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[三体]费米悖论的相关解释（系统版）[第1页]

作者:厉风

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此答案很长，长文恐惧症者慎入。
费米悖论一般有4种主流解释：【1】筛子理论【2】天敌理论【3】囚笼理论【4】养老理论
下面就分别介绍一下四类理论以及每一类中比较有代表性的几种假说。
首先，费米悖论是以物理学家【费米】的名字命名的【未解之谜】，原则上来说它只是一个【谜题】，算不上【悖论】，因为它并没有给出一对互相矛盾又各自自圆其说的论点，它只是问了一个问题【为什么人类找不到外星人存在的可靠证据】。
【1】筛子理论也叫【过滤器理论】，它是N多个不同假说组成的大类，这些不同假说每一个都可以算是一种【过滤器理论】，只不过每种假说的解释不同。
所有的【过滤器理论】都有一个共性，那就是假说都从某个角度论证了宇宙里的【科技文明】成活率很低，低到【任意两个科技文明很难在时间和空间都足够近的条件下共存，所以不同科技文明之间没有机会去与对方交流】。所以，【过滤器理论】也叫【成活率理论】。以下介绍四种不同的过滤器理论（最著名的四种）：
①产生率过滤器（也叫经典过滤器）
这是过滤器理论系列最早的假说，开山鼻祖式的存在。某西方学者给出一个猜想公式来计算科技文明的产生率，我们这里不给出原始公式，只给一个简化版的公式：
产生率P=生态行星在宇宙中所有行星中所占比例 x 生态系统产生智能物种的概率 x 智能物种爬上科技树（走制造工具路线）的概率 x 智能物种成功发展到有能力发送携带规则信息的电波而没有毁灭的概率
上面给的是一个示意公式，原始公式因子项目很多但真正起关键作用的内容很少，有兴趣者自己去查原始资料吧（其实不值得看，毕竟雏形阶段的理论都是比较尴尬的）。
从上面的公式可以看出，由于生态行星在宇宙中的存在比例低的吓人（具体数据大家可以去查资料，千光年内也没有几个）、生态系统产生智能物种的概率也是奇低（稍微严酷一点的自然环境里生态系统中的生物就只能维持在简单多细胞生命形态无法更加复杂，所以很难复杂到拥有智能的水平）、智能物种走制造工具求生的发展路线概率奇低（因为制造工具的路线在发展初期成本高收益少，更重要的是制造工具受限于环境材料条件等因素充满不确定性，不如进化出尖牙利爪或者游泳飞行的能力来得实在可靠）、智能物种发展到发电波的概率奇低（发展到该阶段需要极高生产力基础以及足够先进的其他技术基础，无论是生产力还是基础技术都需要积累，而且积累难度很大），所以，这些概率共同影响下，科技文明足以利用电波向全宇宙宣告自己的存在的概率极低（是各项概率的乘积）。
这就是经典过滤器（产生率理论）的核心思想：一系列客观概率的低下导致其共同影响下能够满足条件发送宇宙广播的科技文明少之又少。假如上面公式里每一项的概率有千分之一（实际上的概率比十万分之一还低，我们说有千分之一简直是非常高估了），那么产生率P=千分之一的四次方=千亿分之一（一千亿个行星中只有一个行星上能产生达标的科技文明，如果按照现实里低于十万分之一的概率计算每一项然后相乘，概率还要更低8个数量级）。
由于产生率如此之低，宇宙里绝大多数行星都被概率过滤掉了，只剩下微乎其微的行星可以产生达标的科技文明，所以这个概率过滤机制就是所谓的【科技文明过滤器】，正因如此，所有过滤器理论其实都是【概率筛选理论】。
请注意，经典过滤器理论中原本是没有【智能物种成功发展到有能力发送携带规则信息的电波而没有毁灭的概率】这一项的，但这一项在现代来看最为重要，因为【费米悖论】关注的不只是低等科技文明有多大可能产生，而是【能发出被我们识别的宇宙广播的高等科技文明有多少】。所以经典过滤器理论的原版并没有直接回答费米悖论，而必需要添加这个最后一项才行（但这个最后一项却引出了另外两个著名的过滤器理论，都是现代的过滤器理论，请看后文介绍）。
②寿命过滤器
经典过滤器（产生率过滤器）理论只估算了科技文明的产生率（在空间上的），没有估算这样产生的文明能在时间上如何分布。于是，又有学者提出新的假说，来估算科技文明的寿命。具体的估算方法非常复杂而且至今还有不少争议，但各种算法都指向一个共同结论：
【科技文明发展到发送宇宙电波阶段而没有被自然灾害毁灭的概率很低】，因为天文学家根据天文观测估算了宇宙里大部分【行星系统（即1~2颗恒星及其附近行星组成的天体系统，简称行星系）】内行星能免于火山地震寒潮海啸、宇宙射线和小行星撞击毁灭的最长时限，发现像太阳系这样能够有连续上百万年安全期供智能物种演化为科技文明物种的行星系（太阳系是因为有木星吸引了小天体撞击，而且太阳系远离各种脾气暴躁的辐射天体-例如超新星等-，加上地球气候条件相对稳定、地质活动也相对稳定）少之又少，而且只有这样的星系才能保证科技文明有较长的寿命（从掌握电气科技开始计算，达到10万年算是【较长】）。
寿命过滤器的重要意义在于，由于宇宙里电波传播速度为光速，这个有限速度对于遥远的星际距离来说未免过慢，所以两个科技文明任何一者发出一次宇宙广播，要被另一科技文明收到，是需要时间的，保守估计在银河系这种【恒星系（由许多恒星组成的天体系统）】内，银河系互为对面的两个文明要收到对方信息需要十万年（因为银河系直径10万光年），所以两个文明中的收信者若在发信方发信时成为电波文明，则还需要十万年寿命才能等到发信者发出的电波（所以寿命过滤器理论以十万年为寿命参考标准，虽然此标准没有什么绝对意义）。
而寿命过滤器假说指出：由于拥有十万年寿命的科技文明少之又少，在十万光年的银河系范围内，按照【产生率过滤器（经典过滤器）】产生的两个科技文明能满足【送终条件】的概率极低。这是寿命过滤器理论的核心结论。
解释一下【送终条件】：A文明灭亡时发送【我死了】宇宙广播，被另一个文明B收到时，文明B恰好刚刚达到电波科技阶段恰好收到并足以识别出这个宇宙广播来自科技文明而非自然现象，这叫B文明满足给A文明送终的【送终条件】。
如果A文明灭亡时发送【我死了】宇宙广播，而该广播信号掠过文明B所在行星后，文明B才达到电波科技水平，那么文明B就不够给A送终，两者互为【1型无缘联络文明】。
考虑文明寿命，文明B如果在A发送【我死了】广播时达到电波科技水平，但由于文明B寿命不足十万年，而A的宇宙广播要在十万年后到达B，则A的遗言广播到达B时B已死，那么B就无法给A送终，两者互为【2型无缘联络文明】。
也就是说，能够互相联络的两个文明必须是部满足上面两种【无缘联络】条件的，也就是说满足【送终条件】是两个文明能至少单向联络的最低限度要求。
由于科技文明寿命有限，不难估算出满足【送终条件】的成对科技文明少之又少，所以寿命过滤器假说得到最终结论：
宇宙中两个科技文明能有缘给对方送终的概率都低得可怕，想要让双方有缘进行多次交流的可能性更低。
由此我们看到：无论从空间上还是时间上，两个科技文明有幸可以互相得知对方存在的概率都微乎其微（百万光年尺度内这个概率几乎为零，也有某些估算方法得到比这更低的概率），所以现实里我们无法收到来自银河系内另一个科技文明的信息，就再正常不过了。
③资源过滤器假说。我们前面说过【产生率过滤器（经典过滤器）】假说里原本没有最后一项【智能物种成功发展到有能力发送携带规则信息的电波而没有毁灭的概率】，而这个最后一项引出两个现代过滤器假说，【资源过滤器】假说就是其中之一。
曾经有人想过这样一个问题【也许人类会在宇航科技发展到足以殖民外星球之前，就耗尽足以制造宇航燃料的资源，导致人类永远无法飞出地球】，这个担忧实际上是不成立的，因为只要地球生态体系还在，我们就可以利用生物能源做原料来化工合成高性能的宇航燃料，但是这个担忧却提示了一种可能性【也许在我们无法发展出某种高等科技之前，我们就失去了研发这种科技所需的某种资源条件】，没错，这就是【资源过滤器】假说的核心假设。
由于真正胜任星际旅行的科技还是未知的（我们现有的宇航科技要胜任星际旅行是远远不够的，无论运输速度还是运载能力都差得远），所以【资源过滤器】假说假设【宇宙里绝大多数科技文明都不具备研发星际旅行科技的资源条件】。
假如这种可能性真的存在，那么偌大的宇宙力就几乎不可能有外星人从遥远星河彼岸前来造访地球，因为它们没有足够资源条件发展出这种星际旅行的技术。
但是，实际上我们说发现外星文明的存在只需要收到它们的宇宙广播，不需要让它们飞过来，所以资源过滤器理论并不是科学幻想，它最终研究了人类的科技发展史，得到了一个现实结论：
宇宙里有足够条件发展出电波技术的科技文明少之又少。
具体的估算是参考人类发展出电波技术需要建立何种生产力以及生产规模，并且需要何种基础科技支持，再看看宇宙里其他行星有多少可以满足我们人类所需的条件，就能估算出宇宙里有多少行星有足够资源条件让当地科技文明发展出电波技术（最终通过对天文观测积累的数据的研究发现，满足条件的行星极少，也就是说即便不考虑文明产生率低和文明寿命短的因素，科技文明也很难有条件达到电波科技水平）。
④自毁过滤器。自毁过滤器假说是著名的四大过滤器假说中最晚产生的，但是也是最令人震惊的。
它指出：科技文明的技术水平越高，自我毁灭的风险越高，而且科技文明自毁概率随科技水平提高按指数规律提升！粗糙地说，青铜器文明时代人类被科技毁灭的概率是亿亿分之一的话，铁器时代人类文明科技自毁概率会提升到千万亿分之一（是青铜器时代的十倍），蒸汽机时代这个自毁概率是十万亿分之一（比铁器时代提高一百倍），电气时代这个概率是十亿分之一（比铁器时代提高一万倍），原子能时代这个概率是十分之一（比电气时代提高一亿倍），后原子能时代人类文明科技自毁概率几乎为1（几乎必然，只有极低概率不会科技自毁）。
所以，科技文明要想发展到星际殖民时代，几乎是不可能的，因为在那种胜任星际旅行的超科技诞生前，科技文明已经几乎必然地自我毁灭了。
为什么会这样呢？道理非常简单，技术水平越高，科技文明掌握的毁灭力越大，要毁灭自身越容易，而毁灭力是按照技术阶段提升按指数规律提高的。实际上不仅仅是毁灭力，毁灭性科技的隐蔽性和伪装性也是指数规律提升，以当今世界为例，我们所依赖的电子金融、生物科技等高科技对人类而言的毁灭性远超核武，但隐蔽性更强，远没有核武那么容易令人们警醒。所以高科技文明更容易在缺乏防范意识的条件下被自己掌握的超科技毁灭。这些观点都是自毁过滤器理论的内容（但不仅限于此，限于篇幅不详细介绍）。
而自毁过滤器假说估算的文明自毁概率不是我们上面看到的假想数据那么低，而是【科技文明在电气时代初期自毁的概率已经几乎为1】（即不考虑其他各种因素，科技文明也几乎没有机会活到发宇宙广播的阶段，因此我们几乎无法收到来自其他文明的电波），也就是说现实里人类成功进入原子能时代简直是个奇迹。
肯定有人会认为【科技文明在电气时代初期自毁的概率已经几乎为1】这个结论是耸人听闻。事实上人类的科技发展中最大的优势就是文明体量很大，无论是在生产力还是地理分布上来看，人类文明都是大规模的，这保证了人类文明可以在经历很多重大灾难后，仍有相当一部分幸存，不至于发生【文明断裂】（所谓文明断裂指的是产能体系崩溃、技术和历史经验失传，文明倒退回初期阶段，大部分情况下都表现为【文明毁灭】或者【废土模式】）：
人类的迁徙能力和交通通讯能力在电气科技时代到来前就已经为文明扩张成长到足够安全进入电气时代做好了准备，但地外文明未必是这么发展的（这种发展模式不是必然的，甚至是低概率的，因为文明如果日子过得滋润，大概率不会考虑什么扩张，因为扩张意味着社会管理难度加大，没有多少统治者会为了海外未知的收益去冒险给自己找个大麻烦，人类文明的扩张某种意义上来说是生存所迫，所以自给自足的天朝没有选择扩张，而是欧洲小国被迫进行大航海）。
电气科技时代之前是燃油动力时代，这个时代的科技足以摧毁体量不够大的科技文明，因为有了燃油发动机就意味着很多种类的燃油机械都可以粉墨登场，机械技术和相关化工技术会迅猛发展（直观一些的比如大炮巨舰、飞机和炸弹科技），人类历史上在燃油动力时代的世界大战级别战争多次险些摧毁了欧洲文明，没有海外殖民地的经济反哺，欧洲文明能否回过气来很不好说。
可以试想，地外文明如果没有点对科技点，在殖民全球获得足够巨大的文明体量之前就已经狂点各种武器科技，它们高概率根本没机会活到电气科技时代初期，更谈不上发展出足够功率的电波发射器去进行宇宙广播。
哲人说过【幸运之人不知真相】，很多人看到人类文明发展到宇航时代和原子能时代，就以为科技文明能轻松度过燃油动力时代末期进入电气时代，殊不知人类文明是靠了多么大的好运才走过来的。当学者们思考科技文明发展问题时，他们更清晰地看到，成功的事实并不意味着必然，很多成功主要靠的是好运，而好运不可复制。我们不能只看到人类取得了什么成功就认为那都是我们必然应得的，我们应该去研究发现并认识到我们本来不应该这么好运，只有这样我们才能更加珍惜已经取得的成就并且谨慎地走得更好（刘慈欣在《三体》里写道：我说别傲慢，弱小和无知不是生存的障碍，傲慢才是）。
最后介绍一个关于宇航时代的与自毁过滤器相关的隐忧：
人类在殖民外星继续扩充人类文明体量之前，就已经开始发展了核武科技、大数据经济、基因改造科技、人工智能科技。。。这些科技都拥有着瞬间毁灭人类文明的力量，而人类文明没有备份，一旦被摧毁就再无重头再来的机会，我们现在的命运和那些文明体量不足以度过燃油动力时代末期的地外文明一样，也许我们需要缓一缓这些灭世超科技的研发，先让文明走出去，在其它星球开枝散叶，给人类文明留个备份，再在科技树上大步前进？
天朝科幻小说家刘慈欣的某些宇航梦虽然并不源于此种担忧，但殊途同归，也许在进入星际大航海时代之前，有些超科技我们还不应该发展得太猛。这就是自毁过滤器理论给我们的警示。
【2】天敌理论（点赞数超30后更新）

2楼提供沙发

自毁，现在越来越可能了。

其实不是很长

说到自毁我记得有看到过说是某个拿老鼠群来做的实验，最终发现老鼠群发展到某个程度时失去了生育欲望导致全灭。

人要先认识到死亡才能珍惜生命，文明也一样，文明只有掌握自毁的能力才能成为一个成熟的文明

码这么多字不容易呀，我也想说说

其实主要有三个原因
1.文明的诞生概率很低
要想诞生碳基生命，行星与恒星要有合适的距离，行星要有大气和磁场，要有水，还要有能稳定自转的卫星，以及能够挡住陨石的大行星。而这些条件，真的很苛刻，使得宇宙中的文明少之又少
2.宇宙太大了
单单是银河系的直径就有12万光年，这绝对是一个天文数字。而放到宇宙中时，这12万光年又变得微乎其微，所以宇宙的广阔真的不敢想象，太大了，生命难以跨越这么广阔的空间。
3.人类的科学不够先进
或许宇宙中的文明已经给我们回了消息，但我们的科学太落后了，导致无法接收到。也有可能是我们的无线电信号还不够强，还没到达外星文明领地时信号已经消失。人类目前只有0.73级文明，这还是婴幼儿阶段呢。

避孕技术毁灭人类

比起核武自毁文明，我觉得脑机结合，意识上传的科技发展难度远低于宇宙航行。导致文明毁灭可能性更大，毕竟能在计算机虚拟出的世界里做上帝，为什么还要在尘土里摸爬滚打

字好多看了第一段就想说说：一旦有文明存活到星际殖民的程度该文明灭亡的概率应该极低，银河系少说也有几十亿年寿命了，没有文明存活就离谱吧，不过光速的限制是可以理解我们边缘世界没有文明造访的理由

很有启发性的干货

2021年的最后一天，看到一篇文章，说德尔塔和奥米克戎合体了，新的病毒变种叫德米克戎。如果属实的话，我觉得人类灭绝，起码是大伤元气，真的不是天方夜谭了。

这个解释非常好

恐怖如斯。（指的是字数）