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Jenseits von „Fermis Paradox“ IX: Was ist die Kurzfenster-Hypothese?

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 wir noch nichts von Außerirdischen gehört haben, weil intelligentes Leben nur so lange überlebt.

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 Diskrepanz zwischen Schätzungen mit hoher Wahrscheinlichkeit für die Existenz außerirdischer Intelligenz (ETI) und dem offensichtlichen Mangel an Beweisen bezieht. Seit Fermis Zeit gab es mehrere Resolutionsvorschläge zu seiner Frage, die die Möglichkeit beinhalten, dass Zivilisationen nur eine „Kurzes Fenster“, um mit dem Kosmos zu kommunizieren, bevor sie aussterben.

Im Allgemeinen erkennen Vorschläge, die unter diese Überschrift fallen, an, dass das Universum zwar tatsächlich von Leben wimmelt, Zeit und Raum jedoch erhebliche Einschränkungen auferlegen, die es intelligenten Spezies sehr schwer machen, miteinander zu kommunizieren. Kurz gesagt, die Entfernung zwischen den Zivilisationen könnte bedeuten, dass eine Zivilisation, wenn sie ein Signal in den Weltraum senden kann, bis zu dem Zeitpunkt ausgestorben ist, bevor sie eine Antwort erhalten kann.



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

Die Drake-Gleichung

1961 schlug der berühmte SETI-Forscher Frank Drake während einer Konferenz am Greenbank-Observatorium die Gleichung vor, die seinen Namen tragen sollte. Anstatt eine offizielle Schätzung der Anzahl von ETIs in unserer Galaxie zu einem bestimmten Zeitpunkt zu sein, ist die Drake-Gleichung war ein probabilistisches Argument, das die Herausforderungen der SETI-Forschung zusammenfassen sollte. Mathematisch ging das so:

N = R*x fPx neinUndx fdasx fichx fCx L
  • nist die Anzahl der Zivilisationen in unserer Galaxie, mit denen wir möglicherweise kommunizieren können
  • R*ist die durchschnittliche Sternentstehungsrate in unserer Galaxie
  • FPist der Anteil der Sterne, die Planeten haben
  • nUnd ist die Anzahl der Planeten, die tatsächlich Leben unterstützen können
  • Fdasist die Anzahl der Planeten, die Leben entwickeln werden
  • Fich ist die Anzahl der Planeten, die intelligentes Leben entwickeln werden
  • fcist die Zahl der Zivilisationen, die Übertragungstechnologien entwickeln würden, und
  • DASist die Zeitdauer, die diese Zivilisationen hätten, um ihre Signale ins All zu übertragen

Für die Kurzfenster-Hypothese ist der SchlüsselparameterDAS. In diesem Fall kann es als die Zeit definiert werden, die von einer Zivilisation erwartet werden kann, bevor sie einem Ereignis auf Aussterbestufe erliegt. Dies kann in Form einer Naturkatastrophe (Asteroideneinschlag) oder in Form einer Selbstzerstörung (nuklearer oder biologischer Krieg) erfolgen. Am Beispiel der Menschheit erscheinen diese existenziellen Bedrohungen alle als wahrscheinliche Möglichkeiten.

Während in der klassischen Drake-GleichungDASdefiniert ist als die Zeit, die eine Zivilisation benötigt, um die notwendige Technologie (z. Wie lange kann eine moderne Zivilisation erwarten, dass sie existiert, bevor ein katastrophales Schicksal sie beansprucht? Könnte dies der Grund für die „Große Stille“ sein?

Betreten Sie den großen Filter

1996 Robin Hanson – ein Philosoph und wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Oxford Institut für die Zukunft der Geisteswissenschaften (FHI) – veröffentlichte einen Aufsatz mit dem Titel „ Der große Filter – Sind wir fast vorbei? “ Hier schlug Hanson vor, dass es in unserem Universum etwas geben muss, das verhindert, dass anorganische Materie zusammenkommt, um einfaches Leben zu schaffen und schließlich intelligente Spezies hervorzubringen.

Dieser „Filter“, argumentierte Hanson, muss irgendwo zwischen dem Punkt liegen, an dem Leben auf einem Planeten entsteht (Abiogenese) und dem Punkt, an dem es zu einer interplanetaren oder interstellaren Zivilisation werden kann. Basierend darauf, wie das Leben auf der Erde entstand und sich im Laufe von Milliarden von Jahren entwickelte, erstellte Hanson eine neunstufige Zeitleiste. 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

Nach Hansons Hypothese muss mindestens einer dieser Schritte statistisch 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. Für die Zwecke der Kurzfenster-Hypothese wird angenommen, dass dieser Filter zwischen Schritt 8 und 9 existiert, was den aktuellen Entwicklungsstand der Menschheit widerspiegelt.

Die ALMA-Funkantennen auf dem Chajnantor-Plateau in Chile, mehr als 5000 Meter über dem Meeresspiegel. Bildnachweis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Garnier (ALMA)

Herkunft

Eines der frühesten Beispiele für diese Hypothese stammt von einem deutschen Astrophysiker und Radioastronomen Sebastian von Hoerner , ein Kollege von Frank Drake, der an Projekt Ozma – das erste SETI-Projekt, das jemals montiert wurde. 1961 verfasste er ein Papier mit dem Titel „ Die Suche nach Signalen anderer Zivilisationen “, wo er argumentierte, dass die Distanz zwischen den Zivilisationen erklären könnte, warum wir von keiner gehört haben.

Zusammenfassend behauptete er, dass das existenzielle Fenster einer technologisch fortgeschrittenen Zivilisation (DAS) könnte im Verhältnis zu der Zeit, die es dauern würde, um mit einer anderen intelligenten Spezies in Kontakt zu treten, zu kurz sein. Wie er schrieb:

„Wir sollten die Macht zweier kritischer Faktoren nicht unterschätzen, die das Leben einer Zivilisation beenden können, sobald der technische Zustand erreicht ist. Wissenschaft und Technik wurden (nicht ganz, aber in hohem Maße) durch den Kampf um die Vorherrschaft und den Wunsch nach einem einfachen Leben vorangebracht. Beide Triebkräfte neigen zur Zerstörung, wenn sie nicht rechtzeitig kontrolliert werden: Die erste führt zur totalen Zerstörung und die zweite zu einer biologischen oder geistigen Degeneration. Zusammenfassend gehen wir davon aus, dass sich an vielen Stellen eine von der unseren nicht allzu unterschiedliche Gemütsverfassung entwickelt hat, die aber nur eine begrenzte Lebensdauer hat.“

Für die Zwecke seiner Studie schätzte von Hoerner die durchschnittliche Lebensdauer einer Zivilisation auf 6.500 Jahre und die durchschnittliche Entfernung zwischen den Zivilisationen in der Milchstraße auf 1.000 Lichtjahre. Obwohl diese rein spekulativ waren, boten sie einen Rahmen für Schätzungen darüber, wie lange eine Zivilisation vorstellbar leben und kommunizieren könnte.

Wenn man bedenkt, als von Hoerner die Studie verfasste – auf dem Höhepunkt des Kalten Krieges, als die nukleare Vernichtung eine ständige Bedrohung war – war das Thema des technologischen Fortschritts und der Selbstzerstörung durchaus plausibel. Als Reaktion auf das wachsende Bewusstsein für neue existenzielle Bedrohungen wurden jedoch im Laufe der Jahre verschiedene Variationen vorgeschlagen. Diese drehten sich größtenteils um Überbevölkerung und Umweltzerstörung.

Lehren aus dem Anthropozän

Wie üblich werfen Versuche, das Fermi-Paradoxon aufzulösen, inhärente Annahmen im Paradoxon und der vorgeschlagenen Lösung selbst auf. Ob es der Hart-Tipler-Vermutung (die davon ausgeht, dass die Menschheit die einzige fortgeschrittene Zivilisation in der Galaxis sein muss) oder dass Zivilisationen sich unweigerlich selbst zerstören werden, gibt es die gemeinsame Annahme, dass die fortgeschrittene Zivilisation einem exponentiellen Wachstum unterliegen würde.

Im Gegensatz dazu haben verschiedene Forscher Szenarien angeboten, in denen ETIs dieses angenommene Wachstumsmuster nicht aufrechterhalten konnten, und erklärten damit, warum es keinem gelungen ist, die gesamte Galaxie (oder sogar große Teile davon) zu kolonisieren. Im Jahr 2009 wurde Jacob D. Haqq-Misra von der Blue Marble Space Institute of Science und Seth D. Baum von der Globales Institut für Katastrophenrisiken argumentierten genau diesen Punkt in einer Studie mit dem Titel „ Die nachhaltige Lösung für das Fermi-Paradox . '

Im Wesentlichen wagten sie, dass „das Fehlen von ETI-Beobachtungen durch die Möglichkeit erklärt werden kann, dass exponentielles oder anderes schnelleres Wachstum kein nachhaltiges Entwicklungsmuster für intelligente Zivilisationen ist.“ Anhand von Lehren aus der Menschheitsgeschichte zeigten Haqq-Misra und Baum, wie exponentielles Wachstum ein gemeinsames Merkmal menschlicher Zivilisationen ist, oft zu ihrem Nachteil.

Dies gipfelte in dem, was viele Geologen als „Anthropozän“ bezeichnen, eine Epoche, in der die Menschheit aufgrund ihrer Auswirkungen auf den Planeten der größte bestimmende Faktor für den Klimawandel ist. Auf Exo-Zivilisationen angewendet, könnte diese Tendenz erklären, warum wir nichts von Außerirdischen hören. Wie sie sagten:

„Das Fermi-Paradoxon betrifft letztlich die räumliche Expansion von Zivilisationen, aber die räumliche Expansion ist eng mit der Zunahme der Bevölkerung, der Umweltbelastung und des Ressourcenverbrauchs verbunden. Zum Beispiel wird Migration oft durch Ressourcenknappheit angetrieben, die wiederum auf eine große Bevölkerungszahl und/oder Umweltzerstörung zurückzuführen sein kann. Ebenso kann die Abwanderung in unbewohnte Regionen zu Ressourcenüberschüssen führen, die wiederum das Bevölkerungswachstum antreiben können. Schließlich kann eine breit angelegte Expansionspolitik zu einer Expansion in Bezug auf Raum, Bevölkerung, Umweltauswirkungen und Ressourcenverbrauch führen.

Ein weiteres Beispiel stammt aus einem 2018 erschienenen Buch mit dem Titel Licht der Sterne: Fremde Welten und das Schicksal der Erde , vom Astrophysiker Prof. Adam Frank. Diese Arbeit stützte sich auch auf eine Studie aus dem Jahr 2018 mit dem Titel „ Das verallgemeinerte Anthropozän: Evolution von Exo-Zivilisationen und ihr planetarisches Feedback “, das er mit Kollegen der University of Rochester, der University of Washington und der Max-Planck-Institut für Biogeochemie .

In beiden argumentierte Frank, dass das Anthropozän eine Lösung für das Fermi-Paradox bieten könnte und dass das Schicksal der Exo-Zivilisationen mit dem der Menschheit verbunden sein könnte. Wie wir erzeugt die dynamische Beziehung, die ETIs zu ihrem Planeten haben, wahrscheinlich Rückkopplungen innerhalb ihrer Umweltsysteme. Unter Berufung auf die Drake-Gleichung, Frank betonte folgendes :

„Die Erde ist nicht einzigartig. Auch wenn beispielsweise PCwaren nur 10-19, wäre die Zahl der technologischen Zivilisationen wie der unseren in der Geschichte des sichtbaren Universums immer noch groß genug (NC~1000), damit statistisch aussagekräftige durchschnittliche Eigenschaften von Exo-Zivilisationen existieren. Zu diesen durchschnittlichen Eigenschaften gehört die durchschnittliche Lebensdauer einer technologischen Zivilisation. Wir stellen fest, dass dies den letzten Faktor in der Drake-Gleichung darstellt und daher eine lange Geschichte in der Debatte über Exo-Zivilisationen hat. Ihre Bedeutung für Nachhaltigkeitsthemen ist klar.“

Kurz gesagt, die Herausforderung der Nachhaltigkeit stellt ein mögliches Gegenargument zu einer sehr verbreiteten Annahme dar, die von Forschern gemacht wird, die sich mit dem Fermi-Paradox beschäftigen. Andere Forschungen haben sich auf die Möglichkeit konzentriert, dass das Fenster selbst eine Funktion der Entfernung sein könnte und dass Zivilisationen, die Signale an das Universum senden, wahrscheinlich nicht lange genug leben, um eine Reaktion auf ihre Signale zu hören.

Dieses Argument wurde von Claudio Grimaldi und einem Team von Wissenschaftlern – darunter Dr. Frank Drake – in einer Studie aus dem Jahr 2018 mit dem Titel „ Gebietsabdeckung des expandierenden E.T. Signale in der Galaxis: SETI und Drakes N .“ Darin machte das Team zwei wichtige Annahmen über die Drake-Gleichung: Eine, dass ETIs in unserer Galaxie auftauchen (n) mit konstanter Rate; zweitens, dass sie nur für eine bestimmte Zeit in der Lage sein werden, Übertragungen zu senden, bevor sie aussterben (DAS).

Lange nachdem diese Zivilisationen gestorben sind, werden sich diese Sendungen mit Lichtgeschwindigkeit weiter ausbreiten (C). Die Übertragungen würden einen Ring (eine Donut-förmige Wellenfront) bilden, in dem die Funksignale detektierbar wären. Die Dicke der Wände jedes Rings (gemessen in Lichtjahren) entspricht der Zeit, in der die Zivilisation in der Lage war, Funksignale in den Weltraum zu senden, bevor sie verstummte.

Nach der Modellierung der Ausbreitung dieser Radiofronten fanden die Forscher heraus, dass zwei Fälle auftraten, je nachdem, ob die Strahlungsschalen (1) dünner oder (2) dicker als die Größe der Milchstraße (~100.000 Lichtjahre Durchmesser) sind. Dies entsprach der angenommenen Lebensdauer technisch fortgeschrittener Zivilisationen (DAS), die kürzer oder länger sein könnte als die Zeit, die das Licht benötigt, um unsere gesamte Galaxie zu durchqueren – d. h. ~100.000 Jahre.

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Schema der Milchstraße, das sechs außerirdische Übertragungen zeigt, die kugelförmige Schalen bilden, die mit Funksignalen gefüllt sind. Bildnachweis: Claudio Grimaldi/EPFL

Im ersten Fall wäre jede Ringwand kleiner als die Größe unserer Galaxie und würde nur einen Bruchteil davon ausfüllen, was die Wahrscheinlichkeit einer SETI-Detektion verringert. Aber je nachdem, wie oft Zivilisationen auftauchen, könnten diese Ringe unsere Galaxie mit Signalen füllen und sich sogar überlappen. Im zweiten Fall wäre ein Ring dicker als die Größe unserer Galaxie, aber die Erkennung würde von der Anzahl der sendenden Zivilisationen abhängen.

Am Ende fanden Grimaldi, Drake und ihre Kollegen heraus, dass die Anzahl der die Erde erreichenden Funksignale in beiden Fällen ungefähr gleich sein würde. Unter der Annahme, dass Zivilisationen weniger als ~100.000 Jahre leben (DAS), stellten sie fest, dass „die Übertragungen, die auf der Erde ankommen, von fernen Zivilisationen stammen könnten, die längst ausgestorben sind, während noch lebende Zivilisationen Signale senden, die noch ankommen“.

Mit anderen Worten, wenn die Menschheit eine Nachricht von einer fortgeschrittenen Zivilisation erhält, wäre sie bereits tot. Dies hat direkte Auswirkungen auf die Menschheit, da es bedeutet, dass eine intelligente Zivilisation die Arecibo-Nachricht oder irgend ein anderer Nachrichten über außerirdische Intelligenz (METI) Signal sind wir längst tot.

Kritik

Natürlich können die verschiedenen Theorien, die unter diese allgemeine Überschrift fallen, leicht für die Anzahl der Annahmen kritisiert werden, die sie treffen. Die Verwendung der Menschheit als Vorlage bietet viele Denkanstöße und ermöglicht interessante Theorien über die Entwicklung fortgeschrittener ETIs. Leider ist keine dieser Theorien überprüfbar oder falsifizierbar.

Eine „Radiofarben“-Ansicht des Himmels über dem Murchison Widefield Array-Radioteleskop, das Teil des International Center for Radio Astronomy Research (ICRAC) ist. Bildnachweis: Radiobild von Natasha Hurley-Walker (ICRAR/Curtin) und dem GLEAM-Team. MWA-Kachel und Landschaft Credit: ICRAR/Dr. John Goldsmith/Celestial Visions

Einfach ausgedrückt, wir haben keine Ahnung, wie lange eine fortgeschrittene Zivilisation voraussichtlich leben wird. Ohne Beispiele für entstandene und ausgestorbene Zivilisationen ist es unmöglich, einen sinnvollen Rahmen zu schaffen. So wie es aussieht, ist die Menschheit die einzige uns bekannte Hochkultur, und wir wissen nicht einmal, wie lange wir noch existieren werden, bevor eine existenzielle Bedrohung – sei es ein Atomkrieg, ein Klimawandel oder eine Naturkatastrophe – uns fordern wird.

Ein weiteres Problem ergibt sich aus der Idee, dass fortgeschrittene Zivilisationen jenseits der Erde existieren, aber es ist zu früh, um von ihnen zu hören. Carl Sagan und William Newman argumentierten diesen Punkt in ihrer Studie von 1981: „ Galaktische Zivilisationen: Bevölkerungsdynamik und interstellare Verbreitung .“ Dieses Argument ist jedoch von Kritikern unter Beschuss geraten, die betonen, dass es dem kosmologischen Prinzip (auch bekannt als dem kopernikanischen Prinzip) widerspricht.

Als Reaktion darauf, Astrophysiker und NASA-Forscher David brin hat betont, dass es töricht ist zu glauben, dass die Entwicklung der Menschheit zu einem besonderen Zeitpunkt stattgefunden hat – d. h. wenn unsere Galaxie von sehr wenigen fortgeschrittenen Zivilisationen (oder nur einer) zu mehreren übergeht. Angesichts der Langlebigkeit unserer Galaxie ist es viel wahrscheinlicher, dass es sich bei dem, was wir erleben, um einen typischen Zustand handelt.

Dennoch weist diese Theorie hinsichtlich möglicher Auflösungen einen Grad an Einfachheit und Plausibilität auf, der mit Ockhams Rasiermesser . Darüber hinaus erfüllt die Vorstellung, dass die aktuellen Probleme der Menschheit typisch für intelligente Spezies sind, das kopernikanische Prinzip. Durch das Platzieren des „Filters“ zwischen den Schritten 8 und 9 zeigt dies an, dass die Fähigkeit des Lebens, exponentiell zu wachsen und zum größten Einzelfaktor zu werden, der seine Umgebung beeinflusst, seine Langlebigkeit einschränkt.

Arecibo-Observatorium in Puerto Rico, der Ort, von dem aus die berühmte Arecibo-Nachricht gesendet wurde. Bildnachweis: NAIC/NSF

Diese Logik trägt auch dazu bei, die größte Herausforderung der Menschheit – nachhaltig zu leben oder dem Zusammenbruch zu begegnen – stärker in den Fokus zu rücken. Wenn wir hoffen, lange genug zu leben, um von anderen Zivilisationen zu hören, müssen wir sicherstellen, dass wir nicht von geliehener Zeit leben!

Wir haben hier bei Universe Today viele interessante Artikel über das Fermi-Paradox, die Drake-Gleichung und die Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI) geschrieben.

Hier ist Wo sind all die Außerirdischen? Das Fermi-Paradoxon , 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 , Wo sind all die Alien-Roboter? , Wie könnten wir Außerirdische finden? Die Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI) , und Fraser und John Michael Godier diskutieren das Fermi-Paradox .

Möchten Sie die Anzahl außerirdischer Arten in unserer Galaxie berechnen? Gehen Sie rüber zum Alien-Zivilisations-Rechner !

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: