Уравнението на Дрейк след 60 години: преосмислено и актуализирано

Нашата малка галактика е захвърлена в покрайнините на Вселената, а нашата звездна система е скромно жълто джудже. Но преди време хората искрено са вярвали, че звездите се въртят около нас, а ние сме единствената разумна форма на живот в центъра на мирозданието. С бурното развитие на научната мисъл става ясно, че подобно стечение на обстоятелствата е изключително малко вероятно. Благодарение на уравнението на Дрейк всеки може още сега с помощта на най-обикновен калкулатор да пресметне броя на разумните цивилизации, които са готови да осъществят контакт с нас. И наистина, достатъчно е в това уравнение да бъдат изчислени само седем параметъра. Разбира се, това не е точна формула, а само начин да се започне дискусия по тази тема.

Отдавна е време да се направи корекция на уравнението на Дрейк от позициите на съвременната наука. Именно това се казва в научната работа на Джон Херц „Уравнението на Дрейк след 60 години: преосмислено и отхвърлено“, която бе публикувана в arXiv.org (arXiv:2105.03984v2) и бе приета за публикуване от списание JBIS.

Да се върнем малко назад в историята: през 1961 година малко след експеримента Ozma се провежда първата конференция по програмата SETI за търсене на извънземен разум (ET). По време на това събитие самият автор на експеримента, астрономът Франк Дрейк предлага на колегите следното емпирично уравнение:

N = R_* • f_p • n_e • f_l • f_i • f_c • L

Днес това уравнение се нарича просто „уравнението на Дрейк“ и може би е една от най-известните формули в историята на науката. Тази формула включва следните параметри:

• N – броят на цивилизациите в нашата галактика, които са готови да осъществят контакт
• R_* – броят звезди или средната скорост на образуване на звездите в нашата галактика
• f_p – делът на звездите с планетни системи
• n_e – средният брой планети, които са подходящи за живот
• f_l – вероятността за възникване на живот на планета с подходящи условия
• f_i – вероятността за възникване на разум на планета, на която съществува живот
• f_{c –} делът на цивилизациите, които искат да осъществят контакт, спрямо общия брой на цивилизациите
• L – времето, за което даден разумен живот съществува, може да влезе в контакт и иска това

Изминаха 60 години от създаването на тази формула и редица учени предлагат да се замислим върху уточнение на това знаменито уравнение. Едно от предложенията е на Джон Херц, един от ръководителите на проекта за търсене на извънземен живот BreakThrough Listen и бивш председател на управлението на институцията SETI в продължение на три мандата.

Херц твърди, че е необходимо да се преразгледа всеки един член на това уравнение. Нека се спрем по-подробно.

Както казахме по-горе, уравнението на Дрейк не е строга формула, а просто прехвърляне на дискусията между учени към математичен език. Уравнението е имало за цел да стимулира научния диалог между участниците в първата в историята SETI конференция.

Оттогава уравнението на Дрейк стана изключително известно и популярно. Но учените не са на едно и също мнение. Някои от тях го превъзнасят като важен принос в научните изследвания, а други го критикуват за неговата очевидна неопределеност и твърдят, че то съдържа само предположения. Критиците подчертават, че при умножаването на неопределени променливи нивото на неопределеността расте пропорционално до такава степен, че е невъзможно да бъдат направени каквито и да било твърди и ясни изводи.

И наистина, ние можем да правим само предположения относно параметрите, които са заложени в тази формула. Така например, вероятността за възникване на живот на планета с подходящи за това условия е прието да се счита за 1. Но каква е вероятността, че животът ще се развие до разумна форма? Различните изследователи дават на този параметър значение от 0,5 до 0,001. Същото важи и с времето на живот на една развита цивилизация: оценките на различните специалисти се различават значително – от 500 до 100 000 години.

Ето защо и резултатът от изчисляването на уравнението на Дрейк се получава различен. Пресмятанията показват, че броят на разумните цивилизации в звездите в зоната на контакт е от 0,000125 до 500. Наистина не може да става дума за някакви точни резултати.

Но през последните десетилетия в астрофизиката бяха направени изключително важни открития, които намалиха нивото на неопределеност при някои променливи от уравнението на Дрейк. Но този факт постави под въпрос полезността на това уравнение.

„Уравнението на Дрейк бе изключително полезна евристика в самото начало на съвременното търсене на извънземен разум в началото на 1960-те години“ – споделя авторът на тази научна работа Джон Херц. „Именно то сформира първата програма по този въпрос. Но след 60 години Уравнението се превърна в една скърцаща и остаряла конструкция, която може би трябва да бъде премахната, за да се отвори път на едно ново и свежо мислене“.

Скоростта на формиране на новите звезди

В своята научна работа Херц е преразгледал всяка една от променливите в равнението на Дрейк и е преценил доколко те са актуални към днешен ден. В самото начало той отхвърлил безполезния параметър R*. Причините са няколко. Първо, скоростта на образуване на новите звезди се променя с течение на времето. Второ, Дрейк е предлагал да се вземат предвид само звездите, които са подобни на Слънцето, но днес знаем че те се срещат много по-рядко в сравнение с другите типове звезди. Трето, има вероятност сигналите на една извънземна цивилизация да могат да идват от друга галактика. Напълно е възможно една развита цивилизация да използва например, квантова комуникация. Ето защо бе счетено, че броят на цивилизациите не е свързан с образуването на нови звезди.

В крайна сметка ученият предлага R* да бъде заменен с n_s – броят на кандидат-звездите в Млечния път. Това е едно много голямо число. Към днешен ден науката счита, че обитаеми могат да бъдат звездите от G-тип, K-тип и M-тип, които са над 80% от всичките звезди в нашата галактика. Има голяма вероятност обитаеми да бъдат и някои считани за мъртви бели джуджета, които са още 10% от всичките звезди в Млечния път.

Почти всички звезди имат планети

Следва параметърът, който показва броят на звездите с планети (f_p), който по времето на Дрейк и бил на практика неизвестен. Но през последните две десетилетия броят на потвърдените екзопланети расте в геометрична прогресия. Към днешен ден са открити 4422 екзопланети, като техният брой се увеличава буквално с всеки изминат ден, благодарение предимно на космическия телескоп Кеплер.

Ако екстраполираме тези открития, с много голяма вероятност можем да предположим, че на практика всички звезди имат планети. Тоест, този параметър на практика не е актуален.

Следващия параметър (n_e) показва броя на подобните на Земята планети в пределите на обитаемата зона на звездата. Както показаха многобройните съвременни изследвания, обикновеното откриване на планета в орбита в пределите на обитаемата зона съвсем не е единственият критерий. Изключително важни са още размерът на планетата, каква е нейната атмосфера, наличието на вода и каква е тектоничната активност.

Също така, определянето на обитаването не се свежда само до планетите. Днес знаем, че живот може да възникне и на някоя от техните луни и като пример можем да посочим Ганимед, Европа, Енцелад, Титан и други. А какво да кажем за Марс и Венера, където вече се знае, че преди време е имало вода и относително стабилна температура. Тук Херц е заменил n_e с  n_tb, показващ общия брой на космическите тела (планети, луни, планетоиди), на които е възможно да има живот както на тяхната повърхност, така и под нея.

Недефинираните параметри

Параметърът f_l (планетите, на които се развива живот) също е безнадеждно неопределен. Учените не знаят дори как е възникнал животът на Земята. Към днешен ден теориите варират от първобитни басейни и хидротермални извори до пренасянето на живота от космоса (литоспермия) и прехвърляне на биологичен материал между звездните системи и галактики (панспермия). Учените нямат единно мнение дали животът е вездесъщ на подходящите планети или всъщност се среща много рядко. Информацията за това е твърде малко.

Съвсем друг много по-особен проблем е вероятността за възникване на разум на планета, на която има живот (f_i). В този случай въпросът се свежда до еволюцията. Ние трябва да решим дали пътят на сапиенса е уникален или типичен. Но всъщност ние си нямаме понятие дали еволюцията е конвергентна (благоприятна за интелекта) или е неконвергентна.

Кой ще поиска да се свърже с нас?

Предпоследният параметър се отнася до дела на разумните видове, които ще пожелаят да осъществят контакт с нас. Очевидно е, че далеч не всички технологично много добре развити цивилизации ще могат или ще искат да влязат в контакт с нас.

Според депресивната хипотеза от станалата изключително популярна книга „Тъмна гора“ на китайският писател Лиу Цъсин, извънземните цивилизации биха осъществявали контакт само с една цел: убийство или унищожение. Изключение е по-хуманният метод на боргите от филма Стар Трек – подчинение и асимилиране. Но тук не са взети предвид две много важни неща.

Първо, не се отчита времето за излъчване на сигнала. Ако този сигнал не се излъчва непрекъснато във всички направления и с висока енергия, то шансовете някой да го приеме са твърде малки.

Ето защо Херц е заменил f_c с f_d, който обхваща много повече неща.

Колко бързо се самоунищожават цивилизациите?

Това е последния параметър L. Още тогава Карл Сейгън е бил на мнение, че от всички параметри този е най-неопределен. Ние просто нямаме възможност да разберем колко дълго може да съществува дадена цивилизация. Някои учени сериозно се съмняват, че човешката цивилизация ще продължи да съществува след само 100 или най-много 200 години.

Други са на мнение, че цивилизациите могат да живеят милиони години след като минат през точката на сингулярността, когато изкуственият интелект ще започне да се развива по собствени закони, които са съвършено неразбираеми за животните и хората.

Новата формула

Като се вземат всички предвид всички тези съображения, уравнението на Дрейк се преобразува в една нова формула, която е съобразена с постиженията на съвременната наука.

N = n_s x f_p x n_tb x f_l x f_i x f_d x L

n_s– броят на звездите в известното ни  космическо пространство

f_p – делът на звездите с планети

n_tb – средният брой планети и други тела в дадена звездна система, които са годни за живот

f_l – вероятността за възникване на разум на планета с живот

f_d – делът на цивилизациите, които е възможно да бъдат открити по някакъв начин

L – времето, в продължение на което дадена цивилизация може да бъде открита

Когато преразгледаме всичките нови параметри, отново остават някои твърде неудобни последствия. Логично е да предположим, че към днешен ден човечеството е единствената технологически развита цивилизация в наблюдаваната от хората Вселена. Изводът е, че точното определяне на всички параметри в уравнението на Дрейк, както е в неговия по-съвременен вариант, може да стане само по един начин – да влезем в контакт с извънземна цивилизация и да получим необходимата информация.