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Jenseits von „Fermis Paradox“ V: Was ist die Aestivationshypothese?

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 der Grund, warum wir nichts von Außerirdischen hören, darin besteht, dass sie schlafen und darauf warten, dass das Universum besser wird.

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. Aber obwohl wir siebzig Jahre lang gesucht haben, konnten wir Fermis Frage immer noch nicht beantworten, was zu mehreren Vorschlägen führte, warum dies so ist. Heute betrachten wir die „Aestivationshypothese“, was argumentiert, dass Außerirdische nicht tot (oder nicht existent) sind, sie ruhen sich nur aus!

Diese Theorie orientiert sich an der Natur, wo bestimmte Organismen in besonders heißen oder trockenen Perioden in einen Zustand längerer Erstarrung geraten. Ähnlich wie beim Winterschlaf bleiben diese Organismen in diesem Zustand, bis die Bedingungen kühler und feuchter werden. Auf das Fermi-Paradox angewendet, behauptet die Aestivation-Hypothese, dass außerirdische Zivilisationen weitgehend ruhen, weil sie auf bessere Bedingungen warten.



Fermi und Drake

Im Zentrum von Fermis berühmter Frage stand eine Diskrepanz, die zu seiner Zeit nicht zu leugnen war und sich trotz siebzigjähriger Forschung nicht geändert hat. Auf der einen Seite besteht die angenommene Wahrscheinlichkeit, dass außerirdische Intelligenz (ETI) im gesamten Universum reichlich vorhanden ist. Auf der anderen Seite fehlt es an harten Beweisen für ihre Existenz.

Die Annahme, dass ETIs wahrscheinlich sind, ist keineswegs weit hergeholt. Aufgrund der schieren Größe und des Alters des beobachtbaren Universums – 93 Milliarden Lichtjahre Durchmesser und 13,8 Milliarden Jahre – haben Wissenschaftler die Existenz außerirdischer Intelligenz (ETI) typischerweise als ausgemachte Sache betrachtet. Statistisch gesehen stehen die Chancen sehr gut, dass es sich um Millionen von Zivilisationen da draußen handelt.

Dr. Frank Drake illustrierte dies 1961 bei einem Treffen am Green Bank Observatory. Während er vor anderen Astrophysikern und SETI-Forschern sprach, stellte er seine berühmte Gleichung zur Schätzung der Anzahl von ETIs in unserer Galaxie vor, mit denen wir jederzeit kommunizieren können. Die Drake-Gleichung , wie es bekannt wurde, wurde mathematisch ausgedrückt als:

N = R*x fPx neinUndx fdasx fichx fCx L
  • N ist 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
  • nUndist die Anzahl der Planeten, die tatsächlich Leben unterstützen können
  • Fdasist die Anzahl der Planeten, die Leben entwickeln werden
  • Fichist die Anzahl der Planeten, die intelligentes Leben entwickeln werden
  • fc ist die Zahl der Zivilisationen, die Übertragungstechnologien entwickeln würden
  • L ist die Zeitdauer, die diese Zivilisationen haben müssten, um ihre Signale in den Weltraum zu übertragen

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

Während die meisten dieser Parameter unterschiedlichen Unsicherheiten unterliegen, ist der Sinn der Gleichung klar. Selbst bei konservativer Betrachtung deuten die Ergebnisse immer darauf hin, dass es in unserer Galaxie zumindest einige außerirdische Intelligenzen (ETIs) geben sollte, mit denen wir in der Lage sein sollten, zu kommunizieren. Leider gilt Fermis Paradox trotz jahrzehntelanger Forschung und mehrerer spezieller SETI-Umfragen immer noch.

Infolgedessen wurden mehrere Versuche unternommen, das Paradox theoretisch aufzulösen. Die erste und vielleicht bekannteste ist die Hart-Tipler-Vermutung , gemeinsam benannt nach dem Astrophysiker Michael Hart und dem Mathematiker/Kosmologen Frank Tipler. Diese Theorie argumentiert, dass es keine Beweise für intelligentes Leben gibt, weil es keine gibt.



Ein anderer ist der Große Filterhypothese , theoretisiert vom Oxforder Ökonomen Robin Hanson, der argumentierte, dass ein einfaches Leben zwar sehr verbreitet sein mag, ein fortgeschrittenes Leben jedoch nicht. Mit anderen Worten, es gibt im Universum eine Art „Filter“, der verhindert, dass das einfache Leben das fortgeschrittene Stadium erreicht und zu einem ETI wird, mit dem wir kommunizieren können.

Die eingebaute Annahme in beiden Fällen ist, dass ETIs nicht existieren, weshalb wir keine Beweise dafür sehen. Aber wie Carl Sagan bekanntlich bemerkte, als er die mögliche Existenz außerirdischer Intelligenz ansprach, „ist das Fehlen von Beweisen kein Beweis für das Fehlen“. Daher haben viele Theoretiker alternative Erklärungen dafür vorgeschlagen, wie ETIs existieren können, aber von uns unentdeckt bleiben.

Kardashev-Skala (Redux)

Dies wirft ein weiteres Problem auf, nämlich die Vorstellung, dass fortgeschrittene Arten im Laufe der Zeit in der Lage sein werden, immer größere Mengen an Energie zu nutzen. In seinem Aufsatz von 1964 mit dem Titel „ Übermittlung von Informationen durch außerirdische Zivilisationen “, schlug der sowjetisch-russische Astrophysiker Nikolai Kardashev ein dreistufiges Schema vor, um außerirdische Zivilisationen nach der Energiemenge zu klassifizieren, die sie nutzen konnten.

Dieses Schema wurde als „Kardaschew-Skala“ bekannt und bestand aus folgenden Elementen:

  • 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)

Zivilisationen, die zu diesen Typen passen, könnten erkannt werden, indem man nach Anzeichen technologischer Aktivität sucht (auch bekannt als ' Technosignaturen “). Zum Beispiel könnte eine Zivilisation vom Typ I nachweisbar sein durch Direkte Bildgebung , wo Astronomen nach Licht suchen würden, das von massiven Satellitenwolken reflektiert wird (auch bekannt als „ Clarke Gürtel “) rund um den Planeten. Eine Zivilisation vom Typ II hingegen wäre in der Lage, eine Megastruktur um ihren Heimatstern herum aufzubauen.

Diese Zivilisationen wären in der Lage, das aufzubauen, was Freeman Dyson 1960 beschrieb (was seitdem als „ Dyson-Kugel “). Dies würde es einer Zivilisation ermöglichen, die gesamte Energie ihrer Sonne zu nutzen und gleichzeitig den bewohnbaren Raum in ihrem System exponentiell zu vervielfachen. Eine Typ-III-Zivilisation könnte unterdessen leicht entdeckt werden, indem man nach Anzeichen von Megastrukturen sucht, die eine ganze Galaxie (oder Teile davon) umfassen.

Ist es also möglich, dass das Universum mit Zivilisationen gefüllt ist, die von Typ I bis Typ III Entwicklungsstufen reichen, aber derzeit keine technologischen Aktivitäten ausüben? Hier kommt das Konzept der „Aestivation“ ins Spiel.

Herkunft

Die Theorie wurde zuerst von den wissenschaftlichen Mitarbeitern Anders Sandberg und Stuart Armstrong – sowie dem berühmten Astronomen, Astrophysiker und Philosophen Milan Cirkovic – vorgeschlagen Institut für die Zukunft der Geisteswissenschaften (FHI) an der Universität Oxford. In ihrer Studie aus dem Jahr 2017 mit dem Titel „ Das ist nicht tot, was ewig lügen kann: die Aestivations-Hypothese zur Auflösung von Fermis Paradox “, schlugen sie dies als mögliche Auflösung des Fermi-Paradoxons vor.

Die Studie basierte teilweise auf früheren Forschungen von Sandberg und Armstrong in einer Studie aus dem Jahr 2013, in der sie das Fermi-Paradoxon über die Milchstraße hinaus erweiterten. Mit dem Titel „ Ewigkeit in sechs Stunden: Intergalaktische Verbreitung intelligenten Lebens und Schärfung des Fermi-Paradoxons “ Sandberg und Armstrong argumentierten, dass eine fortgeschrittene Zivilisation in der Lage wäre, eine Galaxie zu kolonisieren und sogar relativ einfach zwischen Galaxien zu reisen.

Wir kamen zu dem Schluss, dass es in einem Universum von etwa 2 Billionen Galaxien (nach jüngsten Schätzungen), das seit 13,8 Milliarden Jahren existiert, viele Typ-III-Zivilisationen geben sollte (basierend auf den Kardashev-Skala ). Diese Arten hätten nicht nur in relativ kurzer Zeit ihre jeweiligen Galaxien besiedeln können, sondern bereits die Milchstraße erreicht.

Der Grund, warum dies für uns kein Beweis ist, argumentierten Sandberg und Armstrong, hat mit . zu tun Landauer-Prinzip , das von vielen als das Grundprinzip der Thermodynamik der Informationsverarbeitung angesehen wird. Diese Regel besagt, dass jede logisch irreversible Manipulation von Informationen (auch bekannt als Berechnung) mit einer entsprechenden Entropiezunahme (Wärmeverlust) für das informationsverarbeitende Gerät einhergehen muss.

Angewandt auf Megastrukturen wie Dyson Spheres, Matrjoschka-Gehirne , usw., wäre der Umfang der beteiligten Wärmeenergie und Entropie enorm. Inzwischen lehren uns Astronomie und Kosmologie, dass das Universum im Laufe der Zeit immer kühler wird, da die Sternentstehung langsam stirbt. Gleichzeitig führt die kosmische Expansion dazu, dass sich die Wellenlänge des Lichts dehnt, wodurch Impuls und Energie verloren gehen.

Letztendlich wird angenommen, dass dies dazu führen wird, dass „ Große Chill “ (oder „Big Freeze“) Szenario, in dem sogar die Hintergrundstrahlung abkühlt und das Universum einen „Hitzetod“ erfährt. Aber aus rechnerischer Sicht könnten fortgeschrittene Arten lange vorher darauf warten, dass sich das Universum abkühlt, damit ihre Megastrukturen effizienter funktionieren können.

Nach Sandberg und Armstrong könnte eine Hochkultur (im Prinzip) exponentiell irreversiblere logische Operationen durchführen, indem sie die Entropie in Zukunft auf den kosmologischen Hintergrund verlagert. Indem sie warten, bis die Hintergrundtemperatur deutlich niedriger ist, schätzen sie sogar, dass weitere zehn Nichtmillionen (1030) oder zehn Billiarden weitere Berechnungen durchgeführt werden könnten.

Wie die kosmische Ausdehnung gemessen wird. Bildnachweis: NASA/ESA/A. Feld (STScI)

Es ist auch möglich, dass Aestivation ein Mittel für „ früh anreisen “ in unser Universum, um die lange Wartezeit für die Entwicklung anderer intelligenter Spezies zu überspringen, damit sie beim Aufwachen viele Menschen zum Reden haben! Wenn man bedenkt, dass es hier auf der Erde 4,5 Milliarden Jahre gedauert hat, bis sich Leben, das in der Lage ist, mit dem Kosmos zu kommunizieren, entwickelt hat, ist dies durchaus sinnvoll.

