Blog

Za „Fermiho paradoxem“ IX: Co je hypotéza krátkého okna?

Vítejte zpět u nás série Fermi Paradox , kde se podíváme na možná řešení slavné otázky Enrica Fermiho „Kde jsou všichni?“ Dnes zkoumáme možnost, že jsme o mimozemšťanech neslyšeli, protože inteligentní život přežívá jen tak dlouho.

V roce 1950 italsko-americký fyzik Enrico Fermi usedl k obědu s některými ze svých kolegů Národní laboratoř Los Alamos , kde před pěti lety pracoval v rámci projektu Manhattan. Podle různých zpráv se rozhovor stočil k mimozemšťanům a nedávnému záplavě UFO. Fermi k tomu vydal prohlášení, které se zapíše do dějin: „Kde jsou všichni?'

To se stalo základem Fermiho paradox , který odkazuje na nepoměr mezi odhady vysoké pravděpodobnosti existence mimozemské inteligence (ETI) a zjevným nedostatkem důkazů. Od dob Fermiho bylo navrženo několik řešení jeho otázky, která zahrnují možnost, že civilizace mají pouze „Stručné okno“, pomocí kterého komunikovat s vesmírem před vyhynutím.

Obecně platí, že návrhy, které spadají pod tuto hlavičku, uznávají, že i když se vesmír může ve skutečnosti hemžit životem, čas a prostor ukládají významná omezení, která inteligentním druhům velmi ztěžují vzájemnou komunikaci. Stručně řečeno, vzdálenost mezi civilizacemi by mohla znamenat, že v době, kdy civilizace pokročila do bodu, kdy může vysílat signál do vesmíru, vyhyne dříve, než dostane odpověď.



Drakeova rovnice, matematický vzorec pro pravděpodobnost nalezení života nebo vyspělých civilizací ve vesmíru. Kredit: University of Rochester

Drakeova rovnice

V roce 1961 slavný výzkum SETI Frank Drake navrhl rovnici, která ponese jeho jméno na konferenci na Greenbank Observatory. Namísto toho, aby šlo o oficiální odhad počtu ETI v naší galaxii v daném okamžiku, Drakeova rovnice byl pravděpodobnostní argument, který měl shrnout výzvy výzkumu SETI. Matematicky to dopadlo takto:



N = R*x fpx nAx fax fix fCx L
  • Nje počet civilizací v naší galaxii, se kterými bychom mohli komunikovat
  • R*je průměrná rychlost tvorby hvězd v naší galaxii
  • Fpje zlomek těch hvězd, které mají planety
  • nA je počet planet, které mohou skutečně podporovat život
  • Faje počet planet, na kterých se vyvine život
  • Fi je počet planet, na kterých se vyvine inteligentní život
  • fcje počet civilizací, které by vyvinuly přenosové technologie, a
  • THEje doba, po kterou by tyto civilizace musely vysílat své signály do vesmíru

Pro účely hypotézy Brief Window je klíčovým parametremTHE. V tomto případě ji lze definovat jako dobu, po kterou lze očekávat existenci civilizace, než podlehne události na úrovni vyhynutí. To může mít podobu přírodní katastrofy (náraz asteroidu) nebo přijít ve formě sebezničení (jaderná nebo biologická válka). Na příkladu lidstva se všechny tyto existenční hrozby jeví jako pravděpodobné možnosti.

Zatímco v klasické Drakeově rovnici,THEje definována jako doba, po kterou musí civilizace vyvinout nezbytnou technologii (např. rádiovou komunikaci) a vyslat signál, hypotéza Brief Window také uvažuje o době, kterou by trvalo získání odpovědi. Jak dlouho může moderní civilizace očekávat existenci, než si ji vyžádá kataklyzmatický osud? Mohl by to být důvod „velkého ticha“?

Vstupte do Velkého filtru

V roce 1996 Robin Hanson – filozof a vědecký pracovník na Oxfordské univerzitě Future of Humanity Institute (FHI) – publikoval esej s názvem „ Velký filtr – už ho máme skoro za sebou? “ Zde Hanson navrhl, že v našem vesmíru musí být něco, co brání anorganické hmotě, aby se spojila a vytvořila jednoduchý život a nakonec dala vzniknout inteligentním druhům.

