Beregn selv antallet af fremmede civilisationer i Mælkevejen

I de seneste år, den eksplosive karakter af opdagelse af exoplaneter (over 4, 164 bekræftet indtil videre) har ført til fornyet interesse for det tidløse spørgsmål:"Er vi alene i universet?" Eller, som den berømte italienske fysiker Enrico Fermi udtrykte det, "Hvor er alle?" Med så mange planeter at vælge imellem og den hastighed, hvormed vores instrumenter og metoder forbedres, søgen efter liv hinsides Jorden er virkelig i gang.

På samme tid, disse opdagelser har inspireret mange nye undersøgelser vedrørende den igangværende søgen efter udenjordisk intelligens (SETI). Dette inkluderer Alien Civilization Calculator, som er udtænkt af fysikerne Steven Woodling og Dominick Czernia. Inspireret af nylige forsøg på at adressere den statistiske sandsynlighed for avanceret liv i vores galakse, de tilbyder et matematisk værktøj, der kan knuse tallene for dig.

Men først, en hurtig genopfriskning synes på sin plads. Den første "beregner" til at bestemme antallet af udenjordiske intelligenser (ETI'er) i vores galakse på et givet tidspunkt blev skabt af den amerikanske fysiker og SETI-forsker Dr. Frank Drake. Under et møde på Green Bank Observatory i 1961, Drake udarbejdede en ligning, der opsummerede sandsynligheden for at finde ETI'er i vores galakse.

Fremover kendt som Drake-ligningen, dette probabilistiske argument udtrykkes matematisk således:

• N er antallet af civilisationer, som vi kunne kommunikere med
• R* er den gennemsnitlige hastighed for stjernedannelse i vores galakse
• fp er brøkdelen af ​​de stjerner, der har planeter
• ne er antallet af planeter, der kan understøtte liv
• fl er antallet af planeter, der vil udvikle liv
• fi er antallet af planeter, der vil udvikle intelligent liv
• fc er antallet af civilisationer, der ville udvikle transmissionsteknologier
• L er den tid, som disse civilisationer ville have til at sende deres signaler til rummet

Mens denne ligning var beregnet til at stimulere debat om sandsynligheden for ETI'er, det var også vigtigt på grund af dets grundlæggende implikationer. Selvom man behandler alle variablerne konservativt, de får stadig et N-resultat i snesevis eller hundredvis. I bund og grund, selvom liv er meget sjældent i vores galakse, der burde i det mindste være et par civilisationer derude, som vi kunne komme i kontakt med.

I årenes løb, Drake-ligningen har modtaget sin rimelige andel af kritik, og der er gjort mange forsøg på at forfine den. For eksempel, i en nylig avis, der udkom i Astrofysisk tidsskrift , astrofysik Tom Westby og Christopher J. Conselice fra University of Nottingham skabte deres eget sandsynlighedsargument baseret på det astrobiologiske copernikanske princip.

Enkelt sagt, dette princip (når det anvendes på eksistensen af ​​liv i vores univers) siger, at i stedet for andre beviser, man skal aldrig antage, at menneskeheden er speciel eller unik. Når det anvendes på spørgsmålet om, hvorvidt menneskeheden er alene i universet, Wetsby og Conselice var i stand til at producere en moderne version af Drake-ligningen. Matematisk, det kan udtrykkes som:

N =N _* *F _L *F _HZ *F _M * (L/T')

• N er antallet af civilisationer, vi kan kommunikere med
• N* er det samlede antal stjerner i galaksen
• fL er procentdelen af ​​de stjerner, der er mindst 5 milliarder år gamle
• fHZ er procentdelen af ​​de stjerner, der er vært for en passende planet til at understøtte liv
• fM er procentdelen af ​​de stjerner med tilstrækkelig metallicitet, giver mulighed for avanceret biologi og en avanceret civilisation
• L er den gennemsnitlige levetid for en avanceret civilisation
• t' er den gennemsnitlige tid, der er til rådighed for livet at udvikle sig

Kombineret med de seneste astrofysiske data om disse værdier, de kom med et gennemsnitligt skøn på 36 civilisationer. Denne forskningsartikel inspirerede Wooding og Czernia til at skabe deres Alien Civilizations Calculator (ACC), et værktøj, der ville give folk mulighed for at foretage deres beregninger ved hjælp af enten Drake-ligningen eller det astrobiologiske kopernikanske princip, men på en interaktiv måde.

Ud over at være medlem af Institute of Physics (IOP) i Storbritannien, Wooding er en regelmæssig bidragyder til The Omni Calculator Project - et lille samfund bestående af fagfolk, der ønsker at gøre videnskab tilgængelig.

Det var her han mødte Czernia, en ung molekylær fysiker, der i øjeblikket afslutter sin ph.d. med Institut for Kernefysik i Polen. Wooding forklarede til Universe Today via e-mail:"Som en interaktiv og sjov måde at engagere offentligheden i videnskaben om dette grundlæggende spørgsmål 'Er vi alene i universet?' Lommeregneren giver folk mulighed for nemt at se, hvilke input der går ind i en sådan model og se, hvordan ændring af værdierne påvirker resultatet - mere interaktivt end at læse en videnskabelig artikel, hvilket langt de fleste ikke vil gøre."

De, der ønsker at bruge ACC, skal først vælge den model, de vil bruge, udfyld derefter alle felterne i afsnittet om modelantagelser. Nogle standardværdier er angivet baseret på, hvad videnskabsmænd mener er statistisk mest sandsynligt, men brugerne kan frit indtaste de værdier, de ønsker. Fra dette, de vil se, hvor mange intelligente civilisationer deres model og værdier forudsiger.

Det astrobiologiske copernikanske princip anbefales, da det er den mere aktuelle model, og kan justeres for at tillade en svag, moderat eller stærkt scenarie. Med andre ord, brugere kan justere, hvor strenge betingelserne er for dannelsen af ​​udenjordisk liv. Imidlertid, brugere opfordres til at bruge både denne og Drake-ligningen for at se, hvordan den påvirker deres resultater.

En anden fordel ved Copernican Principle-modellen er, at den giver brugerne mulighed for at se, hvor lang tid det vil tage at nå den nærmeste udenjordiske nabo. Wooding siger, "[Brugere] bør starte med at udforske de tre modelleringsscenarier og se, hvordan input og resultater ændrer sig. Det stærke scenarie er meget restriktivt og følger nøje, hvordan livet har udviklet sig på Jorden. Det svage scenarie har mere afslappede antagelser og fører til et større antal af fremmede civilisationer. Så kan du sætte dine egne værdier i lommeregneren for at se, hvordan resultaterne ændrer sig – fantastisk for lænestolsastrobiologer."

Når brugerne har gjort det, de kan bruge rumrejseberegneren til at se, hvor lang tid det ville tage at møde de nærmeste udenjordiske civilisationer i vores galakse. Denne lommeregner blev også skabt af Czernia og er ligeledes afhængig af brugervariabler såsom rumfartøjets masse, accelerations- og fysikmodeller af universet (einsteinske eller newtonske).

For sjov, lad os antage, at ACC fortalte os, at der potentielt var hundredvis af civilisationer i vores galakse, og at den nærmeste er placeret omkring 159 lysår væk (ved at bruge exoplaneten HD 42936 Ab som reference). Lad os også antage, at vi havde et skib, der i masse ligner ISS (420 tons, 463 amerikanske tons), og at den kunne accelerere 1 g (9,8 m/s), indtil vi nåede 99 % af lysets hastighed.

Baseret på disse variabler Rumrejseberegneren fortæller os, at det ville tage 161,4 år at nå den nærmeste ETI, selvom der kun ville gå 10 år for besætningen (da vi bruger einsteinsk fysik). Tilsyneladende, skibet ville også have brug for omkring 11,66 millioner tons (12,85 millioner amerikanske tons) brændstofmasse for at klare rejsen. Så ja, den mission kommer ikke til at ske snart. Men det var en sjov øvelse, som jeg varmt kan anbefale.

For at være fair, både Drake-ligningen og det astrobiologiske kopernikanske princip har deres begrænsninger. For eksempel, vi har lært en hel del siden Drake første gang foreslog sin berømte ligning om de første fire variable. Meget af dette skyldes den seneste bølge af exoplanetopdagelser, som har givet astronomer en god idé om, hvor mange stjerner der har planeter, og hvor ofte de kredser inden for en stjernes beboelige zone.

Tilsvarende det astrobiologiske kopernikanske princip er behæftet med megen usikkerhed. I Westby og Conselices undersøgelse, de antog, at en jordlignende planet til sidst ville danne liv. Ud over, det er almindeligt antaget, at da moderne mennesker kun dukkede op omkring 200, 000 år siden (hvorimod planeten Jorden er over 4,5 milliarder år gammel), at SETI kun skulle se på stjerner, der er 4,5 milliarder år eller ældre.

Til sidst, at forudsige, hvor mange udenjordiske civilisationer, der er derude, vil fortsat involvere en masse usikkerhed. Som tiden går, og de instrumenter, vi bruger til at udføre SETI-forskning, forbedrer, astronomer vil lære mere om disse variabler. Fra dette, vi kan forvente, at estimater af det sandsynlige antal ETI'er i vores galakse bliver mere begrænset.

Som Wooding antydede, nogle væsentlige udviklinger skal ske, før vi kan besvare spørgsmålet "Er vi alene?" med enhver tillid:

"Måske i fremtiden, efterhånden som der gøres flere opdagelser om stjernerne og planeterne i Mælkevejen, du kan vende tilbage til lommeregneren og se, hvordan de påvirker antallet af mulige fremmede civilisationer.

"Vi vil blive bedre til at opdage jordlignende planeter i den beboelige zone og endda være i stand til at detektere, hvad der er i deres atmosfærer (hvis de har en). Dette kan føre til en mere målrettet SETI-søgning, hvilket burde øge vores chancer. Jeg har altid tænkt på at bygge et radioteleskop på månens mørke side som en god idé for at komme væk fra Jordens radiostøj, gør os i stand til at øge vores følsomhed over for alle fremmede transmissioner."

Til sidst, vi vil ikke vide med sikkerhed, hvor sandsynligt udenjordisk liv og civilisationer er, før vi finder beviser. Men skønheden er, at Fermi-paradokset ("Hvor er alle?") kun skal løses én gang. I mellemtiden, søgningen efter ETI'er vil fortsætte, og vil have stor gavn af næste generations instrumenter, som James Webb og Nancy Grace romerske rumteleskoper, og metoder, der er ved at blive tilgængelige.

På samme tid, sandsynlighedsundersøgelser og sandsynlighedsargumenter vil hjælpe os med at indsnævre søgeparametrene. Hvis de er derude, vi er sikre på at finde dem til sidst (kryds fingre). Også, sørg for at tjekke de andre interessante værktøjer, som Omni Calculator har at tilbyde, som omfatter astrofysik, kvantefysik, og andre videnskabelige regnemaskiner.