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费米悖论是怎么回事(为何没外星人来找我们)

时间:2023-07-15 作者: 小编 阅读量: 2 栏目名: 美容百科

但有机化学会告诉我们,物质分子合成生命的概率非常小,不止是银河系,可能整个可观测宇宙都不会存在另一个智慧文明。而生物圈的出现需要一定的条件,需要某些特定的物质“幸运”地结合在一起,形成最初的生命形式。异构体自然地,生物体内的各种化学反应需要适当种类的化学物质,有机化学很容易保证这一点。而当碳原子数为167时,异构体的种类已经超过可观测宇宙的基本粒子总数!

70年前,物理学家、诺贝尔奖获得者恩里科·费米提出了一个著名的问题:为什么外星人不来找我们?假设我们人类能在100万年内造出可以星际旅行的飞船,去找到地外文明,那反过来,为什么没有比我们先进100万年的外星文明,造出飞船来找我们呢?而这,就是著名的费米悖论。

后来,人们又从费米悖论中延伸出两个猜想:①外星人已经来了,但他们都隐藏起来了;②我们是宇宙(至少是可观测宇宙)中唯一的文明,宇宙中不存在外星人,地球人永远是孤独的。

第一种猜想,能激发无数种关于外星人的想象,但第二种猜想,就让人绝望了。有人可能会问,银河系中恒星的数量超过1000亿颗,在这繁多的恒星中,又有无数颗行星,在这无数颗行星中,就不可能存在一颗有智慧生命的星球吗?

但有机化学会告诉我们,物质分子合成生命的概率非常小,不止是银河系,可能整个可观测宇宙都不会存在另一个智慧文明

可观测宇宙

为什么强调可观测宇宙,可观测宇宙是什么?简单来说,宇宙的年龄大约是138.2亿年,光的速度大约是30万公里/小时,如果宇宙是静止的,那么我们能观测到的范围是138.2亿年×30万公里/小时,即一个138.2亿光年的球形范围。

但宇宙是动态膨胀的,138.2亿年前的星系是在不断远离我们的,宇宙膨胀率是71千米/秒/Mpc,加上这个参数,我们得知可观测宇宙的半径大约是460亿光年。在这个范围之外,就算是光子也不可能被我们接收到,因此研究可观测宇宙外的事情没有任何可证伪的意义。

生物圈

我们在谈论生物的时候,往往会把一个生物圈当作一个整体来讨论。地球生物圈,是由各种生物组成的一个整体复合体,有着共同的起源,它们彼此密切相关,并以某种方式相互作用。而生物圈的出现需要一定的条件,需要某些特定的物质“幸运”地结合在一起,形成最初的生命形式。

生物体实际上是生物工厂,每秒发生数千万亿次化学反应。人体是地球上结构最精细的生物,由大约30-100万亿个细胞组成。因此,在每一秒钟,在人体内发生的化学反应数量应该在10^15(一万亿)的数量等级上,这还是最少的猜测,其数量等级也有可能是10^20或10^30。

异构体

自然地,生物体内的各种化学反应需要适当种类的化学物质,有机化学很容易保证这一点。而有机物的数量实际上代表了一个不可数的无穷大的数字。在有机化学中,有一种东西叫作“异构体”,即化学组成相同而结构和性质不同的化合物(一般分为结构异构和立体异构)。

我们先来了解有机化学中最简单的一系列物质:烷烃系列,仅由碳和氢组成的物质。比如丁烷(C4H10),只有两种结构异构体(丁烷、异丁烷)。但是当一个烷烃的碳原子数为100(C100H202)时,异构体种类增加到5.921*10^39。而当碳原子数为167(С167С336)时,异构体的种类已经超过可观测宇宙的基本粒子总数(10^150到10^180)!

生命的形成

如果生命是自发而偶然生成的,那么在任何可能的生物圈中,最初真实存在大量的各种有机物质都是必要的,这些物质将与所有可能的异构体一起合成生命。在人体内每秒至少发生1*10^15个化学反应,因此人体应该至少包含1*10^15种物质。

如果地球上最初的生命是由某些特定的物质偶然地结合生成的,比如1*10^10种,那么将需要这1*10^10种物质幸运地聚合在一起。就像抽奖一样,你需要从千万亿个带有不同号码的球的奖池中,抽到1*10^10个特定的号码,你才能形成一个生命。

但考虑到异构现象,在你的奖池(可观测宇宙)中不一定有你想要的号码,因为你需要的某些异构体不一定存在,比如С167С336,它的异构体种类超过可观测宇宙的粒子总数,它必然有很多只存在于理论,不存在于可观测宇宙中的异构体。但为什么1*10^10种物质又刚好那么幸运地存在,又刚好地在地球上,又刚好结合成地球上最初的生命呢?

因此,有人认为,从有机化学的角度上来看,异构现象实际上严格排除了可观测宇宙中生命的偶然起源。从这一点来考虑,有一种猜测是,偶然合成地球生物圈最初生命所需的物质,不一定全部来自可观测宇宙,还可能来自可观测宇宙之外(研究认为总宇宙的半径超过930亿光年)。

还有一种猜测是,生命是造物主创造的,但很显然这种说法很难让人相信。但如果相信生命是由千万亿种物质幸运地组合在一起形成的,那么地球至少是可观测宇宙中最幸运的,更重要的是,我们很难相信可观测宇宙中还有另一颗形成生物圈的幸运星球。因此,从有机化学的角度上看,地球人乃至地球生物圈注定是孤独的。

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