對此，提出「大篩選」理論的羅賓·漢森認為，只要宇航條件允許，我們的後代一定會試圖向外進行殖民擴張，首先征服其他行星，然後是其他恆星，最後是其他星系。這個預期是有理由的。即使我們的後代大多數都滿足於地球上這狹小的空間，害怕殖民者之間的競爭，害怕與外星人接觸，或者想保持宇宙原本的樣子，但只要這個社會的內部競爭是足夠的，並能夠允許大量的成員產生不同的想法並付諸實踐，那這種期望就是可能實現的。畢竟，即便那些沉迷於網路虛擬現實的、眼光非常狹隘的人，也需要更多的物質和能量來建造和運行更好的電腦，也需要遷徙以減輕區域性的災禍帶來的損失。一百萬年在宇宙尺度上是很短的一瞬，但也足夠讓人類的數量以歷史平均增長速度提高，直至達到可觀測的宇宙的物理上限。這還是考慮到了用黑洞的降熵作用，以及量子計算機所能達到的計算量，這兩點都分別最大化地利用了所有可能的資源。因此，我們有足夠理由期待在宇宙時間尺度上，人類將殖民並開發宇宙中還未被我們利用到的資源，即使我們發現了其他的外星文明並與之產生了交流。

2.可自我複製的分子（比如RNA核糖核酸）

最新的研究成果表明，不僅是銀河系內，在更廣大的宇宙空間中，都可能只有人類這孤零零的一個智慧文明。一個由賓夕法尼亞州立大學的天文學家詹森·萊特領導的研究團隊在觀測了銀河系附近10萬個大質量星系后，得出結論：沒有一個星系顯現出存在發達科技文明的跡象。研究結果發布在《天體物理學》雜誌增刊上，這也是迄今為止囊括星係數量最多的一次觀測，類似的早期研究只涉及了100個星系。

根據地球的經驗外推，生命很有可能出現在圍繞恆星運轉的行星上。如果行星的衛星條件適宜，衛星也是不錯的生命溫床。無論是行星還是衛星，下面這些小過濾器決定了生命能否在上面進化為星際文明。

科學家在搜索地外生命時，多以液態水和有機物的存在作為外星生命存在的前提條件。有人批評說，這樣以地球生物為藍本的先入為主的觀點阻礙了對外星生命的探索，例如在遠離恆星的生命宜居帶之外，可能存在通過地熱等方式維持地下的生物圈；也有生物能夠在高砷低磷的環境下存活，這說明生物組成「必備」的六大基本元素碳、氫、氧、氮、磷、硫，可能不是必需的。除了碳基生命之外，科學家還認為，外星生命也可能以硅基、硫基、氨基等生命形態存在。所以，如果下一部《異形》系列影片中出現了在氣態行星的大氣層中飛翔的水母狀氨基生物，請不要大驚小怪。

面對自我毀滅的危機，文明中的組織和個體能否及時凝聚起來，決定了它是否能在通向星際文明的階梯上更進一步。這就要求文明的性格應該既不貪婪無度，又積極進取；既勇於競爭，又愛好和平。這些看似矛盾的品行要集中在一個個體身上並不難，要集中在一個族群身上就十分困難了。近代史上，恐怕只有乘「五月花號」航向美洲開闢殖民地的那批清教徒符合要求。事實上，也正是這些人確立了美國精神。美國成為今日的超級大國，除了得天獨厚的自然條件外，與上述精神也不無關係。

只有超光速通信才能維繫統一的星際文明。在《安德的遊戲》中，人類靠安塞波保持指揮部和星際艦隊的聯繫，擊敗了遙遠的外星敵人。在科幻作品中，常見的超光速通信有兩種：一是超空間通信，先用曲速、超空間、躍遷發生器等手段產生一個空間，將電磁波發送進這個空間，電磁波在該空間中的傳遞速度超越光速。《星際迷航》中就是這樣做的；二是量子通信：利用量子糾纏原理，將光子對拆散，一個留在原地，一個放在目標航天器上，當對一個光子進行干涉時，另一個光子就會做出相應的反應。《三體》中，智子之間就這樣實現了實時通信。

甚至，地球上也許永遠進化不出智慧生命：隕星時不時地給地球以致命一擊，生命的鏈條還沒延伸到文明階段就斷裂了。或者，隨著地軸頻繁擺動，大海不時被凍成大冰坨……可能存在著的動物為了適應漆黑的夜晚都長著可以看見紅外線的眼睛……

擁有基本的環境和生理特徵等「硬體」條件后，一個普通文明需要載入什麼樣的「軟體」才能踏上飛向太空的天梯呢？恰當的文化是必不可少的。首先就是拓荒精神。

長期以來，我們堅信空氣、陽光、食物、水和適宜的溫度、氣壓，以及適宜的酸鹼度，是生命存在不可或缺的條件。但地球其實絕不只有這溫柔的一面，生物圈也並不僅僅是我們看到的這樣。早在1965年，錢學森就曾撰文指出：行星上能不能有與地球上的生命不同的生命？能不能不以碳、氫、氧、氮等原子的組合為基礎，而以其他原子組合為基礎？這種不同的生命也許能生存於完全不同於地球上的環境：耐高溫或耐低溫，有很短的壽命或有極長的壽命。

所以，在航天技術和通信技術尚不成熟時過早地進入星際，只能使母星文化分裂成一個個小碎片。科幻作家阿西莫夫在小說《赤|裸的太陽》中虛構了這樣一支人類後裔：他們離群索居在遙遠的太陽系外行星上，彼此距離甚遠，老死不相往來。他們平時交流溝通全靠電話和郵件，以至於面對面交流是一件極其失禮的行為。這部小說探討了少數人與主流社會在物理上隔絕後，會產生何種奇特的亞文化。這種孤獨的亞文化在星際航行時代可能會成為常態。如果各星球（或空間站）之間產生了文化隔離，那麼互相理解將變得困難，星際衝突就有可能發生。這就又回到了文明如何避免自毀的問題上。

據估計，到2040年，全球製造業工人數量將從現在的1.63億下降到區區幾百萬。由於生活必需品的唾手可得，人們有能力選擇自己喜歡的生活方式和工作內容。到那時，人類是否會沉溺於安樂窩中，不願意向充滿未知風險的星空邁出一步？

自然資源。人類使用的所有資源幾乎都取自地球本身，即便是太陽能也大量以化石能源和風能等形式存在。所以，一顆星球上的資源如果無法支持文明擴張到另一資源地，那麼這個文明自然沒有可能進化為星際文明。

1.合適的行星系統（存在有機物以及生命宜居的行星）

1609年12月的一個夜晚，伽利略把自製的望遠鏡對準月球，驚奇地發現月球的表面凹凸不平，根本不像大家公認的「天體都是完美無缺的」。作為一個堅定的哥白尼學說的信徒，伽利略在不知不覺中從他所觀察到的月球陰影區內的亮點和黑斑中，得出了有關月球表面情況的結論。他設想，月球的表面與地球的表面是相似的。因為他通過新發明的望遠鏡注視月球時，他「看到了」與地球上類九_九_藏_書似的情況。天和地是統一的，這一發現給了他駁斥舊學說的勇氣。

6.多細胞生命

同理，那種水母狀的空中漂浮生物也難以衝出大氣層。生活在類木行星上的充氣生物在阿瑟·克拉克等人的科幻小說中曾有提及。霍金就認為，氣態星球上可能存在水母狀的巨型浮游生物，它們像吹脹的小型飛船那樣飄在氣體中，以吸收閃電的能量為生。

5.有性生殖

一切發達的星際文明都可以追溯到最原始、最簡單的生命形態，它們位於生命進化樹的根部。在40億年前的地球上，由無機分子合成的有機小分子聚集在熱泉口，或者火山口附近的熱水中，通過聚合反應，形成了生物大分子，這些大分子進行自我複製、自我選擇，進而通過分子的自我組織，並自我複製和變異，形成核酸和活性蛋白質，同時分隔結構同步產生，最後在基因的控制下進行代謝反應，為基因的複製和蛋白質的合成提供能量，這樣一個由生物膜包裹著的能自我複製的原始細胞，就在地球上產生了。

實現了跨恆星往返飛行，在不止一個恆星的引力範圍內有定居點，並對各個定居點實現有效治理的技術文明。

可控核聚變尚未打破「永遠的50年後」魔咒，但終會成功。難的是有能力為使用技術付出代價。擁有技術和能夠自如地使用技術是兩碼事。20世紀80年代末，美國已經掌握載人火星探測的基本技術，但由於成本高昂，三十年後的今天仍未成行。星際擴張的驅動力也難以預估。也許腦機介面的誕生會使所有人安於虛擬世界，不再關心星空。雖然大規模核戰爭導致自毀的可能性降低了，但強人工智慧實現后，人類是否能繼續存在還是未知數。

磁極倒轉。地磁場包圍著整個地球，就像一把巨傘，保護著地球上的生物免受宇宙射線的傷害。根據各年代岩石磁化的方向，可以推測出地球曾經多次發生磁極倒轉。過去1.6億年間，每百萬年磁極有2至6次的倒轉，但間隔不等。如果磁極倒轉，地球會有一段時間完全沒有磁場，這時的地球將完全暴露在宇宙射線輻射下，這將會對生命產生致命影響。部分動物會失去定向能力導致滅絕，生態系統破壞。而且，太陽風中的帶電粒子不再有地磁場阻擋，會強烈衝擊電離層，引起電離層暴，對無線電通信、衛星、航天設備造成損害。如果在下次磁極倒轉前，人類有能力抵禦上述不良影響，則有可能成長為星際文明，否則，將被禁錮在地球上。

1998年，羅賓·漢森在一篇文章中，把沒有生命的荒蕪之地發展到具有擴張性的星際文明的過程劃分成9個階段：

文明的第二次「長大」，是發現星際文明「大過濾器」的存在。對人類而言，這件事發生在近幾十年間。

根據大過濾器理論，一個物種要成長為星際文明，需要通過多種過濾器的檢驗。這些過濾器就像「篩子」一樣，淘汰不合格的生命形態與社會形式。下面，我們將上述9個階段劃分為「環境」「生命」「文化」「科技」四個「篩子」，逐一進行解讀。

8.人類目前這個階段

那麼現在的問題是，為何我們還沒有發現地外智慧文明，特別是星際文明？

美國物理學家恩里科·費米在1950年的一次非正式討論中指出了上述矛盾，認為這似乎有些不同尋常。宇宙已經有100多億歲了，僅僅銀河系內便有幾千億顆恆星，而孕育了我們的太陽僅僅是其中較為年輕的一顆。即便考慮了光速的有限性和文明興衰的生命周期，這麼長的時間里，宇宙間也應該有過無數星際文明次第興滅，人類不該如此寂寞。1975年，美國天體物理學家麥克爾·哈特在論文中詳細探討了可能的解釋。之後，這一問題通常被稱為「費米-哈特悖論」。

反物質火箭發動機技術的關鍵點，是保證和提高磁場引導粒子流從引擎噴口逸出的效率。研究表明，一種以正、反物質的混合物作為推進器燃料的火箭，能夠以光速的70%左右飛行。這意味著，藉助反物質發射火箭，人類前往4.2光年之外的半人馬座α星只需要6年時間。由於相對論效應，從地球到半人馬座，地球上的時間會過去6年，而旅行者的時鐘只過了不到4年半而已。

由於上述幾種星際推進技術各有優劣和適用範圍，真正的星際飛船可能採用光帆、核聚變發動機、反物質發動機混合推進：在距離恆星不遠的地方張開光帆，節省燃料；接近巨行星時補充核聚變燃料；最寶貴的反物質發動機只有在關鍵時刻使用。

9.星際殖民擴張

這樣我們就到了星際文明生命進化樹的第二個關鍵分叉點：上陸。地球動物登上陸地大約發生在3億年前。當時，為乾旱環境所迫的總鰭魚，從一個水塘艱難地爬到另外一個水塘，終於在擁有大量新鮮空氣的陸地上存活下來。胸鰭和腹鰭變成了四肢，鰓退化了，鰾變成了肺，最終演化成兩棲類動物。在外星上，如果沒有水生脊椎動物（這樣它們才能進化出肢體），如果沒有適合它們上陸的環境，將很難進化出星際文明。之所以說「很難」而不是「不可能」，是因為曾有科學家設想，如果有合適的條件，章魚有可能上陸，逐漸進化為智慧生物。章魚的多條腕足，倒是極其適合操作複雜的飛船而不至於手忙腳亂。

如果宇宙中存在星際文明，哪些科技是他們必須掌握的？

對於所有利用反作用力原理推進的火箭來說，反物質是能量密度最高的燃料。1克反粒子與對應的正粒子相遇后，所發生的湮滅反應將釋放出相當於4萬噸TNT爆炸的能量。42毫克反質子所具有的能量，與太空梭外貯燃料箱中750噸燃料和氧化劑所含的能量相當。在《星際迷航》中，「企業號」可實現曲速飛行，以超光速抵達宇宙任意一處，都仰仗於它的反物質發動機。此外，反物質發動機的一個好處是反物質的湮滅可以自發產生，不必像核聚變發動機那樣需要人為營造高溫高壓條件，所以反應堆體積可以縮小，飛船重量得以減輕。

上述過程看九*九*藏*書似簡單，卻有四道無法逾越的鴻溝。一是自我選擇，組成生物大分子的都是非常有限的幾種分子。在無機條件下，或者在閃電情況下，或者在熱水中，這些分子如何能自我選擇，合成DNA和RNA，且把其他的大分子拋棄掉？二是自我複製，DNA、RNA能夠複製，能夠為下一代遺傳下去，這個功能是如何進化出來的？三是分隔結構，細胞膜和細胞內的膜結構是怎麼形成的？四是新陳代謝的問題，最早的生物怎樣學會吸收外界的能量？

文明的第一次「長大」，是發現自己的世界不是世界的中心，對人類而言，這次成長發生在哥白尼時代。

一顆行星位於生命宜居帶內，並不表明其上一定就有生命存在，還要滿足一系列其他條件才行。首先，這顆行星上一定要有液態水，而且液態水是長時期穩定存在的。以地球為例，行星表面的水存在了數十億年以上，才能保證生命誕生並演變為高等生命。一顆恆星周圍的宜居帶有內邊界和外邊界之分。如果超越內邊界，行星過於接近恆星，表面溫度就太高了，就像水星那樣，不易保持液態水，更不利於生命發展；如果超過外邊界，離恆星太遠，溫度就會太低，水處於冰凍的狀態，生命就將無法存在和演化。

滿足什麼條件的生命更有機會成長為星際文明？讓我們從結果出發進行反向推導。

波利尼西亞人的祖先約在2500年前從東南亞陸續遷來，途經美拉尼西亞或密克羅尼西亞，最初定居於社會群島，爾後散布到廣闊海域，北至夏威夷，東抵復活節島，西南到達紐西蘭。令人驚奇的是，他們在沒有航海圖和指南針的情況下，僅僅依靠對水溫、波浪的感知和對島嶼相對位置的記憶，使用簡陋的船隻就完成了征服大洋的壯舉。

