Czy jesteśmy sami? Zapytajmy Drake’a

Równanie sygnowane nazwiskiem Franka Drake’a ma dość szczególny charakter. W porównaniu do słynnych równań Schrödingera, Maxwella, Einsteina i tak dalej, wydaje się ono jakby mniej… ścisłe. Ubiera jedynie w matematyczną szatę dość luźny problem, zaprzątający częściej uwagę fantastów niż naukowców: ile obcych cywilizacji może zamieszkiwać naszą galaktykę?

Powód nieścisłości równania jest oczywisty. Poza pierwszymi dwoma, może trzema członami, współczesna wiedza jest zdecydowanie zbyt płytka aby podstawić pod wzór realistyczne dane. Od czasu pierwszego przedstawienia równania Drake’a niewiele się w tej kwestii zmieniło. Wciąż, jedyne czym dysponujemy to szacunki, uogólnienia lub kompletne niewiadome, powodujące że żadnego, nawet absurdalnego z pozoru wyniku, nie można uznać za mniej poprawny od pozostałych. Nic nie stoi jednak na przeszkodzie, abyśmy i my zabawili się w spekulacje. Przyjrzyjmy się kolejnym członom równania:

R

Pierwsza informacja jakiej potrzebujemy, to częstotliwość narodzin gwiazd w galaktyce. Przyjmuje się, że w obłokach molekularnych wykluwa się przynajmniej jedna gwiazda rocznie – a średnia może wynosić znacznie więcej. Spośród tej liczby, interesują nas jednak tylko te gwiazdy, które zdołają zapewnić stabilny byt żywym organizmom. Najlepsze są obiekty podobne Słońcu – umiarkowanie jasne i duże. Warunku nie spełniają natomiast gwiazdy najmasywniejsze, których żywot kończy się szybko i gwałtownie, nie dając życiu czasu na rozwinięte procesy ewolucyjne. Równie nieatrakcyjne wydają się wszelkie gwiazdy powstające w pobliżu galaktycznego centrum i innych źródeł silnego promieniowania.

Optymistycznie: Co roku powstaje kilka gwiazd. Spoglądając na bliskie sąsiedztwo Słońca, nawet 1/4 mogłaby stanowić paliwo dla powstania życia. Przyjmijmy więc, że co najmniej raz na rok rodzi się odpowiednia gwiazda – 1.

Pesymistycznie: Po kilku miliardach lat istnienia Drogi Mlecznej procesy gwiazdotwórcze są coraz rzadsze, jednak nadal zdolne do produkcji jednej gwiazdy rocznie. Stosując najbardziej rygorystyczne kryteria, do utrzymania życia nadawać się będzie około jedna dziesiąta z nich – 0.10.

fp

Po drugie, należy ustalić jaki odsetek pożądanych gwiazd, wykształcił własny układ planetarny. Podczas 219 sympozjum Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego, oceniono że na jedną gwiazdę naszej galaktyki, przypada ponad półtorej planety. Daje to wynik przynajmniej 150 miliardów planet każdego rodzaju – w tym również również nieistotnych dla nas gazowych olbrzymów. Oczywiście, na średnią składa się zarówno fakt istnienia bardzo rozbudowanych układów planetarnych, jak i samotnych gwiazd.

Optymistycznie: Wysoce prawdopodobne, że posiadaniem jakiejkolwiek planety, może się poszczycić nawet więcej niż co druga gwiazda – 0.5.

Pesymistycznie: W przypadku tego parametru raczej nie musimy się obawiać jakiegoś katastrofalnego zaskoczenia. Przyjmijmy – 0.4.

ne

Wystarczy spojrzeć na Układ Słoneczny, żeby zrozumieć, że planety również muszą przejść selekcję. I to bardzo wybiórczą. Dom hipotetycznej cywilizacji powinien być obiektem skalistym, posiadającym atmosferę, pole magnetyczne i leżeć w idealnej odległości od swojej gwiazdy. Temperatura nie może być przecież ani za wysoka ani zbyt niska.

Optymistycznie: Pamiętajmy, że ten współczynnik obejmuje planety oferujące warunki pozwalające na powstanie jakichkolwiek form życia. Ziemskie ekstremofile pokazują, że niektóre organizmy są niezwykle wytrzymałe. Stąd w pojedynczym układzie planetarnym może istnieć nawet kilka odpowiednich obiektów – zarówno planet jak i księżyców. Realistycznie, trzeba jednak pamiętać o pechowych systemach, wyposażonych jedynie w gazowe olbrzymy lub z planetami dalekimi od ekostrefy – 0.5.

Pesymistycznie: Z ponad ośmiu setek udokumentowanych egzoplanet, maksymalnie kilka kandyduje do miana podobnych Ziemi. A i te przewidywania są trudne do zweryfikowania. W najgorszym wypadku, planety o odpowiedniej strukturze, atmosferze i położeniu trafiają się naprawdę rzadko – 0.01.

fl

W tym miejscu zaczynają się prawdziwe schody. Frank Drake wymaga od nas podania odsetka planet, na których życie rzeczywiście zaistniało. Innymi słowy, musimy rozwiązać problem prawdziwości teorii zakładających abiogenezę. Czy przekształcenie martwej materii w żywy organizm w ogóle jest możliwe? A jeżeli tak, jak często do takiego procesu dochodzi? Nasza ignorancja w tym temacie daje pełne pole do spekulacji.

Optymistycznie: Gdybyśmy odkryli ślad jakiegokolwiek stworzenia na Marsie lub Europie, moglibyśmy śmiało wysunąć hipotezę o powszechności życia w kosmosie (przy założeniu, że życie to powstało niezależnie od siebie). W końcu, jeżeli w jednym układzie planetarnym samorództwo mogło zaistnieć więcej niż raz, to być może proste formy życia – niczym chwasty – pojawiają się niemal zawsze gdy mają ku temu warunki – 0.5.

Pesymistycznie: Rozczarowujące wyniki doświadczenia Stanleya Millera, dowiodły jedynie możliwości naturalnego powstawania aminokwasów, ale nie życia w ścisłym tego słowa znaczeniu. Trzeba wziąć pod uwagę możliwość, że abiogeneza to zjawisko niezwykle rzadkie, być może unikalne w skali uniwersum – 0.01.

fi

Kolejnym współczynnikiem jest ułamek planet, na których ewolucja doprowadziła do powstania świadomych i inteligentnych istot. Spójrzmy na historię życia na Ziemi: liczy sobie ponad trzy miliardy lat, przedstawiciele homo pojawili się dopiero dwa miliony lat temu, zaś człowiek rozumny istnieje od zaledwie dwustu tysięcy lat. Jakby tego było mało, jako miernik inteligencji powinniśmy rozpatrywać zdolność danego gatunku do stworzenia własnej cywilizacji technicznej. Najlepiej takiej, która opanowała komunikację radiową i może skutecznie wysyłać oraz odbierać sygnały z przestrzeni kosmicznej. Jak się zastanowić, to dosyć surowy warunek – jeszcze do niedawna nie spełniała go nawet ludzkość.

Optymistycznie: Zgadzam się ze zdaniem, że znacznie ostrzejsza granica dzieli materię nieożywioną od najprostszej bakterii niż ową bakterię od człowieka. Gdyby w dogodnym miejscu zaistniało już samorództwo, to ewolucja niemal na pewno nie zatrzymałaby się na pierwotniakach. Nie gwarantuje to jeszcze powstania istot rozumnych, ale również nie można wykluczyć, że na niektórych planetach współegzystuje nawet kilka inteligentnych gatunków – 0.25.

Pesymistycznie:  Ewolucyjna ścieżka prowadząca do złożonego mózgu jest niezwykle długa i kręta. Niewykluczone, że gdyby nie nastąpiło wielkie wymieranie w kredzie, do dziś na Ziemi nadal panowałyby olbrzymie gady. W takim świecie, inteligencja zawsze będzie mniej kuszącym kierunkiem ewolucji niż siła i rozmiar – 0.1.

fc

Często do równania dodaje się liczbę cywilizacji, które już się z nami skontaktowały bądź szacunki na temat tego, czy hipotetyczni kosmici w ogóle będą mieli ochotę na kontakt. Nasuwa się tu jedno z rozwiązań paradoksu Fermiego, mówiące o tym, że obcy istnieją, ale mogą celowo się ukrywać lub nawet izolować Ziemian. Oczywiście to czyste fantazjowanie, więc – podobnie jak zrobił to w swojej książce Neil deGrasse Tyson – pominę ten czynnik.

L

Ostatni współczynnik jest konieczny aby ustalić ilość istniejących cywilizacji w jednym, konkretnym momencie – np. teraz. Do tego celu musimy rozważyć,  przez jaki czas przeciętna cywilizacja rozgląda się w przestrzeni w poszukiwaniu obcych. To jest, jak długo społeczeństwo oparte na technice może egzystować zanim ulegnie zagładzie. Niestety jedyny, niezbyt miarodajny przykład, stanowimy my sami…

Optymistycznie: Fani literatury science-fiction, mają nadzieję na długą egzystencję gatunku ludzkiego, a nawet ucieczkę z matczynej planety i kosmiczną ekspansję. Gdyby człowiek rzeczywiście skolonizował inne światy i nie byłby uzależniony od losu Ziemi, mógłby przetrwać dziesiątki tysięcy lat lub więcej.

Pesymistycznie: Samy wysyłamy sygnały w przestrzeń od zaledwie stu lat. Jeszcze krócej mamy dostęp do prawdziwej broni masowej zagłady – chemicznej, biologicznej i nuklearnej. Nie mamy żadnej gwarancji, że cały śmiercionośny arsenał prędzej czy później nie pójdzie w ruch, przekształcając Ziemię w pustkowie i cofając nasz rozwój o kilkaset lat. A przecież pozostaje jeszcze kwestia katastrof naturalnych, w tym zagrożeń docierających z głębi kosmosu. Średnia istnienia cywilizacji nie powinna być jednak krótsza niż tysiąc lat. 

Wynik

Optymistycznie: 1 x 0.5 x 0.5 x 0.25 x 10000 = 625
Pesymistycznie: 0.10 x 0.01 x 0.01 x 0.1 x 1000 = 0.001

Chciałbym powiedzieć, że prawda leży gdzieś po środku, ale tego nie zrobię. Równanie Drake’a na chwilę obecną stanowi zwykłą popularnonaukową ciekawostkę i nie nosi ze sobą żadnej ścisłej wartości. Rozbieżności w ujęciu pojedynczego czynnika mogą kompletnie wypaczyć wynik. Jeśli założymy, że szansa na zaistnienie samorództwa wynosi jeden na miliard, a na wyewoluowanie inteligentnej formy życia jeszcze mniej – dojdziemy do szybkiego wniosku, że najprawdopodobniej jesteśmy sami. Wystarczy jednak uznać życie za bardzo powszechne i trwałe, aby otrzymać wynik liczony w setkach lub tysiącach cywilizacji. I to tylko w naszej galaktyce!

Dopóki będziemy działać po omacku i bazować na domysłach, każdy wynik jest równie głupi co poprawny. A samo równanie Drake’a wydaje się bezużyteczne tak w rękach profesora astronomii jak przeciętnie zainteresowanego amatora. A jeśli sami chcecie się pobawić równaniem, bez wyciągania kalkulatora – polecam aplikację dostępną na stronie BBC.

Polski Hyperloop – rozmowa z Amadeuszem Batheltem Zwięźle o wenusjańskim fosforowodorze Dokąd zmierzasz grafenie? Rozmowa z Włodzimierzem Strupińskim