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考慮到宇宙的空間尺度，與地球有著相似條件的行星應(yīng)該應(yīng)有盡有，這些星球也可能孕育出生命；

同時(shí)考慮宇宙存在的時(shí)間尺度，以及科技指數(shù)性爆發(fā)的事實(shí)，應(yīng)該早有星際文明存在才是，至少應(yīng)該存在有能力對(duì)外發(fā)送電磁波的文明。

但是，事實(shí)如你所見，我們至今沒有遇見外星文明，甚至連任何外星文明發(fā)送的信息都沒有收到。

大過濾器示意圖

一些聰明的大腦就此提出了“大過濾器”理論，認(rèn)為生命的發(fā)展會(huì)像通過一個(gè)個(gè)過濾器一樣逐漸被淘汰，從而無法發(fā)展出星際文明，甚至連科技文明都無法到達(dá)。

人類非常幸運(yùn)，我們發(fā)展出科技文明，我們可以向宇宙發(fā)射電磁波，如果存在和我們一樣幸運(yùn)的文明，它們可能會(huì)在以后接收到我們的信息。

最近發(fā)表在《自然天文學(xué)》雜志上一篇文章指出，我們能夠發(fā)展出科技并發(fā)送電磁波的一個(gè)最關(guān)鍵的因素——地球氧氣水平足夠高。

這篇文章的作者羅馬托爾維加托大學(xué)的天文學(xué)家阿梅迪奧·巴爾比和羅切斯特大學(xué)的亞當(dāng)·弗蘭克把這個(gè)稱之為“氧氣瓶頸”。

他們認(rèn)為，高氧氣水平可能就是文明發(fā)展到技術(shù)文明的“大過濾器”，我們?nèi)祟愋疫\(yùn)地通過了這個(gè)大過濾器，而其它星球的早期文明可能并沒有那么幸運(yùn)，它們星球出于各種原因沒有足夠氧氣，所以它們永遠(yuǎn)沒法發(fā)展出能夠發(fā)送電磁波的技術(shù)。

那么有趣的問題是，為什么氧氣水平是科技文明的關(guān)鍵呢，其它化學(xué)物質(zhì)難道沒法替代氧氣嗎？

為什么氧氣是發(fā)展科技的關(guān)鍵？

其實(shí)這兩位作者的想法非常簡單，就是想要擁有制造先進(jìn)設(shè)備的技術(shù)，你需要能夠提高用于制造該設(shè)備材料的溫度。

比如，你想建造射電望遠(yuǎn)鏡之類的東西，你不僅需要從地下提取一堆鐵、鎳、銅和其他原材料，然后你還必須加熱這些材料，冶煉它們、重塑它們。

一個(gè)年輕的智慧生命憑什么了解要去加熱這些材料以改變它們呢？人類歷史給出了答案——就是使用火或者燃燒。

學(xué)會(huì)利用燃燒無疑是人類質(zhì)的突破，這對(duì)我們智力的發(fā)展都有極大的影響，但更重要的是我們依賴火才攀登上技術(shù)復(fù)雜性的階梯。

人類祖先可能在200萬年前就開始普遍使用火，之后人類用火來熱處理燧石或黑曜石，讓石器變得更加實(shí)用，不過從火的使用到學(xué)會(huì)處理工具，人類花了很長時(shí)間。

人類之所以有機(jī)會(huì)玩火，當(dāng)然是因?yàn)榈厍虼髿鈱又杏醒鯕獾拇嬖凇?/font>

但你可能會(huì)問，燃燒又不是必須要氧氣參與，憑什么地球因?yàn)檠鯕獾娜紵辛巳祟惖目萍嘉拿鳎渌乔蛞脖仨毴绱耍?/p>

眾所周知，燃燒需要燃料和氧化劑，只要提供初始的熱量，燃燒反應(yīng)就開始放出熱量，直至燃料或氧化劑耗盡。

燃燒本質(zhì)其實(shí)是將電子快速從燃料轉(zhuǎn)移到氧化劑上，氧氣就是我們常規(guī)的燃燒中氧化劑，它的工作則就是接受來自燃料的電子。

在元素周期表中，有許多元素可以取代氧氣的工作，但是很少有比氧氣更強(qiáng)的——或者說更能接收燃料的電子的，氧氣是強(qiáng)氧化劑。

然而，氧氣一切又剛剛好，它不會(huì)太猛烈。

那些比它強(qiáng)的氧化劑，比如氟，它們因?yàn)樘^于強(qiáng)，幾乎可以充當(dāng)一切燃料的氧化劑，只要給它一點(diǎn)初始能量輸入，它會(huì)燃燒一切包括你想要淬煉的材料，甚至不用初始能量的輸入，它都會(huì)有很強(qiáng)的腐蝕性。

這項(xiàng)研究的作者表示，沒有任何的氧化劑比氧氣更好的，它是元素周期表中能找到的最完美的氧化劑。

那么，還有一個(gè)問題，多少氧氣濃度才有機(jī)會(huì)孕育出科技文明呢？

這篇文章給出的答案是，如果與地球的大氣壓相當(dāng)，那么18%是最低閾值，低于這個(gè)氧氣含量將無法孕育出科技文明。

至于為什么是這個(gè)值，其實(shí)兩個(gè)作者的理由也相當(dāng)簡單，那就是低于18%的氧氣濃度時(shí)，生物材料就不會(huì)被自然點(diǎn)燃，只會(huì)像燒炭一樣悶悶發(fā)熱。

燃燒反應(yīng)除了要考慮氧化劑接收電子的能力之外，還要考慮氧化劑的濃度，你高中的時(shí)候一定做過鐵在純氧中燃燒的實(shí)驗(yàn)。

如果材料沒法被自然點(diǎn)燃的話，那么文明就不可能學(xué)會(huì)使用火，自然也就不會(huì)有之后的科技進(jìn)步。

地球的氧氣怎么來的？

在地球歷史上，其實(shí)大部分時(shí)間里，地球大氣的氧氣含量都低于18%，甚至幾乎沒有氧氣，直到最近的4.2億年，氧氣水平才處于18%以上。

藍(lán)細(xì)菌

地球的氧氣是由生物自行生產(chǎn)的，大約在24億年前，藍(lán)細(xì)菌進(jìn)化了，它們學(xué)會(huì)了光合作用，消耗大氣中的二氧化碳，并產(chǎn)生氧氣。

但是，地球大氣的氧氣水平并沒有因?yàn)樯飳W(xué)會(huì)光合作用就開始呈現(xiàn)不停上升的趨勢(shì)，它一直在波動(dòng)，而且有時(shí)候幅度相當(dāng)大。

比如在大約在7.5億年前，地球大氣中的氧氣濃度為12%，但在幾千萬年之內(nèi)，它就驟降至只有0.3%。

至于是什么原因？

這里有一個(gè)奇葩的事實(shí)，那就是氧氣含量增加意味著二氧化碳被固定，而這些溫室氣體的減少會(huì)讓地球進(jìn)入冰河時(shí)代，進(jìn)而導(dǎo)致大量生產(chǎn)氧氣的生物滅絕，隨著排量的減少，氧氣在大氣中的含量自然也就逐漸減少。

出于各種原因，地球的氧氣水平有機(jī)會(huì)維持在18%以上，但是別的星球不一定有這樣的好運(yùn)。

最后

兩位作者在接受采訪時(shí)還表示，“氧氣瓶頸”不代表全部，生物能夠?qū)ふ业某雎肥俏覀冸y以想象的，但是這個(gè)可以作為搜尋地外文明計(jì)劃（SETI）的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，可以有目的的去選擇那些氧氣含量高的行星。

當(dāng)然，現(xiàn)在的技術(shù)確實(shí)有能力判斷出一顆星球的大氣成分的，包括氧氣，但是要準(zhǔn)確知道具體濃度，多少還是有點(diǎn)困難的。

另外，雖然人類已經(jīng)到了科技文明的程度，通過了“氧氣瓶頸”，但這并不意味著之后就沒有所謂的“大過濾器”了，我們也可能出于其它原因最終無法發(fā)展到星際文明。

報(bào)道原文：

https://www.supercluster.com/editorial/the-oxygen-bottleneck-technological-alien-worlds-need-fire

文獻(xiàn)：https://doi.org/10.1038/s41550-023-02112-8

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