Dies ist eine der ältesten Fragen der Wissenschaft. In diesem Jahr haben mein Kollege Woody Sullivan und ich einen Artikel in Astrobiology veröffentlicht, in dem wir neue Ergebnisse präsentieren, die meiner Meinung nach ein neues Licht auf dieses Problem werfen. Vor einem Monat schrieb ich basierend auf unseren Ergebnissen einen beliebten Artikel für die New York Times mit der provokanten Überschrift "Ja, Aliens existieren". Der Artikel erzeugte eine gewisse Begeisterung und eine Reihe von Antworten. Jemand stimmte zu, jemand argumentierte und jemand drängte mich sogar, das UFO-Problem anzugehen (sorry, aber das ist nicht meins).
Jetzt möchte ich noch einmal über unsere Ergebnisse sprechen und ihre Bedeutung und Grenzen genauer erläutern. Für mich ist es besonders wichtig, auf zwei ausgezeichnete kontroverse Artikel zu antworten, die von Ross Andersen im Atlantik und Ethan Siegel in Forbes veröffentlicht wurden. Weder Andersen noch Siegel stimmen meinen Argumenten zu - und beide konnten gute Einwände gegen sie finden. Im Wesentlichen ist die Hauptsache in der Wissenschaft (ich spreche nicht über Leugner der globalen Erwärmung) die Diskussion. Meine beiden Gegner können sehr gut schreiben, und ihre Skepsis hat mich dazu gebracht, mehr über unsere Ideen mit dem Co-Autor nachzudenken. Alles in allem war es sehr hilfreich.
Ich werde sofort eine Reservierung vornehmen. Der Artikel kam zu lange heraus, da ich auf den Hintergrund achten musste - aber ohne dies könnte die Bedeutung meiner Argumente einfach verloren gehen. Wer mit der Drake-Gleichung und ihrer Geschichte vertraut ist, kann den nächsten Abschnitt überspringen.
Hintergrund des Problems
1961 organisierte der Astronom Frank Drake eine Konferenz über die Möglichkeiten der interstellaren Kommunikation. Drake beschloss, mit einer einfachen Frage zu beginnen: Wie viele außerirdische Zivilisationen gibt es in der Galaxie (nennen wir sie Exozivilisationen)? Um die Diskussion zu erleichtern, identifizierte Drake sieben Parameter, die jeweils einem Aspekt des Problems entsprachen, und nahm sie als Faktoren in die Gleichung für die Gesamtzahl der existierenden Exozivilisationen (N) auf. Drakes Gleichung sieht so aus.
R * ist die Anzahl der Sterne, die pro Jahr in unserer Galaxie gebildet werden. fp ist der Anteil der Sterne mit Planeten; ne ist die durchschnittliche Anzahl von Planeten für jeden Stern, der sich in der sogenannten bewohnbaren Zone befindet (d. h. Bedingungen aufweist, die für den Ursprung des Lebens günstig sind); fl ist der Anteil der Planeten, auf denen Leben auftritt; fi ist der Anteil der bewohnten Planeten, auf denen Intelligenz entsteht; fс ist der Anteil der Planeten, auf denen sich fortschrittliche technologische Zivilisationen entwickeln. Der letzte (und problematischste!) Faktor ist L, die durchschnittliche Lebensdauer einer technologischen Zivilisation.
Drakes Gleichung gilt als eines der Schlüsselinstrumente zur Untersuchung der Frage des Lebens im Universum. In den letzten 50 Jahren diente es als Bezugspunkt für Astronomen, die sich mit diesem Problem befassen.
Es sollte beachtet werden, dass 1961, als Drake seine Gleichung zusammenstellte, zumindest etwas nur über den ersten Faktor bekannt war - die Anzahl der pro Jahr gebildeten Sterne. Alle anderen Parameter waren unbekannt. Dies bedeutete, dass Wissenschaftler, die die Drake-Gleichung verwendeten, lange Zeit nur über ihre Werte spekulieren konnten. Optimisten wählten Optionen, die zu hohen N-Werten führten, Pessimisten wählten Optionen, die zu niedrigen Werten führten. Es war Geschmackssache.
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Dann fand jedoch eine exoplanetare Revolution statt. In den letzten 20 Jahren haben astronomische Entdeckungen die Art und Weise verändert, wie wir über Planeten denken, die andere Sterne umkreisen. Unterwegs wurden die Werte der nächsten beiden Terme der Drake-Gleichung (fp und ne) bestimmt. Es stellte sich heraus, dass es überall Planeten gibt. Fast jeder Stern am Himmel hat mindestens einen Planeten.
Neue Ideen
Woody und ich haben beschlossen, diesen riesigen Sprung zu nutzen und etwas zu tun, was, soweit wir wissen, bisher noch niemand getan hat - sagen wir, basierend auf neuen Erkenntnissen, etwas Bestimmtes über Exokivilisationen.
Dafür haben wir die Schlüsselfrage geändert. Klassiker "Wie viele Exozivilisationen gibt es jetzt?" wir ersetzten durch "Wie viele Exozivilisationen gab es jemals?" Dieser Ansatz ermöglichte es uns, den L-Faktor und die Lebensdauer zu ignorieren und auch die drei unbekannten Wahrscheinlichkeiten zu überdenken, die mit dem Leben verbunden sind (fl, fi und fc). Anstatt sie separat zu betrachten, haben wir sie kombiniert. Dies bedeutete, dass wir uns für alles zusammen interessierten - den gesamten Prozess von der Entstehung des Lebens bis zur Schaffung einer fortschrittlichen Zivilisation. Wir haben unseren neuen Faktor "biotechnische Wahrscheinlichkeit" genannt - fbt. Tatsächlich sprechen wir über das Produkt der gleichen drei Unbekannten aus der Drake-Gleichung. In der Sprache der Mathematik sieht dies wie folgt aus: fbt = fl * fi * fс.
Diese Art, das Problem zu betrachten - neue Exoplanetendaten zu verwenden und die Formel zu transformieren - liefert eine empirische Einschränkung für eine Frage, auf die sich Drakes Gleichung normalerweise nicht konzentriert. Hier ist die Frage:
Wie hoch ist die biotechnologische Wahrscheinlichkeit, dass ein Planet für uns die einzige Zivilisation ist, die jemals in der Geschichte des Universums existiert?
Unter Berücksichtigung der Daten über Exoplaneten haben wir das Ergebnis erhalten: 10-22 oder eine von zehn Milliarden Billionen. Wir nennen diese Figur die „Pessimismuslinie“. Es kann auf verschiedene Arten interpretiert werden.
Stellen Sie sich zunächst viele, viele Planeten in der bewohnbaren Zone vor - also Planeten, deren Umlaufbahnen die Existenz von flüssigem Wasser ermöglichen. Nach unseren Erkenntnissen wird die Menschheit nur dann einzigartig sein, wenn Sie zehn Milliarden Billionen Planeten durchsuchen müssen, um eine Exozivilisation zu finden.
Zweitens müssen Sie verstehen, dass vor uns niemand sagen konnte, was das Wort "Pessimismus" in diesem Fall bedeutet. Sollte der fbt als "pessimistisch" auf der Ebene von eins bis eine Million oder bis zu einer Milliarde angesehen werden? Vor der Veröffentlichung unseres Artikels gab es keine klare Grenze, über die hinaus die Werte der lebensbezogenen Variablen der Drake-Gleichung bedeuten würden, dass wir im vollen Sinne des Wortes allein in dieser Welt sind. Woody und ich fanden jedoch heraus, dass wir die einzige Zivilisation in der Geschichte des Universums sein werden, wenn die Natur in ihrer unendlichen Weisheit einen Wert von weniger als einer von zehn Milliarden Billionen wählt. Aber wenn sie einen Wert von mehr als zehn Milliarden Billionen wählte, dann existierten bereits Leben, Intellekt und Zivilisation vor uns.
Kritik
Eine von zehn Milliarden Billionen ist sehr wenig. Wie ich in der New York Times schrieb, kann auf dieser Grundlage davon ausgegangen werden, dass Ex-Zivilisationen höchstwahrscheinlich vor uns existierten - und es gab möglicherweise viele. Ich fand diese Schlussfolgerung am logischsten.
Allerdings stimmten mir nicht alle zu. Eine der grundlegenden Einwände meiner Gegner war, dass 10-22 zwar nicht genug ist, dies jedoch nicht die Existenz von Exokivilisationen beweist. Insbesondere Andersen gefiel der Satz nicht besonders: "… [C] die Hitze des Pessimismus, die notwendig ist, um die Existenz einer fortgeschrittenen außerirdischen Zivilisation zu bezweifeln, widerspricht dem gesunden Menschenverstand."
Darin muss ich der Kritik zustimmen. Ich hätte nicht mit gesundem Menschenverstand über die Diskrepanzen sprechen sollen. Trotz der Tatsache, dass die „pessimistische Linie“sehr niedrig ist, ist es durchaus akzeptabel anzunehmen, dass wir ein einzigartiges Phänomen in der Geschichte des Universums sind. Tatsächlich ist das einzige empirisch fundierte Urteil, zu dem Woody und ich das Recht haben, folgendes zu treffen: Wir können mit Sicherheit sagen, wo die Linie des Pessimismus liegt (eine von zehn Milliarden Billionen). Angesichts der verfügbaren Daten ist es durchaus möglich, eine rationale Theorie zu formulieren, die besagt, dass der reale Wert der biotechnischen Wahrscheinlichkeit weniger als 10-22 beträgt.
Andersen, Siegel und ich sind uns jedoch nicht einig, wie wir unser Ergebnis interpretieren sollen. Erstens stimme ich nicht zu, dass die Idee der biotechnischen Wahrscheinlichkeit irgendwie die Tatsache verdeckt, dass alle lebensbezogenen Variablen in der Drake-Gleichung theoretisch extrem klein sein können. Der atlantische Artikel trug den Titel (obwohl es keineswegs sicher ist, dass Andersen irgendetwas mit dieser Überschrift zu tun hat) "Mathe-Spiele machen Aliens nicht zur Realität". Das hat mich wirklich zum Lachen gebracht, weil es in unserer Arbeit keine "mathematischen Spiele" gibt.
Obwohl wir uns anfangs eine schwierigere Aufgabe gestellt hatten, wurde am Ende alles einfacher. Wir haben einfach die Anzahl der Planeten in der bewohnbaren Zone im beobachtbaren Universum berücksichtigt. Es ist zu beachten, dass unser „pessimistisches Merkmal“mögliche kleine Werte einzelner Variablen nicht ignoriert. Wir haben sie alle berücksichtigt.
So funktioniert es.
Nehmen wir zunächst an, wir betrachten die Wahrscheinlichkeit der Geburt des Lebens auf dem Planeten in der bewohnbaren Zone als eins zu einer Million (fl = 10-6), die Wahrscheinlichkeit zur Geburt von Intelligenz - ebenfalls gleich eins zu einer Million (fi = 10-6) und die Wahrscheinlichkeit, diese intelligente zu erschaffen Das Leben einer technologischen Zivilisation ist genau das gleiche (ft = 10-6). Dies bedeutet eine Biotech-Wahrscheinlichkeit von einer Million Billionen (10-6 * 10-6 * 10-6 = 10-18). Wie Sie sehen können, keine Tricks. Argumente über die geringe Wahrscheinlichkeit der Entstehung des Lebens oder die Entwicklung der Vernunft oder die Schaffung der Zivilisation verlieren somit ihre Bedeutung - all dies ist bereits im Konzept der biotechnischen Wahrscheinlichkeit enthalten.
Beachten Sie, dass die Werte der im obigen Absatz angegebenen Variablen bedeuten würden, dass es in der Geschichte des Universums 10.000 Exozivilisationen gab.
Obwohl wir sicherlich noch genügend Daten haben, um die Grenze des Pessimismus zu ziehen, bietet uns die Geschichte der Kontroversen um die Drake-Gleichung eine Fülle von Materialien, die es uns ermöglichen, tiefer über unsere Ergebnisse nachzudenken. Während viele argumentiert haben, dass Exozivilisationen selten sein müssen, haben sie fast nie direkt erklärt, was „selten“in diesem Zusammenhang bedeutet. Wenn Sie genauer hinschauen, bedeuteten diejenigen, die über Seltenheit sprachen, oft eine Frequenz, die mehrere Größenordnungen höher als 10-22 war - unsere Linie des Pessimismus.
Dies lässt sich anhand eines bekannten Beispiels leicht zeigen. 1983 brachte der Physiker Brandon Carter ein äußerst geniales Argument gegen die Exozivilisation vor, das auf dem Beweis beruhte, dass es einige Zeit dauerte, bis Intelligenz auf der Erde auftauchte, vergleichbar mit dem Zeitalter der Sonne. Aufgrund dieser Tatsache kam er zu dem Schluss, dass die Evolution zur Schaffung von Intelligenz eine Reihe von „schwierigen Schritten“unternahm, von denen jeder äußerst unwahrscheinlich war.
Unter der Annahme, dass es zehn solcher evolutionären "Schritte" gab, berechnete er, dass die Gesamtwahrscheinlichkeit des Auftretens einer Exozivilisation 10 bis 20 beträgt. Seiner Meinung nach ist diese Schlussfolgerung "mehr als genug, um sicherzustellen, dass unser Entwicklungsstand für das Beobachtungsuniversum einzigartig ist".
Dies ist jedoch nicht der Fall! Unser "pessimistisches Merkmal" legt nahe, dass Carters Berechnung Raum für Hunderte von Exozivilisationen lässt. Carter dachte, er würde eine hyperpessimistische Haltung einnehmen, aber in Wirklichkeit erwies er sich als Optimist. Es sollte auch beachtet werden, dass moderne Forscher glauben, dass es nur fünf "schwierige Schritte" gab (falls vorhanden). Unter Berücksichtigung der anderen Zahlen, die Carter für seine Arbeit angegeben hat, werden wir in diesem Fall von einer Wahrscheinlichkeit von 10-10 sprechen. In Kombination mit unserem „Merkmal des Pessimismus“bedeutet dies die mögliche Existenz von Billionen Exokivilisationen zu unterschiedlichen Zeiten. (Vergessen wir nicht, dass Autoren wie Mario Livio Argumente vorbringen, die die Grundlagen von Carters Hypothese untergraben.)