مدونة او مذكرة

ما وراء 'Fermi’s Paradox' V: ما هي فرضية Aestivation؟

مرحبًا بك مرة أخرى في سلسلة مفارقة فيرمي ، حيث نلقي نظرة على الحلول الممكنة لسؤال إنريكو فيرمي الشهير ، 'أين الجميع؟' اليوم ، ندرس احتمال أن سبب عدم سماعنا للأجانب هو أنهم نائمون وينتظرون تحسن الكون.

في عام 1950 ، عالم فيزياء إيطالي أمريكي إنريكو فيرمي جلس لتناول الغداء مع بعض زملائه في مختبر لوس ألاموس الوطني ، حيث عمل قبل خمس سنوات كجزء من مشروع مانهاتن. وفقًا لروايات مختلفة ، تحول الحديث إلى الأجانب والموجة الأخيرة من الأجسام الطائرة المجهولة. في هذا الصدد ، أصدر فيرمي بيانًا من شأنه أن يدون في سجلات التاريخ: 'اين الجميع؟'

أصبح هذا أساس مفارقة فيرمي ، والذي يشير إلى تقديرات الاحتمالية العالية لوجود ذكاء خارج الأرض (ETI) والنقص الواضح في الأدلة. ولكن على الرغم من سبعين عامًا من البحث ، ما زلنا غير قادرين على الإجابة على سؤال فيرمي ، مما أدى إلى مقترحات متعددة حول سبب ذلك. اليوم ، ننظر إلى 'فرضية الاستيفاء، 'الذي يجادل بأن الفضائيين ليسوا ميتين (أو غير موجودين) ، إنهم فقط يستريحون!

تأخذ هذه النظرية إشاراتها من الطبيعة ، حيث تدخل كائنات معينة في حالة من السبات المطول خلال فترات الحارة أو الجفاف بشكل خاص. على غرار السبات الشتوي ، ستبقى هذه الكائنات في هذه الحالة حتى تصبح الظروف أكثر برودة ورطوبة. عند تطبيقها على مفارقة فيرمي ، تؤكد فرضية الاستيفاء أن الحضارات الفضائية نائمة إلى حد كبير لأنها تنتظر ظروفًا أفضل.



فيرمي ودريك

في قلب سؤال فيرمي الشهير كان هناك تناقض لا يمكن إنكاره في عصره ، ولم يتغير على الرغم من سبعين عامًا من البحث. من ناحية أخرى ، هناك احتمال مفترض أن الذكاء خارج كوكب الأرض (ETI) وفير في جميع أنحاء الكون. من ناحية أخرى ، هناك نقص في الأدلة القاطعة التي تثبت وجودهم.

إن افتراض أن مؤشرات ETI من المحتمل ألا يكون بعيد المنال على الإطلاق. استنادًا إلى الحجم الهائل وعمر الكون المرئي - 93 مليار سنة ضوئية في القطر و 13.8 مليار سنة - تعامل العلماء عادةً مع وجود ذكاء خارج كوكب الأرض (ETI) على أنه نتيجة حتمية. من الناحية الإحصائية ، فإن الاحتمالات إلى حد كبير في صالح كونهم ملايين الحضارات الموجودة هناك.

أوضح الدكتور فرانك دريك ذلك في عام 1961 خلال اجتماع في مرصد جرين بانك. أثناء مخاطبته لزملائه في الفيزياء الفلكية وباحثي SETI ، قدم معادلته الشهيرة لتقدير عدد ETIs في مجرتنا والتي يمكننا التواصل معها في أي وقت. ال معادلة دريك ، كما أصبح معروفًا ، تم التعبير عنه رياضيًا على النحو التالي:

