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看懂《三体2：黑暗森林》，你需要知道费米佯谬
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《三体》封面 by Stephan Martinière
是时候谈论些干货了：中国史诗级作家刘慈欣("大刘")的《三体》(Three-Body Problem)三部曲在人物呈现上有些固守成规，但我读了后完全停不下来，这是因为它把所有关于物理和宇宙的伟大理论串联成一个极其史诗般的、决定了全人类前程的故事。这就像有人写了《我绝壁爱科学》的同人小说而且写得牛逼。为了感受一下这种牛逼，有一件事情你需要提前了解。
# 下面有对刘慈欣的《三体》的轻度剧透
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刘慈欣("大刘") via NYTimes
三部曲中的第二部会在2015年8月11日登陆英语市场，对于感兴趣的读者来说为了真正从中得到乐趣，你需要先熟悉费米佯谬，因为它就是那种挑战你想象力深度的理论。好像宇宙本身就是一个把你困在鲨鱼缸里狞笑的恶人一样，完全不知道你詹士邦模式全开能全身而退。(宇宙君，你的阴谋又失败了！人类将在《死神永生》里回归。)
(PS. “费米佯谬”，其实只是物理学家费米当年随口说的一句大白话：如果地外文明存在的话，它们早就应该出现了。这话背后的含义是：如果我们不相信地球是宇宙间唯一的文明，或者说我们承认在宇宙间出现其他高等文明的概率不为零，那么考虑到宇宙是如此的广大，其年龄是如此的长久，则宇宙间必定已经有了许许多多高等文明。那么，它们在哪儿呢？为什么我们至今还没有遇见一个呢？)
要理解费米佯谬，我们首先需要检讨德雷克方程(用以推算银河系及可观测宇宙能与我们进行无线电通信的高智能文明数目)，这是一个估计在银河系存在多少能与我们沟通的智能生命的思想实验。
它是这样的：
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前方高数警告，但实际上不是很高。上述变量可以用一种几乎诗意的形式表达。
1. N* 代表我们银河系中恒星形成的平均速度。
2. fp 代表一颗恒星具有行星的比率。
3. ne 代表每个有行星的恒星中有支持生命潜力的平均行星数量。
4. fl 代表每颗能支持生命的行星在某个时间点实际发展出生命的比率。
5. fi 代表有生命的行星中实际发展出智能生命(文明)的比率。
6. fc 代表一个文明发展出向宇宙中释放能被探测到他们存在的信号的技术的比率。
7. fL 代表这种文明向宇宙释放可探测信号的时间长度。
如果这还太长，那就听一下卡尔·萨根用他的甜美醇厚男中音把它哼哼出来吧。(卡尔·萨根，宇宙的木管器乐，芝加哥大学合唱团)总共就8分钟。
诚如萨根所说，我们知道这个列表最顶上的那个数字，得益于持续不断的探索，我们可以在第2、3、4条插入合理地准确数字。而剩下的只是猜测，但萨根指出，即使仅看这些猜测得出的数值范围，银河系中仍然存在数量巨大的可沟通的智能文明。最新估计描述为存在低至两个，高至二亿八千万个不等的文明。想象一下，网上有多少条痛批乔治·R·R·马丁“快回去写！”的留言，你就能对智能文明在银河系里兴起的频繁程度有一个感受。
但是仅仅从没有任何人出席过我的只邀请外星人的生日派对上来判断，人类还没有遇到过任何外星文明。我们甚至还没有发现它们的任何证据。尽管有伪代码写成的德雷克方程思想实验，我们在宇宙中依然孤独。
费米佯谬在本质上就是这种矛盾。我们的推理得出了一个拥挤着可交流文明的星系，但摆在我们面前的物理证据却没显示出这些文明的任何痕迹。费米佯谬不只是对德雷克方程的回应。它也是恩里科·费米自己对银河系中存在文明的推理的回应。因为费米推断，即使你把星际旅行限制在以常规速度航行的世代飞船，殖民整个银河系也只需不到一亿年。地球成为一个理想的宜居行星的时间长度是这个的很多倍。那为什么没有发生殖民呢？
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刘(右)和三部曲第一、三部的翻译者Ken Liu在一起
这是外星生命的佯谬，而刘慈欣的《三体》三部曲尝试在几个方面回答这个佯谬。在第一本书《三体问题》里，答案是非常非常直接的。外星文明真的就在一星以外的比邻星，只有4.3光年远。在一颗围绕三星系统的行星上。当两者都跨过一个技术门槛(星际无线电通讯)后，我们发现了他们，他们也发现了我们。
此外，《三体》用一些精彩的篇幅勾勒出文明在智慧和沟通上能有多顽强。(说真的，读一下描写外星人母星的那章，酷毙了)在刘慈欣的三部曲中被称为“叁阳系人”的(以下直接采用中文术语“三体人”表示)，不只发展出文明一次，因为他们行星轨道的随机性质，他们还被迫重复重复重复再重复地推倒重来。他们星系的三个太阳造成三体人行星的严重浩劫，有时用太阳烈焰把它烧个干净，有时把它遗弃在冰封纪元，这些毁灭性周期是完全不可预测的。他们的文明遭受三体问题极端本质的苦难。
“三体问题”是一个真正的数学问题；一个恶魔般简单的情况却创造了无尽的复杂性。设想两个有引力的物体，预测这两个物体如何相互作用是相当简单的。但是，一旦你引入第三个物体，这三个物体之间的引力平衡就会不断转移，其中任何一个物体在很短一段时间以后的位置变得极端难以预测。
下面是它有多古怪的一个简单描述。想象一个看不见的行星环绕着稳定的蓝“星”。
BIU！即使行星以最稳定的轨道环绕恒星，因为那颗远处的红星，黄星仍然会最终赶上来把行星撞出轨道，烧焦它的表面，甚至完全摧毁它。要记住，上面的“星体”运动实际上是一个理想的和可预测的三体问题，因为蓝星和红星的路径保持稳定。所以，即使在这个“稳定” 的模式里，生活在这个恒星系统里的文明仍然需要从头再来至少一次，而且在文明毁灭的灾难之前只有一个短暂的预警。而三体星的外星文明连这种“理想”版本三体问题的好处都没有。
通过这个例子，刘慈欣的《三体》立足于银河系里的生命不但能幸存随机的灾难，而且在灾后外星生命还能维持或重建其通信技术。在三部曲之二《黑暗森林》的开始已经很清楚，有交流能力的文明不但能从比地球严苛得多的环境中幸存，他们还可以开发出远远比我们自己更先进的航天和通讯技术。
这是对费米佯谬的一个答案，但也有其它答案，其中有些真的很迷幻。这里有几个：
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1. 外星人已经在这里了，在小行星带。但他们是自我复制机器而且对接触不感兴趣
银河系在仅仅几百万年之内被殖民的一种方式是，如果一个种族建造一个冯·诺依曼探测器舰队。名字都牛逼哄哄的物理学家约翰·冯·诺依曼(就叫我约翰...冯·诺依曼好了)(冷笑话，类似“就叫我老王……大发财好了”)，按照其理论，一台冯·诺依曼探测器是一台能够自我复制的机器。探测器可以从一个外星世界被发射，在常规速度下航行数百万年前往下一个恒星系统。一旦抵达，它会执行指令开掘原始原料(例如从太阳系的小行星带)，并建造一个能生产自己复制品的工厂。这些副本可以把自己发射去周围的每一个恒星系统，并一遍又一遍重复这一过程，直到整个银河系都被殖民。
冯·诺依曼探测器将是不依靠超光速技术测绘一个星系内容的极佳方式，每个探测器前往一个太阳系并向母星回报该恒星系的组成和居民。一个冯诺依曼探测器将极有可能避开与生命形式的积极接触，以避免被污染或毁坏。
到目前为止，我们还没有发现我们的太阳系或小行星带已经被冯·诺依曼探测器访问过的任何证据，但我们也没有对小行星带或太阳系中的其他天体仔细近观过。我们所知道的就是，我们已经被只进行观察的探测器访问过上千次，而这就是Fitbit的真相。
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2. 行星吞噬者
显然，这是更疯狂的、虚构的费米佯谬的答案，但它仍是可能的。对于那些不熟悉吞噬者的(你弱爆了)，他是一个漫威角色，以吞噬整个行星维持他庞大的宇宙存在。在漫威宇宙里，他在一个传奇性的故事情节里被神奇四侠拒之门外。但在我们的宇宙中？嗯…我怀疑地球上有任何人能有一个有效计划说服一个穿短裤的神不要吃这个行星。
虽然那里有一个戴着帅气的帽子的存在正在那里一个接一个催毁外星文明这种事不大可能，这仍然是费米佯谬的一个现实答案。如果有冯·诺依曼探测器舰队在外面执行即将到来的外星文明的命令，对能维持生命的世界进行着预备殖民？如果有一种力量或文明拥有足够强大的力量和手段正在积极地消灭文明以免其成长为威胁？这是挺牵强，但它不是不可能的。这是一个惨淡的想法，必须的。这意味着仰望天空看到的全是星际墓地。并且在某个时候我们会是下一个。
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3. 我们科学得还不够给力
我们正越来越擅于分析太阳系和周围宇宙，但我们仍在黑暗中四处摸索。我去，我们三年前才得到最邻近行星的清晰、细致的高清画面，我们仍然无法看到系外行星；我们只能通过它们使母星暗淡和摆动推断它们的存在。我们还在通过探索地球上的极端微生物来检测维持生命环境的极限。SETI不能以数据流或高能伽玛射线频率的形式探测向我们发送的外星信号，对于想把成吨的不会衰减的数据聚焦到我们行星的高级可沟通文明来说，两者都是可能的选项。在许多方面，我们问外星人在哪里，就像盯着书店地板问书都在哪里一样。仅仅因为我们现在没有看到或听到他们并不意味着他们不存在。
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4. 银河系探索起来太无趣了
当地球上已经有这么多世界和外星生命(至少是外星思维)，还何必去接触外星人，甚或去搜寻他们呢？监测和把物品送入太空是一个昂贵和费时的过程，有可能一旦文明到达某一节点，因为变得更经济，或资源变得太稀少，探索不同模式的人工现实会更有吸引力。在过去的几十年人类在这方面已经取得了很大的进步。数百年前，我们就开始把世界放进书里，几十年前，我们把世界放进电影和电视中，一代人以前，我们开始把世界放进游戏和互联网。我们完全停不下来。用$15可以买到的《我的世界》可以在程序上生成八倍地球大小的表面。面本、微软和谷歌都千方百计地想推出能把你从“现实”世界封锁起来的虚拟现实。一个即将发行的PlayStation 4游戏《无主的天空》能够自动生成五千亿个外星世界。充分探索它能用掉万亿年。
考虑到人工智能的不断发展，有理由说，未来百年的人类发展有望看到程序生成的虚拟世界，在里面发展出自由思考的人工智能。这些世界会自行发展，而且和我们能在银河系里发现的任何东西一样外星。 他们更便宜，探索起来更安全。(在真实太空里死了不会满血复活) 我们所知道的是，我们就可能是程序生成的宇宙里的人工智能。
只要有少数的文明选择向内而非向外探索就能使银河系“安静”下来。可交流文明必须在和我们倾听、观察相同的时间窗口里广播，我们才能够相互检测。地球已经有五十亿年，而在这段时间里我们只有一个世纪时间是可交流的。所以这些窗口可能非常小，而重叠也许是罕见的。所以，如果我们的沟通窗口现在正与其他两个文明对齐，而其中一个却选择了内部探索，那就把我们发现外星文明的机会砍掉了一半！
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5. 严禁向地球投食
在回答费米佯谬的征途中让我们造访另一个极端。让我们想象不仅有大量的可沟通文明在那里，他们已经结交成为一个功能性组织/帝国/联盟/什么的。
任何这样规模的银河系组织将需要能够超光速传递信息和物资，所以可能的是，他们对于哪个恒星系统含有哪个文明，还有那些文明处于什么发展层次都一个很好的理解。还有理由说，他们出于人道主义或防御为主的措施，有必要不去碰一个文明，直至其达到发展的“安全”阶段。或许一旦我们弄懂如何消除战争和贫穷，地球会接到该组织的电话。或者也许，一旦确定遭遇另一种文化的冲击不会弄坏我们自己的文化，地球将被联络。也许如果我们尚未弄明白如何变得非暴力却已经折腾出了超光速旅行，我们会得到一个严厉的“不行！”
没有办法来检测这种银河系级组织。我们现有的望远镜技术不可能发现遥远的飞船。我们甚至没法用望远镜对准我们自己探测器。像旅行者1号和2号，尽管我们知道它们通过太空的路径。这是一个距离和分辨率问题。一个飞行器飞得越远，望远镜找到它需要搜索的空间就越大，因为飞船还在不断移动，我们没法足够快地搜索空间找到它。
现在你能自己证明这一点！在下面的星球大战议会图片里我把一个像素弄得比周围像素亮得多，看你能找到它么。
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如果你找到了它，好吧，坏消息是，在你找到它的时间里像素/飞船已经移开了。如果像素/飞船可超光速行驶，这更是不可能完成的任务，因为这比飞船的位置信息抵达我们还要快。
基本上，我们可能被银河系其他文明在动物园放养着，而且我们就没有办法能知道。我们最好的Netflix原创剧也不够说服这个银河聚合体来联系我们！(也许吧。《我本坚强》可是极好的。)
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6. 《黑暗森林》里发生了什么
刘慈欣的《三体问题》对费米佯谬提供了一个巨大的解答，但三部曲并未停留于此。《黑暗森林》对此问题还有另一个考虑，非常的独特而完全令人不寒而栗。
一旦我读完它，答案也意想不到地让我对人类充满希望。我们不仅会弄清如何消除费米佯谬，而且我想，我们做到这一点的方式，没有其他文明有能力做到！
这是刘慈欣在《黑暗森林》里留给读者的压倒性的想法。作为智能生命形式，我们未必稀罕，但我们仍然特别。