在宇宙中我们是孤独的吗？答案几乎肯定是否定的。考虑到宇宙的浩瀚以及其物理定律允许生命至少在一个地方——地球——出现，其他地方存在生命实际上是有保证的。但是到目前为止，尽管经过几代人的寻找，我们还没有找到它。然而，在那段时间里，我们或许已经学到了足够多的东西来宣布，虽然我们可能并不孤单，但我们和我们最近的邻居之间的星际鸿沟实际上将我们置于一个隔离病房中。这并不意味着我们应该停止寻找——只是我们应该管理好我们的期望，并为在虚拟或物理上与他们相遇之前，经历漫长而孤独的太空和时间之旅做好准备。
自古代以来，人们一直在讨论外星生命的可能性。但是，严格地寻找外星生命只有不到一个世纪的历史，这要归功于物理学家朱塞佩·科可尼和菲利普·莫里森在 1959 年首次提出的方法，他们展示了使用射电望远镜进行星际通信的可行性。一年后，天文学家弗兰克·德雷克领导了首次地外文明搜寻（SETI）工作，称为奥兹玛计划，该计划使用位于西弗吉尼亚州绿岸国家射电天文台的设施，寻找假定的宇宙文明发出的此类信号。作为项目后续会议筹备工作的一部分，他开发了现在著名的“德雷克方程”，这是一个概率数学表达式，用于估计银河系中可能存在的具有通信能力的文明数量NC。
我们是渐进式进化阶段的产物。考虑到这一点，德雷克方程可以表示为
支持科学新闻事业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻事业 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们今天世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
NC = 天体物理演化 × 生物演化 × 文化演化 × 技术演化 × 技术文明的寿命
在该方程中，每个连续的进化阶段都源于其前身。对于我们来说，这一进程几乎花费了地球的整个生命周期，大约 45 亿年。
“解决”德雷克方程的尝试一直受到对每个进化阶段完成可能性的认识不足的阻碍。然而，现代观测技术的进步现在使我们能够更可靠地估计天体物理演化，主要是通过发现和研究通常被认为是银河系中“类地”系外行星的行星——即，其他围绕恒星温带轨道运行的小型岩石世界。天文学家的目录现在拥有超过 5,700 颗已确认的系外行星，其中一些位于其恒星的宜居带中，那里的星光可以充分温暖它们，使液态水可以在其表面存在。如果我们把这些结果推断到整个银河系，估计的类地行星数量NE约为 30 亿颗。了解这个经验结果后，不再需要在德雷克方程中包含对技术文明寿命的估计，现在的方程可以简化为
Nc ≈ αNE
在这里，变量α （alpha）是类地行星中达到与生命、智能和技术相关的进化阈值的行星的比例。在地球以外发现外星生命（或者，也许，在实验室中创造出来）之前，α的生物学先决条件将仍然是高度推测性的，而对超凡脱俗的认知和技术的思考则更不受约束。不过，为了论证起见，让我们假设每个进化阈值都有百分之一的机会被满足。 在这种情况下
α = 0.01 × 0.01 × 0.01 = 0.000001
也就是说，在这种（可能乐观的）情景中，类地行星上的进化导致能够进行星际无线电通信的文明的可能性实际上是“百万分之一”。 如果是这样，那么现在银河系中存在的具有通信能力的文明数量约为 3,000 个。如果它们的家园均匀地分散在我们星系数千亿颗恒星中，那么它们之间的平均距离rs约为 3,000 光年。 因此，通过直接星际旅行进行接触似乎极不可能。 即使在理想条件下，通过无线电波（或任何其他形式的光）进行双向通信平均也需要大约 6,000 年——就文化寿命而言，这个时间尺度可能被证明是具有挑战性的，至少可以这么说。
因此，正如最近多次提出的那样，文明之间的星际通信必然是单向的，就像传统的无线电或电视广播一样。 我们本土最好的例子发生在仅仅 50 多年前，当时弗兰克·德雷克领导了从波多黎各阿雷西博天文台 1,000 英尺宽的反射盘向 25,000 光年外的球状星团 M13 发送消息，使用的是强大的无线电波束。 这本质上是一项象征性的努力——一个仅持续三分钟的技术演示——但尽管如此，它标志着人类进化史上的一个新的里程碑。
从那时起，另一个行星从进化的蹂躏中崛起的可能性很小——这反过来表明，在我们星系中所有可能的具有通信能力的文明中，我们很可能是最年轻和最不发达的。 由于接收无线电波在技术上比发射无线电波更容易，因此我们更应该扮演倾听者的角色而不是广播者的角色。 寻找来自更先进文明的不太刻意和定向的“技术特征”是可能的。 然而，一项初步搜索超过 100,000 个星系，以寻找猖獗的外星技术的废热迹象，结果显示，少于 100 个目标显示出任何诱人的红外过量（所有这些都可以解释，而无需求助于泛银河超级文明）。 这种令人有些不安的结论以及数十年来无线电 SETI 工作持续的零结果，并没有排除这些努力最终可能成功的可能性，但确实加强了我们实际上是孤身一人的概念。
目前，我们最好的机会是在其他地方找到生命并限制α的值，这将是在统计上显著数量的系外行星的大气层中寻找生物特征，更直接地，是通过彻底搜索我们太阳系内其他地方的生命。 这些调查不需要数千年。 事实上，它们可以在人类的生命周期内使用现有技术完成。 我们已经在发射机器人探测器舰队的过程中，在火星上寻找生命，以及在巨行星的各种富含海洋的卫星上寻找生命。 我们还在计划先进的太空望远镜，例如 NASA 的宜居世界天文台（可能在 2030 年代后期或 2040 年代发射），对数十个潜在的类地世界进行光谱调查，以寻找生命迹象。
鉴于如此看似渺茫的几率，人们可能会想，我们为什么要费心寻找。 科可尼和莫里森从一开始就对此给出了答案，他们在 1959 年的论文中指出，“成功的概率很难估计；但如果我们从不搜索，成功的机会就是零。” 考虑一下：如果这些搜索中只有一项产生积极结果，那就表明宇宙中真的充满了生命。 如果所有结果都是阴性的，那将是迄今为止最好的经验证据，证明我们是宇宙彩票的赢家，居住在浩瀚银河沙漠中一个极其珍贵的行星绿洲中。 如果科学家能够证明我们中了如此巨大的头奖，我们是否会更加珍惜我们的世界和彼此，以免我们挥霍它？ 我愿意这样想。
这是一篇观点和分析文章，作者或作者表达的观点不一定代表《大众科学》的观点。