Dobrodošli nazaj v našo Serija Fermi Paradox , kjer si ogledamo možne rešitve za slavno vprašanje Enrica Fermija: 'Kje so vsi?' Danes preučujemo možnost, da o vesoljcih nismo slišali, ker inteligentno življenje preživi le tako dolgo.
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 , kar se nanaša na neskladje med ocenami visoke verjetnosti za obstoj nezemeljske inteligence (ETI) in očitnim pomanjkanjem dokazov. Od Fermijevih časov je bilo predlaganih več rešitev za njegovo vprašanje, ki vključujejo možnost, da imajo civilizacije le 'Kratko okno” s katerim bi komunicirali s kozmosom, preden bodo izumrli.
Na splošno predlogi, ki sodijo pod to rubriko, priznavajo, da vesolje morda dejansko polno življenja, čas in prostor pa nalagata pomembne omejitve, ki inteligentnim vrstam zelo otežujejo medsebojno komunikacijo. Skratka, razdalja med civilizacijami bi lahko pomenila, da bo do takrat, ko je civilizacija napredovala do te mere, da lahko oddaja signal v vesolje, izumrla, preden bo lahko dobila odgovor.
Drakeova enačba, matematična formula za verjetnost odkritja življenja ali naprednih civilizacij v vesolju. Zasluge: Univerza v Rochestru
Drakeova enačba
Leta 1961 je sloviti raziskovalec SETI Frank Drake predlagal enačbo, ki bo dobila njegovo ime med konferenco v observatoriju Greenbank. Namesto da bi bila uradna ocena števila ETI v naši galaksiji v danem trenutku, Drakeova enačba je bil verjetnostni argument, ki naj bi povzel izzive raziskav SETI. Matematično je šlo takole:
N = R*x fstrx ninx fthex fjazx fcx L
- Nje število civilizacij v naši galaksiji, s katerimi bi lahko komunicirali
- R*je povprečna stopnja nastajanja zvezd v naši galaksiji
- fstrje delež tistih zvezd, ki imajo planete
- nin je število planetov, ki lahko dejansko podpirajo življenje
- ftheje število planetov, ki bodo razvili življenje
- fjaz je število planetov, ki bodo razvili inteligentno življenje
- fcje število civilizacij, ki bi razvile tehnologije prenosa, in
- THEje čas, ki bi ga morale te civilizacije posredovati svoje signale v vesolje
Zavoljo kratke hipoteze o oknu je ključni parameterTHE. V tem primeru ga je mogoče opredeliti kot čas, v katerem se lahko pričakuje, da bo civilizacija obstajala, preden bo podlegla dogodku na ravni izumrtja. To je lahko v obliki naravne katastrofe (udarec asteroida) ali v obliki samouničenja (jedrska ali biološka vojna). Če uporabimo človeštvo kot primer, se vse te eksistencialne grožnje zdijo verjetne možnosti.
Medtem ko v klasični Drake enačbi,THEje opredeljena kot dolžina časa, ki ga ima civilizacija, da razvije potrebno tehnologijo (npr. radijske komunikacije) in odda signal, hipoteza kratkega okna upošteva tudi čas, ki bi ga potreboval, da dobi odgovor. Kako dolgo lahko sodobna civilizacija pričakuje, da bo obstajala, preden jo bo zahtevala kataklizmična usoda? Je to lahko razlog za 'veliko tišino'?
Vstopite v Veliki filter
Leta 1996 je Robin Hanson – filozof, znanstveni sodelavec na Univerzi v Oxfordu. Inštitut za prihodnost človeštva (FHI) – objavil esej z naslovom » Veliki filter – ali smo ga že skoraj mimo? ” Tukaj je Hanson predlagal, da mora obstajati nekaj v našem vesolju, kar preprečuje, da bi se anorganska snov združila in ustvarila preprosto življenje in sčasoma povzročila inteligentne vrste.
Ta 'filter', je trdil Hanson, mora ležati nekje med točko, kjer se življenje pojavi na planetu (abiogeneza), in točko, kjer lahko postane medplanetarna ali medzvezdna civilizacija. Na podlagi tega, kako se je življenje pojavilo na Zemlji in se razvijalo v milijardah let, je Hanson ustvaril časovnico v devetih korakih. Ti vključujejo:
- Naseljiv zvezdni sistem (organski in bivalni planeti)
- Reproduktivne molekule (npr. RNA)
- Prokariontsko enocelično življenje
- Evkariotsko enocelično življenje
- Spolno razmnoževanje
- Večcelično življenje
- Živali, ki so sposobne uporabljati orodja
- Industrijska civilizacija
- Široka kolonizacija
V skladu s Hansonovo hipotezo mora biti vsaj eden od teh korakov statistično malo verjeten. Ali življenje težko nastane iz anorganskih materialov že zgodaj, ali pa se verjetnost katastrofalne neuspehe povečuje, ko vrsta postaja vedno bolj napredna. Za namene kratke hipoteze o oknu se domneva, da ta filter obstaja med 8. in 9. korakom, kar odraža trenutno raven razvoja človeštva.
Radijske antene ALMA na planoti Chajnantor v Čilu, več kot 16.000 čevljev (5000 metrov) nad morsko gladino. Zasluge: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Garnier (ALMA)
Izvor
Eden najzgodnejših primerov te hipoteze prihaja od nemškega astrofizika in radijskega astronoma. Sebastian von Hoerner , sodelavec Franka Drakea, ki je sodeloval pri Projekt Ozma – prvi projekt SETI doslej. Leta 1961 je napisal članek z naslovom ' Iskanje signalov drugih civilizacij ,« kjer je trdil, da bi razdalja med civilizacijami lahko pojasnila, zakaj nismo slišali nobene.
Če povzamemo, je trdil, da je eksistencialno okno tehnološko napredne civilizacije (THE) je lahko prekratka glede na čas, ki bi bil potreben za vzpostavitev stika z drugo inteligentno vrsto. Kot je zapisal:
»Ne smemo podcenjevati moči dveh kritičnih dejavnikov, ki lahko prekineta življenje civilizacije, ko je doseženo tehnično stanje. Znanost in tehnologijo sta (ne povsem, ampak v veliki meri) prinesla naprej boj za prevlado in želja po lahkem življenju. Obe gonilni sili se nagibata k uničenju, če ju ne obvladamo pravočasno: prva vodi v popolno uničenje, druga pa v biološko ali duševno degeneracijo. Če povzamemo, domnevamo, da se bo stanje duha, ki ni preveč drugačno od našega, razvilo na mnogih mestih, vendar bo imelo le omejeno dolgo življenjsko dobo.
Za namene svoje študije je von Hoerner ocenil, da bi bila povprečna življenjska doba civilizacije 6500 let, povprečna razdalja med civilizacijami v Rimski cesti pa 1000 svetlobnih let. Čeprav so bile te v celoti špekulativne, so zagotovile okvir za oceno, kako dolgo bi civilizacija lahko živela in komunicirala.
Glede na to, ko je von Hoerner napisal študijo – na vrhuncu hladne vojne, ko je bilo jedrsko uničenje stalna grožnja – je bila tema tehnološkega napredka in samouničenja zagotovo verjetna. Vendar pa je bilo z leti predlaganih več različic kot odgovor na naraščajočo zavest o novih eksistencialnih grožnjah. Večinoma so se osredotočili na prenaseljenost in uničenje okolja.
Nauk iz antropocena
Kot običajno, poskusi razrešitve Fermijevega paradoksa sprožajo inherentne predpostavke paradoksa in same predlagane rešitve. Ali je to Hart-Tiplerjeva domneva (ki predvideva, da mora biti človeštvo edina napredna civilizacija v galaksiji) ali da se bodo civilizacije neizogibno uničile same od sebe, obstaja skupna domneva, da bo napredna civilizacija predmet eksponentne rasti.
Nasprotno pa so različni raziskovalci ponudili scenarije, ko ETI niso mogli vzdrževati tega domnevnega vzorca rasti, s čimer so pojasnili, zakaj nobenemu ni uspelo kolonizirati celotne galaksije (ali celo velikih delov le-te). Leta 2009 je Jacob D. Haqq-Misra iz Blue Marble Space Institute of Science in Seth D. Baum iz Globalni inštitut za katastrofalno tveganje prav to trdil v študiji z naslovom » Trajnostna rešitev Fermijevega paradoksa .'
V bistvu so si drznili, da je 'odsotnost opazovanja ETI mogoče razložiti z možnostjo, da eksponentna ali druga hitrejša rast ni trajnostni razvojni vzorec za inteligentne civilizacije.' Z uporabo lekcij iz človeške zgodovine sta Haqq-Misra in Baum pokazala, kako je bila eksponentna rast skupna značilnost človeških civilizacij, pogosto v njihovo škodo.
To je doseglo vrhunec v tem, kar mnogi geologi imenujejo »antropocen«, epohi, ko je človeštvo največji odločilni dejavnik za podnebne spremembe zaradi vpliva, ki ga imajo na planet. Ko se uporablja za ekso-civilizacije, bi ta ista težnja lahko pojasnila, zakaj se ne slišimo z vesoljci. Kot so izjavili:
»Fermijev paradoks se na koncu nanaša na prostorsko širitev civilizacij, vendar je prostorska širitev tesno povezana s širitvijo prebivalstva, vplivom na okolje in porabo virov. Na primer, migracije pogosto poganja pomanjkanje virov, kar je lahko posledica velikega prebivalstva in/ali degradacije okolja. Prav tako lahko migracije v nenaseljene regije povzročijo presežke virov, kar lahko posledično spodbudi rast prebivalstva. Končno lahko široko ekspanzionistična politika povzroči širitev prostora, prebivalstva, vpliva na okolje in porabe virov.
Drug primer izhaja iz knjige z naslovom iz leta 2018 Luč zvezd: tuji svetovi in usoda Zemlje , astrofizika prof. Adama Franka. To delo je temeljilo tudi na študiji iz leta 2018 z naslovom » Antropocen generaliziran: evolucija ekso-civilizacij in njihove planetarne povratne informacije ,« ki ga je vodil s kolegi z univerze v Rochesterju, Univerze v Washingtonu in Inštitut za biogeokemijo Maxa Plancka .
V obeh je Frank trdil, da bi antropocen lahko ponudil rešitev Fermijevega paradoksa in da so lahko usode ekso-civilizacij povezane z usodo človeštva. Tako kot mi tudi dinamični odnos, ki ga imajo ETI s svojim planetom, verjetno ustvarja povratne informacije v njegovih okoljskih sistemih. Navaja Drakeovo enačbo, Frank poudaril naslednje :
»Zemlja ni edinstvena. Tudi če je na primer Pcje bilo kar 10-19, bi bilo število tehnoloških civilizacij, kot je naša v zgodovini vidnega vesolja, še vedno dovolj veliko (Nc~1000) za obstoj statistično pomembnih povprečnih lastnosti ekso-civilizacij. Te povprečne lastnosti vključujejo povprečno življenjsko dobo tehnološke civilizacije. Opažamo, da to predstavlja zadnji dejavnik v Drakeovi enačbi in ima zato dolgo zgodovino v razpravi o eksocivilizacijah. Njegov pomen za vprašanja trajnosti je preprost.'
Skratka, izziv trajnosti predstavlja možen protiargument zelo pogosti domnevi raziskovalcev, ki se spopadajo s Fermijevim paradoksom. Druge raziskave so se osredotočile na možnost, da je okno samo po sebi funkcija razdalje in da civilizacije, ki pošiljajo signale v vesolje, verjetno ne bodo živele dovolj dolgo, da bi slišale odziv na svoje signale.
Ta argument je podal Claudio Grimaldi in skupina znanstvenikov – vključno z dr. Frankom Drakeom – v študiji iz leta 2018 z naslovom » Pokritost širitve E.T. Signali v galaksiji: SETI in Drake's N .” V njem je ekipa naredila dve ključni predpostavki o Drakove enačbi: eno, da se ETI pojavljajo v naši galaksiji (N) s konstantno hitrostjo; drugič, da bodo lahko pošiljali prenose le za določen čas, se ustavijo, preden izumrejo (THE).
Še dolgo po tem, ko bodo te civilizacije umrle, bodo te oddaje še naprej potovale navzven s svetlobno hitrostjo (c). Prenosi bi tvorili obroč (valovna fronta v obliki krofa), znotraj katere bi bilo mogoče zaznati radijske signale. Debelina sten vsakega obroča (merjena v svetlobnih letih) bo ustrezala tem, koliko let je civilizacija lahko oddajala radijske signale v vesolje, preden je utihnila.
Po modeliranju, kako bi te radijske fronte potovale, so raziskovalci ugotovili, da sta se pojavila dva primera na podlagi tega, ali so sevalne lupine (1) tanjše ali (2) debelejše od velikosti Rimske ceste (~ 100.000 svetlobnih let v premeru). To je ustrezalo domnevni življenjski dobi tehnološko naprednih civilizacij (THE), ki bi lahko bil krajši ali večji od časa, ki je potreben, da svetloba prečka našo celotno galaksijo – to je ~100.000 let.
Shema Rimske ceste, ki prikazuje šest nezemeljskih prenosov, ki tvorijo sferične lupine, napolnjene z radijskimi signali. Zasluge: Claudio Grimaldi/EPFL
V prvem primeru bi bila vsaka stena obroča manjša od velikosti naše galaksije in bi zapolnila le delček, kar bi zmanjšalo možnost zaznave SETI. Toda glede na to, kako pogosto se civilizacije pojavljajo, so ugotovili, da lahko ti obroči našo galaksijo napolnijo s signali in se celo prekrivajo. V drugem primeru bi bil prstan debelejši od velikosti naše galaksije, vendar bi bilo odkrivanje odvisno od števila civilizacij, ki oddajajo.
Na koncu so Grimaldi, Drake in njihovi sodelavci ugotovili, da bi bilo število radijskih signalov, ki bi dosegli Zemljo, v obeh primerih približno enako. Vendar ob predpostavki, da civilizacije živijo manj kot ~100.000 let (THE), so ugotovili, da 'prenosi, ki prihajajo na Zemljo, morda prihajajo iz oddaljenih civilizacij, ki so že davno izumrle, medtem ko civilizacije, ki so še žive, pošiljajo signale, ki še niso prispeli.'
Z drugimi besedami, do takrat, ko človeštvo prejme sporočilo od napredne civilizacije, bi bilo že mrtvo. To ima neposredne posledice za človeštvo, saj pomeni, da do takrat, ko inteligentna civilizacija sliši Sporočilo Arecibo ali katero koli drugo Pošiljanje sporočil izvenzemeljske inteligence (METI), bomo že davno mrtvi.
Kritika
Seveda je mogoče različne teorije, ki sodijo pod to splošno kategorijo, zlahka kritizirati zaradi števila domnev, ki jih postavljajo. Uporaba človeštva kot predloge zagotavlja veliko hrane za razmišljanje in omogoča ustvarjanje zanimivih teorij o razvoju naprednih ETI. Na žalost nobena od teh teorij ni preverljiva ali ponarejena.
'Radijski barvni' pogled na nebo nad radijskim teleskopom Murchison Widefield Array, ki je del Mednarodnega centra za raziskave radijske astronomije (ICRAC). Zasluge: Radijska slika Natashe Hurley-Walker (ICRAR/Curtin) in ekipe GLEAM. MWA ploščice in pokrajina Zasluge: ICRAR/Dr John Goldsmith/Celestial Visions
Preprosto povedano, nimamo pojma, kako dolgo lahko pričakujemo, da bo živela napredna civilizacija. Brez primerov civilizacij, ki so se pojavile in izumrle, je nemogoče ustvariti smiseln okvir. Trenutno je človeštvo edina napredna civilizacija, ki jo poznamo, in niti ne vemo, kako dolgo bomo še obstajali, preden nas bo zahtevala eksistencialna grožnja – naj bo to jedrska vojna, podnebne spremembe ali naravna katastrofa.
Drugo vprašanje izhaja iz ideje, da napredne civilizacije obstajajo onkraj Zemlje, vendar je prezgodaj, da bi jih slišali. Carl Sagan in William Newman sta to trdila v svoji študiji iz leta 1981: ' Galaktične civilizacije: populacijska dinamika in medzvezdna difuzija .” Vendar pa je ta argument prišel pod kritiko kritikov, ki poudarjajo, da je v nasprotju s kozmološkim načelom (tudi Kopernikovim principom).
V odgovor astrofizik in raziskovalec NASA David Brin je poudaril, da je neumno misliti, da se je razvoj človeštva zgodil v posebnem času – torej ko naša galaksija prehaja iz zelo malo naprednih civilizacij (ali samo ene) v več. Glede na dolgoživost naše galaksije je veliko bolj verjetno, da je to, kar doživljamo, tipično stanje.
Kljub temu ima ta teorija glede na morebitne rešitve določeno stopnjo preprostosti in verodostojnosti, ki je skladna z Ockhamova britev . Še več, ideja, da so trenutni problemi človeštva tipični za inteligentne vrste, izpolnjuje Kopernikovo načelo. Postavitev »filtra« med koraka 8 in 9 kaže, da sposobnost življenja, da eksponentno raste in postane največji dejavnik, ki vpliva na njihovo okolje, omejuje njihovo dolgoživost.
Observatorij Arecibo v Portoriku, mesto, od koder je bilo poslano slavno sporočilo Arecibo. Zasluge: NAIC/NSF
Ta logika tudi pomaga, da se največji izziv človeštva – kako živeti trajnostno ali se soočiti s propadom – bolj osredotočiti. Če upamo, da bomo živeli dovolj dolgo, da bomo slišali od drugih civilizacij, se moramo prepričati, da ne živimo v izposojenem času!
Na Universe Today smo napisali veliko zanimivih člankov o Fermijevem paradoksu, Drakeovi enačbi in Iskanju nezemeljske inteligence (SETI).
tukaj Kje so vsi tujci? Fermijev paradoks , Kje so Nezemljani? Kako bi lahko 'veliki filter' vplival na tehnološki napredek v vesolju , Zakaj bi bilo iskanje tujega življenja slabo. Veliki filter , Kje so vsi roboti Alien? , Kako bi lahko našli tujce? Iskanje zunajzemeljske inteligence (SETI) , in Fraser in John Michael Godier razpravljata o Fermijevem paradoksu .
Želite izračunati število nezemeljskih vrst v naši galaksiji? Pojdite na Kalkulator tuje civilizacije !
Oglejte si tudi preostanek naše serije Beyond Fermi's Paradox:
- Onkraj 'Fermijevega paradoksa' I: Pogovor za kosilo - Enrico Fermi in nezemeljska inteligenca
- Onkraj 'Fermijevega paradoksa' II: dvomi o Hart-Tiplerjevi domnevi
- Onkraj 'Fermijevega paradoksa' III: Kaj je veliki filter?
- Onkraj »Fermijevega paradoksa« IV: Kaj je hipoteza redkih zemelj?
- Onkraj »Fermijevega paradoksa« V: Kaj je hipoteza estivacije?
- Onkraj »Fermijevega paradoksa« VI: Kaj je hipoteza Berserka?
- Onkraj »Fermijevega paradoksa« VII: Kaj je hipoteza o planetariju?
- Onkraj »Fermijevega paradoksa« VIII: Kaj je hipoteza o živalskem vrtu?
- Onkraj »Fermijevega paradoksa« X: Kaj je hipoteza prvorojenca?
- Onkraj »Fermijevega paradoksa« XI: Kaj je transcenzivna hipoteza?
- Onkraj »Fermijevega paradoksa« XII: Kaj je hipoteza o vodnih svetovih?
- Onkraj »Fermijevega paradoksa« XIII: Kaj je hipoteza »oceanskih svetov«?
- Onkraj »Fermijevega paradoksa« XIV: Kaj je hipoteza Aurore?
- Onkraj »Fermijevega paradoksa« XV: Kaj je hipoteza teorije perkolacije?
- Onkraj »Fermijevega paradoksa« XVI: Kaj je hipoteza o »temnem gozdu«?
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:
- von Hoerner, S. 'Iskanje signalov iz drugih civilizacij', Science, letn. 134, št. 3493 (1961)
- Newman, W. I. & Sagan, C. 'Galaktične civilizacije: populacijska dinamika in medzvezdna difuzija' Icarus, Vo. 46, št. 3 (1981)
- Brin, G. D. 'Velika tišina - polemika o nezemeljskem inteligentnem življenju', letnik. 24, št. 3 (1983)
- Haqq-Misra, J.D. & Baum S.D. 'Trajnostna rešitev Fermijevega paradoksa.' Journal of the British Interplanetary Society, letnik. 62, št. 2 (2009)
- Frank, A (et al.) 'Posplošen antropocen: evolucija ekso-civilizacij in njihove planetarne povratne informacije.' Astrobiologija, letn. 18, št. 5 (2018)
- Grimaldi, C., Drake, F. (et al.) »Pokritost območja širitve E.T. Signali v galaksiji: SETI in Drake's N.' Publikacije Astronomskega združenja Pacifika Vol. 130, št. 987 (2018)