月球以柔和的引力（大約1.98x1020牛頓）輕輕牽扯著地球。地球上直接朝向或背向月球的區域被這個力拉起來。如果這個區域是海洋，就會形成潮汐。地球每自轉一周，都要有兩次潮漲潮落。月潮把富含有機物的海水帶到陸地邊緣。在遠古的海陸交界處，一些喜氧生物頑強地生存下來，成了最早的陸地生物。四億年前的一天，一條長相古怪的魚被潮水留在岸上，它拚命地張著鰓，扭動著身體，終於跳回了海洋。後來，它的後代漸漸能適應了短暫的陸地生活，直到有一天它們深入岸上太遠，以致無法返回海洋。這些早期的兩棲動物，就是包括人類在內的所有陸生脊椎動物的直系祖先。

首先，星際文明必然由智慧生命組成，他們有目的、有計劃地向太空發展。從地球的經驗看，智慧只能產生在一定體積的大腦中。這樣我們就到了星際文明生命進化樹的第一個關鍵分叉點：合適的大腦。對地球而言，如果恐龍沒有因天災滅絕，或者東非草原上的生存壓力不那麼巨大，都不會有人類大腦的出現。自從6500萬年前由恐龍滅絕引領的生物大滅絕（很有可能也是由外部事件如小行星撞擊導致的）之後，鳥類和哺乳動物的大腦與身體尺寸的比例都在穩定增長。如果足夠大的腦容量是一次篩選，那應該發生在3億年前，在生物出現羊膜卵（能給生物大規模遷徙提供條件）之後很快出現了哺乳類或鳥類的先祖。或者，另一次篩選應該是語言能力的產生，這種語言能力只在哺乳類動物中而不是鳥類中產生過，並且只有在腦容量足夠大的情況下才能產生。

現在的國際局勢已不大可能發生全面核戰爭，但即便是範圍有限的核戰爭也會造成災難性後果。核武爆炸後會將大量煙塵物質釋放到大氣層中，在人口密集地區的上空形成臭氧洞。除了對動植物造成嚴重危害外，數百萬人還將遭受皮膚癌、視力損傷以及其他負面影響的傷害。不只是戰爭會毀滅文明，工業化造成的環境災難同樣會毀滅文明的根基。人類正在面臨全球變暖、物種滅絕等環境危機，如果處理不好，這些危機可能演化為災難，吞噬人類的健康和積累數百年的工業成就，把人趕回田野討生活。

半個多世紀以來，一些有著科幻頭腦、相信外星人存在的天文學家自發地組織起來，開展了一個名為「搜索地外智慧文明」（簡稱SETI）的天文觀測項目。SETI旨在尋找宇宙中的智慧文明。這些天文學家認為地外智慧文明會利用無線電甚至激光脈衝與外界溝通，它們或許正在嘗試與其他星球上的文明取得聯繫。遺憾的是，迄今SETI項目並未尋獲任何來自外星文明的信號。也許銀河系中遍布簡單生命體，但能與人類聊天的外星鄰居卻一個也沒發現。

儘管如此，科學家根據觀測結果推算，銀河系幾乎每顆恆星都有一顆行星環繞，所以整個銀河系約有1000億顆行星，其中，大約有17%——多達170億顆——是大小與地球類似的行星。那麼，這些行星中位於生命宜居帶的又有多少呢？答案是約10億顆。

具有擴張因子的文明固然充滿活力，但卻具有內部爭鬥乃至自毀的傾向。兩次世界大戰都發生在發達的工業化國家之間，接踵而至的冷戰又囤積了足夠毀滅人類若干次的核武器。一個文明必須擁有避免自毀的清醒，才能成長為星際文明。

在其他星球上，玻璃或許可以被其他透明且耐腐蝕的材料代替。但有些技術，是沒法輕易被替代的，比如高速推進技術、太空生命保障系統和星際通信。

所以，擁有抵禦小天體撞擊的天然屏障，也是高等生命進化乃至文明延續的合適條件之一。月球一樣的衛星（火星的衛星太小了，就沒有這個功能）、大行星（如木星）等像太空中的擋箭牌一樣庇護著潛在的星際文明，並靜待它們有朝一日改造自己。

1973至1978年，英國星際學會組織開展了一項名為「代達羅斯計劃」的核聚變星際飛船研究，該計劃設想用無人飛船對另一個恆星系統進行飛掠式的快速探測。這艘星際飛船長190米，由兩級構成，豎起來有60層樓高。第一級發動機直徑達100米，是半球狀結構；發動機內壁排列著75支電子槍，用以發射電子轟擊發動機中心的核燃料球；其每小時的聚變能量輸出相當於100萬噸TNT。

也許擁有得天獨厚資源的外星文明可以更輕鬆地進行星際航行。2011年，約瑟夫·布里登博士提出了「無引擎星際飛船」的想法。他提出，在星體間混亂的引力場中，有時一些恆星將被高速拋出。他認為同樣的原理可以應用在推動飛船航行上。首先，找一顆近距離接近太陽並以橢圓軌道運行的小行星，然後發射一艘圍繞該小行星運轉的星際飛船。如果該小行星能夠在靠近太陽的新軌道https://read.99csw.com上被捕獲，那麼該艘飛船將會被拋擲到星際軌跡中，它的速度很可能達到光速的十分之一。小行星以及飛船之間的混沌動力學，使得小行星的全部能量轉移給飛船進而成為飛船的驅動力。這個「借力」原理有點類似電影《星際穿越》中，飛船藉助黑洞引力加速回航。

漢森認為，目力所及的宇宙寂寥無人的這一事實說明，上述9個階段——或者可能被細分出的更多階段——中，至少有一個階段是難以實現的。無論是什麼因素在哪個階段阻止了星際殖民擴張的最終實現，它都被稱為「大過濾器」。

智慧生命一旦具備了進入太空的能力，若以每秒60千米的速度飛行，大概在5000萬年內就能穿越銀河系這樣的星系（直徑10萬光年）。5000萬年對於恆星和星系動輒數十億年的時間尺度而言，只是短短一瞬。我們完全有理由相信，在宇宙誕生后近140億年的漫長時光中，智慧生命早就把星系踏遍了。也許這些擁有航天能力的文明十分稀有且隔絕，但是只要有一個星際文明有意並且有能力對所在的星系進行改造，人類就有機會看見它們。如果觀測的星系足夠多，我們理應最終發現智慧加工的痕迹。然而，我們觀測的星系越來越多，卻只發現一切都是純天然，這非常讓人沮喪。

另一個要素就是行星本身的質量。如果行星距其太陽恰好是1個天文單位，則要求行星質量為相當於地球的0.5～10倍個地球質量。如果質量太小，行星的引力就不足以保持維繫生命存在的大氣，也就沒有了保護生命免遭致命輻射傷害的保護層；質量太大，又容易吸引氫，從而形成木星、土星那樣的氣態行星，使生命難以生存。

3.簡單（原核）單細胞生命

工程師面臨的另一個挑戰是，如何在狹小的空間里儲存足夠多的反質子，因為反質子能湮滅普通物質。顯然不能將它們存放在實體容器中，它們必須藉助電場和磁場加以保存。

在行星地球上，生命以微生物的形式誕生。然後，生命攀上演化階梯，有了更大的身軀，擁有了複雜的神經系統，進而構建社會，最終擁有了前往其他行星甚至其他恆星的技術。既然這個過程能在地球上發生，那為什麼不能在充滿各個星系的數十億個宜居行星上發生呢？

一顆遠近適度的衛星還能召喚文明走出搖籃，邁向星際。中國古代就有嫦娥奔月的神話，科學先驅開普勒、伽利略也把月球設想為人類飛天的第一站。月球既不遠得難以到達，也不近得一蹴而就，它只等待那些科技水平足夠高的智慧生命來觸摸自己。就像阿瑟·克拉克在科幻小說《崗哨》中說的那樣：「只有當穿越太空，逃離人的搖籃地球，以此證明自己適合於生存下去的時候，星際文明才會對我們的文明感興趣。」登月的成功使人類對自身的力量有了新的認識。如果月球不存在，面對茫茫繁星，人類敢於貿然登臨遙遠的火星或金星嗎？也許不會。月球以及火星是地球人邁向星際的跳板，是通向宇宙的橋樑。通過登陸這些星球並嘗試在上面生活，文明可以實現星際航行的技術積累。

如果把「代達羅斯計劃」放在2010年實施，成本估計為40萬億美元。這相當於全世界所有國家的年度GDP總和。能量消耗則佔全球一年能源消耗的十分之一。這還只是一個飛掠恆星的不載人恆星際航天計劃。對於載人飛船來說，還必須裝備大量的防護設施，使乘員免遭聚變反應生成的α粒子和質子的傷害。多出的防護設施和生命維持系統的質量，需要以指數形式增加的額外燃料來推進。

如果「大過濾器」在宇宙中發揮作用，那些極難通過的死亡之篩是在人類的後面還是前面？也許，只有我們成為星際文明，或者與真正的星際文明實現了接觸，這個問題才有答案。

在人類科技史上，有一種材料同時承擔了對物質世界向上和向下兩個方向的探索功能，這就是玻璃：玻璃鏡片製作的望遠鏡提高了天體測量的精度；玻璃製作的三稜鏡分解了白光，揭示了物質深層結構的奧秘；顯微鏡加深了人對生命現象的了解；試管和量杯是化學研究不可缺少的工具……可以說，沒有玻璃就不會有科學革命。

星際文明是能夠進行太空旅行的種族，他們對向上和向下兩個方向的自然規律必然有精深的理解。向上，需要理解天體運行規律，這樣飛船才能在星體複雜的引力場中穿行；向下，需要掌握物質的微觀結構，這樣才能運用蘊含在亞原子粒子中的力量，推進飛船前進。

過去二十年間，天文學家共發現幾千顆太陽系外行星。不過，絕大多數已證實的系外行星都屬於木星這樣的巨型氣態行星，或者是溫度極高、軌道距離母星很近的行星。也就是說，在這些星球上發現生命的可能性非常渺茫。

核聚變是人類目前掌握的最大的能量來源，它可以使飛船實現0.1倍光速下的近距離恆星間百年往返。

進化論告訴我們，殖民者之間的競爭壓力能帶來可行範圍內最大規模的經濟增長，因為一旦誰走得慢了、猶豫太久或選擇不進行擴張，就會被其他人超越。在不斷延長的星際旅程中，將會有不斷變快和高風險的殖民探測器被發射出去，一切就是為了儘早開拓那廣闊的處|女地。

又過了兩個半世紀，月亮幫忙驗證了另一位科學巨人的理論，並使之揚名天下。這個人比牛頓走得更遠，他就是愛因斯坦。在1919年5月29日普林西比島發生的日全食中觀測到遙遠星光經過太陽時發生了偏轉，廣義相對論指出的空間彎曲確有其事。全世界為之轟動。要是月球的大小不足以恰好遮住太陽，任何掠過太陽的星光都將不可分辨。從這一點上看，擁有這樣的衛星真是科學的福音。

開展拓殖並不是越早越好。16世紀首批歐洲航海家第一次接觸波利尼西亞人時，驚訝地發現，他們既沒有織布機、陶器和役畜，也沒有鐵器。到了18世紀末歐洲殖民者侵入時，波利尼西亞社會還處在原始公社制解體的不同階段。除了自然條件受限，這也是地理阻隔造成的文化隔離導致的。而在大陸上發展出的文明之間則不會有這麼大的差距，在陸地上，任何技術或社會領域的發明都能很快傳播開。

有沒有天生就適合星際航行的生物呢？比如像「異形」那樣，不怕真空和輻射；或是一種藉助光壓力飛行於恆星之間的智能微粒。如果沒有這樣的生物，星際文明的個體在進行長途太空飛行時，就得老老實實地把母星的環境帶在身邊。這個環境則包括飲食、空氣（氣壓）和重力。

生命是什麼？生命的最基本定義是具有吸收營養、釋放廢物、生長以及繁殖和進化的能力。很難對什麼是營養物、什麼是排泄物下定義，因為不同的物種會利用多種多樣的能量來源。一個物種的排泄物可能是另一個物種的營養源。

文明的第三次「長大」，是明知面臨「大過濾器」可能會無能為力，但還是會儘力爭取。對人類而言，還不知道哪一層篩子會難以穿過，所以，我們仍在嘗試。

星際文明一定具備恆星際航行的能力。在距離太陽15光年範圍內，有32個恆星系統；100光年範圍內大約有600個。迄今速度最快的載人航天器是「阿波羅10號」飛船，最高速度達到了每小時39895公里，但即使以這個速度飛行，到達距離地球最近的恆星系統——4.2光年遠的半人馬座α星——也需要12萬年的時間。假設星際文明的個體壽命是人類的一倍，達到200年的量級，一次可接受的往返星際航行應該在100年內完成，否則，船員的教育和退休生活都要在飛船上進行。

所有的火箭，包括核聚變動力火箭，為了獲得更高的加速度，就必須攜帶更多的燃料，這會使火箭變得更重，反而又降低了加速度。因此，如果真想進行星際旅行，在燃料問題上就應該盡量就地取材。1960年，美國物理學家羅伯特·巴薩德提出的衝壓式火箭發動機或許可以解決這一難題。它的原理跟核聚變動力火箭一樣，但它並不需要攜帶核燃料。它首先是將飛船前進方向上的氫物質電離，然後利用強大的磁場吸收這些氫離子作為燃料。由於星際空間中氫物質很少，因此，它的磁場必須足夠強，甚至要延伸數百乃至數千公里範圍。

4.複雜（真核）單細胞生命

根據人類目前掌握的科技知識以及歷史經驗推測，銀河系應該早已充滿了四處殖民的星際文明，然而不僅地球上找不到外星人曾經造訪的證據，在望遠鏡里也瞥不見絲毫外星飛船或工程的影子——甚至連一個來自智慧文明的無線電信號都接收不到。

要實現這樣的速度，首先被排除的就是化學燃料推進。如果一架太空梭大小的航天器用1000年時間飛到鄰近的恆星系，並採用化學燃料火箭，那麼，需要的推進劑比全世界所有燃料加起來還多得多。即使採用人類目前掌握得性能最好的離子發動機，排氣速度比目前使用的化學火箭的排氣速度高200倍，仍需要500多艘超級油輪（10萬噸級）大小的推進劑儲箱，才能使航天器耗費100年的時間飛到距離太陽最近的恆星。如果該航天器到達目的地之後要停下來，則另外還需要用500艘超級油船所容納的推進劑來減速。要實現星際飛行，必須使用更高能量密度的燃料。

「大過濾器」這一概念，是美國喬治梅森大學的助理教授羅賓·漢森為了試圖解答「費米-哈特悖論」而提出的。

廣義的生命宜居帶還涉及恆星在星系中的位置。比如，這顆恆星不能靠近一些太大的恆星，因為大質量恆星演化到最後階段會發生劇烈的爆炸（新星和超新星爆發），產生強烈的輻射，不利於生命生存。因此，恆星在其星系中的位置也要恰到好處，就如我們的太陽在銀河系的位置。

曾在20世紀90年代採用不同的方法探尋過100個鄰近星系地外文明信號的詹姆斯·安尼斯懷疑，被稱為「星際生命殺手」的伽馬射線暴曾一度在宇宙中隨處可見，這些致命射線摧毀並抑制了高級文明的發展。如今宇宙間的伽馬射線暴有所平息，於是地球人類恰巧處於了智慧文明發展的「起點」之上。

小詞典：什麼是星際文明？

地質活動。生命出現后，星球上不宜再有頻繁的地質活動。類似木衛一這樣的大衛星，受木星強大引力的牽扯，產生了太陽系最活躍的火山，顯然不適合生命的發展。

可以說，月球直接促成了生命從海洋到陸地的發展。月球還是科學發展的天然實驗工具。很早以前，古希臘人就從月球的形狀出發推測出腳下的大地是球形的。

近代史上有兩次最著名的擴張：一是地理大發現與新航路的開闢，二是美國西進運動。雖然二者都伴隨著對落後民族使用暴力，但擴張的根本目的在於開闢市場和生存空間，而不是軍事征服。在這兩次文明的擴張中體現出的冒險精神和勤勞務實，塑造了今日歐洲海洋國家和美國的民族性格。與之形成鮮明對照的是中國明代的海禁和後來中國及日本的閉關鎖國政策。

在太陽系裡，反物質十分稀少，只能用人工方法制取。目前，通過粒子加速器需花費1000年才能製造出1微克反質子。在人類建造的加速器里，質子束正以每10年4個數量級的速度提高著。有粒子物理學家認為，到了21世紀中期，微克級的反質子產量可能出現指數式增長。而我們現在擁有的反質子數量微乎其微，其湮滅產生的能量連一根火柴都無法點燃。

可以想象，伽馬射線暴不過是星際文明漫漫成長曆程中要面臨的障礙之一，類似的障礙還有許多。換句話說，在宇宙中的無生命物質和可持續擴散的文明之間有一個巨大的篩選機制，通過這個篩選極其困難。如同武俠小說里描繪的那樣，一心向武的少年只是骨骼還不夠清奇，還需有諸般奇遇方能成為大俠，一個文明也要克服重重困難、跨越道道階梯才能成長為縱橫星系舞台的角色。星際文明必須經歷的種種歷練，被科學家總結為「大過濾器」（The Great Filter）。

但成功的道路絕非只有一條。縱觀人類歷史，還有一個民族同樣征服了看似無法逾越的天塹，把自己的基因和文化撒播到極其廣袤的區域，這就是波利尼西亞人。

美國宇航局太空生物學家卡羅爾·克萊蘭提出過一種名為「影子生物圈」的理論。該理論認為在地球或地球之外，存在著不同於已知生物理論的生命形式，與已知生物相比，它們可能有著不同的生物化學和分子生物學特徵。這些生物可以是微生物，也可以是智慧體，由它們構成的生物圈就被稱為「影子生物圈」。它們之所以沒被發現，是因為此前科學家們探索生物世界使用的只是傳統的生物化學方法。克萊蘭認為，這些生物極有可能生活在極端自然環境或非標準的生存環境當中，如乾燥的沙漠、冰原、地下深層、深海海底、高海拔的山頂和高原、高層大氣中的顆粒、高輻射環境以及被金屬或其他有毒物質嚴重污染的地方。因此，「外星人」很有可能就生活在我們眼皮底下，只是我們不知道而已。

在科幻小說《三體》中，三體人為了防止人類掌握星際防禦技術，採取鎖死地球科技發展的措施。由於對物質深層結構的了解會引發物理學革命，是一切科技發展的基礎，所以三體人主https://read.99csw.com要限制了人類對物質深層結構的探索。「水滴」「中微子廣播」「曲率引擎」等技術都依賴基礎物理學的發展。一旦無法從高能物理實驗中獲得準確數據，物理學家就變成了盲人，永遠無法證實新理論正確與否。

但是，一旦外星文明形成了類似中國封建社會長達兩千年的超穩定社會結構，或者像瑪雅文明那樣相信時間輪迴，避免一切變革，那將造成社會發展的停滯，通往星際文明之路自然就斷絕了。

如果沒有月球，地球上不會存在我們熟悉的生命形式。或者，陸地永遠是蠻荒之地。受水的粘滯力所限，海洋生物即使有智慧，也無法產生像我們一樣的工業文明。他們可能構成有組織的社會，但沒有可以建造房屋與工具的肢體。

星際衝壓推進飛船的速度並非科幻小說《宇宙過河卒》中描寫的可以一直加速到接近光速。當高速飛行的時候，巨大的磁場將產生不可忽視的拖滯效應，使飛船根本無法達到接近光速的速度，最多只能達到光速的16%。另外，只有當火箭的速度達到光速的6%時，氫收集器才能收集到足夠的氫作為燃料，讓發動機開始工作；所以必須配備一台輔助推進器，使它的時速至少達到6480萬公里，而如何達到這個速度也是一個不小的技術難題。如同氫彈必須由原子彈做「扳機」一樣，星際衝壓推進飛船也要以核聚變發動機作為「助推器」。

代達羅斯飛船的燃料球由氘和氦3構成，總質量達5萬噸。這兩種燃料都不容易獲得。該計劃中包含開採木星以獲得氫的同位素。如何採集木星氦3呢？可以用一根「空心繩」在軌道上將木星大氣中的氦3吸取上來，由於這根「空心繩」能切割木星磁感線，所以還可以用來發電。據測算，要在木星大氣中用氣球放置100套提取裝置，花費20年才能分離出足夠多的氦3。一、二級推進系統總共工作不到4年，可以將飛船加速到0.12倍光速，在接下來的46年裡，代達羅斯飛船會處於無動力滑行狀態。在發射的50年後，載有科研設備的500噸重飛船可抵達距太陽5.9光年的巴納德星。

從無機物到有機物，從有機化合物到有機生命體的演化，每一步都具有無數的偶然性。並不是具備了與早期地球相似的環境和形成條件，就能產生生命。有人曾經比喻說，這些無機物好像一個垃圾堆，裏面有塑料、廢棄金屬、橡膠等垃圾，而最簡單的生命，一個單細胞，就像一輛能開動的汽車；在一陣狂風過後，這些垃圾被捲來自動組裝成了一輛完好的汽車，因此，生命起源的過程充滿了隨機和偶然。

宇宙誕生以來，曾有多少文明興滅？

以地球人為例，一個容納1萬居民的太空居住地，在大家都吃素的情況下，每年也要消耗1萬噸食物。當前，每運送1千克食物到國際空間站，要花費近1.4萬英鎊（約合13萬元人民幣）。這麼多食物不可能全從地球運過去，必須自給自足。自給自足的最好方法莫過於種植，就像《火星救援》那樣。如果太空居住地使用太陽光照明，且光照強度與地面一樣，那麼，每位太空居民至少需要佔地1000平方米的植物來供給口糧，另外還需要50平方米的植被生成氧氣供呼吸用。使用人工光照可以減少植物的佔地面積，但需要額外的電能。產生人工重力的旋轉艙可防止骨鈣流失、肌肉萎縮，但對火箭來說是「死重」，得耗費額外的燃料推進。如果船員可以被冷凍起來，到了目的地再喚醒，則可節省大量的生命維持設備，人工重力也不需要了。所以，冬眠技術是一項非常值得開發的太空技術。

其次，星際文明必然會建造並操縱宇宙飛船，而且飛船可與母星保持通信聯繫。這就使水生生物自主進入太空的可能性大大降低。以地球的經驗看，水生生物一般不具有靈活的肢體，使得它們使用和製造工具的能力大打折扣，自然也就無法建造複雜的航天器。而且在水中進行物理、化學實驗將十分困難，水生生物發展出自然科學簡直是不可想象的任務。人類直到18世紀才發現空氣的存在，水生生物要發現水的存在也絕非易事。科學家推測木衛二歐羅巴上可能有海洋生物甚至魚類的存在，但它們的確不適合進行太空探險。

冰期。對於地球這樣表面富含水分的星球，只有融化的水才能成為生命活動的溶質。在40多億年的地質歷史中，曾出現過多次顯著降溫變冷的時期，也就是冰期。前寒武紀晚期、石炭紀至二疊紀和新生代的冰期，都是持續數百萬年的大冰期。冰期改變了全球氣候帶的分佈，導致大量喜暖性動植物種滅絕。對於目前的人類而言，遭遇冰期也是災難性的，靠天吃飯的農業會被徹底摧毀。

7.腦量較大、使用工具的動物

什麼樣的行星或衛星上有可能產生類似地球物種的生命呢？科學家提出了恆星周圍「生命宜居帶」的概念。所謂生命宜居帶，就是指位於這個區域內的星球可以產生生命，並且能夠長期維持生命的存在。在太陽系中，生命宜居帶就位於距離太陽0.99～1.7個天文單位的宇宙空間。

他們的計算結果是，以日本東京為例，地球上一個城市夜晚的燈光可以一直傳到太陽系的邊緣。這個距離大約是從地球到冥王星距離的30倍。二人繼而根據這一研究提出通過尋找太陽系內可能存在的其他「人造」燈光來尋找外星文明的設想。

60年後，牛頓提出萬有引力定律時，月球同樣幫了大忙，為了驗證自己關於「引力隨距離的平方而減小」的想法，他只能從天體的運動中尋求支持。無疑，只有月球能擔此重任。當地月距離和月球公轉周期被精確測定后，萬有引力理論被證明是正確的。萬一地球沒有月球這個鄰居，在當時的條件下，牛頓沒任何辦法驗證自己理論的正確性，科學的發展可能會延遲許多年。

事實上，技術文明是比較容易被發現的。曾有兩位美國天體物理學家在迪拜旅遊時受到城市夜色的啟發，提出了一個問題：用人類現有的望遠鏡，究竟能在多遠的另一顆星球上看到地球上的一座大型城市？

考慮到太空旅行需要跨越的空間距離和時間距離，一旦開啟星際移民，人類就會四分五裂。首先分裂的是語言和文化。相隔萬億公里、無線電通信延遲數年的外星球定居點，將產生自己的方言俚語，擁有自己的文化。接下來，就會出現政治和經濟的分裂。描寫月球、火星殖民的獨立戰爭的科幻小說數不勝數。星際文明時代，與母星距離更遙遠的殖民星球獨立的可能性更大。歷史上，龐大的蒙古帝國之所以迅速瓦解，一個原因就是在通信落後的時代無法對所轄地區進行有效治理。