# 关于《三体》、黑暗森林、费米悖论和我们所不知道的一切  ## 《三体》 8 月 23 日，在美国西雅图举办的 2015 年 “雨果奖” 结果最终揭晓，中国科幻作家刘慈欣的长篇科幻小说《三体》不负众望，获得最佳长篇小说奖。《三体》此次获奖是中文作品和中国作家第一次在国际科幻作品大奖中获得奖项。“雨果奖”是世界科幻协会所颁发的奖项，自 1953 年起每年在世界科幻年会上颁发。“雨果奖”堪称科幻艺术界的诺贝尔奖。在世界科幻界，“雨果奖”和 “星云奖” 被公认为最具权威与影响的两项世界性科幻大奖。 《三体》众望所归夺得 “雨果奖” 最佳长篇小说奖，这说明中国科幻已经具备世界级的影响力。复旦大学中文系教授严峰称：“祝贺大刘为中国科幻写下了光辉的一页！雨果奖堪称科幻领域的诺贝尔奖，而且比诺贝尔文学奖更专业，更纯粹，更关乎文学的核心要素：想象。荣耀属于大刘，属于所有热爱科幻的人们，也属于雨果奖与科幻本身。科幻生于西方，长于西方，在东方也找到了沃土，这是科学与想象超越国界的人类意义的最好证明。” 在获奖之前，《三体》在中国的流行就已经超越了科幻小说读者的群体而被社会大众接受，尤其是在互联网圈早已备受推崇，小米的雷布斯就是典型的粉丝代表，雷布斯去年推荐最多的一本书就是《三体》，他说这本书是号称中国最好的科幻小说，没有之一。在他看来，《三体》不仅仅是本科幻小说，本质上是本哲学书，主要讲宇宙社会学，其中提到的黑暗森林、降维攻击尤其深刻。三体》的资深粉丝中，还包括百度李彦宏、联想柳传志、游族林奇、360 周鸿祎等互联网大佬。 我自己是一个科幻小说的忠实读者，读过上百本长篇科幻，《三体》是我近几年读过最好看的科幻小说。就像你所知道的，《三体》的故事围绕半人马座三星文明和地球文明之间的战争展开，三体人的文明令地球人感到不可思议，他们向地球发射了封锁科技的智子，并且派出以百分之一光速飞行的太空舰队，这支太空舰队之后还出现了可以直接进入光速飞行的第二太空舰队。可是，三体人的技术与宇宙中其他文明相比还只是小巫见大巫，三体文明被光粒毁灭，而地球文明则毁灭于 “二向箔” 的攻击。之所以《三体》让我觉得读起来爽，是因为大多数小说都是个人尺度的，而《三体》描写的是人类乃至整个宇宙智慧文明最终的结局和命运。  ## 黑暗森林  黑暗森林法则是大刘在《三体 2 - 黑暗森林》引入的法则。在书中，主人公罗辑在人类当前的科技水平和社会状况下，受到叶文洁启发，从两条不证自明的基本公理出发，借由引入两个重要概念——猜疑链和技术爆炸，从理论上建立起的一套关于描述当前宇宙社会大图景的大体系的一门学科——宇宙社会学。宇宙社会学基本公理和重要概念： 1. 生存是文明的第一需要； 2. 文明不断增长和扩张, 但宇宙中的物质总量保持不变； 3. 猜疑链：宇宙中的不同文明会猜疑对方会采取各种手段毁灭自己； 4. 技术爆炸：任何一个不起眼的小文明在宇宙尺度中很快可以通过技术大爆炸超越自己。 黑暗森林法则为其结论。 宇宙就是一座黑暗森林，每个文明都是带枪的猎人，像幽灵般潜行于林间，轻轻拨开挡路的树枝，竭力不让脚步发出一点儿声音，连呼吸都必须小心翼翼：他必须小心，因为林中到处都有与他一样潜行的猎人，如果他发现了别的生命，能做的只有一件事：开枪消灭之。在这片森林中，他人就是地狱，就是永恒的威胁，任何暴露自己存在的生命都将很快被消灭，这就是宇宙文明的图景，这就是对费米悖论的解释。 我非常喜欢大刘的这个解释，但是真正让我进行了深入思考的，并不是大刘的黑暗森林法则，而是费米悖论本身。  ## 关于费米悖论 我出生于河南的一个农村，在我的时候，夏天我们喜欢睡在屋顶上，仰望着漫天的星辰。今天，我住在北京，我已经不再能够看到星空，但是，我们每个人都不会忘记仰望星空的经历。任何一个人，在一个晴朗无月的晚上，在一个适合观星的地方，抬头望见满天星星，总是会心有所想：   有些人被星空的壮美所感动，有些人被宇宙的辽阔所震惊，还有人像大刘一样感到存在危机，然后脑洞大开一会儿。每个人都有自己的感受。而物理学家费米的感受是： > Where is everybody？ 满天星星的夜空看起来非常壮观，但是我们只是在看看附近的地方罢了。在最适合观星的夜晚，我们可以看到大约 2500 个恒星，这大概是银河星里恒星数量的一亿分之一。这 2500 个恒星中的绝大多数都距离我们不到 1000 光年，大约是银河系直径的百分之一。所以我们看到的星空其实只是下图中的红圈那么大的地方罢了：  当讨论恒星和星系的时候，一个能挑战几乎所有人类神经的问题，就是：“地球之外是否还有智能生命存在？”让我们用数字来讨论这个问题。 虽然银河系里面有 1000 亿 - 4000 亿个恒星，并且在可观测的宇宙内有几乎同样数量的星系。对应每一个银河系的恒星，就有一个巨大无比的星系。也就是说，可观测宇宙内的恒星数量大概是在 10^22 到 10^24 之间，这个数字写出来是这样的：  据估计，地球上沙子的数量是 7.5x10^18 粒，也就是说，对应地球上的每一粒沙子，宇宙中都有 10000 颗恒星。科学界对于恒星中有多少是和太阳类似（大小、温度、光度）的还没有定论，通常的观点是 5% 到 20%。我们采用最保守的估计（5%）, 以及对于恒星数量估值的下限（10^22），那么就是说有 5x10^20 个恒星是和太阳类似的。 而这些和太阳类似的恒星里有多少是拥有一个和地球类似（允许液态水存在的温度条件来支持类似地球生命）的行星的呢？这个科学界也没定论，有些观点认为这个比例高达 50%，也有比较保守的研究认为应该在 22% 左右。根据我们已经知道的恒星形成过程的天文学知识，科学界现在比较确定任何一个非双星的恒星都应该拥有至少一颗行星 (详见德国科学家鲁道夫. 基彭哈恩所著《千亿个太阳》)，结合前面采用的 5% 类太阳恒星的假设，就是说宇宙中有至少 1% 的恒星，拥有一个类似地球的行星，也就是说存在 10^20 个类似地球的行星。这个观点之前只是推论，但是 Kepler-452b 的发现让这个结论变得令人信服： 对应地球上的每一粒沙子，宇宙里就有 100 个类似地球的行星。 再往后推算，我们就只能瞎蒙了。假设经过数十亿年的时间，这些类似地球的行星中，有 1% 出现了生命。再假设，那些出现了生命的行星中，有 1% 的行星上的生命的智能发展到了类似地球的程度。这就是说，可观测宇宙中存在一百万亿个智能文明。回到咱们银河系，运用同样的算法，和对于银河系恒星数量估计的下限（1000 亿），我们可以算出来，银河系里可能有 10 亿个类似地球的行星，和 10 万个智能文明。  SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence，地外文明搜寻计划) 是一个以收听来自地外智能文明信号为目的的组织。如果银河系里存在 10 万个智能文明，哪怕其中只有很少一部分对外发射无线电波或者激光束或者其它联系信号，SETI 的卫星阵列应该会收到各种各样的信号。但是，SETI 从来没有收到过这样的信号，一次都没有。那么问题来了： > Where is everybody？ 这还不是最奇怪的地方。我们的太阳是个很年轻的恒星，也就是说存在着年纪比地球大很多的类地行星，理论上来说他们的文明程度应该远比我们发达。我们的地球是 45.4 亿年，假设我们把地球和一个 80 亿年的行星 X 对比  如果行星 X 的经历和地球类似的话，他们的文明应该比我们领先 34.6 亿年  比我们领先一千年的文明所能带给我们的震撼，可能就像我们现在的世界能给一个中世纪人的震撼一样。一个比我们领先一百万年的文明和我们的差距，可能和我们与大猩猩的差距那般。而行星 X 上那个比我们领先了 34.6 亿年的文明会是怎样呢？ 卡尔达肖夫指数是根据一个文明所能够利用的能源数量来量度文明层次的指标。它有三个类别： * I 型文明：有能力使用所在行星的全部能源。人类还没有达到 I 型文明，按照卡尔萨根的算法，人类可以算作 0.7 型文明。 * II 型文明：有能力使用母恒星的全部能量。我们还没有办法理解这样的事情要怎样才能做到，但是人类还是尽量使用想象力来考虑这个问题的，一种可能是戴森球，这是包围母恒星的巨大球形结构，它可以捕获大部分或者全部的恒星能量输出。  * III 型文明把前面两张都甩在了后面，它能够动用相当于整个银河系那么多的能源。当然，这一型的文明听起来有点不可思议，不过别忘了，前面的行星 X 上的文明可是有 34 亿年的时间慢慢发展的。如果行星 X 上的文明和我们类似，并且成功生存到了 III 型的话，他们可能已经掌握了星际旅行的方法，甚至开始对整个星系的殖民了。 对于恒星际殖民的方法，以银河系为例，有一种比较有效的方法就是复制，简单来说就是创造一种能够航行到别的行星的机器，然后用利用新行星上的材料花 500 年左右的时间自我复制，然后将两个复制品送向下一个目标，即使用比光速慢的多的速度航行，这个模式也能用 375 万年的时间完成整个银河系的殖民。当计量单位是 10 亿年的时候，375 万年不过是一眨眼而已。  回到我们我们之前的推算，如果银河系里 1% 的智能文明成功的达到了具有星际殖民能力的 III 型文明的话，光银河系就应该有至少 1000 个 III 型文明了。如果真是这样的话，这些文明的存在应该很容易被留意到才对。但是我们至今为止，什么都没看到，什么都没听到。 也从来没有接触过他们中的任何一个 > Where is everybody? 在我的上一篇文章中，我写到了 NASA 宣布发现 Kepler-452b 的事情，但是这件事情背后的深刻含义恐怕并没有被深入思考。之前一直有一个论点认为位于宜居带的行星有可能很少，地球是万里挑一的幸运儿。现在看来，只怕不是。人类用很不精确的观测手段，观测了几百颗恒星，就轻易找到了一颗宜居行星。如果不是碰运气碰上了，那这件事情说明仅仅银河系里，宜居行星的数量级可能在千万甚至亿这个级别上，而且这颗行星比地球早开始 15 亿年。  距离只有 1400 光年，即使造出光速 1/100 的飞船就可以在 14 万年到达。这种飞船不需要太科幻的技术，完全在人类现有理论的框架内，人类可以在几百年内造出来应该是大概率事件。即使不造飞船，建一个瞄准这个行星的发射站，只需要 1400 年就可以让对方收到地球的问候。然而，地球至今都没有收到任何来自这颗早进化 15 亿年的兄弟的任何信息。人类都可以这么轻易就发现宜居星球，难道外星文明就发现不了地球吗？ 可事实上，整个宇宙对地球都是彻底的沉默。 > Where is everybody? ## 我们所不知道的一切 《三体》之后，无书可读，现在的科幻小说已经远远不能满足我的好奇心和想象力，一方面我对作者的文笔和阅历有要求，另外对作者的科学背景有要求，因此，除了阿西莫夫和克拉克最近翻译出版的小说之外，我现在更多的是看科普和科学方面的书，甚至在有些我自己基础知识比较扎实的领域，比如化学方面，我是直接看相关的大学和研究生教材。我注意到一个明显的事实是，我们人类现在科学越来越发达，但是学科的分类也越来越垂直，很少有人能够从更高的高度去描述学科之间的联系，在学科与学科之间的交界处，出现了明显的断层，有些还有明显的不相容。比如我们知道化学这个学科的底层是基于电子在量子物理的泡利不相容原理约束下的在原子核之间的运动，但是我们并不知道所有的细节，比如我们不知道 X 射线和其他辐射是如何引起有机分子同分异构的转变；我们知道生物学和化学的边界是基因，基因具有生命的一切特征，因而和非生物不同，基因同时和遵从一般化学定律的分子有关，但是我们现在无法精确的知道每一个生命行为下所对应的化学反应的方程式，我们不知道每一个有机分子同分异构体的转变所对应的生物学和遗传学上的影响。在更大的尺度上，我们虽然知道宇宙起源于大爆炸，但是我们至今不知道太阳系和其他恒星是如何从星际气体和尘埃云形成的，为什么太阳系的角动量都给给了行星而太阳自身则保存了绝大部分的质量；我们虽然知道这个宇宙有亿万颗恒星，而且每一个单星都应该有行星，但是我们依然不知道为什么从来没有外星文明和我们联络。从我熟悉的计算机专业的角度讲，我们知道信息、比特和熵，但是如果考虑一下把一比特信息放入黑洞中，那么会发生什么？每当我有闲暇的时候，我喜欢去思考这些问题，虽然身体无法脱离地球，但是我的精神可以悠游太虚，这是我的休息和生活方式。 对于我来说，读完《三体》之后，再也没有科幻小说可以满足我的想象力，因而我恐怕只能自己思考，我是一个有很强好奇心的人，我努力想要了解人在宇宙中的位置，这个了解不仅仅为了知道人类是否会飞向其他恒星，也不仅仅是想知道人类在未来是否会遭遇其他文明，我更想知道的是，我们人类是否有能力认识世界的终极规律，宇宙是怎么来的，宇宙的未来如何？意识乃至智慧是宇宙发展中的偶然还是必然？我们是有唯一的宿命还是可以改变自己的未来？ 由于我懂得太少，我努力在大脑的思维过程中装进去了一些锚点，这些通常是我思考的出发点： 1. 我们这个宇宙中存在着 10^80 个基本粒子，它们中的大部分都是在与接近光速运动，而且，根据海森堡的不确定性原理，我们要么无法确定它们的速度，要么无法确定它们的位置。我们人类，以及我们体内的 10^28 个粒子这种缓慢的运动速度是自然界的特例，我们为什么这么慢？ 2. 信息永存和熵增加是这个宇宙的规律，但是令人惊奇的是，这个世界每 10000000000 比特的信息中就有 9999999999 比特是与黑洞的世界相关的，我们直接的每一个星系都是围绕不断吞噬恒星与行星的黑洞形成。如果说信息就是这个世界最根本的存在，为什么我们拥有的信息这么少？ 3. 我们所知道的物质，包括原子、行星、恒星、星系以及 iPad、奥利奥、钻戒和我们，只占我们这个宇宙的质量(也就是能量) 的 5%，绝大部分的质量是以暗物质和暗能量的方式存在，而后两者是看不见的，它们和光子不发生作用。我们对暗物质和暗能量所知甚少，对于暗物质，我们只知道它不是由质子、中子、电子这些粒子构成，它和光子不发生作用，它不是星际气体，不是星际尘埃，不是黑洞，它可能是由奇异粒子构成的物质；对于暗能量，有另外一个名字叫宇宙学常数。我们能确认他们存在，主要是暗物质和暗能量都和引力发生关系。那么它们到底是什么？ 短短一篇文章，难以道出心中所想，权当抛砖引玉。 *本文关于费米悖论的部分来自 waitbutwhy 网站，并参考知乎。本文图片来自网络*