Tämä on yksi vanhimmista tieteen edessä olevista kysymyksistä. Tänä vuonna kollegani Woody Sullivan ja minä julkaisimme Astrobiology-lehden, jossa esittelemme uusia tuloksia, jotka mielestäni tuottivat uutta valoa tähän ongelmaan. Kuukausi sitten kirjoitin tuloksemme perusteella suositun artikkelin New York Timesille provosoivalla otsikolla "Kyllä, ulkomaalaisia on olemassa". Artikkeli tuotti tietyn määrän sirinä ja useita vastauksia. Joku suostui, joku väitti ja joku jopa kehotti minua käsittelemään UFO-ongelmaa (anteeksi, mutta tämä ei ole minun).
Nyt haluaisin puhua taas havainnoistamme ja selittää tarkemmin niiden merkityksen ja rajat. Minulle on erityisen tärkeää vastata kahteen erinomaiseen kiistanalaiseen artikkeliin, jotka Ross Andersen on julkaissut Atlantilla ja Ethan Siegel Forbesissa. Andersen tai Siegel eivät ole samaa mieltä väitteistäni - ja molemmat ovat onnistuneet löytämään hyvät vastalauseet heille. Pohjimmiltaan tieteen tärkein asia (en puhu ilmaston lämpenemisen kieltäjistä) on keskustelu. Molemmat vastustajani osaavat kirjoittaa erittäin hyvin, ja heidän skeptisyytensä sai minut ajattelemaan enemmän ideoitamme yhteistyökumppanin kanssa. Kaiken kaikkiaan se oli aika hyödyllistä.
Teen yhden varauksen heti. Artikkeli tuli liian kauan, koska minun piti kiinnittää huomiota taustaan - mutta ilman tätä väitteideni merkitys voisi yksinkertaisesti menettää. Draken yhtälön ja sen historian tuntevat voivat ohittaa seuraavan osan.
Aiheen tausta
Vuonna 1961 tähtitieteilijä Frank Drake järjesti konferenssin tähtienvälisen viestinnän mahdollisuuksista. Drake päätti aloittaa yksinkertaisella kysymyksellä: kuinka monta maan ulkopuolista sivilisaatiota on galaksissa (kutsutaan niitä eksokivilisaatioiksi)? Keskustelun helpottamiseksi Drake tunnisti seitsemän parametria, joista kukin vastasi yhtä ongelman osaa, ja sisällytti ne tekijöiksi yhtälöön, joka määrittää eksosivilisaatioiden kokonaismäärän (N). Draken yhtälö näyttää tältä.
R * siinä on tähtiä, joka muodostuu galaksissamme vuodessa; fp on tähtiosuus planeetoista; ne on keskimääräinen planeettamäärä jokaiselle tähdelle, joka sijaitsee ns. asuttavissa vyöhykkeissä (ts. olosuhteet ovat suotuisat elämän alkuperän kannalta); fl on murto-osa planeetoista, joilla elämää esiintyy; fi on asuttujen planeettojen osuus, josta älykkyys syntyy; fс on niiden planeettojen osuus, joille kehittyneet teknologiset sivilisaatiot kehittyvät. Viimeinen (ja ongelmallisin!) Tekijä on L, teknologisen sivilisaation keskimääräinen elinikä.
Draken yhtälöä pidetään yhtenä avaintoiminnosta maailmankaikkeuden elämänkysymysten tutkimisessa. Viimeisen 50 vuoden ajan se on toiminut vertailukohtana tähtitieteilijöille, jotka käsittelevät tätä ongelmaa.
On huomattava, että vuonna 1961, kun Drake oli laatimassa yhtälöä, ainakin jotain tiedettiin vain ensimmäisestä tekijästä - vuosittain muodostuneiden tähteiden lukumäärästä. Kaikki muut parametrit olivat tuntemattomia. Tämä tarkoitti, että pitkään Drake-yhtälöä käyttävät tutkijat pystyivät vain spekuloimaan arvoistaan. Optimistit valitsivat vaihtoehdot, jotka johtavat korkeisiin N-arvoihin, pessimistit valitsivat vaihtoehdot, jotka johtavat alhaisiin arvoihin. Se oli makuasia.
Mainosvideo:
Silloin tapahtui kuitenkin eksoplanetaarinen vallankumous. Viimeisen 20 vuoden aikana tähtitieteelliset löytöt ovat muuttaneet ajattelutapaa muiden tähtiä kiertävistä planeetoista. Matkan varrella määritettiin Drake-yhtälön kahden seuraavan termin (fp ja ne) arvot. Kävi ilmi, että planeettoja on kaikkialla. Lähes jokaisella taivaan tähdellä on ainakin yksi planeetta.
Uusia ideoita
Woody ja minä päätimme käyttää hyväkseen tätä jättiläismästä ja tehdä jotain, mitä me tiedämme, ettei kukaan ole vielä tehnyt - sanoen esimerkiksi uusien todisteiden perusteella jotain selkeämpää eksokivilisaatioista.
Tätä varten olemme vaihtaneet avainkysymyksen. Klassinen "Kuinka monta eksokivilisaatiota on nyt?" korvasimme "Kuinka monta eksokivilisaatiota on koskaan tapahtunut?" Tämän lähestymistavan ansiosta voimme jättää huomioimatta L-tekijän, eliniän ja myös miettiä kolmea elämään liittyvää tuntematonta todennäköisyyttä (fl, fi ja fc). Sen sijaan, että tarkasteltaisimme niitä erikseen, olemme yhdistäneet ne. Tämä tarkoitti, että olimme kiinnostuneita kaikesta yhdessä - koko prosessista elämän syntymästä edistyneen sivilisaation luomiseen. Kutsimme uutta tekijäämme "biotekniseksi todennäköisyydeksi" - fbt. Itse asiassa puhumme samojen kolmen tuntemattoman tuotteen tuotteesta Drake-yhtälöstä. Matematiikan kielellä tämä näyttää fbt = fl * fi * fс.
Tämä tapa tarkastella ongelmaa - käyttämällä uutta eksoplaneettatietoa ja muuntamalla kaava - tarjoaa empiirisen rajoituksen kysymykseen, johon Draken yhtälö ei yleensä keskity. Tässä on kysymys:
Mikä on biotekninen todennäköisyys yhdelle planeetalle, jotta olemme ainoa sivilisaatio, joka on koskaan olemassa maailmankaikkeuden historiassa?
Kun otetaan huomioon eksoplaneettojen tiedot, saatiin tulos: 10–22 tai yksi kymmenestä miljardista biljoonasta. Kutsumme tätä lukua”pessimismin linjaksi”. Sitä voidaan tulkita eri tavoin.
Kuvittele ensin monia asuttamiskelpoisilla alueilla olevia planeettoja - ts. Planeettoja, joiden kiertoradat mahdollistavat nestemäisen veden olemassaolon. Havaintojen mukaan ihmiskunta on ainutlaatuinen vain, jos eksokivilisaation löytämiseksi sinun on etsittävä kymmenen miljardia biljoonaa planeettaa.
Toiseksi sinun on ymmärrettävä, että ennen meitä kukaan ei voinut sanoa, mitä sana "pessimismi" tarkoittaa tässä tapauksessa. Pitäisikö fbt: tä pitää pessimistisenä miljoonan vai miljardin tasolla? Ennen artikkelimme julkaisemista ei ollut selkeää rajaa, jonka ulkopuolella Drake-yhtälön elämään liittyvien muuttujien arvot tarkoittaisivat, että olemme sanan täydessä merkityksessä yksin tässä maailmassa. Woody ja minä huomasimme kuitenkin, että jos luonto valitsi loputtomassa viisaudessaan arvon, joka on vähemmän kuin yksi kymmenestä miljardista biljoonasta, me olemme ainoa sivilisaatio maailmankaikkeuden historiassa. Mutta jos hän valitsi arvon, joka ylitti kymmenen miljardia biljoonaa, niin elämä, älykkyys ja sivilisaatio olivat jo olemassa meitä edessä.
kritiikki
Yksi kymmenestä miljardista biljoonasta on hyvin vähän. Kuten kirjoitin New York Times -tapahtumassa, tämän perusteella voidaan olettaa, että entiset sivilisaatiot olivat todennäköisesti ennen meitä - ja ehkä niitä oli monia. Pidän tätä johtopäätöstä loogisimpana.
Kaikki eivät kuitenkaan olleet yhtä mieltä kanssani. Yksi vastustajieni esittämistä perusteista oli, että vaikka 10–22 ei todellakaan riitä, se ei todista eksokivilisaatioiden olemassaoloa. Erityisesti Andersenille ei erityisen pitänyt lauseesta: "… pessimismin lämpö, joka on tarpeen, jotta voidaan epäillä edistyneen maapallon ulkopuolisen sivilisaation olemassaoloa kerrallaan tai toisella, on terveen järjen vastainen."
Tässä minun on hyväksyttävä kritiikki. Minun ei olisi pitänyt puhua ristiriidoista terveen järjen kanssa. Huolimatta siitä, että”pessimistinen linja” on erittäin alhainen, on melko hyväksyttävää olettaa, että olemme ainutlaatuinen ilmiö maailmankaikkeuden historiassa. Itse asiassa ainoa kokeellisesti järkevä Woody-tuomio ja minulla on oikeus tehdä tämä on seuraava: voimme sanoa varmasti, mihin pessimismin linja laskee (yksi kymmenestä miljardista biljoonasta). Käytettävissä olevien tietojen perusteella on täysin mahdollista muotoilla rationaalinen teoria, joka väittää, että bioteknisen todennäköisyyden todellinen arvo on alle 10 - 22.
