Ist das Fermi-Paradoxon wirklich ein Paradoxon?

Die Antwort könnte sich in der Drake-Gleichung selbst verstecken

Künstlerische Darstellung des Habitable Zone Planeten Kepler-62f. Quelle: NASA

Was ist das Fermi-Paradoxon?

Das Fermi-Paradoxon ist der starke Widerspruch zwischen den Schätzungen der hohen Wahrscheinlichkeit des existierenden außerirdischen Lebens und dem Mangel an Beweisen dafür. Die grundlegenden Argumente lauten wie folgt:

  • In unserer Galaxie gibt es ungefähr 100 Milliarden sonnenähnliche Sterne, einige sogar älter als unsere Sonne.
  • Die meisten dieser Sterne sollten Planeten um sich haben. Das ergibt Hunderte von Milliarden Planeten. Viele von ihnen werden möglicherweise bewohnbar sein.
  • Einige dieser Planeten können Leben entstehen lassen. Und einige davon können auch zu intelligentem Leben führen. Das sind potenziell Millionen von Welten mit intelligenten Zivilisationen.
  • Einige dieser Zivilisationen könnten interstellare Reisen entwickeln. Selbst an einem langsamen Ort kann die Galaxie in weniger als einer Million Jahren kolonisiert werden!

Die Frage ist also: Wenn es so viele potenzielle außerirdische Zivilisationen gibt, warum sind wir dann überhaupt nicht mit einer solchen Zivilisation in Kontakt gekommen? Das ist das vermeintliche Paradoxon. Das vollständige Argument des Fermi-Paradoxons finden Sie unter Wait But Why.

Es gibt im Wesentlichen zwei Punkte, an denen das Fermi-Paradoxon auseinanderfallen kann, die sehr scheinbaren Widersprüche:

  1. Die Schätzung der Anzahl außerirdischer Zivilisationen, die mit uns kommunizieren können.
  2. Das Fehlen jeglicher Beweise für den Kontakt mit einer außerirdischen Zivilisation.

Punkt 2 hat keine Bedeutung, wenn die Schätzung von Punkt 1 falsch ist. Punkt 1 (dh Anzahl der Zivilisationen, mit denen eine Kommunikation möglich ist) ergibt sich aus der Drake-Gleichung, die wie folgt zusammengefasst werden kann:

Die Drake-Gleichung.

Betrachten wir jeden der Parameter in der Drake-Gleichung. Die Astrophysik ist so weit fortgeschritten, dass wir die ersten beiden Parameter zuverlässig abschätzen können:

  1. Die durchschnittliche Sternentstehungsrate in der Galaxie: (R *) = 1,5–3 Sterne / Jahr.
  2. Der Anteil dieser Sterne mit Planeten: f (p) = ~ 1.

Die ersten beiden Parameter sind also kein Problem. Die nachfolgenden Parameter werden jedoch sehr grob geschätzt, was bedeutet, dass mit ihnen große Unsicherheiten verbunden sind.

Problem Nr. 1: Unsere Schätzungen für bewohnbare Planeten sind voreingenommen: n (e)

Das Kepler-Weltraumteleskop (das nicht alle, aber die meisten unserer Fortschritte bei der Suche nach bewohnbaren Planeten darstellt) blickte nur in eine kleine nahe gelegene Ecke unserer Galaxie, die durch den hervorgehobenen gelben Teil im folgenden Bild dargestellt wird:

Die Kepler-Suche repräsentiert nur einen sehr kleinen Teil unserer Galaxie. Zum Vergleich: Die Galaxie hat einen Durchmesser von 100.000 Lichtjahren. Quelle: Wikipedia
  1. Dies bedeutet, dass unsere Suche nach bewohnbaren Welten gerade erst begonnen hat. Daher wird unsere Schätzung der gesamten bewohnbaren Welten in der Galaxie aus nur einer kleinen beobachteten Ecke extrapoliert.
  2. Unsere Schätzungen zur Anzahl der bewohnbaren Welten hängen auch von den Lebensbedingungen in dieser beobachteten Ecke ab. Die Lebensbedingungen sind in der gesamten Galaxie nicht gleich, einige Teile der Milchstraße sind bewohnbarer als andere. Zum Beispiel sind die zentralen Teile der Galaxie strahlungsanfälliger als die äußeren Teile, in denen wir leben.
  3. Planetenmonde müssen sich nicht in der bewohnbaren Zone des Sterns befinden, um Leben hervorbringen zu können. Die Anziehungskraft von Gasriesen wie Jupiter in Kombination mit der elliptischen Umlaufbahn eines Mondes erzeugt innere Reibung auf solchen Monden. Dies führt zu interner Erwärmung und Verfügbarkeit von Energieressourcen, die von einer potenziellen Lebensform genutzt werden können. Das Problem ist, dass wir nicht wissen, wie wir solche bewohnbaren Monde abschätzen sollen. Wir kennen nicht einmal viele Exomoons, geschweige denn lernen ihre Bewohnbarkeit kennen.
  4. Wir haben keine Ahnung, ob die Planeten in engen Umlaufbahnen um die kühleren roten Zwergsterne wirklich bewohnbar sind. Ein solches Beispiel für einen potenziell bewohnbaren Planeten ist das kürzlich entdeckte Proxima b. Die Antwort darauf, ob solche Planeten wirklich bewohnbar sind, kann entweder weniger positiv oder sehr positiv sein, da rote Zwergsterne die häufigsten Sterne in der Galaxie sind. Aber der Punkt ist, dass wir es noch nicht wissen.

Grundsätzlich haben wir wirklich keine Ahnung, welcher Teil der Planeten (oder Monde!) In der Galaxie bewohnbar ist.

Problem Nr. 2: Ohne n (e) können wir nicht zuverlässig abschätzen, wie viele Planeten zu intelligentem Leben führen

Bruchteil der Planeten, die das Leben entwickeln f (L): Da wir nur einen Planeten kennen, auf dem sich das Leben befindet, ist dies eine Schätzung, die wir lange Zeit nicht realistisch machen können. Unsere Suche nach bewohnbaren Planeten muss sich zunächst erheblich erweitern, damit wir n (e) in den Griff bekommen können. Und wenn wir dann tatsächlich bestimmte außerirdische Lebensformen entdecken, können wir etwas Sinnvolles darüber sagen, wie viele bewohnbare Planeten tatsächlich Leben hervorbringen können.

Bruchteil von Planeten mit Leben, die intelligentes Leben entwickeln f (i): Ohne zuerst viele Planeten / Monde mit Leben zu finden, ist diese Schätzung bedeutungslos.

Problem Nr. 3: Interstellare Kommunikation ist möglicherweise nicht so beliebt, wie wir annehmen.

Bruchteil von Planeten mit intelligentem Leben, die zur interstellaren Kommunikation fähig sind f (c): Wenn wir schließlich über lange Zeiträume viele Planeten mit Leben (und einige mit intelligentem Leben) finden, werden wir näher als je zuvor wissen, wie viele tatsächlich interstellar entwickeln können Kommunikation. Nur dann können wir richtig einschätzen, ob interstellare Kommunikation so allgegenwärtig ist oder nicht, wie wir annehmen. Ganz zu schweigen davon, dass, wenn es uns bis dahin gelingt, auf irgendeine Weise mit einer intelligenten Zivilisation zu kommunizieren, der gesamte zweite Widerspruch des Fermi-Paradoxons (das Fehlen von Beweisen für irgendeine Kommunikation) ohnehin auseinanderfällt.

Problem Nr. 4: Die Zeitskala des Universums ist verdammt groß

Die durchschnittliche Existenzdauer solcher Zivilisationen (L): Bedenken Sie, dass wir Menschen in unserer gegenwärtigen Form als intelligente Spezies erst vor etwa 200.000 Jahren auf die Erde gekommen sind. Zum Vergleich: Die Erde ist 4,5 Milliarden Jahre alt und das Universum ist 13,7 Milliarden Jahre alt! Unsere Existenz als intelligente Spezies war daher nur ein Wimpernschlag auf kosmischen Skalen.

Bedenken Sie weiter, dass wir die interstellare Kommunikation (über Funk) vor nicht mehr als einem Jahrhundert entwickelt haben. Alle unsere Bemühungen, außerirdische Kommunikation zu hören, waren nur mickrige 100 Jahre.

In ähnlicher Weise haben alle unsere Funksignale, die im Weltraum gesendet werden, um für uns als technologisch fortschrittliche Zivilisation zu werben, aufgrund der Lichtgeschwindigkeitsgrenze, mit der sich Funkwellen ausbreiten, nicht einmal 100 Lichtjahre von uns entfernt erreicht.

Unsere Radiosendungsblase hat nur 200 Lichtjahre (dargestellt durch den kleinen blauen Punkt unten rechts), während die Milchstraße 100.000 Lichtjahre voneinander entfernt ist. Quelle: Imgur

Raum und Zeit sind riesig und daher müssen wir sehr lange senden / zuhören, um wirklich wissen zu können, ob es andere intelligente Zivilisationen gibt. Bis wir technologisch zur interstellaren Kommunikation fähig wurden, könnten viele solcher Zivilisationen zum Leben erweckt und ausgestorben sein. Und nachdem wir ausgestorben sind, können später viel mehr Zivilisationen kommen und gehen.

Die Galaxie ist wahrscheinlich nur eine Sammlung von Einzelfällen technologisch fähiger intelligenter Lebensformen, die entweder räumlich oder zeitlich zu weit voneinander entfernt sind!

Problem Nr. 4 ist somit das größte Problem von allen. Selbst wenn bis zum letzten Parameter alles als positiv angenommen wird, kann der Zeitparameter alle überwiegen.

Das Fermi-Paradoxon ist nicht wirklich ein Paradoxon

Die Probleme Nr. 1–4 beweisen, dass es wenig sinnvoll ist, auf der Grundlage von Annahmen und Analogien weiter zu argumentieren, wenn wir die tatsächlichen Werte für die Drake-Gleichung nicht kennen. Es ist viel wissenschaftliches Verständnis und Wissen erforderlich, bevor wir das wahre Ausmaß der Drake-Gleichung wirklich erfassen können.

Die gute Nachricht ist, dass wir nach der erfolgreichen realistischen Schätzung der ersten beiden Parameter [der Sternentstehungsrate (R *) und des Anteils der Sterne mit Planeten f (p)] nun auf dem Weg sind, den dritten Parameter zu bestimmen: Die Anzahl der bewohnbaren Planeten n (e). Kepler hatte einen anständigen Start, aber das TESS-Weltraumteleskop (geplanter Start im März 2018) wird noch viel weiter gehen und speziell darauf ausgelegt sein, nicht nur nach extrasolaren Planeten zu suchen, sondern auch nach solchen in der bewohnbaren Zone ihrer Sterne.

Das TESS-Weltraumteleskop soll im März 2018 an Bord eines SpaceX Falcon 9-Raumfahrzeugs starten. Quelle: NASA

Die Aufgabe wird weiterhin durch das erwartete James Webb-Weltraumteleskop (Start 2019) und die kommenden großen erdgestützten Teleskope unterstützt.

Also ja, das Fermi-Paradoxon ist nicht wirklich ein Paradoxon. Jedenfalls noch nicht. Es ist passender, es das Fermi-Problem zu nennen. Und wir sind auf dem Weg, den wahren Wert des Fermi-Problems herauszufinden.

Langsam aber stetig marschiert die Wissenschaft auf dem Weg, die ultimative Wahrheit zu erkennen, oder ob es eine gibt.