Potraga za vanzemaljskom inteligencijom (SETI) je uvek bila praćena neizvesnošću. Uz samo jednu nastanjivu planetu (Zemlju) i jednu tehnološki naprednu civilizaciju (čovječanstvo) kao primjere, naučnici su još uvijek ograničeni na teoretisanje gdje bi drugi inteligentni oblici života mogli biti (i šta bi mogli da rade).
Šezdeset godina kasnije, odgovor na Fermijevo čuveno pitanje („Gde su svi?“) ostaje bez odgovora.
Sa pozitivne strane, ovo nam pruža mnoge mogućnosti da pretpostavimo moguće lokacije, aktivnosti i tehnosignature koje buduća posmatranja mogu testirati.
Jedna od mogućnosti je da je rast civilizacija ograničen zakonima fizike i nosivosti planetarnog okruženja – aka. Hipoteza teorije perkolacije.
U nedavnoj studiji, tim sa filipinskog univerziteta Los Banos je pogledao dalje od tradicionalne teorije perkolacije kako bi razmotrio kako bi civilizacije mogle rasti u tri različita tipa univerzuma (statična, tamna energija i materija). Njihovi rezultati pokazuju da, u zavisnosti od okvira, inteligentni život ima ograničeno vreme da naseli Univerzum i da će to verovatno činiti eksponencijalno.
Studiju su sproveli Allan L. Alinea i Cedrik Jake C. Jadrin, docent fizike i saradnik u nastavi na Institutu za matematičke nauke i fiziku na filipinskom univerzitetu Los Banos. Preprint njihovog rada, „Prožimanje ‘civilizacije’ u homogenom izotropnom univerzumu“, nedavno se pojavio na internetu.
Za svoju studiju, tim je razmatrao kako se tradicionalna teorija perkolacije može tumačiti u smislu funkcije logističkog rasta (LGF), gde stopa rasta populacije po glavi stanovnika postaje manja kako se veličina populacije približava maksimumu koji nameću ograničenja lokalnih resursa (tzv. nivo zasićenosti).
Ukratko, teorija perkolacije opisuje kako se mreže ponašaju kada se čvorovi ili veze uklone, pri čemu će se razbiti na manje povezane klastere.
Prvi poznati primer primene ove teorije na Fermijev paradoks su možda napravili Karl Sagan i Vilijam I. Njumen 1981. U radu pod naslovom „Galaktičke civilizacije: dinamika stanovništva i međuzvezdana difuzija“, oni su tvrdili da je razlog zašto čovečanstvo nije naišli na vanzemaljske civilizacije (ETC) zato što međuzvezdano istraživanje i naseljavanje nisu linearni fenomeni.
Za razliku od Hart-Tiplerove pretpostavke, koja tvrdi da bi napredni ETC odavno kolonizovali našu galaksiju (dakle, oni ne postoje), Sagan i Nevman su postulirali da je međuzvezdano istraživanje stvar difuzije.
Geoffrey A. Landis je argumentovao ova ista osećanja u svom radu iz 1993. godine, „Fermijev paradoks: pristup zasnovan na teoriji perkolacije“, gde je tvrdio da zakoni fizike nameću ograničenja međuzvezdanom rastu.
Prema Landisu, od vanzemaljskih civilizacija se ne može očekivati „ujednačenost motiva“:
„Pošto je to moguće, s obzirom na dovoljno veliki broj vanzemaljskih civilizacija, jedna ili više njih bi sigurno preduzele da to urade, verovatno iz nama nepoznatih motiva. Kolonizacija će trajati izuzetno dugo i biće veoma skupa.
„Sasvim je razumno pretpostaviti da sve civilizacije neće biti zainteresovane da naprave tako veliki trošak za isplatu daleko u budućnosti. Ljudsko društvo se sastoji od mešavine kultura koje istražuju i kolonizuju, ponekad na izuzetno velikim udaljenostima, i kulture koje nemaju interesa za to.“
Slično tome, prof. Adam Frank i kolege iz NASA-inog Nekusa za nauku o egzoplanetarnim sistemima su 2019. godine napisali rad pod naslovom „Fermijev paradoks i efekat Aurore: naseljavanje egzo-civilizacije, ekspanzija i stabilna stanja“. Inspirisani romanom Aurora iz 2015. godine Kima Stenlija Robinsona, oni su tvrdili da će se međuzvezdano naselje odvijati u klasterima jer sve potencijalno nastanjive planete ne bi bile gostoljubive za vanzemaljske vrste. Ukratko, zakoni fizike, biologije i evolucije nameću ograničenja koliko daleko i brzo neka vrsta može naseliti našu galaksiju.
Da bi ograničio te granice, tim je uzeo u obzir tri glavna kosmološka modela Univerzuma, uključujući statički, u kome dominira materija i dominira tamna energija.
