人类何时可以
找到
外星文明
很小的时候，我们就看过很多关于外星的传说，然而，外星人是否在真的存在？如果存在，那为什么
我们
还没遇到？
今天超模君就来跟大家探讨一下。
从宇宙诞生至今，已经过去一百三十多亿年。仅银河系中就有约 2.5 × 10^11 颗恒星，整个可观测宇宙中的恒星数量则约有 7 × 10^22 颗之多。一个理所当然的想法是，
人类在宇宙中并不是独特的智慧生命，整个宇宙还会有其他的高等文明
。但问题是，
为什么我们还没发现外星人的踪迹？
当然，人类能够探索到的地方相对整个宇宙来所微不足道。但宇宙拥有悠久的历史和数量庞大的星体，我们有理由相信，存在某个外星文明的科技水平远超人类，他们
（至少是他们发出的讯息）
应该早已到达地球。可是迄今为止，还没有人发现外星人存在的证据。
1950年，物理学家恩里科•费米
（Enrico Fermi）
在吃午饭的路上和同事讨论起了这个问题。费米问：“他们在哪里？”
（Where is everybody?）
“他们”，自然就是指外星人。这个著名的问题现在被称为
费米悖论
，它完整的表述为：
宇宙显著的尺度和年龄意味着高等地外文明应该存在。
然而，这个假设始终得不到充分的证据支持。
费米
针对费米悖论，已经有了许许多多的研究和解释：
或许智慧生命存在的稀少程度超乎我们想象；或许其他智慧生命的行为方式和我们的思维并不相同
。而来自俄罗斯和乌克兰的两位科学家 Bezsudnov 和 Snarskii，则在自己的研究中建立了一个宇宙中智慧生物扩张的模型，试图解释这个问题。
宇宙文明的扩张
在这项研究中，两位科学家建立的自动机模型描述如下：
1、整个宇宙空间用一个有限大小的二维离散网格来模拟，每个格子都可能存在一个或多个文明，或者不存在文明；
2、模拟的宇宙中时间是离散的，最小时间单位为1；
3、每个格子在每一个时间都有 n ；
4、在一个文明产生后的 T
0
个时间内，文明将向外扩张，
扩张的规律
是：以最初产生文明的格子为中心，每个时间单位将四条边向上下左右各扩张一格，变成一个新的正方形；之后该文明将以同样的速度向内收缩，直到最终消失；
5、如果两个文明接触了（扩张时在某个格子中发生了重叠，只计算第一次接触），那么它们进行扩张的时间各自增加 T
b
个时间单位；
6、当两个文明接触后，他们之间的交流不会中断；如文明A和B在某个时间接触了，若之后 B 又和 C 接触了，那么这时即使A和C并没有直接接触，文明 A 也会获得 T b 的扩张时间加成。
让我们来解释一下。研究者假设，每个文明都有特定的寿命，并都会会经历
发展——巅峰——衰退——灭亡或崩溃
的过程。当技术的发展遭遇限制时，文明开始衰退，由于没有新技术和资源，这个文明也就逐渐与外界终止了接触。在上面这个模型中，科学家就还提出了一种新的法则：当不同文明在空间和时间上相遇时，会相互交流，彼此促进发展，进而延长了各自文明的寿命。
而上面模型中的 T
0
，就是
孤立文明的寿命
。当它和新文明交流时，相互促进使得其寿命延长的时间被设为 T
b
（为方便起见，这里假设所有文明的情况都是一样的）
。
举个例子
，如图所示，在某个时间 t1，宇宙中存在若干个文明，其中 2 号文明和 5 号文明正在收缩，其他文明都在扩张。到 t2 = t1 + 1 时， 3 号和 4 号文明在扩张的过程中接触了，此时 3 号和 4 号文明的扩张时间将各自增加 T b 。而到了 t3 = t2 + 1 时， 1 号文明和 3 号文明也接触了， 1 号、 3 号和 4 号文明各自获得
