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Jenseits von „Fermis Paradox“ X: Was ist die Erstgeborenen-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 der Grund für das Große Schweigen darin besteht, dass wir „früh auf der Party“ sind!

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, darunter dieErstgeborene Hypothesedas besagt, dass die Menschheit das erste intelligente Leben sein könnte, das in unserer Galaxie auftaucht.

Die Erstgeborenen-Hypothese ähnelt in mancher Hinsicht der Hart-Tipler-Vermutung und andere Denkschulen, die die „Große Stille“ der Tatsache zuschreiben, dass die Menschheit die einzige fortgeschrittene Spezies im bekannten Universum ist. Anstatt jedoch anzunehmen, dass intelligentes Leben (oder Leben im Allgemeinen) nicht existiert, betont die Erstgeborenen-Hypothese, dass komplexes Leben (in all seinen Formen) bis vor kurzem selten war.



Zeitleiste des Urknalls und der Expansion des Universums. Wenn die neue Atomuhr beim Urknall eingeschaltet worden wäre, wäre sie jetzt, fast 14 Milliarden Jahre später, um weniger als eine Sekunde ausgefallen. Bildnachweis: NASA

Zeitleiste des Urknalls und der Expansion des Universums. Bildnachweis: NASA

Eine lange Zeit laufen

Eine der Hauptannahmen des Fermi-Paradoxons ist, dass das Leben unzählige Chancen hatte, in unserem Universum aufzutauchen. Auf der einen Seite gibt es allein in unserer Galaxie eine Fülle von Weltraum, die einen Durchmesser von etwa 200.000 Lichtjahren misst, zwischen 100 und 400 Milliarden Sterne enthält und geschätzte 60 Milliarden Planeten innerhalb der habitablen Zone (HZ) ihres Sterns umkreisen, 6 Milliarden von denen sind 'erdähnlich'.

Aber dann gibt es noch die andere wichtige Dimension, die Zeit. Das Universum besteht seit schätzungsweise 13,8 Milliarden Jahren, die ersten Galaxien existierten vor 13 Milliarden Jahren, und kurz darauf begannen sich Planeten zu bilden. Wenn man bedenkt, dass unser Sonnensystem erst seit etwa 4,6 Milliarden Jahren existiert, könnte man meinen, dass das Leben im Universum einen ziemlich großen Vorsprung gegenüber erdbasierten Lebensformen hat.

Aber was ist, wenn nicht? Was wäre, wenn wir derzeit in einem kosmologischen Fenster leben, in dem die Entstehung von Leben möglich ist, und in früheren Epochen die Bedingungen zu hart waren, um Leben zu existieren? Argumente dieser Art wurden von vielen Forschern vorgebracht, die versuchten, das Fermi-Paradoxon aufzulösen. Sie begannen jeweils mit der Hypothese, dass außerirdisches Leben nicht genug Zeit hatte, um uns einzuholen, geschweige denn zu überholen.

Anthropisches Prinzip

Ein Schlüsselkonzept, das diese Hypothese prägt, ist das anthropische Prinzip, das im Wesentlichen das Gegenteil des kosmologischen Prinzips (auch bekannt als kopernikanisches Prinzip oder „Prinzip der Mittelmäßigkeit“) ist. Während letztere davon ausgehen, dass das Leben im Kosmos typisch ist, was bedeutet, dass sich die Menschheit nicht in einer einzigartigen und besonderen Position befindet, besagt das anthropische Prinzip, dass Beobachtungen des Universums vollständig davon abhängig sind, dass seine Gesetze dem Leben förderlich sind.

Der Begriff selbst wurde vom theoretischen Astrophysiker Brandon Carter geprägt, der die Idee 1973 während eines Symposiums in Krakau, Polen, anlässlich des 500. Geburtstags von Kopernikus vorstellte. Hier formulierte er das Prinzip als Antwort auf das kopernikanische Prinzip, indem er sagte: „Obwohl unsere Situation nicht unbedingt so ist“zentral, es ist unweigerlich bis zu einem gewissen Grad privilegiert.“



Insbesondere stellte Carter die Verwendung des Kopernikanischen Prinzips in Frage, um die Idee zu rechtfertigen, dass alle großen Regionen des Universums (in beiden Welträumen)undZeit) waren statistisch identisch. Diese Vorstellung war von zentraler Bedeutung für die Steady-State-Hypothese, die kürzlich mit der Entdeckung der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB) entlarvt wurde. Wie David Brin später beschreibe es im Kontext der Fermi-Debatte:

„Der philosophische Gegenpol zum Prinzip der Mittelmäßigkeit ist das ‚Anthropische Prinzip‘, das vorschlägt, dass es einem Beobachter sogar in einem großen und vielfältigen Universum möglich ist, einen besonderen Ort und eine besondere Zeit mitzuerleben, insbesondere wenn die besondere Eigenschaft erforderlich ist für es muss in erster Linie ein Beobachter sein … Befürworter der Einzigartigkeit sehen nichts Falsches an der Behauptung, dass das intelligente Leben, das wir auf der Erde sehen, selten ist.“

Dieses Prinzip ist zentral für Argumente, die behaupten, dass die Menschheit allein im Universum ist (oder die erste intelligente Spezies ist, die in der Milchstraße auftaucht). Im Grunde geht es davon aus, dass das Universum in einem Zustand des Ungleichgewichts existiert, in dem die Dinge von feindlich zu lebensförderlich geworden sind. Die Menschheit lebt daher während einer Übergangsphase im Universum, der das Auftauchen vieler intelligenter Spezies folgen wird.

Herkunft

Obwohl es schwierig ist, die genaue Quelle der Erstgeborenen-Hypothese zu bestimmen, wurden im Laufe der Jahre viele Studien durchgeführt, die auf diese Prämisse hindeuteten. Ein solides Beispiel ist die Studie von Lawrence Bracewell aus dem Jahr 1982 – einem Professor mit dem Labor für Weltraum, Telekommunikation und Radiowissenschaften (STAR ​​Lab) an der Stanford University – mit dem Titel „ Vorbeugung der Galaxis durch die erste Hochkultur . '

Darin überlegte Bracewell, wie die ersten Zivilisationen, die in einer Umgebung entstanden, die folgenden unweigerlich zurückhalten können. Diese Theorie wurde angewendet, um sein Argument zu untermauern, dass die Menschheit die erste fortgeschrittene Zivilisation sein könnte, die in unserer Galaxie auftaucht, weshalb wir von anderen nichts gehört haben. Als er zusammengefasst :

„Die [T]errestrische Geschichte zeigt, dass das Aufkommen einer einzigen werkzeugfähigen und wandernden Population dazu führt, dass sich diese Art auf alle lebensfähigen Gebiete ausdehnt. Die Ausbreitung der Population erfolgt in viel kürzerer Zeit als die Evolution der Spezies, was darauf hindeutet, dass der Mensch vielleicht die erste intelligente Spezies in der Galaxis ist und die zukünftige Population der Galaxis sein könnte.“

Wenn dies wahr ist, möchte die Menschheit vielleicht ihre „ Planetenschutz ”-Protokolle und aktualisieren Sie sie. In diesem Fall sollten wir vielleicht eine Seite aus dem ' Zoo-Hypothese “ und schaffen Quarantänezonen um bewohnte Planeten, um sicherzustellen, dass wir die Entwicklung des Lebens auf ihnen nicht beeinträchtigen.

Diese tödlichen GRBs!

James Annis vom Fermi National Accelerator Lab argumentierte 1999 in einer Studie mit dem Titel „ Eine astrophysikalische Erklärung für die Große Stille .“ Laut Annis könnten periodische Gammablitze (GRBs) dafür verantwortlich sein, die Entstehung von intelligentem Leben zu begrenzen, da sie in periodischen Abständen auftreten und stark genug sind, um ein Massensterben auszulösen.

Diese Ausbrüche sind die energiereichsten Phänomene im Universum und treten auf, wenn massereiche Sterne zur Supernova werden. Die Ausbrüche sind in der Regel kurz (können aber bei einem binärer Begleiter ), treten aus der Rotationsachse des Sterns (auch bekannt als Polarregionen) hervor und sind für alle Planeten, die auf ihrer Bahn liegen, tödlich. Eigentlich, aktuelle Forschung weist darauf hin, dass ein GRB für das Aussterben des Ordoviziums (vor ca. 440 Millionen Jahren) verantwortlich sein könnte.

Annis verwendete damals aktuelle astrophysikalische Modelle, die darauf hindeuten, dass die mittlere Zeit zwischen GRBs in der Größenordnung von 1 Milliarde Jahre liegt. In ähnlicher Weise zeigen die von Annis verwendeten evolutionären Modelle, dass dies die gleiche Zeit ist, die benötigt wird, um Intelligenz zu entwickeln. Dies steht im Einklang mit dem Intervall zwischen der Existenz von vielzelligem Leben und Primaten höherer Ordnung (einschließlich des modernen Menschen). Als er zusammengefasst :

„Wenn man davon ausgeht, dass [GRBs] tatsächlich für Landleben in der gesamten Galaxie tödlich sind, hat man einen Mechanismus, der den Anstieg der Intelligenz verhindert, bis die mittlere Zeit zwischen den Ausbrüchen mit der Zeitskala für die Evolution der Intelligenz vergleichbar ist …

„Daher legt dieses Modell nahe, dass die Galaxie derzeit einen Phasenübergang zwischen einem Gleichgewichtszustand ohne intelligentes Leben zu einem anderen Gleichgewichtszustand durchläuft, in dem sie voller intelligenten Lebens ist.“

Gamma-Ray Bursts (GRBs) sind starke Blitze energetischer Gammastrahlen, die von weniger als einer Sekunde bis zu mehreren Minuten dauern. Bildnachweis: ESO/A. Roquette

2008 bauen die Astronomen Milan M. Cirkovic und Branislav Vukotic vom Astronomischen Observatorium in Belgrad mit einer Studie mit dem Titel „ Astrobiologischer Phasenübergang: Auf dem Weg zur Auflösung von Fermis Paradox .“ Cirkovic und Branislav haben für ihre Studie ein Modell entwickelt, um zu testen, ob Gammablitze und andere astrobiologische Regulationsmechanismen die kosmologische Uhr periodisch „zurücksetzen“ können.

Diese Ereignisse treten jedoch im Laufe der Zeit mit exponentiell abnehmender Häufigkeit auf, wodurch immer längere Zeitfenster geschaffen werden, in denen Biogenese (das Entstehen von Leben) und Noogenese (das Entstehen von Intelligenz) auftreten können. Insgesamt verwendet ihre Argumentation sowohl das anthropische Prinzip als auch die Idee, dass sich das Universum in einer Phase des Ungleichgewichts befindet. Wie sie sagten:

„Die säkulare Evolution der Regulationsmechanismen führt zu der kurzen Epoche des Phasenübergangs: Von einem im Wesentlichen toten Ort mit Taschen von Leben mit geringer Komplexität, die auf Planetenoberflächen beschränkt sind, wird es auf einer kurzen (Fermi-Hart-)Zeitskala mit hohen -Komplexität des Lebens. Ein Beobachtungsselektionseffekt erklärt, warum wir trotz der sehr geringen Vorwahrscheinlichkeit nicht überrascht sind, uns in dieser kurzen Phase des Ungleichgewichts zu befinden.“

Früh zur Party?

Ein ähnliches Argument wurde von Prof. Abraham Loeb von der Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) und die Postdoktoranden Rafael A. Batiste und David Sloan (Universität Oxford). In dieser Studie mit dem Titel „ Relative Lebenswahrscheinlichkeit als Funktion der kosmischen Zeit “ berechneten Loeb und seine Kollegen die Wahrscheinlichkeit, dass sich bewohnbare erdähnliche Planeten im Laufe der Zeit in einem bestimmten Raumvolumen bilden.

Beginnend mit den ersten Sternen, die sich etwa 30 Millionen Jahre nach dem Urknall bildeten, bis in die ferne Zukunft, fanden sie heraus, dass die Entstehung von Leben (wie wir es kennen) direkt von der Masse des beteiligten Sterns abhängt und in Wahrscheinlichkeit über längere Zeiträume. Im Wesentlichen haben massereiche Sterne eine kürzere Lebensdauer, was bedeutet, dass sie wahrscheinlich sterben, bevor auf einem Planeten, der sie umkreist, Leben entstehen kann.

Sterne mit geringerer Masse wie Rote Zwerge vom Typ M haben eine viel längere Lebensdauer und können bis zu zwölf Billionen Jahre in ihrer Hauptreihenphase verbleiben. Letztendlich bestätigten Loeb und seine Kollegen, dass Planeten, die rote Zwergsterne umkreisen (abgesehen von Faktoren, die ihre potenzielle Bewohnbarkeit unterdrücken würden), viel eher Leben über längere Zeiträume unterstützen. Oder wie Leob in einem CfA said sagte Pressemitteilung zeitgleich mit der Studie herausgegeben:

„Wenn Sie fragen: ‚Wann entsteht das Leben am wahrscheinlichsten?‘, könnten Sie naiv sagen: ‚Jetzt‘. Aber wir stellen fest, dass die Chance des Lebens in ferner Zukunft viel höher wird. Dann fragen Sie sich vielleicht, warum leben wir in der Zukunft nicht neben einem massearmen Stern? Eine Möglichkeit ist, dass wir zu früh sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Umgebung eines massearmen Sterns lebensgefährlich ist.“

Kritikpunkte

Wenn wir dieser Logik folgen, liegt der Grund für so etwas wie die „Große Stille“ darin, dass das Universum bis vor kurzem nicht besonders förderlich für intelligentes Leben war. Während einfaches Leben im Überfluss vorhanden sein mag, waren die Zeiträume zwischen Gammastrahlenausbrüchen oder anderen astrobiologischen Regulationsmechanismen zu kurz, um intelligentes Leben entstehen zu lassen. Aus evolutionärer und kosmologischer Sicht ist dies durchaus sinnvoll.

Die künstlerische Darstellung zeigt den Planeten Proxima b, der den Roten Zwergstern Proxima Centauri, den dem Sonnensystem am nächsten gelegenen Stern, umkreist. Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser

Natürlich würden Kritiker dieser Hypothese zitieren, dass sie nicht nur anthropisch, sondern auch anthropozentrisch ist. Während es anmaßend erscheint anzunehmen, dass die Entwicklung des Lebens in unserer Galaxie (oder dem Universum) einer ähnlichen Bahn folgen würde wie die der Menschheit, ist es ähnlich anzunehmen, dass die Menschheit die einzige intelligente Spezies wäre, die Kommunikationstechnologien entwickelt, die aus dem Weltraum entdeckt werden könnten .

Ein weiteres Problem, das sich aus dieser Hypothese ergibt, ist die Tatsache, dass sie sehr schwer zu testen ist. Während Fernerkundungstechniken in der Lage wären, das Vorhandensein von Leben durch den Nachweis von Biosignaturen zu bestätigen, könnten sie nicht feststellen, ob dieses Leben intelligent ist oder nicht. Dies wird oft als „Algen vs. Alumnae“-Problem bezeichnet.

Und natürlich geht man davon aus, dass GRBs mit der Zeit immer seltener werden. Gegenwärtig gibt es keine endgültigen Beweise dafür, dass diese Ausbrüche seit der Entstehung der Erde vor etwa 4,5 Milliarden Jahren seltener geworden sind. Tatsächlich behaupten einige Schätzungen, dass bis zu 1.000 GRBs nahe genug an der Erde stattgefunden haben, um das Leben zu beeinflussen, seit es vor 4 Milliarden Jahren begann.

Auch wenn jedes einzelne Aussterbeereignis in der Erdgeschichte mit GRBs in Verbindung gebracht werden könnte, hat es die Entstehung intelligenten Lebens eindeutig nicht verhindert. Letztendlich ist die Erstgeborenen-Hypothese den meisten Theorien nicht unähnlich, die in den Großen Filter fallen, wobei der Filter entweder irgendwo in der Mitte oder mehrmals im Laufe der Geschichte eines Planeten angewendet wird.

Künstlerische Darstellung der Struktur der Milchstraße. Bildnachweis: ESA

Letztendlich ist eine zentrale Annahme des Fermi-Paradoxons, dass ETIssollenhaben sich über ihr Sternensystem hinaus ausgebreitet und mittlerweile unbestreitbare Spuren ihrer Existenz hinterlassen. Die Tatsache, dass wir keine finden, wird als Hinweis darauf gewertet, dass es sie nicht geben darf. Aber was ist, wenn dies ein einfacher Fall von Präemption ist, bei dem die Menschheit die erste (oder eine der ersten) ist, die in unserer Galaxie auftaucht?

Anstatt uns von weiteren Untersuchungen abzuschrecken, lädt uns diese Theorie ein, weiter zu suchen – und sei es aus keinem anderen Grund, als zu bestätigen, dass wir derzeit die einzige technologisch fortschrittliche Spezies sind. Wenn die Menschheit „früh auf der Party“ ist, gibt uns das die Möglichkeit, Dinge zu tun, von denen wir lange spekuliert haben, dass fortgeschrittenere Spezies tun würden.

Wir könnten Gott spielen, die Evolution manipulieren, Arten erheben, die kurz vor der Empfindung stehen, oder ihre Entwicklung hemmen. Oder wir könnten als radikale Alternative zur Abwechslung verantwortungsvoll handeln! Wenn der Platz der Menschheit im Universum irgendwie besonders und privilegiert ist, dann sollten wir uns so verhalten, wie wir es uns von einer fortgeschritteneren Spezies wünschen würden.

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: