而，似乎沒有文明能達到第9步，否則銀河系中將遍布外星人星際殖民的飛船。

因此，第9步很可能是不太可能實現的，唯一可能使我們無法執行第9步的是某種災難，或者某種重要資源（例如儲量有限的能源）的枯竭。[6]因此，根據這一論點，如果將來在火星上發現多細胞生命（假設其獨立進化），將是一個壞消息。因為這意味着步驟2-6很容易，而只有1、7、8或9（或某些未知步驟）可能是一個大問題。[4]

雖然步驟1-8已經在地球上發生，但其中任何一個看起來機率都很低。如果前七個步驟是計算可能性的必要先決條件（使用局部環境），那麼人類偏見觀測器無法從其（預先確定的）環境中推斷出任何關於一般機率的訊息。

雅各布·哈克·米斯拉（Jacob Haqq Misra）、拉維·庫馬爾·科帕拉普（Ravi Kumar Kopparapu）和愛德華·施維特曼（Edward Schwieterman）在2020年的一篇論文中認為，目前和未來的望遠鏡在紫外線到近紅外波長下擅長搜尋生命印跡。同時，可以在中紅外波長檢測技術印跡的望遠鏡的發展可以為深入了解大過濾器提供幫助。他們指出，如果將來發現了大量具有技術印跡的行星，那麼我們的信心將大增，因為大過濾器已經過去。另一方面，如果我們發現生命是普遍的，而沒有發現技術特徵，那意味着大過濾器很可能出現在未來。[7]

反響

有許多替代的理論可能允許智慧生命的進化普遍存在，既沒有災難性的自我毀滅，也沒有明顯的證據。這就是費米悖論的另一種可能的解釋：「它們確實存在，但我們沒有看到它們」。其他假說包括：在整個銀河系中傳遞訊息成本太高；地球是被故意孤立的。

天體生物學家德克·舒爾澤·馬庫奇（英語：Dirk Schulze-Makuch）和威廉·貝恩（William Bains）回顧了地球上生命的歷史，包括趨同進化，得出結論認為：只要有足夠的時間，任何類地行星都可能出現氧化作用、真核細胞、多細胞生物和使用工具的智慧生物。他們認為，大過濾器可能是自然發生、人類水準智慧生物技術的進步，或者是由於自我毀滅或缺乏資源而無法抵達其他世界。[8]

SETI協會的天文學家塞思·肖斯塔克（英語：Seth Shostak）認為，可以假設一個星系中充滿了未能殖民地球的智慧外星文明。也許外星人缺乏殖民的意圖和目的，或者耗盡了他們的資源，或者銀河系被以一種異質的方式殖民化，或者地球可能位於「銀河死水」中。雖然缺乏證據只是一種消極證明，但舉例來說，未發現地外巨型工程（如戴森球）可能意味着大過濾器在起作用。這是否意味着通向智慧生命的一個步驟是不可能的？[9]肖斯塔克說：

當然，這是費米悖論的一種變體：我們看不到廣泛的大尺度工程的線索，因此我們必須得出結論:我們是孤獨的。但這裡可能存在缺陷的假設是：巨型構築物是智慧的必然結果。由於慣性定律，較小的機器速度更快，運行所需的能量更少；在光速限制下，小型計算機內部通信更快。因此，先進文明有可能熱衷於建設小型技術，沒有動機在附近重新排布行星。例如。他們可能更喜歡建造納米機器人。正如阿瑟·C·克拉克所說，我們還應該記住的是，真正先進的工程對我們來說就像魔術，或者根本無法識別。順便說一句，我們才剛剛開始尋找像戴森球體這樣的東西，所以我們不能真正排除它們。[9][10]

另見

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Hanson, Robin. The Great Filter – Are We Almost Past It?. 1998. （原始內容存檔於2010-05-07）. 
  2. ^ Overbye, Dennis. The Flip Side of Optimism About Life on Other Planets. New York Times. August 3, 2015 [October 29, 2015]. （原始內容存檔於2019-09-19）. 
  3. ^ Hanson 1998: "No alien civilizations have substantially colonized our solar system or systems nearby. Thus among the billion trillion stars in our past universe, none has reached the level of technology and growth that we may soon reach. This one data point implies that a Great Filter stands between ordinary dead matter and advanced exploding lasting life. And the big question is: How far along this filter are we?"
  4. ^ 4.0 4.1 Bostrom, Nick. Where Are They? Why I hope the search for extraterrestrial life finds nothing (PDF). Technology Review (Massachusetts Institute of Technology). May–June 2008: 72–77 [2021-04-13]. （原始內容存檔 (PDF)於2019-12-24）. 
  5. ^ "Are We All Alone, or could They be in the Asteroid Belt" by Michael D. Papagiannis, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, Vol. 19, p.277. [2022-07-17]. （原始內容存檔於2019-01-07）. 
  6. ^ Baum, Seth. Is Humanity Doomed? Insights from Astrobiology. Sustainability. 8 February 2010, 2 (2): 591–603. Bibcode:2010Sust....2..591B. doi:10.3390/su2020591 可免費查閱. 
  7. ^ Haqq-Misra, Jacob; Ravi Kumar Kopparapu; Schwieterman, Edward. Observational Constraints on the Great Filter. Astrobiology. 2020, 20 (5): 572–579. Bibcode:2020AsBio..20..572H. PMID 32364797. arXiv:2002.08776 可免費查閱. doi:10.1089/ast.2019.2154. 
  8. ^ Schulze-Makuch, Dirk; Bains, William. The Cosmic Zoo: Complex Life on Many Worlds. Springer. 2017: 201–206 [2022-07-17]. ISBN 978-3-319-62045-9. （原始內容存檔於2022-07-17） （英語）. 
  9. ^ 9.0 9.1 Pethokoukis, James M. Keeping His Eyes on the Skies. U.S. News & World Report. 2003-11-04. （原始內容存檔於2013-06-19）. 
  10. ^ Joseph Voros in "Macro-Perspectives Beyond the World System" (2007) points out that some researchers have attempted to search for energy signatures that could be traced to Dyson-like structures (shells, swarms, or spheres). So far, none have been found. See for example, Tilgner & Heinrichsen, "A Program to Search for Dyson Spheres with the Infrared Space Observatory", Acta Astronautica Vol. 42 (May–June, 1998), pp. 607–612; and Timofeev et al. "A search of the IRAS database for evidence of Dyson Spheres", Acta Astronautica Vol. 46, (June 2000), pp. 655–659.

延伸閱讀

關於大過濾器理論
的圖書館資源

外部連結

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