Fermi, Drake og de usynlige romvesenene

Av og til blir enkle og tilsynelatende trivielle utsagn husket og opphevet til dyp filosofi.  Spesielt dersom utsagnet kommer fra enten et lite barn, eller en allerede kjent intellektuell kapasitet.

Et slikt legendarisk sitat er «Hvor er de?». Spørsmålet ble stilt av den ikke ubetydlige fysikeren Enrico Fermi i 1950, og med «de» mente han romvesener.

For de burde jo være her. I Melkeveien er det antagelig flere hundre milliarder planeter. At ikke én eneste av de planetene skulle kunne huse en romvesensivilisasjon som kan reise hit, eller i det minste sende et signal om at de finnes – ja, det føles usannsynlig.

Men astrofysikere kan gjøre mer enn å føle. Vi kan også regne ut hvor mange slike kommuniserende sivilisasjoner som eksisterer i galaksen vår. Alt vi trenger er litt grunnskolematte, noen astrofysiske størrelser, litt kvalifisert gjetning og en god dæsj med vill spekulasjon.

Drakes romvesenligning

Leting etter utenomjordisk intelligens – eller SETI – er et forskningsfelt som sjangler helt ute på kanten av det vi kan kalle konvensjonell naturvitenskap. Seriøs SETI-forskning begynte i 1960, da den amerikanske astronomen Frank Drake ledet det første systematiske søket etter radiosignaler fra romvesener. Søket var, som alle senere søk, resultatløst. Året etter var Drake arrangør for en konferanse om nettopp leting etter utenomjordisk intelligens. På denne konferansen presenterte Drake det som senere har blitt kjent som Drakes ligning – ligningen som forteller oss hvor mange sivilisasjoner i Melkeveien vi kan kommunisere med:

{N=R^* \cdot f_p \cdot n_e \cdot f_l \cdot f_i \cdot f_c \cdot L}

En plakett med Drakes ligning er plassert utenfor auditoriet der ligningen for første gang ble presentert.

N angir antallet slike kommuniserende sivilisasjoner. For å finne N må vi bestemme verdien til de sju faktorene på høyre side. La oss gjøre det.

  • R^* er antall nye stjerner som dannes i Melkeveien hvert år. Dette er et tall vi har relativt god kontroll på. 7 er et vanlig estimat.
  • f_p er andelen av stjerner i Melkeveien som har planeter. Vi vet, blant annet fra nylig publiserte studier, at dette tallet er anseelig. Nøkternt kan vi anslå at halvparten av stjernene i Melkeveien har planeter, altså f_p=0,5.
  • n_e angir, for en stjerne som har planeter, hvor mange av disse planetene som har mulighet for å utvikle liv (det vil ikke si at liv faktisk vil utvikle seg). 1 burde være et brukbart estimat her.
  • f_l er andelen av planetene som kan huse liv der liv faktisk utvikler seg. Nå må vi begynne å stikke fingeren i lufta og gjette. Hvor sannsynlig er det at liv dannes hvis forholdene ligger til rette? Mange vil hevde at liv er noe som dannes ved en nødvendighet når betingelsene er på plass. La oss høre på Mange og si at f_l=1.
  • Hvis en planet først har utviklet liv, hvor stor er sjansen for at det dannes intelligent sivilisasjon? f_i angir denne sannsynligheten. Og, tja, vi kan jo gjette 10%? Altså, f_i = 0,1.
  • Og hvis vi har en intelligent sivilisasjon, hvor stor er sannsynligheten for at disse vil sende ut observerbare signaler? Observerbare signaler kan for eksempel være at de stikker innom på en kopp kaffe og tørr fyrstekake, eller at de sender ut radiosignaler, slik menneskene gjør. Denne sannsynligheten beskrives av f_c. La oss sette f_c=0,1. Altså, 10% av de intelligente sivilisasjonene vil gi oss signaler på sin eksistens.
  • Den siste faktoren, L, forteller hvor mange år en slik kommuniserende sivilisasjon vil eksistere. L er en skikkelig vriompeis. Hundre år? Ti millioner år? Vi satser på den feige middelveien og setter L=10 000 år.

Da er det bare å multiplisere for harde livet. Svaret? N=350! 350 sivilisasjoner som vi kan slarve, diskutere filosofi og spille Wordfeud med.

Flere av faktorene i ligningen bærer preg av vill gjetning. Det er frustrerende, men samtidig litt befriende. Her kan Tøydokke Anna gjøre like kvalifisere estimater som en hvilken som helst professor. Likevel, det viser seg  svært ofte at antallet kommuniserende sivilisasjoner blir betydelig større enn 1.

Fermis spørsmål

Enrico Fermi. Stor fysiker, neppe romvesen.

Italienskfødte Enrico Fermi var utvilsomt en av de aller viktigste fysikerne i det forrige århundret, og alle som har puslet litt med kvantefysikk og desslike kjenner navnet hans fra uttrykk som Fermi-Dirac-fordelingen, fermioner, eller partikkelakseleratoren Fermilab utenfor Chicago. Fermi var også en av hjernene bak det amerikanske atombombeprosjektet under andre verdenskrig. En fysisk A-kjendis, med andre ord.

Det var under en lunsjpause ved Los Alamos-laboratoriet at det berømte spørsmålet ble stilt. Året var 1950 og teknologioptimismen herjet. Påståtte UFO-observasjoner var en del av mediebildet og et yndet samtaleemne der mennsker møttes – så også blant fysikere. Det er etter en slik romvesendiskusjon at Fermi plutselig skal ha utbrutt det berømte «Hvor er de?». Hvorpå han på sitt sedvanlige vis gjorde et grovt, matematisk turbooverslag over hvor mange avanserte sivilisasjoner det burde være i galaksen. Dette var 10 år før Drake presenterte sin ligning, men tankegangen fulgte de samme banene. Med så mange stjerner  det jo være noen andre avanserte sivilisasjoner rundt omkring. Da er det underlig at vi ikke mottar livstegn fra noen av dem.

Dette problemet – troen på at det finnes mange avanserte sivilisasjoner og mangelen på observasjoner av slike – er i dag kjent som Fermi-paradokset.

Løsninger på Fermi-paradokset

Paradokset skriker etter en løsning, og de foreslåtte utveiene er mange. Det enkleste er å ta utgangspunkt i Drakes ligning. Kan en av faktorene der være knøttliten, slik at N også blir tilnærmet 0?

En personlig favorittløsning er at f_i – sannsynligheten for at liv vil utvikle seg til intelligent liv – kan være svært liten. Jorda gir oss hint om at avanserte sivilisasjoner ikke er en nødvendig følge av liv. Her har det eksistert liv i 3,5 milliarder år, men det er først de siste 70 årene at vi har sendt ut radiosignaler som kan observeres av andre sivilisasjoner. Og vi er fortsatt langt unna å kunne reise og besøke andre solsystemer.

Men Fermi-paradokset har også mange andre mulige løsninger. Kanskje eventuelle intelligente sivilisasjoner ikke har noe ønske om å kommunisere? Kanskje sender de ut signaler, men vi er for dumme til å oppfatte dem? Kanskje de ikke bryr seg om teknologi, men er fornøyde med å rulle rundt i gresset med skinnslips i håret og spille kjærlighetsviser akkompagnert av kreativt dekorerte kassegitarer?

Tøydokke Anna. Kvalifisert gjetter, eller et romvesen midt i blant oss?

Eller – kanskje den mest spennende løsningen på paradokset – de er her, midt i blant oss…

14 comments

  1. Kristin C. · januar 23, 2012

    Var det Tommy (han med tiger’n) som sa at det største beviset for at det finnes intelligent liv der ute er nettopp det at de ikke har tatt kontakt?

    A propos Wordfeud. Din tur.

    • Jostein Riiser Kristiansen · januar 23, 2012

      Det høres ut som noe Tommy kan ha sagt, ja. Og det passer vel også godt inn i kategorien over sitater som blir tillagt ekstra tyngde fordi de kommer fra barn.

      Ups, der var visst Wordfeud-spillet vårt over 😉

  2. Simen Kvaal · januar 23, 2012

    Jeg har en personlig favoritt for løsning av Fermi-paradokset: Mørk materie er egentlig bare en avansert «cloaking device». Altså gjemmer de andre sivilisasjonene seg fra oss. Og det sier litt om oss.

    • Jostein Riiser Kristiansen · januar 24, 2012

      Jeg antar at cloakingen virker begge veier. I så fall kanskje de bare ønsker å slippe å se oss. Det sier også litt om oss.

  3. Pål Elnan (@palelnan) · januar 24, 2012

    Drakes ligning kan ikke bli fullført før vi forsker direkte på liv på andre planeter. Og da trenger vi den ikke lenger. Den gir meg ingenting.

    • Jostein Riiser Kristiansen · januar 25, 2012

      Drake selv mener vel også at den er et dårlig redskap for å finne et tall for N, gitt alle spekulasjonene som må til for å bestemme flere av faktorene. Men om ikke annet kan ligningen være et nyttig redskap for å strukturere vår egen uvitenhet, og for å kunne diskutere de ulike faktorene hver for seg.

  4. Trond · januar 24, 2012

    For å forklare alle UFO-observasjonene har vi The Flake Equation: http://xkcd.com/718/

  5. martin · februar 2, 2012

    Her må det være flere ting som ikke stemmer:
    1) hvor i ligningen kommer antallet stjerner i melkeveien inn. At det dannes 7 nye hvert år betyr jo lite om man ikke ganger med alderen på melkeveien (gitt at 7 har vært konstant)
    2) estimatene for at en stjerne med planet skal huse liv et jo satt til 100 % ? Da skulle det jo være liv på alle planetene i vårt solsystem også.
    3) stusser også over at sannsynlifheten er satt til 1 (hundre prosent på at planeter som kan huse liv vil skape intelligent liv.

    Eller har jeg misforstått noe i beregningene?

    • Jostein Riiser Kristiansen · februar 2, 2012

      Hei, og takk for spørsmål og kommentarer.

      1) Det antas at hver planet bare kan danne en sivilisasjon én gang. Derfor er det antall nye stjerner med nye planeter som bestemmer hvor mange nye sivilisasjoner som dannes. Dette multipliseres jo igjen med levetiden på sivilisasjonen i den siste faktoren. Det finnes modifiserte versjoner av ligningen som også har med en faktor for hvor mange ganger en sivilisasjon kan gjenoppstå på en planet. Det mest riktige ville vel vært om R_P anga stjernedannelsesraten for noen milliarder år siden, men pytt, vi driver ikke med presisjonsvitenskap her. Det går selvfølgelig også an, som du foreslår, å ta utgangspunkt i antall stjerner i Melkeveien, men da gjør man implisitt noen litt andre antagelser når det gjelder Melkeveiens historie og hvordan sivilisasjoner oppstår og går til grunne gjennom en planets livsløp.

      2) Nja… ikke akkurat. Jeg har satt at en stjerne i gjennomsnitt har én planet som kan huse liv, og at det er 100% sannsynlighet for at en planet som kan huse liv vil danne liv. Det stemmer jo veldig godt overens med det vi vet om solsystemet 🙂

      3) Du tenker på f_i? Denne er satt til 0,1. Altså, 10% av planetene som danner liv vil danne intelligent liv.

  6. Morten · februar 4, 2012

    I denne forum-posten har forfatteren en litt annerledes forklaring på hvorfor vi ikke har hørt noe fra dem: http://www.teamliquid.net/forum/viewmessage.php?topic_id=300793

    Hans forslag, som er formulert med basis i spill-teori, er den «beste» strategien for enhver sivilisasjon som ønsker å leve lenge er å sørge for å ikke sende ut noen tegn på at de finnes, og sende en RKV mot alle sivilisasjoner de oppdager umiddelbart og uten advarsel. (Les posten for en mer utfyllende forklaring).

    Så kanskje grunnen til at vi ikke har hørt noe er at alle som kan høre oss holder kjeft, og har sendt en RKV som vil utslette alt liv på jorda «any time now»… 😉

    Personlig er jeg litt mer optimistisk.. jeg tror rett og slett ikke det er mulig med interstellar kommunikasjon, men at det er eller har vært en drøss sivilisasjoner der ute som alle sitter alene og lurer på hvor alle andre er.

    • Jostein Riiser Kristiansen · februar 5, 2012

      Spennende forslag 🙂

      Det er nok mange innvendinger man kan komme med mot en slik teori. For eksempel: Er det sikkert at intelligente romvesensivilisasjoner må være kyniske drapsmaskiner som kun ønsker å sikre egen overlevelse? At menneskene har utviklet den teknologien vi har i dag skyldes blant annet en grunnleggende nysgjerrighet og ekstrem undersøkelsestrang. Uten nysgjerrighetsmotiverte undersøkelser er det vel grunn til å tro at teknologien vår ville vært temmelig steinaldersk fortsatt. Da kan vi kanskje gjette at en enda mer avansert sivilisasjon vil ha enda sterkere nysgjerrighetsdrift. Vil slike ekstremnysgjerrige sivilisasjoner nødvendigvis utslette en annen sivilisasjon raskest mulig? Kanskje et håpløst naivt resonnement…

  7. Tilbaketråkk: Min favorittligning: Eulers formel | Kollokvium

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter picture

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+ photo

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s