Tento „filtr“, tvrdil Hanson, musí ležet někde mezi bodem, kde se na planetě objevuje život (abiogeneze), a bodem, kde se může stát meziplanetární nebo mezihvězdnou civilizací. Na základě toho, jak se život na Zemi objevil a vyvíjel v průběhu miliard let, vytvořil Hanson devítikrokovou časovou osu. Patří mezi ně:



  1. Obyvatelný hvězdný systém (organické látky a obyvatelné planety)
  2. Reprodukční molekuly (např. RNA)
  3. Prokaryotický jednobuněčný život
  4. Eukaryotický jednobuněčný život
  5. Pohlavní rozmnožování
  6. Vícebuněčný život
  7. Zvířata schopná používat nástroje
  8. Průmyslová civilizace
  9. Široká kolonizace

V souladu s Hansonovou hypotézou musí být alespoň jeden z těchto kroků statisticky nepravděpodobný. Buď se život brzy vynoří z anorganických materiálů, nebo se šance na katastrofické selhání zvyšují s tím, jak se druh stává stále vyspělejším. Pro účely hypotézy krátkého okna se předpokládá, že tento filtr existuje mezi krokem 8 a 9 a odráží současnou úroveň rozvoje lidstva.

Rádiové antény ALMA na náhorní plošině Chajnantor v Chile, více než 16 000 stop (5 000 metrů) nad hladinou moře. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Garnier (ALMA)

Původ

Jeden z prvních příkladů této hypotézy pochází od německého astrofyzika a radioastronoma Sebastian von Hoerner , kolega Franka Drakea, který se účastnil Projekt Ozma – první projekt SETI, který kdy byl namontován. V roce 1961 napsal článek s názvem „ Hledání signálů z jiných civilizací “, kde tvrdil, že vzdálenost mezi civilizacemi může být příčinou toho, proč jsme od žádné neslyšeli.

Abych to shrnul, tvrdil, že existenciální okno technologicky vyspělé civilizace (THE) může být příliš krátká vzhledem k době, kterou by trvalo navázání kontaktu s jiným inteligentním druhem. Jak napsal:

„Neměli bychom podceňovat sílu dvou kritických faktorů, které mohou ukončit život civilizace, jakmile je dosaženo technického stavu. Věda a technika byly posouvány kupředu (ne úplně, ale do značné míry) díky boji o nadvládu a touze po snadném životě. Obě tyto hybné síly mají tendenci ničit, pokud nejsou řízeny včas: první vede k úplné destrukci a druhá vede k biologické nebo duševní degeneraci. Stručně řečeno, předpokládáme, že stav mysli, který se příliš neliší od naší vlastní vůle, se vyvinul na mnoha místech, ale bude mít jen omezenou životnost.“

Pro účely své studie von Hoerner odhadl, že průměrná délka života civilizace bude 6500 let a že průměrná vzdálenost mezi civilizacemi v Mléčné dráze bude 1000 světelných let. I když to byly zcela spekulativní, poskytovaly rámec pro odhady toho, jak dlouho by mohla civilizace žít a komunikovat.

Vzhledem k tomu, kdy von Hoerner studii psal – v době vrcholící studené války, kdy jaderné zničení bylo neustálou hrozbou – bylo téma technologického pokroku a sebezničení jistě přijatelné. V průběhu let však bylo navrženo několik variant v reakci na rostoucí povědomí o nových existenčních hrozbách. Většinou se to soustředilo kolem přelidnění a ničení životního prostředí.

Poučení z antropocénu

Pokusy o vyřešení Fermiho paradoxu jako obvykle vyvolávají inherentní předpoklady v paradoxu a navrhovaném řešení samotném. Ať už se jedná o Hart-Tiplerova domněnka (který předpokládá, že lidstvo musí být jedinou vyspělou civilizací v galaxii), nebo že se civilizace nevyhnutelně zničí, existuje sdílený předpoklad, že vyspělá civilizace bude podléhat exponenciálnímu růstu.

Na rozdíl od toho různí výzkumníci nabídli scénáře, kdy ETI nebyly schopny udržet tento předpokládaný model růstu, čímž vysvětlili, proč se žádnému nepodařilo kolonizovat celou galaxii (nebo dokonce její velké části). V roce 2009 Jacob D. Haqq-Misra z Blue Marble Space Institute of Science a Seth D. Baum ze skupiny Global Catastrophic Risk Institute argumentoval právě tímto bodem ve studii s názvem „ Řešení Fermiho paradoxu udržitelnosti .'

V podstatě se odvážili, že „[ne]přítomnost pozorování ETI lze vysvětlit možností, že exponenciální nebo jiný rychlejší růst není vzorem udržitelného rozvoje pro inteligentní civilizace. Haqq-Misra a Baum pomocí poučení z lidské historie ukázali, jak je exponenciální růst běžným rysem lidských civilizací, často k jejich škodě.

To vyvrcholilo tím, co mnozí geologové nazývají „antropocénem“, epochou, kde je lidstvo jediným největším určujícím faktorem pro změnu klimatu kvůli dopadu, který má na planetu. Když se aplikuje na exo-civilizace, stejná tendence by mohla vysvětlit, proč neslyšíme o mimozemšťanech. Jak uvedli:

„Fermiho paradox se v konečném důsledku týká prostorové expanze civilizací, ale prostorová expanze je úzce spojena s expanzí populace, dopadem na životní prostředí a spotřebou zdrojů. Migrace je například často způsobena nedostatkem zdrojů, který může být důsledkem velkého počtu obyvatel a/nebo zhoršování životního prostředí. Stejně tak migrace do neobydlených regionů může vést k přebytkům zdrojů, které mohou zase pohánět růst populace. A konečně, široce expanzivní politika může způsobit expanzi v každém prostoru, populaci, dopadu na životní prostředí a spotřebě zdrojů.

Další příklad pochází z knihy z roku 2018 s názvem Světlo hvězd: Mimozemské světy a osud Země , astrofyzikem prof. Adamem Frankem. Tato práce také čerpala ze studie z roku 2018 s názvem „ Zobecněný antropocén: Evoluce exo-civilizací a jejich planetární zpětná vazba “, kterou vedl s kolegy z University of Rochester, University of Washington a Institut Maxe Plancka pro biogeochemii .

V obou Frank tvrdil, že antropocén může nabídnout řešení Fermiho paradoxu a že osudy exo-civilizací mohou být spojeny s osudy lidstva. Stejně jako my, dynamický vztah, který mají ETI se svou planetou, pravděpodobně vytváří zpětnou vazbu v rámci jejích environmentálních systémů. Cituji Drakeovu rovnici, Frank zdůraznil následující :

„Země není jedinečná. I když např. PCbylo jen 10-19,počet technologických civilizací, jako je ta naše, v celé historii viditelného vesmíru by byl stále dostatečně velký (NC~1000), aby existovaly statisticky významné průměrné vlastnosti exo-civilizací. Tyto průměrné vlastnosti zahrnují průměrnou životnost technologické civilizace. Všimli jsme si, že představuje poslední faktor v Drakeově rovnici, a proto má dlouhou historii v debatě o exo-civilizacích. Jeho význam pro otázky udržitelnosti je přímočarý.“

Stručně řečeno, problém udržitelnosti představuje možný protiargument k velmi běžnému předpokladu, který učinili výzkumníci zabývající se Fermiho paradoxem. Jiný výzkum se zaměřil na možnost, že samotné okno může být funkcí vzdálenosti a že civilizace, které vysílají signály do vesmíru, pravděpodobně nebudou žít dostatečně dlouho, aby slyšely odpověď na jejich signály.

Tento argument uvedl Claudio Grimaldi a tým vědců – včetně Dr. Franka Drakea – ve studii z roku 2018 s názvem „ Oblast pokrytí rozšiřující se E.T. Signály v Galaxii: SETI a Drake's N .“ V něm tým učinil dva klíčové předpoklady o Drakeově rovnici: jeden, že ETI se objevují v naší galaxii (N) konstantní rychlostí; za druhé, že budou moci posílat přenosy pouze po určitou dobu, než vyhynou (THE).

Dlouho poté, co tyto civilizace vymřely, budou tato vysílání dále cestovat směrem ven rychlostí světla (C). Vysílání by tvořilo prstenec (vlnoplochu ve tvaru koblihy), ve kterém by byly detekovatelné rádiové signály. Tloušťka stěn každého prstence (měřená ve světelných letech) bude odpovídat tomu, kolik let byla civilizace schopna vysílat rádiové signály do vesmíru, než utichla.

Po modelování toho, jak by se tyto rádiové fronty pohybovaly, vědci zjistili, že se objevily dva případy založené na tom, zda jsou radiační slupky (1) tenčí nebo (2) tlustší než velikost Mléčné dráhy (~100 000 světelných let v průměru). To odpovídalo předpokládané době života technologicky vyspělých civilizací (THE), což by mohlo být kratší nebo delší než doba, kterou světlo potřebuje k protnutí celé naší galaxie – tedy ~100 000 let.

img/blog/15/beyond-fermi-s-paradox-ix-3.jpg

Schéma Mléčné dráhy zobrazující šest mimozemských přenosů tvořících kulové skořápky vyplněné rádiovými signály. Kredit: Claudio Grimaldi/EPFL

V prvním případě by byla každá stěna prstence menší než velikost naší galaxie a vyplnila by pouze její zlomek, čímž by se snížila šance na detekci SETI. Ale v závislosti na tom, jak často se civilizace objevují, jak zjistili, mohou tyto prstence naplnit naši galaxii signály a dokonce se překrývat. V druhém případě by prstenec byl tlustší než velikost naší galaxie, ale detekce by závisela na počtu vysílajících civilizací.

Nakonec Grimaldi, Drake a jejich kolegové zjistili, že počet rádiových signálů dopadajících na Zemi bude v obou případech přibližně stejný. Nicméně za předpokladu, že civilizace žijí méně než ~100 000 let (THE), zjistili, že „přenosy přicházející na Zemi mohou pocházet ze vzdálených civilizací dávno zaniklých, zatímco civilizace stále živé vysílají signály, které teprve dorazí“.

Jinými slovy, než lidstvo obdrží zprávu od vyspělé civilizace, bylo by již mrtvé. To má přímé důsledky pro lidstvo, protože to znamená, že v době, kdy to inteligentní civilizace slyší Zpráva z Areciba nebo jakýkoli jiný Zprávy mimozemské inteligence (METI) signál, budeme dávno mrtví.

Kritika

Přirozeně, že různé teorie, které spadají pod tento obecný nadpis, mohou být snadno kritizovány pro množství předpokladů, které vytvářejí. Použití lidstva jako šablony poskytuje mnoho podnětů k zamyšlení a umožňuje vytvářet zajímavé teorie o vývoji pokročilých ETI. Bohužel žádná z těchto teorií není testovatelná ani falzifikovatelná.

„Rádiobarevný“ pohled na oblohu nad radioteleskopem Murchison Widefield Array, který je součástí Mezinárodního centra pro výzkum radioastronomie (ICRAC). Poděkování: Rádiový snímek od Natasha Hurley-Walker (ICRAR/Curtin) a týmu GLEAM. Dlaždice a krajina MWA Uznání: ICRAR/Dr John Goldsmith/Celestial Visions

Jednoduše řečeno, netušíme, jak dlouho lze očekávat, že vyspělá civilizace bude žít. Krátce s příklady civilizací, které vznikly a zanikly, není možné vytvořit smysluplný rámec. V současné době je lidstvo jedinou vyspělou civilizací, o které víme, a ani nevíme, jak dlouho budeme ještě existovat, než si nás vyžádá existenční hrozba – ať už je to jaderná válka, změna klimatu nebo přírodní katastrofa.

Další problém vyvstává z myšlenky, že vyspělé civilizace existují mimo Zemi, ale je příliš brzy na to, abychom o nich slyšeli. Carl Sagan a William Newman argumentovali tímto bodem ve své studii z roku 1981: „ Galaktické civilizace: Populační dynamika a mezihvězdná difúze .“ Tento argument se však dostal pod palbu kritiků, kteří zdůrazňují, že je v rozporu s kosmologickým principem (aka. Kopernickým principem).

V reakci na to astrofyzik a výzkumník NASA David Brin zdůraznil, že je pošetilé uvažovat o tom, že vývoj lidstva nastal ve zvláštním časovém okamžiku – tj. když naše galaxie přechází z velmi malého počtu vyspělých civilizací (nebo jen jedné) na několik. Vzhledem k dlouhověkosti naší galaxie je mnohem pravděpodobnější, že to, co zažíváme, je typický stav.

Přesto, jak jdou potenciální řešení, tato teorie má určitý stupeň jednoduchosti a věrohodnosti, který je v souladu Ockhamova břitva . A co víc, myšlenka, že současné problémy lidstva jsou typické pro inteligentní druhy, splňuje Koperníkův princip. Umístěním „filtru“ mezi kroky 8 a 9 naznačuje, že schopnost života exponenciálně růst a stát se jedním z největších faktorů ovlivňujících jejich prostředí omezuje jejich životnost.

Observatoř Arecibo v Portoriku, místo, odkud byla odeslána slavná zpráva Arecibo. Kredit: NAIC/NSF

Tato logika také pomáhá zaměřit se na největší výzvu lidstva – jak žít udržitelně nebo čelit kolapsu –. Pokud doufáme, že budeme žít dostatečně dlouho, abychom slyšeli od jiných civilizací, musíme se ujistit, že nežijeme na vypůjčený čas!

Napsali jsme mnoho zajímavých článků o Fermiho paradoxu, Drakeově rovnici a hledání mimozemské inteligence (SETI) zde na Universe Today.

Zde je Kde jsou všichni mimozemšťané? Fermiho paradox , Kde jsou mimozemšťané? Jak může „velký filtr“ ovlivnit technický pokrok ve vesmíru , Proč by hledání mimozemského života bylo špatné Velký filtr , Kde jsou všichni mimozemští roboti? , Jak bychom mohli najít mimozemšťany? Hledání mimozemské inteligence (SETI) , a Fraser a John Michael Godier debatují o Fermiho paradoxu .

Chcete vypočítat počet mimozemských druhů v naší galaxii? Zamiřte k Kalkulačka mimozemské civilizace !

A nezapomeňte se podívat na zbytek naší série Beyond Fermi’s Paradox:

Astronomy Cast má na toto téma několik zajímavých epizod. Zde je Epizoda 24: The Fermi Paradox: Where Are All the Aliens? , Episode 110: The Search for Extraterrestrial Intelligence , Epizoda 168: Enrico Fermi , Epizoda 273: Řešení Fermiho paradoxu .

Prameny: