the Poszukiwanie inteligencji pozaziemskiej SETI zawsze nękała niepewność. Mając na przykład tylko jedną planetę nadającą się do zamieszkania (Ziemię) i tylko jedną zaawansowaną technologicznie cywilizację (ludzkość), naukowcy w dalszym ciągu ograniczają się do teoretyzowania na temat tego, gdzie mogą istnieć inne inteligentne formy życia (i co mogą zrobić).
Sześćdziesiąt lat później słynne pytanie Fermiego (Gdzie są wszyscy?) pozostaje bez odpowiedzi.
Pozytywem jest to, że daje nam to wiele możliwości stawiania hipotez o możliwych lokalizacjach, działaniach i podpisach technicznych, które mogłyby zostać przetestowane w przyszłych obserwacjach.
Jedną z możliwości jest to, że rozwój cywilizacji jest ograniczony prawami fizyki i nośnością środowisk planetarnych – tzw. Hipoteza teorii perkolacji.
W niedawnym badaniu zespół z Uniwersytetu Los Baños na Filipinach wykroczył poza tradycyjną teorię perkolacji i przyjrzał się, jak cywilizacje rozwijają się w trzech różnych typach wszechświatów (statycznym, zdominowanym przez ciemną energię i zdominowanym przez materię). Wyniki sugerują, że w zależności od modelu inteligentne życie ma ograniczoną ilość czasu na zasiedlenie wszechświata i jest bardzo prawdopodobne, że tak się stanie.
Badanie przeprowadzili Alan Aleña i Cedrics Jake C. Gadrin, adiunkt fizyki i pracownik dydaktyczny na Uniwersytecie im. Instytut Nauk Matematycznych i Fizyki Na Uniwersytecie Filipińskim Los Banos. Przeddruk ich artykułu, „Filtrowanie „cywilizacji” w świecie izotropowym”, pojawił się niedawno w Internecie.
Na potrzeby badań zespół przyjrzał się, jak można interpretować tradycyjną teorię perkolacji w kategoriach A Funkcja wzrostu logistycznego (LGF), gdzie tempo wzrostu populacji na mieszkańca maleje w miarę zbliżania się wielkości populacji do maksimum narzuconego przez lokalne limity zasobów (znanego również jako nośność).
Teoria filtracji
Krótko mówiąc, teoria perkolacji opisuje zachowanie sieci po usunięciu węzłów lub łączy, gdy zostaną one podzielone na mniejsze, połączone grupy.
Być może pierwszym znanym przykładem zastosowania tej teorii do paradoksu Fermiego byli Carl Sagan i William Newman w 1981 roku. W artykule zatytułowanym „Cywilizacje galaktyczne: dynamika populacji i rozmieszczenie międzygwiezdne„Powodem, dla którego ludzkość nie napotkała cywilizacji pozaziemskich (ETC), jest to, że eksploracja międzygwiezdna i osadnictwo nie są zjawiskami liniowymi” – stwierdzili.
W przeciwieństwie do Hipoteza Harta-Teppleraktórzy twierdzą, że zaawansowane ETC dawno temu skolonizowałyby naszą galaktykę (i dlatego nie istnieją), Sagan i Newman postulują, że eksploracja międzygwiezdna jest kwestią dyfuzji.
Omówione przez Jeffreya A. Landis wyraził te same uczucia w swoim artykule z 1993 r.: „Paradoks Fermiego: podejście oparte na teorii perkolacji„, gdzie stwierdził, że prawa fizyki nakładają ograniczenia na wzrost międzygwiezdny.
Według Landisa nie można oczekiwać „jednolitości motywacji” od cywilizacji pozaziemskich:
„Skoro jest to możliwe, biorąc pod uwagę istnienie wystarczająco dużej liczby cywilizacji pozaziemskich, jedna lub więcej cywilizacji z pewnością by to zrobiło, być może z nieznanych nam powodów. Kolonizacja zajęłaby bardzo dużo czasu i byłaby bardzo kosztowna.”
„Rozsądnie jest założyć, że nie wszystkie cywilizacje byłyby zainteresowane płaceniem tak dużych wydatków za nagrodę w odległej przyszłości. Społeczeństwo ludzkie składa się z mieszaniny kultur, które eksplorują i kolonizują, czasem na bardzo duże odległości, oraz kultur, które nie ma w tym żadnego interesu.”
A także profesor Adam Frank i jego koledzy z NASA Związek nauki z układami egzoplanetarnymi (NExSS) napisała w 2019 roku artykuł badawczy zatytułowany „Paradoks Fermiego i efekt zorzy: osadnictwo, ekspansja i stabilne stany cywilizacji pozaziemskiejZainspirowani powieścią Kim Stanleya Robinsona „Aurora” z 2015 r. argumentowali, że osadnictwo międzygwiezdne będzie występować w gromadach, ponieważ nie wszystkie planety nadające się do zamieszkania będą odpowiednie dla obcych gatunków. Krótko mówiąc, prawa fizyki, biologii i ewolucji nakładają ograniczenia na to, jak daleko i jak szybko gatunki mogą osiedlić się w naszej galaktyce.
border-frame=”0″ zezwolenie=”akcelerometr; automatyczne odtwarzanie; zapis do schowka; zaszyfrowane multimedia; żyroskop; obraz w obrazie; udostępnianie sieci”allowfullscreen>
Rozwiązanie dla T&H
Aby ograniczyć te ograniczenia, zespół przyjrzał się trzem głównym modelom kosmologicznym Wszechświata, w tym modelom stacjonarnym, zdominowanym przez materię i zdominowanym przez ciemną energię.
Statyczny wszechświat, jak pierwotnie opisał Einstein i jego zwolennicy Stała kosmologicznaNieskończony w przestrzeni i czasie, nie rozszerzający się ani nie kurczący.
Wszechświat zdominowany przez materię opisuje stan Wszechświata 9,8 miliarda lat temu po Wielkim Wybuchu, kiedy gęstość energii materii przewyższała zarówno gęstość energii promieniowania, jak i gęstość energii próżni.
Wszechświat zdominowany przez ciemną energię opisuje końcowy etap ewolucji kosmicznej, który rozpoczął się około 9,8 miliarda lat temu i charakteryzuje się coraz szybszym tempem ekspansji.
Zespół przyjrzał się także wszystkim trzem scenariuszom pod kątem funkcji wzrostu logistycznego, aby określić, ile planet osiedliło się w czasie. Stąd zespół uzyskał dwa parametry do swoich badań: T – czas potrzebny do spłaszczenia sferycznego przekroju idealnego Wszechświata, który jest jednorodny i izotropowy, oraz H – parametr Hubble’a opisujący tempo ekspansji kosmicznej – znany również jako Prawo Hubble’a Albo prawo Hubble’a-Lamaitre’a.
W przypadku statycznego wszechświata odkryli, że osadnictwo podąża za LGF, podobnie jak wzrost populacji, rozprzestrzenianie się chorób zakaźnych i reakcje chemiczne. Jak zauważają w swoim badaniu, te dynamiczne systemy działają według ogólnego wzorca, który rozpoczyna się stosunkowo powoli ze względu na ograniczone zasoby (w tym przypadku planety nadające się do zamieszkania).
Jednak w miarę dalszego rozwoju i pozyskiwania nowych źródeł, dostępna liczba podwaja się, a rozprzestrzenianie się przyspiesza. Trwa to do momentu, aż ilość źródeł zacznie się zmniejszać i/lub wyczerpią się elementy systemu.
Ku swojemu zdziwieniu zespół zaobserwował podobne zachowania, patrząc na wszechświat zdominowany przez ciemną materię i energię. Doktor Alinea poinformowała o tym Universe Today za pośrednictwem poczty elektronicznej.
„Uderzające jest to, że kiedy sama przestrzeń się rozszerza, jak we wszechświecie zdominowanym przez ciemną energię i materię, proces osadnictwa w większości nadal przebiega zgodnie z logistyczną funkcją wzrostu. Nie spodziewaliśmy się takiego wyniku, ponieważ wydawało się, że układ z rozszerzającą się przestrzenią bardzo różnimy się od Stałej.
„Większość znanych nam badań nad perkolacją opiera się na sieci statycznej (np. rozprzestrzenianiu się pożarów, rozprzestrzenianiu się chorób, rozpowszechnianiu informacji), w której zazwyczaj obserwuje się logistyczne zachowanie związane ze wzrostem. Nasze badanie „rozszerza” to zachowanie na przypadki, w których sieć się rozszerza, np. nasza własna wszechświat.”
Odkryli jednak, że w rozszerzającym się wszechświecie występuje opóźnienie pod względem tempa osadzania w porównaniu ze wszechświatem statycznym. W przypadku wszechświata zdominowanego przez ciemną energię odkryli, że całkowity czas osiadania (T) charakteryzował się rozbieżnością dla wystarczająco dużego tempa ekspansji (H). Zgodnie z prawem Hubble’a, gdy H jest wystarczająco duże, niektóre planety wyjdą poza horyzont i staną się „niedostępne”.
Zasadniczo odległe planety mogą oddalać się szybciej niż prędkość światła, co sprawia, że jest mało prawdopodobne, aby rozwijająca się cywilizacja mogła do nich dotrzeć.
Odkryli również, że w przypadkach, gdy pole Hubble’a (H) było mniejsze, zależność między T i H była liniowa, innymi słowy, T było w przybliżeniu równe H (T ~ H). W przypadku wszechświata zdominowanego przez materię wyniki wykazały, że gdy H jest podobnie małe, obowiązuje ta sama zależność, ale gdy H staje się większe, zależność zmienia się znacząco na T~H2.
W porównaniu do wszechświata zdominowanego przez ciemną energię, T nie wzrastało wykładniczo ani nie osiągało nieskończoności, chyba że H było nieskończone. Niebezpieczny powiedział:
„To interesujące, ponieważ wszechświat zdominowany przez materię również ma horyzont. Oznacza to, że planety wystarczająco oddalone od planety odniesienia w tym wszechświecie oddalają się z prędkością większą niż światło, sprawiając wrażenie niedostępnych.”
„Jednak według wszechświata zdominowanego przez materię… Równanie Friedmana, ruchome pole Hubble’a raczej się kurczy niż rozszerza. Mówiąc prosto, nieformalnie, te planety, które są daleko od planety odniesienia w tym wszechświecie (i które początkowo „poruszają się” z prędkością większą niż prędkość światła) zwalniają, dzięki czemu, przynajmniej w zasadzie, można je osiągnąć.”
Więc… gdzie oni są?
Na podstawie swoich ustaleń zespół ustalił, że zaawansowane cywilizacje początkowo zasadniczo podążałyby za trendem powolnego wzrostu, ale z czasem nabrały tempa, ostatecznie zwalniając i zatrzymując się w miarę wyczerpania się liczby „dostępnych” planet.
Jak opisał dr Allenil: „Ten model ma trzystopniowy wzór: powolne tempo rozliczeń -> szybkie tempo rozliczeń -> wolne tempo rozliczeń”.
Pozostaje pytanie: co to oznacza dla starożytnego pytania Fermiego? W jaki sposób ten trzyetapowy wzór pomaga nam usprawnić poszukiwania zaawansowanych cywilizacji rozprzestrzeniających się w całej galaktyce?
Ponadto zespół dochodzi do wniosku, że nasza galaktyka może obecnie znajdować się w pierwszym etapie, który charakteryzuje się powolnym tempem osadzania. Może tak być dlatego, że obecnie tylko kilka inteligentnych i zaawansowanych cywilizacji zajmuje się osadnictwem międzygwiezdnym.
„Ta powolna faza może zostać zaostrzona przez duże odległości między „żywymi” planetami. Kiedy jednak dotrzemy do pewnej liczby mobilnych cywilizacji, możemy wejść w drugą fazę, charakteryzującą się szybkim tempem osadnictwa. Mając wystarczająco dużo czasu na wejście w tę fazę, możemy może w końcu uda się dotrzeć do „Do tego momentu. Przywitaj się z tamtejszymi obcokrajowcami”.
Co więcej, ich odkrycia uwzględniają możliwość, że ludzkość pewnego dnia stanie się gatunkiem międzygwiezdnym, być może w celu zapewnienia dalszego przetrwania i ewolucji naszego gatunku. Jest to wyzwanie w stale rozszerzającym się, stale przyspieszającym wszechświecie zdominowanym przez ciemną energię. Ale jak podsumował dr Allinel, istnieją opcje:
„Biorąc pod uwagę technologię wystarczającą do podróżowania z prędkością bliską prędkości światła, dotarcie do jakiejkolwiek planety we wszechświecie, zwłaszcza do planet odległych, byłoby nadal trudne. Istnieje jednak kulista część tego wszechświata, której centrum znajduje się w naszym miejscu, oraz jego planety są dostępne, przynajmniej w zasadzie, do ewentualnego osadnictwa. Poza tym są planety, które „oddalają się” od nas z prędkością większą niż prędkość światła i mogą być nieosiągalne. Niestety kula ta się kurczy, więc część wszechświata, którą możemy zamieszkiwać, mimo że jest „duża w skali ludzkiej, z biegiem czasu staje się coraz mniejsza”.
„Gdyby istniał mechanizm wpychający wszechświat do stanu, w którym jego tempo ekspansji byłoby takie samo lub podobne jak we wszechświecie zdominowanym przez materię, mielibyśmy szczęście, gdyby istniał wszechświat, który w zasadzie mógłby zostać skolonizowany przez dowolną osobę. odległość od nas, czyli kolonizacja i wpływ człowieka na Wszechświat nie jest ograniczony żadnym polem innym niż pole wszechświata, w którym dominuje ciemna energia.
Krótko mówiąc, odpowiedź na pytanie Fermiego może być taka, że zaawansowane cywilizacje przeżywają wczesną i powolną fazę ekspansji, która (jak dotąd) uniemożliwia nam komunikację.
Jednak w miarę zwiększania się sferycznej objętości przestrzeni Hubble’a (H), którą możemy zająć, prawdopodobnie zbliżymy się do innej osoby na tyle, że w końcu będziemy wiedzieć, że nie jesteśmy sami we wszechświecie. Podobnie, chociaż ciemna energia może ograniczać to, jak daleko możemy do niej dotrzeć (w naszej własnej galaktyce, niewiele dalej), wystarczająca objętość przestrzeni umożliwiłaby nam ciągłą ewolucję i mogłaby zapobiec unicestwieniu wszystkich naszych typów przez jeden kataklizm.
I kto wie? Być może ekspansja kosmiczna nie będzie już kontynuowana tak, jak to miało miejsce przez ostatnie cztery miliardy lat, a Wszechświat zwolni i osiągnie pewien rodzaj równowagi – takiej, w którą wolał wierzyć Einstein.
W takim przypadku pola Hubble’a mogłyby się rozszerzać w nieskończoność i nie brakowałoby mieszania się kosmicznych cywilizacji. Oferuje ekscytujące perspektywy, prawda?
Artykuł ten został pierwotnie opublikowany przez Wszechświat dzisiaj. Przeczytać Oryginalny artykuł.
„Analityk. Nieuleczalny nerd z bekonu. Przedsiębiorca. Oddany pisarz. Wielokrotnie nagradzany alkoholowy ninja. Subtelnie czarujący czytelnik.”
