Ласкаво просимо до нашого Серія парадоксу Фермі , де ми розглянемо можливі рішення знаменитого запитання Енріко Фермі «Де всі?» Сьогодні ми досліджуємо можливість того, що ми не чули про інопланетян, тому що розумне життя виживає лише так довго.
У 1950 році італо-американський фізик Енріко Фермі сів обідати з деякими зі своїх колег у Лос-Аламосська національна лабораторія , де він працював п'ять років тому в рамках Манхеттенського проекту. За різними даними, розмова йшла про інопланетян і нещодавній хвилі НЛО. На це Фермі виступив із заявою, яка увійде в аннали історії: «Де всі?'
Це стало основою Парадокс Фермі , що стосується невідповідності між оцінками високої ймовірності існування позаземного розуму (ETI) і очевидною відсутністю доказів. З часів Фермі було запропоновано кілька рішень його питання, які включають можливість того, що цивілізації мають лише «Коротке вікно», за допомогою якого можна спілкуватися з космосом перед вимиранням.
Загалом, пропозиції, які підпадають під цей заголовок, визнають, що, хоча Всесвіт насправді кишить життям, час і простір накладають значні обмеження, які дуже ускладнюють спілкування розумних видів один з одним. Коротше кажучи, відстань між цивілізаціями може означати, що до того часу, коли цивілізація просунеться до точки, коли вона зможе транслювати сигнал у космос, вона зникне, перш ніж зможе отримати відповідь.
Рівняння Дрейка, математична формула ймовірності виявлення життя або розвинених цивілізацій у Всесвіті. Авторство: Рочестерський університет
Рівняння Дрейка
У 1961 році відоме дослідження SETI Френк Дрейк запропонував рівняння, яке буде називатися його ім’ям, під час конференції в обсерваторії Грінбанк. Замість того, щоб бути офіційною оцінкою кількості ETI в нашій галактиці в будь-який момент часу Рівняння Дрейка був імовірнісним аргументом, призначеним для узагальнення проблем дослідження SETI. Математично це було так:
N = R*x fсx nІx fвx fяx fcх л
- Н– це кількість цивілізацій у нашій галактиці, з якими ми могли б спілкуватися
- Р*– середня швидкість утворення зірок у нашій галактиці
- fсце частка тих зірок, які мають планети
- пІ це кількість планет, які реально можуть підтримувати життя
- fвце кількість планет, на яких буде розвиватися життя
- fя це кількість планет, на яких розвинеться розумне життя
- fcце кількість цивілізацій, які розробляли б технології передачі, і
- THE– це час, протягом якого ці цивілізації мали б передати свої сигнали в космос
Заради короткої гіпотези вікна ключовим параметром єTHE. У цьому випадку його можна визначити як кількість часу, протягом якого можна очікувати існування цивілізації, перш ніж піддатися події на рівні вимирання. Це може мати форму стихійного лиха (удар астероїда) або мати форму самознищення (ядерна чи біологічна війна). На прикладі людства всі ці екзистенційні загрози виглядають як ймовірні можливості.
Тоді як у класичному рівнянні Дрейка,THEвизначається як відрізок часу, протягом якого цивілізація має розробити необхідні технології (наприклад, радіозв'язок) і передати сигнал, гіпотеза «Короткое вікно» також враховує час, необхідний для отримання відповіді. Скільки часу може розраховувати на існування сучасна цивілізація, перш ніж катастрофічна доля її винесе? Чи може це бути причиною «Великої тиші»?
Увійдіть у Великий фільтр
У 1996 році Робін Хенсон – філософ, науковий співробітник Оксфордського університету Інститут майбутнього людства (FHI) – опублікував есе під назвою « Великий фільтр – ми майже пройшли його? Тут Хенсон припустив, що в нашому Всесвіті має бути щось, що перешкоджає неорганічній матерії об’єднатися, щоб створити просте життя і в кінцевому підсумку породити розумні види.
Цей «фільтр», стверджував Хенсон, повинен лежати десь між точкою, коли життя виникає на планеті (абіогенез), і точкою, коли воно може стати міжпланетною або міжзоряною цивілізацією. Виходячи з того, як життя виникло на Землі та розвивалося протягом мільярдів років, Хенсон створив хронологію з дев’яти кроків. Серед них:
- Придатна для життя зоряна система (органіка та планети, придатні для життя)
- Репродуктивні молекули (наприклад, РНК)
- Одноклітинне життя прокаріотів
- Одноклітинне життя еукаріотів
- Статеве розмноження
- Багатоклітинне життя
- Тварини, які вміють користуватися інструментами
- Індустріальна цивілізація
- Широкомасштабна колонізація
Відповідно до гіпотези Хансона, принаймні один із цих кроків має бути статистично малоймовірним. Або життя має важкий час, коли воно виникає з неорганічних матеріалів на ранньому етапі, або ймовірність катастрофічної невдачі зростає, оскільки вид стає все більш і більш розвиненим. Для цілей гіпотези короткого вікна передбачається, що цей фільтр існує між кроками 8 і 9, що відображає поточний рівень розвитку людства.
Радіоантени ALMA на плато Чайнантор в Чилі, понад 16 000 футів (5000 метрів) над рівнем моря. Авторство: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Garnier (ALMA)
Походження
Один з найперших прикладів цієї гіпотези походить від німецького астрофізика і радіоастронома. Себастьян фон Хернер , колега Френка Дрейка, який брав участь у Проект Озма – перший коли-небудь змонтований проект SETI. У 1961 році він написав роботу під назвою « Пошук сигналів від інших цивілізацій », де він стверджував, що відстань між цивілізаціями може пояснити те, чому ми нічого не чули.
Підводячи підсумок, він стверджував, що екзистенційне вікно технологічно розвиненої цивілізації (THE) може бути занадто коротким порівняно з часом, необхідним для встановлення контакту з іншим розумним видом. Як він писав:
«Ми не повинні недооцінювати силу двох критичних факторів, які можуть припинити життя цивілізації після досягнення технічного стану. Наука і техніка були висунуті вперед (не повністю, але в значній мірі) боротьбою за першість і прагненням до легкого життя. Обидві ці рушійні сили мають тенденцію до руйнування, якщо їх вчасно не контролювати: перша веде до повного руйнування, а друга — до біологічної або психічної дегенерації. Підсумовуючи, ми припускаємо, що стан душі, не надто відмінний від нашого, сформувався в багатьох місцях, але матиме лише обмежену тривалість життя».
Для цілей свого дослідження фон Хернер підрахував, що середня тривалість життя цивілізації становитиме 6500 років, а середня відстань між цивілізаціями Чумацького Шляху – 1000 світлових років. Хоча вони були цілком спекулятивними, вони забезпечували основу для оцінки того, як довго цивілізація могла б жити та спілкуватися.
Беручи до уваги, коли фон Хернер писав дослідження – у розпал холодної війни, коли ядерне знищення було постійною загрозою – тема технологічного прогресу та самознищення, безумовно, була правдоподібною. Проте протягом багатьох років було запропоновано кілька варіантів у відповідь на зростання усвідомлення нових екзистенційних загроз. Здебільшого вони зосереджені на перенаселенні та руйнуванні навколишнього середовища.
Уроки антропоцену
Як зазвичай, спроби розв’язати парадокс Фермі викликають невід’ємні припущення парадоксу та самого запропонованого рішення. Чи є це Гіпотеза Харта-Тіплера (який передбачає, що людство має бути єдиною розвиненою цивілізацією в галактиці), або що цивілізації неминуче знищаться самі, існує спільне припущення, що розвинена цивілізація буде піддаватися експоненційному росту.
На противагу цьому, різні дослідники запропонували сценарії, коли ETI не могли підтримувати цю передбачувану модель зростання, таким чином пояснюючи, чому жодному не вдалося колонізувати всю галактику (або навіть великі її частини). У 2009 році Джейкоб Д. Хакк-Місра з Blue Marble Space Institute of Science і Сет Д. Баум з Інститут глобального катастрофічного ризику аргументував це саме те у дослідженні під назвою « Рішення для сталого розвитку парадоксу Фермі '.
По суті, вони наважилися, що «відсутність спостереження ETI можна пояснити можливістю того, що експоненційне чи інше швидше зростання не є моделлю сталого розвитку для розумних цивілізацій». Використовуючи уроки історії людства, Хакк-Місра і Баум показали, як експоненційне зростання було загальною рисою людських цивілізацій, часто на шкоду.
Це призвело до того, що багато геологи називають «антропоценом», епохою, коли людство є найбільшим визначальним фактором зміни клімату через вплив, який воно має на планету. У застосуванні до екзоцивілізацій ця сама тенденція може пояснити, чому ми не чуємо від інопланетян. Як вони заявили:
«Парадокс Фермі, зрештою, стосується просторового розширення цивілізацій, але просторове розширення тісно пов’язане зі збільшенням населення, впливом на навколишнє середовище та споживанням ресурсів. Наприклад, міграція часто зумовлена нестачею ресурсів, що, у свою чергу, може бути наслідком великого населення та/або погіршення стану навколишнього середовища. Так само міграція в безлюдні регіони може призвести до надлишку ресурсів, що, у свою чергу, може спричинити зростання населення. Нарешті, широка експансіоністська політика може призвести до розширення кожного з просторів, населення, впливу на навколишнє середовище та споживання ресурсів.
Інший приклад походить із книги 2018 року під назвою Світло зірок: Чужі світи і доля Землі , астрофізиком професором Адамом Франком. Ця робота також спиралася на дослідження 2018 року під назвою « Узагальнений антропоцен: еволюція екзоцивілізацій та їх планетарний зворотний зв’язок », яку він провів з колегами з Рочестерського університету, Вашингтонського університету та Інститут біогеохімії Макса Планка .
В обох випадках Френк стверджував, що антропоцен може запропонувати розв’язання парадоксу Фермі і що долі екзоцивілізацій можуть бути пов’язані з долею людства. Як і ми, динамічні стосунки ETI з їхньою планетою, ймовірно, створюють зворотний зв’язок у їхніх екологічних системах. Цитуючи рівняння Дрейка, Френк наголосив на наступному :
«Земля не унікальна. Навіть якщо, наприклад, Пcбули лише 10-19, кількість технологічних цивілізацій, подібних до нашої, в історії видимого Всесвіту все ще буде достатньо великою (Н.c~1000) для існування статистично значущих середніх властивостей екзоцивілізацій. Ці середні властивості включають середню тривалість життя технологічної цивілізації. Ми зазначаємо, що це є останнім фактором у рівнянні Дрейка і, отже, має довгу історію в дискусіях щодо екзоцивілізацій. Його важливість для питань стійкості є простою».
Коротше кажучи, проблема стійкості є можливим контраргументом до дуже поширеного припущення, зробленого дослідниками, які займаються парадоксом Фермі. Інші дослідження зосереджували увагу на можливості того, що саме вікно може бути функцією відстані, і що цивілізації, які посилають сигнали у Всесвіт, навряд чи проживуть достатньо довго, щоб почути відповідь на свої сигнали.
Цей аргумент був висунутий Клаудіо Грімальді та групою вчених, включаючи доктора Френка Дрейка, у дослідженні 2018 року під назвою « Зона охоплення розширення E.T. Сигнали в галактиці: SETI та Drake’s N ». У ньому команда зробила два ключових припущення щодо рівняння Дрейка: перше, що ETI з’являються в нашій галактиці (Н) з постійною швидкістю; по-друге, вони зможуть надсилати передачі лише на певний період часу, перш ніж вони зникнуть (THE).
Довго після того, як ці цивілізації загинуть, ці трансляції будуть продовжувати подорожувати назовні зі швидкістю світла (в). Передачі утворили б кільце (хвильовий фронт у формі пончика), всередині якого можна було б виявити радіосигнали. Товщина стінок кожного кільця (вимірюється в світлових роках) відповідатиме тому, скільки років цивілізація була здатна транслювати радіосигнали в космос, перш ніж затихла.
Після моделювання того, як будуть рухатися ці радіофронти, дослідники виявили, що виникли два випадки на основі того, чи радіаційні оболонки (1) тонші або (2) товщі за розміри Чумацького Шляху (~100 000 світлових років у діаметрі). Це відповідало передбачуваному часу життя технологічно розвинених цивілізацій (THE), який може бути меншим або більшим за час, необхідний світлу, щоб перетнути всю нашу галактику, тобто ~100 000 років.
Схема Чумацького Шляху, що показує шість позаземних передач, що утворюють сферичні оболонки, заповнені радіосигналами. Авторство: Клаудіо Грімальді/EPFL
У першому випадку кожна стінка кільця була б меншою за розмір нашої галактики і заповнювала б лише її частину, зменшуючи ймовірність виявлення SETI. Але в залежності від того, як часто виникають цивілізації, вони виявили, ці кільця можуть наповнювати нашу галактику сигналами і навіть перекриватися. У другому випадку кільце буде товщі розміру нашої галактики, але виявлення залежатиме від кількості цивілізацій, які транслюють.
Зрештою, Грімальді, Дрейк та їхні колеги виявили, що кількість радіосигналів, які досягають Землі, буде приблизно однаковою в обох випадках. Однак, якщо припустити, що цивілізації живуть менше ~100 000 років (THE), вони визначили, що «передачі, які надходять на Землю, можуть надходити від далеких цивілізацій, давно вимерлих, у той час як цивілізації, які ще живі, посилають сигнали, які ще не надійшли».
Іншими словами, до того моменту, коли людство отримає повідомлення від розвиненої цивілізації, воно вже буде мертве. Це має прямі наслідки для людства, оскільки означає, що до того часу, коли розумна цивілізація почує Повідомлення Аресібо або будь-який інший Повідомлення позаземного розуму (METI), ми будемо давно мертві.
Критика
Звичайно, різні теорії, які підпадають під цю загальну рубрику, можна легко критикувати за кількість припущень, які вони роблять. Використання людства як шаблону дає багато їжі для роздумів і дозволяє створювати цікаві теорії щодо розвитку передових ETI. На жаль, жодна з цих теорій не підлягає перевірці чи фальсифікації.
«Радіокольоровий» вид неба над радіотелескопом Murchison Widefield Array, частиною Міжнародного центру радіоастрономічних досліджень (ICRAC). Авторство: Радіо-зображення Наташі Херлі-Вокер (ICRAR/Curtin) та команди GLEAM. Плитка та ландшафт MWA Авторство: ICRAR/Dr John Goldsmith/Celestial Visions
Простіше кажучи, ми поняття не маємо, як довго може жити розвинена цивілізація. За винятком прикладів цивілізацій, які виникли та вимерли, неможливо створити змістовну структуру. На сьогоднішній день людство є єдиною розвиненою цивілізацією, яку ми знаємо, і ми навіть не знаємо, як довго ми будемо існувати, перш ніж екзистенційна загроза – чи то ядерна війна, зміна клімату чи стихійне лихо – забере нас.
Інша проблема випливає з ідеї, що розвинені цивілізації існують за межами Землі, але нам надто рано чути про них. Карл Саган і Вільям Ньюман аргументували це у своєму дослідженні 1981 року: « Галактичні цивілізації: динаміка населення та міжзоряна дифузія ». Однак цей аргумент піддався критикі з боку критиків, які підкреслюють, що він суперечить космологічному принципу (він же принцип Коперника).
У відповідь астрофізик і дослідник NASA Девід Брін підкреслив, що нерозумно вважати, що розвиток людства відбувся в особливий момент часу, тобто коли наша галактика переходить від дуже малого числа розвинених цивілізацій (або лише однієї) до кількох. Враховуючи довговічність нашої галактики, набагато імовірніше, що те, що ми відчуваємо, є типовим станом.
І все-таки, що стосується потенційних рішень, ця теорія має певний ступінь простоти та правдоподібності, що узгоджується з Бритва Оккама . Більше того, ідея про те, що нинішні проблеми людства є типовими для розумних видів, відповідає принципу Коперника. Розміщуючи «фільтр» між кроками 8 і 9, це вказує на те, що здатність життя зростати в геометричній прогресії та стати найбільшим фактором, що впливає на їхнє середовище, обмежує їхнє довголіття.
Обсерваторія Аресібо в Пуерто-Ріко, місце, звідки було надіслано знамените повідомлення Аресібо. Авторство: NAIC/NSF
Ця логіка також допомагає зосередити найбільший виклик людства – як жити стабільно або зіткнутися з колапсом – більш чітко. Якщо ми сподіваємося прожити достатньо довго, щоб чути від інших цивілізацій, нам потрібно переконатися, що ми не живемо на позичений час!
Ми написали багато цікавих статей про парадокс Фермі, рівняння Дрейка та пошук позаземного інтелекту (SETI) тут, у Universe Today.
Ось Де всі прибульці? Парадокс Фермі , Де прибульці? Як «Великий фільтр» може вплинути на технічний прогрес у космосі , Чому знайти інопланетне життя було б погано. Великий фільтр , Де всі інопланетні роботи? , Як ми можемо знайти інопланетян? Пошук позаземного розуму (SETI) , і Фрейзер і Джон Майкл Годьє обговорюють парадокс Фермі .
Хочете підрахувати кількість інопланетних видів у нашій галактиці? Перейдіть до Калькулятор інопланетної цивілізації !
І обов’язково перегляньте решту нашої серії поза парадоксом Фермі:
- Поза «парадоксом Фермі» I: обідня розмова – Енріко Фермі та позаземний розум
- За межами «Парадоксу Фермі» II: ставить під сумнів гіпотезу Харта-Тіплера
- За межами «Парадоксу Фермі» III: що таке великий фільтр?
- За межами «парадоксу Фермі» IV: що таке гіпотеза рідкоземельних елементів?
- За межами «парадоксу Фермі» V: що таке гіпотеза естівації?
- За межами «парадоксу Фермі» VI: що таке гіпотеза берсерка?
- За межами «парадоксу Фермі» VII: що таке гіпотеза планетарію?
- За межами «парадоксу Фермі» VIII: що таке гіпотеза зоопарку?
- За межами «парадоксу Фермі» X: що таке гіпотеза первістка?
- За межами «парадоксу Фермі» XI: що таке гіпотеза трансценції?
- За межами «парадоксу Фермі» XII: що таке гіпотеза водних світів?
- За межами «парадоксу Фермі» XIII: що таке гіпотеза «світів океану»?
- За межами «парадоксу Фермі» XIV: що таке гіпотеза полярного сяйва?
- За межами «парадоксу Фермі» XV: що таке гіпотеза теорії перколяції?
- За межами «парадоксу Фермі» XVI: що таке гіпотеза «темного лісу»?
У Astronomy Cast є кілька цікавих епізодів на цю тему. Ось Епізод 24: Парадокс Фермі: де всі прибульці? , Епізод 110: Пошуки позаземного розуму , Епізод 168: Енріко Фермі , Епізод 273: Рішення парадоксу Фермі .
Джерела:
- фон Хернер, С. «Пошук сигналів від інших цивілізацій», Наука, вип. 134, № 3493 (1961)
- Ньюман В. І. та Саган К. «Галактичні цивілізації: динаміка населення та міжзоряна дифузія» Ікар, Во. 46, № 3 (1981)
- Брін, Г. Д. «Велике мовчання – суперечка щодо позаземного розумного життя», том. 24, № 3 (1983)
- Хакк-Місра, Дж.Д. та Баум С.Д. «Рішення стійкого розвитку парадоксу Фермі». Журнал Британського міжпланетного суспільства, Vol. 62, № 2 (2009)
- Франк, А (та ін.) «Узагальнений антропоцен: еволюція екзоцивілізацій та їхній планетарний зворотний зв’язок». Астробіологія, вип. 18, №5 (2018)
- Грімальді К., Дрейк Ф. (та ін.) Сигнали в галактиці: SETI і N Drake’s. Публікації Тихоокеанського астрономічного товариства Vol. 130, No 987 (2018)