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外星猎人,别用德雷克方程了

艺术家对一个遥远的外星星球的想象。它发展智慧生命的机会有多大?(图片版权所有)美国宇航局

保罗萨特是俄亥俄州立大学的天体物理学家和COSI科学中心的首席科学家。萨特也是“问一个太空人”和“太空电台”的主持人,并领导世界各地的太空旅行。萨特把这篇文章贡献给了太空的专家之声:评论与洞察。

对于早熟的猎手来说,地球外的生命,德雷克方程是永远准备好的,去工具包里估算人类在银河系中是如何(不是)孤独的。这个方程式是1961年天文学家弗兰克·德雷克(Frank Drake)在稍微匆忙的情况下提出的,以便即将召开的一次会议的与会者能够讨论一些问题,它打破了令人生畏的问题“我们是孤独的吗?”

这个方程是从一些简单的概念开始的,比如恒星形成的速度和行星所在恒星的比例。但它很快就进入了一个复杂的地形,要求提供一些数字,比如那些能够承载生命的行星中有哪些最终进化成了智能物种,这些行星中有哪些向宇宙发出友好信号,邀请我们地球人来聊聊天。[10颗可能存在外星生命的系外行星]

的最终结果应该是一个单一的值(或者,最坏的情况下,是一系列的值),可以预测银河系中智能物种和对话准备物种的总数。如果这看起来有点令人不安的大胆,那么至少,德雷克方程式是一个引发对话的哲学装置。它也为寻找和与银河系中的外星物种交谈的终极问题提供了一个恰当的科学讨论框架。

除了在两个方面都失败。

知道你的错误

德雷克方程很简单,但却有欺骗性。弗兰克最初的配方只有7种成分,其他研究人员的进一步改进并没有彻底改变这个数字。所以,你可能天真地认为你只需要测量或猜测大量的参数就可以了。

但现实并不是那么简单。估计和测量总是有不确定性。这一概念对于科学探究是绝对重要的:你所知道的远不如你所知道的多重要。任何科学讨论的实质都是挖掘不确定性以及如何估计它们。为了证明一个大胆的主张是正确的,你需要对不确定性有非常透彻的了解。为了推翻这个说法,你不必直接攻击它;你只需质疑一个语句的精确性。

对于德雷克方程,我们根本不知道附加在任何参数上的不确定性。有多少行星的生命可以在那里开始,最终发展成生命?百分之零?百分之百?介于两者之间?是百分之五十加上还是减去百分之五?或者正负百分之二十五?或者加5%减25%

,只需要一个未知的不确定性就可以使整个企业陷入困境。你可以在几十年的时间里逐渐消除德雷克方程,仔细观察之后再仔细观察,测量恒星形成率,在行星表面寻找液态水。你可能认为你在确定这个预测方面取得了很好的进展,但是只要一个参数仍然有未知的不确定性,你就没有取得任何进展。

这个单一的未知可以撤销整个方程中投入的艰苦工作。在你知道所有这些之前,你一点也不知道。

要使用德雷克方程产生一个正确的估计,你不能只是插入猜测;你必须为每个猜测提供范围,基本上是加倍你的工作。因为大多数参数甚至都不是基于可测量的量,所以你能做的最好的事情就是把手举到空中。[重新审视德雷克方程式:采访行星猎人萨拉·西格尔]

遗漏了

这一点每隔几个月,一篇涉及德雷克方程某些变体的新论文就声称,要对参数进行一些“合理”的估计,并给出答案。有时,报纸声称银河系充满了数以千计的智慧文明。有时候,研究表明我们完全孤独。当德雷克和他的同事们第一次扭转局面时,他们抛出了大约1000到100000000个这样的文明。那…没什么用。

德雷克方程只是一种简单的 ... ,它可以切断我们的无知,把它塞进一个数学绞肉机里,然后做一个香肠猜测。它没有比随机从帽子里抽出一个数字更大的预测能力。如果你没有准确估计你的不确定性呢?答案不可靠。如果你错过了一个参数,从恒星到知觉的过程中的一些关键因素呢?答案不可靠。如果你有太多的参数,引入一个原来不重要的元素呢?答案是不可靠的。

德雷克方程做了大量的假设,在这些假设得到验证之前,我们不能相信计算结果。

让我们谈谈

好吧,我们不能把德雷克方程当作一个物理方程;也就是说,我们不能像使用牛顿第二定律或广义相对论方程或麦克斯韦电磁方程那样简单地使用它。没关系。也许德雷克方程的力量更像是一种哲学的处理,来帮助我们引导我们的思维,帮助我们在一个深刻而根本的存在问题中模糊的水域航行。“KdSPE”“KDSPS”,但是将德雷克方程引入到这样的哲学讨论中有什么用呢?我们真的是在进步还是在磨砺我们的思维?用许多不易解决的较小的不可知事物代替一个大的不可知事物(智能物种的数量)有什么好处?是的,把一个大问题分解成更小的问题是科学中常见的策略。但这只有在较小的问题都比较容易解决的情况下才有效。

我们有可能花更多的时间毫无帮助地讨论模型的参数,而花更少的时间去寻找生命。比如说,关于产生智慧的有生命行星的数目(这个数目必须百分之百地构成)的特殊价值的争论,并不能让我们更清楚地了解与另一个智慧物种聊天的机会,相反,我们只是通过一个内在扭曲的公式来模糊我们的观点。

今天,有正在进行的寻找地球以外的生命的搜索。计划中的任务是对外部世界的冰月进行取样,这些冰月蕴藏着巨大的液态海洋。系外行星猎人正在开发一项技术,以梳理出外星世界生物信号的暗示。德雷克方程在其任何公式中,是否有助于制定、推进或协助这些任务?”尽管德雷克方程可能 ... 了早期关于寻找外星智慧的科学讨论,但它没有太大的价值。我们不能用它来加深我们的理解,也不能用它来正确地指导我们的思维。参数中的巨大不确定性,这些不确定性的混合方式未知,甚至在选择这些参数时绝对缺乏任何指导,剥夺了它的任何预测能力。预测是科学的核心。预测是使一个想法有用的东西。如果一个想法没用,为什么还要保留它呢?”

通过听“德雷克方程有用吗?”在“询问太空人”播客上,可在iTunes和网站://Ask a Spaceman上找到。感谢Gary P.,Zeth L.和Bob H.提出的问题,这些问题导致了这篇文章!在Twitter上使用AskASpaceman或关注Paul@PaulMattSutter和 ... /PaulMattSutter来问你自己的问题。在Twitter@Spacedotcom和Facebook上关注我们。关于太空的原始文章。“

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