Vítejte zpět u nás série Fermi Paradox , kde se podíváme na možná řešení slavné otázky Enrica Fermiho „Kde jsou všichni?“ Dnes zkoumáme možnost, že důvodem velkého ticha je to, že jsme „brzy na párty“!
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, včetněPrvorozená hypotézakterý říká, že lidstvo by mohlo být prvním inteligentním životem, který se objevil v naší galaxii.
Prvorozená hypotéza je v některých ohledech podobná Hart-Tiplerova domněnka a další myšlenkové směry, které připisují „Velké ticho“ skutečnosti, že lidstvo je jediným vyspělým druhem ve známém vesmíru. Avšak spíše než předpokládat, že inteligentní život (nebo život obecně) neexistuje, Hypotéza prvorozených zdůrazňuje, že komplexní život (ve všech jeho podobách) byl až donedávna vzácný.
Časová osa velkého třesku a expanze vesmíru. Kredit: NASA
Dlouhý běh
Jedním z hlavních předpokladů Fermiho paradoxu je, že život měl nespočet šancí, aby se v našem vesmíru objevil. Na jedné straně je množství prostoru jen v naší galaxii, která měří asi 200 000 světelných let v průměru, obsahuje 100 až 400 miliard hvězd a má odhadovaný 60 miliard planet obíhající v obytné zóně své hvězdy (HZ), 6 miliard z nichž jsou „podobné Zemi“.
Ale pak je tu další velmi důležitý rozměr, kterým je čas. Vesmír byl odhadován na 13,8 miliard let, první galaxie existovaly před 13 miliardami let a planety se začaly formovat krátce poté. Vzhledem k tomu, že naše Sluneční soustava existuje teprve posledních 4,6 miliardy let, člověk by si myslel, že život ve vesmíru má oproti pozemským formám života docela velký náskok.
Ale co když ne? Co když v současnosti žijeme v kosmologickém okně, kde je možný vznik života, a v předchozích epochách byly podmínky pro život příliš drsné? Argumenty této povahy byly učiněny mnoha výzkumníky, kteří se pokoušeli vyřešit Fermiho paradox. V každém případě začali s hypotézou, že mimozemský život neměl dost času, aby nás dohonil, natož aby nás předběhl.
Antropický princip
Klíčovým konceptem, který uvádí tuto hypotézu, je antropický princip, který je v podstatě opakem kosmologického principu (aka. Koperníkův princip nebo „princip průměrnosti“). Zatímco druhý předpokládá, že život je typický pro vesmír, což znamená, že lidstvo není v jedinečném a zvláštním postavení, Antropický princip říká, že pozorování vesmíru jsou zcela závislá na jeho zákonech, které vedou k životu.
Samotná fráze byla vytvořena teoretickým astrofyzikem Brandonem Carterem, který tuto myšlenku představil v roce 1973 na sympoziu v polském Krakově na počest 500. narozenin Koperníka. Zde formuloval princip v reakci na Koperníkův princip, když řekl: „Ačkoli naše situace není nutněcentrálníje do určité míry nevyhnutelně privilegovaná.“
Konkrétně Carter zpochybnil způsob, jakým byl Koperníkův princip používán k ospravedlnění myšlenky, že všechny velké regiony ve vesmíru (v obou prostorechačas) byly statisticky identické. Tato myšlenka byla ústřední pro hypotézu ustáleného stavu, která byla nedávno odhalena objevem záření kosmického mikrovlnného pozadí (CMB). Stejně jako později David Brin Popište to v kontextu Fermiho debaty:
„Filozofickým protikladem k principu průměrnosti je „Antropický princip“, který navrhuje, že i ve velkém a rozmanitém Vesmíru je možné, aby pozorovatel byl svědkem zvláštního místa a času, zvláště je-li zvláštní atribut vyžadován pro na prvním místě musí být pozorovatel... Zastánci jedinečnosti nevidí nic špatného na návrhu, že inteligentní život, který vidíme na Zemi, je vzácný.“
Tento princip je ústředním bodem argumentů, které tvrdí, že lidstvo je ve vesmíru samo (nebo je prvním inteligentním druhem, který se objevil v Mléčné dráze). V zásadě předpokládá, že vesmír existuje ve stavu nerovnováhy, kdy se věci změnily z nepřátelských na příznivé pro život. Lidstvo je tedy naživu během přechodné fáze ve vesmíru, po které bude následovat vznik mnoha inteligentních druhů.
