Nyligen på UT har författaren Matt Williams skrivit en serie som heter ' Bortom Fermis paradox ', som tar en titt på möjliga lösningar på en av de mest kända frågorna inom vetenskapen: ' Var är allihopa ?” Som Matt diskuterar finns det flera hypotetiska lösningar, men det kan så småningom komma en dag då vi definitivt kan svara på det.
Att tänka på den dagen öppnar upp för en mängd nya frågor, inte minst hur kommer en intelligent civilisation vi finner att se ut? Carl Sagan populariserade uppfattningen att det är mycket osannolikt att någon utomjordisk civilisation skulle vara likvärdig med vår när det gäller tekniska framsteg. Vad han inte tog upp var civilisationens relativa ålder och vad det kan betyda när det gäller deras intresse av att kommunicera med oss. Nu har ett team av astronomer kommit fram till ett svar på den frågan med hjälp av ett av de mest underskattade matematiska verktygen: statistik. Deras modell ger ett enkelt svar: varje intelligent civilisation är sannolikt äldre än oss och potentiellt mycket äldre.
Arbetet, ledd av Dr. David Kipping vid Columbia, beskrivs i en ny papper i International Journal of Astrobiology. Det började med att Dr Kipping och hans medförfattare, Dr Adam Frank från Flatiron Institute, och Dr Caleb Schraf från University of Rochester, övervägde hur människor skulle komma i kontakt med en miljard år gammal civilisation. För att förstå vikten av den frågan skulle man behöva uppskatta hur troligt det är att en miljard år gammal civilisation existerar.
Det är inte en särskilt lätt fråga att svara på, eftersom vi inte har några direkta bevis på miljarder år gamla civilisationer. Men det historiska dokumentet tillhandahåller två typer av liknande datamängder, men på mycket mindre tidsskalor: hur länge historiska civilisationer har varade , och hur länge arterna själva sista . Författarna försökte hitta en statistisk modell som passar dessa två datamängder rimligen. Det är inte för långt av ett logiskt steg att tillämpa den modellen på utomjordiska civilisationers livstid.
En inskription skriven runt den inre ytan av en kopp i Linjär A, ett manus som användes av den minoiska civilisationen, som dog ut för tusentals år sedan, och vars skrift aldrig har dechiffrerats.
Kredit: Sir Arthur Evans, Scripta Minoa: The Written Documents of Minoan Crete
Passande nog följer båda datamängderna en liknande statistisk modell, känd som en exponentiell fördelning. Exponentialfördelningar är mycket vanliga i statistik och kräver bekvämt endast en enda variabel för att bestämma kurvans form. I denna modell beskrivs hela fördelningen av den genomsnittliga livslängden för en civilisation. Historiska data var återigen användbar när man sökte efter rimliga värden för den parametern, med den bäst passande genomsnittliga livslängden på ungefär två gånger vår civilisations nuvarande ålder.
Exempel på exponentiell fördelning, och hur den enskilda variabeln (lamba / ?) kan påverka kurvans form.
Kredit: Newystats / Wikipedia
Dr. Kipping och hans medförfattare påpekar att denna exponentiella fördelning, även om det är en rimlig punkt att börja dra fram några detaljer, är en förenkling av vad som med största sannolikhet är en mycket komplex beräkning. Trots den förenklingen kan tidningen dra flera mycket intressanta insikter.
Medelåldern för varje potentiell utomjordisk civilisation är en av dessa insikter. Författarna beräknar att i genomsnitt en civilisation som vi upptäcker kommer att vara ungefär två gånger äldre än vår egen. En intressant varning här är att de inte direkt anger hur gammal vår egen civilisation är, och påpekar att matematiken fungerar oavsett vilken ålder som används. Till exempel, om en person definierar vår civilisations ålder som den 12 000 år att vi har hållit jordbruk, då är det troligt att civilisationer kommer att fortsätta att odla på ett detekterbart sätt i 24 000 år i genomsnitt. Men det betyder inte att civilisationen förstörs i slutet av den tidsperioden, det betyder helt enkelt att de inte längre gör det som användes för att definiera en 'civilisation'.
Framtidens gårdar kan vara väldigt olika och inte lika upptäckbara, vilket leder till ett slutgiltigt slut på vår 'odling'-civilisation, enligt författarnas teori.
Kredit: Aleph Farms
Ett annat exempel visar hur detta kan fungera. Enligt författarens uppskattningar är livslängden för en civilisation som sänder ut radiovågor i rymden sannolikt bara 200 år, ungefär dubbelt så lång som 100 år att vi redan har gjort det. Runt den tidsperioden skulle en civilisation som använder radio med största sannolikhet börja använda mer avancerad teknik som ersätter rundstrålande radiovågor, såsom lasrar. Så även om det har upphört att existera som en 'radiosändande' civilisation, lever dess medlemmar fortfarande och mår bra med hjälp av en ny, något mindre detekterbar teknologi.
Uppsatsen ger också ytterligare insikter i ämnet för den detekterbarheten. Tillbaka på Sagans tid sökandet efter utomjordisk intelligens ( UPPSÄTTNING ) fokuserade nästan uteslutande på radiovågor, eftersom det var den vanligaste formen av elektromagnetiska vågor som vi som art sänder ut i rymden. I takt med att tekniken har gått framåt har vi dock blivit allt mindre beroende av radio, vilket innebär att vi skickar ut färre och svagare radiosändningar nu än vi gjorde på Sagans tid.
Enligt en annan studie, även om mänskligheten upptäckte främmande radiosignaler, skulle de som skickade dem länge vara döda. Kredit: Science News
Alternativt har vi också blivit mer skickliga på att se andra potentiella egenskaper hos en teknisk civilisation. Tillsammans har dessa funktioner blivit kända som ' teknosignaturer ” och sträcker sig från riktade laserpulser ner till värmekartor över exoplaneter. Dr Kipping påpekar att en ny generation av teleskop faktiskt kommer att kunna upptäcka några av dessa teknosignaturer på närliggande exoplaneter, vilket ger oss en bild av potentiella främmande civilisationer som vi aldrig har kunnat observera tidigare. Det kan också göra den sortens frågor han tar upp i tidningen så mycket mer relevant.
Video där Fraser diskuterar möjligheten till teknosignaturer.
En annan fråga som tidningen tar upp är sannolikheten att en upptäckt civilisation antingen är äldre eller yngre än oss. Detta kan få långtgående konsekvenser för hur, eller till och med om, vi beslutar oss för att inleda första kontakt. Slutsatsen som tidningen kommer till är fascinerande och är inte intuitivt uppenbar vid första anblicken.
Exponentiella kurvor har en stor del av arean under kurvan (dvs totalt antal civilisationer) i den nedre delen av kurvan, med ett ständigt minskande antal i en längre utsträckt 'svans'. Med denna exponentiella fördelningskurva är ungefär 60 % av civilisationerna troligen yngre än oss, medan 40 % sannolikt är äldre. Vid första anblicken skulle detta innebära att vi är mer benägna att möta en civilisation som är yngre än oss. Detta tar dock inte hänsyn till ett fenomen som kallas tidsförspänning.
Video där Fraser diskuterar potentiella 'stora filter' som kan förstöra en intelligent civilisation.
Dr Kipping använder en semesteranalogi för att beskriva tidsförspänning. Om du är på semester i Dominikanska republiken, är det mer sannolikt att du stöter på någon som är där och hälsar på i två dagar eller två veckor? Det självklara svaret är två veckor, eftersom chansen helt enkelt är större att du är på semester samtidigt som dem. Detsamma gäller för samtida civilisationer. Även om det finns fler civilisationer som är kortare än våra egna, betyder det faktum att de är kortare att det är mycket mindre troligt att vi kommer att existera samtidigt som dem. Som Matt förklarar i sin Fermi Paradox-serie är detta ett exempel på ' Kort fönsterhypotes ”. Cool Worlds Youtube-kanal, som drivs av Dr. Kipping, har också en video- förklarar detta papper som har en utmärkt grafik som visar hur denna tidsförspänning fungerar i praktiken.
Cool World Youtube Channel-video, värd av Dr. David Kipping, huvudförfattaren på den nya tidningen. Videon går i detalj om resultatet av tidningen.
Kredit: Cool Worlds Youtube-kanal
Detta resultat är den primära slutsatsen av tidningen – att varje civilisation som vi upptäcker är mer sannolikt äldre än oss snarare än yngre. Faktum är att matematiken visar att det finns en 10% chans att en civilisation vi lyckas hitta skulle vara mer än 10 gånger äldre än oss. Om dessa civilisationer följer den exponentiella tekniska tillväxtkurva som mänskligheten har följt under de senaste århundradena 'förvirrar man hur mycket mer avancerad en sådan civilisation skulle kunna vara', konstaterar Dr. Kipping.
Han påpekade också att dessa statistiska modeller har den mest praktiska effekten när man överväger civilisationer med tvetydig teknisk förmåga. Om en civilisation är märkbart mer avancerad än oss, till exempel en som kan konstruera en Dyson-svärm, kommer det inte att vara så många frågor om vad deras tekniska kapacitet är jämfört med vår. Men om vi lyckas upptäcka en värmeö på en närliggande exoplanet, kan den representera en civilisation som just går vidare från stenåldern eller en som redan har utvecklat en fullfjädrad AI.
Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) lyssnar efter radiosignaler från andra civilisationer. På den här bilden arbetar radioteleskop i SETI:s Allen Telescope Array (ATA) hårt med Vintergatan i bakgrunden. Bildkredit: SETI
Det verkliga resultatet av dessa statistiska modeller är att visa att, mer sannolikt än inte, alla civilisationer vi kan upptäcka kommer att vara äldre än oss. De som är intresserade av att fundera på om och hur vi skulle interagera med någon detekterbar civilisation bör ha det faktumet i åtanke. Och om vi en dag lyckas upptäcka obestridliga bevis på en annan civilisation, kan vi lägga till ytterligare en datapunkt till modellen som författarna utvecklade och se hur giltig den verkligen är.
Läs mer:
International Journal of Astrobiology – Kontaktojämlikhet: första kontakten kommer sannolikt att vara med en äldre civilisation
Coola världar – Varför vi kan vara omgivna av äldre främmande civilisationer