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Jenseits von „Fermis Paradox“ III: Was ist der Große Filter?

Willkommen zurück in unserem Fermi Paradox-Reihe , wo wir einen Blick auf mögliche Lösungen zu Enrico Fermis berühmter Frage „Wo ist jeder?“ werfen. Heute untersuchen wir die Möglichkeit, dass es etwas im Universum gibt, das das Leben daran hindert, den Punkt zu erreichen, an dem wir davon hören könnten.

1950 italienisch-amerikanischer Physiker Enrico Fermi setzte sich zum Mittagessen mit einigen seiner Kollegen im Nationales Labor von Los Alamos , wo er fünf Jahre zuvor im Rahmen des Manhattan Project gearbeitet hatte. Laut verschiedenen Berichten drehte sich das Gespräch um Außerirdische und die jüngste Flut von UFOs. Dazu gab Fermi eine Erklärung ab, die in die Annalen der Geschichte eingehen sollte: „Wo sind alle?'

Dies wurde die Grundlage für die Fermi-Paradoxon , die sich auf die hohen Wahrscheinlichkeitsschätzungen für die Existenz außerirdischer Intelligenz (ETI) und den offensichtlichen Mangel an Beweisen bezieht. Siebzig Jahre später haben wir diese Frage immer noch nicht beantwortet, was zu vielen Theorien geführt hat, warum die „Große Stille“ andauert. Eine beliebte ist, dass es „Großartiger Filter“, die verhindert, dass das Leben ein fortgeschrittenes Entwicklungsstadium erreicht.

Ursprünge

Der Begriff wurde vom Ökonomen Robin Hanson geprägt, der auch wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Oxford ist Institut für die Zukunft der Geisteswissenschaften (FHI). 1996 veröffentlichte Hanson einen Aufsatz mit dem Titel „ Der große Filter – Sind wir fast vorbei? “ wo er vorschlug, dass es etwas geben muss, das verhindert, dass unbelebte Materie zusammenkommt, um lebende Organismen zu bilden (Abiogenese) und einen hohen Entwicklungsstand auf derKardashev-Skala(siehe unten).



Diese Möglichkeit, behauptete er, verheiße nichts Gutes für die Menschheit. Er fasste seine Argumentation zusammen:

„Die Menschheit scheint eine glänzende Zukunft zu haben, d. h. eine nicht triviale Chance, sich auszudehnen, um das Universum mit dauerhaftem Leben zu füllen. Aber die Tatsache, dass der Weltraum in unserer Nähe tot zu sein scheint, sagt uns, dass jedes beliebige Stück toter Materie eine astronomisch geringe Chance hat, eine solche Zukunft zu zeugen. Es existiert also atoller Filterzwischen Tod und sich ausdehnendem dauerhaftem Leben, und die Menschheit steht vor der unheilvollen Frage: Wie weit sind wir mit diesem Filter schon?“

Eine andere großartige Beschreibung lieferte Nick Bostrom, ein Philosoph, der ebenfalls vom FHI stammt. Wie er es in seinem Aufsatz von 2008 beschrieb: „ Wo sind sie? Warum ich hoffe, dass die Suche nach außerirdischer Intelligenz nichts findet ':

„Der Große Filter kann man sich als Wahrscheinlichkeitsbarriere vorstellen. Es besteht aus [einem oder] mehreren höchst unwahrscheinlichen evolutionären Übergängen oder Schritten, deren Eintreten erforderlich ist, damit ein erdähnlicher Planet eine intelligente Zivilisation einer Art hervorbringt, die für uns mit unserer aktuellen Beobachtungstechnologie sichtbar wäre.“

Ich muss den Drake lieben!

Als Fermi seine berühmte Frage stellte, gingen die Wissenschaftler bereits davon aus, dass es im Universum reichlich Leben geben muss. Dies sollte angesichts der schieren Größe und des Alters des Universums nicht überraschen, das einen Durchmesser von 93 Milliarden Lichtjahren (das ist nur der „beobachtbare“ Teil) misst und seit schätzungsweise 13,8 Milliarden Jahren existiert. Mit diesem Platz ist eine Schätzung 2 Billionen Galaxien !

Frank Drake schreibt seine berühmte Gleichung auf eine weiße Tafel. Bildnachweis: SETI.org



Unsere eigene Galaxie misst mittlerweile zwischen 170.000 und 200.000 Lichtjahre im Durchmesser und enthält zwischen 200 und 400 Milliarden Sterne. Selbst wenn wir annehmen würden, dass nur 1 % dieser Sterne Planeten besäßen, dass 1 % dieser Planeten Leben beherbergen könnten, dass 1 % von ihnen intelligentes Leben hervorbrachte und dass 1 % dieses Lebens zu einer fortgeschrittenen Zivilisation erblühte, das ist immer noch bedeutet, dass es 2.000 Zivilisationen geben könnte!

Dieses Argument wurde etwa ein Jahrzehnt später vom amerikanischen Astronomen und SETI-Forscher Dr. Frank Drake formalisiert. Während eines Treffens in der Green Bank-Einrichtung im Jahr 1961 trafen sich eine Reihe von Wissenschaftlern, um über den Einsatz von Radioteleskopen zu diskutieren, um nach Signalen zu suchen, die künstlichen Ursprungs zu sein schienen. In Vorbereitung auf dieses Treffen stellte Drake eine Gleichung auf, die zusammenfasste, womit die SETI-Forscher arbeiteten.

Die Drake-Gleichung , und es würde später genannt werden, kann mathematisch wie folgt zusammengefasst werden:

N = R*x fPx neinUndx fdasx fichx fCx L

Wohernist die Anzahl der Zivilisationen in unserer Galaxie, mit denen wir kommunizieren könnten,R*ist die durchschnittliche Sternentstehungsrate,FPist der Anteil der Sterne, die Planeten haben,nUnd ist die Anzahl der Planeten, die Leben unterstützen können,Fdasist die Zahl, die Leben entwickeln wird,Fich ist die Zahl, die intelligentes Leben entwickeln wird,fcist die Zahl der technologisch fortgeschrittenen Zivilisationen, undDASist die Zeit, die sie benötigen würden, um Signale in den Weltraum zu senden.

Die Drake-Gleichung, eine mathematische Formel für die Wahrscheinlichkeit, Leben oder fortgeschrittene Zivilisationen im Universum zu finden. Kredit: University of Rochester

Wie Dr. Drake später über die Erstellung der Gleichung sagen würde:

„Als ich das Meeting plante, wurde mir ein paar Tage im Voraus klar, dass wir eine Agenda brauchten. Und so habe ich alles aufgeschrieben, was Sie wissen mussten, um vorherzusagen, wie schwer es sein wird, außerirdisches Leben zu entdecken. Und wenn man sie ansah, wurde ziemlich offensichtlich, dass man, wenn man all dies multipliziert, eine Zahl N erhält, die die Anzahl der nachweisbaren Zivilisationen in unserer Galaxie ist. Dies war auf die Radiosuche ausgerichtet und nicht auf die Suche nach ursprünglichen oder primitiven Lebensformen.“

Eine Frage des Maßstabs

Die Kardashev-Skala hat ihren Namen von dem sowjetischen und russischen Astrophysiker Nikolai Kardashev, der vorschlug, dass außerirdische Zivilisationen basierend auf der Energiemenge klassifiziert werden könnten, die sie nutzen können. In seinem Aufsatz von 1964 mit dem Titel „ Übermittlung von Informationen durch außerirdische Zivilisationen “ schlug er ein dreistufiges Schema vor – die „Kardaschew-Skala“ – das aus Folgendem bestand:

  • Zivilisationen vom Typ I (auch bekannt als planetarische Zivilisationen) sind diejenigen, die die gesamte auf ihrem Planeten verfügbare Energie (~4×10 .) nutzen und speichern können12Watt)
  • Zivilisationen vom Typ II (auch bekannt als stellare Zivilisationen) sind diejenigen, die in der Lage sind, die Energie ihres gesamten Sternensystems (~4×10 .) zu nutzen und zu kontrollieren26Watt)
  • Zivilisationen vom Typ III (auch bekannt als galaktische Zivilisationen) sind diejenigen, die die Energie einer ganzen Galaxie kontrollieren können (~ 4 × 1037Watt)

In seinem 1973 erschienenen Buch mit dem Titel Die kosmische Verbindung: Eine außerirdische Perspektive , behauptete der berühmte Wissenschaftskommunikator Carl Sagan, dass es einen Typ 0 auf der Skala geben sollte, da die Menschheit noch keinen Entwicklungsstand vom Typ I erreicht hatte. Wie Sagan es ausdrückte:

„Eine Zivilisation vom Typ I ist in der Lage, für Kommunikationszwecke das Äquivalent der gesamten gegenwärtigen Energieleistung des Planeten Erde aufzubringen – die jetzt für Heizung, Elektrizität, Transport usw. verwendet wird; eine Vielzahl von anderen Zwecken als der Kommunikation mit außerirdischen Zivilisationen. Nach dieser Definition ist die Erde noch keine Typ-I-Zivilisation … Unsere gegenwärtige Zivilisation würde in etwa als Typ 0.7 eingestuft.“

Basierend auf diesen Parametern wäre eine Typ-I-Zivilisation nicht nur auf die gesamte Oberfläche ihres Planeten angewachsen, sondern hätte auch den Low Earth Orbit (LEO) kolonisiert. Eine solche Zivilisation könnte von Exoplaneten-Jägern identifiziert werden, indem sie nach Wolken von Satelliten um den Planeten (aka. Clarke Gürtel ), die bei Planetentransiten sichtbar wäre.

Eine Zivilisation vom Typ II, so Kardashev, lässt sich am besten als eine Zivilisation darstellen, die in der Lage ist, eine Megastruktur um ihren Heimatstern herum aufzubauen (d. h. a Dyson-Kugel ). Dies würde es der Zivilisation ermöglichen, die gesamte von ihrer Sonne produzierte Energie zu nutzen und den bewohnbaren Raum in ihrem Heimatsystem exponentiell zu vervielfachen.

Das Wow! Signal dargestellt als „6EQUJ5“. Bildnachweis: Big Ear Radio Observatory/NAAPO

Eine Typ-III-Zivilisation ist schwieriger zu charakterisieren, aber verschiedene Theoretiker haben argumentiert, dass ausreichend fortgeschrittene ETIs Megastrukturen um ihre gesamte Galaxie oder um die Kernregion ihrer Galaxie bauen könnten, um die Energie ihres supermassiven Schwarzen Lochs (SMBH) zu nutzen. Unabhängig davon kann man fairerweise sagen, dass eine Zivilisation, die in der Lage ist, die Energie ihrer gesamten Galaxie zu nutzen, unmöglich zu übersehen ist.

Wo soll man die Grenze ziehen?

In seinem Essay argumentierte Hanson, dass der „Filter“ irgendwo zwischen dem Punkt liegen muss, an dem Leben auf einem Planeten entsteht (Abiogenese) und dem Punkt, an dem es zu einer interplanetaren oder interstellaren Zivilisation wird. Mit dem Leben auf der Erde und der Entstehung der Menschheit als Vorlage skizzierte Hanson einen neunstufigen Prozess, dem das Leben folgen müsste, um den Punkt zu erreichen, eine Weltraum-Zivilisation zu werden. Diese enthielten:

  1. Bewohnbares Sternensystem (organische und bewohnbare Planeten)
  2. Fortpflanzungsmoleküle (z. B. RNA)
  3. Prokaryontisches Einzelzellleben
  4. Eukaryotisches Einzelzellleben
  5. Sexuelle Fortpflanzung
  6. Mehrzelliges Leben
  7. Tiere, die Werkzeuge benutzen können
  8. Industrielle Zivilisation
  9. Großflächige Kolonisation

Gemäß der Great-Filter-Hypothese muss mindestens einer dieser Schritte unwahrscheinlich sein. Entweder hat es das Leben schwer, frühzeitig aus anorganischen Materialien herauszukommen, oder die Wahrscheinlichkeit eines katastrophalen Versagens steigt, wenn eine Spezies immer weiter fortgeschritten ist. Jede dieser Möglichkeiten hat erhebliche Konsequenzen für die Menschheit.

Wenn sich der Filter in einem frühen Stadium befindet, ist die Existenz komplexer Lebensformen (einschließlich des Menschen) eine Seltenheit und wir übertreffen die Chancen, einfach nur hier zu sein. Wenn der Filter hingegen in einem späteren Schritt platziert wird, müssen viele ETIs unseren aktuellen Entwicklungsstand erreicht haben, aber nicht weitergekommen sein (aus welchen Gründen auch immer). Dies würde bedeuten, dass der Punkt, an dem das Aussterben wahrscheinlich wird, vor uns liegt.

Aus diesem Grund sind viele der Meinung, dass die Entdeckung des Lebens jenseits der Erde kein Grund zum Feiern wäre. Oder wie Nick Bostrom es zusammenfasst:

„Man beginnt mit Milliarden und Abermilliarden potenzieller Keimpunkte für Leben und endet mit einer Summe von null außerirdischen Zivilisationen, die wir beobachten können. Der Große Filter muss also stark genug sein – das heißt, die kritischen Schritte müssen unwahrscheinlich genug sein –, dass man selbst bei vielen Milliarden Würfeln nichts bekommt: keine Außerirdischen, keine Raumschiffe, keine Signale, zumindest keine die wir in unserem Waldstück entdecken können.“

Auf jeden Fall ist es eine ausgemachte Sache, dass keine Spezies in unserer Galaxie die neunte Stufe erreicht hat. Andernfalls wären die Beweise für seine Existenz überall. Es ist also durchaus möglich, dass intelligente Spezies den Übergang von Schritt acht zu Schritt neun nicht schaffen. Es ist also durchaus möglich, dass intelligente Spezies es nicht von Schritt acht zu Schritt neun schaffen – also von Typ I zu einer Typ II-Zivilisation).

Mögliche Auflösungen

Am Ende sind der Große Filter und das Fermi-Paradoxon untrennbar miteinander verbunden und Versuche, das eine aufzulösen, drängen sich unweigerlich ineinander. Wenn man beispielsweise den Filter in einem frühen Stadium von Hansons neunstufigem Prozess platziert, würde man daraus schließen, dass die Menschheit keine Beweise für intelligentes Leben gefunden hat, weil es nicht existiert – was die eigentliche Grundlage der Hart-Tipler-Vermutung .

Auf der anderen Seite, wenn es da draußen intelligentes Leben gibt, aber die Bedingungen, unter denen es sich entwickelt hat, selten sind, dann bleiben wir mit der unvermeidlichen Schlussfolgerung zurück, dass wir einfach noch keine Beweise gefunden haben. Das ist die genaue Logik, die hinter dem stecktSeltene Erden Hypothese, die eine weitere mögliche Auflösung des Fermi-Paradoxons ist.

Oder, wie bereits erwähnt, könnte es sein, dass es in der Natur des intelligenten Lebens liegt, sich durch technologischen Fortschritt selbst zu zerstören. Dies könnte das Ergebnis eines Atomkrieges sein, Klimawandel , die Entwicklung künstlicher Intelligenz oder andere Mittel. Wie Sagan und Shklovsky in ihrem 1966 erschienenen' Die Suche nach außerirdischer Intelligenz ':

„Die Versuchung besteht darin, zu folgern, dass es höchstens nur wenige fortgeschrittene außerirdische Zivilisationen gibt – entweder weil wir eine der ersten technischen Zivilisationen sind, die entstanden sind, oder weil es das Schicksal all dieser Zivilisationen ist, sich selbst zu zerstören, bevor sie viel weiter sind.“ eine lange.'

Foto der Zentralregion der Milchstraße. Bildnachweis: UCLA SETI Group/Yuri Beletsky, Carnegie Las Campanas Observatory

Wenn man die Menschheit als Vorlage verwendet, könnte man argumentieren, dass die vielen existenziellen Bedrohungen, denen wir ausgesetzt sind, typisch für Zivilisationen auf unserer Entwicklungsstufe sind. Es gibt viele andere vorgeschlagene Resolutionen, wie zum Beispiel ETIs sind nicht nicht existent oder tot, sondern überwintern – aka. das Aestivationshypothese . Es gibt die Theorie, dass sie den Kontakt vermeiden könnten, damit sie unsere Evolution nicht stören (dieZoo-Hypothese) oder um sich zu schützen!

Es wurde sogar vermutet, dass die Menschheit absichtlich von einem ETI (aka. thePlanetariumshypothese), damit sie uns genauer studieren können. Natürlich sind dies Theorien, die – wie das Fermi-Paradox selbst – nicht aufgelöst werden können, bis Beweise für die Existenz außerirdischer Intelligenz gefunden wurden. Wie der berühmte Wissenschaftler und SF-Autor Arthur C. Clarke einmal sagte:

„Es gibt zwei Möglichkeiten: Entweder wir sind allein im Universum oder wir sind es nicht. Beide sind gleichermaßen erschreckend.“

Wir haben viele interessante Artikel über den Großen Filter, das Fermi-Paradox, die Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI) und verwandte Konzepte hier bei Universe Today geschrieben.

Hier ist Wo sind die Außerirdischen? Wie der „große Filter“ den technischen Fortschritt im Weltraum beeinflussen könnte , Warum es schlecht wäre, außerirdisches Leben zu finden. Der große Filter , Wie könnten wir Außerirdische finden? Die Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI) , und Fraser und John Michael Godier diskutieren das Fermi-Paradox .

Schauen Sie sich auch den Rest unserer Beyond Fermi's Paradox-Serie an:

Astronomy Cast hat einige interessante Episoden zu diesem Thema. Hier ist Folge 24: Das Fermi-Paradox: Wo sind die Aliens? , Episode 110: Die Suche nach außerirdischer Intelligenz , Folge 168: Enrico Fermi , Folge 273: Lösungen für das Fermi-Paradoxon .

Quellen: