Paradoks Fermiego, czyli gdzie oni są?

Paradoks Fermiego to ogromna sprzeczność między obecnymi szacunkami istnienia cywilizacji pozaziemskich a faktem, że na żadną nie natrafiliśmy. Jak można wytłumaczyć ten paradoks?

Wszechświat jest ogromny i posiada co najmniej setki miliardów galaktyk. Galaktyki mają różne rozmiary, ale każda z nich zawiera od kilku tysięcy (Segue 1¹) do nawet 100 bilionów gwiazd (IC 1101²). Nasza własna galaktyka zwana Drogą Mleczną liczy około 200 miliardów gwiazd. Duża część z nich posiada planety – dotychczas poszukiwacze planet potwierdzili istnienie ponad 5000. Szacuje się, że nasza galaktyka zawiera nawet 10 miliardów planet typu ziemskiego orbitujących wokół swojej gwiazdy macierzystej w tzw. ekosferze, czyli w takiej odległości od gwiazdy, która pozwala planecie na warunki zbliżone do ziemskich³. Uważa się, że takie planety mogą być domem dla pozaziemskich istot żywych.

Wydawałoby się zatem, że Wszechświat powinien być wypełniony różnorodnymi formami życia, również tymi inteligentnymi. Ponadto naukowcy szukają życia pozaziemskiego również w naszym Układzie Słonecznym. Uzasadnienie jest następujące: jeśli życie na Ziemi powstało 3,6 miliarda lat temu (czyli zaledwie około 1 miliard lat po powstaniu Układu Słonecznego) i jeżeli życie ewentualnie mogło powstać również gdzie indziej w Układzie Słonecznym⁴, to oznaczałoby, że życie powstaje samoistnie bardzo łatwo. Innymi słowy, powinno być wszędzie we Wszechświecie.

Czym jest paradoks Fermiego?

Jednak naukowcy wciąż nie natrafili na żadne ślady wskazujące na istnienie choćby jednej cywilizacji pozaziemskiej. Dotychczasowe poszukiwania cywilizacji pozaziemskich dokonywane w ramach projektu SETI (skrót od Search for ExtraTerrestrial Intelligence) spełzły na niczym. Już w latach 50. XX wieku naukowcy zaczęli się zastanawiać, dlaczego dotychczas nie natrafiono na żadne istoty pozaziemskie. W 1950 roku Enrico Fermi (1901-1954), włoski fizyk teoretyczny i doświadczalny, spożywając obiad razem z kolegami z pracy i rozmawiając na temat życia pozaziemskiego, miał w końcu zapytać: “Gdzie oni są?”⁵. Ten olbrzymi rozdźwięk między przewidywaniami współczesnej nauki co do powszechności życia pozaziemskiego a brakiem empirycznych sukcesów w tej dziedzinie znany jest właśnie jako paradoks Fermiego.

Treść paradoksu Fermiego można przedstawić w sposób następujący:

Wielkość i wiek Wszechświata sugerują, że powinno istnieć wiele zaawansowanych technicznie pozaziemskich cywilizacji. Jednak takiemu rozumowaniu przeczy brak obserwacyjnych dowodów ich istnienia. Zatem albo początkowe założenia są nieprawidłowe i zaawansowane technicznie życie jest znacznie rzadsze niż się sądzi, albo metody obserwacji są niekompletne i ludzkość jeszcze ich nie wykryła, albo metody są błędne i cywilizacja ludzka poszukuje niewłaściwych śladów⁶.

Enrico Fermi doskonale wiedział, na czym polega problem. Współcześnie uważa się, że Wszechświat ma 13,7 miliarda lat, a nasz Układ Słoneczny 4,6 miliarda lat. Najstarsze gwiazdy w naszej galaktyce mają mieć 13,4 miliarda lat, a sam dysk galaktyczny 10-12 miliardów lat⁷. Taka skala czasu zdecydowanie wystarczy, aby dzisiaj w naszej galaktyce aż roiło się od kosmitów. Ponadto Fermi słusznie założył, że przynajmniej niektóre obce cywilizacje musiałyby być równie ciekawskie jak my. Musiałyby więc podjąć się podróży międzygwiezdnych lub chociaż wysłać sygnały podobne do wiadomości Arecibo z 1974 roku.

Obliczenia teoretyczne

Gdyby zatem taka cywilizacja się kiedyś narodziła i nie uległa zagładzie, to mogłaby się rozprzestrzenić po naszej galaktyce stosunkowo szybko. Fermi założył, że gdyby pierwsza podróż międzygwiezdna zajęła kosmitom 1 milion lat (wykorzystując tzw. statki wielopokoleniowe), to po każdym następnym milionie lat liczba kolonii ulegałaby podwojeniu. Po 10 milionach lat istniałoby zatem 1023 kolonii (oprócz cywilizacji macierzystej). Po 20 milionach lat byłoby ich już 1 milion, a po 40 milionach lat 1 bilion. To już liczba zbliżona do tej, na jaką szacuje się liczbę planet w naszej galaktyce. Innymi słowy, już po kilkudziesięciu milionach lat mielibyśmy przeludnienie w całej galaktyce.

Zwróćmy uwagę, że obecny rekord Guinessa za osiągnięcie największej prędkości przez statek kosmiczny to 163 km/s⁸. Łatwo obliczyć, że przy tej prędkości statek kosmiczny z Ziemi dotarłby do najbliższej gwiazdy Proxima Centauri w około 8000 lat. Jest to o wiele krócej niż zakładał Fermi, gdy mówił o 1 milionie lat.

Skala Kardaszewa

Co ciekawe, istnieją również bardziej optymistyczne szacunki dotyczące potencjalnego podboju kosmosu, które zakładają pokonanie bariery prędkości światła. Weźmy na przykład tzw. skalę Kardaszewa.

Nikołaj Kardaszew (1932-2019) to rosyjski astrofizyk i radioastronom, który stworzył skalę teoretycznego rozwoju cywilizacji kosmicznych, w zależności od potencjału wykorzystania energii ciał niebieskich. Podzielił cywilizacje kosmiczne na kilka typów:

• cywilizacja typu I – jest zdolna wykorzystać całą energię planety macierzystej (w naszym przypadku: Ziemi⁹),
• cywilizacja typu II – miałaby wykorzystywać całą energię gwiazdy macierzystej (w naszym przypadku: Słońca) i być zdolna do rozległych podróży międzygwiezdnych,
• cywilizacja typu III – miałaby być zdolna do wykorzystania energii całej galaktyki (w naszym przypadku: Drogi Mlecznej)¹⁰.

Kardaszew twierdził, że nasza cywilizacja może osiągnąć status cywilizacji I typu za kilkaset lat (Freeman Dyson uważał, że za około 200 lat), cywilizacji II typu za 3200 lat, a cywilizacji III typu za 5800 lat¹¹. Zauważmy, że nasza galaktyka ma średnicę około 100 000 lat świetlnych. Innymi słowy ci naukowcy zakładają, że cywilizacje kosmiczne znajdą sposoby na pokonanie bariery prędkości światła, np. za pomocą napędu Alcubierre’a¹².

Niezależnie od wariantu dana cywilizacja kosmiczna mogłaby zasiedlić naszą galaktykę w czasie od kilku tysięcy lat do kilkudziesięciu milionów lat. Nawet w najbardziej pesymistycznym wariancie jest to kilkaset razy krócej niż zakładany wiek naszej galaktyki¹³. A gdy dodatkowo założymy, że te cywilizacje poradziły sobie ze starzeniem się i umieraniem, to robi się jeszcze tłoczniej.

A jednak ich nie ma…

Wszystkie powyższe rozważania teoretyczne bledną jednak przy jednym prostym fakcie: nie znaleźliśmy dotychczas żadnych śladów cywilizacji kosmicznych. Dotychczas zaproponowano całe mnóstwo pomysłów, w jaki sposób wytłumaczyć ten fakt. Jedni uważają, że wszystkie cywilizacje pozaziemskie uległy zagładzie; drudzy, że one istnieją, ale nasza technologia jest zbyt prymitywna, aby je wykryć; jeszcze inni są zdania, że cywilizacje kosmiczne istnieją i są powszechne w naszej galaktyce, ale trzymają naszą planetę w swego rodzaju kosmicznym rezerwacie¹⁴. Wszystkie te wyjaśnienia mają słabe punkty¹⁵.

Istnieją jednak inne, o wiele bardziej prawdopodobne możliwości. Po pierwsze, cywilizacje pozaziemskie mogą faktycznie istnieć, ale są na razie zbyt rzadko rozsiane po kosmosie. I po drugie, jakkolwiek może to brzmieć pesymistycznie: po prostu jesteśmy sami we Wszechświecie. Jak jest naprawdę, trudno jest określić jednoznacznie, ponieważ mamy dzisiaj za mało danych. Niemniej obie te opcje sugerują, że Wszechświat jest tak naprawdę młody, jak sprawozdaje Pismo Święte¹⁶. Gdyby Wszechświat naprawdę miał miliardy lat i gdyby choć jedna cywilizacja pozaziemska podbiła Drogę Mleczną miliony lat temu, to dzisiaj z pewnością wiedzielibyśmy o nich. Na tym polega problem paradoksu Fermiego. Młody wiek Wszechświata jest pod tym względem zgodny z obserwacjami, że jak dotąd nie trafiliśmy na żadną cywilizację pozaziemską.

Przypisy

1. Siegel E., The Smallest Galaxy Ever Discovered Demonstrates The Unequivocal Need For Dark Matter, Forbes, 06.04.2020, https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2020/04/06/the-smallest-galaxy-ever-discovered-demonstrates-the-unequivocal-need-for-dark-matter/?sh=4e546230354a
2. Zob. https://www.constellation-guide.com/ic-1101/
3. McFall-Johnsen M., There could be up to 10 billion warm and cozy Earth-like planets in our home galaxy, new research reveals, Insider, 16.08.2019, https://www.businessinsider.com/10-billion-earth-like-planets-in-milky-way-galaxy-2019-8?IR=T
4. Mówi się zwłaszcza o Marsie, ale także o księżycu Jowisza, Europie, i dwóch księżycach Saturna, Tytanie i Enceladusie.
5. O’Callaghan J., What is the Fermi Paradox?, Live Science, 07.12.2021, https://www.livescience.com/fermi-paradox
6. Cyt. za: Poszukiwanie cywilizacji w kosmicznej głębi. Paradoks Fermiego trzyma się mocno, Space24.pl, 09.09.2020, https://space24.pl/nauka-i-edukacja/nasluch-kosmicznej-glebi-w-poszukiwaniu-zycia-paradoks-fermiego-trzyma-sie-mocno
7. Wethington N., How Old is the Milky Way?, Universe Today, 04.12.2008, https://www.universetoday.com/21822/age-of-the-milky-way/
8. Zob. https://www.guinnessworldrecords.com/world-records/66135-fastest-spacecraft-speed
9. Carl Sagan uważał, że cywilizacja ziemska osiągnęła dopiero 0,73 w skali Kardaszewa.
10. Późniejsi badacze dodali do tego kolejne typy cywilizacji, np. typ IV, kiedy cywilizacja ujarzmiła energię całego Wszechświata (wszystkich galaktyk). Obecnie różne wersje skali różnią się między sobą.
11. Kaku M., The Physics of Extraterrestrial Civilizations, https://mkaku.org/home/articles/the-physics-of-extraterrestrial-civilizations/
12. Napęd Alcubierre’a to teoretyczny napęd zdolny do łamania czasoprzestrzeni w taki sposób, aby przemieszczać się na przestrzeni wielu lat świetlnych w krótkim czasie, nie łamiąc praw fizyki związanych z prędkością światła. Wymaga on jednak absurdalnie olbrzymich energii.
13. The Fermi Paradox, SETI Institute, https://www.seti.org/fermi-paradox-0
14. Zostały one zgrabnie przedstawione w polskiej Wikipedii w haśle Paradoks Fermiego, zob. https://pl.wikipedia.org/wiki/Paradoks_Fermiego
15. Na przykład w wariancie kosmicznego rezerwatu (zwanego hipotezą zoo) musiałoby zastanawiać, dlaczego przy ogromnym zaludnieniu galaktyki nie pojawił się dotychczas na Ziemi żaden kosmiczny dysydent, który jako przeciwnik polityki własnego rządu podzieliłby się z nami technologią podróży międzygwiezdnych.
16. Bates G., The Fermi Paradox, “Creation”, 38(4), 10.2016, s. 53–55, https://creation.com/fermi-paradox