不久前（2020 年 6 月），國內外各大媒體紛紛報導，英國諾丁漢大學（University of Nottingham）的科學家研究發現，銀河系至少應有 36 個智慧文明，吸引了許多人的眼球。無獨有偶，在 2018 年便有報導指出，英國牛津大學人類未來研究所（Future of Humanity Institute）的學者公布，人類是銀河系中唯一高等智慧物種的可能性高達 53% 至 99.6%。明明是類似的問題，相隔兩年的研究卻得出完全不同的結論，讓人看得一頭霧水。
究竟，這些關於外星文明的數量估計，是怎麼做出來的？又是否可信？我們短期內有多大機率證實外星生命的存在？寶傑你怎麼看？
費米悖論：外星人在哪兒？
科學史上關於外星文明的討論，最知名的例子，莫過於物理學家恩里科‧費米（Enrico Fermi，1901–1954）和另外三位同事──包括氫彈之父愛德華‧泰勒（Edward Teller，1908–2003）──之間的對話。
那是在 1950 年夏天的洛斯阿拉莫斯國家實驗室（Los Alamos National Laboratory）。四人於中午前往用餐時，在路上聊到當時的目擊幽浮報導，以及紐約客雜誌刊載外星人偷竊垃圾桶的漫畫，以解釋市區垃圾桶莫名消失的謎團。雖然一行人並不認為報導裡的幽浮來自外星球，但仍討論起星際旅行的可能性。
費米問泰勒：「在接下來十年內，我們有多大可能，會看到超光速物體的明確證據？」當泰勒回答百萬分之一後，費米說：「這太低了，較可能是百分之十。」當話題結束，大家圍繞餐桌坐定、開始用餐之後，費米突然又冒出一句：「所有（外星）人都到哪兒去了？」
這就是知名的費米悖論（Fermi paradox）：宇宙是這麼地遼闊，充滿數不清的恆星，總會有生命於地球之外的地方誕生；而在宇宙悠久的 138 億年歲月中，應有足夠長的時間，讓這些外星生命發展出高度智慧文明；甚至，只需要一定的太空技術，在相對宇宙壽命極短的時間內，約千萬年之譜，就能殖民整個星系。那麼，為什麼地球人完全看不到任何跡象，顯示他們存在？
主動搜尋外星訊號
儘管沒有人知道費米悖論的真確答案，卻有不少人試圖提出可能的解釋，如外星人早就來過、外星人故意不跟我們接觸、我們探索的方式不對、外星生命來不及演化出文明就滅絕了、智慧文明無法避免地會自我毀滅（值得地球人警惕！）、外星人跟我們想的不一樣、地球真的是特別的存在……等等。
然而，不用等理論解釋為什麼，實際搜尋外星人的計畫早就開始進行。
十九世紀末，古列爾莫‧馬可尼（Guglielmo Marconi，1874–1937）發明無線電報系統，利用無線電波發送和接收電碼，電報也從此不再需要靠電線傳送──鐵達尼號失事的時候，也多虧無線電報，才有許多人獲得拯救。到了二十世紀初，利用無線電波傳遞聲音的技術被發明，廣播節目開始出現在我們的生活中；此後，地球人就陸續嘗試搜尋外星人發出的電磁波訊號。
1924 年 8 月，火星軌道運行進入非常接近地球的位置，僅距離 55,777,566 公里，提供了偵測火星人的絕佳機會。天文學家大衛‧佩克‧托德（David Peck Todd）在美國軍方的幫助下，將無線電接收器設置在離地三公里的飛船上，從 8 月 21 日到 23 日共計三十六小時內，嘗試接收火星人的無線電訊號，並備有軍方的密碼學家幫忙解譯；同時，所有無線電台每逢整點都會停止發送五分鐘，避免造成干擾。只可惜，這次實驗沒有得到任何有意義的結果。
到了 1960 年，美國康乃爾大學（Cornell University）的年輕天文學家法蘭克‧德雷克（Frank Drake），利用位於西維吉尼亞州綠堤（Green Bank）的無線電望遠鏡[1]，分別觀測了距地球 10.5 光年的天苑四（Epsilon Eridani）和 11.9 光年的天倉五（Tau Ceti），花了數個月搜尋可能的外星智慧文明訊號，卻沒有任何收穫。
似乎，真的沒有外星文明發送電磁波訊號到宇宙中。不過，有此能力的外星文明多嗎？
德雷克方程式：智慧文明有多少？
1961 年 10 月底，德雷克在綠堤舉辦研討會，邀請所有想得到、對搜尋地球外智慧生命有興趣的科學家與會。然而，作為會議唯一的主辦人，德雷克被庶務忙得焦頭爛額，根本來不及安排議程。另一方面，該年度的諾貝爾化學獎得主將在會議期間公布，而謠傳中的得主正好就是會議參加者――加州大學柏克萊分校的生物化學家卡爾文[2]；德雷克還得煩惱張羅香檳，以備萬一。
因為缺乏完善的議程規劃，又為了討論更能聚焦，就在參加者報到的前一天，德雷克思考了銀河系內、有能力使用電磁波訊息交流的智慧文明數目（以字母 N 代表），並假設有七個因素決定了 N 的多寡，分別為：
- R*：銀河系中恆星形成的平均速率[3]
- fp：恆星擁有行星的比例
- ne：行星系中，支持生命生存的行星╱星體數量[4]
- fl：支持生命生存的行星╱星體上，誕生生命的機率
- fi：存在生命的行星╱星體演化出智慧生命的機率
- fc：智慧生命文明裡，有多少比例發展出可被偵測到訊號的科技
- L：智慧文明持續向太空發送可偵測訊號的時間長度
只要把上述七個參數相乘，就能評估出銀河系中可交流智慧文明的數目――這就是知名的德雷克方程式： N=R^*\cdot f_p\cdot n_e\cdot f_l\cdot f_i\cdot f_c\cdot L
1961 年 11 月 1 日，德雷克把公式寫在會議廳的黑板上，作為議程的討論主軸；當時的他並不知道，這個方程式日後常被認為是科學史上重要的方程式之一，甚至成為現今思考外星生命存在問題的架構――就連德雷克本人都表示非常驚訝（無誤）。
德雷克公式告訴我們什麼？
德雷克公式提及的七個參數，只要有任何數值上的變動，都會大大影響我們觀測到外星智慧生命的可能性；偏偏，裡面有許多參數都難以評估，無法給出準確的數值，誤差範圍極大。
在上個世紀 60 年代，科學界只對第一個參數R*（銀河系中恆星形成的平均速率）稍有概念，也完全不清楚剩下的參數數值為何。當時，尚未有任何太陽系外行星的觀測證據，更無從推測生命誕生於系外行星的可能性。
現代，隨著科技的進步，我們對德雷克方程式裡的參數已更有概念。根據目前的觀測結果，幾乎每個恆星都擁有自己的行星；換言之，方程式的第二個參數 fp（恆星擁有行星的比例）相當接近 1。此外，有 22% 的類太陽恆星，在適居帶擁有地球尺寸的行星──這無法完全決定第三個參數 ne（行星系中，支持生命生存的行星╱星體數量），但很有參考價值。
至於剩下四個參數，就算到了今天，我們若不是所知有限，就是一無所知──這一點也不奇怪，畢竟人類至今唯一能拿來參照的實例，也就只有地球而已。
在 1961 年的那場會議，德雷克和其他科學家們，針對不同參數分別給出了數值範圍的預估，最後得到 N（銀河系內可交流的智慧文明數目）約在 20 到 50,000,000 之間。
從 1961 年的估計，我們可以看見，因為德雷克方程式裡的參數不確定性太大，使其幾乎不具有預測能力。若以開頭所提到、今年六月的新聞來說，雖然宣稱銀河系中有 36 個智慧文明，但只要查看論文，就會發現其範圍實際上是 4 到 211（36-32 ~ 36+175 ）；而且，研究團隊在過程中還做了許多假設，才得出這樣的數字。換句話說，只要稍微更動假設，結論就很可能天差地遠──儘管如此，在目前有限的科學證據下，最多也只能做到這樣了。
永不放棄對外星生命的探問
儘管德雷克方程式能給予我們的資訊非常有限，但其貢獻仍不可抹滅：它提供了一種看待問題的架構，將「銀河系內可交流的智慧文明數目」拆開、化簡，成為數個單純因素的組合。
自從德雷克方程式面世之後，許多人套用類似的架構，提出不同的修改版本；如麻省理工學院（MIT）教授莎拉‧西格爾（Sara Seager）就參考德雷克方程式，將「大氣層可偵測到生命印記（Biosignature）的行星數目」分解為數個參數，以推估下一個十年、我們有多大可能性主動發現這些孕育生命的系外行星。最後她發現，以現有的地球科技所及，能找到且存在生命的系外行星，可能只有兩個──在不考慮誤差的狀況下，情況並不樂觀。
至於費米悖論，目前雖然尚無法得到解答，但依據近年的觀測證據，再加上對德雷克方程式、和其他修改版的估計，或許，我們無法太過理想性地認為，銀河系充滿了智慧生命等待交流──考量到宇宙漫長的歷史、與無窮盡的遼闊，縱使外星智慧文明真實（或曾經）存在，也不見得剛好能被地球人發現。
從無線電廣播發明至今，僅約莫百年；可以想像，如果有外星智慧生命要靠電磁波訊號偵測到地球人的存在，不但必須距離地球一百光年之內，而且科技程度還得恰恰好在這幾十年、至少發達到足以接收我們的訊號，且不能因為外在環境或自身緣故而毀滅──怎麼想都不是容易的事。
而德雷克在綠堤研討會提出他的方程式之後，除了持續天文學相關工作，甚至主導了傳送訊息給外星文明的活動：1974 年，在其他研究者──包括知名天文學家與科普作家卡爾‧薩根（Carl Sagan，1934–1996）──的幫助下，他們設計的訊息從波多黎各阿雷西博天文台（Arecibo Observatory），以強力的電磁波發送向距離地球 25,000 光年的球狀星團 M13，內容包括了人類的DNA 結構，和太陽系的介紹等等，史稱阿雷西博訊息（Arecibo Message）。儘管人類可能永遠無法收到回覆，在宇宙中傳播的阿雷西博訊息，卻已成為地球文明曾經存在的證據，等待很久很久以後，某個遙遠星系的外星文明觀測到它。
就算目前對外星生命的探尋一無所獲，但宇宙總是充滿各式驚奇與可能；或許，在可見的未來，我們就會從系外行星的大氣層發現外星生命存在的印記，甚至接收到外星文明的訊號也不一定。願原力與你同在！生生不息，繁榮昌盛！（一秒同時惹怒Star Wars和Star Trek粉絲）
註釋
- [1] 該望遠鏡在當時由美國國家電波天文台（National Radio Astronomy Observatory）營運，位於美國國立無線電寂靜地帶（National Radio Quiet Zone）。
- [2] 梅爾文‧埃利斯‧卡爾文（Melvin Ellis Calvin，1911 – 1997），美國化學家，1961年諾貝爾化學獎得主。
- [3] 恆星中質量最小、溫度最低的紅矮星原本不被包括在定義裡；現代的版本已將其納入。
- [4] 原本的定義中，只考慮行星的數量，但德雷克之後將其擴充，以包括所有星體。行星系中支持生命生存的星體不必然是行星，衛星也是可能的選擇；例如木星的衛星「歐羅巴」（Europa）在表面的冰層之下，可能擁有液態水海洋，也被認為是外星生命可能存在的地方。
參考資料
- “Where is everybody?”: An account of Fermi’s question, Eric M. Jones, Los Alamos technical report, March 1985.
- How My Dad’s Equation Sparked the Search for Extraterrestrial Intelligence, Nadia Drake, National Geographic, June 30, 2014
- An Equation to Estimate the Probability of Identifying an Inhabited World Within the Next Decade, Sara Seager, MIT, 2013
- 《悖論：破解科學史上最複雜的9大謎團》，吉姆‧艾爾─卡利里，三采文化（2013）
- Prevalence of Earth-size planets orbiting Sun-like stars, Erik A. Petigura, Andrew W. Howard, and Geoffrey W. Marcy, PNAS 110 (48), November 26, 2013
- It’s the 25th anniversary of Earth’s first (and only) attempt to phone E.T., Bill Steele, Cornell Chronicle, November 12, 1999
- Wikipedia: Drake equation
- Wikipedia: Search for extraterrestrial intelligence
狐禪
