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如何寻找外星人 等

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2010年初,在全球掀起了观影热潮的美国科幻巨片《阿凡达》超越《泰坦尼克号》,成为了电影史上最卖座影片。人类与外星人携手作战的故事让人们津津乐道。那么,在真实世界中,外星人是否存在?如何与他们进行交流?这些问题竟然都可以用数学来说明――

如何寻找外星人

判断外星人是否存在有公式

关于外星人是否存在,有一个著名的数学公式――德雷克方程式,又被称作“绿岸公式”。它是1960年由美国天体物理学家弗兰克•德雷克在西弗吉尼亚州绿岸镇提出的,故而得名。

“绿岸公式”表述为:N=R*•fp•ne•fl•fi•fc•L。

公式中,N代表银河系中拥有能与地球建立通信联系的技术文明的星球数,它等于公式右边七个要素的乘积。这七个要素分别是:

R*: 银河系中的恒星形成率,即平均每年诞生的恒星的数量。一般认为,只有存在像太阳这样光照恒稳的恒星才有可能孕育出生命。

fp: 拥有行星的恒星的比率。

ne: 在拥有行星的恒星中,平均每颗恒星拥有具备生命诞生条件的行星的数量。

fl: 在具备生命诞生条件的行星中,真正拥有生命的行星的比率,也即生命诞生的概率。

fi: 该生命进化成有智慧的生命体的概率。

fc: 该生命体拥有能与其他星球进行通信的技术的概率。

L: 该技术文明能够存在的时间。

目前,每个要素的确切数值都还未知,只能靠估计。假如银河系中一共有1000亿颗行星,其中具备生命诞生条件的占1/1000;而这些星球中,只有1/100实际上诞生出了生命,这么算下来,银河系中约有100万颗行星存在生命。

然而,即使这100万颗行星上的生命都已进化为像我们人类这样高级的生命体,而且还掌握着与其他星球进行通信的技术,我们和外星人相遇的概率还是很低,因为还存在时间和空间的阻碍。

宇宙语言,以数学为基础

虽然我们与外星人相遇的机会不大,但是在宇宙的某个地方存在和人类一样有智慧的生命体的概率却相当高。因此大多数科学家认为,我们必须与外星人进行信息交流,以便与他们取得联系。

目前,向外星人发送宇宙语言信息是联系外星人的主要方法。早在17世纪初,意大利物理学家、天文学家和哲学家伽利略就认为,数学语言是宇宙交际的共同语言。美国天文学家卡尔•萨根也深信,宇宙中的技术文明无论差异多大,都有一种共同的语言――数学语言。中国数学家周海中在他的论文《宇宙语言:设计、发送与监听》中指出,数学语言具有明确性、单义性、紧凑性、普适性、抽象性、逻辑性等特点,是星际交流的理想工具。荷兰数学家、天文学家汉斯•弗罗登塞尔精心设计了一种以数学语言为基础的“宇宙语”(Lincos),靠发射不同波长的无线电波来表示不同的意思。例如用短的无线电波信号代表数字,长的无线电波信号代表加减等运算符号,利用它们之间的不同组合来表示不同的含义。

目前,寻找外星人已不再是科幻故事,而是一门前景诱人的学科――天体生物学(Astrobiology)的重要研究课题,而数学工具和数学语言,则是进行这项研究的基础。

考考你的眼力

观察下图,试找出其中的逻辑规律,并遵循这个规律在空格中填入适当的图案。

(答案在本期内找)