科学家说，高等文明出现的顶峰可能在数十亿年前就已过去

原创 哈尔鲍曼9000 科学剃刀

德雷克方程，在宇宙中发现生命或先进文明的概率的数学公式。资料来源：罗切斯特大学

美国科学家最新研究提出了一项令人震惊的结论：宇宙中高等生命形式的发展可能早在数十亿年前就达到过高峰。卡内基研究院的研究人员分析了宇宙演化和行星形成的时间表,估计在宇宙大爆炸后的50-60亿年内,高等生命形式可能出现并繁荣发展。但随后,宇宙中可以支持复杂生命的行星逐渐减少,使得高级生命形式的演化陷入停滞。

研究人员指出,宇宙中的金属含量对行星是否适合生命至关重要。宇宙早期由于元素较少,金属量较低,不利于形成适宜生命的行星。13.8亿年前宇宙大爆炸后,通过恒星的核聚变,元素开始丰富,金属量也大幅提高,这为生命的出现创造了条件。研究显示,在宇宙形成50-60亿年后,金属量达到顶峰,随后慢慢减少。因此,也是在这一时期,宇宙中最适宜生命的行星数量达到最大值。之后,宇宙继续膨胀冷却,金属量下降,这使复杂生命形式越来越难以在宇宙中出现和演化。

研究人员表示,尽管地球上的生命起源于大约38亿年前,但考虑到宇宙整体,高级生命形式可能早在50-60亿年前达到过高峰,之后由于环境变化开始衰退。这一研究结果为探索外星生命提供了新的线索,也提醒我们应该尽快探测近期形成的行星,以增加发现外星生命的机会。

研究显示,高等生命形式的兴起与衰退同宇宙中的黑洞活动密切相关。黑洞可以通过吸积盘和喷流,对周围的气体和星云产生重要的反馈作用,这会影响恒星形成和行星演化。

这项研究的这个数字有助于解释在气体稀疏的环境中会发生什么。它始于两个富含气体的黑洞的合并。吸积盘（以蓝色显示）围绕快速旋转的黑洞反向旋转。这会产生射流，推动恒星形成率更高。这持续了大约800万年。在中间面板中，圆盘倾斜，射流消失，因此恒星形成不受影响。在右图中，“随着冷气藏的结束，恒星形成速率逐渐减弱，并且在超过十亿年后形成了一个死的类星体，”Garofalo解释说。资料来源：加罗法洛，2023 年

在比较孤立的星系或星系集团中,黑洞的反馈作用通常会促进恒星形成,这有利于生命的产生。

这项研究的这个数字有助于解释在气体密集环境中会发生什么。喷流重新出现，但倾斜并更直接地瞄准宿主星系中的气体。这会加热它并限制恒星的形成。这也意味着银河系的气体足够热，可以产生X射线，这是生命的限制因素。资料来源：加罗法洛，2023 年

而在气体更为稠密的环境中,黑洞的反馈作用会导致气体过热,抑制恒星形成,不利于生命进化。

研究指出,在宇宙早期,大多数星系处于相对孤立的状态,黑洞的反馈作用主要是正面的,有利于恒星和行星的形成,这使得在50-60亿年前,高级生命形式得到较大机会繁荣发展。但随着时间的推移,越来越多的星系进行并合,环境变得更为稠密。黑洞的反馈作用也逐渐变得负面,抑制了恒星形成,使得宇宙中适宜生命的行星数量减少。这最终导致高级生命形式的衰退。

研究提出,如果要找到高级外星生命,我们应该侧重观测那些相对孤立的星系,特别是在50-60亿年前形成的星系。在这些星系中,高级生命形式得到较大机会产生和发展。而在气体更为稠密的环境中,生命演化可能会受到抑制,机会较小。这项研究为勘测外星生命提供了重要的理论指导。未来,科学家应更加重视观测宇宙早期形成的孤立星系,提高发现高级外星生命的可能性。

这项研究还更新了德雷克方程,加入了黑洞反馈作用的参数。德雷克方程以前主要考虑行星数目和生命演化时间两个参数,但忽略了宇宙环境变化对生命演化的影响。更新后的德雷克方程表明,生命演化不仅与行星数量相关,也同宇宙环境密切联系。在相对孤立的环境中,黑洞的反馈作用有利于生命演化,可以大幅增加高级生命出现的机率。而在极为稠密的环境中,生命演化受到抑制,高级生命出现的机率会急剧下降。

根据更新后的德雷克方程,目前最适宜发现高级外星生命的星系应为5-60亿年前形成的相对孤立星系。在这些星系中,环境条件有利,黑洞反馈作用推动了大量恒星和行星的形成,这提高了生命出现和进化的机会。而气体极为稠密的星系星系团中,虽然恒星和行星数量很大,但环境过于极端,不利于生命长期稳定演化。高级生命形式出现的机率会大幅下降。这为未来的SETI搜索提供了重要指引,我们应更加侧重观测过去5-60亿年形成的相对孤立星系。

总的来说,这项研究从宇宙学和演化论角度,探讨了高级生命在宇宙中的兴起与衰退。研究结果表明,高级生命过去在宇宙中曾经兴盛一时,但随后逐渐衰退。这为我们理解生命宇宙学提供了新的视角,也指引我们未来的SETI搜索应更加关注宇宙中生命条件最为理想的区域——过去5-60亿年形成的相对孤立星系。这项研究为探索宇宙生命奠定了新的理论基础,其重要意义不容小视。

未来,希望有更多跨学科研究将宇宙学、星系动力学和生命演化结合,以求在这个浩瀚宇宙中找到生命的真实情况。

关注科学剃刀，每日推送关于核聚变、理论物理、太空探索的最新动态，SpaceX为专题日更

原标题：《『科学家说，高等文明出现的顶峰可能在数十亿年前就已过去》

阅读原文