Blog

Onkraj »Fermijevega paradoksa« III: Kaj je veliki filter?

Dobrodošli nazaj v našo Serija Fermi Paradox , kjer si ogledamo možne rešitve za slavno vprašanje Enrica Fermija: 'Kje so vsi?' Danes preučujemo možnost, da obstaja nekaj v vesolju, kar preprečuje življenju, da bi doseglo točko, kjer bi lahko slišali od njega.

Leta 1950 italijansko-ameriški fizik Enrico Fermi sedel na kosilo z nekaterimi svojimi kolegi na Nacionalni laboratorij Los Alamos , kjer je delal pet let pred tem v okviru projekta Manhattan. Po različnih navedbah se je pogovor obrnil na nezemljane in nedavni naval NLP-jev. Ob tem je Fermi izdal izjavo, ki se bo zapisala v anale zgodovine: 'Kje so vsi?'

To je postalo osnova za Fermijev paradoks , ki se nanaša na ocene visoke verjetnosti za obstoj nezemeljske inteligence (ETI) in očitno pomanjkanje dokazov. Sedemdeset let pozneje še vedno nismo odgovorili na to vprašanje, kar je privedlo do številnih teorij o tem, zakaj 'velika tišina' traja. Priljubljena je, da mora obstajati »Odličen filter” ki preprečuje, da bi življenje doseglo napredno stopnjo razvoja.

Izvori

Izraz je skoval ekonomist Robin Hanson, ki je tudi znanstveni sodelavec na Univerzi v Oxfordu. Inštitut za prihodnost človeštva (FHI). Leta 1996 je Hanson objavil esej z naslovom » Veliki filter – ali smo ga že skoraj mimo? ” kjer je predlagal, da mora obstajati nekaj, kar preprečuje, da bi se neživa snov združila v žive organizme (abiogeneza) in dosegla visoko stopnjo razvoja naKardaševa lestvica(glej spodaj).



Ta možnost, je trdil, človeštvu ne obeta nič dobrega. Kot je povzel svojo trditev:

»Zdi se, da ima človeštvo svetlo prihodnost, torej nepomembno možnost, da se razširi in napolni vesolje s trajnim življenjem. Toda dejstvo, da se prostor v naši bližini zdi mrtev, nam pove, da ima vsak kos mrtve snovi astronomsko nizko možnost, da bi ustvaril takšno prihodnost. Tako obstaja aodličen filtermed smrtjo in naraščajočim trajnim življenjem, človeštvo pa se sooča z zloveščim vprašanjem: kako daleč smo po tem filtru?

Še en odličen opis je ponudil Nick Bostrom, filozof, ki prav tako prihaja iz FHI. Kot je to opisal v svojem eseju iz leta 2008, ' Kje so? Zakaj upam, da iskanje nezemeljske inteligence ne najde ničesar ':

»Veliki filter je mogoče obravnavati kot verjetnostno oviro. Sestavljen je iz [enega ali] več zelo neverjetnih evolucijskih prehodov ali korakov, katerih pojav je potreben, da bi planet, podoben Zemlji, ustvaril inteligentno civilizacijo, ki bi nam bila vidna z našo trenutno tehnologijo opazovanja.'

Moram ljubiti Drake!

Ko je Fermi postavil svoje slavno vprašanje, so znanstveniki že delovali pod predpostavko, da mora biti življenja v vesolju veliko. To ne bi smelo biti presenetljivo glede na velikost in starost vesolja, ki v premeru meri 93 milijard svetlobnih let (to je le 'opazljiv' del) in obstaja že približno 13,8 milijarde let. S tem je prostor ocenjen 2 bilijona galaksij !

Frank Drake piše svojo slavno enačbo na belo tablo. Zasluge: SETI.org



Naša lastna galaksija pa meri v premeru med 170.000 in 200.000 svetlobnih let in vsebuje med 200 in 400 milijard zvezd. Tudi če bi domnevali, da je le 1 % teh zvezd imelo planete, da bi 1 % teh planetov lahko podpiralo življenje, da je 1 % od njih ustvarilo inteligentno življenje in da je 1 % tega življenja razcvetelo v napredno civilizacijo, da še vedno pomeni, da je tam zunaj lahko 2000 civilizacij!

Ta argument je približno desetletje pozneje formaliziral ameriški astronom in raziskovalec SETI dr. Frank Drake. Med srečanjem v objektu Green Bank leta 1961 so se številni znanstveniki srečali, da bi razpravljali o uporabi radijskih teleskopov za iskanje signalov, ki so se zdeli umetnega izvora. V pripravah na to srečanje je Drake pripravil enačbo, ki je povzela tisto, s čimer so delali raziskovalci SETI.

The Drakeova enačba , in bi ga nato imenovali, je mogoče matematično povzeti na naslednji način:

N = R*x fstrx ninx fthex fjazx fcx L

KjeNje število civilizacij v naši galaksiji, s katerimi bi lahko komunicirali,R*je povprečna stopnja nastajanja zvezd,fstrje delež zvezd, ki imajo planete,nin je število planetov, ki lahko podpirajo življenje,ftheje število, ki bo razvilo življenje,fjaz je število, ki bo razvilo inteligentno življenje,fcje število tehnološko naprednih civilizacij inTHEje čas, ko bi morali oddajati signale v vesolje.

Drakeova enačba, matematična formula za verjetnost odkritja življenja ali naprednih civilizacij v vesolju. Zasluge: Univerza v Rochestru

Kot je kasneje o nastanku enačbe rekel dr. Drake:

»Ko sem načrtoval sestanek, sem nekaj dni pred časom ugotovil, da potrebujemo dnevni red. In tako sem zapisal vse stvari, ki jih morate vedeti, da bi napovedali, kako težko bo odkriti nezemeljsko življenje. In ob pogledu nanje je postalo precej očitno, da če pomnožite vse to skupaj, dobite številko N, ki je število zaznavnih civilizacij v naši galaksiji. To je bilo namenjeno iskanju po radiu in ne iskanju prvinskih ali primitivnih življenjskih oblik.'

Vprašanje obsega

Kardaševa lestvica je dobila ime po sovjetskem in ruskem astrofiziku Nikolaju Kardaševu, ki je predlagal, da bi nezemeljske civilizacije lahko razvrstili glede na količino energije, ki jo lahko izkoristi. V svojem eseju iz leta 1964 z naslovom » Prenos informacij s strani nezemeljskih civilizacij ,« je predlagal tristopenjsko shemo – »Kardaševo lestvico« – ki je bila sestavljena iz naslednjega:

  • Civilizacije tipa I (ali planetarne civilizacije) so tiste, ki lahko uporabijo in shranijo vso energijo, ki je na voljo na svojem planetu (~4×1012vati)
  • Civilizacije tipa II (alias. zvezdne civilizacije) so tiste, ki so sposobne uporabljati in nadzorovati energijo celotnega zvezdnega sistema (~4×1026vati)
  • Civilizacije tipa III (alias. galaktične civilizacije) so tiste, ki lahko nadzorujejo energijo celotne galaksije (~ 4 × 1037vati)

V svoji knjigi iz leta 1973 z naslovom Kozmična povezava: nezemeljska perspektiva , slavni znanstveni komunikator Carl Sagan je trdil, da bi morala biti na lestvici vključena vrsta 0, saj človeštvo še ni doseglo stopnje razvoja tipa I. Kot je rekel Sagan:

»Civilizacija tipa I je sposobna za komunikacijske namene zbrati ekvivalent celotne sedanje izhodne moči planeta Zemlja – ki se zdaj uporablja za ogrevanje, elektriko, transport itd.; veliko različnih namenov, razen komunikacije z nezemeljskimi civilizacijami. Po tej definiciji Zemlja še ni civilizacija tipa I ... Naša sedanja civilizacija bi bila razvrščena kot nekaj podobnega tipa 0,7.'

Na podlagi teh parametrov bi civilizacija tipa I ne samo zrasla, da bi zasedla celotno površino svojega planeta, ampak bi tudi kolonizirala nizko zemeljsko orbito (LEO). Takšno civilizacijo bi lahko lovci na eksoplanete prepoznali z iskanjem oblakov satelitov okoli planeta (aka. Clarke pasovi ), ki bi bil viden med planetarnimi tranziti.

Civilizacija tipa II je po Kardaševu najbolje ponazorjena kot tista, ki je sposobna zgraditi megastrukturo okoli svoje domače zvezde (tj. Dysonova krogla ). To bi civilizaciji omogočilo, da izkoristi vso energijo, ki jo proizvede njeno sonce, pa tudi eksponentno pomnoži količino bivalnega prostora v svojem domačem sistemu.

Vau! signal, predstavljen kot '6EQUJ5'. Zasluge: Big Ear Radio Observatory/NAAPO

Civilizacijo tipa III je težje opisati, vendar različni teoretiki trdijo, da bi dovolj napredni ETI lahko zgradili megastrukture okoli svoje celotne galaksije ali okoli jedra svoje galaksije, da bi izkoristili energijo svoje supermasivne črne luknje (SMBH). Ne glede na to je pošteno reči, da bi bilo nemogoče ne opaziti civilizacije, ki je sposobna izkoristiti energijo svoje celotne galaksije.

Kje potegniti črto?

Hanson je v svojem eseju trdil, da mora biti »filter« nekje med točko, kjer se življenje pojavi na planetu (abiogeneza) in točko, kjer postane medplanetarna ali medzvezdna civilizacija. Z uporabo življenja na Zemlji in nastanka človeštva kot predloge je Hanson orisal proces v devetih korakih, ki bi mu moralo slediti življenje, da bi doseglo točko, da postane vesoljska civilizacija. Ti vključujejo:

  1. Naseljiv zvezdni sistem (organski in bivalni planeti)
  2. Reproduktivne molekule (npr. RNA)
  3. Prokariontsko enocelično življenje
  4. Evkariotsko enocelično življenje
  5. Spolno razmnoževanje
  6. Večcelično življenje
  7. Živali, ki so sposobne uporabljati orodja
  8. Industrijska civilizacija
  9. Široka kolonizacija

V skladu s hipotezo velikega filtra mora biti vsaj eden od teh korakov neverjeten. Ali življenje težko nastane iz anorganskih materialov že zgodaj, ali pa se verjetnost katastrofalne neuspehe povečuje, ko vrsta postaja vedno bolj napredna. Vsaka od teh možnosti ima pomembne posledice za človeško raso.

Če je filter v zgodnji fazi, potem je obstoj zapletenih življenjskih oblik (vključno z ljudmi) redkost in premagamo možnosti že samo s tem, da smo tukaj. Če je po drugi strani filter nameščen na kasnejši stopnji, je moralo veliko ETI-jev doseči našo trenutno stopnjo razvoja, vendar ni napredovalo dlje (iz kakršnega koli razloga). To bi pomenilo, da je točka, kjer bo verjetno izumrtje, pred nami.

Zaradi tega je veliko tistih, ki menijo, da odkritje življenja onkraj Zemlje ne bi bilo razlog za praznovanje. Ali kot je povzel Nick Bostrom:

»Začnete z milijardami in milijardami potencialnih kalitvenih točk za življenje, na koncu pa dobite vsoto nič nezemeljskih civilizacij, ki jih lahko opazujemo. Veliki filter mora biti torej dovolj močan – kar pomeni, da morajo biti kritični koraki dovolj neverjetni –, da tudi z mnogimi milijardami metov kocke človek ostane brez ničesar: brez vesoljcev, brez vesoljskega plovila, brez signalov, vsaj brez nobenega ki jih lahko zaznamo v našem gozdu.'

Vsekakor je že vnaprej ugotovljeno, da nobena vrsta v naši galaksiji ni dosegla devetega koraka. V nasprotnem primeru bi bili dokazi o njegovem obstoju povsod. Zato je povsem možno, da inteligentne vrste ne preidejo iz osmega koraka v deveti korak. Torej je povsem možno, da inteligentne vrste ne preidejo iz osmega koraka v deveti korak – torej od tipa I do civilizacije tipa II).

Možne rešitve

Na koncu sta Veliki filter in Fermijev paradoks neločljiva in poskusi razrešitve enega vedno posegajo v drugega. Na primer, če bi filter postavili v zgodnjo fazo Hansonovega procesa v devetih korakih, bi sklenili, da človeštvo ni našlo nobenih dokazov o inteligentnem življenju, ker ne obstaja – kar je sama osnova Hart-Tiplerjeva domneva .

Po drugi strani pa, če je res, da inteligentno življenje tam zunaj obstaja, vendar so pogoji, v katerih se je razvilo, redki, potem ostanemo pri neizogibnem zaključku, da preprosto še nismo našli nobenega dokaza. To je natančna logika, ki se skriva v ozadjuHipoteza redkih zemelj, kar je še ena možna rešitev Fermijevega paradoksa.

Ali pa, kot je bilo že omenjeno, je lahko narava inteligentnega življenja, da se uniči samo zaradi tehnološkega napredka. To je lahko posledica jedrske vojne, sprememba podnebja , razvoj umetne inteligence ali druga sredstva. Kot sta leta 1966 povzela Sagan in Shklovsky,' Iskanje nezemeljske inteligence ':

'Skušnjava je sklepati, da obstaja kvečjemu le nekaj naprednih nezemeljskih civilizacij - bodisi zato, ker smo ena prvih tehničnih civilizacij, ki so se pojavile, bodisi zato, ker je usoda vseh takšnih civilizacij, da se uničijo, preden so veliko dlje skupaj.'

Fotografija osrednje regije Rimske ceste. Zasluge: UCLA SETI Group/Yuri Beletsky, observatorij Carnegie Las Campanas

Če uporabimo človeštvo kot predlogo, bi lahko trdili, da so številne eksistencialne grožnje, s katerimi se soočamo, značilne za civilizacije na naši stopnji razvoja. Obstaja veliko drugih predlaganih resolucij, na primer ETI niso neobstoječi ali mrtvi, ampak mirujejo – aka. the Hipoteza estivacije . Obstaja teorija, da bi se lahko izogibali stiku, da ne bi posegali v naš razvoj (Hipoteza živalskega vrta), ali da se zaščitijo!

Predlagali so celo, da je bilo človeštvo namerno izolirano s strani ETI (akaHipoteza o planetariju), da nas bodo lahko natančneje preučili. Seveda so to teorije, ki jih – tako kot sam Fermijev paradoks – ni mogoče razrešiti, dokler se ne najdejo dokazi za obstoj nezemeljske inteligence. Kot je nekoč rekel slavni znanstvenik in avtor SF Arthur C. Clarke:

»Obstajata dve možnosti: ali smo sami v vesolju ali pa nismo. Oba sta enako grozljiva.'

Na Universe Today smo napisali veliko zanimivih člankov o Velikem filtru, Fermijevem paradoksu, Iskanju zunajzemeljske inteligence (SETI) in sorodnih konceptih.

tukaj Kje so Nezemljani? Kako bi lahko 'veliki filter' vplival na tehnološki napredek v vesolju , Zakaj bi bilo iskanje tujega življenja slabo. Veliki filter , Kako bi lahko našli tujce? Iskanje zunajzemeljske inteligence (SETI) , in Fraser in John Michael Godier razpravljata o Fermijevem paradoksu .

Oglejte si tudi preostanek naše serije Beyond Fermi's Paradox:

Astronomy Cast ima nekaj zanimivih epizod na to temo. tukaj Epizoda 24: Fermijev paradoks: Kje so vsi tujci? , Epizoda 110: Iskanje nezemeljske inteligence , Epizoda 168: Enrico Fermi , Epizoda 273: Rešitve Fermijevega paradoksa .

Viri: