År 1961 formulerade den berömda astronomen och astrofysikern Frank Drake en ekvation för att uppskatta antalet utomjordiska civilisationer i vår galax vid varje given tidpunkt. Känd som ' Drake ekvation ', den här formeln var ett sannolikhetsargument menat att skapa ett sammanhang för Sök efter utomjordisk intelligens (SETI). Naturligtvis var ekvationen teoretisk till sin natur och de flesta av dess variabler är fortfarande inte väl begränsade.
Till exempel, medan astronomer idag kan tala med tillförsikt om hastigheten med vilken nya stjärnor bildas och det sannolika antalet stjärnor som har exoplaneter, kan de inte börja säga hur många av dessa planeter som sannolikt kommer att försörja liv. Lyckligtvis, professor David Kipping vid Columbia University genomförde nyligen en statistisk analys som indikerar att ett universum som myllrar av liv är 'den favoritsatsning'.
Kipping är biträdande professor vid Columbias avdelning för astronomi och en forskare av extrasolära planeter och månar. Han är också ledare för Columbia's Cool Worlds Lab , en grupp dedikerad till upptäckt och analys av potentiellt beboeliga exoplaneter. Hans senaste studie dök upp i Proceedings of the National Academy of Sciences, med titeln ' En objektiv Bayesiansk analys av livets tidiga start och vår sena ankomst .'
Drake-ekvationen, en matematisk formel för sannolikheten att hitta liv eller avancerade civilisationer i universum. Kredit: University of Rochester
För studiens skull övervägde Prof. Kipping kronologin för livet på jorden, från de tidigaste bevisen på mikrober till uppkomsten av komplexa organismer – som mänskligheten. Han ställde sedan frågan om hur ofta livet (och intelligent liv att starta upp) skulle återuppstå om denna kronologi kördes bakåt och framåt igen, om och om igen. Till slut hittade han fyra möjliga svar:
- Livet är vanligt och utvecklar ofta intelligens
- Livet är sällsynt men utvecklar ofta intelligens
- Livet är vanligt och utvecklar sällan intelligens
- Livet är sällsynt och utvecklar sällan intelligensOch.
Kipping utsatte sedan dessa fyra möjligheter för en statistisk analysteknik känd som Bayesian inferens för att väga modellerna mot varandra. Denna teknik beskriver sannolikheten för en händelse baserat på förkunskaper och uppdaterar sedan dessa sannolikheter när ny data blir tillgänglig. Som prof. Kipping förklarade i Columbia News release:
'I Bayesiansk slutledning måste tidigare sannolikhetsfördelningar alltid väljas. Men ett nyckelresultat här är att när man jämför scenarierna för det sällsynta livet mot det vanliga livet, är scenariot med vanligt liv alltid minst nio gånger mer sannolikt än det sällsynta...Tekniken liknar betting odds. Det uppmuntrar till upprepad testning av nya bevis mot din position, i huvudsak en positiv återkopplingsslinga för att förfina dina uppskattningar av sannolikheten för en händelse.'
En illustration av våra hominida förfäder, troligen Australopithecus, som går på natten, under den upplysta gasströmmen för cirka 3,5 miljoner år sedan. Bildkredit: NASA, ESA, G. Cecil (UNC, Chapel Hill) och J. DePasquale (STScI)
För att bryta ner det hela kommer de tidigaste kända bevisen för liv i form av fossiliserade bakterier som finns i zirkonavlagringar på havsbotten. Baserat på utarmningen av kol-13, bildades dessa avlagringar bara 300 miljoner år efter jordens hav. I huvudsak indikerar dessa avlagringar att livet på jorden hade uppstått fullt ut för 3,5 miljarder år sedan, ungefär en miljard år efter att planeten bildades - det är ganska snabbt i geologisk tid.
Baserat på detta uppskattar Kipping att för planeter med förhållanden och evolutionära tidslinjer som liknar jorden, är oddsen för att liv spontant uppstår (aka. abiogenesis) ganska goda – åtminstone 3:1 eller högre. Utöver det blir oddsen mindre gynnsamma ju längre man går nedför den evolutionära tidslinjen och ju mer komplexa livsformer blir. Sade Kipping:
'Om vi spelade jordens historia igen, är uppkomsten av intelligens faktiskt något osannolik...Livets snabba uppkomst och mänsklighetens sena evolution, i samband med evolutionens tidslinje, är verkligen suggestiva. Men i den här studien är det möjligt att faktiskt kvantifiera vad fakta säger oss.'
Till exempel, medan encelliga organismer bara tog några hundra miljoner år att bildas efter att jorden hade hav, tog det ytterligare 1,5 till 2 miljarder år innan eukaryoter och flercelliga organismer dök upp. Samtidigt tog den kambriska explosionen ytterligare en miljard år att inträffa (ca. 541 miljoner år sedan), en händelse som kännetecknades av diversifieringen av livet på jorden.
En ny studie indikerar att livet kan dyka upp ofta, men sällan utvecklas så att det producerar intelligens. Kredit: NASA
Så vad är sannolikheten att utomjordiskt liv kommer att vara komplext, differentierat och intelligent? Enligt Prof. Kippings studie är oddsen för det bara 3:2, vilket indikerar att ett sådant liv är sällsynt. Detta är baserat på det faktum att mänskligheten började dyka upp sent i evolutionen och inom jordens beboeliga fönster, vilket tyder på att dess utveckling varken var lätt eller säkerställd.
Prof. Kippings studie tyder på att även om det finns gott om liv i kosmos, är komplext liv mycket sällsyntare. Men han påpekar också att oddsen i denna studie inte är överväldigande och (är ganska nära 50:50) och resultaten bör behandlas som en preliminär hypotes snarare än en slutsats. Eller som Prof. Kipping uttryckte det:
'Analysen kan inte ge säkerheter eller garantier, bara statistiska sannolikheter baserade på vad som hände här på jorden. Ändå uppmuntrande, fallet för ett universum som kryllar av liv dyker upp somden gynnade satsningen.Sökandet efter intelligent liv i världar bortom jorden bör på intet sätt avskräckas.”
Ungefär som Drake-ekvationen ger den här studien en tankeställare snarare än hårda bevis. Liksom Drake-ekvationen visar den att statistiskt sett borde utomjordiskt liv vara mycket vanligt. Även om intelligent liv kan vara mycket sällsyntare, är siffrorna fortfarande uppmuntrande. Tyvärr, vi kommer inte att veta mer förrän vi faktiskt kan kartlägga andra stjärnsystem med nästa generations teleskop eller interstellära sonder.
Vidare läsning: Columbia News , PNAS