Velkommen tilbage til vores Fermi Paradox-serien , hvor vi tager et kig på mulige løsninger på Enrico Fermis berømte spørgsmål, 'Hvor er alle?' I dag undersøger vi muligheden for, at grunden til, at vi ikke hører fra rumvæsener, er, at de sover og venter på, at universet bliver bedre.
I 1950, italiensk-amerikansk fysiker Enrico Fermi satte sig til frokost med nogle af sine kolleger på Los Alamos National Laboratory , hvor han havde arbejdet fem år tidligere som en del af Manhattan Project. Ifølge forskellige beretninger drejede samtalen sig om rumvæsener og den seneste bølge af ufoer. Til dette udsendte Fermi en erklæring, der ville gå over i historiens annaler: 'Hvor er alle?'
Dette blev grundlaget for Fermi paradoks , som refererer til de høje sandsynlighedsvurderinger for eksistensen af ekstraterrestrisk intelligens (ETI) og den tilsyneladende mangel på beviser. Men på trods af halvfjerds års søgen, har vi stadig ikke været i stand til at besvare Fermis spørgsmål, hvilket har ført til flere forslag til, hvorfor dette er tilfældet. I dag ser vi på 'Aestivationshypotese', som hævder, at rumvæsener ikke er døde (eller ikke-eksisterende), de hviler sig bare!
Denne teori tager udgangspunkt i naturen, hvor visse organismer går ind i en tilstand af langvarig torpor i særligt varme eller tørre perioder. I lighed med dvale om vinteren vil disse organismer forblive i denne tilstand, indtil forholdene bliver køligere og vådere. Anvendt på Fermi-paradokset hævder Aestivation-hypotesen, at fremmede civilisationer stort set er i dvale, fordi de venter på bedre forhold.
Fermi og Drake
Kernen i Fermis berømte spørgsmål var en uoverensstemmelse, der var ubestridelig i hans tid, og som ikke har ændret sig på trods af halvfjerds års forskning. På den ene side er der den formodede sandsynlighed for, at udenjordisk intelligens (ETI) er rigeligt i hele universet. På den anden side er der manglen på hårde beviser, der vidner om deres eksistens.
At antage, at ETI'er er sandsynlige, er slet ikke langt ude. Baseret på størrelsen og alderen af det observerbare univers – 93 milliarder lysår i diameter og 13,8 milliarder år – har videnskabsmænd typisk behandlet eksistensen af udenjordisk intelligens (ETI) som en forudgående konklusion. Statistisk set er oddsene meget for, at de er millioner af civilisationer derude.
Dr. Frank Drake illustrerede det samme i 1961 under et møde på Green Bank Observatory. Mens han henvendte sig til andre astrofysikere og SETI-forskere, præsenterede han sin berømte ligning for at estimere antallet af ETI'er i vores galakse, som vi kan kommunikere med til enhver tid. Det Drake ligning , som det blev kendt, blev udtrykt matematisk som:
N = R*x fsx nOgx fdetx fjegx fcx L
- N er antallet af civilisationer i vores galakse, som vi muligvis kan kommunikere med
- R*er den gennemsnitlige hastighed for stjernedannelse i vores galakse
- fser brøkdelen af de stjerner, der har planeter
- nOger antallet af planeter, der faktisk kan understøtte liv
- fdeter antallet af planeter, der vil udvikle liv
- fjeger antallet af planeter, der vil udvikle intelligent liv
- fc er antallet af civilisationer, der ville udvikle transmissionsteknologier
- L er den tid, som disse civilisationer ville have til at sende deres signaler ud i rummet
Frank Drake skriver sin berømte ligning på en hvid tavle. Kredit: SETI.org
Mens de fleste af disse parametre er underlagt varierende grader af usikkerhed, er pointen med ligningen klar. Selv når man regner det med konservativt, indikerer resultaterne altid, at der bør være mindst et par udenjordiske intelligenser (ETI'er) i vores galakse, som vi bør være i stand til at kommunikere med. Desværre, på trods af årtiers forskning og flere dedikerede SETI-undersøgelser, holder Fermis Paradox stadig.
Som et resultat er der gjort flere forsøg på at løse paradokset teoretisk. Den første og måske bedst kendte er Hart-Tipler formodning , opkaldt i fællesskab efter astrofysiker Michael Hart og matematiker/kosmolog Frank Tipler. Denne teori hævder, at der ikke er beviser for intelligent liv derude, fordi der ikke eksisterer noget.
En anden er Stor filterhypotese , teoretiseret af Oxford-økonomen Robin Hanson, som hævdede, at selvom det simple liv kan være meget almindeligt, var avanceret liv det ikke. Med andre ord eksisterer der i universet en eller anden form for 'filter', der forhindrer simpelt liv i at nå det avancerede stadium og blive en ETI, som vi ville være i stand til at kommunikere med.
Den indbyggede antagelse i begge disse tilfælde er, at ETI'er ikke eksisterer, og derfor ser vi ingen beviser for dem. Men som Carl Sagan berømt bemærkede, da han adresserede den mulige eksistens af alien-intelligens, 'fraværet af beviser er ikke beviset for fravær.' Som sådan har mange teoretikere foreslået alternative forklaringer på, hvordan ETI'er kan eksistere, men forbliver uopdaget af os.
Kardashev-skala (Redux)
Dette rejser et andet problem, som er forestillingen om, at avancerede arter vil være i stand til at udnytte stadig større mængder energi over tid. I sit essay fra 1964 med titlen ' Overførsel af information fra udenjordiske civilisationer ', den sovjetiske/russiske astrofysiker Nikolai Kardashev foreslog et tre-trinsskema til klassificering af udenjordiske civilisationer baseret på mængden af energi, de kunne udnytte.
Denne ordning blev kendt som 'Kardashev-skalaen' og bestod af følgende:
- Type I-civilisationer, (alias planetariske civilisationer) er dem, der kan bruge og opbevare al den energi, der er tilgængelig på sin planet (~4×1012watt)
- Type II-civilisationer (alias stjernecivilisationer) er dem, der er i stand til at bruge og kontrollere energien i hele sit stjernesystem (~4×1026watt)
- Type III civilisationer (alias galaktiske civilisationer) er dem, der kan kontrollere energien i en hel galakse (~ 4 × 1037watt)
Civilisationer, der passer til disse typer, ville kunne spores ved at lede efter tegn på teknologisk aktivitet (alias. ' teknosignaturer “). For eksempel kunne en Type I Civilizations være sporbar gennem Direkte billeddannelse , hvor astronomer ville lede efter lys reflekteret af massive skyer af satellitter (aka. ' Clarke bælter “) rundt om på planeten. En Type II-civilisation ville i mellemtiden være i stand til at bygge en megastruktur omkring sin hjemmestjerne.
Disse civilisationer ville være i stand til at bygge, hvad Freeman Dyson beskrev i 1960 (det, der siden er blevet kendt som et ' Dyson Sphere “). Dette ville gøre det muligt for en civilisation at udnytte al energien fra sin sol, mens den multiplicerer mængden af beboelig plads i deres system eksponentielt. En Type III-civilisation kunne i mellemtiden let opdages ved at lede efter tegn på megastrukturer, der omfatter en hel galakse (eller dele deraf).
Så det er muligt, at universet er fyldt med civilisationer, der spænder fra Type I til Type III udviklingsniveauer, men ikke i øjeblikket er involveret i nogen teknologisk aktivitet? Det er her, begrebet 'aestivation' kommer i spil.
Oprindelse
Teorien blev først foreslået af forskningsmedarbejdere Anders Sandberg og Stuart Armstrong – såvel som den berømte astronom, astrofysiker og filosof Milan Cirkovic – fra Future of Humanity Institute (FHI) ved University of Oxford. I deres undersøgelse fra 2017 med titlen ' Det er ikke dødt, som kan evigt lyve: Aestivationshypotesen for at løse Fermis paradoks ', foreslog de dette som en mulig løsning på Fermi-paradokset.
Undersøgelsen var delvist baseret på tidligere forskning udført af Sandberg og Armstrong i en undersøgelse fra 2013, hvor de udvidede Fermi Paradox ud over Mælkevejen. Med titlen ' Evigheden på seks timer: Intergalaktisk spredning af intelligent liv og skærpelse af Fermi-paradokset ', Sandberg og Armstrong argumenterede for, at en avanceret civilisation ville være i stand til at kolonisere en galakse og endda rejse mellem galakser med relativ lethed.
Efter at have konkluderet, at i et univers på omkring 2 billioner galakser (ifølge de seneste skøn), der har eksisteret i 13,8 milliarder år, burde der være mange Type III-civilisationer derude (baseret på Kardashev skala ). Ikke alene ville disse arter have været i stand til at kolonisere deres respektive galakser på relativt kort tid, men de har nu været i stand til at nå Mælkevejen.
Grunden til, at dette ikke er bevis for os, hævdede Sandberg og Armstrong, har at gøre med Landauers princip , som af mange anses for at være grundprincippet i informationsbehandlingens termodynamik. Denne regel holder, at enhver logisk irreversibel manipulation af information (alias beregning) skal ledsages af en tilsvarende entropistigning (varmetab) for informationsbehandlingsapparatet.
Anvendt på megastrukturer som Dyson Spheres, Matrioshka hjerner osv., ville det involverede niveau af varmeenergi og entropi være enormt. I mellemtiden lærer astronomi og kosmologi os, at universet bliver støt køligere over tid, efterhånden som stjernedannelsen langsomt dør. Samtidig får den kosmiske ekspansion lysets bølgelængde til at strække sig, hvilket gør, at momentum og energi går tabt.
Til sidst menes det, at dette vil resultere i ' Stor Chill ” (eller “Big Freeze”) scenarie, hvor selv baggrundsstrålingen afkøles, og universet vil opleve “varmedød”. Men fra et beregningsmæssigt synspunkt, længe før det sker, kunne avancerede arter vente på, at universet afkøles, så deres megastrukturer er i stand til at fungere mere effektivt.
Ifølge Sandberg og Armstrong kunne en avanceret civilisation (i princippet) udføre eksponentielt mere irreversible logiske operationer ved at overføre entropi til den kosmologiske baggrund i fremtiden. Faktisk, ved at vente, indtil baggrundstemperaturen er væsentligt lavere, anslår de, at yderligere ti non-million (1030), eller der kunne udføres ti quadrillioner flere beregninger.
Hvordan kosmisk ekspansion måles. Kredit: NASA/ESA/A. Feild (STScI)
Det er også muligt, at aestivering er et middel til ' tidlige ankomster ” til vores univers for at springe den lange venteperiode over for andre intelligente arter til at udvikle sig, så når de vågner, vil de have masser af mennesker at tale med! I betragtning af, at liv, der er i stand til at kommunikere med kosmos, tog 4,5 milliarder år at udvikle sig her på Jorden, giver dette en rimelig grad af mening.
Aestivation kan også fortolkes i forhold til Great Filter-hypotesen, som i sidste ende adresserer, hvorfor ETI'er ikke ville være synlige for os. Som Hanson selv forklarede til Universe Today:
'I den tredelte taksonomi af Great Filter-trin, hypoteserer Aestivation Hypothesis et forsinkelsestrin, nær slutningen af filteret. Filteret er ’hvad skal der til for at være synlige.’ Aestivation siger, at de allerede er synlige, de vælger bare ikke at være det.”
Grænser og kritik
Naturligvis er Aestivation Hypothesis (meget ligesom Fermi Paradox og Drake Equation) baseret på nogle antagelser om, hvordan ETI'er ville opføre sig. Disse omfatter:
- Der er civilisationer, der modnes meget tidligere end menneskeheden
- Disse civilisationer kan udvide sig over store mængder og få magt over deres indhold
- Disse civilisationer har løst deres koordinationsproblemer
- En civilisation kan bevare kontrollen over sin volumen over for andre civilisationer
- Den del af modne civilisationer, der aestiverer, er ikke-nul
- Aestivation er stort set usynlig
Kort sagt antager hypotesen, at der – givet universets alder – er gået tilstrækkelig tid til, at civilisationer kan opstå, der er mere avancerede end menneskeheden. Det antages også, at de ville være blevet til rumfarende civilisationer, aktivt koloniserende nabostjernesystemer og muligvis endda nabogalakser.
Endelig antages det, at denne proces ville være synlig ved at lede efter beviser for megastrukturer og massive byggeprocesser. Dette vil omfatte at smadre planeter til byggematerialer, flytte stjerner eller galakser eller endda forbruge gasgiganter, stjerner eller (igen) hele galakser for at skabe brændstof.
For det andet Charles Bennett – en fysiker, informationsteoretiker og stipendiat ved IBM Watson Research Center – sammen med Hanson og C. Jess Reidel (af Perimeter Institut for Teoretisk Fysik ) produceret en afvisningspapir til Aestivation Hypothesis i 2019. Heri argumenterede de for, at Sandberg et al. implicit antage, at computergenereret entropi kun kunne bortskaffes ved at overføre den til den kosmologiske baggrund.
Ifølge Bennett, Hanson og Reidel er dette baseret på en misforståelse af astrofysik og computerfysikken. Selvom et sådant argument kan gælde i en fjern fremtid, hævder de, gælder det ikke i nutiden og gør estiveringsmodellen unøjagtig. Som de siger:
'[O]vores univers i dag indeholder enorme reservoirer og andre fysiske systemer i ikke-maksimale entropitilstande, og computergenereret entropi kan overføres til dem med den adiabatiske konverteringshastighed på en bit negentropi for at slette en fejlbit. Dette kan gøres til enhver tid og forbedres ikke ved at vente på en lav kosmisk baggrundstemperatur. Derfor behøver udlændinge ikke vente med at være aktive.
Denne Fermi-visning i hele himlen inkluderer kun kilder med energier større end 10 GeV. Kredit: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration
I sidste ende er Aestivationshypotesen ligesom alle andre forsøg på at løse Fermi-paradokset (og Drake-ligningen for den sags skyld). Langt fra at være et konkret svar, er denne teori et tankeeksperiment designet til at bringe Fermis berømte spørgsmål i fokus og måske give nogle testbare påstande. I sidste ende er det ultimative mål at hjælpe med at forfine søgen efter udenjordisk intelligens (SETI).
Vi har skrevet mange interessante artikler om Fermi-paradokset, Drake-ligningen og Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) her på Universe Today.
Her er Hvor er udlændingene? Hvordan det 'store filter' kunne påvirke tekniske fremskridt i rummet , Hvorfor det ville være dårligt at finde fremmedliv. Det store filter , Hvordan kunne vi finde udlændinge? The Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) , og Fraser og John Michael Godier debatterer Fermi-paradokset .
Og sørg for at tjekke resten af vores Beyond Fermi's Paradox-serie:
- Beyond 'Fermi's Paradox' I: A Lunchtime Conversation- Enrico Fermi and Extraterrestrial Intelligence
- Beyond 'Fermi's Paradox' II: At stille spørgsmålstegn ved Hart-Tipler-formodningen
- Ud over 'Fermi's Paradox' III: Hvad er det store filter?
- Ud over 'Fermis paradoks' IV: Hvad er hypotesen om sjældne jordarter?
- Ud over 'Fermi's Paradox' VI: Hvad er Berserker-hypotesen?
- Ud over 'Fermis paradoks' VII: Hvad er planetariehypotesen?
- Ud over 'Fermis paradoks' VIII: Hvad er Zoo-hypotesen?
- Ud over 'Fermi's Paradox' IX: Hvad er Brief Window Hypothesis?
- Ud over 'Fermis paradoks' X: Hvad er den førstefødte hypotese?
- Ud over 'Fermis paradoks' XI: Hvad er transcensionshypotesen?
- Ud over 'Fermi's Paradox' XII: Hvad er Vandverden-hypotesen?
- Ud over 'Fermis paradoks' XIII: Hvad er 'Ocean Worlds'-hypotesen?
- Ud over 'Fermis paradoks' XIV: Hvad er Aurora-hypotesen?
- Ud over 'Fermi's Paradox' XV: Hvad er Percolation Theory Hypothesis?
- Ud over 'Fermis paradoks' XVI: Hvad er 'Dark Forest'-hypotesen?
Astronomy Cast har nogle interessante episoder om emnet. Her er Afsnit 24: The Fermi Paradox: Where Are All the Aliens? , Afsnit 110: The Search for Extraterrestrial Intelligence , Afsnit 168: Enrico Fermi , Afsnit 273: Solutions to the Fermi Paradox .
Kilder:
- Sandberg, A. (et al.) 'Det er ikke dødt, som kan løgn evigt: aestivationshypotesen for at løse Fermis paradoks.' (2017)
- Armstrong, S. & Sandberg, A. 'Evigheden på seks timer: Intergalaktisk spredning af intelligent liv og skærpelse af Fermi-paradokset' (2013)
- Kardashev, N.S. 'Transmission af information fra udenjordiske civilisationer' (1964)
- Brin, G.D. 'Den store stilhed - kontroversen om udenjordisk intelligent liv.' (1983)
- Bennet, C. 'Noter om Landauers princip, reversible computation, and Maxwell's Demon' (2003)
- Bennet, C (et al.) 'Kommentar til 'The Aestivation Hypothesis for Resolving Fermis Paradox'' (2019)