访问地球的成本对外星人来说可能太高了

（科林·安德森制作有限公司/数字视觉/盖蒂图像）

1950年，意大利裔美国物理学家恩里科·费米（Enrico Fermi）在洛斯阿拉莫斯国家实验室与一些同事共进午餐，根据各种说法，谈话转向了外星人和最近大量不明飞行物，对此，费米发表了一份将记录在历史的史册上的声明：”大家在哪里？这成为费米悖论的基础，它指的是对外星智能（ETI）存在的高概率估计与明显缺乏证据之间的差异。

自费米时代以来，他的问题已经提出了几项决议，其中包括星际殖民化遵循渗透理论基本规则的真正可能性。费米悖论背后的一个关键假设是，鉴于行星的丰富和宇宙的年龄，一个先进的外来文明应该已经殖民了我们银河系的很大一部分。

考虑到仅银河系（超过135亿年）内，估计有1000亿到4000亿颗恒星，这当然不是没有价值，另一个关键假设是，智能物种将被激励殖民其他恒星系统，作为探索和扩展其文明范围的自然动力的一部分。

最后，但肯定不是最不重要的，它假定星际空间旅行是可行的，甚至对于一个先进的外来文明来说也是可行的，甚至是实用的。但这反过来又归结到这样一种假设，即技术进步将为星际旅行这一单一的最大挑战提供解决方案，简言之，航天器从一颗恒星到另一颗恒星所需的能量是令人望而却步的，尤其是在大型载人航天器方面。

1905年，爱因斯坦发表了他的开创性论文，其中他提出了他的狭小相对论。这是爱因斯坦试图调和牛顿的运动定律和麦克斯韦的电磁方程，以解释光的行为。这个理论基本上指出光速（除了常数）是物体无法移动的绝对极限。这被著名的方程式所概括，E 302，这被称为”质量能量等价”。简单地说，这个公式描述粒子在其休息帧的能量 （E） 是质量 （ m ） 的的产物， 光平方的速度 （C2） = 约 300，000 公里/秒;186，000 英里/小时这样做的后果是，当物体接近光速时，其质量总是会增加。

因此，要使物体达到光速，必须消耗无限量的能量来加速它，一旦达到c，对象的质量也将变得无限。简言之，实现光速是不可能的，没关系超过它。因此，除非我们对物理学的理解发生一些巨大的革命，否则一个比光快（FTL）推进系统永远不存在。

这就是生活在相对论宇宙中的后果，在那里，以光速的一小部分旅行需要大量的能量。虽然多年来，物理学家和工程师们提出了一些非常有趣的创新想法，他们希望看到星际旅行成为现实，但任何一个船员概念都不是你们所说的”具有成本效益”的概念。

原则问题

这提出了一个非常重要的哲学问题，与费米悖论和EPI的存在有关。这无一是哥白尼原则，以纪念著名的天文学家尼古拉·哥白尼命名。为了打破它，这个原则是哥白尼关于地球的论点的延伸，它怎么没有处于一个独特的和特权的位置来观看宇宙。该原理扩展到宇宙学领域，基本上主张在考虑智能生命的可能性时，不应认为地球（或人类）是独一无二的，同样，这一原则认为，我们今天所看到的宇宙代表了规范——又名，它处于平衡状态。人类处于观察宇宙的独特和特权地位的观点是所谓的人类学原则。

简言之，这一原则指出，观察宇宙的生命和智慧迹象的行为，要求管理宇宙的法律有利于生命和智慧。如果我们接受哥白尼原则作为指导原则，我们被迫承认，任何聪明的物种都将面临与星际飞行相同的挑战，由于我们没有预见到解决这些问题的方法，除非我们对物理学的理解取得重大突破，也许其他物种也没有找到，这是”大沉默”的原因吗？

起源

随着时间的推移，距离和时间可能是一个因素（与费米悖论有关）的概念得到了相当多的考虑。卡尔·萨根和威廉·纽曼在1981年的研究中建议，”银河文明：人口动力学和星际扩散”，ET的信号和探测器可能还没有到达地球。这遭到了其他科学家的批评，他们认为这违背了哥白尼原则。根据萨根和纽曼自己的估计，ETI探索整个星系所用的时间等于或小于我们星系本身的年龄（135亿年）。如果一个外来文明的探针或信号还没有到达我们，这将意味着有知觉的生命开始出现在最近的过去。

换句话说，银河系处于一种不平衡状态，从无人居住的状态转向有人居住的状态。然而，正是杰弗里·兰迪斯就物理定律所施加的限制提出了也许是最令人信服的论点。

在他1993年的论文《费米悖论：一种基于渗透理论的方法》中，他争辩说，由于相对论，一个外在文明只能扩展到整个银河系。Landis论点的中心是数学和物理统计概念，称为”渗透理论”，它描述了网络在节点或链路被移除时的行为方式，根据这一理论，当删除足够的网络链路时，它将分解为更小的互联群集。根据兰迪斯的说法，同样的过程对于描述参与移民的人会发生什么是很有用的。

简言之，兰迪斯提出，在一个智能生命在统计学上是可能的星系中，外星文明之间不会出现”动机的统一”。相反，他的模型假定了各种各样的动机，一些人选择冒险出去殖民，而另一些人则选择”呆在家里”。

正如他解释的：

“由于有可能，鉴于大量的外星文明，一个或多个文明肯定会承诺这样做，这可能是出于我们无法了解的动机。殖民化需要很长时间，而且非常昂贵。

“可以相当合理地假设，并非所有文明都会有兴趣在未来为远方的报酬而支付如此庞大的支出。人类社会由探索和殖民的文化混合组成，有时在极远的距离内进行，而文化则不感兴趣。

总之，一个先进的物种不会迅速或持续地殖民银河系。相反，它会向外”渗透”到有限的距离，在那里，成本的增加和通信限制和殖民地之间的滞后时间进化了他们自己的文化。因此，殖民化不会是统一的，而是发生在在大面积在任何给定时间仍未殖民化的集群中。

2019年，亚当·弗兰克和美国宇航局的外行星系统科学连结（NExSS）的一组系外行星研究人员也提出了类似的论点。在一项题为”费米悖论和极光效应：外文明的定居、扩张和稳定状态”的研究中，他们认为银河系的沉降也会在星团中发生，因为并非所有可能居住的行星对于一个殖民物种来说都是好客的。

当然，兰迪斯的模型包含一些固有的假设，他事先提出了这些假设。

首先，有一种假设，认为由于物理定律，星际旅行是困难的，而且有一个最大距离可以直接建立殖民地，因此，一个文明只会在远离其家园的合理距离内殖民，超过此范围，以后就会进行次生殖民化。

其次，Landis还假设，父文明对它创造的任何殖民地的把握都较弱，而这些殖民地发展自己的殖民能力所需要的时间将很长。因此，任何建立的殖民地都会随着时间的推移发展自己的文化，其人民将有一种不同于母国文明的自我意识和认同感。

正如我们在上一篇文章中探讨的，使用当前技术到达Proxima Centauri（4.24光年）需要1，000到81，000年的时间。

虽然有些概念允许相对论旅行（光速的一小部分），但旅行时间仍将在几十年到一个多世纪的任何地方，更重要的是，成本将是非常令人望而却步的。

但是让殖民者进入另一个恒星系统只是一个开始。一旦他们解决了附近的一个可居住行星（而不是全部死亡），并拥有星际通信的基础设施，仍然需要8年半的时间才能向地球发送信息并收到答案。对于任何希望保持对殖民地的集中控制或文化霸权的文明来说， 这根本不实际。

成本很贵！

要从角度考虑，请考虑与人类自身太空探索历史相关的成本。1961年至1973年，作为阿波罗计划的一部分，将宇航员送上月球，花费了254亿美元，而今天（经通胀调整后），这一费用约为1500亿美元。

但阿波罗并没有在真空中发生，首先需要水星项目和双子座项目作为垫脚石，这两个项目将第一批美国宇航员送入轨道，并发展了进入月球所需的专业知识，分别耗资约23亿美元和100亿美元（经调整后）。

把它们加起来，从1958年到1972年，你总共花费了大约1630亿美元。相比之下，自1972年首次将宇航员送上月球的阿特米斯项目，将在接下来的四年内耗资350亿美元！

这还不包括在游戏中将所有组件都用于这个阶段的成本，比如迄今为止SLS的发展、Orion太空舱，以及月球网关、人类着陆系统（HLS）和机器人任务的研究。去地球唯一的卫星是一大笔钱。但与星际飞行任务的成本相比， 这没什么！

去星际？

自太空时代建立以来，人们提出了许多将航天器送上最近的恒星的理论建议，每一个建议的核心都是同样的关注：我们能在有生之年到达最近的星星吗？为了迎接这一挑战，科学家们考虑了一些先进的推进战略，这些战略能够推动航天器达到相对论速度。其中，最直接的肯定是”Orion”项目（1958-1963年），它依赖于一种称为核脉冲推进（NPP）的方法。

在通用原子学的泰德·泰勒和普林斯顿大学高级研究所的物理学家弗里曼·戴森的带领下，这个项目设想了一艘大型星际飞船，利用核弹头产生的爆炸力产生推力。这些弹头将在航天器后面释放并引爆，产生核脉冲。这些将吸收由后置压力板（又名”推车”），将爆炸力转化为前进动力。

虽然不优雅，该系统是残酷的简单和有效的，理论上可以达到5%的速度光速（5.4×107公里/小时，或 0.05c），唉，成本，根据戴森在1968年的估计，一个”Orion”号宇宙飞船的重量在40万到400万公吨之间。戴森最保守的估计也估计，建造这种工艺的成本为3670亿美元（经通胀调整后为2.75万亿美元），这大约占美国政府2019年年收入的78%，占美国GDP的10%。

另一个想法是制造依靠热核反应产生推力的火箭。

具体来说，融合推进的概念是由英国星际学会在1973年至1978年之间研究的，作为可行性研究的一部分，称为项目Dadalus。由此产生的设计要求采用两级航天器，利用电子激光将铀/氦-3的颗粒在反应室中引出，从而产生推力，这将创建一个高能等离子体，然后由磁性喷嘴转换为推力。

航天器的第一阶段将运行2年以上，使航天器的光速（0.071c）加速至7.1%。这一阶段将被抛弃，第二阶段将在1.8年内接管并加速航天器达到光速（0.12c）的12%。。

第二阶段的发动机将被关闭，该船将进入46年的巡航期。

根据该项目的估计，任务需要50年才能到达巴纳德之星（距离距离该星不到6光年），调整为 Proxima Centauri， 同样的工艺可以在 36 年内旅行。但是，除了项目确定的技术障碍外，还涉及纯粹的成本。即使以一个未拧开的概念的适度标准，一个全燃料的Dadalus将重达60，000公吨的成本超过[5.2万亿美元]（根据2012年的估计）。调整到2020年，完全组装的Dadalus的价格标签将花费近6万亿美元。Icarus星际，一个志愿公民科学家国际组织（成立于2009年），自那时以来一直试图振兴的概念与项目伊卡洛斯。

另一个大胆和大胆的想法是反物质推进，它将依赖于物质和反物质（氢和反氢粒子）的毁灭。这种反应释放出的能量与热核引爆一样多，以及亚原子粒子（离子和粘膜）的淋浴。这些粒子会以光速的三分之一的速度移动，由磁喷嘴引导产生推力。

不幸的是，生产一克反物质燃料的成本估计约为1万亿美元。根据美国宇航局先进推进技术组（NASA Eagleworks）的罗伯特·弗里斯比（Robert Frisbee）的一份报告，一枚两级反物质火箭大约需要81.5万吨（90万美元）的燃料，才能在大约40年后前往普罗西马森塔里。

恩布里-里德尔航空大学的达雷尔·史密斯博士和乔纳森·韦比博士的一份更为乐观的报告指出，重达400公吨（441美元）和170公吨（187公吨）的反物质燃料的航天器的光速可达0.5，以这个速度，飞船可以在8年多一点后到达Proxima Centauri，但是没有经济有效的方法来做到这一点，也没有保证会永远有。

在所有情况下，推进剂占这些概念整体质量的很大一部分，为了解决这个问题，提出了可以产生自己的推进剂的变体，在核聚变火箭的情况下，有布萨德Ramjet，它使用一个巨大的电磁漏斗”勺”氢从星际介质和磁场压缩到融合发生点。

同样，还有真空到反物质的火箭星际探索系统（，它也创造了自己的燃料从星际介质。由伊卡洛斯星际的理查德·奥布西提议，一艘，将依靠大型激光（由巨大的太阳能电池阵列供电），在空旷空间发射时产生反物质粒子。唉，这些想法都不可能使用当前技术，也不可能在成本效益领域（不是长枪高笑）。

在这种情况下，除非有若干重大技术发展能够降低相关成本，否则可以公平地说，任何星际船员飞行任务的想法都是不切实际的。在我们的有生之年向其他恒星发送探测器仍然在可能性范围内，尤其是那些依赖于定向能量推进 （DEP） 的恒星，正如突破星射或龙飞项目等提案显示的，这些帆可以加速到相对论速度，并拥有所有必要的硬件来收集任何轨道系外行星的图片和基本数据。

然而，这种探测器是一种可能可靠和具有成本效益的星际探索手段，而不是殖民化。更重要的是，星际通信所涉及的时滞仍然会限制这些探测器在返回地球时能探索多远，因此，外来文明不太可能将探测器发射到远远超出其领土边界的地方。

批评

对渗透理论的可能批评是，它允许许多场景和解释，将允许接触已经发生在这一点上。如果我们假设一个智能物种同样需要45亿年才能出现（地球形成与现代人类之间的时间），并考虑到我们的星系已经存在了135亿年，这仍然留下90亿年的窗口。

在90亿年，多个文明可以来来走，虽然没有一个物种可以殖民整个星系，很难想象这种活动会被忽视，在这种情况下，人们可能被迫得出结论，除了限制一个文明如何达到，还有其他的限制因素在这里工作（大过滤器，有人吗？然而，重要的是要提醒自己，对费米悖论的拟议决议是没有其部分漏洞的。

此外，期望一个理论或理论家拥有所有答案的主题作为复杂（但数据贫乏），作为外星人的存在是不切实际的，因为期待在EPI本身的行为一致性！

总体而言，这个假设非常有用，因为它分解了”事实 A”固有的许多假设，它还为回答基本问题提供了一个完全合乎逻辑的起点。为什么我们没有收到任何 ETIS 的号？因为现在认为他们应该殖民银河系的更好部分是不现实的，尤其是当物理定律（正如我们知道他们）排除了这样的事情时。

这篇文章最初由《今日宇宙》发表

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