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为什么说:中微子和引力波是天文学的未来?

除了电磁波,我们还能通过哪些方式寻找外星生命?

费米认为外星人有足够的时间来殖民整个银河系,但是环顾四周,并没有发现它们的踪迹,这促使费米问了一个显而易见的问题:“它们都去哪了?”——赛斯·肖斯塔克

单从整个宇宙中所包含的星系和恒星数量来说,我们一直认为外星生命在宇宙中十分普遍,而且它们很可能拥有比人类更加先进的文明,因为宇宙毕竟有138亿年的历史,任何一个智慧生命只要比人类早发展数万年、甚至数十万年都会比我们更加先进,而这个时间差对宇宙来说简直不值一提。

因此,以我们人类现在的技术水平只能通过电磁波来存在外星生命,可问题是这个方法有意义吗?或者说可行吗?说不定外星人已经发达到了不再使用这种方式进行通讯,就像是远古的人类使用的通信方式是战鼓和烟雾信号,而现今的人类使用的是手机和无线电,这两种方式截然不同,根本就无法通信,在茫茫宇宙中谁也发现不了谁。

还有就是,如果宇宙的信息速度受到了光速的限制,那么一个太空文明似乎也不可能跨越遥远的星际距离与我们通信。因为时间是个问题,动辄数十万、数百万年。

首先我们来看一下人类科学技术进步的过程,以及人类发现和总结的这些物理学在宇宙的其他地方是否也会适用,也就是说,外星生命会不会发展出跟我们不一样的物理学法则。

人类的科学技术其实起步很晚,但是发展却很迅速,18世纪末人们才对电有了初步的认识,到了19世纪,电力才被用来驱动一些动力装置和用来照明,但这时人们对电的本质并不是很清楚,直到19世纪的后半叶,电磁学才逐渐发展起来,到了1895年,人们才首次实现了以电磁波为载体来传递信号,直到20世纪30年代,电磁信号才被人们发射到了遥远的星系空间。

也就是说从人类向外太空发射电磁信号到今天过去了90年左右的时间,由于光速是有限的,所以理论上人类向星际空间发射的电磁信号才传播了90光年,这意味着目前距离地球90光年内的外星文明才有机会能接收到微弱的电磁波信号,如果在这个范围能真的存在智慧生命,那么目前只有距离地球45光年的文明在接收到我们的信号以后,并向我们返回一个信号,我们人类只能接收到这个距离内的反馈。

所以就目前来看,费米问:它们在哪?我们的现在的回答是:不在距离地球45光年的范围内。

虽然在整个银河系中存在着数千亿颗恒星,可观测宇宙有至少两千亿个星系,但是在地球45光年的范围内,只有不到1000颗恒星。

还有一点非常重要,电磁信号在传播的过程中会被阻挡或者吸收而发生衰减,所以说人类活动所发射的电磁信号并不能传播的无限远,就算到达某些地方也会衰减到根本无法探测的情况。而且就目前来说,地球向宇宙空间发射的电磁信号在持续减少,因为目前人类的电磁信号大多是通过光缆或者卫星直接传输的,也就是说可能在过一个世纪,人类在20世纪活动产生的电磁信号就会完全消失。

如果之前这些信号有幸被一个外星文明成功的捕捉到了,并作了持续的观察和记录,它们会得出这样的结论:这颗充满液态水的蓝色星球在遥远的地方绕一颗恒星运行,上面存在智慧生命活动的迹象,它们发出了无线电信号,但随着信号的逐渐消失,我们这颗蓝色星球也随之消失了。

假如我们在可见光波段在不远的地方观察地球的话,地球上是否有智慧生命存在呢?这个问题毫无疑问,夜晚城市的灯光是我们存在的证据。但如果我们在未来很好的控制了光污染,那么地球的夜晚很可能会和数十亿年前一样,一片漆黑,除了偶尔出现的极光和雷暴以外。而且这种微弱的可见光也在宇宙中传播不了多远。

但是,如果我们在宇宙中不寻找电磁信号,那我们还能看到什么?确实,在已知的宇宙中一切信息都受到的光速的限制,而另外一个世界所产生的任何信息,我们都必须能探测到它,那么这些信号就我们知道的而言分为四类:

电磁波信号,包含所有波段的任何形式的光信号,说明存在外星生命。

引力波信号,如果一种智慧生命已经发展到可以适用引力波作为信号,那么这种信号将在宇宙的所有地方,只要设备足够灵敏都可以探测到。

中微子信号,这种信号虽然在远距离上的通量很低,但中微子也可以作为一个准确无误的信号。

最后一个信号作为直观,就是在太空中有一个巨大的外星探测器正在朝地球的方向驶来。

在科幻作品中经常都会描述第四种可能,外星人来到了地球,但是这种情况在现实中的可能性非常小。

因为宇宙恒星之间的距离非常遥远,离地球最近的恒星也要4.2光年,而且就算宇宙中存在智慧生命,但相对于宇宙空间来说也是十分稀疏的,从一个存在生命的行星向另外一个存在生命的行星发射探测器,这将耗费大量的资源以及非常长的时间,所以基本上是行不通的。

更有可能的是,我们需要建造一个合适的探测器,探测天空的各个区域,寻找那些标志着智慧生命存在的信号。

在电磁波谱中,我们地球发出的电磁波会随着季节发生变化,因为地球在冬季和夏季处在公转轨道上的不同位置。而且随着季节的变化,地球上的不同区域的颜色也在发生变化,如果一个外星文明拥有足够强大的望远镜阵列,也许它们会到标志着人类文明的各种信号:城市、卫星、飞机等等。

但我们目前并没有能量去观察一个星球的特征变化,或者去寻找外星文明在它们所在的星球上建造的大型工程。但是宇宙有有比我们更加先进的文明,它们很可能比我们早发展了数万年到数十万年。

这就为我们带来了另外两种寻找外星文明的方法。

其中一个就是引力波信号,我们目前的引力波探测技术还没有发现来自宇宙暴涨时期产生早期引力波信号,如果我们有能力探测微弱的引力波,我们就可以利用引力波探测整个宇宙,并且可以发现某些行星周围环绕着众多的“卫星”,这些卫星的数量之多很可能就是一个智慧生命所发射的人造卫星,就是地球上空众多的卫星一样。

目前引力波领域还处于起步阶段,我们还没有能力探测到如此微小的信号。估计往后几个世纪都不可能达到这样的精度。

但引力波信号的好处在于,它不会随着距离被消弱,而且也没有任何东西能够阻挡引力波的传播。

引力波暂时实现不了,我们还有除了电磁波和引力波以外的第三种选择。

一个足够先进的文明应该有它们自己的能量来源!最后的可能的就是一种特定类型的可控核聚变反应,这种反应能够提供稳定、有效和丰富的能源,并且它不同于恒星核心的聚变反应,特定类型的可控核聚变反应会释放出非常特殊的副产品中微子或者反中微子。

这些被释放出来的中微子是一种非常具体和明确的能量信号,一个任何自然过程都不能产生的信号。

如果我们找到这些中微子,并确定它们的性质,就能够在宇宙中找到一个以核聚变为动力的文明。而不再局限于搜寻微弱的电磁波信号。

随着科学技术的进步,我们的探测能力也会不断地提升,也许未来有一天宇宙会为我们准备一个惊喜,毕竟,我们并不孤单。

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