MiniNauka #6: Czym jest Paradoks Fermiego? | Tabletowo.pl

MiniNauka #6: Czym jest Paradoks Fermiego?

Dołącz do dyskusji 0

Myślę, że każdy z nas choć raz zastanawiał się nad możliwością istnienia we Wszechświecie inteligentnych istot, kosmitów przemierzających kosmos w swoich latających spodkach. Przecież przestrzeń jest niemal nieskończona; jest tak ogromna, że na chłopski rozum aż niemożliwe jest, byśmy byli w tej przestrzeni samotni. Okazuje się, że nie tylko chłopski rozum myśli w ten sposób, ale problem jest na tyle skomplikowany, że zyskał miano paradoksu. Paradoksu, którego wyjaśnienia są zarówno zupełnie fantastyczne, jak i dość brutalne.

W latach 60. ubiegłego wieku doktor Frank Drake, znany szerzej jako założyciel projektu poszukiwania pozaziemskiej inteligencji (SETI), zaproponował tak zwane Równanie Drake’a. Ów wzór miał nam podać przybliżoną liczbę cywilizacji pozaziemskich na poziomie rozwoju przynajmniej takim jak nasz. Nie będę przytaczał dokładnego równania, niemniej jego współczynniki stanowiły wyznaczniki takie, jak szybkość powstawania gwiazd w galaktyce, odsetek gwiazd, które mają planety, odsetek planet w ekosferze czy średni czas istnienia takich cywilizacji. Wzór nigdy nie miał na celu podania dokładnej liczby cywilizacji; intencją było zrozumienie mechanizmów, jakie stoją za ich powstawaniem. Według oryginalnych szacunków Drake’a, w samej tylko Drodze Mlecznej istnieje od tysiąca do stu milionów cywilizacji.

Gdzie oni są?

Według definicji z Wikipedii paradoks to twierdzenie logiczne prowadzące do zaskakujących lub sprzecznych wniosków, będące wynikiem błędów w sformułowaniu twierdzenia lub przyjęcia błędnych założeń; może również być tak zwanym paradoksem pozornym. Przy okazji – możecie spodziewać się jeszcze kilku artykułów traktujących o różnych paradoksach, bo to doskonałe ćwiczenia myślowe. Wracając – paradoks Fermiego, choć bezpośrednio wynika z Równania Drake’a oraz naszych obserwacji, uznawany jest za paradoks filozoficzny, a nie matematyczny. Inaczej mówiąc, rozważa się go nie w kategorii błędnie sformułowanego równania matematycznego (bo ono jest nieprecyzyjne z założenia), ale raczej pod kątem filozoficznej dysputy na temat naszego miejsca we Wszechświecie. I tego, czy jesteśmy w tym Wszechświecie samotni.

Paradoks Fermiego swą nazwę zawdzięcza Enrico Fermiemu, włoskiemu fizykowi teoretycznemu, który w 1938 roku otrzymał nagrodę Nobla za wytworzenie nowych pierwiastków promieniotwórczych. Wprowadził on również pojęcie oddziaływań słabych (o których wspomniałem w odcinku zerowym), a także – co ciekawe – w pewnym sensie rozpoczął erę atomu. To właśnie jego zespół w 1942 roku zbudował pierwszy na świecie reaktor jądrowy. Enrico pracował również nad projektem Manhattan, którego celem było skonstruowanie pierwszej bomby atomowej.

mininauka6_drakefermi

Od lewej: Frank Drake i Enrico Fermi

I to właśnie Enrico Fermiemu przypisuje się zwrócenie uwagi na problem braku obserwacji jakiegokolwiek życia pozaziemskiego. Choć niewątpliwie mnóstwo osób zastanawiało się nad tym wcześniej, to właśnie Fermi zapisał się na kartach historii jako ten, który zadał pytanie „Gdzie Oni są?”. Gwoli ścisłości – Enrico nie sformułował paradoksu wprost, zadał jedynie pytanie. Sam Paradoks Fermiego powstał później i stał się niemal tak kultowy, jak paradoks Kota Schrödingera, choć operuje na zupełnie innym poziomie rozumowania. Ten drugi odnosi się bezpośrednio do mechaniki kwantowej, zaś nasz dzisiejszy paradoks jest po prostu luźnym i filozoficznym, choć niepozbawionym naukowych aspektów myśleniem.

Zanim przejdę do konkretnych prób wytłumaczeń, mała dygresja. Choć Równanie Drake’a i Paradoks Fermiego odnoszą się generalnie do całego Wszechświata, nas interesować będzie tylko i wyłącznie Grupa Lokalna, czyli skupisko kilkudziesięciu galaktyk, w którym znajduje się również Droga Mleczna. Z prostego powodu – bez przekroczenia prędkości światła prawdopodobnie nigdy nie będziemy w stanie dolecieć do innej gromady galaktyk, a to z powodu rozszerzania się Wszechświata. Przyjmujemy więc, że hipotetyczne cywilizacje również nie potrafią przekroczyć prędkości światła, więc z czystym sumieniem możemy dumać tylko i wyłącznie nad Grupą Lokalną, albo, jeszcze lepiej, tylko nad Drogą Mleczną. Bo tutaj też pojawia się sporo sprzeczności.

mininauka6_galaktyka

Jesteśmy wyjątkowi czy nie?