Andersen ja Siegel ja minä olemme kuitenkin eri mieltä siitä, miten tulostamme tulkita. Ensinnäkin olen eri mieltä siitä, että ajatus bioteknisestä todennäköisyydestä peittää jonkin verran tosiasiaa, että kaikki Drake-yhtälön elämään liittyvät muuttujat voivat olla teoriassa erittäin pienet. Atlantin artikkeli nimettiin (vaikka ei olekaan varmaa, että Andersenilla on mitään tekemistä tämän otsikon kanssa) "Matemaattiset pelit eivät tee ulkomaalaisista todellisuutta". Tämä todella sai minut nauramaan, koska työssämme ei ole "matemaattisia pelejä".
Vaikka aluksi asetimme itsellemme vaikeamman tehtävän, lopulta kaikesta tuli helpompaa. Otamme yksinkertaisesti huomioon havaittavissa olevan maailmankaikkeuden asumisalueella olevien planeettojen lukumäärän. On huomattava, että”pessimistinen ominaisuuksemme” ei jätä huomiotta yksittäisten muuttujien mahdollisia pieniä arvoja. Olemme ottaneet ne kaikki huomioon.
Näin se toimii.
Oletetaan ensin, että pidämme elämän syntymisen todennäköisyyttä planeetalla asuttavalla vyöhykkeellä yhtä suurena kuin miljoonaan (fl = 10-6), älykkyyden syntymisen todennäköisyyttä - yhtä suuri kuin miljoona miljoonassa (fi = 10-6) ja todennäköisyyttä luoda tämä älykäs teknisen sivilisaation elämä on täsmälleen sama (ft = 10-6). Tämä tarkoittaa biotekniikan todennäköisyyttä yhdestä miljoonasta biljoonasta (10-6 * 10-6 * 10-6 = 10-18). Kuten näette, ei temppuja. Siten kaikki väitteet elämän syntymisen, järjen kehityksen tai sivilisaation luomisen alhaisesta todennäköisyydestä menettävät merkityksensä - kaikki tämä sisältyy jo bioteknisen todennäköisyyden käsitteeseen.
Huomaa, että edellisessä kappaleessa annetut muuttujien arvot tarkoittaisivat, että maailmankaikkeuden historiassa tapahtui 10 000 eksosivilisaatiota.
Lisäksi, vaikka meillä on varmasti vielä tarpeeksi tietoa pessimismin linjan vetämiseksi, Drake-yhtälön ympärillä olevien kiistojen historia tarjoaa meille runsaasti materiaalia, jonka avulla voimme miettiä syvemmin tuloksia. Vaikka monet ovat väittäneet, että eksokivilisaatioiden on oltava harvinaisia, he eivät ole lähes koskaan suoraan selittäneet, mitä "harvinainen" tarkoittaa tässä yhteydessä. Samaan aikaan, jos tarkastellaan tarkemmin, usein ne, jotka puhuivat harvinaisuudesta, tarkoittivat tosiasiassa usean suuruusluokan 10–22 korkeampaa taajuutta - pessimismin linjaamme.
Tämä on helppo näyttää yhdellä tunnetulla esimerkillä. Fyysikko Brandon Carter esitti vuonna 1983 erittäin nerokkaan väitteen eksokivilisaatiota vastaan perustuen todisteisiin siitä, että älykkyyden ilmestyminen maapallolle vaatii aikaa, joka oli verrattavissa Auringon ikään. Tämän tosiasian perusteella hän päätteli, että älykkyyden luomiseksi evoluutio otti sarjan vaikeita askelia, joista kukin oli erittäin epätodennäköistä.
Olettaen, että sellaisia evoluutiovaiheita oli kymmenen, hän laski, että eksokivilisaation kokonais todennäköisyys on 10-20. Hänen mukaansa tämä päätelmä on "enemmän kuin tarpeeksi varmistaaksemme, että kehitystasomme on ainutlaatuinen havaintouniversumissa".
Se ei kuitenkaan ole! "Pessimistinen ominaisuutemme" viittaa siihen, että Carterin laskelma jättää tilaa satoja eksokivilisaatioita varten. Carter ajatteli ottavansa hyperpessimististä asennetta, mutta todellisuudessa hän osoittautui optimistiksi. On myös huomattava, että nykyajan tutkijat uskovat, että oli vain viisi "vaikeaa vaihetta" (jos sellaisia oli). Kun otetaan huomioon muut luvut, jotka Carter antoi työlleen, puhutaan tässä tapauksessa todennäköisyydestä, joka on 10-10. Yhdistettynä pessimismiominaisuuteen, tämä tarkoittaa triljoonan eksokivilisaation mahdollista olemassaoloa - eri aikoina. (Älkäämme unohtako, että Mario Livion kaltaiset tekijät esittävät väitteitä, jotka heikentävät Carterin hypoteesin perustaa.)