年1月15日，来自英国皇家海军邦蒂号的9名叛乱者，来自塔希提岛的18名居民和一个婴儿抵达了皮特凯恩岛——地球上最与世隔绝的宜居之地之一。皮特凯恩被南太平洋包围，与最近的其他岛屿之间有数百英里的开阔水域，是孤独的缩影。

在邦蒂号逃亡者出现之前，这座岛可能自15世纪以来就没有人类居住过，当时波利尼西亚人仍在岛上居住。这个社区可能存在了几个世纪——这些世纪的结局似乎是自然资源的枯竭，以及在切断贸易和供应线的其他遥远岛屿上的冲突，导致皮特凯恩的人类居民的实际灭绝。至少从表面上看，这个宜居的地方已经变得不可持续，直到年那个宿命的日子，邦蒂号的到来。值得注意的是，其他船只又花了18年时间才在皮特凯恩抛锚，尽管定居者们记录了从远处经过的船只的目击情况。

皮特凯恩的故事只是人类占领南太平洋不寻常动态的一个极端例子。在波利尼西亚、密克罗尼西亚和美拉尼西亚地区，有数以万计的岛屿散布在数百万平方英里的海洋中。许多地方只不过是岩石和珊瑚的突起，即使是可居住的地方，在任何特定的时间也并非都有人居住。但综合起来，它们代表了一个广阔的景观，潜在的定居和文明的人类动力航行在地球的深海。

这个明显的地球环境和我们的宇宙环境有惊人的相似之处。在银河系中，可能有多达亿颗恒星。来自系外行星搜寻工作的最佳估计，例如NASA的开普勒太空望远镜，表明在这片恒星天体的海洋中，可能有超过亿颗小的岩石世界，它们的轨道结构有利于温暖的表面条件。就像地球上的岛屿一样，这些行星外的斑点可能产生并支持生命系统，也可能为任何决定穿越星际空间迁移的物种提供一个路径点网络。这就是事情变得有趣的地方。

正如西欧人最终意识到南太平洋人走遍了数千英里的海洋所用的简单船只速度在几节，我们现在可以看到银河系需要不需要多蔓延超过宇宙时间的持久性和适度。

最著名的是，在年与其他科学家共进午餐时，物理学家恩里科·费米第一次意识到这一事实，他脱口而出:“你们有没有想过每个人都在哪里?”在这种情况下的“每个人”即任何太空物种，随着时间发展成同样著名的问题,虽然有些贴错了标签,费米悖论:除非技术熟练的物种都是极为罕见的,他们应该传播整个星系现在几乎无处不在,但我们没有看到证据。费米以能够在头脑中进行所谓的“粗略的计算”而闻名，他以近似的方式计算出，银河系的时钟每滴答一下，就意味着数百万年的时间，银河系就可以在宇宙的眼睛一眨眼的时间里建立起来。

年，天体物理学家迈克尔·哈特首次对这一观点进行了定量细致的研究，他提出了被称为哈特的“a事实”，即今天地球上不存在外星人。这个不容置疑的事实(对于大多数头脑清醒的人来说)使哈特得出结论:在我们的银河系中，目前或曾经都没有其他技术文明存在过。这一论断的关键在于，就像费米最初的见解一样，一个物种跨越银河系10万光年的周长显然需要相对较短的时间，即使使用比光速慢得多的温和推进系统。

物理学家弗兰克·蒂普勒(FrankTipler)也研究了这个问题，他在年报告了他的工作，论证了很像哈特，在几百万年的时间里，有适当动机的外星人确实可以访问任何地方。考虑到我们的太阳系已经存在了45亿年，而银河系至少在亿年前聚集在一起，那么就有足够的时间让物种在所有的宜居星球上终结。

然而，关键的是，这些调查对生命传播的看法有些不同。哈特设想了一个生物物种“亲自”定居的过程，而蒂普勒则设想了一群“跳星”的自我复制的机器探测器，它们将不受限制地传播。在大多数定居的场景中，恒星系统和他们的行星变得有人居住，如果他们还没有，然后作为下一个行动基地发射到新的系统。对于蒂普勒的自我复制机器来说，它们扩张的主要限制将是是否有足够的能源和原材料来制造每一代后代。

这些截然不同的方法突出了对星际迁移做出有意义的陈述所面临的挑战。在任何类似的研究中都会有很多大的假设。有些是合理的，很容易说得通的，但另一些则比较棘手。例如，所有的场景都涉及对用于星际旅行的技术范围的猜测。此外，当这个物种只是“随车而行”，而不是派出复杂的机器人使者时，最基本的假设是，生物可以在任何形式的星际旅行中生存。

我们知道，即使以光速的微不足道的10%的速度旅行，也需要一些相当狂野的技术——例如，核聚变炸弹推进或巨大的激光驱动光帆。此外，还必须要有防护装置，以避免星际气体原子侵蚀船体的冲击，以及摧毁飞船的岩石碎屑，因为每一块岩石碎屑都携带着一颗以光速飞行的炸弹的冲击力。以较低的速度飞行可能会更安全，但会导致在恒星之间穿行数百年或数千年的时间，而且如何让宇航员在可能大大超过个人寿命的时间跨度内保持良好的生存状态还远不明显。

然而，最具争议性的假设是围绕着动机的问题，以及我们对整个文明及其定居点寿命的预测。例如，如果一个外来物种对到达其他星球不感兴趣，那么整个银河系定居的想法就会停滞不前。这是卡尔·萨根(CarlSagan)和威廉·纽曼(WilliamNewman)在年提出的一个论点，用以反驳他们所谓的外星智能的“唯我论”。但正如我的同事、天文学家杰森·赖特(JasonWright)所指出的那样，这种命题本身可以说是一种“单一文化的谬论”。换句话说，要准确地推测整个物种的行为似乎是不可能的，就好像它的思维是统一的。我们人类当然不适合这个框框。即使银河系中绝大多数的太空文明没有尝试着分散到银河系，它所需要的只是一种违背传统的文化，将生命和技术的迹象传播到数千亿个恒星系统中。

事实上，费米悖论的历史上充斥着关于其潜在假设的各种争论，以及各种假定的“解决方案”。这些解决方案中，很少(如果有的话)是可以轻易测试的。虽然有些想法非常直接，但有些完全是科幻小说。例如，即使是对一个技术精湛的物种来说，获得快速穿越星际空间的能力的资源成本也可能太高。这当然可以削减的数量探险者和解释哈特的事实或者人口增长不是,许多研究人员认为,一个强大的动机星星航行,尤其是对一个物种,抑制任何贪婪的冲动和发展一个真正可持续的存在在其本土系统。最终的绿色革命将消除走得更远的动力，而不是科学探索。

“大过滤器”之类的概念听起来更有不祥之感。“大过滤器”指的是总有某种东西限制了一个物种，或许是实现绿色革命不可避免的失败，导致所有潜在的科技生命的内爆炸式灭绝。另一种可能是，从超新星爆炸到银河系中央黑洞爆发的自然灾难，仅仅是足够有规律地修剪了银河系生命，使其无法广泛传播。

更离谱的提议包括动物园假说。在这种情况下，我们被故意隔离在黑暗中被外星人的力量。还有一种我喜欢称之为偏执狂的情况:其他文明虽然存在，但由于某种宇宙排外心理而彼此隐藏，拒绝交流。

不过，也许有更简单的方法来解释我们目前对外星人的无知。这些答案可能与我们眼前的例子有共同的特点——南太平洋岛屿上的人类居住是时变的和零星的性质。在地球和地外的情况下，都有一些基本的、普遍的因素在起作用，从良好的落脚地点的稀缺，到一个种群准备好自己在太空中前进所需的时间。

年，罗切斯特大学(UniversityofRochester)的亚当·弗兰克(AdamFrank)在纽约哥伦比亚大学(Columbiauniversity)校园附近吃午饭。就像65年前的费米午餐一样，当时的谈话是关于太空物种的本质。受费米一时冲动的心理计算的启发，我们试图制定一种调查策略，尽可能少地做出未经证实的假设，并以某种方式用真实数据进行测试或约束。这个实验的核心是一个简单的想法:就像皮特凯恩岛的短暂居住者一样，探索或定居的浪潮可能会穿越银河系，而人类恰好会在一个孤独的时期出现。

这一观点与哈特最初提出的事实相吻合:即没有证据表明地球上存在外星探索者。但它更进一步，提出了这样一个问题:我们是否可以通过限制地球可能无人造访的确切时间长度，来获得对银河系生命的有意义的限制。也许很久很久以前外星人来过又走了。多年来，许多科学家都在讨论寻找可能在太阳系造访后留下的人工制品的可能性。一次全面搜索的必要范围很难预测，但仅从地球上的情况来看，就比较容易控制。年，美国宇航局戈达德太空研究所(GoddardInstituteforSpaceStudies)的加文·施密特(GavinSchmidt)与亚当·弗兰克(AdamFrank)一起，对我们是否甚至能分辨出我们的星球上是否存在更早的工业文明进行了一项批判性评估。

施密特和弗兰克认为，就像大多数行星科学家认为的那样，尽管这看起来很不可思议，但时间实际上很容易抹去地球上所有科技生命的迹象。在一百万年或更久之后，唯一真正的证据将归结为同位素或化学地层异常——如合成分子、塑料或放射性沉降物等奇怪的特征。化石残骸和其他古生物标志物非常罕见，而且取决于特殊的形成条件，所以在这个案例中，它们可能不能告诉我们任何东西。

事实上，现代人类的城市化进程只覆盖了地球表面的1%左右，对于遥远的未来的古生物学家来说，这是一个非常小的目标区域。施密特和弗兰克还得出结论，还没有人做过必要的实验来详尽地寻找地球上这种非自然的特征。底线是，如果一个与我们规模相当的工业文明在几百万年前就存在了，我们可能并不知道。这绝对不意味着它的存在;它仅仅表明了不能严格地排除这种可能性。

在过去的几年里，我们在一项由罗彻斯特大学的JonathanCarroll-Nellenback和宾夕法尼亚州立大学的JasonWright领导的调查中，探索了这些想法在银河系范围内的更宏大的意义。一个关键的进展是一系列基于智能体的计算机模拟的发展，以老式的纸笔数学为支持，使我们能够建立一个更真实的画面，关于物种可能如何在一个本身充满运动的星系中移动。

如果你拍一张离太阳几百光年范围内的恒星的快照，你会发现它们像气体中的粒子一样运动。相对于空间中的任何不动点，一颗恒星可能快速或缓慢地以一个有效的随机方向移动。再往远一点，放大到几千光年，你就会开始记录到一个巨大的共享轨道运动，它携带着一颗恒星，比如我们的太阳，每2.3亿年左右绕着银河系转一次。离星系中心越近的恒星完成一个循环所需的时间就越少，而且有一些快速移动的“光晕”恒星在星系盘的平面上进进出出，它们是围绕着星系盘的一个独特的、相当球形的群的一部分。

这意味着，对于一个寻找目标恒星的文明来说，最近的和未来最接近的恒星会随着时间的推移而发生显著的变化。一个很好的例子就是我们的太阳系。目前，离我们最近的恒星比邻星距离我们4.24光年，但在大约1万年后，它的距离将只有3.5光年——这大大节省了星际旅行的时间。如果我们从今天开始等到大约3.7万年后，我们最近的邻居在一段时间内将是一颗名为罗斯的小红矮星，那时它距离我们只有3光年。

为了给这张不断变化的恒星地图建模，我们的模拟使用了一个由恒星组成的三维盒子，其运动类似于真实星系中一小部分的运动。然后它启动了一个定居点的“前线”，通过指定这些恒星作为太空文明的宿主。这些文明的寿命是有限的，因此一个系统也可能成为无人居住的。一个文明在有能力向最近的恒星发射探测器或建立定居点之前需要等待一段时间。所有这些因素都可以改变、调整和探索，看看它们是如何影响结果的。由于各种各样的可能性，一个看起来有点破旧的沉降前缘在星际空间中自我传播。这条传播前沿的速度是反复检验和确认费米最初之谜可能答案的关键。

我们的发现既简单又微妙。首先,银河系中的恒星的运动意味着即使最慢的星际探测器,以每秒大约30公里(近两倍旅行者1号目前的每秒17公里的速度在其出站运动从太阳),将确保解决前面穿过星系在远低于十亿年。如果我们考虑到其他恒星的运动，从银河系的旋转或光环恒星，这个时间跨度只会缩小。换句话说，就像费米所看到的，让银河系充满生命并不难。但也是如此,如何“填充”星系成为真正的取决于数量会沉淀的世界——我们称为极光效果在年向金·斯坦利·罗宾逊的史诗科幻小说极光,文明时期的长度能够忍受世界。

在一个极端，只要缩小可用行星的数量，让文明只存在10万年左右，银河系就很容易变得空虚。在另一个极端，很容易调整这些因素，用活跃的太空定居地填补空间。事实上，如果合适的世界数量足够多，定居的文明平均持续多久几乎是无关紧要的。如果他们保留了一开始允许他们旅行的技术，那么足够多的人可以继续探索，最终填满整个银河系。

但正是在这两个极端之间，最引人注目的、潜在的现实情况出现了。当银河系中可定居世界出现的频率介于高和低之间时，就会发生奇妙的事情。具体地说，在银河系空间的小块合适的世界的数量和位置上的普通统计波动，可以创造出星际探索者一波接一波地不断访问或重新定居的星系群。把它想象成一个群岛，一群或一系列的岛屿。这些星团存在的另一面是，它们通常被大片不稳定的空间区域所包围，这些地方太远，分布太稀疏，根本不需要出发前往。

这个“银河群岛”的场景能解释我们在地球上的处境吗?值得注意的是,它可能。例如，如果典型的行星文明可以持续万年，而实际上只有3%的恒星系统是可定居的，那么像地球这样的行星至少在过去万年里没有人访问过的可能性约为10%。换句话说，我们很可能会发现自己处于等式的孤独一边。

相反，这种情况意味着在银河系的其他地方有星系团、群岛，星际物种的标准是宇宙邻居或访客。这一切的发生不需要任何极端的假设；它只需要对行星数量和银河系中旋转的恒星之间恒星运动的性质进行一种相当普通的计算。虽然确实存在关于星际旅行可行性的假设，以及某个物种实际进行星际旅行的可能性，但其他因素只是需要调整的参数。其中一些，如可居住世界的数量，已经在天文学家的视野中，因为我们正在寻求更多的系外行星的知识。在我们试图解决我们自己的地球可持续性问题时，其他问题，如文明的寿命，是我们密切