地球之外是否有生命？是否有智能生命？是否有文明？早在兩千多年前，古希臘的哲學家就已經在認真思考這些問題了。其中有一位如此寫道：“在一片曠野中只有一株麥子，和在無限的宇宙中只有一個生命世界，都是不自然的。”當哥白尼發現了地球不是宇宙的中心後，這些問題又再次被提了出來。既然地球只是一顆普通行星，那麼其他行星上面是否也有生命世界？布魯諾即認為，宇宙是無限的，到處都有生命世界。這種觀念被異端裁判所列為布魯諾的八大罪狀之一，使他被處火刑。但之後有天文學家繼續思考這個問題，比如惠更斯就寫過論文說明外星人應該是什麼樣子。
在進化論確立以後，這個問題的答案是顯然的。既然人類不是神創的，而是進化出來的，那麼我們有什麼理由否認，在浩瀚宇宙的其他地方，也有可能進化出智能生命呢？其他星球存在智能生命，並不只是一種科學幻想，早已是科學界的主流觀點，並且還啟動了尋找地外文明的科研項目：1960年，科學家們開始監聽從茫茫太空中傳來的無線電，試圖發現其中包含有智能信息。如果其他地方存在高度發達的文明，而他們又像我們一樣好奇，熱衷於尋找別的文明，最為便宜、方便的方式是發射含有信息的無線電波。這項尋找地外文明的工作持續至今，由加州大學伯克利分校的尋找地外文明研究中心主導，目前又擴展到尋找地外激光信號。以後還計劃向離我們最近的恆星比鄰星發射微型探測器。尋找地外文明的結果比大海撈針更加渺茫。如果我們能在有生之年發現任何存在地外文明的確切證據，是極為運氣的。但是，如果我們不去找，那麼運氣也許永遠不會降臨。
也一直有人嘲笑尋找地外文明的嘗試。有人試圖給出理由否認地外文明的存在，提出“稀少地球”假說。按照這個假說，太陽剛好位於銀河系適宜帶，地球又剛好位於太陽系適宜帶，而且剛好又有月球作為衛星，使得地球有一些適合生命出現的特徵，在地球進化史上覆雜生命、人類的出現又是多麼偶然，以此說明人類的出現是小概率事件，我們很可能是銀河系中唯一的一群孤獨的智者。但是這個推理是經不起推敲的。即使智能生命的出現是小概率事件，也推導不出在銀河系中只能發生一次。何況這些理由都是根據我們對地球生命史的瞭解提出的，而地外智能生命完全有可能和人類大相徑庭。
物理學家費米曾經從另一個角度質疑地外文明的存在。1950年，費米在一次會議上問道：理論上人類能夠在一百萬年以後飛行到銀河系的各個星球，如果我們能，那麼那些比我們早進化一百萬年的外星人也應該能。那麼為什麼他們還沒到地球來？他們究竟在哪裡？費米的意思是，我們在銀河系中很可能是孤獨的。其實對這個所謂“費米悖論”很容易反駁：可能沒有哪個文明能夠在銀河系各處殖民，可能我們離其他的文明都過於遙遠，可能還沒有哪個文明進化到能夠在星際旅行的程度，可能已有外星人在很久以前訪問過地球又走了，當然也有可能外星人正不為我們所知地觀察著我們。
1961年，美國天文學家弗蘭克·德雷克試圖定量地說明外星人存在的概率，提出了一個計算公式。這個“德雷克方程”本來只是開玩笑，沒想到現在卻被正兒八經地寫入了天文學教科書，號稱是僅次於愛因斯坦質能方程的第二著名方程。這個方程很簡單，人人可以掌握：
N = R * f(p) * n(e) * f(l) * f(i) * f(c) * L
其中N表示銀河系中“通訊文明”（即能發射、監聽星際通訊）的數目。右邊各項為計算這一數目的參數，*為乘號。
第一個參數 R 為每年在銀河系中形成的恆星的數目。德雷克最初的估計是銀河系平均每年新產生一顆恆星。現在看來這個估計過於保守。按照美國太空總署的最新計算，銀河系每年新產生的恆星的質量為0.68～1.45個太陽質量，而新恆星的平均質量大約是0.5個太陽質量，這樣算下來銀河系每年大約有1.5～3個恆星產生。讓我們取箇中間數，設定R=2。
第二個參數f(p)表示 R 之中具有行星系統的比例。在形成恆星的過程中，星雲不停地旋轉、坍塌，速度越來越快，最後有兩種可能的結局：或者形成兩顆恆星即雙星，或者只在中央形成一顆恆星，而周圍形成了行星系統。一直到上個世紀末，我們都不知道除了太陽系，宇宙之中是否還有別的行星系統。而現在我們已發現了大約4000顆外行星，它們大部分是開普勒太空望遠鏡在不到10年的時間內通過掃描太空一小塊區域發現的。看來行星系統在銀河系中普遍存在。德雷克最初估計所有恆星中有五分之一到一半有行星。目前看來這個估計也過於保守。根據最新的觀測結果，銀河系幾乎所有的恆星都有行星系統，即f(p)=1。
第三個參數n(e)是一個行星系統中，處於“適宜帶”的行星數目。行星要適於生命生存，不能太靠近恆星（太熱），也不能太遠離恆星（太冷），在兩個極端之間有一個適宜帶，只有在那裡才能有水存在。顯然在做此假設時，我們把水當做了生命的必要條件。並不能排除存在不依賴水的生命的可能性，但根據我們的化學知識，水是最適宜生命的。在太陽系中，處於適宜帶的行星有三個：地球、金星和火星。德雷克據此估計每個行星系統有1～5個行星處於適宜帶。但是並不是每個行星系統都有行星處於適宜帶。根據開普勒太空望遠鏡的探測結果估計，銀河系大約有400億個外行星與地球大小相當、圍繞著類似太陽的恆星而且處於適宜帶。銀河系中大約有1000億個恆星，而每個恆星幾乎都有行星，這樣的話n(e)=0.4。但是這個估計是偏保守的，因為它沒有考慮到還有三種情況：在不像太陽的恆星的行星系統、不像地球的外行星上、圍繞大行星的衛星（例如木星的衛星歐羅巴、土星的衛星提坦）上，都有可能適宜生命生存。考慮到這些特殊情況後，我們姑且假設n(e)=1。
第四個參數f(l)表示處於適宜帶的行星中實際產生了生命的比例。並不是任何處於適宜帶的行星都能產生生命的，還跟行星的地質、地理條件有關係。在太陽系中，有三顆大行星處於適宜帶，我們確切地知道地球有生命，金星無生命，火星可能有或曾經有過簡單的生命。處於適宜帶的衛星歐羅巴、提坦是否有生命我們並不清楚。德雷克認為所有處於適宜帶的行星都會產生生命，可能過於樂觀。讓我們保守一點，設定f(l)=0.5。
第五個參數f(i)表示在有生命的行星中，進化出智能生命的比例。這是一個分歧最大的問題。有的認為在地球上經過了三十幾億年的進化，在生存過的幾十億個物種中才有幾種有智能，可見智能生命的產生極為罕見。也有的認為我們現在只知道一個生命世界，而它是有智能生命的，就我們所知，產生智能生命的可能性就可算是百分之百。對這個問題，我們不妨這麼看：既然智能是一種很好的適應環境的方式，那麼在自然選擇的作用下，經過無數的試錯，只要有足夠的進化時間，從無數進化途徑中出現一條通向智能，應該是必然的。當然，這並不是說存在一條通向智能生命的直線進化方向，而是說智能進化途徑只是同時存在的許多進化途徑中的一條，而且這一條也不是註定會產生人類（在其他條件下完全可能產生其他的智能生物）。有了這些說明，我們不妨把這個參數樂觀地設為：f(i)=1。
第六個參數f(c)表示在智能生命中，能夠發明星際通訊技術的比例。這個問題同樣難以回答。在地球上，我們知道人類發明了這種技術。讓我們再樂觀一回，假定所有的文明遲早都會發現無線電通訊技術，將這個參數設為f(c)=1。
最後一個參數 L 是一個通訊文明平均能夠生存的年數。我們先不管它，把以上的設定結果代入方程計算一下：
N = 2 * 1 * 1 * 0.5 * 1 * 1 * L = L
這是個有趣的結果：銀河系中通訊文明的數目大約等於一個通訊文明平均能夠生存的年數 L 。但是沒有人能夠知道這個 L 究竟會有多大，連估算都無法做到。如果我們按費米顯然過於樂觀的估計，每個通訊文明的平均壽命為一百多萬年，那就意味著銀河系中存在一百多萬個通訊文明。聽上去似乎數目巨大，但是，與銀河系存在的大約一千億顆恆星相比（像銀河系這樣的星系在宇宙中還有幾十億個），這個數目就微不足道了。它表明通訊文明是非常稀少、分散的，難以有相互接觸的機會。
沒有任何理由認為一個通訊文明能夠永世長存。宇宙中有許多外界因素能毀滅生命世界。比如，宇宙中最有威力的現象伽瑪射線大爆發，就能使方圓幾百光年內的生命滅絕，而我們每年能夠觀察到幾百次這樣的爆發。文明的高度發展也許有可能預測、防禦這樣的災難，但是另一方面，卻也能導致自我毀滅。我們人類也只是近七十年來才進入了通訊文明階段，但是同時也擁有了完全毀滅自己的能力：且不說我們對自然生態的破壞、對環境的汙染、人為導致全球氣候變暖，光是現存的核武器儲備，就足以毀滅整個地球幾百次。如果我們要在宇宙中發現鄰居，如果我們要讓鄰居們發現，關鍵是自己要生存下去，並儘可能地延長壽命。
2019.4.11
（作者：方舟子，《科學世界》2019.5.）