To jedno z najstarszych pytań, przed którymi stoi nauka. W tym roku wraz z moim kolegą Woodym Sullivanem opublikowaliśmy artykuł w Astrobiology, w którym przedstawiamy nowe wyniki, które moim zdaniem rzucają nowe światło na ten problem. Miesiąc temu, opierając się na naszych wynikach, napisałem popularny artykuł dla New York Times z prowokacyjnym nagłówkiem „Tak, kosmici istnieją”. Artykuł wzbudził pewien szum i wiele odpowiedzi. Ktoś się zgodził, ktoś się spierał, a ktoś nawet namawiał mnie do rozwiązania problemu UFO (przepraszam, ale to nie jest mój).
Teraz chciałbym ponownie porozmawiać o naszych odkryciach i bardziej szczegółowo wyjaśnić ich znaczenie i granice. Szczególnie ważne jest dla mnie, aby odpowiedzieć na dwa znakomite kontrowersyjne artykuły opublikowane przez Rossa Andersena w Atlantyku i Ethana Siegela w Forbes. Ani Andersen, ani Siegel nie zgadzają się z moimi argumentami - i obaj znaleźli do nich dobre zastrzeżenia. W gruncie rzeczy najważniejsza w nauce (nie mówię o zaprzeczeniach globalnego ocieplenia) jest dyskusja. Obaj moi przeciwnicy są bardzo dobrzy w pisaniu, a ich sceptycyzm skłonił mnie do zastanowienia się nad naszymi pomysłami ze współautorem. W sumie było to bardzo pomocne.
Od razu dokonam jednej rezerwacji. Artykuł wychodził zbyt długo, ponieważ musiałem zwracać uwagę na tło - ale bez tego sens moich argumentów mógłby po prostu zagubić się. Osoby zaznajomione z równaniem Drake'a i jego historią mogą pominąć następną sekcję.
Tło problemu
W 1961 roku astronom Frank Drake zorganizował konferencję na temat możliwości komunikacji międzygwiezdnej. Drake postanowił zacząć od prostego pytania: ile cywilizacji pozaziemskich istnieje w galaktyce (nazwijmy je egzocywilizacjami)? Aby ułatwić dyskusję, Drake zidentyfikował siedem parametrów, z których każdy odpowiadał jednemu aspektowi problemu, i włączył je jako czynniki do równania określającego całkowitą liczbę egzocywilizacji (N). Równanie Drake'a wygląda następująco.
R * w nim oznacza liczbę gwiazd tworzonych rocznie w naszej galaktyce; fp to ułamek gwiazd z planetami; ne jest średnią liczbą planet przypadających na każdą gwiazdę znajdującą się w tak zwanej strefie nadającej się do zamieszkania (czyli mającej warunki sprzyjające powstaniu życia); fl jest ułamkiem planet, na których występuje życie; fi jest proporcją zamieszkałych planet, na których powstaje inteligencja; fс to odsetek planet, na których rozwijają się zaawansowane cywilizacje technologiczne. Ostatnim (i najbardziej problematycznym!) Czynnikiem jest L, średnia długość życia cywilizacji technologicznej.
Równanie Drake'a jest uważane za jedno z kluczowych narzędzi do badania kwestii życia we wszechświecie. Przez ostatnie 50 lat służył jako punkt odniesienia dla astronomów zajmujących się tym problemem.
Należy zauważyć, że w 1961 roku, kiedy Drake kompilował swoje równanie, przynajmniej coś było wiadomo tylko o pierwszym czynniku - liczbie gwiazd tworzących się w ciągu roku. Wszystkie inne parametry były nieznane. Oznaczało to, że przez długi czas naukowcy korzystający z równania Drake'a mogli jedynie spekulować na temat swoich wartości. Optymiści wybierali opcje prowadzące do wysokich wartości N, pesymiści wybierali opcje prowadzące do niskich wartości. To była kwestia gustu.
Film promocyjny:
Jednak wtedy miała miejsce rewolucja egzoplanetarna. W ciągu ostatnich 20 lat odkrycia astronomiczne zmieniły sposób, w jaki myślimy o planetach krążących wokół innych gwiazd. Po drodze wyznaczono wartości kolejnych dwóch składników równania Drake'a (fp i ne). Okazało się, że planety są wszędzie. Prawie każda gwiazda na niebie ma co najmniej jedną planetę.
Nowe pomysły
Woody i ja zdecydowaliśmy się wykorzystać ten gigantyczny skok i zrobić coś, czego, o ile wiemy, nikt do tej pory nie zrobił - powiedzmy, w oparciu o nowe dowody, coś bardziej zdecydowanego na temat egzocywilizacji.
W tym celu zmieniliśmy kluczowe pytanie. Klasyczny „Ile jest teraz exocywilizacji?” zastąpiliśmy pytaniem „Ile exocywilizacji było kiedykolwiek?” Takie podejście pozwoliło nam zignorować czynnik L, długość życia, a także ponownie przemyśleć trzy nieznane prawdopodobieństwa związane z życiem (fl, fi i fc). Zamiast patrzeć na nie oddzielnie, połączyliśmy je. Oznaczało to, że interesowało nas wszystko razem - cały proces od powstania życia do powstania zaawansowanej cywilizacji. Nasz nowy czynnik nazwaliśmy „prawdopodobieństwem biotechnicznym” - fbt. W rzeczywistości mówimy o iloczynu tych samych trzech niewiadomych z równania Drake'a. W języku matematyki wygląda to następująco: fbt = fl * fi * fс.
Ten sposób spojrzenia na problem - wykorzystanie nowych danych z egzoplanet i przekształcenie wzoru - dostarcza empirycznego ograniczenia dla pytania, na którym równanie Drake'a zwykle nie koncentruje się. Oto pytanie:
Jakie jest biotechniczne prawdopodobieństwo, że jedna planeta będzie jedyną cywilizacją, jaka kiedykolwiek istniała w historii wszechświata?
Biorąc pod uwagę dane dotyczące egzoplanet, otrzymaliśmy wynik: 10-22 lub jeden na dziesięć miliardów bilionów. Nazywamy tę liczbę „linią pesymizmu”. Można to interpretować na różne sposoby.
Najpierw wyobraź sobie wiele, wiele planet w strefie nadającej się do zamieszkania - to znaczy planet, których orbity pozwalają na istnienie wody w stanie ciekłym. Zgodnie z naszymi odkryciami ludzkość będzie wyjątkowa tylko wtedy, gdy w celu znalezienia egzocywilizacji trzeba będzie przeszukać dziesięć miliardów bilionów planet.
Po drugie, trzeba zrozumieć, że przed nami nikt nie potrafił powiedzieć, co w tym przypadku oznacza słowo „pesymizm”. Czy fbt należy uznać za „pesymistyczny” na poziomie od jednego do miliona, czy do miliarda? Przed publikacją naszego artykułu nie było wyraźnej granicy, poza którą wartości zmiennych związanych z życiem w równaniu Drake'a oznaczałyby, że jesteśmy w pełnym tego słowa znaczeniu sami na tym świecie. Jednak Woody i ja odkryliśmy, że jeśli natura w swojej nieskończonej mądrości wybrała wartość mniejszą niż jeden na dziesięć miliardów bilionów, będziemy jedyną cywilizacją w historii wszechświata. Ale jeśli wybrała wartość przekraczającą dziesięć miliardów bilionów, to życie, inteligencja i cywilizacja istniały już przed nami.
Krytyka
Jeden na dziesięć miliardów bilionów to bardzo mało. Jak napisałem w New York Times, na tej podstawie można założyć, że byłe cywilizacje najprawdopodobniej istniały przed nami - a mogło ich być wiele. Uznałem ten wniosek za najbardziej logiczny.
Jednak nie wszyscy się ze mną zgodzili. Jednym z fundamentalnych zarzutów zgłaszanych przez moich przeciwników było to, że chociaż 10-22 to naprawdę za mało, to nie dowodzi to istnienia egzocywilizacji. W szczególności Andersenowi nie podobało się zdanie: „… [C] żar pesymizmu konieczny do wątpienia w istnienie zaawansowanej cywilizacji pozaziemskiej w takim czy innym czasie jest sprzeczny ze zdrowym rozsądkiem”.
W tym muszę się zgodzić z krytyką. Nie powinienem mówić o rozbieżnościach ze zdrowym rozsądkiem. Pomimo tego, że „linia pesymistyczna” jest bardzo niska, można przyjąć, że jesteśmy wyjątkowym zjawiskiem w historii wszechświata. W rzeczywistości jedyny rozsądny empirycznie osąd, jaki Woody i ja mamy prawo wydać, jest następujący: możemy z całą pewnością powiedzieć, gdzie pesymizm spada (jeden na dziesięć miliardów bilionów). Biorąc pod uwagę dostępne dane, całkiem możliwe jest sformułowanie racjonalnej teorii zakładającej, że rzeczywista wartość prawdopodobieństwa biotechnicznego jest mniejsza niż 10-22.