T
b
的扩张时间加成。也就是说，最终 1 号文明获得了 T
b
的总时间加成，而 3 号和 4 号文明则各自获得了 2
T
b
的时间加成。
可以看出，这个模型中只有三个参数：T
0
、
T
b
和 n。研究者据此建立了这样一个自动机。在他们的模拟中，宇宙的大小为 104×104，
T
0
的取值范围是4至20， n的取值范围则是 3 × 10^-8 至 3 × 10^-5 。通过调整
T
b
的取值并进行 320000 个时间单位的模拟后，科学家们发现了一些有趣的现象。
当宇宙是“黑暗森林”时会发生什么
科幻作家刘慈欣的《三体》中，曾提出“
黑暗森林
”理论。这个理论指出，
由于猜疑链与技术爆炸，高等文明对低等文明都持有敌对态度，任何暴露自己存在的文明必将被消灭。
虽然在本文介绍的模型并没有考虑文明间互相消灭或者敌对状态，但是我们可以考虑一种文明间互不干涉的情况。此时文明间的不存在相互交流和促进；对于整个模型来说，即为
T
b
= 0的情况。
在这种状态下，每个文明持续的时间都是确定的：
在文明产生后，先扩张再收缩，持续
T
0
个时间单位，最终这个文明会消失。
如果将时间看做除了上面的网格图两个维度之外的第三维（如下图），那么这个模型中，存在文明的体积与整个模拟过程的体积之比（即图中有颜色的圆柱体总体积与整个空间的体积之比）为：
因为
T
0
远大于 1，我们可以做如下估算：
又因为 V
0
是给定的，所以可以认为宇宙中生命出现的体积与 n 和
T
0
的幂成正比，即：
通过以上分析可以估算出，α≈1，β≈3。更精确的计算指出，α = 0.91±0.005，β = 2.79±0.02。
在这种情况下，生命将各自独立地繁衍，很显然，
宇宙在这个参数下，永远也不可能被生命填满
。对于一个文明，在产生、发展直至消失的过程中没有遇到其它文明，大概也就是理所当然的事情了。
文明间的相互促进
虽然“黑暗森林”是一个非常具有想象力的理论，但是以人类的价值观来看，两个文明接触后相互交流（而不是互相打击），是很正常的事情。这种不同文明间相互交流的情况，也就是 T
b
> 0 的情况。
针对不同的
T
b
，几位科学家分别进行了模拟，如下图：
途中横轴是宇宙的时间轴，而纵轴则是在某一个时刻宇宙被文明充斥的程度
（即前文中计算的 V / V
0
）。
当
T
b
= 0 的情况，模拟结果和之前的计算结果很相近，整个宇宙一直处于平稳发展的状态，文明不断地产生和消失。
当
T
b
= 28 时，可以看到宇宙比前一种情况下被填得更满了。
而且在某些时刻， V/ V
0
的值会突然出现波动。这是因为文明的产生是随机的，可能在某一个时刻，几个相距很近的文明相遇了，这会让他们持续发展很长一段时间。在这段时间中，前一个情况下“
自生自灭
”的平衡被打破了，宇宙也会被存在生命的星体覆盖得更满。但是在这之后它们因为没有足够的机会遇到新的文明，这几个文明最终消失，宇宙恢复了原来的样子。
而
当
T
b
= 38 时，图像就和之前的两种情况截然不同了。
可以看到，在某个时间点，宇宙内的文明突然产生了暴增，并最终占满整个宇宙。这是因为
T
b
的值比前两种情况更大，文明就会有更多的时间去扩张自己，从而在扩张的过程中遇到更多新的文明。
在
T
b
足够大的时候
（例如
T
b
= 38）
，文明扩张的时间足够长，在扩张过程中遇不到新的文明、最终收缩的概率也几乎为0，此时就可以认为文明将一直扩张下去，直到整个宇宙都被文明占领。
现实中的宇宙
