豆比看世界（1）——我们会是宇宙中的第一个文明吗？

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【本文改编自我的知乎回答，本人已退乎~】

从孩提时代开始，每次看着天空，我就一直在想，我们真的会是宇宙中的第一个文明吗？后来在我成长的过程中，天文学的研究也日新月异，每隔一段时间就会出现地球2.0的新闻。前两天看到一篇对于类地行星的介绍，发现目前天文学家锁定的候选者已经有几千颗之多，而这还不过是对于一小片天空的对焦而已。这不禁让我又一次思考：既然类地行星这么多，我们，地球，真的会是宇宙中存在的第一个文明吗？

作为科研工作者、唯物理性人，我们自然要基于科学知识来讨论这个问题。先说一下我的结论：我们不太可能是宇宙中的第一个文明。

为什么呢？

首先来回顾一下恒星的生命历程，下面这幅图展现了一颗恒星从诞生到成长到壮年到死亡的壮丽一生：

我们知道，宇宙形成至今已经有137亿年，一般跟太阳差不多大小的恒星的寿命大概是100亿年，也就是说在太阳系形成之前，肯定已经有很多很多的和太阳类似的恒星已经完成了从主序星到白矮星的过程。这些恒星在死亡的时候所产生的爆发将星际物质喷射出来，并开始了新一轮的造星过程。
但是，第一批恒星或者第二批恒星恐怕是不可能诞生文明，原因很简单，它们的重元素含量太低。所谓重元素，或称之金属，在天文学上指的是氢和氦以后的元素。这些元素是构成生命的必要条件，因为你不可能靠氢和氦来构成生命。一般认为，第一星族星是富金属星，太阳即为此类，这类恒星一般较为年轻，因为金属只能够在短暂的核聚变及日后的坍塌中形成；第二星族星是贫金属星，它们主要由氢元素形成，所含的金属量很低很低，这类恒星多在大爆炸后不久形成，并且大多相当古老。第三星族星只含轻元素，但至今未发现。

模拟宇宙大爆炸4亿年后的第一代恒星

下面来考虑文明诞生的问题，我们可以基本确定，能够诞生出文明的恒星系统必然已经是第三代甚至更晚的恒星，因为每次的短暂核聚变过程所创造的重元素实在有限，而这也是为什么直到现在宇宙中也还是以氢元素为主。
根据研究，恒星质量越大，核反应越强烈，发出来的光能量越大，单位时间内的质量损失越大，燃料利用率越低，寿命也就越短。下面这幅图相信大家都很熟悉。可以看到，6倍太阳质量的恒星寿命已只有1亿年左右。

我们再来考虑下一个问题，到底宇宙中各种质量的恒星的概率分布是怎样的：

可以看到，绝大多数的恒星质量比太阳要小，大于太阳质量的恒星只占总数的10%左右。
下面我们来做一个假设，第10代恒星的金属量已经足够产生文明了。为了加快迭代过程，假设每一代都是2-4太阳质量，这是一个比较合理的假设，因为其实每一代都3%的概率对于浩瀚星海来说并不低。并且，假定最后一代产生的恒星质量约等于太阳质量，那么这样子的迭代需要90亿年。考虑到宇宙寿命是137亿年，那么留给第10代恒星的文明孵化时间是47亿年，考虑到太阳系也就50亿年左右的历史，这个时间是足够文明孵化的。
即便我们假定1亿颗满足条件的恒星中会有一个进化出文明，你会发现，这个数量仍然不低。那么回到原问题，为何我们不太可能是第一个文明呢？因为按照刚才的保守估算，这个恒星系统大概有着和太阳系一样的孵化文明的时间。但是，其实一开始宇宙中的恒星质量都很大，所以前几代的迭代过程会远小于10亿年。也就是说，在理想的情况下，可能在太阳形成之前几十亿年，便已经有第一批满足太阳条件的恒星在尝试孵化着文明。而每一个时间点，在做这种尝试的恒星系统实在是数不胜数。
可是，这个或者这些可能存在的比我们更早的文明会有朝一日被我们发现吗？很遗憾，有很大的可能性，我们永远也找不到它们，或者说，我们可能永远是我们能够发现的最早的文明。这是因为宇宙在加速膨胀，离得越远的两个星系，彼此退行的速度越快。

可以想象，进化出文明的几率很低很低。不妨这样认为，在很大的一片空间内，只有一个恒星系统进化出了文明，两个进化出文明的恒星系统之间隔得非常远非常远，以至于这个文明系统一直在相对我们退行。这也就意味着我们将会越来越难发现他们，甚至永远也不会发现他们。
但也存在这种可能，在银河系或者是附近的大小麦哲伦云、仙女座、三角座星系中存在类似的文明系统，这样的话我们还是有很大机会发现的，因为我们在不断地靠近。可是如果只考虑本星系团的恒星数量，说实在话，我们不仅可能是第一个文明，甚至真的可能是唯一的文明。


地球应该有一个孪生兄弟，或者说，有一个兄长，只不过它在暗处、悄无声息。

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