Според нова теория цивилизациите може да се разпространят много бързо във Вселената

Търсенето на извънземен разум (SETI) винаги е било изпълнено с несигурност. При наличието само на една обитаема планета (Земята) и една технологично напреднала цивилизация (човечеството) учените все още се ограничават до теоретични предположения за това къде биха могли да се намират другите интелигентни форми на живот (и какво биха могли да правят). Шестдесет години по-късно отговорът на известния въпрос на Ферми („Къде са всички?“) остава без отговор. От друга страна, това ни дава много възможности да формулираме най-различни хипотези за възможните места, дейности и признаци на технологии, които могат да бъдат проверени чрез бъдещи наблюдения.

Една от тях е, че растежът на цивилизациите е ограничен от законите на физиката и капацитета на планетарната среда – т.нар. теория на перколацията. В неотдавнашно проучване екип от Университета на Филипините в Лос Банос излиза извън рамките на традиционната теория за перколацията и изследва растежа на цивилизациите в три различни вида вселени (статична, доминирана от тъмна енергия и доминирана от материя). Резултатите от изследването показват, че в зависимост от вида на вселената интелигентният живот разполага с ограничен период от време, за да насели вселената, и вероятно ще се разпространява експоненциално.

Изследването е проведено от Алън Л. Алинеа и Седрикс Джейк К. Джадрин, доцент по физика и преподавател в Института по математически науки и физика към Университета на Филипините в Лос Банос. Предпечатната версия на тяхната статия, озаглавена „Перколация на „цивилизацията“ в хомогенна изотропна вселена„, наскоро се появи онлайн. Като част от изследването си екипът разглежда възможността за интерпретиране на традиционната теория за перколацията в термините на логистичната функция на растежа (LFF), при която темпът на нарастване на населението на глава от населението става все по-малък с приближаването на населението към максимума поради локални ограничения на ресурсите (наречени капацитет на пренос).

Теория на перколацията

Накратко, теорията на перколацията описва поведението на мрежите, когато от тях се премахват възли или връзки, което води до разпадането им на по-малки свързани клъстери. Първото известно приложение на тази теория към парадокса на Ферми може би е направено от Карл Сейгън и Уилям И. Нюман през 1981 г. В статия, озаглавена „Galactic Civilisations: Population Dynamics and Interstellar Diffusion“ (Галактически цивилизации: динамика на населението и междузвездна дифузия), те твърдят, че причината, поради която човечеството не се е сблъскало с извънземни цивилизации (ИЦ), е, че изследването и заселването на междузвездното пространство не е линейно явление.

За разлика от хипотезата на Харт-Типлер, която гласи, че напредналите извънземни отдавна биха колонизирали нашата галактика (и тъй като не могат да бъдат видени, значи не съществуват), Сейгън и Нюман предполагат, че усвояването на междузвездното пространство става подобно на дифузия. Джефри Ландис в статията си от 1993 г. „Парадоксът на Ферми: Подход на теорията на перколацията“ твърди, че законите на физиката поставят ограничения пред разрастването на междузвездното пространство. Според Ландис не бива да се очаква извънземните цивилизации да имат „еднакъв мотив“:

„Тъй като е възможно, при достатъчно голям брой извънземни цивилизации, една или повече от тях задължително биха направили такъв опит, може би с неизвестни за нас мотиви. Колонизацията би отнела изключително много време и би била много скъпа. Разумно е да се предположи, че не всички цивилизации биха се заинтересовали от такъв голям разход, който би се изплатил някъде в много далечното бъдеще. Човешкото общество е съставено от смесица от култури, които изследват и колонизират други територии, понякога изминавайки много големи разстояния, и култури, които нямат интерес да правят това“.

По аналогичен начин професор Адам Франк и колегите му от Nexus for Exoplanet Systems Studies (NExSS) на НАСА през 2019 г. написаха статия, озаглавена „Парадоксът на Ферми и ефектът на Аврора: население, експанзия и стабилно състояние на екзоцивилизацията„. Вдъхновени от романа „Аврора“ на Ким Стенли Робинсън от 2015 г., авторите твърдят, че междузвездното заселване ще става на клъстери, защото не всички потенциално обитаеми планети ще се окажат гостоприемни за даден извънземен вид. Накратко, законите на физиката, биологията и еволюцията поставят ограничения за това колко далеч и колко бързо един вид може да засели нашата галактика.

Решете задачата за T и H

За да опише тези ограничения, изследователският екип разглежда три основни космологични модела на Вселената: статичен, с преобладаваща материя и с преобладаваща тъмна енергия.

Статичната Вселена, първоначално описана от Айнщайн и неговата космологична константа, е безкрайна във времето и пространството и не се разширява, нито свива.

Вселената, доминирана от материята, описва състоянието на Вселената до 9,8 милиарда години след Големия взрив, когато енергийната плътност на материята надхвърля енергийната плътност на излъчването и енергийната плътност на вакуума.

Вселената, доминирана от тъмната енергия, описва последния етап от космическата еволюция, който е започнал преди около 9,8 млрд. години и се характеризира с ускоряване на темпа на разширяване. Екипът разглежда и трите сценария от гледна точка на логистична функция на растежа, за да определи броя на населените с течение на времето планети.

На тази основа бяха изведени два параметъра на изследването: Т – времето, необходимо за населяване на сферичен участък от съвършено хомогенна и изотропна Вселена, и Н – параметърът на Хъбъл, описващ скоростта на космическото разширение – т.нар. закон на Хъбъл или закон на Хъбъл-Леметер.

За една статична Вселена е установено, че заселването се извършва в съответствие със Закона на Хъбъл, подобно на начина, по който протичат нарастването на населението, разпространението на заразните болести и химичните реакции. Както е отбелязано в изследването, тези динамични системи следват общ модел, като започват със сравнително бавен старт поради ограничените източници (в случая обитаеми планети). Но тъй като те продължават да се разширяват и да придобиват нови източници, броят им се увеличава и разпространението се ускорява. Това продължава, докато броят на източниците започне да намалява и/или елементите на системата се изчерпят.

За тяхна изненада екипът открива подобно поведение при разглеждането на Вселената, доминирана от материя и тъмните енергии. Д-р Алинея разказва по електронната поща пред изданието Universe Today:

„Забележително е, че когато самото пространство се разширява, както в доминираната от тъмна енергия и материя Вселена, процесът на заселване все още следва логистична функция на растеж в повечето случаи. Не очаквахме този резултат, тъй като една система с разширяващо се пространство ни се струваше значително по-различна от една статична система. Повечето изследвания на перколацията, които познаваме, се базират на статична мрежа (напр. разпространение на горски пожар, разпространение на болести, разпространение на информация), където обикновено се наблюдава поведение на логистичен растеж. Нашето изследване „разширява“ това поведение до случаи, в които решетката се разширява, какъвто е случаят с нашата Вселена“.

Въпреки това те откриват, че в разширяващата се Вселена има забавяне на темпа на популация в сравнение със статичната Вселена. За Вселена, в която преобладава тъмната енергия, те откриват, че общото време на популацията (Т) варира при достатъчно голяма скорост на разширяване (Н). Според закона на Хъбъл, когато H е достатъчно голяма, някои планети се отдалечават отвъд хоризонта и стават „недостижими“.

Те също така установиха, че когато сферата на Хъбъл (H) е по-малка, връзката между T и H е линейна – с други думи, T е приблизително равна на H (T ~ H). За Вселената, доминирана от материя, откритията показват, че същата зависимост важи, когато H е еднакво малка, но когато H стане по-голяма, зависимостта се променя значително до Т ~ H2. За разлика от Вселената, доминирана от тъмна енергия, Т не расте експоненциално и не достига безкрайност, освен ако H е безкрайно.

Е, все пак къде са всички?

Въз основа на своите констатации изследователският екип стига до заключението, че напредналите цивилизации обикновено следват модел на растеж, който започва бавно, но с течение на времето набира скорост, като в крайна сметка се забавя и спира, когато броят на „достижимите“ планети се изчерпи. Според д-р Алинея „този модел се характеризира с трифазен процес: бавен темп на заселване -> бърз темп на заселване -> бавен темп на заселване“. Остава въпросът: какво означава това за известния въпрос на Ферми? Как този трифазен модел ще ни помогне да прецизираме търсенето на напреднали цивилизации, разпространяващи се из галактиката?

Ето защо екипът стига до заключението, че понастоящем нашата галактика може да се намира в първата фаза, която се характеризира с бавен темп на заселване. Това може да се дължи на факта, че понастоящем само няколко интелигентни и напреднали цивилизации се занимават с междузвездно заселване.

„Тази бавна фаза може да се изостри от големите разстояния между „обитаемите“ планети. Но след като се появи определен брой пътуващи цивилизации, може да навлезем във втората фаза, характеризираща се с бързи темпове на заселване. Ако мине достатъчно време след навлизането в тази фаза, може би най-накрая ще успеем да поздравим извънземните“.

Освен това откритията разглеждат възможността един ден човечеството да се превърне в междузвезден вид, може би като средство за осигуряване на по-нататъшното оцеляване и развитие на нашия вид. Това представлява трудно предизвикателство в една постоянно разширяваща се и ускоряваща се Вселена, доминирана от тъмна енергия.

Така че отговорът на въпроса на Ферми може да се крие във факта, че напредналите цивилизации се намират в ранния, бавен етап на разширяване, който (засега) ни пречи да осъществим контакт. Но с разширяването на сферичния обем на пространството на Хъбъл (H), който бихме могли да заемем, вероятно ще се окажем достатъчно близо до някой друг, за да осъзнаем най-накрая, че не сме сами във Вселената. По подобен начин, макар че тъмната енергия може да ограничи възможностите ни (в рамките на нашата галактика, не повече), достатъчното пространство би ни позволило да продължим да се развиваме и да предотвратим един катаклизъм, който би унищожил целия ни вид.

Кой знае? Може би космическото разширение няма да продължи така, както през последните 4 милиарда години, и Вселената ще се забави и ще достигне до един вид хомеостаза – такава, в каквато Айнщайн предпочиташе да вярва. В такъв случай нашите сфери на Хъбъл биха могли да продължат да се разширяват безкрайно, а космическите цивилизации постоянно биха пресичали пътищата си. Вълнуващи перспективи, нали?