Jednak Andersen, Siegel i ja nie zgadzamy się, jak zinterpretować nasz wynik. Po pierwsze, nie zgadzam się, że pojęcie prawdopodobieństwa biotechnicznego w jakiś sposób przesłania fakt, że wszystkie zmienne związane z życiem w równaniu Drake'a mogą teoretycznie być bardzo małe. Artykuł w Atlantic nosił tytuł (choć nie jest pewne, że Andersen ma coś wspólnego z tym nagłówkiem) „Gry matematyczne nie czynią obcych z kosmosu”. To mnie naprawdę rozśmieszyło, bo w naszej pracy nie ma „gier matematycznych”.
Choć początkowo postawiliśmy sobie trudniejsze zadanie, w końcu wszystko stało się łatwiejsze. Po prostu wzięliśmy pod uwagę liczbę planet w ekosferze w obserwowalnym wszechświecie. Należy zaznaczyć, że nasza „cecha pesymistyczna” nie pomija ewentualnych małych wartości poszczególnych zmiennych. Wzięliśmy je wszystkie pod uwagę.
Tak to działa.
Po pierwsze, załóżmy, że weźmiemy pod uwagę prawdopodobieństwo powstania życia na planecie w ekosferze równe jeden na milion (fl = 10-6), prawdopodobieństwo narodzin inteligencji - również równe jednej na milion (fi = 10-6) oraz prawdopodobieństwo powstania tego inteligentnego życie cywilizacji technologicznej jest dokładnie takie samo (ft = 10-6). Oznacza to, że prawdopodobieństwo biotechnologii wynosi jeden na milion bilionów (10-6 * 10-6 * 10-6 = 10-18). Jak widać, żadnych sztuczek. Tym samym wszelkie argumenty o niskim prawdopodobieństwie zaistnienia życia, rozwoju rozumu czy powstania cywilizacji tracą na wartości - wszystko to mieści się już w pojęciu prawdopodobieństwa biotechnicznego.
Zauważ, że wartości zmiennych podanych w powyższym akapicie oznaczałyby, że w historii wszechświata istniało 10 000 egzocywilizacji.
Ponadto, chociaż z pewnością nadal mamy wystarczająco dużo danych, aby nakreślić linię pesymizmu, sama historia kontrowersji wokół równania Drake'a dostarcza nam bogactwa materiału, który pozwala nam głębiej przemyśleć nasze wyniki. Chociaż wielu twierdziło, że egzocywilizacje muszą być rzadkie, prawie nigdy bezpośrednio nie wyjaśniali, co w tym kontekście oznacza „rzadkość”. Jednocześnie, jeśli przyjrzeć się bliżej, często ci, którzy mówili o rzadkości, w rzeczywistości mieli na myśli częstotliwość o kilka rzędów wielkości wyższą niż 10-22 - nasza linia pesymizmu.
Łatwo to pokazać na jednym dobrze znanym przykładzie. W 1983 roku fizyk Brandon Carter przedstawił niezwykle pomysłowy argument przeciwko egzocywilizacji, oparty na dowodach, że pojawienie się inteligencji na Ziemi zajęło czas porównywalny z wiekiem Słońca. Na tej podstawie doszedł do wniosku, że aby stworzyć inteligencję, ewolucja podjęła szereg „trudnych kroków, z których każdy był niezwykle mało prawdopodobny.
Zakładając, że takich ewolucyjnych „kroków” było dziesięć, obliczył, że całkowite prawdopodobieństwo wystąpienia ekcywilizacji wynosi 10–20. Jego zdaniem ten wniosek jest „więcej niż wystarczający, aby upewnić się, że nasz poziom rozwoju jest unikalny dla obserwacyjnego wszechświata”.
Jednak tak nie jest! Nasza „pesymistyczna cecha” sugeruje, że kalkulacja Cartera pozostawia miejsce na setki egzocywilizacji. Carter myślał, że przyjmuje postawę hiper-pesymistyczną, ale w rzeczywistości okazał się optymistą. Należy również zauważyć, że współcześni badacze uważają, że było tylko pięć „trudnych kroków” (jeśli w ogóle). Biorąc pod uwagę inne liczby, które Carter podał swojej pracy, w tym przypadku będziemy mówić o prawdopodobieństwie równym 10-10. W połączeniu z naszą „cechą pesymizmu” oznacza to możliwe istnienie - w różnych momentach - biliona egzocywilizacji. (Nie zapominajmy, że autorzy tacy jak Mario Livio przedstawiają argumenty, które podważają same podstawy hipotezy Cartera.)