Aestivation kann auch im Sinne der Great-Filter-Hypothese interpretiert werden, die letztendlich anspricht, warum ETIs für uns nicht sichtbar wären. Wie Hanson selbst gegenüber Universe Today erklärte:

„In der dreiteiligen Taxonomie der Great-Filter-Schritte stellt die Aestivation-Hypothese einen Verzögerungsschritt nahe dem Ende des Filters her. Der Filter ist, was es braucht, um sichtbar zu sein. Aestivation sagt, dass sie bereits sichtbar sind, sie entscheiden sich nur dafür, nicht sichtbar zu sein.“

Grenzen und Kritik

Natürlich basiert die Aestivation-Hypothese (ähnlich wie das Fermi-Paradox und die Drake-Gleichung) auf einigen Annahmen über das Verhalten von ETIs. Diese beinhalten:

  1. Es gibt Zivilisationen, die viel früher reifen als die Menschheit
  2. Diese Zivilisationen können sich über beträchtliche Mengen ausdehnen und die Macht über ihren Inhalt erlangen
  3. Diese Zivilisationen haben ihre Koordinationsprobleme gelöst
  4. Eine Zivilisation kann die Kontrolle über ihr Volumen gegenüber anderen Zivilisationen behalten
  5. Der Anteil der ausgereiften Zivilisationen, die streben, ist ungleich null
  6. Aestivation ist weitgehend unsichtbar

Kurz gesagt geht die Hypothese davon aus, dass – angesichts des Alters des Universums – genug Zeit vergangen ist, bis Zivilisationen entstanden sind, die weiter fortgeschritten sind als die Menschheit. Es wird auch angenommen, dass sie zu weltraumfahrenden Zivilisationen geworden wären, die benachbarte Sternensysteme und möglicherweise sogar benachbarte Galaxien aktiv kolonisierten.

Schließlich wird davon ausgegangen, dass dieser Prozess sichtbar wird, indem man nach Hinweisen auf Megastrukturen und massive Bauprozesse sucht. Dazu gehört das Zertrümmern von Planeten für Baumaterialien, das Versetzen von Sternen oder Galaxien oder sogar der Verbrauch von Gasriesen, Sternen oder (wieder) ganzen Galaxien, um Treibstoff zu erzeugen.

Zweitens Charles Bennett – Physiker, Informationstheoretiker und Fellow am IBM Watson Research Center – zusammen mit Hanson und C. Jess Reidel (von der Perimeter-Institut für Theoretische Physik ) produziert als Widerlegungspapier zur Aestivation-Hypothese im Jahr 2019. Darin argumentierten sie, dass Sandberg et al. nehmen implizit an, dass computergenerierte Entropie nur durch Übertragung auf den kosmologischen Hintergrund beseitigt werden könnte.

Laut Bennett, Hanson und Reidel beruht dies auf einem Missverständnis der Astrophysik und der Physik der Computer. Obwohl ein solches Argument in ferner Zukunft gelten könnte, argumentieren sie, gilt es in der Gegenwart nicht und macht das Aestivationsmodell ungenau. Wie sie sagen:

„[Unser] Universum enthält heute riesige Reservoirs und andere physikalische Systeme in nicht-maximalen Entropiezuständen, und computergenerierte Entropie kann mit der adiabatischen Umwandlungsrate von einem Bit Negentropie auf sie übertragen werden, um ein Fehlerbit zu löschen. Dies ist jederzeit möglich und wird durch das Warten auf eine niedrige kosmische Hintergrundtemperatur nicht verbessert. Außerirdische brauchen also nicht zu warten, um aktiv zu werden.

Diese Fermi-Ansicht für den ganzen Himmel enthält nur Quellen mit Energien von mehr als 10 GeV. Bildnachweis: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration

Am Ende ist die Aestivations-Hypothese wie alle anderen Versuche, das Fermi-Paradoxon (und die Drake-Gleichung) aufzulösen. Weit davon entfernt, eine konkrete Antwort zu sein, ist diese Theorie ein Gedankenexperiment, das darauf abzielte, Fermis berühmte Frage in den Fokus zu rücken und vielleicht einige überprüfbare Behauptungen zu liefern. Letztendlich besteht das ultimative Ziel darin, die Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI) zu verfeinern.

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 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: