Ako napredne civilizacije postoje, svemir bi već morao izgledati drukčije

Astronom David Kipping sa Sveučilišta Columbia vratio se jednoj od najneugodnijih ideja u potrazi za izvanzemaljskom inteligencijom: ako se tehnološke civilizacije mogu širiti svemirom, zašto već ne vidimo posljedice tog širenja? Njegov novi model ne dokazuje da je čovječanstvo samo, ali postavlja iznimno stroga ograničenja na to koliko često napredne civilizacije smiju nastati i krenuti prema zvijezdama.

Staro Fermijevo pitanje sada se proteže preko cijelog svemira

Jedno od najpoznatijih pitanja u znanosti ne traži složenu formulaciju. Ako je svemir star gotovo 14 milijardi godina, ako u njemu postoje stotine milijardi galaksija i ako svaka od njih sadrži golem broj zvijezda, gdje su svi?

Pitanje se najčešće veže uz Enrica Fermija, talijansko-američkog fizičara koji je 1950. godine, tijekom ručka s kolegama u Nacionalnom laboratoriju Los Alamos, navodno zastao usred razgovora i upitao: “Gdje su svi?” Njegovi sugovornici razumjeli su na što cilja. Ranije su razgovarali o tadašnjim pričama o neidentificiranim letećim objektima, ali Fermijevo pitanje bilo je dublje od svakodnevnih anegdota. Ako su druge civilizacije nastale davno prije nas, imale su dovoljno vremena da razviju tehnologiju, putuju među zvijezdama i ostave tragove.

Zašto ih onda ne vidimo?

Ta se napetost danas naziva Fermijevim paradoksom, iako je stroža verzija argumenta došla poslije. Između sredine sedamdesetih i ranih osamdesetih godina fizičari Michael Hart i Frank Tipler objavili su radove u kojima su tvrdili da bi se tehnološki razvijene izvanzemaljske civilizacije već morale proširiti Mliječnom stazom. Posebno su važnu ulogu dali samoreplicirajućim sondama, odnosno strojevima koji bi mogli putovati od sustava do sustava, koristiti lokalne materijale i stvarati svoje kopije.

Takve se sonde često povezuju s idejama Johna von Neumanna o “univerzalnim konstruktorima”. U scenariju Harta i Tiplera, jedna tehnološka civilizacija ne mora osobno naseliti cijelu galaksiju. Dovoljno je da pošalje strojeve koji se sami umnažaju i nastavljaju put. Ako je međuzvjezdano putovanje moguće, čak i pri brzinama daleko manjima od brzine svjetlosti, galaksija bi se mogla istražiti ili zahvatiti u razdoblju koje je kratko u usporedbi sa starošću svemira.

Iz toga su izvukli provokativan zaključak. Budući da ne vidimo dokaze takvog širenja, razvijene izvanzemaljske civilizacije vjerojatno ne postoje. Čovječanstvo bi, prema tom čitanju, moglo biti samo.

Takav zaključak nikada nije bio općeprihvaćen. Carl Sagan i William Newman 1983. godine kritizirali su Hart-Tiplerovu logiku u radu “The Solipsist Approach to Extraterrestrial Intelligence”. Upozorili su da se u izračunima previše toga uzima zdravo za gotovo: brzina širenja sondi, stabilnost kolonija tijekom milijuna ili milijardi godina, pretpostavka da bi svaka tehnološka civilizacija težila neograničenom širenju i ideja da bi samoreplicirajući strojevi doista bili poželjni ili neizbježni.

Saganov odgovor bio je važan jer je vratio raspravi mjeru opreza. Iz činjenice da ne vidimo izvanzemaljce ne može se automatski zaključiti da ih nema. Možda ih ima malo. Možda ne putuju. Možda se ne ponašaju onako kako zamišljaju ljudski tehnološki scenariji. Možda se civilizacije razvijaju u smjerovima koji nisu povezani s galaktičkim širenjem.

David Kipping sada ne odbacuje tu kritiku. Umjesto toga, postavlja drukčije pitanje. Što se dogodi ako staru Hart-Tiplerovu logiku ne ograničimo na Mliječnu stazu, nego je primijenimo na svemir u cjelini?

Kipping ne računa samo sonde, nego svaki proces koji se može širiti

Kipping, profesor na Sveučilištu Columbia i voditelj laboratorija Cool Worlds, u novom radu predlaže ono što naziva kozmološkom Hart-Tiplerovom pretpostavkom. To je proširena verzija starog argumenta, ali s jednom važnom promjenom. Kipping se ne veže isključivo uz klasičnu sliku samoreplicirajućih sondi.

On uvodi pojam “umjetne infekcije”. Izraz zvuči oštro, no u modelu ima tehničku ulogu. Ne mora značiti bolest, osvajanje ili uništenje. Može označavati bilo koji proces umjetnog podrijetla koji se jednom pojavi, a zatim širi kroz svemir.

To bi mogla biti civilizacijska ekspanzija, mreža autonomnih sondi, samoreplicirajući strojevi vođeni umjetnom inteligencijom, biološki agensi preneseni među zvijezdama, sustavi koji mijenjaju planetarne okoliše ili nešto što današnja znanost i znanstvena fantastika još nisu zamislile. Kipping namjerno koristi širi okvir jer želi izbjeći preusku raspravu o tome moraju li sonde izgledati baš onako kako su ih zamišljali von Neumann, Hart ili Tipler.

U tom smislu njegov rad ne tvrdi da bi napredne civilizacije morale graditi “galaktička carstva”. Ne tvrdi ni da bi nužno slale flote brodova ili kolonizirale svaki nastanjivi svijet. Dovoljna je općenitija pretpostavka: tehnološka civilizacija, negdje i nekad, može pokrenuti proces koji se širi izvan izvornog sustava.

Takav pristup ima jednu prednost. Uklanja dio rasprave o motivima. Ne treba pogađati bi li izvanzemaljska civilizacija bila znatiželjna, agresivna, oprezna, religiozna, izolacionistička ili ekspanzionistička. Model pita što bi se dogodilo ako se u svemiru povremeno pojave procesi koji se mogu širiti, bez obzira na njihovu unutarnju logiku.

Kipping svoj pristup opisuje vrlo jednostavno. U znanosti, kaže parafrazirajući Richarda Feynmana, počinje se pretpostavkom. U ovom slučaju pretpostavka glasi da se destruktivne ili transformativne umjetne “infekcije” mogu pojavljivati nekom stopom. Zatim se izračunaju posljedice takve pretpostavke. Ako bi svemir do danas morao biti uglavnom zahvaćen, a mi ne vidimo takav svemir i još postojimo, pretpostavka postaje teško održiva.

Kippingov model namjerno je postavljen vrlo jednostavno. Umjesto složene simulacije s mnoštvom pretpostavki, oslanja se na tri ključne veličine: koliko se često inteligentni život spontano pojavljuje, kojom se brzinom takav proces može širiti i od kojeg se trenutka računa njegov razvoj. Za razliku od većine starijih rasprava o Fermijevu paradoksu, u računicu ulazi i širenje svemira.

Stariji argumenti uglavnom su bili galaktički. Pitali su zašto nema izvanzemaljskih tragova u Mliječnoj stazi. Kipping problem širi na kozmološke razmjere. Ako su Hart i Tipler bili spremni tvrditi da sonde mogu proći kroz Mliječnu stazu u razdoblju od nekoliko stotina tisuća do nekoliko desetaka milijuna godina, tada se mora pitati što se događa izvan granica jedne galaksije.

Galaksije nisu izolirani otoci u praznini. Tijekom povijesti svemira bile su bliže nego danas, sudarale su se, spajale, razmjenjivale plin, zvijezde i gravitacijske utjecaje. Ako se tehnološki proces može širiti kroz jednu galaksiju, nije očito zašto bi svaka galaksija ostala trajno zaštićena od sličnih procesa u susjedstvu.

Širenje svemira pomaže, ali ne rješava tišinu

Na kozmološkoj razini pojavljuje se važna prepreka. Svemir se širi. Galaksije se na velikim udaljenostima udaljavaju jedna od druge, a brzina udaljavanja raste s udaljenošću. Kipping u model uključuje Hubble-Lemaîtreovu konstantu, odnosno mjeru današnjeg širenja svemira, u vrijednosti od oko 73,5 kilometara u sekundi po megaparseku.

To širenje nije sitan detalj. Letjelice koje se kreću sporije od svjetlosti ne mogu jednostavno putovati bilo kamo u beskonačno velikom i ubrzano širećem svemiru. Ako se prostor između udaljenih galaksija širi dovoljno brzo, val širenja može biti usporen ili odsječen. U tom pogledu, širenje svemira djeluje kao neka vrsta otpora.

Kipping je, prema vlastitom objašnjenju, očekivao da će taj učinak uglavnom razdvojiti galaksije i oslabiti stari Hart-Tiplerov argument. Intuicija je razumljiva. Možda sonde ili drugi oblici širenja mogu zahvatiti jednu galaksiju, ali kozmološko širenje moglo bi spriječiti prelazak na goleme razmake među galaksijama.

Rezultati su bili manje umirujući.

U modelu se pokazuje da čak i procesi koji se šire brzinom od deset posto brzine svjetlosti mogu dovesti do svemira u kojem je velik dio galaksija zahvaćen. To ne znači da jedna jedina civilizacija krene iz jedne galaksije i osvoji sve. Kippingov scenarij drukčije je postavljen. “Infekcije” se mogu pojavljivati nasumično po svemiru, u različitim galaksijama i u različitim razdobljima. Umjesto jednog početnog žarišta postoji mnoštvo žarišta.

To mijenja računicu. Širenje svemira otežava pojedinačnom valu da dosegne sve, ali ne sprječava da se slični valovi neovisno pojave na mnogim mjestima. Ako je inteligentni život dovoljno čest, i ako barem mali dio tih civilizacija pokrene proces koji se širi, svemir bi kroz kozmološko vrijeme mogao postati zahvaćen u vrlo velikom udjelu.

Kipping u modelu svaku galaksiju promatra kao sustav koji može biti u jednom od dva stanja: nezahvaćena ili zahvaćena. Galaksija može prijeći u zahvaćeno stanje na dva načina. Prvi je unutarnji. U njoj se pojavi tehnološka civilizacija koja pokrene proces širenja. Drugi je vanjski. Do galaksije stigne proces koji je nastao negdje drugdje.

Pritom “zahvaćeno” ne znači nužno uništeno u doslovnom smislu. Kipping ne zamišlja obvezno sterilizaciju galaksija. U njegovu modelu zahvaćeno područje prestaje pokazivati znakove lokalne nastanjivosti onako kako bismo ih mi očekivali. Drugim riječima, proces bi promijenio uvjete ili signale tako da više ne bismo vidjeli svemir pun običnih tragova života.

To je važna nijansa. Model se ne bavi samo pitanjem zašto ne vidimo izvanzemaljske radio signale. Ne ovisi ni o tome jesmo li dovoljno dugo slušali nebo ili jesu li naše metode dovoljno osjetljive. Kipping postavlja grublje pitanje: ako se tehnološki procesi širenja doista pojavljuju kroz povijest svemira, zašto naš kozmički okoliš ne nosi jasne posljedice takve povijesti?

Granica postaje stroža nego što SETI obično dopušta

Najprovokativniji dio Kippingova rada dolazi iz brojki. Kada se izračuna očekivani udio zahvaćenih galaksija kroz kozmičko vrijeme, dobivaju se vrlo stroga ograničenja.

Prema Kippingu, ako se takve umjetne “infekcije” pojavljuju češće od jedne na 100.000 galaksija, tada bi 99,9 posto svemira bilo zahvaćeno za val širenja brzinom od 0,1 brzine svjetlosti. To je brzina mnogo manja od brzine svjetlosti, ali i dalje golema u usporedbi s današnjim ljudskim svemirskim letjelicama.

Ako pretpostavimo da takav ishod nije u skladu s onim što vidimo, ograničenje postaje još oštrije. Kipping navodi da bi tada manje od jednog među deset bilijardi zvjezdanih sustava, odnosno manje od jednog među 10^16 sustava, ikada smjelo pokrenuti takav proces.

To je iznimno snažna tvrdnja u kontekstu SETI-ja, potrage za izvanzemaljskom inteligencijom. Većina rasprava u tom području govori u terminima vjerojatnosti, neizvjesnosti i širokih raspona. Kippingov model, iako pojednostavljen, pokazuje da se određene vrste izvanzemaljskog ponašanja mogu statistički vrlo teško uklopiti u svemir koji danas opažamo.

Naravno, takav zaključak ovisi o početnim pretpostavkama. Ovo je model, nije konačna presuda i nije dokaz da izvanzemaljske civilizacije ne postoje. Sam Kipping ne nudi takav zaključak. No model jasno pokazuje zašto neke popularne utjehe nisu dovoljne.

Jedno objašnjenje glasi da su tehnološke civilizacije vrlo rijetke. To je obitelj ideja poznata kroz hipotezu rijetke Zemlje ili Velikog filtra. Možda se jednostavan život može pojaviti, ali složeni život gotovo nikada. Možda su eukariotske stanice, višestaničnost, inteligencija, tehnologija ili dugotrajna stabilnost planeta iznimno rijetki koraci. U tom slučaju svemir može biti velik, ali gotovo nigdje ne dolazi do faze u kojoj netko šalje strojeve među zvijezde.

Drugo objašnjenje glasi da civilizacije postoje, ali se ne šire. Možda međuzvjezdana putovanja ostaju preskupa i tehnički preteška. Možda samoreplicirajuće sonde nisu izvedive na način na koji se često zamišljaju. Možda se napredne civilizacije okrenu unutarnjem razvoju, digitalnim svjetovima, dugoročnoj stabilnosti ili etičkim pravilima koja zabranjuju širenje bez kontrole.

Tu se pojavljuje problem koji je David Brin iznio još 1983. u raspravi o “velikoj tišini”. Ako objašnjenje ovisi o tome da se sve civilizacije ponašaju na isti način, ono postaje krhko. Dovoljna je jedna iznimka. Jedna civilizacija koja ne prihvati pravilo. Jedan automatizirani sustav koji pobjegne kontroli. Jedan projekt koji nastavi djelovati nakon nestanka svojih tvoraca.

To je razlog zbog kojega Kippingov rad posebno opterećuje optimistične scenarije. Može se zamisliti svemir pun mudrih, opreznih i nenametljivih civilizacija. Teže je objasniti zašto bi baš svaka takva civilizacija, kroz milijarde godina i kroz golemi broj galaksija, izbjegla pokretanje procesa koji bi se širio dalje.

Pesimističniji scenarij lakše objašnjava opaženu tišinu. Možda razvijene civilizacije gotovo nikada ne nastanu. Možda se unište prije nego što mogu postati međuzvjezdane. Možda je Veliki filtar ispred svake civilizacije koja dosegne visoku tehnologiju.

No ni taj odgovor nije jednostavan. Ako je Veliki filtar iza nas, treba ga smjestiti u neki rani korak. Abiogeneza, nastanak života iz nežive kemije, često se spominje kao kandidat. Ali život se na Zemlji pojavio relativno rano u povijesti planeta, što mnogi istraživači tumače kao znak da taj korak možda nije bio krajnje nevjerojatan. Možda su teži kasniji evolucijski prijelazi, no ni oko toga nema slaganja.

Ako je Veliki filtar ispred nas, slika postaje tamnija. Tada bi civilizacije mogle nastajati, razvijati znanost i tehnologiju, ali gotovo uvijek nestati prije nego što prijeđu prag međuzvjezdanog širenja. Kipping ističe da i to mora biti nevjerojatno snažan filtar. Morao bi potisnuti gotovo sve civilizacije, uključujući one koje su možda mudrije, starije i stabilnije od nas.

U tom se prostoru pojavljuje najneugodniji zaključak rada. Nema jednostavne ravnoteže između “svemir je pun života” i “zato nikada ništa ne vidimo”. Ako je tehnološki život čest, onda mora postojati objašnjenje za gotovo savršenu kozmičku suzdržanost. Ako takvo objašnjenje ne postoji, tišina postaje podatak, a ne praznina.

Kipping ne tvrdi da zna odgovor. U razgovoru za Universe Today rekao je da ga nema i da će se s tim pitanjem vjerojatno boriti do kraja života, istodobno frustriran i zadivljen. To je možda najpošteniji dio cijele rasprave. Model ne zatvara Fermijev paradoks. Samo ga čini većim. Umjesto pitanja zašto nitko nije došao do Zemlje, sada se pita zašto cijeli svemir ne nosi jasne tragove bilo koga tko je jednom krenuo širiti se.

Ivan Petričević

Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.