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新华社新闻|银河系中有多少外星人？天文学家求助“贝叶斯统计”


新华社北京7月24日新媒体专电 外媒称 ， 近年来 ， 一些天文学家尝试利用一种被称为贝叶斯统计的复杂分析形式 ， 为宇宙中存在地外生命和智能的说法提供更多经验依据 。
据《科学美国人》月刊网站7月16日报道 ， 他们重点关注两大未知数：类地行星上生命从无生命环境中诞生——这一过程被称作生命起源——的概率 ， 以及由此出现智能的概率 。 即使有此类评估结果在手 ， 围绕它们对宇宙其他地方的生命意味着什么 ， 天文学家仍存在分歧 。 之所以缺乏共识 ， 是因为在有关外星生命和智能的确凿证据寥寥无几的情况下 ， 即便是最好的贝叶斯分析也只能做到这么多 。
回答有关生命起源和智能出现概率的问题是困难的 ， 因为科学家只有一条信息：地球生命 。 美国哥伦比亚大学天文学家戴维·基平说：“我们甚至没有一个完整的数据点 。 例如 ， 我们不知道生命何时出现在地球上 。 就连这一点也存在不确定性 。 ”
贝叶斯分析基于贝叶斯定理 ， 该定理得名自18世纪英国统计学家托马斯·贝叶斯 。 为计算某个事件——例如生命起源——发生的概率 ， 天文学家先提出它的一个可能的概率分布 。 例如 ， 我们可以假设 ， 在地球形成后1亿到2亿年中 ， 在地球形成后2亿到3亿年中 ， 以及在地球历史上的其他任何1亿年中 ， 生命起源的概率都一样 。 这样的假设被称为贝叶斯先验信息 。 然后 ， 统计人员收集数据或证据 。 最后 ， 他们把先验信息和证据结合起来计算所谓的后验概率 。 就生命起源而言 ， 这个概率是根据我们之前的假设和证据得出的生命在类地行星上出现的概率 。 后验概率不是单独一个数字 ， 而是一个概率分布 ， 它量化了任何不确定性 。 例如 ， 它可能显示 ， 生命起源的概率随着时间推移变大或变小 ， 而非像先验信息提示的那样拥有均等的概率分布 。
基平对生命起源的概率和智能出现的概率都进行了评估 。 至于先验信息 ， 他选择了另一位英国统计学家和天文学家哈罗德·杰弗里斯设计的杰弗里斯先验 。 据说杰弗里斯先验最大限度地不提供信息 ， 因为它不纳入大量假设 ， 更重视证据 。
在基平的计算过程中 ， 这个先验信息集中关注他所说的参数空间的“四个角”：生命是常见的 ， 智能是常见的；生命是常见的 ， 智能是罕见的；生命是罕见的 ， 智能是常见的；生命是罕见的 ， 智能是罕见的 。 在贝叶斯分析开始前 ， 所有“四个角”的概率是一样的 。
基平把杰弗里斯先验与有关地球出现生命和智能的零星证据结合起来 ， 得到了一个后验概率分布 ， 这使他得以计算出“四个角”的新概率 。 例如 ， 他发现 ， “生命是常见的 ， 智能是罕见的”情形的概率是“生命和智能都是罕见的”情形的9倍 。 而“生命是常见的 ， 智能是常见的”概率与“生命是罕见的 ， 智能是常见的”概率之比最低也有9比1 。
基平说 ， 这个计算结果“表明地外生命应该是存在的” 。 他说：“这至少暗示生命不是一个艰难的过程 。 ”
并非所有贝叶斯统计学家都同意这种观点 。 而且不仅是他们 ， 任何对生命起源问题感兴趣的人都会对基平给出的答案表示怀疑 ， 因为任何此类分析都受制于与地球生命有关的地质学、地球物理学、古生物学、考古学和生物学证据——这些证据都没有明确显示生命起源和智能出现的时间线 。
哥伦比亚大学天文学家和天体生物学家凯莱布·沙夫说：“我们仍在努力定义我们所说的生命系统 。 在断言生命起源何时发生时——甚至说明智能演化时 ， 这会带来问题 。 ”
新华社新闻|银河系中有多少外星人？天文学家求助“贝叶斯统计”
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【新华社新闻|银河系中有多少外星人？天文学家求助“贝叶斯统计”】


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