Původ
I když je obtížné určit přesný zdroj hypotézy prvorozenců, v průběhu let bylo provedeno mnoho studií, které tento předpoklad naznačily. Solidním příkladem je studie Lawrence Bracewella z roku 1982 – profesora s Kosmická, telekomunikační a radiovědní laboratoř (STAR Lab) na Stanfordské univerzitě – s názvem „ Preempce Galaxie první vyspělou civilizací .'
Bracewell v něm uvažoval o tom, jak mohou první civilizace, které se objeví v prostředí, vždy zadržet ty, které následují. Tato teorie byla použita na podporu jeho argumentu, že lidstvo může být první vyspělou civilizací, která se objevila v naší galaxii, a proto jsme o ní neslyšeli od žádné jiné. Jako on shrnuto :
„Pozemská historie ukazuje, že příchod jedné pohyblivé populace schopné nástrojů má za následek expanzi tohoto druhu na všechna životaschopná území. Rozšíření populace nastává v mnohem kratší době než evoluce druhu, což naznačuje, že lidé jsou možná prvním inteligentním druhem v Galaxii a mohou být budoucí populací Galaxie.
Pokud je to pravda, lidstvo možná bude chtít prozkoumat své „ planetární ochrana “ a aktualizujte je. V tomto případě, spíše než vyhýbání se oblastem, o nichž se předpokládá, že mají mikrobiální život, nebo sterilizaci robotických misí, abychom zabránili kontaminaci, bychom možná měli vzít stránku z „ Hypotéza zoo “ a vytvořit karanténní zóny kolem obydlených planet, abychom zajistili, že nebudeme narušovat vývoj života na nich.
Ty smrtící GRB!
James Annis z Fermi National Accelerator Lab tvrdil něco podobného ve studii z roku 1999 s názvem „ Astrofyzikální vysvětlení velkého ticha .“ Podle Annis by periodické záblesky gama (GRB) mohly být zodpovědné za omezení vzniku inteligentního života, protože k nim dochází v periodických intervalech a jsou dostatečně silné, aby způsobily masová vymírání.
Tyto výbuchy jsou nejenergetickejšími jevy ve vesmíru a objevují se, když se hmotné hvězdy stanou supernovou. Výbuchy jsou obvykle krátké (ale mohou být dlouhodobé v případě a binární společník ), vynořují se z osy rotace hvězdy (aka. polární oblasti) a jsou smrtelné pro všechny planety, které leží podél jejich dráhy. Ve skutečnosti, nedávný výzkum naznačuje, že GRB mohl být zodpovědný za vymírání Ordoviku (asi před 440 miliony let).
Annis použil tehdy aktuální astrofyzikální modely, které naznačují, že střední doba mezi GRB je v řádu 1 miliardy let. Podobně evoluční modely používané Annis naznačují, že to je stejně dlouho, než se objeví inteligence. To je v souladu s intervalem mezi existencí mnohobuněčného života a primátů vysokého řádu (což zahrnuje moderní lidi). Jako on shrnuto :
„Pokud se předpokládá, že [GRB] jsou ve skutečnosti smrtící pro život na pevnině v celé galaxii, máme mechanismus, který brání vzestupu inteligence, dokud střední doba mezi výbuchy nebude srovnatelná s časovým rámcem pro vývoj inteligence…
'Tento model tedy naznačuje, že Galaxie v současné době prochází fázovým přechodem mezi rovnovážným stavem bez inteligentního života do jiného rovnovážného stavu, kde je plná inteligentního života.'
Záblesky gama (GRB) jsou silné záblesky energetických paprsků gama trvající méně než sekundu až několik minut. Kredit: ESO/A. Roquette
V roce 2008 astronomové Milan M. Cirkovic a Branislav Vukotic z Astronomické observatoře v Bělehradě navázali na tento argument studií s názvem „ Přechod astrobiologické fáze: K vyřešení Fermiho paradoxu .“ Cirkovic a Branislav pro svou studii vytvořili model pro testování, zda záblesky gama a další astrobiologické regulační mechanismy mohou periodicky „resetovat“ kosmologické hodiny.
K těmto událostem však dochází s exponenciálně klesající frekvencí v průběhu času, což vytváří stále delší okna, ve kterých může nastat biogeneze (vznik života) a noogeneze (vznik inteligence). Celkově jejich argument využívá jak antropický princip, tak myšlenku, že vesmír je ve fázi nerovnováhy. Jak uvedli:
„Sekulární evoluce regulačních mechanismů vede ke krátké epoše fázového přechodu: z v podstatě mrtvého místa, s kapsami života s nízkou složitostí omezeným na planetární povrchy, se v krátkém (Fermi-Hartově) časovém měřítku zaplní vysokým - složitost života. Efekt selekce pozorování vysvětluje, proč nejsme, navzdory velmi malé předchozí pravděpodobnosti, překvapeni, že se nacházíme v této krátké fázi nerovnováhy.
Brzy na párty?
Podobný argument uvedl prof. Abraham Loeb z The Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) a postdoktorandi Rafael A. Batiste a David Sloan (z Oxfordské univerzity). V této studii s názvem „ Relativní pravděpodobnost života jako funkce kosmického času Loeb a jeho kolegové vypočítali pravděpodobnost vzniku obyvatelných planet podobných Zemi v určitém objemu prostoru v průběhu času.
Počínaje prvními hvězdami, které se zformovaly zhruba 30 milionů let po Velkém třesku, a pokračující do vzdálené budoucnosti, zjistili, že vznik života (jak jej známe) je přímo závislý na hmotnosti hvězdy a zvyšuje se pravděpodobnost v delších časových úsecích. Hvězdy s vysokou hmotností mají v podstatě kratší životnost, což znamená, že pravděpodobně zemřou dříve, než se na planetách, které je obíhají, může objevit život.
Hvězdy s nižší hmotností, jako jsou červení trpaslíci typu M, mají mnohem delší životnost a mohou zůstat ve fázi hlavní sekvence až dvanáct bilionů let. Nakonec Loeb a jeho kolegové potvrdili, že planety obíhající kolem hvězd červených trpaslíků (vylučující faktory, které by potlačily jejich potenciální obyvatelnost) mnohem pravděpodobněji budou podporovat život v delších časových horizontech. Nebo jak řekl Leob v CfA tiskové prohlášení vydané souběžně se studií:
„Pokud se zeptáte: ‚Kdy se život s největší pravděpodobností objeví?‘, možná naivně řeknete ‚Teď‘. Ale zjišťujeme, že šance na život roste ve vzdálené budoucnosti mnohem výše. Pak se můžete ptát, proč nežijeme v budoucnosti vedle hvězdy s nízkou hmotností? Jednou z možností je, že jsme předčasní. Další možností je, že prostředí kolem hvězdy s nízkou hmotností je nebezpečné pro život.
Kritiky
Budeme-li se řídit touto logikou, pak důvod, proč existuje něco jako „Velké ticho“, je ten, že až donedávna Vesmír nijak zvlášť nevedl k inteligentnímu životu. Zatímco jednoduchý život může být bohatý, časové osy mezi záblesky gama záření nebo jinými astrobiologickými regulačními mechanismy byly příliš krátké na to, aby umožnily vznik inteligentního života. Z evolučního a kosmologického hlediska to jistě dává smysl.
Umělcův obraz ukazuje planetu Proxima b obíhající kolem červeného trpaslíka Proxima Centauri, hvězdy nejbližší Sluneční soustavě. Kredit: ESO/M. Kornmesser
Kritici této hypotézy by přirozeně uvedli, že je nejen antropická ve svém výhledu, ale také antropocentrická. I když se zdá troufalé předpokládat, že vývoj života v naší galaxii (nebo vesmíru) by sledoval podobnou trajektorii jako lidstvo, je podobné předpokladu, že lidstvo by bylo jediným inteligentním druhem, který vyvinul komunikační technologie, které by bylo možné detekovat z vesmíru. .
Dalším problémem vyplývajícím z této hypotézy je skutečnost, že je velmi obtížné ji testovat. Zatímco techniky dálkového průzkumu by byly schopny potvrdit přítomnost života pomocí detekce biologických podpisů, nebyly by schopny určit, zda je tento život inteligentní nebo ne. To je to, co je často označováno jako problém „řasy vs. absolventi“.
A samozřejmě existuje předpoklad, že GRB jsou postupem času méně běžné. V současné době neexistuje žádný definitivní důkaz, že se tyto výbuchy staly méně běžnými od doby, kdy Země vznikla zhruba před 4,5 miliardami let. Některé odhady ve skutečnosti tvrdí, že od doby, kdy před 4 miliardami let začal, se odehrálo až 1 000 GRB dostatečně blízko k Zemi, aby ovlivnily život.
I kdyby každá jednotlivá událost vymírání v historii Země mohla být spojena s GRB, zjevně to nezabránilo vzniku inteligentního života. Hypotéza Prvorozených nakonec není nepodobná většině teorií, které spadají do Velkého filtru, přičemž filtr je aplikován buď někde uprostřed, nebo mnohokrát v průběhu historie planety.
Umělecký dojem ze struktury Mléčné dráhy. Kredit: ESA
Nakonec, klíčovým předpokladem Fermiho paradoxu je, že ETIby mělexpandovaly mimo svůj hvězdný systém a zanechaly již nepopiratelné stopy své existence. Skutečnost, že žádné nemůžeme najít, je považována za znamení, že nesmí existovat. Ale co když se jedná o jednoduchý případ preempce, kdy se lidstvo jako první (nebo jedno z prvních) objevilo v naší galaxii?
Spíše než aby nás tato teorie odrazovala od dalšího zkoumání, vybízí nás k dalšímu hledání – když už pro nic jiného, tak k potvrzení, že jsme jediným současným technologicky vyspělým druhem. Pokud je lidstvo „brzo na párty“, dává nám to šanci dělat věci, o kterých jsme dlouho spekulovali, že by to udělaly pokročilejší druhy.
Mohli bychom si hrát na Boha, manipulovat s evolucí, povznášet druhy, které jsou na pokraji rozumu, nebo brzdit jejich vývoj. Nebo bychom jako radikální alternativa mohli pro změnu jednat zodpovědně! Pokud je místo lidstva ve vesmíru nějak zvláštní a privilegované, pak bychom se měli chovat tak, jak bychom chtěli, aby se k nám choval pokročilejší druh.
Napsali jsme mnoho zajímavých článků o Fermiho paradoxu, Drakeově rovnici a hledání mimozemské inteligence (SETI) zde na Universe Today.
Zde je Kde jsou mimozemšťané? Jak může „velký filtr“ ovlivnit technický pokrok ve vesmíru , Proč by hledání mimozemského života bylo špatné Velký filtr , Jak bychom mohli najít mimozemšťany? Hledání mimozemské inteligence (SETI) , a Fraser a John Michael Godier debatují o Fermiho paradoxu .
A nezapomeňte se podívat na zbytek naší série Beyond Fermi’s Paradox:
- Beyond 'Fermi's Paradox' I: A Lunchtime Conversation - Enrico Fermi a mimozemská inteligence
- Beyond 'Fermi's Paradox' II: Zpochybňování Hart-Tiplerovy domněnky
- Beyond 'Fermi's Paradox' III: Co je velký filtr?
- Beyond 'Fermi's Paradox' IV: Co je hypotéza vzácných zemin?
- Beyond 'Fermi's Paradox' V: Co je hypotéza aestivace?
- Beyond 'Fermi's Paradox' VI: Co je to Berserkerova hypotéza?
- Za „Fermiho paradoxem“ VII: Co je hypotéza planetária?
- Za „Fermiho paradoxem“ VIII: Jaká je hypotéza zoo?
- Za „Fermiho paradoxem“ IX: Co je hypotéza krátkého okna?
- Za „Fermiho paradoxem“ IX: Co je hypotéza krátkého okna?
- Za „Fermiho paradoxem“ XI: Co je hypotéza transcenze?
- Za „Fermiho paradoxem“ XII: Co je hypotéza vodních světů?
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:
- ' Antropický princip a struktura fyzického světa .“ Nature Vol. 278 (1979)
- Bracewell, R.' Preempce Galaxie první pokročilou civilizací .“ v Mimozemšťanech – Kde jsou? Pergmon Press, Oxford (1982)
- Brin, G.D.' Velké ticho – Kontroverze týkající se mimozemského inteligentního života .“ Čtvrtletní žurnál Royal Astronomical Society, sv. 24 (1983)
- V posledních letech J.' Astrofyzikální vysvětlení velkého ticha .“ Journal of the British Interplanetary Society. sv. 52 (1999)
- Cirkovič, M.M. & Branislav, V.“ Přechod astrobiologické fáze: K vyřešení Fermiho paradoxu .“ Origins of Life and Evolution of Biospheres, Vol. 38 (2008)
- Melott, A. L. (et al.) “ Zahájil záblesk gama záření pozdně ordovické masové vymírání? International Journal of Astrobiology, sv. 3, č. 55 (2004)
- Vlasy, T. W.' Časový rozptyl vzniku inteligence: Analýza času mezi příchody .“ International Journal of Astrobiology, sv. 10, č. 2 (2011)
- Loeb, A. (et al.) “ Relativní pravděpodobnost života jako funkce kosmického času .“ Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, sv. 8 (2016)