Wenn Außerirdische da draußen sind, werden wir sie in ein paar hundert Millionen Jahren treffen

Vor 70 Jahren stellte der italienisch-amerikanische Kernphysiker Enrico Fermi seinen Kollegen während eines Mittagsgespräch . Wenn Leben in unserem Universum weit verbreitet ist, warum können wir dann draußen keine Beweise für seine Aktivität sehen (auch bekannt als „Wo sind alle?“). ETIs) können häufig vorkommen, bleiben aber von unseren Instrumenten unbemerkt.

Einige Möglichkeiten, die in Betracht gezogen wurden, sind, dass die Menschheit allein im Universum sein könnte, früh zur Party , oder ist noch nicht in der Lage, welche zu bemerken. Aber in einer aktuellen Studie hat Robin Hanson (Schöpfer des Großartiger Filter ) und ein interdisziplinäres Team bieten ein neues Modell, um zu bestimmen, wann die Außerirdischen hier ankommen. Laut ihrer Studie befindet sich die Menschheit am Anfang des Universums und wird in 200 Millionen bis 2 Milliarden Jahren andere treffen.

Neben der Zusammenarbeit mit dem Institut für die Zukunft der Geisteswissenschaften (FHI) an der Oxford University ist Robin Hanson außerdem Professor für Wirtschaftswissenschaften an der George Mason Universität . Er wurde von Kollegen der Durham University unterstützt Zentrum für Teilchentheorie und der Fakultät für Mathematische Wissenschaften , Carnegie Mellon University Abteilung für maschinelles Lernen , und das internationale Handelsunternehmen Sprunghandel .

Um es kurz zu machen, geht das „Grabby-Aliens-Modell“ davon aus, dass Zivilisationen nach einer Reihe von Schritten geboren werden, ähnlich wie wir es bei der biologischen Evolution des Lebens hier auf der Erde sehen. Diese Zivilisationen, die Hanson und seine Kollegen als „Grabby Civilizations“ (GCs) bezeichnen, werden sich dann mit einer gemeinsamen Geschwindigkeit ausdehnen, ihr Raumvolumen verändern und das Entstehen technologisch fortgeschrittener Zivilisationen (ähnlich der heutigen Menschheit) verhindern in diesen Bänden. Das Modell hat drei Parameter, bestehend aus:

• Expansionsgeschwindigkeit (s) aufgrund der Tatsache, dass wir keine lauten fremden Volumina in unserem Himmel sehen,
• Macht (n) aus der Geschichte bedeutender Ereignisse in der Evolution des Lebens auf der Erde,
• Konstante (k), indem angenommen wird, dass unser Datum eine zufällige Stichprobe aus ihren Erscheinungsdaten ist.

Das Modell geht davon aus, dass die Expansionsgeschwindigkeit außerirdischer Zivilisationen auf der Grundlage der Tatsache geschätzt werden kann, dass wir (13,8 Milliarden Jahre nach dem Urknall) ihre Anwesenheit zu diesem Zeitpunkt nicht entdecken, also die Zeit, die es braucht, bis sich fortgeschrittenes Leben entwickelt hat (basierend auf) und der Annahme, dass die Position der Menschheit in Raum und Zeit nicht ungewöhnlich ist, relativ zum Auftreten fortgeschrittener und expandierender Zivilisationen (ähnlich der Kopernikanisches Prinzip ).

Hanson und sein Team Darüber hinaus konnten Hanson und seine Kollegen Schätzungen darüber erstellen, wo sich die GCs in unserem Universum befinden, wie viel vom Universum sie bisher besetzt haben und wie lange es dauern wird, bis wir ihnen begegnen.

'Wo sind alle?'

Der erste Parameter (S) geht auf das Fermi-Paradox zurück, wie es ursprünglich von Michael Hart und Frank Tipler formuliert wurde), das sich auf die offensichtliche Diskrepanz zwischen der statistischen Wahrscheinlichkeit intelligenten Lebens in unserem Universum und dem Fehlen von Beweisen dafür bezieht. Innerhalb dieses theoretischen Rahmens sind Wissenschaftler gezwungen, Erklärungen dafür zu finden, wie intelligentes Leben allgegenwärtig sein könnte, aber bisher für menschliche Instrumente unsichtbar blieb.

