In recente jaren, de explosieve aard van de ontdekking van exoplaneten (meer dan 4, 164 tot nu toe bevestigd) heeft geleid tot hernieuwde belangstelling voor de tijdloze vraag:"Zijn we alleen in het universum?" Of, zoals de beroemde Italiaanse natuurkundige Enrico Fermi het uitdrukte, "Waar is iedereen?" Met zoveel planeten om uit te kiezen en de snelheid waarmee onze instrumenten en methoden verbeteren, de zoektocht naar leven buiten de aarde komt echt in een hogere versnelling.

Tegelijkertijd, deze ontdekkingen hebben veel nieuwe studies geïnspireerd met betrekking tot de voortdurende zoektocht naar buitenaardse intelligentie (SETI). Dit omvat de Alien Civilization Calculator, dat is het geesteskind van natuurkundigen Steven Woodling en Dominick Czernia. Geïnspireerd door recente pogingen om de statistische waarschijnlijkheid van geavanceerd leven in onze melkweg aan te pakken, ze bieden een wiskundig hulpmiddel dat de cijfers voor je kan kraken.

Maar eerst, een snelle opfrissing lijkt op zijn plaats. De eerste "calculator" voor het bepalen van het aantal buitenaardse intelligenties (ETI's) in onze melkweg op een bepaald moment is gemaakt door de Amerikaanse natuurkundige en SETI-onderzoeker Dr. Frank Drake. Tijdens een bijeenkomst in het Observatorium van de Groene Bank in 1961, Drake heeft een vergelijking opgesteld die de kansen op het vinden van ETI's in onze melkweg samenvat.

Voortaan bekend als de Drake-vergelijking, dit probabilistische argument wordt wiskundig als volgt uitgedrukt:

• N is het aantal beschavingen waarmee we kunnen communiceren
• R* is de gemiddelde snelheid van stervorming in onze melkweg
• fp is de fractie van die sterren die planeten hebben
• ne is het aantal planeten dat leven kan ondersteunen
• fl is het aantal planeten dat leven zal ontwikkelen
• fi is het aantal planeten dat intelligent leven zal ontwikkelen
• fc is het aantal beschavingen dat transmissietechnologieën zou ontwikkelen
• L is de tijd die deze beschavingen nodig hebben om hun signalen naar de ruimte te zenden

Hoewel deze vergelijking bedoeld was om het debat over de waarschijnlijkheid van ETI's te stimuleren, het was ook belangrijk vanwege de fundamentele implicaties ervan. Zelfs als men alle variabelen conservatief behandelt, ze krijgen nog steeds een N-resultaat in de tientallen of de honderden. In principe, zelfs als het leven zeer zeldzaam is in onze melkweg, er zouden op zijn minst een paar beschavingen moeten zijn waarmee we contact kunnen maken.

Door de jaren heen, de Drake-vergelijking heeft behoorlijk wat kritiek gekregen en er zijn veel pogingen gedaan om deze te verfijnen. Bijvoorbeeld, in een recente krant die verscheen in de Astrofysisch tijdschrift , astrofysica Tom Westby en Christopher J. Conselice van de Universiteit van Nottingham creëerden hun eigen probabilistische argument op basis van het Astrobiologische Copernicaanse Principe.

Simpel gezegd, dit principe (wanneer toegepast op het bestaan ​​van leven in ons universum) stelt dat in plaats van ander bewijs, men mag nooit aannemen dat de mensheid speciaal of uniek is. Wanneer toegepast op de vraag of de mensheid al dan niet alleen is in het universum, Wetsby en Conselice waren in staat om een ​​moderne versie van de Drake-vergelijking te produceren. wiskundig, het kan worden uitgedrukt als:

N =N _* * F _L * F _HZ * F _m * (L/T')

• N is het aantal beschavingen waarmee we kunnen communiceren
• N* is het totale aantal sterren in de melkweg
• fL is het percentage van die sterren die minstens 5 miljard jaar oud zijn
• fHZ is het percentage van die sterren dat een geschikte planeet herbergt om leven te ondersteunen
• fM is het percentage van die sterren met voldoende metalliciteit, waardoor geavanceerde biologie en een geavanceerde beschaving mogelijk zijn
• L is de gemiddelde levensduur van een geavanceerde beschaving
• t' is de gemiddelde hoeveelheid tijd die het leven nodig heeft om zich te ontwikkelen

Gecombineerd met de nieuwste astrofysische gegevens over deze waarden, ze kwamen met een gemiddelde schatting van 36 beschavingen. Deze onderzoekspaper inspireerde Wooding en Czernia om hun Alien Civilizations Calculator (ACC) te maken, een hulpmiddel waarmee mensen hun berekeningen kunnen maken met behulp van de Drake-vergelijking of het astrobiologische copernicaanse principe, maar dan op een interactieve manier.

Naast lid te zijn van het Institute of Physics (IOP) in het VK, Wooding levert regelmatig bijdragen aan The Omni Calculator Project, een kleine gemeenschap bestaande uit professionals die wetenschap toegankelijk willen maken.

Hier ontmoette hij Czernia, een jonge moleculair fysicus die momenteel zijn Ph.D. met het Instituut voor Kernfysica in Polen. Wooding legde via e-mail uit aan Universe Today:"Als een interactieve en leuke manier om het publiek te betrekken bij de wetenschap van deze fundamentele vraag 'Zijn we alleen in het universum?, ' Met de rekenmachine kunnen mensen gemakkelijk zien welke invoer in zo'n model gaat en zien hoe het veranderen van de waarden het resultaat beïnvloedt - interactiever dan het lezen van een wetenschappelijk artikel, wat de overgrote meerderheid niet zal doen."

Degenen die de ACC willen gebruiken, moeten eerst het model selecteren dat ze willen gebruiken, vul vervolgens alle velden in de sectie modelaannames in. Sommige standaardwaarden worden gegeven op basis van wat wetenschappers statistisch het meest waarschijnlijk achten, maar gebruikers zijn vrij om de gewenste waarden in te voeren. Van dit, ze zullen zien hoeveel intelligente beschavingen hun model en waarden voorspellen.

Het Astrobiologische Copernicaanse Principe wordt aanbevolen omdat dit het meest recente model is, en kan worden aangepast om een ​​zwakke, matig of sterk scenario. Met andere woorden, gebruikers kunnen aanpassen hoe streng de voorwaarden zijn voor de vorming van buitenaards leven. Echter, gebruikers worden aangemoedigd om zowel deze als de Drake-vergelijking te gebruiken om te zien hoe dit hun resultaten beïnvloedt.

Een ander voordeel van het Copernicaanse Principe-model is dat het gebruikers in staat stelt te zien hoe lang het zou duren om de dichtstbijzijnde buitenaardse buur te bereiken. Wooding zegt, "[Gebruikers] moeten beginnen met het verkennen van de drie modelscenario's en zien hoe de input en resultaten veranderen. Het sterke scenario is zeer beperkend en volgt nauwgezet hoe het leven zich op aarde heeft ontwikkeld. Het zwakke scenario heeft meer ontspannen aannames en leidt tot een groter aantal van buitenaardse beschavingen. Dan kun je je eigen waarden in de rekenmachine zetten om te zien hoe de resultaten veranderen - geweldig voor leunstoelastrobiologen."

Zodra gebruikers dat hebben gedaan, ze kunnen de ruimtevaartcalculator gebruiken om te zien hoe lang het zou duren om de dichtstbijzijnde buitenaardse beschavingen in onze melkweg te ontmoeten. Deze rekenmachine is ook gemaakt door Czernia en vertrouwt op dezelfde manier op gebruikersvariabelen zoals de massa van ruimtevaartuigen, versnellings- en natuurkundige modellen van het universum (Einsteiniaans of Newtoniaans).

Voor de lol, laten we aannemen dat de ACC ons vertelde dat er mogelijk honderden beschavingen in onze melkweg waren en dat de dichtstbijzijnde zich op ongeveer 159 lichtjaar afstand bevindt (met behulp van exoplaneet HD 42936 Ab als referentie). Laten we ook aannemen dat we een schip hadden dat qua massa vergelijkbaar is met het ISS (420 ton, 463 U.S. ton) en dat het 1 g (9,8 m/s) kon versnellen tot we 99% van de lichtsnelheid bereikten.

Op basis van deze variabelen, de Space Travel Calculator vertelt ons dat het 161,4 jaar zou duren om de dichtstbijzijnde ETI te bereiken, hoewel er slechts 10 jaar zouden verstrijken voor de bemanning (aangezien we Einsteiniaanse fysica gebruiken). Blijkbaar, het schip zou ook ongeveer 11,66 miljoen metrische ton (12,85 miljoen Amerikaanse ton) brandstofmassa nodig hebben om de reis te maken. Dus ja, die missie zal niet snel plaatsvinden. Maar het was een leuke oefening die ik ten zeerste aanbeveel.

Om eerlijk te zijn, zowel de Drake-vergelijking als het astrobiologische copernicaanse principe hebben hun beperkingen. Bijvoorbeeld, we hebben veel geleerd sinds Drake voor het eerst zijn beroemde vergelijking over de eerste vier variabelen voorstelde. Veel hiervan is te wijten aan de recente golf van ontdekkingen van exoplaneten, die astronomen een goed idee hebben gegeven van hoeveel sterren planeten hebben, en hoe vaak ze in de bewoonbare zone van een ster draaien.

evenzo, het Astriobiologische Copernicaanse Principe is onderhevig aan veel onzekerheid. In de studie van Westby en Conselice, ze gingen ervan uit dat een aarde-achtige planeet uiteindelijk leven zou vormen. In aanvulling, algemeen wordt aangenomen dat, aangezien de moderne mens pas rond 200 is ontstaan, 000 jaar geleden (terwijl planeet Aarde meer dan 4,5 miljard jaar oud is), dat SETI alleen naar sterren zou moeten kijken die 4,5 miljard jaar of ouder zijn.

Uiteindelijk, voorspellen hoeveel buitenaardse beschavingen er zijn, zal veel onzekerheid met zich meebrengen. Na verloop van tijd, en de instrumenten die we gebruiken om SETI-onderzoek uit te voeren, verbeteren, astronomen zullen meer te weten komen over deze variabelen. Van dit, we kunnen verwachten dat schattingen van het waarschijnlijke aantal ETI's in onze melkweg strenger worden beperkt.

Zoals Wooding aangaf, Er moeten enkele belangrijke ontwikkelingen plaatsvinden voordat we de vraag "Zijn we alleen?" kunnen beantwoorden. met enig vertrouwen:

"Misschien in de toekomst, naarmate er meer ontdekkingen worden gedaan over de sterren en planeten in de Melkweg, je zou terug kunnen gaan naar de rekenmachine en zien hoe ze het aantal mogelijke buitenaardse beschavingen beïnvloeden.

"We zullen beter worden in het detecteren van aardachtige planeten in de bewoonbare zone en zelfs in staat zijn om te detecteren wat zich in hun atmosfeer bevindt (als ze die hebben). Dit kan leiden tot een meer gerichte SETI-zoekopdracht, wat onze kansen zou moeten vergroten. Ik heb altijd gedacht aan het bouwen van een radiotelescoop aan de donkere kant van de maan als een geweldig idee om weg te komen van het radioruis van de aarde, waardoor we onze gevoeligheid voor buitenaardse uitzendingen kunnen vergroten."

Uiteindelijk, we zullen niet zeker weten hoe waarschijnlijk buitenaards leven en beschavingen zijn totdat we bewijs vinden. Maar het mooie is dat de Fermi Paradox ("Waar is iedereen?") maar één keer hoeft te worden opgelost. Ondertussen, het zoeken naar ETI's zal doorgaan, en enorm zullen profiteren van instrumenten van de volgende generatie, zoals de James Webb en Nancy Grace Roman ruimtetelescopen, en methoden die beschikbaar komen.

Tegelijkertijd, waarschijnlijkheidsstudies en probabilistische argumenten zullen ons helpen de zoekparameters te verfijnen. Als ze er zijn, we zijn er zeker van dat we ze uiteindelijk zullen vinden (vingers gekruist). Ook, bekijk zeker ook de andere interessante tools die Omni Calculator te bieden heeft, waaronder astrofysica, kwantumfysica, en andere wetenschappelijke rekenmachines.