Това е един от най-старите въпроси, пред които е изправена науката. Тази година и колегата ми Уди Съливан публикувахме книга в Астробиологията, в която представяме нови резултати, които според мен хвърлят нова светлина върху този проблем. Преди месец, въз основа на нашите резултати, написах популярна статия за New York Times с провокативното заглавие „Да, извънземните съществуват“. Статията генерира определено количество бръмчане и редица отговори. Някой се съгласи, някой спори и някой дори ме призова да се справя с проблема с НЛО (съжалявам, но това не е мое).
Сега бих искал да поговоря отново за нашите открития и да обясня по-подробно тяхното значение и граници. За мен е особено важно да отговоря на две отлични противоречиви статии, публикувани от Рос Андерсен в Атлантическия океан и Итън Сийгъл във „Форбс“. Нито Андерсен, нито Зигел са съгласни с моите аргументи - и двамата успяха да намерят добри възражения срещу тях. По същество основното в науката (не говоря за отрицатели на глобалното затопляне) е дискусията. И двамата ми опоненти са много добри в писането и техният скептицизъм ме накара да се замисля повече за нашите идеи със съавтора. Като цяло беше доста полезно.
Ще направя една резервация веднага. Статията излезе твърде дълго, тъй като трябваше да обърна внимание на предисторията - но без това смисълът на моите аргументи може просто да се загуби. Тези, които са запознати с уравнението на Дрейк и неговата история, могат да прескочат следващия раздел.
Предистория на проблема
През 1961 г. астрономът Франк Дрейк организира конференция за възможностите за междузвездна комуникация. Дрейк реши да започне с един прост въпрос: колко извънземни цивилизации съществуват в галактиката (нека ги наречем екзоцивилизации)? За да улесни дискусията, Дрейк идентифицира седем параметъра, всеки от които отговаря на един аспект на проблема, и ги включи като фактори в уравнението за общия брой съществуващи екзовилизации (N). Уравнението на Дрейк изглежда така.
R * в него е броят звезди, образувани годишно в нашата галактика; fp е фракцията от звезди с планети; ne е средният брой планети за всяка звезда, разположени в така наречената обитаема зона (т.е. с условия, благоприятни за произхода на живота); fl е фракцията на планетите, върху която възниква животът; fi е съотношението на обитавани планети, върху които възниква интелигентност; fс е съотношението на планетите, на които се развиват напреднали технологични цивилизации. Последният (и най-проблемен!) Фактор е L, средният живот на технологичната цивилизация.
Уравнението на Дрейк се счита за един от ключовите инструменти за изучаване на въпроса за живота във Вселената. През последните 50 години той служи като отправна точка за астрономите, които се занимават с този проблем.
Трябва да се отбележи, че през 1961 г., когато Дрейк съставяше уравнението си, поне нещо се знаеше само за първия фактор - броя на звездите, образувани годишно. Всички останали параметри бяха неизвестни. Това означаваше, че дълго време учените, използващи уравнението на Дрейк, можеха само да спекулират за техните стойности. Оптимистите избират опции, водещи до високи N стойности, песимистите избират опции, водещи до ниски стойности. Това беше въпрос на вкус.
Промоционално видео:
Тогава обаче се състоя екзопланетна революция. През последните 20 години астрономическите открития промениха начина, по който мислим за планетите, орбитиращи други звезди. По пътя бяха определени стойностите на следващите два члена на уравнението на Дрейк (fp и ne). Оказа се, че навсякъде има планети. Почти всяка звезда на небето има поне една планета.
Нови идеи
Уди и аз решихме да се възползваме от този гигантски скок и да направим нещо, което, доколкото знаем, никой не е направил досега - да речем, въз основа на нови доказателства, нещо по-категорично за екзоцивилизациите.
За това сме променили основния въпрос. Класически "Колко екзоцивилизации има сега?" заменихме с „Колко екзоцивилизации някога е имало?“Този подход ни позволи да пренебрегнем L фактора, продължителността на живота и също да преосмислим трите неизвестни вероятности, свързани с живота (fl, fi и fc). Вместо да ги гледаме отделно, ние ги комбинирахме. Това означаваше, че се интересуваме от всичко заедно - целият процес от възникването на живота до създаването на напреднала цивилизация. Наричахме нашия нов фактор "биотехническа вероятност" - fbt. Всъщност ние говорим за произведението на същите три неизвестни от уравнението на Дрейк. На езика на математиката това изглежда като fbt = fl * fi * fс.
Този начин на разглеждане на проблема - използване на нови данни за екзопланети и трансформиране на формулата - предоставя емпирично ограничение за въпрос, върху който уравнението на Дрейк обикновено не се фокусира. Ето въпроса:
Каква е биотехническата вероятност една планета за нас да бъде единствената цивилизация, съществувала някога в историята на Вселената?
Като вземем предвид данните за екзопланетите, получихме резултата: 10-22 или един на десет милиарда трилиона. Наричаме тази цифра „линията на песимизма“. Може да се тълкува по различни начини.
Първо, представете си много, много планети в обитаемата зона - тоест планети, чиито орбити позволяват съществуването на течна вода. Според нашите открития човечеството ще бъде уникално само ако, за да намерите екзоцивилизация, трябва да търсите десет милиарда трилиона планети.
Второ, трябва да разберете, че преди нас никой не би могъл да каже какво означава думата „песимизъм“в случая. Трябва ли fbt да се счита за "песимистичен" на ниво от един до милион или милиард? Преди публикуването на нашата статия нямаше ясна граница, отвъд която стойностите на променливите, свързани с живота на уравнението на Дрейк, биха означавали, че ние сме в пълния смисъл на думата сами в този свят. Въпреки това, Уди и аз разбрахме, че ако природата в своята безкрайна мъдрост избере стойност по-малка от един на десет милиарда трилиона, ние ще бъдем единствената цивилизация в историята на Вселената. Но ако тя е избрала стойност над десет милиарда трилиона, тогава животът, интелигентността и цивилизацията вече са съществували преди нас.
критика
Един на десет милиарда трилиона е много малко. Както писах в New York Times, въз основа на това може да се предположи, че бившите цивилизации най-вероятно са съществували преди нас - и може би е имало много от тях. Това заключение намерих за най-логично.
Не всички обаче се съгласиха с мен. Едно от основните възражения на моите опоненти беше, че въпреки че 10-22 наистина не са достатъчни, това не доказва съществуването на екзоцивилизации. По-специално Андерсен не харесва особено израза: "… [C] топлината на песимизма, необходима, за да се съмнява в съществуването на напреднала извънземна цивилизация в един или друг момент, противоречи на здравия разум."
В това трябва да се съглася с критиката. Не трябваше да говоря за несъответствията със здравия разум. Въпреки факта, че „песимистичната линия“е много ниска, е напълно приемливо да се приеме, че ние сме уникално явление в историята на Вселената. Всъщност единственото емпирично сигурно решение, което Уди и аз имаме право да направи, е следното: можем със сигурност да кажем къде пада линията на песимизма (един на десет милиарда трилиона). Предвид наличните данни е напълно възможно да се формулира рационална теория, която твърди, че реалната стойност на биотехническата вероятност е по-малка от 10-22.
Въпреки това Андерсен и Сийгъл не сме съгласни как да интерпретираме резултата си. Първо, не съм съгласен, че идеята за биотехническата вероятност по някакъв начин затъмнява факта, че всички променливи, свързани с живота в уравнението на Дрейк, теоретично могат да бъдат изключително малки. Статията в Атлантическия океан беше озаглавена (макар че далеч не е сигурно, че Андерсен има нещо общо с тази рубрика) „Математическите игри не правят извънземните реалност“. Това наистина ме разсмя, защото в нашата работа няма „математически игри“.
Въпреки че първоначално си поставихме по-трудна задача, в крайна сметка всичко стана по-лесно. Ние просто взехме предвид броя на планетите в обитаемата зона в наблюдаваната Вселена. Трябва да се отбележи, че нашата „песимистична черта“не пренебрегва възможните малки стойности на отделните променливи. Всички сме ги взели под внимание.
Ето как работи.
Първо, да предположим, че считаме вероятността от раждането на живота на планетата в обитаемата зона равна на един на милион (fl = 10-6), вероятността за раждане на интелигентността - също равна на един на милион (fi = 10-6) и вероятността за създаване на този интелигентен животът на технологичната цивилизация е точно такъв (ft = 10-6). Това означава биотехнологична вероятност от един на милион трилиона (10-6 * 10-6 * 10-6 = 10-18). Както виждате, никакви трикове. По този начин всякакви аргументи за ниската вероятност за възникване на живот или за развитието на разума или за създаването на цивилизация губят своя смисъл - всичко това вече е включено в концепцията за биотехническата вероятност.
Обърнете внимание, че стойностите на променливите, дадени в горния параграф, биха означавали, че е имало 10 000 екзоцивилизации в историята на Вселената.
Освен това, макар със сигурност да имаме достатъчно данни досега само за да начертаем линията на песимизма, самата история на полемиката около уравнението на Дрейк ни предоставя богат материал, който ни позволява да мислим по-задълбочено за нашите резултати. Докато мнозина твърдят, че екзоцивилизациите трябва да са редки, почти никога не са обяснили пряко какво означава „рядкост“в този контекст. В същото време, ако се вгледате по-внимателно, често тези, които говориха за рядкост, всъщност означаваха честота с няколко порядъка по-висока от 10-22 - нашата линия на песимизъм.
Това е лесно да се покаже с един добре известен пример. През 1983 г. физикът Брандън Картър изказва изключително гениален аргумент срещу екзоцивилизацията, основан на доказателствата, че е необходимо време за появата на разузнаването на Земята, сравнимо с възрастта на Слънцето. Въз основа на този факт той заключава, че за да създаде интелигентност, еволюцията предприе серия от „трудни стъпки, всяка от които е изключително малко вероятна.
Предполагайки, че има десет такива еволюционни „стъпки“, той изчисли, че общата вероятност за поява на екзоцивилизация е 10-20. Според него това заключение е "повече от достатъчно, за да сме сигурни, че нивото ни на развитие е уникално за наблюдателната вселена".
Обаче не е! Нашата „песимистична черта“предполага, че изчислението на Картър оставя място за стотици екзоцивилизации. Картър смяташе, че заема хипер-песимистична позиция, но в действителност се оказа оптимист. Трябва също да се отбележи, че съвременните изследователи смятат, че е имало само пет „трудни стъпки“(ако има такива). Като вземем предвид останалите цифри, които Картър даде на работата си, в този случай ще говорим за вероятност равна на 10-10. В съчетание с нашата „черта на песимизъм“това означава възможно съществуване - в различни периоди - на трилион екзоцивилизации. (Нека не забравяме, че автори като Марио Ливио правят аргументи, които подкопават самите основи на хипотезата на Картър.)