N = ص*x وصx نوx والx وأناx وج× إل
  • N هو عدد الحضارات في مجرتنا التي يمكننا التواصل معها
  • ص*هو متوسط ​​معدل تشكل النجوم في مجرتنا
  • Fصهو جزء النجوم التي لها كواكب
  • نوهو عدد الكواكب التي يمكنها دعم الحياة بالفعل
  • Fالهو عدد الكواكب التي ستطور الحياة
  • Fأناهو عدد الكواكب التي ستطور حياة ذكية
  • fc هو عدد الحضارات التي من شأنها تطوير تقنيات النقل
  • L هو طول الفترة الزمنية التي يجب أن تنقل فيها هذه الحضارات إشاراتها إلى الفضاء

يكتب فرانك دريك معادلته الشهيرة على لوح أبيض. الائتمان: SETI.org

في حين أن معظم هذه المعلمات تخضع لدرجات متفاوتة من عدم اليقين ، فإن نقطة المعادلة واضحة. حتى عند تحديدها بشكل متحفظ ، تشير النتائج دائمًا إلى أنه يجب أن يكون هناك على الأقل عدد قليل من الذكاءات خارج كوكب الأرض (ETIs) في مجرتنا يجب أن نكون قادرين على التواصل معها. لسوء الحظ ، على الرغم من عقود من البحث والعديد من استطلاعات SETI المخصصة ، لا تزال مفارقة فيرمي قائمة.

نتيجة لذلك ، تم إجراء محاولات متعددة لحل المفارقة نظريًا. الأول وربما الأكثر شهرة هو تخمين هارت تيبلر ، سُميت بالاشتراك على اسم عالم الفيزياء الفلكية مايكل هارت وعالم الرياضيات / عالم الكونيات فرانك تيبلر. تجادل هذه النظرية بأنه لا يوجد دليل على وجود حياة ذكية لأنه لا يوجد أي دليل.



آخر هو فرضية التصفية الكبرى ، نظريته من قبل عالم الاقتصاد في جامعة أكسفورد ، روبن هانسون ، الذي جادل بأنه في حين أن الحياة البسيطة قد تكون شائعة جدًا ، فإن الحياة المتقدمة ليست كذلك. بعبارة أخرى ، يوجد في الكون نوع من 'المرشح' الذي يمنع الحياة البسيطة من الوصول إلى المرحلة المتقدمة وتصبح ETI يمكننا التواصل معها.

الافتراض الداخلي في كلتا الحالتين هو أن ETIs غير موجودة ، ولهذا السبب لا نرى أي دليل عليها. ولكن كما لاحظ كارل ساجان بشكل مشهور عند تناول الوجود المحتمل لذكاء فضائي ، 'عدم وجود دليل ليس دليلاً على الغياب'. على هذا النحو ، اقترح العديد من المنظرين تفسيرات بديلة لكيفية وجود مؤشرات ETI ، لكننا لم نكتشفها.

مقياس كارداشيف (إعادة)

وهذا يثير قضية أخرى ، وهي فكرة أن الأنواع المتقدمة ستكون قادرة على تسخير كميات كبيرة بشكل متزايد من الطاقة بمرور الوقت. في مقالته عام 1964 بعنوان ' نقل المعلومات من قبل الحضارات خارج كوكب الأرض ، 'اقترح عالم الفيزياء الفلكية السوفيتي / الروسي نيكولاي كارداشيف مخططًا من ثلاثة مستويات لتصنيف الحضارات خارج كوكب الأرض بناءً على كمية الطاقة التي يمكنهم تسخيرها.

عُرف هذا المخطط باسم 'مقياس كارداشيف' ويتكون مما يلي:

  • حضارات النوع الأول ، (المعروفة أيضًا باسم حضارات الكواكب) هي تلك التي يمكنها استخدام وتخزين كل الطاقة المتاحة على كوكبها (حوالي 4 × 1012واط)
  • الحضارات من النوع الثاني (المعروفة أيضًا بالحضارات النجمية) هي تلك الحضارات القادرة على استخدام والتحكم في طاقة نظامها النجمي بأكمله (~ 4 × 1026واط)
  • الحضارات من النوع الثالث (المعروفة أيضًا باسم الحضارات المجرية) هي تلك الحضارات التي يمكنها التحكم في طاقة مجرة ​​بأكملها (~ 4 × 1037واط)

يمكن اكتشاف الحضارات التي تناسب هذه الأنواع من خلال البحث عن علامات النشاط التكنولوجي (المعروف أيضًا باسم '. التوقيعات التقنية '). على سبيل المثال ، يمكن اكتشاف حضارات من النوع الأول من خلال التصوير المباشر ، حيث سيبحث علماء الفلك عن الضوء المنعكس بواسطة سحب ضخمة من الأقمار الصناعية (المعروف أيضًا باسم '. أحزمة كلارك ') حول الكوكب. في غضون ذلك ، ستكون حضارة من النوع الثاني قادرة على بناء هيكل ضخم حول نجمها.

ستكون هذه الحضارات قادرة على بناء ما وصفه فريمان دايسون في عام 1960 (ما أصبح يُعرف منذ ذلك الحين باسم ' دايسون سفير '). سيسمح هذا للحضارة بتسخير كل طاقة شمسها مع مضاعفة مقدار المساحة الصالحة للسكن في نظامها أضعافًا مضاعفة. وفي الوقت نفسه ، يمكن اكتشاف حضارة من النوع الثالث بسهولة من خلال البحث عن علامات الهياكل العملاقة التي تشمل مجرة ​​بأكملها (أو أجزاء منها).

إذن من الممكن أن يكون الكون مليئًا بالحضارات التي تتراوح من النوع الأول إلى المستوى الثالث من التطور ، ولكن لا يشارك حاليًا في أي نشاط تكنولوجي؟ هذا هو المكان الذي يدخل فيه مفهوم 'الاستيفاء'.

أصل

تم اقتراح النظرية لأول مرة من قبل شركاء البحث أندرس ساندبرج وستيوارت أرمسترونج - بالإضافة إلى عالم الفلك الشهير وعالم الفيزياء الفلكية والفيلسوف ميلان سيركوفيتش - من معهد مستقبل الإنسانية (FHI) في جامعة أكسفورد. في دراستهم لعام 2017 بعنوان ' هذا ليس ميتًا وهو ما يمكن أن يكذب أبدًا: فرضية الاستقارة لحل مفارقة فيرمي ، 'اقترحوا هذا كقرار محتمل لمفارقة فيرمي.

استندت الدراسة جزئيًا إلى بحث سابق أجراه Sandberg و Armstrong في دراسة 2013 حيث قاموا بتوسيع مفارقة فيرمي إلى ما وراء مجرة ​​درب التبانة. بعنوان ' الخلود في ست ساعات: نشر الحياة الذكية بين المجرات وشحذ مفارقة فيرمي جادل ساندبرج وأرمسترونج بأن الحضارة المتقدمة ستكون قادرة على استعمار مجرة ​​وحتى السفر بين المجرات بسهولة نسبية.

بعد أن استنتجنا أنه في عالم يضم حوالي 2 تريليون مجرة ​​(وفقًا للتقديرات الحديثة) والذي كان موجودًا منذ 13.8 مليار سنة ، يجب أن يكون هناك العديد من الحضارات من النوع الثالث (استنادًا إلى مقياس كارداشيف ). لن تكون هذه الأنواع قادرة فقط على استعمار مجراتها في فترة زمنية قصيرة نسبيًا ، ولكنها تمكنت من الوصول إلى مجرة ​​درب التبانة الآن.

جادل ساندبرج وأرمسترونج بأن سبب عدم اعتبار هذا دليلاً لنا مبدأ لانداور ، والتي يعتبرها الكثيرون المبدأ الأساسي للديناميكا الحرارية لمعالجة المعلومات. تنص هذه القاعدة على أن أي تلاعب منطقي لا رجوع فيه للمعلومات (المعروف أيضًا باسم الحساب) يجب أن يكون مصحوبًا بزيادة مقابلة في الانتروبيا (فقدان الحرارة) لجهاز معالجة المعلومات.

تُطبق على الهياكل العملاقة مثل Dyson Spheres ، ماتريوشكا براينز ، وما إلى ذلك ، سيكون مستوى الطاقة الحرارية والإنتروبيا المعنية هائلين. في غضون ذلك ، يعلمنا علم الفلك وعلم الكونيات أن الكون يزداد برودة بشكل مطرد بمرور الوقت حيث يموت تكوين النجوم ببطء. في الوقت نفسه ، يتسبب التوسع الكوني في تمدد الطول الموجي للضوء ، مما يؤدي إلى فقدان الزخم والطاقة.

في النهاية ، يُعتقد أن هذا سيؤدي إلى ' بيج تشيل '(أو' التجمد الكبير ') ، حيث يبرد حتى إشعاع الخلفية وسيختبر الكون' الموت الحراري '. ولكن من وجهة نظر حسابية ، قبل وقت طويل من حدوث ذلك ، يمكن أن تنتظر الأنواع المتقدمة الكون ليبرد حتى تتمكن هياكلها العملاقة من العمل بكفاءة أكبر.

وفقًا لساندبرج وأرمسترونج ، يمكن للحضارة المتقدمة (من حيث المبدأ) أداء عمليات منطقية لا رجعة فيها بشكل كبير عن طريق نقل الإنتروبيا إلى الخلفية الكونية في المستقبل. في الواقع ، من خلال الانتظار حتى تنخفض درجة حرارة الخلفية بشكل ملحوظ ، يقدرون أن عشرة نون مليون إضافية (1030) ، أو يمكن إجراء عشرة كوادريليون عملية حسابية أخرى.

كيف يتم قياس التوسع الكوني. الائتمان: NASA / ESA / A. فيلد (STScI)

من الممكن أيضًا أن تكون الزراعة وسيلة لـ ' الوافدين المبكر 'إلى كوننا لتخطي فترة الانتظار الطويلة لتتطور الأنواع الذكية الأخرى بحيث عندما تستيقظ ، سيكون لديها الكثير من الأشخاص للتحدث معهم! بالنظر إلى أن الحياة القادرة على التواصل مع الكون استغرقت 4.5 مليار سنة لتتطور هنا على الأرض ، فإن هذا منطقي بدرجة معقولة.

يمكن أيضًا تفسير Aestivation من حيث فرضية Great Filter ، والتي تتناول في النهاية سبب عدم ظهور مؤشرات ETI بالنسبة لنا. كما أوضح هانسون نفسه لـ Universe Today:

'في التصنيف المكون من ثلاثة أجزاء لخطوات المرشح العظيم ، تفترض فرضية الاستيفاء خطوة تأخير ، بالقرب من نهاية المرشح. الفلتر هو 'ما الذي يتطلبه الأمر ليكون مرئيًا'. يقول Aestivation إنهم مرئيون بالفعل ، إنهم يختارون فقط عدم الظهور '.

حدود وانتقادات

بالطبع ، تستند فرضية Aestivation (تشبه إلى حد كبير معادلة Fermi و Drake) على بعض الافتراضات حول كيفية تصرف ETIs. وتشمل هذه:

  1. هناك حضارات تنضج في وقت أبكر بكثير من الإنسانية
  2. يمكن لهذه الحضارات أن تتوسع على أحجام كبيرة ، وتكتسب القوة على محتوياتها
  3. لقد حلت هذه الحضارات مشاكل التنسيق الخاصة بهم
  4. يمكن للحضارة أن تحتفظ بالسيطرة على حجمها ضد الحضارات الأخرى
  5. الجزء من الحضارات الناضجة التي تزرع هو عدد غير صفري
  6. Aestivation إلى حد كبير غير مرئي

باختصار ، تفترض الفرضية أنه - بالنظر إلى عمر الكون - مر وقت كافٍ لظهور حضارات أكثر تقدمًا من الإنسانية. ومن المفترض أيضًا أنها كانت ستصبح حضارات ترتاد الفضاء ، وتستعمر بنشاط أنظمة النجوم المجاورة وربما حتى المجرات المجاورة.

أخيرًا ، من المفترض أن هذه العملية ستكون مرئية من خلال البحث عن أدلة على الهياكل العملاقة وعمليات البناء الضخمة. قد يشمل ذلك تحطيم الكواكب من أجل مواد البناء ، أو نقل النجوم أو المجرات ، أو حتى استهلاك عمالقة الغاز ، أو النجوم ، أو (مرة أخرى) مجرات بأكملها لتوليد الوقود.

ثانيًا ، تشارلز بينيت - عالم فيزياء ومنظر معلومات وزميل في مركز أبحاث IBM Watson - جنبًا إلى جنب مع Hanson و C.Jess Reidel (من معهد محيط للفيزياء النظرية ) أنتجت أ ورقة دحض إلى فرضية الاستيفاء في عام 2019. وفيها ، جادلوا بأن Sandberg et al. افترض ضمنيًا أن الانتروبيا الناتجة عن الكمبيوتر لا يمكن التخلص منها إلا بنقلها إلى الخلفية الكونية.

وفقًا لبينيت وهانسون وريدل ، فإن هذا يستند إلى سوء فهم للفيزياء الفلكية وفيزياء الحوسبة. في حين أن مثل هذه الحجة قد تنطبق في المستقبل البعيد ، كما يقولون ، فإنها لا تنطبق في الوقت الحاضر وتجعل نموذج الاستيفاء غير دقيق. كما يقولون:

'[O] يحتوي عالمنا اليوم على خزانات ضخمة وأنظمة فيزيائية أخرى في حالات إنتروبيا غير قصوى ، ويمكن نقل الانتروبيا الناتجة عن الكمبيوتر إليها بمعدل تحويل ثابت الحرارة بت واحد من Negentropy لمحو جزء واحد من الخطأ. يمكن القيام بذلك في أي وقت ، ولا يتم تحسينه بانتظار انخفاض درجة حرارة الخلفية الكونية. وبالتالي لا يحتاج الأجانب إلى الانتظار ليكونوا نشيطين.

يشتمل عرض فيرمي الشامل هذا فقط على مصادر ذات طاقات أكبر من 10 جي في. حقوق الصورة: NASA / DOE / Fermi LAT Collaboration

في النهاية ، تشبه فرضية الاستيفاء جميع المحاولات الأخرى لحل مفارقة فيرمي (ومعادلة دريك في هذا الصدد). بعيدًا عن كونها إجابة محددة ، هذه النظرية عبارة عن تجربة فكرية تهدف إلى التركيز على سؤال فيرمي الشهير وربما تقديم بعض التأكيدات القابلة للاختبار. في النهاية ، الهدف النهائي هو المساعدة في تحسين البحث عن ذكاء خارج الأرض (SETI).

لقد كتبنا العديد من المقالات الشيقة حول مفارقة فيرمي ومعادلة دريك والبحث عن ذكاء خارج الأرض (SETI) هنا في Universe Today.

هنا اين هم الفضائيين؟ كيف يمكن أن يؤثر 'المرشح العظيم' على التقدم التكنولوجي في الفضاء و لماذا سيكون العثور على حياة غريبة أمرًا سيئًا. المرشح العظيم و كيف يمكن أن نجد كائنات فضائية؟ البحث عن ذكاء خارج الأرض (SETI) ، و فريزر وجون مايكل جوديير يناقشان مفارقة فيرمي .

وتأكد من إطلاعك على بقية سلسلة مفارقة Beyond Fermi:

لدى Astronomy Cast بعض الحلقات الشيقة حول هذا الموضوع. هنا الحلقة 24: مفارقة فيرمي: أين كل الفضائيين؟ و الحلقة 110 و الحلقة 168 و الحلقة 273 .

مصادر: