1950年，義大利裔美國物理學家恩里科·費米（Enrico Fermi）在洛斯阿拉莫斯國家實驗室與他的一些同事共進午餐，作為曼哈頓計劃的一部分，他在那裡工作了五年。根據各種說法，談話的物件是外星人和最近發生的不明飛行物。對此，費米發表了一條將載入史冊的宣告：“每個人都在哪裡？“

這成為費米悖論的基礎，費米悖論指的是對存在外星智慧（ETI）的高機率估計與明顯缺乏證據之間的差異。自費米時代以來，他的問題就提出了幾項解決方案，其中包括星際殖民完全遵循滲流理論的基本規則的現實可能性。

費米悖論背後的主要假設之一是，鑑於行星的數量和宇宙的年齡，先進的外文明文明應該已經在我們銀河系中佔據了相當大的比例。考慮到僅在銀河系中（已有135億年曆史），估計100到4000億顆恆星，這當然不是沒有優點。

另一個關鍵假設是，作為探索和擴充套件其文明範圍的自然驅動力的一部分，將促使聰明的物種殖民其他恆星系統。最後但並非最不重要的一點是，它假設星際太空旅行對於先進的exo文明來說是可行的，甚至是實用的。

但這反過來是基於這樣的假設，即技術的進步將為星際旅行的最大挑戰提供解決方案。簡而言之，航天器從一顆恆星傳播到另一顆恆星所需的能量非常高，尤其是在涉及大型，載人航天器的情況下。

相對論是一個苛刻的情婦

1905年，愛因斯坦發表了他的開創性論文，其中他提出了相對論的特殊理論。這是愛因斯坦試圖將牛頓運動定律與麥克斯韋電磁方程式調和在一起以解釋光的行為的嘗試。該理論從本質上說，光速（除了恆定以外）是物體無法傳播的絕對極限。

這可以透過著名的方程E = mc 2來總結，該方程也稱為“質量-能量當量”。簡而言之，此公式將質點在其靜止框架中的能量（E）描述為質量（m）與光速平方（c 2）的乘積–大約。300000 km / s; 186000英里/秒 其結果是，隨著物體接近光速，其質量總是增加。

因此，要使物體達到光速，就必須消耗無限量的能量以使其加速。一旦達到c，物體的質量也將變得無限大。簡而言之，實現光速是不可能的，不要介意超過它。因此，除非在我們對物理學的理解上有巨大的革命，否則永遠不會存在“光速”（FTL）推進系統。

這是生活在相對論宇宙中的結果，在宇宙中以光速的一小部分行進就需要大量的能量。儘管多年來，希望看到星際旅行成為現實的物理學家和工程師提出了一些非常有趣和創新的想法，但您所稱呼的“乘員成本”概念卻無人能及。

原則問題

這就提出了一個非常重要的哲學問題，與費米悖論和ETI的存在有關。這就是哥白尼原理，以紀念著名天文學家尼古拉·哥白尼（Nicolaus Copernicus）的名字命名。概括地說，這一原理是哥白尼關於地球的論點的擴充套件，它是如何在觀察宇宙時處於獨特和特權地位的。

該原理擴充套件到宇宙學領域，基本上斷言，當考慮到智慧生命的可能性時，不應假定地球（或人類）是獨特的。同樣，該原則認為，今天我們所看到的宇宙也可以代表規範。它處於平衡狀態。

相反的觀點，認為人類是在一個獨特和優越的位置，觀察宇宙，是所謂的人擇原理。簡而言之，該原則指出，觀察宇宙以獲取生命和智力跡象的真正舉動要求管理宇宙的法律有利於生命和智力。

如果我們接受哥白尼原則作為指導原則，我們將不得不承認，任何智慧物種在星際飛行中都將面臨與我們同樣的挑戰。而且由於我們沒有預見到解決這些問題的方法，除非對我們對物理學的理解取得重大突破，也許其他任何一個物種也找不到。這可能是“大沉默”的原因嗎？

起源

隨著時間的流逝，距離和時間可能是一個因素（相對於費米悖論）的觀念已經得到了很多考慮。卡爾·薩根（Carl Sagan）和威廉·紐曼（William I. Newman）在1981年的研究中提出“銀河文明：人口動態和星際擴散”，即ETI發出的訊號和探測訊號可能還沒有到達地球。遭到其他科學家的批評，他們認為這與哥白尼原則相牴觸。

根據Sagan和Newman自己的估計，ETI探索整個星系所需的時間等於或小於我們星系本身的年齡（135億年）。如果外部文明的探索或訊號尚未到達我們，這意味著有意識的生活在最近的時代開始出現。換句話說，銀河系處於不平衡狀態，從無人居住狀態遷移到有人居住狀態。

但是，是傑弗裡·蘭迪斯（Geoffrey A. Landis）提出了關於物理定律所施加的極限的最有說服力的論點。他在1993年的論文《費米悖論：一種基於滲流理論的方法》中指出，相對論的結果是，外文明只能擴充套件到整個銀河系。

簡而言之，蘭迪斯（Landis）提出，在一個統計上可能有智慧生活的星系中，地球外文明之間不會存在“動機的統一性”。相反，他的模式具有多種動機，有些人選擇冒險和殖民，而另一些人選擇“待在家裡”。正如他解釋的那樣：

“既然有可能，考慮到足夠數量的地外文明，一個或多個肯定會這樣做，這可能是出於我們不可知的動機。殖民化將花費很長時間，而且非常昂貴。

“完全合理的假設是，並非所有文明國家都對將來為獲得如此大的回報付出如此大的支出感興趣。人類社會由在很長一段距離上有時探索和殖民的文化和對它沒有興趣的文化組成。

總而言之，高階物種不會迅速或持續地在銀河系中定居。取而代之的是，它會向外“滲透”到一個有限的距離，在那裡，不斷增加的成本和溝通限制之間的滯後時間與殖民地發展了自己的文化。因此，殖民化不是統一的，而是會發生在群集中，在任何給定時間都有大面積未殖民的叢集。

NASA系外行星系統科學Nexus（NExSS）的系外行星研究人員團隊的亞當·弗蘭克（Adam Frank）教授在2019年提出了類似的論點。在一項名為“費米悖論和極光效應：文明外的解決，擴張和穩定的國家”的研究中，他們認為銀河系的沉降也將發生在星團中，因為並非所有潛在宜居的行星都適合居住種類。

當然，Landis的模型包含一些自己的固有假設，他事先已經提出了這些假設。首先，有一個假設，即由於物理定律，星際旅行很困難，並且有一個最大距離可以直接建立殖民地。因此，文明只會在距其家園合理的距離內殖民，超過此距離之後便會發生第二次殖民。

其次，蘭迪斯還假設母體文明對它所創造的任何殖民地都缺乏掌握，而這些人發展自己的殖民能力所需的時間將很長。因此，任何建立的殖民地都會隨著時間的推移發展自己的文化，其人民將具有不同於母體文明的自我意識和認同感。

TU代爾夫特星艦團隊（DSTART）在ESA的支援下設計了多代船的概念

正如我們在上一篇文章中探討的那樣，使用當前技術到達Proxima Centauri（距離4.24光年）將需要1000到81000年的時間。儘管有些概念允許相對論旅行（光速的一小部分），但旅行時間仍將是幾十年到一個世紀以上。而且，成本將非常高昂（請參閱下文）。

但是，讓殖民者進入另一個星系僅僅是個開始。一旦他們在附近的一個宜居星球定居（並且並非所有人都死了），並且擁有星際通訊的基礎設施，仍然需要8年半的時間才能向地球傳送訊息並獲得答案。對於任何希望對其殖民地保持集中控制或文化霸權的文明來說，這都是不切實際的。

空間很貴！

為了正確看待事物，請考慮與人類自己的太空探索歷史相關的成本。1961年至1973年之間，作為阿波羅計劃的一部分，派遣宇航員進入月球的費用高達254億美元，目前相當於約1500億美元（經通脹調整後）。但是阿波羅並不是在真空中發生的，因此首先需要水星計劃和雙子座計劃作為墊腳石。

這兩個計劃分別使大約23億美元和100億美元（經調整）分別投入了約23億美元和100億美元的資金，這使第一批美國宇航員進入了軌道，並開發了到達月球所需的專門知識。將所有這些加起來，您將在1958年至1972年間共花費約1,630億美元。相比之下，阿耳emi彌斯計劃（Project Artemis）自1972年以來首次將宇航員送回月球，在接下來的四年中將花費350億美元年份！

推出期間，阿波羅10號土星V

這還不包括將所有各種元件都帶到遊戲中這一階段的成本，例如到目前為止的SLS的開發，獵戶座太空艙以及對Lunar Gateway，人類著陸系統（HLS）和機器人的研究任務。僅僅為了獲得地球上唯一的衛星，這就是很多錢。但這與星際任務的費用相比簡直是小巫見大巫！

去星際？

自太空時代到來之初，就將航天器送往最近的恆星提出了許多理論建議。每個提議的核心都是相同的關注點：我們能否一生中接觸到最近的星星？為了迎接這一挑戰，科學家們考慮了許多先進的推進策略，這些策略能夠將航天器推向相對論速度。

其中，最直接的無疑是“獵戶座計劃”（Project Orion，1958年至1963年），該計劃將依靠一種稱為核脈衝推進（NPP）的方法。該專案由普林斯頓大學高階研究學院的通用原子的泰德·泰勒（Ted Taylor）和物理學家弗里曼·戴森（Freeman Dyson）領導，設想了一個大型星際飛船，它將利用核彈頭產生的爆炸力產生推力。

這些彈頭將在飛船後面釋放並引爆，產生核脈衝。這些將被安裝在後部的壓板（也稱為“推動器”）吸收，該壓板將爆炸力轉化為向前的動量。儘管不佳，該系統卻殘酷簡單且有效，並且理論上可以達到光速（5.4×10 7 km / hr或0.05 c）的5％。

核動力飛船的Project Orion概念

根據戴森（Dyson）在1968年所做的估算，一架“獵戶座”航天器的重量在40萬噸至4百萬噸之間。戴森最保守的估計還認為建造這種手工藝品的成本為3670億美元（按通脹調整後為2.75萬億美元）。這約佔美國政府2019年年收入的78％，佔該國GDP的10％。

另一個想法是製造依靠熱核反應產生推力的火箭。具體的概念，融合推進由調查英國星際學會1973年和1978年之間的被稱為可行性研究的一部分代達羅斯計劃。最終的設計要求使用兩級航天器，該航天器將透過使用電子鐳射在反應室中融合氘/氦3的顆粒來產生推力。

這將產生高能等離子體，然後將其透過磁性噴嘴轉換為推力。航天器的第一階段將執行2年多，使航天器加速到光速（0.071 c）的7.1％。然後，該階段將被拋棄，第二階段將接管並加速航天器，在1 .8年的時間內將其加速至光速（0.12 c）的12％左右。

然後將關閉第二級發動機，該船將進入46年的巡航期。根據該專案的估計，該任務將需要50年才能到達巴納德之星（不到6光年）。經過針對半人馬座Proxima的調整，相同的飛行器可以在36年內完成飛行。但是，除了專案確定的技術障礙外，還涉及巨大的成本。

即使按照不熟練概念的標準來衡量，完全燃料的Daedalus的重量也將高達60,000 Mt，成本超過52,670億美元（基於2012年的估算）。調整到2020美元，完全組裝的Daedalus的價格將接近6萬億美元。此後，由國際志願公民科學家組成的國際組織伊卡洛斯星際組織（成立於2009年）一直試圖透過伊卡洛斯計劃振興這一概念。

另一個大膽而大膽的想法是反物質推進，它將依靠of滅物質和反物質（氫和反氫粒子）。該反應釋放出的能量與熱核爆炸以及亞原子粒子（介子和介子）的淋洗一樣多。然後，這些粒子將以光速的三分之一行進，被磁性噴嘴引導以產生推力。

不幸的是，生產甚至一克反物質燃料的成本估計約為一萬億美元。根據美國宇航局先進推進技術集團（NASA Eagleworks）的羅伯特·弗里斯比（Robert Frisbee）的一份報告，兩級反物質火箭將需要超過815,000公噸（900,000美元）的燃料，才能在大約40年的時間內到達半人馬座。

以更樂觀的報告達雷爾·史密斯博士和喬納森·威比的的安柏瑞德航空航天大學的規定，航天器重達400噸（441美噸）和反物質燃料170噸（187美噸）可能達到0.5的速度光。以這種速度，這艘飛船可能會在 8年多的時間內到達Proxima Centauri ，但沒有成本有效的方法來做到這一點，也永遠無法保證。

藝術家對Bussard Ramjet概念的印象

在所有情況下，推進劑佔這些概念總質量的很大一部分。為了解決這個問題，已經提出了可以產生自己的推進劑的變型。對於聚變火箭，有Bussard Ramjet，它使用巨大的電磁漏斗從星際介質和磁場中“ sco出”氫，將其壓縮到發生聚變的程度。

同樣，還有反物質火箭星際探索者系統（VARIES），它也可以利用星際介質製造自己的燃料。由伊卡洛斯·星際公司（Icarus Interstellar）的理查德·奧布西（Richard Obousy）提出，一艘VARIES船將依靠大型鐳射器（由巨大的太陽能電池陣列供電），當在空曠的空間發射時會產生反物質粒子。

las，使用當前的技術，這些想法都是不可能的，它們也不在成本效益的範圍之內（不是長遠之計）。在這種情況下，除非有幾項重大的技術發展可以降低相關成本，否則可以說，對星際載人飛行任務的任何設想都是不切實際的。

在我們一生中向其他恆星傳送探測仍然是可能的，特別是那些依賴定向能量 推進（DEP）的恆星。正如“突破性星散” 或“蜻蜓計劃”之類的提議所顯示的那樣，這些風帆可以加速到相對論的速度，並具有所有必要的硬體來收集任何軌道系外行星的照片和基本資料。

由突破基金會贊助的一項計劃Starshot專案旨在成為人類的第一次星際航行

但是，此類探針是星際探索而非定居的潛在可靠且具有成本效益的手段。而且，星際通訊所涉及的時滯仍然會限制這些探測器在向地球報告的同時還能探索多遠。因此，外文明活動不可能使探查活動遠遠超出其領土範圍。

批評

對滲流理論的一種可能的批評是，滲流理論考慮了許多情況和解釋，這些情況和解釋可能會導致此時發生接觸。如果我們假設一個聰明的物種同樣需要45億年才能出現（地球形成和現代人類之間的時間），並且考慮到我們的星系已經存在了135億年左右，那仍然有90億年的時間。

在90億年的時間裡，可能有多種文明來來去去，雖然沒有一個物種能夠殖民整個銀河系，但很難想象這種活動會被忽視。在這種情況下，可能會被迫得出這樣的結論：除了對實現文明的方式受到限制外，這裡還有其他限制因素在起作用（Great Filter，有人嗎？）

但是，重要的是要提醒我們自己，費米悖論的任何提議解決方案都沒有漏洞。同樣，期望理論或理論家對一個問題的所有答案都像外星人的存在一樣複雜（但資料貧乏），這與期望ETI自身行為的一致性一樣不切實際！

可觀測宇宙的對數圖

總體而言，該假設非常有用，因為它打破了“事實A”固有的許多假設。它還為回答基本問題提供了一個完全合乎邏輯的起點。為什麼我們沒有收到任何ETI的訊息？因為得出這樣的結論是不現實的，那就是現在它們應該已經佔領了銀河的大部分，尤其是在物理定律排除了這種情況的情況下。