Datormodellering av galaxens utveckling tillåter oss att lösa Fermi-paradoxen, enligt vilken främmande civilisationer inte kan gå obemärkt, om de alls finns. I Techno Weekend-serien berättar Forbes om inte så praktiska men ändå nyfikna vetenskapliga och tekniska idéer
En artikel av fyra kända astrofysiker, publicerad online förra månaden, behandlar frågor i skärningspunkten mellan science fiction och kosmologi: kan intelligent supercivilisation kolonisera en galax, och i så fall hur lång tid det kommer att ta.
Det antas att de första sådana frågor ställdes av den berömda fysikern Enrico Fermi redan i början av 1950-talet, och därför minskade detta problem i vetenskapens historia som "Fermi-paradoxen". I sin mest allmänna form ser paradoxen så ut: det finns hundratals miljarder stjärnor i vår galax, och det är logiskt att anta att civilisationer uppstår runt några av dem då och då, som hände nära vår sol. Dessa civilisationer, som utvecklas, börjar behärska de omgivande stjärnsystemen. Det är detta lovande mål som mänskligheten satte sig i mitten av det tjugonde århundradet, och uppenbarligen har det fortfarande inte försvunnit från dagordningen, eftersom våra "resande" redan har lämnat solsystemet och flyger till angränsande stjärnor. Således bör avancerade civilisationer ha tillräckligt med tid att dyka upp i närheten av vår planet. Så var är de?
1975 publicerade astrofysiker Michael Hart en berömd artikel där han erbjöd den mest pessimistiska lösningen på paradoxen. Kärnan i hans resonemang är "Fakta A": det finns inga främmande varelser i närheten av jorden och har aldrig varit det. Hart uteslutte i sin tur alla möjliga förklaringar till detta faktum som är förknippade med den begränsade hastigheten på interstellar resor och civilisationernas tid. Det finns bara en förklaring kvar: främmande civilisationer finns helt enkelt inte. Många astronomer och kosmologer kunde dock inte acceptera denna synvinkel.
Perception paradoxer
De flesta kritiker av Harts idéer påpekade att han såg gradvis expansion som ett oundvikligt attribut för civilisationen. Detta antagande kan vara felaktigt om vi tar hänsyn till ett annat attribut av intelligenta varelser - psykologi.
Ett av de första övervägandena, uttryckt kort efter att Fermi-paradoxen först formulerades, uppstod uppenbarligen under intrycket av kärnvapenraset som ägde rum på vår planet vid den tiden. Detta argument är att teknisk utveckling hotar civilisationen med självförstörelse. Avsaknaden av tecken på ett främmande besök på jorden kan innebära att intelligenta civilisationer, som inser faran för en obegränsad utveckling av teknik, vid någon tidpunkt sätter denna utveckling under strikt kontroll. Kosmisk expansion sker inte, men detta betyder inte att superintelligensen inte existerar eller inte kunde behärska tekniken för interstellär resa: den ville helt enkelt inte ha den. Och de som inte kunde övervinna frestelsen upphörde att existera i enlighet med historiens obeskrivliga lagar.
Kampanjvideo:
En intressant variation på denna synvinkel uttrycks av Sir Martin Rees, den brittiska kosmologen och kanske den mest berömda astronomen i vår tid. Han tror att intelligent supercivilisation kanske inte visar sig på något sätt i våra jordiska angelägenheter, eftersom den är för nedsänkt i sina egna tankar. Det finns många hemligheter i universum som förtjänar djup tanke, och ju längre civilisationen utvecklas, desto mer vill den lugnt tänka på dessa hemligheter. En ledig fåfänga, liksom erövring av galaxer, passar inte superminden.
En annan synvinkel är också baserad på psykologi, men inte utomjordingar, utan själva mänskligheten. Det uttrycks av Seth Shostak, huvud astronom för SETI-projektet ("Sök efter utomjordisk intelligens"). "Klickfel i min trädgård märker inte att de är omgiven av känsliga varelser - nämligen mina grannar och jag," säger han. "Men vi är här." Ett sådant argument kanske låter lite stötande för mänskligheten, men det är ganska rimligt: för att märka närvaron av en superintelligens måste du först åtminstone förstå vad det är och hur det kan se ut, och det i sig är inte en lätt kognitiv uppgift - åtminstone för en skalbagge …
Men är det möjligt att lösa Fermi-paradoxen utan att konstruera hypoteser om psykologin i supercivilisationer och utan att kränka mänskligheten? Astrofysikerna Jason Wright, Jonathan Carroll-Nellenbeck, Adam Frank och Caleb Scharf lade sig själva denna uppgift. Deras simuleringar erbjuder en mer optimistisk upplösning av paradoxen.
Galaxy i rörelse
I tidigare modeller betraktades arenan för supercivilisationsaktivitet i andan av Giordano Brunos kosmologi: som ett utrymme fylt med eviga stationära stjärnor. Påverkansfältet av supercivilisationen i detta fall ser ut som en expanderande bubbla runt den infödda stjärnan, och hastigheten på denna expansion beror bara på den uppnådda hastigheten för interstellär resa. Författarna till artikeln som lämnats in för publicering i The Astrophysical Journal föreslår emellertid att vår galax är ett dynamiskt objekt.
Bilden av civilisationens utvidgning borde starkt bero på stjärnornas rörelse inom galaxen. Vår sol har gjort cirka 50 varv kring det galaktiska centret under dess existens, förklarar medförfattare Carroll-Nellenbeck vid University of Rochester för Nautilus-projektet. Om vi tar hänsyn till detta faktum upphör intensiteten av expansionen praktiskt taget att bero på tekniska begränsningar av hastigheten på interstellär resa. Samtidigt förändras själva expansionsmönstret: istället för att expandera sfärer, borde vi se en mycket mer komplex bild.
I simuleringen, utförd av författarna, övervägs spridningen av "vidarebosättningsfronten". Det visade sig att även med konservativa antaganden kan galaxen befolkas relativt snabbt. Men att variera vissa parametrar, såsom civilisationernas livslängd och preferensen för vissa expansionsriktningar, gav ett resultat som praktiskt taget uteslutits av tidigare förenklade modeller. Det visade sig att mellan den "tomma galaxen" och "galaxen vrimlar av liv" finns det en bred sektor av andra möjligheter. I de mest troliga scenarierna är galaxen faktiskt till stor del bebodd, men stora "tomrum" finns kvar i den, där expansionen ännu inte har trängt in. Om vårt stjärnsystem hamnar i ett av dessa tomrum, vilket är troligt,detta kan förklara "faktum A" som har formulerats av Hart - frånvaron av synliga spår av besök - och därmed lösa Fermi-paradoxen på ett sätt som är önskvärt för mänskligheten.
Adam Frank och Jason Wright tror att det viktigaste uttaget från deras arbete är detta: om vi ännu inte ser spår av förekomsten av supercivilisation i galaxen, måste vi bara titta närmare.
Hur man söker efter utomjordisk intelligens?
Om civilisationer som följer den tekniska utvecklingen, som följer av arbetet som diskuteras, mycket väl kan existera i galaxen, betyder detta att en rimlig riktning för deras sökning är att försöka hitta synliga spår av denna framsteg, det vill säga en "teknisk signatur".
Många vetenskapliga artiklar har skrivits om hur en sådan "signatur" kan se ut. Forbes pratade om en av dem för en vecka sedan: matematikern Louis Crane undrade hur det skulle se ut från sidan av en civilisation som bestämde sig för att använda miniatyr svarta hål skapade genom strålning av en kraftfull gammalaser som en energikälla. En annan artikel om detta ämne publicerades förra veckan. Den här gången undrade Brian Lacey från Institute for Advanced Study i Princeton om vi kunde upptäcka solpanelerna på ett främmande fartyg från jorden som nådde solsystemet.
Reflektionerna av soluppsättningar av kommunikationssatelliter nära jorden faller ofta in i synfältet för markbundna amatörteleskop. Lackey's artikel ger en detaljerad beräkning av faktorer som påverkar sannolikheten för att ett sådant objekt kan ses. Dessa faktorer inkluderar batteriytan, orientering och rotationshastighet. Författaren visade att det panoramiska teleskopet Pan-STARRS1 på Hawaii, som skannade himlen på jakt efter föremål som var farliga för jorden, kunde märka en långsamt roterande spegel som mäter ett par tiotals meter på avstånd från en astronomisk enhet. Men för att ett sådant objekt ska komma in i teleskopramen säkert måste deras antal i solsystemets inre region uppgå till en miljon. Så även om ett interplanetärt rymdskepp med enorma solpaneler är mycket nära oss,sannolikheten för att hitta den är liten.
Men som vi såg ovan, är jordiska astronomer sällan nöjda med pessimistiska slutsatser. Lackey övervägde följande fall: Tänk om den robotartade främmande stationen anlände till oss för länge sedan, gick ur användning och förvandlades till orbital skräp, som den som mänskligheten producerar i överflöd? I det här fallet är det mycket troligt att den kommer att avsluta sin resa vid en av "Lagrange-punkterna", där tyngdkraften hos olika kroppar i solsystemet balanserar varandra. Om du fokuserar observationer på sådana punkter, hävdar Lackey, är bara hundra rymdsspeglar tillräckligt för att märkas av ett av jordens små teleskoper. Varför har de inte blivit märkt ännu? Kanske utomjordingar är vana vid att rensa upp skräp efter sig själva, föreslår författaren till artikeln.
Författare: Alexey Aleksenko
