Virkelig, i universet, foruten oss, har det aldri vært intelligente arter som er i stand til å skape en sivilisasjon? Dette er et av de eldste spørsmålene vitenskapen står overfor. I år publiserte min kollega Woody Sullivan og jeg en artikkel i Astrobiology hvor vi presenterer nye resultater som etter min mening kaster nytt lys over dette problemet.
For en måned siden, basert på resultatene våre, skrev jeg en populær artikkel for New York Times med den provoserende overskriften "Ja, aliens exist." Artikkelen genererte en viss summing og et antall svar. Noen var enige, noen kranglet, og noen oppfordret meg til og med til å takle UFO-problemet (beklager, men dette er ikke mitt).
Nå vil jeg snakke om funnene våre og forklare nærmere deres betydning og grenser. Det er spesielt viktig for meg å svare på to utmerkede kontroversielle artikler publisert av Ross Andersen i Atlanterhavet og Ethan Siegel i Forbes. Verken Andersen eller Siegel er enige i argumentene mine - og begge klarte å finne gode innvendinger mot dem. I hovedsak er hovedsaken i vitenskapen (jeg snakker ikke om benektere for global oppvarming) diskusjon. Begge mine motstandere er veldig flinke til å skrive, og skepsisen deres fikk meg til å tenke mer på ideene våre med medforfatteren. Alt i alt var det ganske nyttig.
Jeg vil gjøre en reservasjon med en gang. Artikkelen kom for lenge ut, da jeg måtte ta hensyn til bakgrunnen - men uten dette kunne betydningen av argumentene mine rett og slett gå tapt. De som er kjent med Drake-ligningen og dens historie, kan hoppe over den neste delen.
Bakgrunn for saken
I 1961 arrangerte astronom Frank Drake en konferanse om mulighetene for interstellar kommunikasjon. Drake bestemte seg for å starte med et enkelt spørsmål: hvor mange utenomjordiske sivilisasjoner finnes i galaksen (la oss kalle dem eksosivilisasjoner)? For å lette diskusjonen identifiserte Drake syv parametere, som hver tilsvarte ett aspekt av problemet, og inkluderte dem som faktorer i ligningen som bestemmer det totale antall eksosivilisasjoner (N). Drakes ligning ser slik ut.
R * i det er antall stjerner som dannes per år i vår galakse; fp er brøkdelen av stjerner med planeter; ne er det gjennomsnittlige antall planeter for hver stjerne lokalisert i den såkalte beboelige sonen (dvs. med gunstige forhold for livets opprinnelse); fl er brøkdelen av planetene som livet oppstår på; fi er andelen bebodde planeter som intelligens oppstår på; fс er andelen planeter som avanserte teknologiske sivilisasjoner utvikler seg på. Den siste (og mest problematiske!) Faktoren er L, den gjennomsnittlige levetiden til en teknologisk sivilisasjon.
Salgsfremmende video:
Drakes ligning regnes som et av de viktigste verktøyene for å studere spørsmålet om livet i universet. I løpet av de siste 50 årene har det fungert som et referansepunkt for astronomer som håndterer dette problemet.
Det skal bemerkes at da Drake i 1961 kompilerte ligningen, i det minste noe var kjent bare om den første faktoren - antall stjerner dannet per år. Alle andre parametere var ukjente. Dette betydde at forskere som bruker Drake-ligningen i lang tid bare kunne spekulere om verdiene sine. Optimister valgte alternativer som fører til høye N-verdier, pessimister valgte alternativer som fører til lave verdier. Det var et spørsmål om smak.
Imidlertid skjedde en eksoplanetær revolusjon. I løpet av de siste 20 årene har astronomiske funn endret måten vi tenker på planeter som kretser rundt andre stjerner. Underveis ble verdiene for de neste to begrepene i Drake-ligningen (fp og ne) bestemt. Det viste seg at det er planeter overalt. Nesten hver stjerne på himmelen har minst en planet.
Nye ideer
Woody og jeg bestemte oss for å dra nytte av dette gigantiske spranget og gjøre noe som så vidt vi vet ingen har gjort så langt - si, basert på nye bevis, noe mer klart om eksosivilisasjoner.
For dette har vi endret nøkkelspørsmålet. Klassisk "Hvor mange eksocivilisasjoner er det nå?" vi erstattet med "Hvor mange eksocivilisasjoner har det noen gang vært?" Denne tilnærmingen gjorde det mulig for oss å ignorere L-faktoren, levetiden og også å revurdere de tre ukjente sannsynlighetene knyttet til livet (fl, fi og fc). I stedet for å se på dem hver for seg, har vi kombinert dem. Dette betydde at vi var interessert i alt sammen - hele prosessen fra livets oppkomst til opprettelsen av en avansert sivilisasjon. Vi kalte vår nye faktor "bioteknisk sannsynlighet" - fbt. Vi snakker faktisk om produktet av de samme tre ukjente fra Drake-ligningen. På matematikkens språk ser dette ut som fbt = fl * fi * fс.
Denne måten å se på problemet - ved å bruke nye eksoplanettdata og transformere formelen - gir en empirisk begrensning på et spørsmål som Drakes ligning ikke vanligvis fokuserer på. Her er spørsmålet:
Hva er den biotekniske sannsynligheten for at en planet for oss er den eneste sivilisasjonen som noen gang har eksistert i universets historie?
Tatt i betraktning dataene på eksoplaneter, fikk vi resultatet: 10-22 eller en av ti milliarder billioner. Vi kaller dette tallet "pessimismelinjen". Det kan tolkes på forskjellige måter.
Tenk deg først mange, mange planeter i den beboelige sonen - det vil si planeter hvis baner gir rom for flytende vann. I følge funnene våre vil menneskeheten bare være unik hvis du for å finne eksocivilisasjon må søke i ti milliarder billioner planeter.
For det andre må du forstå at ingen av oss kunne si hva ordet "pessimisme" betyr i dette tilfellet. Bør fbt anses som "pessimistisk" på nivået en til en million eller for en milliard? Før artikkelen vår ble publisert, var det ingen klare grenser utover som verdiene av de livsrelaterte variablene i Drake-ligningen ville bety at vi i ordets fulle forstand er alene i denne verden. Woody og jeg fant imidlertid ut at hvis naturen i sin uendelige visdom valgte en verdi på mindre enn en av ti milliarder billioner, vil vi være den eneste sivilisasjonen i universets historie. Men hvis hun valgte en verdi som overstiger ti milliarder billioner, eksisterte allerede liv, etterretning og sivilisasjon før oss.
Kritikk
En av ti milliarder billioner er veldig lite. Som jeg skrev i New York Times, basert på dette, kan det antas at eks-sivilisasjoner sannsynligvis eksisterte før oss - og det kan ha vært mange av dem. Jeg fant denne konklusjonen den mest logiske.
Imidlertid var ikke alle enige med meg. En av de grunnleggende innvendingene som mine motstandere reiste, var at selv om 10-22 egentlig ikke er nok, beviser dette ikke eksocivilisasjoners eksistens. Spesielt likte Andersen ikke uttrykket: "… [C] pessimismens hete som er nødvendig for å tvile på eksistensen av en avansert utenomjordisk sivilisasjon på et eller annet tidspunkt er i strid med sunn fornuft."
I dette må jeg være enig i kritikken. Jeg skulle ikke ha snakket om avvikene med sunn fornuft. Til tross for at den "pessimistiske linjen" er veldig lav, er det ganske akseptabelt å anta at vi er et unikt fenomen i universets historie. Faktisk er den eneste empirisk sunne dommen som Woody og jeg har rett til å gjøre, denne: vi kan med sikkerhet si hvor linjen med pessimisme faller (en av ti milliarder billioner). Gitt de tilgjengelige dataene, er det fullt mulig å formulere en rasjonell teori som hevder at den reelle verdien av den biotekniske sannsynligheten er mindre enn 10-22.
Andersen og Siegel og jeg er imidlertid uenige om hvordan vi skal tolke resultatet. For det første er jeg uenig i at ideen om bioteknisk sannsynlighet på en eller annen måte skjuler det faktum at alle livsrelaterte variabler i Drake-ligningen teoretisk sett kan være ekstremt små. Atlanterhavsartikkelen fikk tittelen (selv om det langt fra er sikkert at Andersen har noe med denne overskriften å gjøre) "Math Games Don't Make Aliens A Reality." Dette fikk meg virkelig til å le, fordi det ikke er noen "matematiske spill" i vårt arbeid.
Selv om vi i utgangspunktet satte oss en vanskeligere oppgave, ble til slutt alt lettere. Vi tok ganske enkelt hensyn til antall planeter i den beboelige sonen i det observerbare universet. Det skal bemerkes at vår "pessimistiske egenskap" ikke ignorerer mulige små verdier av individuelle variabler. Vi har tatt dem alle i betraktning.
Slik fungerer det.
Anta først at vi vurderer sannsynligheten for at fødselen til liv på planeten i den beboelige sonen er lik en i en million (fl = 10-6), sannsynligheten for fødselen av intelligens - også lik en i en million (fi = 10-6) og sannsynligheten for å skape denne intelligente livet til en teknologisk sivilisasjon er nøyaktig det samme (ft = 10-6). Dette betyr en bioteknisk sannsynlighet for en billion billion (10-6 * 10-6 * 10-6 = 10-18). Som du ser, ingen triks. Dermed mister eventuelle argumenter om den lave sannsynligheten for fremvekst av liv eller utvikling av fornuft eller opprettelse av sivilisasjon sin mening - alt dette er allerede inkludert i begrepet bioteknisk sannsynlighet.
Merk at verdiene på variablene gitt i avsnittet ovenfor ville bety at det var 10 000 eksosivilisasjoner i universets historie.
I tillegg, selv om vi fortsatt fremdeles har nok data til å trekke linjen med pessimisme, gir selve kontrovershistorien rundt Drake-ligningen oss et vell av materiale som lar oss tenke dypere på resultatene våre. Mens mange har hevdet at eksocivilisasjoner må være sjeldne, har de nesten aldri direkte forklart hva “sjeldne” betyr i denne sammenhengen. På samme tid, hvis du ser nærmere, betydde ofte de som snakket om sjeldenhet en frekvens flere størrelsesordener høyere enn 10-22 - vår linje med pessimisme.
Dette er enkelt å vise med ett kjent eksempel. I 1983 fremførte fysikeren Brandon Carter et ekstremt genialt argument mot eksosivilisasjon, basert på bevisene på at det tok tid før intelligensen dukket opp på jorden sammenlignbar med solens alder. På bakgrunn av dette faktum konkluderte han at for å skape intelligens, tok evolusjonen en serie “vanskelige skritt, som hver var ekstremt usannsynlig.
Forutsatt at det var ti slike evolusjonære "trinn", beregnet han at den totale sannsynligheten for eksocivilisasjonsforekomst er 10-20. Etter hans mening er denne konklusjonen "mer enn nok til å sikre at vårt utviklingsnivå er unikt for det observasjonsuniverset."
Det er det imidlertid ikke! Vår "pessimistiske egenskap" antyder at Carters beregning gir rom for hundrevis av eksocivilisasjoner. Carter trodde han tok en hyper-pessimistisk holdning, men i virkeligheten viste han seg å være en optimist. Det skal også bemerkes at moderne forskere mener at det bare var fem "vanskelige trinn" (om noen). Når vi tar hensyn til de andre tallene som Carter ga til sitt arbeid, vil vi i dette tilfellet snakke om en sannsynlighet lik 10-10. Kombinert med vår "egenskap av pessimisme", betyr dette muligheten - til forskjellige tider - av en billion eksocivilisasjoner. (La oss ikke glemme at forfattere som Mario Livio lager argumenter som undergraver selve grunnlaget for Carter-hypotesen.)
Selvfølgelig er det fullt mulig å bygge en modell der sannsynligheten vil være mye lavere enn den "pessimistiske linjen", og innenfor denne modellen vil vi være den eneste eksosivilisasjonen som noen gang har eksistert. Imidlertid, her kommer vi til den viktigste - etter min mening - betydningen av resultatene våre.
Sannsynligheten vi diskuterer er ikke en abstraksjon. Dette er ikke bare et tall. Vi snakker om et veldig reelt fenomen - rundt ti milliarder billioner planeter som er plassert på steder som er egnet for intelligent liv. I hver av disse verdenene kan vind blåse over fjell, tåker kan stige i daler, hav kan plaske og elver kan strømme. (Merk at i solsystemet vårt er det to planeter i den beboelige sonen - Jorden og Mars - og begge har vind, hav og elver). Hvis du holder dette bildet i hodet, kan du se noe bemerkelsesverdig - nemlig at den "pessimistiske linjen", faktisk, representerer ti milliarder billioner eksperimenter med natur med planeter og liv.
Dette er grunnen til at implikasjonene av resultatene våre fortjener ytterligere studier. På 1900-tallet har konvergens av stjerner lenge vært ansett som den viktigste mekanismen for dannelse av planeter. Nå har våre oppfatninger endret seg, og vi kan empirisk trekke en "linje med pessimisme." Og siden det viste seg å være ekstremt lavt (eller omvendt antallet planeter i den beboelige sonen viste seg å være stort), betyr dette at nå bevisbyrden faller på hyperpessimistene. Universet gjentok eksperimentet mange ganger. Derfor, hvis du vil bevise at jorden er unik, må du forklare hva som nøyaktig kan hindre utviklingen av teknologisk intelligens så mye.
Samtidig balanseres eventuelle argumenter fra hyperpessimistene av det faktum at det nylig har vært mange grunner til å vurdere sannsynligheten for fremveksten av liv og intelligens relativt høy. Disse funnene skyldes delvis fremskritt innen biologi. For eksempel demonstrerte Wentao Ma og hans medforfattere ved hjelp av datasimuleringer at de første replikerende molekylene kunne være korte tråder av RNA, lett dannet og raskt "fortrengt" av DNA. På sin side mener nevrovitenskapsmann Lori Marino (Lori Marino) at menneskelig intelligens har utviklet seg på bakgrunn av lang eksisterende kognitive strukturer på jorden. Følgelig skulle vår type etterretning ikke lenger være helt adskilt fra det som kom før den. Han er et spesielt fenomen, men ikke så mye.
Følgelig er skeptikerne helt korrekte at vi, i påvente av nye data, formelt må holde oss til spørsmålet om eksosivilisasjoner av fullstendig agnostisisme. Det er ikke mulig å tilordne en sannsynlighet til en ukjent prosess. Å stoppe ved dette er imidlertid å ignorere vitenskapelig og historisk fremgang. Astrobiologi, vitenskapen som studerer livet i universet, har gjort store fremskritt takket være fremskritt som menneskeheten har gjort med å studere vår verden, andre verdener i solsystemet vårt, og - viktigst av alt - nylig oppdagede eksoplaneter. Woody Sullivans og min forskning er nært knyttet til denne utvidelsen av den astrobiologiske horisonten. Samlet sett betyr konklusjonene mine, etter min mening, at flertallet av pessimister (i saken vi vurderer) faktisk er optimister, og de resterende hyperpessimistene, for å si det mildt, er grunnleggende gale.
Til slutt vil jeg merke at forskningen vår ikke sier noe om eksistensen av sivilisasjon for øyeblikket. Vi diskuterer noe som arkeologien til eksosivilisasjoner. Hvis levetiden til en sivilisasjon (L) - nøkkelfaktoren i ligningen - er kort, kan Melkeveis galaksen i den nåværende kosmiske epoken være tom (bortsett fra oss selvfølgelig).
Adam Frank er medgründer av Blog 13.7, foreleser i astrofysikk ved University of Rochester, forfatter av bøker og selvutnevnte "vitenskapelig evangelist."
