美丽的星空，如果只是一个精致的天文馆……

天文馆假说|超越费米悖论

费米悖论来源于恩里科·费米在基于宇宙漫长年龄和庞大的星体数量的基本假设，经过一系列的计算后发现——地外文明存在性的过高估计与缺少地外文明存在的相关证据相矛盾，于是在1950年夏天的某个午餐的闲谈中提出了"外星人它们都在哪里?"的著名问题。

简单来说，费米悖论指的是外星智慧生命(extraterrestrial intelligence, ETI)存在的高概率估计和缺乏明显的证据。今天，我们来研究费米悖论的另一种可能性——那就是它们把我们都放在了一个大规模的模拟中！

这叫做"天文馆假说"，这个理论认为，我们看不到外星人的原因是，人类处于一个模拟实验中，而运行这一模拟的就是外星人！为了确保人类不会意识到这一事实，他们会让我们无论何时向外看，倾听太空的深度，这个模拟都会给我们带来"巨大的寂静"！

费米和德雷克

考虑到宇宙的大小和年龄，搜寻地外文明(SETI)似乎是一项有效的事业。想想看：我们的星系中有2000亿到4000亿颗恒星，而宇宙中有多达2万亿个星系。仅在我们的星系内，估计就有60亿颗类地行星，这意味着宇宙中可能有多达1200亿亿颗类地行星。

与此同时，人类花了45亿年才出现在地球上，而宇宙已经存在了138亿年左右。因此，假设智慧生命有无数的机会在宇宙的其他地方出现，有足够的时间来进化，这一点也不牵强。1961年，美国物理学家、SETI研究员弗兰克·德雷克博士在格林班克天文台的一次会议上阐明了这一点。

为了准备这次会议，德雷克创造了一个方程式，总结了在我们的星系中发现外星人的概率。此后被称为德雷克方程，这个概率论证用数学表达为：

是我们银河系中可以交流的文明的数量， 是恒星形成的平均速率， 是有行星的恒星的比例， 是能够维持生命的行星的数量， 是将发展生命的数量， 是将发展智慧生命的数量， 是技术先进的文明的数量， 是它们将信号传输到太空的时间。

弗兰克·德雷克在白板上写下他著名的方程式。图片来源：SETI.org

这一论点的目的是总结SETI的挑战(即未知的绝对数量)，并将其置于背景中。同时，它表明发现ETI的几率相当高。即使对每个参数采用最保守的估计，这个方程也表明，在我们的银河系中至少应该有几个外星人，我们可以在任何给定的时间与他们通信。

此外，考虑到宇宙本身的年龄，在我们的宇宙中应该有很多物种已经进化到可以探索太空和完成工程壮举的程度，这将使我们所能梦想的一切都相形见绌。这使我们……

卡尔达舍夫规模

1964年，苏联/俄罗斯天体物理学家尼古拉·卡尔达舍夫(Nikolai Kardashev)提出，外星文明可以根据其能够利用的能量进行分类。在《外星文明传递信息》文章中，卡尔达舍夫详细阐述了这一想法，并提出了一个三层方案——"卡尔达舍夫等级"，其中陈述如下：

第一类文明(行星文明)：是那些可以使用和存储其星球上所有可用的能源(~瓦) 第二种文明(恒星文明)：是那些能够使用和控制整个恒星系统的能量(~瓦) 第三类文明(星系文明)：是那些可以控制整个星系的能量(~瓦)

从SETI的角度来看，属于这三种类型中的任何一种文明都可以通过多种方式加以识别。例如，第一类文明很可能已经发展到占据整个星球，并在近地轨道(LEO)建立卫星和空间站。这个人造物体的云(又名克拉克带)可以通过它在行星凌日期间反射恒星光线的方式可见。

根据卡尔达舍夫的说法，II型文明是一种能够围绕其恒星(即戴森球体)建造大型建筑的文明。这将使人类文明能够利用太阳产生的所有能量，同时使其家园系统中的可居住空间成倍增加。正如戴森自己在他的原始论文中所述，这些巨型结构可以通过寻找它们的红外特征来发现。

至于第三类文明，一个能够利用其星系所有能量的文明有可能通过建造一个封闭的装置来做到这一点。或者说，也有可能他们会选择封闭它的一部分，也许是围绕着它的核心区域，以及位于其中心的超大质量黑洞(SMBH)。无论如何，如此先进的文明是不可能不注意到的。

因此费米的著名问题一直存在。到目前为止，大多数试图解决费米悖论的尝试都集中在外星人如何能够存在，但却无法与我们交流。相比之下，模拟假说认为，它们故意不和我们交流，甚至煞费苦心地隐藏自己的存在。他们选择的方法是让我们置身于一个模拟的现实中，这样我们就看不到他们的存在。

起源

2001年，著名科幻作家、数学家兼工程师斯蒂芬·巴克斯(Stephen Baxter)特写了一篇开创性的文章，题为《天文馆假说——费米悖论的解决》。为了回答费米的问题，巴克斯特假设人类的天文观测实际上是第三类文明创造的幻觉，他们把人类关在一个巨大的"天文馆"里。或者如他所说：

"解决费米悖论的一个可能方法是，我们生活在一个人造宇宙中，也许是一种虚拟现实‘天文馆’的形式，旨在给我们一种宇宙是空的错觉。量子物理和热力学方面的考虑可以估算出产生不同大小和质量的模拟所需的能量。"

这个概念与模拟假说类似，模拟假说最初是由牛津大学人类未来研究所(FHI)的尼克拉斯·博斯特罗姆(Niklas Bostrom)提出的。在2001年的《你生活在计算机模拟中吗?》中，他提出了这样一种观点，即人类所认为的可观测宇宙实际上是一个巨大的虚拟环境。这种对现实本质的质疑在许多哲学传统中根深蒂固。

然而，在这种情况下，有人认为让人类处于模拟状态的目的是保护我们、我们的宿主，也许还有其他物种免受与"接触"有关的危险。以人类历史为模板，我们可以看到无数的例子，两种文化第一次相遇就很容易以战争、征服、奴隶制和种族灭绝告终。

然而，这也有一些限制。根据巴克斯的原始论文，将我们现在的文明包含在一个完美的模拟中是在第三类文明的能力范围内。然而，一个单一的文化占据一个直径约为100光年的空间，将超过任何可以想象的模拟现实的能力。

在这方面，第三类文明的最大利益是创造一个不包含任何eti证据的模拟，同时限制我们向宇宙扩张的能力。这可以通过包括限制人类离开地球的能力(即它的高逃逸速度)和我们探索和殖民太空的能力(狭义相对论的限制)的物理模型来实现。

自然，我们生活在高级外星人创造的天文馆的想法很难验证。然而，许多研究已经进行了模拟假设，这对天文馆假设有影响。例如，哥伦比亚大学(Columbia University)教授大卫·基平(David Kipping)和熨斗研究所(Flatiron Institute)计算天体物理中心(Center For Computational Astrophysics)最近就这个主题发表了一项研究。

在这项名为"模拟论证的贝叶斯方法"的研究中，基平进行了一系列统计计算，旨在测试与博斯特罗姆假说相关的可能性和不确定性。总而言之，基平认为，有能力产生这种模拟的后人类文明将创造远不止一个，这表明我们很有可能不止在一个中。

与此同时，他指出，我们成为其中一员的几率接近于均等：

"使用贝叶斯模型平均，我们是模拟人的概率实际上小于50%，在无限次模拟的极限下趋于那个值。不管人们是否以人类尚未诞生这种模拟为条件，这一结果基本上是无关紧要的。正如在其他地方争论的那样，如果人类真的开始制造这种模拟，那么这将从根本上改变可能性——我们很有可能实际上是被模拟的。"

批判

由于埃隆·马斯克(Elon Musk)等公众人物的支持，这个概念得到了主流的关注和接受。马斯克曾说，"我们有十亿分之一的机会生活在基本现实中。"但与此同时，《模拟》和《天文馆假说》都有一些批评者和反研究质疑这一假设的价值。

首先，许多研究人员质疑，鉴于我们对自然法则的理解，宇宙水平的模拟是否可能。特别是，一些研究人员利用我们自己在量子蒙特卡罗(QMC)模拟中失败的经验，认为未来的人类(或ETI)不可能产生精确到量子水平的现实。

其他人批评了基于奥卡姆剃刀的模拟假说，以及他们认为"计算上的不可能"来模拟像我们的宇宙这样巨大的东西到粒子精确度。还有人认为，利用格点量子色动力学(QCD)的最新进展，模拟环境不可避免地是有限的，而且容易被发现。

当然，我们可以反驳这些批评，认为不可能反驳基于物理论证的模拟理论，因为我们所引用的物理可能只是模拟的结果。但这种反论点只是强化了模拟假设如何不可证伪的问题。简而言之，它既不能被证明，也不能被否定，所以争论它有什么意义呢?

然而，关于天文馆假说的争论是可验证的，因此可以单独处理。例如，有些人认为存在III级Kardashev文明的假设是基于一个根本错误的假设。简而言之，它假设先进文明的进化路径是基于扩张而不是优化。

在2008年的一项研究"反对帝国"中，塞尔维亚天文学家、天体物理学家和哲学家Milan·Cirkovic提出了相反的观点。简而言之，他测试了两种模型来确定一个后生物和技术先进的文明的行为——"帝国国家"和"城邦国家"。最后，他认为先进的物种更倾向于留在空间紧凑优化的环境中，而不是向外扩散。

这方面的例子包括Dyson Swarm 和 Matrioshka Brain，这是戴森著名球体的两个变体。前者由围绕恒星运行的轨道上相互连接的较小物体组成，后者由由恒星本身提供动力的数层计算材料(computronium)组成。负责建造它的文明可以生活在许多"太空岛屿"上，或者在巨大的"大脑"中模拟他们的存在。

外星大型建筑可能是星际通信的关键吗? 图片来源: Kevin Gill

在一天结束的时候，一个选择这样生活的物种将没有什么动机去冒险到宇宙中去，试图殖民其他世界，或干扰其他物种的发展。他们也不会认为其他物种是一种威胁，因为他们倾向于相信其他智能生命的进化路径与他们自己的相似——即有利于优化。

不幸的是，这样的论点需要找到ETI的证据——比如它们的巨型结构产生的热信号——才能被认为是可测试的。在这个时候，我们很难限制什么将被认为是智能生命的迹象及其活动(因为我们知道只有一个物种能做到这一点，简单来说就是我们！)

尽管如此，在我们继续探索宇宙寻找智慧生命迹象的过程中，像天文馆假说这样的理论仍然是令人着迷的。它们还可以通过建议需要寻找的东西来帮助我们探索。与此同时，我们所能做的就是继续观察，倾听，并猜测是否有人在那里。

我们会在第八辑《动物园假说|超越费米悖论》中介绍第6种解释。动物园假说认为，外星人故意和我们保持距离，是为了让人类在不受干扰的情况下进化。《天文馆假说》是《超越费米悖论》专栏中出现的第5种解释，请各位读者继续关注这个翻译专栏，再次感谢大家的阅读。

原文链接：https://www.universetoday.com/147547/beyond-fermis-paradox-vii-the-planetarium-hypothesis/