W Drodze Mlecznej jest około 400 miliardów gwiazd, spośród których około 20 miliardów stanowią gwiazdy typu G podobne do naszego Słońca. Według szacunków około 4 miliardy tych gwiazd posiada planety znajdujące się w ekosferze gwiazdy. Ekosfera to ten obszar wokół gwiazdy, w którym panują warunki odpowiednie do powstania życia takiego jak nasze. Z tych liczb wynikają aktualne szacunki wynikające z równania Drake’a, które mówią o milionie inteligentnych cywilizacji zamieszkujących naszą galaktykę. Różnica między tą liczbą a początkowymi szacunkami wynika bezpośrednio z rozwoju nauki – w latach 60. Drake nie miał na przykład pojęcia, że egzoplanety są tak powszechne. I teraz wreszcie możemy zadać sobie pytanie – gdzie jest chociaż jedna z tego miliona cywilizacji?

Wyjaśnień Paradoksu Fermiego jest całe mnóstwo, dlatego skupię się tylko na kilku z nich. Tak naprawdę wciąż nie wiemy, w jaki sposób powstaje życie, natomiast w swojej skromności założyliśmy, że nie jest ono aż tak unikalnym zjawiskiem – nazywane jest to zasadą kopernikańską. Inaczej mówiąc, naukowcy nie uważają ludzkości za pępek Wszechświata. Dlatego też paradoksu nie możemy wprost tłumaczyć tym, że życie po prostu nie powstało, dlatego go nie ma. Jest jednak inne wyjaśnienie zwane Wielkimi Filarami. Owe filary to umowne granice, których przekroczenie jest dla cywilizacji pewnym wyzwaniem. Są to granice w gruncie rzeczy proste – aktualnie wyróżniamy na przykład wojnę nuklearną czy zmiany klimatu (co wynika bezpośrednio z naszej sytuacji), choć niewykluczone, że jeszcze dalej znajdują się kolejne ekstremalne trudności. Taka hipoteza tłumaczy brak latających nad naszymi głowami statków kosmicznych tym, że statki te nie mają po prostu jak powstać, bo ich twórcy unicestwiają się na własne życzenie. Trzeba przyznać, że to dość pesymistyczny scenariusz, aczkolwiek prawdopodobnie sami widzicie, że absolutnie nie można go wykluczyć. Wystarczy jedna niezrównoważona psychicznie osoba, by Ziemia stała się radioaktywną pustynią.

mininauka6_bomba

A może błądzimy jak dzieci we mgle?

Inne wyjaśnienia odnoszą się do naszego poziomu technologicznego. Podstawą naszej komunikacji są fale elektromagnetyczne – to dzięki nim istnieje łączność bezprzewodowa, a co za tym idzie, mamy radio, telewizję czy wreszcie Internet. W kosmos wysyłamy całe mnóstwo takich fal, logiczne jest więc założenie, że takich samych sztucznie wytworzonych fal nasłuchujemy z kosmosu. Nasłuch prowadzimy dopiero od kilkudziesięciu lat, co w praktyce oznacza, że jeśli poza tym obszarem kilkudziesięciu lat świetlnych wokół Ziemi coś się zmieniło, my nadal tego nie wiemy. Ogranicza nas prędkość światła.

A co z sytuacją, w której nasza technologia komunikacji jest prymitywna? Podczas poszukiwania życia pozaziemskiego staramy się szukać oznak podobnych do tych, które znamy. Szukamy życia opartego na węglu i szukamy go na planetach znajdujących się w ekosferach. A co, jeśli życie wyewoluowało w inny sposób? Nie możemy tego wykluczyć. A nawet jeśli byłoby podobne do naszego i dotarłoby do poziomu życia inteligentnego, nie mamy pewności, że jego rozwój potoczyłby się tak samo. Zakładamy tak, ponieważ innego scenariusza po prostu nie znamy i kompletnie nie wiemy, czego się spodziewać.

mininauka6_obserwatorium

Rasa Żniwiarzy

Inne z wyjaśnień Paradoksu Fermiego zostało pośrednio wykorzystane w serii Mass Effect – mowa tutaj o rasie Żniwiarzy, która co 50 tysięcy lat niszczy wszystkie przejawy inteligentnego życia w całej galaktyce, zostawiając jedynie życie nierozwinięte i prymitywne. Nie ma tutaj większego znaczenia cel takiej anihilacji – czy będzie to idea filozoficzna, jak w przypadku Żniwiarzy czy też względy czysto ekonomiczne, cywilizacje są po prostu cyklicznie niszczone.

Warto zapoznać się z pojęciem Skali Kardaszewa. To hipotetyczna skala technologicznego zaawansowania cywilizacji, zaproponowana również w latach 60. przez Nikołaja Kardaszowa, rosyjskiego astrofizyka. Podstawą skali jest ilość energii wykorzystywana przez cywilizację. Stopień pierwszy oznacza wykorzystanie całej energii produkowanej przez planetę macierzystą, stopień drugi obejmuje całą energię produkowaną przez gwiazdę macierzystą, zaś stopień trzeci określa cywilizację panującą nad całą galaktyką. Przy okazji – według Michio Kaku mamy szansę osiągnąć poziom pierwszy już na początku przyszłego wieku. Trzeba też przyznać, że Skala Kardaszewa jest wyznacznikiem bardzo trafnym. O ile poziom rozwoju naukowego czy kulturowego jest wartością względną, o tyle ilość energii powinna być tak samo zrozumiała dla absolutnie każdej cywilizacji, bo bezpośrednio wynika z praw fizyki.

Hipotetyczni Żniwiarze musieliby więc być cywilizacją typu trzeciego. Wariant z cyklicznym niszczeniem życia jest jednak dość brutalny. Istnieje inna teoria, również zakładająca udział tak rozwiniętej cywilizacji, która traktuje nas niczym zwierzęta w zoo bądź eksperyment w laboratorium. Innymi słowami jesteśmy zwyczajnie obserwowani przez kogoś niesłychanie potężnego; kogoś, kto dba o to, byśmy nie dowiedzieli się zbyt wiele zbyt wcześnie. Choć może to brzmieć nieprawdopodobnie, to nie zapominajmy, że mamy do czynienia z paradoksem, z eksperymentem myślowym. Tutaj wszystkie chwyty są dozwolone. Pomyślcie też – czy obserwowana przez nas mrówka ma świadomość, że jest przez nas obserwowana? Zamieńmy więc role i stańmy się mrówkami obserwowanymi przez kogoś większego. To wcale nie brzmi tak głupio, prawda?

mininauka6_zniwiarze

Inteligencja jest unikalna

Kolejna z hipotez nagina lekko zasadę kopernikańską i tłumaczy Paradoks Fermiego tym, że życie powstaje powszechnie, natomiast inteligentne życie pojawia się już znacznie rzadziej. Mówiąc ściśle, to my jesteśmy pierwszą inteligentną cywilizacją. Trzeba przyznać, że taka koncepcja stawia nas na piedestale, aczkolwiek nie jest to pozbawione sensu. Pomyślcie tylko, że dinozaury królowały na naszej planecie przez niemal 150 milionów lat! I co po nich zostało? Czy zostawiły po sobie jakąkolwiek cywilizację, kulturę, naukę, sztukę, cokolwiek? Nic, tylko skamieniałe szczątki odciśnięte na głazach. Nasz gatunek, homo sapiens, istnieje od około 250 tysięcy lat. Nawet. jeśli rozszerzymy ten okres aż do neandertalczyków, daje nam to zaledwie 400 tysięcy lat ludzkiej historii. Grubo ponad 350 razy krócej niż dinozaury.

Jest jeszcze inny dowód. Szacuje się, że 99% wszystkich gatunków żyjących kiedykolwiek na Ziemi to gatunki wymarłe. Obecny ekosystem, choć niezwykle bogaty, nie istnieje od początku. Wszystko, co żyje w naszych czasach, stanowi jeden procent gatunków, które kiedykolwiek przewinęły się przez Błękitną Planetę. Takie cykliczne wymieranie zdarza się z wielu przyczyn – możecie spodziewać się w przyszłości artykułu na ten temat. Być może są one na tyle powszechne, że skutecznie niszczyły też 99% życia na innych planetach w naszej galaktyce? A może po prostu my mieliśmy szczęście, że jedno z masowych wymierań nie zniszczyło życia w stu procentach?

Jeszcze inna hipoteza jest niejako połączeniem tej koncepcji z koncepcją błądzenia we mgle. Zakłada, że inteligencja jest na tyle unikalna, że w jednym czasie istnieje tylko jedna cywilizacja. Inaczej mówiąc, galaktyka pełna jest ruin i pomników cywilizacji, które istniały przed nami. Odkrycie dowolnych śladów życia inteligentnego potwierdziłoby tę koncepcję, ale równocześnie zapaliłoby nad naszymi głowami lampkę ostrzegawczą. Bo skoro wszystkie cywilizacje upadły, zanim zdołały się rozprzestrzenić, to niemal na pewno nas czeka taki sam los. I tym pesymistycznym akcentem zostawiam Was z własnymi myślami. Do następnego!

źródła: kurzgesagt, seti institute

_
#MiniNauka to cykl, w ramach którego staram się przekuwać swoje naukowe (czy raczej popularnonaukowe) zainteresowania w treści popularyzujące wiedzę o świecie i zjawiskach w nim zachodzących. Poruszam się po obszarach fizyki, kosmosu i technologii przyszłości, nierzadko sięgając po inne, powiązane dziedziny, przy zachowaniu przystępnej formy i względnie prostego języka.

Jeżeli znalazłeś literówkę w tekście, to daj nam o tym znać zaznaczając kursorem problematyczny wyraz, bądź zdanie i przyciśnij Shift + Enter lub kliknij tutaj. Możesz też zgłosić błąd pisząc na maila.

Komentarze

Logowani/Rejestracja jest chwilowo wyłączona