Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Na tę sprzeczność zwrócił uwagę jako pierwszy Enrico Fermi, włoski fizyk teoretyk, laureat Nagrody Nobla z dziedziny fizyki w roku 1938. W 1950 roku zadał słynne pytanie: „Gdzie Oni są?”. Fermi zastanawiał się, dlaczego, jeśli w Drodze Mlecznej powinno istnieć wiele zaawansowanych pozaziemskich cywilizacji, to dotąd nie znaleźliśmy żadnych śladów ich istnienia, np. sond, statków kosmicznych albo transmisji radiowych.

Naukowcy od lat usiłujący rozwiązać paradoks Fermiego starali się odpowiedzieć na pytanie: gdzie są kosmici? Biorąc pod uwagę, że Słońce i Ziemia są częścią młodego układu planetarnego w porównaniu do reszty Wszechświata, to teoretycznie nasza planeta powinna być odwiedzana przez przedstawicieli pozaziemskich cywilizacji. Fermi uważał, że każda cywilizacja z choć trochę rozwiniętą technologią i rozwiniętymi zapędami kolonizatorskimi może szybko skolonizować całą galaktykę. Skoro zatem śladów obcych cywilizacji nie widzimy, to: 1) albo początkowe założenia są nieprawidłowe i zaawansowane technicznie życie jest znacznie rzadsze we Wszechświecie niż się sądzi, 2) albo metody obserwacji są zbyt niedoskonałe, względnie ludzkość lepszych jeszcze nie poznała, 3) albo metody są błędne i cywilizacja ludzka poszukuje niewłaściwych śladów. A może w jakiś inny sposób można rozwiązać paradoks Fermiego?

Wyniki obserwacji Kosmicznego Teleskopu Keplera

Założenie wstępne jest takie, że w ciągu dziesięciu milionów lat każdy system gwiezdny mógłby zostać opanowany przez jakąś cywilizację. Dziesięć milionów lat może wydawać się długim czasem, ale w rzeczywistości jest to bardzo krótki okres w porównaniu z wiekiem galaktyki, która w przybliżeniu ma 14,5 miliardów (plus minus ponad 2 mld lat). Łatwo zauważyć, że wiek ten jest zbliżony do wieku samego Wszechświata. Według prostych obliczeń kolonizacja Drogi Mlecznej powinna być szybkim zadaniem.

Prawdą jest, że Wszechświat jest bardzo rozległy i stary. Jedne szacunki mówią, że Wszechświat ma rozpiętość 92 miliardów lat świetlnych średnicy (która rośnie coraz szybciej). Inne pomiary wskazują, że jest o 13,82 miliardów lat świetlnych starszy. Na pierwszy rzut oka, to dałoby obcym cywilizacjom mnóstwo czasu, aby się rozprzestrzeniły, choć na pewno kosmiczne odległości byłyby istotna barierą w rozprzestrzenianiu się cywilizacji w głąb kosmosu.

Sama liczba planet, które znajdują się poza naszym Układem Słonecznym, wskazuje na to, że życie może być zjawiskiem powszechnym. W listopadzie 2013 roku analizowano wyniki obserwacji prowadzonych przy użyciu Kosmicznego Teleskopu Keplera. Naukowcy doszli do wniosków, że jedna na pięć gwiazd podobnych do Słońca ma planetę ziemiopodobną: skalistą, w podobnym rozmiarze, na orbicie znajdującej się w tzw. strefie mieszkalnej (strefie życia) swej gwiazdy, strefie, w której występuje woda w stanie ciekłym. Tak strefa oczywiście nie jest niezbędną oznaką życia, konieczne są inne czynniki, takie jak np. atmosfera planety. Ponadto „życie” może obejmować wszystko, od bakterii do cywilizacji posiadających statki kosmiczne umożliwiające międzygwiezdne podróże.

W 2014 roku naukowcy z projektu Keplera opublikowali listę 715 nowo odkrytych planet. Z analizy danych uzyskanych dzięki teleskopowi Keplera dowiedzieliśmy się, że gwiazdy z wielokrotnym układem planetarnym są we Wszechświecie powszechne. Mało tego, planet może być nawet więcej niż gwiazd. Dużo wskazuje na to, że planety podobne do Ziemi także są powszechne. Tylko w naszej galaktyce może być takich planet miliardy.

Nasze rozumienie astrobiologii (życia we Wszechświecie) jest w powijakach. Głównym problemem jest odległość egzoplanet –  są tak daleko, że jest to prawie niemożliwe, abyśmy mogli wysłać do nich sondę, by na nie patrzeć. Kolejną przeszkodą jest – nawet w naszym Układzie Słonecznym – że dotąd nie wyeliminowaliśmy wszystkich możliwych lokalizacji dla istnienia życia. Wiemy z obserwacji ziemskich, że mikroby mogą przetrwać w ekstremalnych temperaturach i warunkach, dając początek teorii, że moglibyśmy znaleźć drobnoustroje, czyli życie, na Marsie, lodowym księżycu Jowisza Europie, a może na księżycach Saturna – Enceladusie lub Tytanie. 

Równanie Drake’a

Szanse na istnienie inteligentnego życia szacuje tzw. równanie Drake'a. Zaproponował je dr Frank Drake w latach 60. XX wieku. Głównym celem równania nie jest dokładne określenie liczby cywilizacji istniejących w naszej galaktyce. Ma ono na celu raczej dokładniejsze zrozumienie mechanizmów, które wpływają na szanse powstania takich cywilizacji. Rozumowanie Drake’a opierało się na zasadzie Kopernikańskiej, według której Ziemia nie jest szczególnie wyróżnionym miejscem we Wszechświecie, a jedynie typową planetą, podlegającą tym samym prawom co inne ciała niebieskie.

Równanie Drake’a określa wzór:

N = R_* • f_p • n_e • f_l • f_i • f_c • L

gdzie:

N – liczba cywilizacji pozaziemskich, z którymi ludzkość może się komunikować (czyli z założenia cywilizacji technologicznych);
R_* – szybkość powstawania gwiazd w naszej Galaktyce;
f_p – odsetek gwiazd, które mają planety;
n_e – średnia liczba planet znajdujących się w ekosferze gwiazdy, tj. na których może powstać życie;
f_l – odsetek planet w ekosferze, na których życie powstanie;
f_i – odsetek planet zamieszkanych, na których życie rozwinie inteligencję (czyli stworzy cywilizację);
f_c – odsetek cywilizacji, które będą chciały komunikować się z ludzkością;
L – średni czas istnienia takich cywilizacji.

Drake obliczył, że szacunkowa liczba planet we Wszechświecie wynosi 40 000 000 000 000 000 000 000. Fizyk następnie oszacował liczbę ciał, na jakich potencjalnie mogą istnieć warunki do zaistnienia życia. Wybrał wariant pesymistyczny, założył, że tylko jedno ciało na milion z potencjalnie nadających się do życia jest zamieszkałe: 200 000 000 000 000 000 / 1 000 000 = 200 000 000 000. Wariant pesymistyczny dał liczbę 200 miliardów ciał zamieszkanych przez formy życia. Następnie założył, że raz na 4 miliardy lat pojawiają się inteligentne istoty, które żyją przez 100 tysięcy lat, a następnie ślad po nich zanika. Sytuacja taka ma miejsce na 200 miliardach ciał zamieszkanych przez formy życia: 200 000 000 000 * (100 000 / 4 000 000 000) = 5 000 000. Pesymistyczne szacowania pozwoliły uzyskać liczbę 5 milionów inteligentnych cywilizacji zamieszkujących obecnie kosmos. Drake spróbował również oszacować, jak wiele z tych 5 milionów cywilizacji, to cywilizacje potrafiące do nas przylecieć z dowolnego miejsca we Wszechświecie (przy założeniu, że prędkość światła jest przekraczalna). Ponownie przyjął wariant pesymistyczny, że tylko ostatnie 5 tysięcy lat istnienia każdej cywilizacji pozwala tego dokonać: 5 000 000 * (5 000 / 100 000) = 250 000. Według tych szacunków istnieje zatem 250 tysięcy wysokorozwiniętych cywilizacji, które są zdolne fizycznie nas odwiedzić.

Mimo ogromnych liczb, wynikających z równania Drake’a, które wskazują na wysokie prawdopodobieństwo istnienia pozaziemskich cywilizacji, do dziś liczba obserwowanych cywilizacji technicznych w naszej galaktyce wynosi… 1. Mowa o ziemskiej cywilizacji. I ten prosty fakt w połączeniu z szacunkami wynikającymi z równania Drake’a prowadzi do paradoksu Fermiego.

Rozwiązanie paradoksu Fermiego

Najprostszym sposobem rozwiązania paradoksu Fermiego byłoby znalezienie dowodów istnienia pozaziemskich cywilizacji. I rzeczywiście od 1960 roku prowadzone są takie poszukiwania. Ze względu na to, że ziemska cywilizacja nie znajduje się jeszcze na takim stopniu rozwoju technologicznego, aby mogła wykonywać podróże międzygwiezdne, to jesteśmy skazani, przynajmniej na razie, do prowadzenia obserwacji z Ziemi lub z orbity okołoziemskiej, np. poprzez wykrywanie emisji radiowych czy poszukiwanie planet pozasłonecznych i analizę ich widma absorpcyjnego. Do poszukiwania obcych cywilizacji został stworzony w latach 60. XX wieku słynny projekt SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence). To rozbudowany, wieloletni projekt naukowy, który zapoczątkował właśnie Frank Drake, a następnie Carl Sagan i Iosif Szkłowski. Celem projektu jest znalezienie kontaktu z pozaziemskimi cywilizacjami poprzez poszukiwanie sygnałów radiowych i świetlnych sztucznie wytworzonych, pochodzących z przestrzeni kosmicznej, a niebędących dziełem człowieka.

Co jeśli jednak nigdy nie znajdziemy dowodów na istnienie Obcych? Odpowiedź może być bardzo prosta: może po prostu Oni nie istnieją, a ludzkość rzeczywiście jest jedyną cywilizacją w Drodze Mlecznej, a nawet całym Wszechświecie. Osoby wierzące w istnienie obcych cywilizacji podają jeszcze inne argumenty na rozwiązanie paradoksu Fermiego: 1) Obcy istnieją, ale komunikacja z nimi jest niemożliwa; 2) Obcy istnieją, ale generalnie cywilizacje istnieją za krótko i my pojawiliśmy się po Nich lub Oni pojawią się po nas; 3) Oni nie zdążyli jeszcze odpowiedzieć na nasze sygnały albo my nie odpowiedzieliśmy na Ich sygnały, bo słuchamy w niewłaściwy sposób, 4) a może Oni nie mają ochoty komunikować się z nami. Jest jeszcze jedna teoria – spiskowa – już od dawna nawiązaliśmy kontakt z Obcymi, ale rządy to ukrywają.

Opracowano na podstawie: What Is the Fermi Paradox?