Wie bereits erwähnt, hat dies in den letzten Jahrzehnten verschiedene Resolutionsvorschläge hervorgebracht. Zu den wichtigsten Überlegungen gehören die Zeitachse des Universums und die Entwicklung des Lebens auf der Erde. Aktuelle Schätzungen gehen davon aus, dass das Universum 13,8 Milliarden Jahre alt ist (± 40 Millionen Jahre), während das Sonnensystem und der Planet Erde vor etwa 4,5 Milliarden Jahren entstanden sind. Basierend auf den jüngsten versteinerten Beweisen wird angenommen, dass die frühesten Lebensformen zwischen 4,2 und 3,8 Milliarden Jahren entstanden sind.

Inzwischen existiert die Menschheit erst seit den letzten 200.000 Jahren der Erdgeschichte und hat erst seit etwa 70 Jahren einen technologischen Entwicklungsstand, der SETI-Vermessungen ermöglicht. Angesichts der Diskrepanz zwischen diesen Zahlen argumentieren viele Wissenschaftler, dass es einfacher Anthropozentrismus ist, anzunehmen, dass die Menschheit die fortschrittlichste Intelligenz (oder schlimmer noch, allein) im Universum sein könnte.

Auf der anderen Seite argumentieren einige, dass intelligente Arten, wenn sie Millionen oder Milliarden von Jahren vor der Existenz des Menschen entstanden wären, nicht das sichtbare Universum in erheblichem Umfang besetzt hätten? Stützt die Tatsache, dass wir beim Blick in den Nachthimmel keine GCs sehen, nicht die Vorstellung, dass niemand da draußen ist oder zumindest noch nicht in der Lage ist, mit uns zu kommunizieren?

Andere argumentieren immer noch, dass eine evolutionäre Zeitachse von 4,5 Milliarden bedeutet, dass nur langlebigere Sterne und Planeten Leben unterstützen könnten, wie zum Beispiel M-Typ (Rote Zwerge). Es ist bekannt, dass diese Sterne eine unglaublich lange Lebensdauer haben und bis zu Billionen von Jahren in ihrer Hauptreihenphase verbleiben. Gleichzeitig kürzlich exosolarer Planet Umfragen haben ergeben, dass sie am wahrscheinlichsten zu finden sind Gesteinsplaneten, die innerhalb ihrer bewohnbaren Zonen (HZs) kreisen . Wie Hanson Universe Today per E-Mail erklärte:

„95 % der Planeten befinden sich um länger lebende Sterne als unsere, und die meisten leben länger als eine Billion Jahre. Darüber hinaus sollte ein fortgeschrittenes Leben wie wir gegen das Ende des Lebens eines Planeten erscheinen, da sich das Leben zunächst durch viele Stadien entwickeln muss. Wir sind also ziemlich früh im Vergleich zu dem Zeitpunkt, zu dem wir erwarten würden, dass fortgeschrittenes Leben auftaucht.“

Während unser Planet also nur während der letzten 30% des Universums existiert hat, entspricht unsere evolutionäre Zeitachse 1% der Lebensdauer langlebiger Planeten. Im Wesentlichen bedeutet dies, dass 99% der fortgeschrittenen Lebensformen in unserem Universum nach heute erscheinen werden. Hinzu kommt die Tatsache, dass wir keine Beweise dafür sehen, dass außerirdische Zivilisationen den Großteil des Kosmos besetzen (was mit der Zeit wahrscheinlicher wird), und man bleibt mit der ausgemachten Meinung zurück, dass die Menschheit eine „frühe Ankunft“ ist.

Tritt hart!

Der zweite Parameter (n) basiert auf der Vorstellung, dass die biologische Evolution auf der Grundlage einer Reihe von Schritten modelliert werden kann. Dieses Konzept wurde vom australischen Physiker und Fellow der Royal Society (FRS) Brandon Carter eingeführt, der dafür bekannt ist, dass er den Anthropisches Prinzip . Als Reaktion auf das, was er als die Überdehnung des kopernikanischen Prinzips in der Kosmologie ansah, besagt dieses Prinzip, dass die bloße Existenz von intelligentem Leben darauf hinweist, dass das Universum selbst seiner Entstehung förderlich ist.

In einer Studie von 1983 mit dem Titel „ Das anthropische Prinzip und seine Implikationen für die biologische Evolution “ präsentierte Carter ein statistisches Modell, wie Zivilisationen wie unsere über eine Reihe von Zwischenschritten aus einfacher toter Materie entstehen könnten. Seitdem haben viele Gelehrte auf seinem Modell aufgebaut, zu dem auch Hanson selbst gehört. 1996 veröffentlichte Hanson einen Aufsatz mit dem Titel „ Der große Filter – Sind wir fast vorbei? “, wobei er vorschlug, dass das Fermi-Paradoxon das Ergebnis davon sein könnte, dass einer oder mehrere dieser Schritte unwahrscheinlich sind.

Mit dem Leben auf der Erde als Vorlage argumentierte Hanson, dass es acht mögliche Schritte zwischen den frühesten bekannten Lebensformen und dem heutigen Stand der Menschheit gibt, wobei ein neunter Schritt unsere mögliche Zukunft darstellt. Diese bestehen aus:

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

Mit jedem Schritt steigt die Wahrscheinlichkeit für einen Ausfall, eine Situation, die Hanson in einer Schlossknacker-Analogie zusammenfasst. Stellen Sie sich vor, Sie haben eine Reihe von Schlössern, die Sie vor Ablauf einer Frist knacken müssen, und sie haben unterschiedliche Schwierigkeitsgrade. Die Wahrscheinlichkeit, alle Schlösser vor Ablauf der Frist zu knacken, ist ein Potenzgesetz, bei dem eine Änderung einer Menge zu einem proportionalen Anstieg einer anderen Menge führt.

Für diese Studie überlegten Hanson und seine Kollegen diese Schritte, wobei sie berücksichtigten, dass einige länger dauern können als andere (was sie als „leichte“ oder „schwere“ Schritte) bezeichnen). Die Kombination dieser Schritte ist das, was sie als das 'Kraftgesetz der harten Schritte' bezeichneten, bei dem jeder Schritt einen Einfluss darauf hat, ob eine Spezies ausreichend vorankommen konnte oder nicht, bevor ein anderer GC ihren Raum besetzte und unterdrückte. Wie Hanson es erklärte:

„Das Timing der Ereignisse in der Geschichte des Lebens auf der Erde legt nahe, dass das Leben 3-9 harte Schritte durchlaufen musste, um unser Niveau zu erreichen, und dass die meisten Planeten wie unserer niemals unser Niveau erreichen, bevor sich das Fenster für das Leben auf diesem Planeten schließt.“ “, sagte Hanson. „Daher ist ein fortgeschrittenes Leben wie unseres selten. Wir können auch sehen, dass es selten ist, weil wir da draußen kein Leben auf der fortgeschritteneren Ebene sehen, das große sichtbare Auswirkungen auf das Universum hat.

„Daher wissen wir, dass es einen „großen Filter“ gibt, der zwischen einfacher toter Materie und sich ausdehnendem dauerhaftem Leben steht. Unsere neue Analyse ermöglicht es uns, die numerische Größe dieses Filters abzuschätzen. Fortgeschrittenes Leben auf der Ebene der Grabby-Aliens erscheint ungefähr einmal pro Million Galaxien vor dem Stichtag für die Grabby-Aliens.

Mit anderen Worten, es gibt eine Frist für fortgeschrittenes Leben im Universum, wo es auftauchen und Komplexität erreichen muss, bevor eine ältere und fortschrittlichere Spezies es überholt. Weit davon entfernt, die Menschheit allein im Universum zu platzieren, deutet die Aussicht auf eine frühe Ankunft der Menschheit darauf hin, dass es viele GCs gibt, sowie solche, die noch kein fortgeschrittenes Entwicklungsstadium erreicht haben.

Diagramme, die ein stochastisches Beispielergebnis eines GC-Modells in einer (1D) und zwei (2D) räumlichen Dimensionen zeigen. Bildnachweis: Hanson (et al.)

„Wenn zufällig außerirdische Zivilisationen auftauchen, die sich dann ausdehnen, um das Universum neu zu erschaffen, dann gibt es, sobald das gesamte Universum mit solchen Außerirdischen gefüllt ist, keine Orte mehr, an denen sich Leben auf unser Niveau entwickeln könnte“, fügte Hanson hinzu. „Das heißt, ‚Grabby Aliens‘ setzen eine Frist, bis zu der ein fortgeschrittenes Leben erscheinen muss. Diese Frist liegt in wenigen Milliarden Jahren. In Bezug auf diese Frist sind wir nicht zu früh.“

Wird laut!

Der letzte Parameter (zu) basiert auf der Annahme, dass die Zeit und der Raum, den wir einnehmen, repräsentativ für die Norm sind (wie bereits erwähnt, die kopernikanische Hypothese). Nach dem GC-Modell ist dies das Ergebnis eines Selektionseffekts, bei dem sich fortschrittliches außerirdisches Leben schließlich ausdehnt, um das Universum zu füllen. Dies wirft den letzten Aspekt auf, den Hanson und sein Team betrachtet haben, nämlich, wie weniger entwickelte Zivilisationen den Übergang zu GCs – auch bekannt – schaffen. von „leise“ zu „laut“ übergehen.

Laute Zivilisationen werden so genannt, weil sie ihr Volumen (des Raums) vergrößern, ihr Erscheinungsbild ändern (Anzeichen von Aktivität zeigen, Technosignaturen erzeugen). Ruhige Zivilisationen sind solche, die ihr Volumen nicht erhöhen oder verändern, was unseren aktuellen Entwicklungsstand effektiv beschreibt. Mit der Zeit werden leise Zivilisationen (sofern sie überleben) so weit vordringen, dass auch sie laut werden, sofern sie dies vor Ablauf der Frist tun.

Mit diesen definierten Parametern simulierten Hanson und seine Kollegen, wie Variationen in der Expansionsgeschwindigkeit von GCs (S) und die Zeit, die das Leben braucht, um sich zu entwickeln (n) würde zu unterschiedlichen Ergebnissen führen, wie viele GCs derzeit in unserem Universum aktiv waren, wie viel davon sie besetzt hatten und (als Ergebnis) wann wir auf ein GC stoßen könnten. Diese Variablen wurden in Form von 1D- und 2D-Diagrammen (siehe oben) und einer 3D-Animation (siehe unten) visualisiert.

DieSParameter ist besonders wichtig, da schneller expandierende Außerirdische schwieriger zu entdecken wären, bevor sie unsere Haustür erreichen. Aufgrund der Lichtgeschwindigkeit würde jede Aktivität in einem besetzten Raumvolumen Tausende von Jahren brauchen, um uns zu erreichen. Wenn sich ein GC schnell genug ausdehnt, wird das Licht, das er zu Beginn seiner Expansion erzeugt hat, nicht ankommen, bevor er es tut. Wie Hanson es ausdrückte:

„Am Ursprungsdatum einer zufälligen Zivilisation ist etwa die Hälfte des Universums mit sehr großen, sichtbaren außerirdischen Zivilisationen gefüllt. Wenn diese sehr langsam wachsen würden, wäre der Himmel voll davon, riesige Kreise am Himmel, viel größer als der Vollmond. Wenn sie jedoch mit Lichtgeschwindigkeit wachsen würden, würden wir sie nicht sehen, bis sie hier sind.

'Wenn sie sehr schnell wuchsen, beispielsweise mit mehr als der Hälfte der Lichtgeschwindigkeit, dann waren die meisten Orte, an denen sie zu sehen waren, Orte, an denen sie angekommen, kolonisiert und sich verändert hatten. Das heißt, wenn wir sie sehen könnten, wären sie wahrscheinlich an unserer Stelle hier. In diesem Fall würden wir nicht existieren.“

Wann treffen wir sie?

Letztendlich zeigten die Ergebnisse, die Hans und sein Team erzielten, folgende Möglichkeiten:

• GCs (oder „laute“ Zivilisationen) entstehen etwa einmal pro Million Galaxien aus ruhigen
• Sie dehnen sich aus und vergrößern ihr Volumen mit etwa halber Lichtgeschwindigkeit
• Sie kontrollieren derzeit 40-50% des Volumens des Universums
• Jeder GC wird schließlich 10 . kontrollieren⁵- 3 x 10⁷(100.000 bis 30 Millionen) Galaxien

Last but not least schätzten sie, dass die Menschheit in etwa 200 Millionen bis 2 Milliarden Jahren wahrscheinlich auf den nächsten GC treffen wird. Inzwischen zeigt ihre Modellierung auch, dass die Wahrscheinlichkeit, dass die Menschheit Anzeichen technologischer Aktivität (auch bekannt als „Technosignatures“) erkennt, sehr gering ist. Wie Hanson erklärte, könnten dies schlechte Nachrichten für diejenigen sein, die an der Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI) beteiligt sind.

„Einmal pro Million Galaxien ist sehr selten, und wenn greifbare Außerirdische die einzigen zu sehenden Arten wären, dann wären die Chancen für SETI, Außerirdische in der Nähe zu sehen, sehr gering“, sagte er. „Es kann jedoch sein, dass es da draußen um ein Vielfaches „ruhigere“ außerirdische Zivilisationen gibt. Je höher das Verhältnis von stillen zu greifbaren Alien-Zivilisationen ist, desto näher könnten die nächsten stillen Aliens zu finden sein.“

Zur Veranschaulichung des Selektionseffekts, bei dem Expansionsgeschwindigkeiten (s) nahe der Lichtgeschwindigkeit c liegen, hat uns wahrscheinlich ein GC überholt, wenn wir sehen. Bildnachweis: Hanson (et al.)

Umgekehrt sind unsere zukünftigen Chancen, selbst ein GC zu werden, umso höher, je weniger stille Zivilisationen es derzeit da draußen (im Vergleich zu GCs) gibt. Leider verringert diese Aussicht auch die Wahrscheinlichkeit, dass wir außerirdische Zivilisationen in unserer Galaxie entdecken und beobachten. Tatsächlich sagt das von Hanson und seinen Kollegen erstellte Modell voraus, dass das „Quiet-to-Grabby-Verhältnis“ über 10.000 zu 1 liegen muss, damit wir realistischerweise erwarten können, dass auch nur eine ruhige Zivilisation in der Geschichte unserer Galaxie jemals aktiv war (ca . 13,5 Milliarden Jahre).

Dieses Verhältnis muss so hoch wie 10 Millionen zu 1 sein, damit wir erwarten können, dass irgendwelche außerirdischen Zivilisationen mit einer Lebensdauer von einer Million Jahren gerade jetzt in unserer Galaxie aktiv sind. Obwohl keines dieser Ergebnisse für SETI-Forscher besonders ermutigend ist, stellt das Forschungsteam fest, dass die von GCs eingenommenen Raumvolumina möglicherweise subtiler erscheinen und ihre Expansionsgeschwindigkeit langsamer ist. In diesem Fall schätzen sie, dass wir Zeichen am Nachthimmel vorhersagen können.

Ein weiterer positiver Aspekt dieser Forschung ist die Tatsache, dass diese Art der Modellierung jetzt möglich ist. Während die frühen SETI-Bemühungen von Vermutungen geleitet wurden, die mit großer Unsicherheit behaftet waren (wie die Drake-Gleichung), haben wir jetzt genügend Daten über die Arten von Sternen und Exoplaneten in unserem Universum, um fundierte Schlussfolgerungen ziehen zu können.

„Es ist aufregend, dass wir jetzt hier sind“, sagte Hanson. „Wir spekulieren nicht mehr über Außerirdische; wir sind uns ziemlich sicher, dass sie existieren, und wir können sagen, wo sie sich in der Raumzeit befinden. Wir haben ein einfaches statistisches Modell, das sagt, wo sie sind, was sie tun und wo wir sie sehen oder treffen können.“

Weiterlesen: Grabby Aliens , arXiv