近年来对系外行星的爆炸性发现（目前已确认找到超过个）已经重新燃起了人们对那个永恒问题的兴趣：“我们在宇宙中是孤身一人的吗？”。或者，就像著名的意大利物理学家恩里科·费米(EnricoFermi)说的:“大家都在哪?”宇宙中有这么多的行星值得探索，我们的仪器和方法也在不断更新迭代，寻找地外生命的工作的确进入了高速发展阶段。
与此同时，这些发现推动了正在进行的搜寻地外文明计划(SETI)的大量新研究。其中包括物理学家史蒂文·伍德林和多米尼克·切尼亚发明的外星文明计算器。受最近试图解决在我们的星系中存在高级生命的统计可能性的启发，他们提供了一个数学工具，可以为你处理这些数字!
但首先，我们需要快速复习一下背景知识。第一个“计算器”是由美国物理学家、搜寻地外文明计划(SETI)研究员弗兰克·德雷克(FrankDrake)发明的，可用于确定任何给定时间下银河系中外星智慧生物(ETIs)的数量。年，在格林班克天文台的一次会议上，德雷克提出了一个方程式，总结了银河系中发现ETIs的概率，这一方程后来被称为德雷克方程，在数学上表示为:N=R*XFPXNEXFLXFIXFCXL
●N是我们可以交流的文明的数量；
●R*是我们星系中恒星形成的平均速率；
●fp是那些恒星中有行星的比例；
●ne是有支持生命条件的行星的数目；
●fl是能发展生命的行星数目；
●fi是能发展智慧生命的行星的数目；
●fc是能发展传输技术的文明数量；
●L是这些文明将信号传送到太空所需的时间长度
虽然这个方程的目的是激发关于ETIs存在可能的讨论，但方程所代表的基本含义使它也很重要。即使我们保守地对待处理所有变量，它们仍然会得到N个结果。基本上，即使在我们的星系中生命非常稀少，也应该至少有一些我们可以接触到的文明。
数年来，德雷克方程受到诸多质疑，也进行了多次的完善。比如，最近刊登在《天体物理期刊》的一篇论文里，来自诺丁汉大学的天体物理学家汤姆·韦斯比和克里斯托弗·康塞利斯，他们基于天体生物学的哥白尼原理提出了一个可能的论点。
帕克斯射电望远镜是突破聆听计划里用到的望远镜之一。简单的说，这个原则（当其用于我们的宇宙中存在的生命时）代替了其它依据，并表示我们永远不能假设人类是特别的、独一无二的。对于人类是否为宇宙中唯一的生命的问题，韦斯比和康塞利斯成功提出过一个德雷克方程的现代版本。它用数学符号可以表示为：
N=N**FL*FHZ*FM*(L/T’)
N指的是可以与我们通讯的外星文明的数量；
N*指的是银河系里恒星的总数；
fL指的是至少存在了50亿年的恒星占据的比例；
fHZ指的是所有恒星中存在合适的、可供生命生存的行星的比例；
fM指的是所有恒星中有着足以支撑高等生物和先进文明的金属的比例；
L指的是一个先进文明的平均寿命；
t’指的是让生命得以进化的平均时长。
结合这些参数对应的最新的天体物理学数据，他们总体估计存在着36个外星文明！这份研究报告激发了伍丁和塞尔尼亚的灵感，发明了外星文明计算法（ACC）。它是一个运算的工具，既可以用德雷克方程，也可以用天体生物学的哥白尼原理，只不过以一种互动的方式进行。
于是，他们两个人开始研究这种工具，使得它可以通过人机交互的形式发挥出与德雷克方程、天体生物学的哥白尼原理同样的效果。伍丁除了是英国物理研究所（IOP）的一员，还是Omni计算机项目的定期撰稿人。这个项目聚集了小规模的、致力于科学普及的专家。
一项新的研究为费米悖论提供了一个全新的视角——我们之所以无法见证外星文明，是因为他们正在沉睡之中。信用与版权：凯文基尔特就在那里遇见了泽尼亚，一位最近正在波兰完成博士学位的年轻分子物理学家。正如当今伍丁通过邮件向大家解释宇宙所说：
“作为一种兼互动与趣味的方式去使公众参与到这一个基本问题的科学研究我们在宇宙中
是孤身一人吗？。这个计算器可以让人们很容易地了解什么输入了这样的模型之中，并且
让我们了解到这些改变所带来的影响和结果，这比让大多数人去读一篇他们几乎不会去阅
读的科学报道更具互动性。”
那些想要使用ACC的人必须要先选择他们想要使用的模型，然后去填写模型假设环节所有的部分。一些默认值会被提供，从统计角度，基于那些被科学家们相信更有可能被选用，但使用者可以自由选择自己需要的数值。从这里他们将会了解自己的模型和数值预测了多少智慧文明。
建议使用天文生物学的哥白尼原则，因为它是更新（实时更新）的模型，并且可以通过调整以适应弱、适中、强的场景。换而言之，使用者可以调整外星生命形成条件的严格程度。然而，我们更鼓励使用者去同时用这个原理和德雷克公式，以了解它是怎样影响它们的结果。
德雷克公式和天文生物学的哥白尼原则都试图解决一个迫在眉睫的问题：我们在宇宙中是孤身一人吗NASA关于哥白尼原理模型的另一个好处是它允许用户了解到达最近的外星邻居需要多长时间。
正如伍丁所评论的：
“{使用者}应该从探索三个模型场景开始，并且去了解输入与结果是怎样影响的。强场景是非常
具有限制性的，并且其条件于地球上的生命生存发展非常相似。弱场景有更多宽松的假设，并且会
形成很大数量的外星文明。然后你可以将你的数值放入计算器中，去看看结果是如何改变的——这对只会纸上谈兵的天文学家会很棒”
一旦用户开始使用，他们可以在太空旅行计算器（可以在Omni计算器网站打开）来计算在宇宙中，最近的外星文明与我们地球之间存在着多少光年的距离。这个计算器由Czernia设计，运算结果同时也依赖于用户上传的变量，比如航天器质量、加速度还有运用的宇宙物理理论（爱因斯坦宇宙论或牛顿定律）。
让我们做一个有趣的假设：在航天器的自适应巡航控制系统中显示，在我们的宇宙中可能存在上百个外星文明，而且离我们最近的外星文明约在光年以外（以系外行星HDAb作为参考）。另外假设我们拥有一艘与国际空间站类似质量的航天器（重公吨或美吨）而且它可以以1g（9.8m/s）的加速度加速，直到达到光速的99%。
（图片）不同类型星系可居住地区的模拟像。图片来源：NASA/KeplerMission/DanaBerry
基于这些变量，太空旅行计算器演算出我们需要航行.4年来到达这离我们最近的外星文明，而对于航行机组人员来说仅仅过去了10年（因为我们使用了爱因斯坦的物理学理论）。显然，这艘飞船同时需要配置万公吨（万美吨）的燃料来支持这趟旅程。所以……是的，这其实是个不可能开启的任务！但是我非常推荐大家来尝试这个有趣的程序！
平心而论，无论是德雷克的宇宙文明方程式和天体生物学的哥白尼原则都存在各自的局限性。举个例子，德雷克关于前四个变量的著名方程的首次发布加深了人们对于宇宙的认识。这很大程度上是因为近期对于系外行星的大量发现，这让天文学家们了解了有多少恒星拥有行星，以及行星们在恒星可居住范围内的轨道频率。
同样的是，天体生物学下的哥白尼原理有很多的不确定性。在韦斯特比和康舍利斯的研究中，他们先假设一个类地行星一定会创造生命。除此之外，因为地球上的人类在20万年前才开始出现（而地球年龄足足有45亿年），所以SETI应该只去搜寻那些至少有45亿年年龄的行星。
而最终，我们所估计到的外星文明的数量也仍有很大不确定性。随着时间推移，SETI项目所使用到的硬件和计算能力也在不断提高，天文学家也将会对这些变量有更多的了解，所以SETI对银河系中外星文明数量的估算也会越来越准确。
艺术家描绘了一个围绕着类太阳恒星公转的超级地球。来源：ESO/M。
科恩梅塞尔伍丁表示
我们需要某些重大进展，才能有理有据地回答“我们是独苗文明吗”这个问题。他说道：“可能在未来我们对银河系的恒星与行星有更多发现后，再回头来看它们对此前的外星文明估算有何影响。”
“我们对位于移居带中类地行星的观测能力不断加强，甚至可以探测它们大气层的成分（如果有大气层的话）。而这也让SETI进行更有针对性的探测，提高发现外星文明的几率。”
“我一直认为在月球背面建造望远镜是个不错的主意，这样可以不受地球无线电的干扰，加大我们探测外星信号的能力。”
总的来说，在发现外星文明的踪迹之前，我们并不知道寻找它们的成功率有多大。但令人着迷的一点是，只需一次发现便可解答费米悖论（“那他们都在哪里呢？”）。与此同时，对外星文明的搜索将会继续下去，而新一代研究方式和天文仪器（如詹姆斯韦伯望远镜和南希格蕾丝罗曼望远镜）将会对此产生极大帮助。
与此同时，概率研究和概率论证将帮助我们缩小范围。如果真有外星文明的话，我们终将会找到它们（希望一切顺利！），此外，可以看看由OmniCalculator提供的其他有趣的工具，包括天体物理学软件（astrophysics），量子物理软件（quantumphysics），和其他的科学计算器。
作者：MATTWILLIAMS
FY：Astronomicalvolunteerteam
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