Statički univerzum, kako su ga prvobitno opisali Ajnštajn i njegova kosmološka konstanta, beskonačan je u smislu prostora i vremena i ne širi se niti se skuplja.
Univerzum kojim dominira materija opisuje stanje Univerzuma pre 9,8 milijardi godina nakon Velikog praska, vremena kada je gustina energije materije premašila i gustinu energije zračenja i gustinu energije vakuuma.
Univerzum kojim dominira tamna energija opisuje najnoviju fazu kosmičke evolucije, koja je počela pre otprilike 9,8 milijardi godina i koju karakteriše ubrzana stopa ekspanzije.
Tim je takođe razmotrio sva tri scenarija u smislu funkcije logističkog rasta da bi odredio broj planeta koji se nastanjuju tokom vremena. Iz ovoga, tim je dobio dva parametra svoje studije: T, vreme potrebno da se reši sferni deo idealnog univerzuma koji je i homogen i izotropan, i H, Hablov parametar koji opisuje brzinu kosmičke ekspanzije – tzv. Hablov zakon ili Habl-Lemetrov zakon.
Za statični Univerzum, otkrili su da naselja sledi LGF, slično rastu populacije, širenju zaraznih bolesti i hemijskim reakcijama. Kao što su primetili u svojoj studiji, ovi dinamički sistemi prate opšti obrazac koji počinje relativno sporim startom zbog ograničenih izvora (u ovom slučaju planete pogodne za život).
Ali, kako oni nastavljaju da se šire i dobijaju nove izvore, to povećava broj dostupnih, a širenje se ubrzava. Ovo se nastavlja sve dok broj izvora ne počne da se smanjuje i/ili se elementi sistema ne iscrpe.
Na njihovo iznenađenje, tim je primetio slično ponašanje kada je posmatrao univerzum kojim dominira materija i tamne energije. Kao što je dr Alinea rekla za Universe Todai putem e-pošte.
„Zanimljivo je da kada se sam prostor širi kao u svemirima sa tamnom energijom i materijom, proces naseljavanja, uglavnom, i dalje prati funkciju logističkog rasta. Nismo očekivali ovaj rezultat jer sistem sa širenjem prostora nam se činilo kao znatno drugačije od statičkog sistema.
„Većina studija koje znamo o perkolaciji zasnovana je na statičkoj rešetki (npr. širenje šumskog požara, širenje bolesti, difuzija informacija) gde se obično posmatra logističko ponašanje rasta. Naša studija ‘proširuje’ ovo ponašanje na slučajeve gde rešetka se širi poput našeg sopstvenog Univerzuma.“
Ipak, otkrili su da postoji kašnjenje u širenju Univerzuma u smislu stope naseljavanja u poređenju sa statičnim. Za univerzum kojim dominira tamna energija, otkrili su da je ukupno vreme naseljavanja (T) označeno divergencijom za dovoljno veliku brzinu širenja (H). U skladu sa Hablovim zakonom, kada je H dovoljno velik, neke planete bi se proširile izvan horizonta i postale „nedostupne“.
U suštini, udaljene planete mogu da se povlače brže od brzine svetlosti, što čini malo verovatnim da bi ih civilizacija koja se širila ikada dosegla.
Takođe su otkrili da je u slučajevima kada je Hablova sfera (H) bila manja, odnos između T i H bio linearan – drugim rečima, T je bio otprilike jednak H (T ~ H). Za univerzum kojim dominira materija, njihovi nalazi su pokazali da tamo gde je H slično mali, primenjuje se ista relacija, ali kada je H postao veći, odnos se značajno promenio u T~ H2.
U poređenju sa univerzumom kojim dominira tamna energija, T se nije povećavao eksponencijalno niti dostigao beskonačnost osim ako H nije bio beskonačan. Alinear je rekao:
„Ovo je interesantno jer Univerzum kojim dominira materija takođe karakteriše horizont. To znači da se za planete koje su dovoljno udaljene od referentne planete u ovom Univerzumu, one povlače brzinom većom od svetlosti, što čini da se čini da su nedostižne.
„Međutim, za univerzum kojim dominira materija, u skladu sa Fridmannom jednačinom, dolazeća Hablova sfera se smanjuje umesto da se širi. Jednostavno i neformalno rečeno, te planete daleko od referentne planete u ovom univerzumu (koje se u početku ‘kreću’ brže nego brzina svetlosti) ‘usporavaju’, čineći ih dostupnim, barem u principu.“
Na osnovu svojih rezultata, tim je utvrdio da će napredne civilizacije generalno pratiti trend rasta koji sporo počinje, ali će se vremenom razvijati, na kraju usporavajući i zaustavljajući se kako se iscrpi broj „dostupnih“ planeta.
Kao što je dr Alineal opisao, „Ovaj model je obeležen trofaznim obrascem: spora stopa poravnanja –> brza stopa poravnanja –> spora stopa poravnanja.“
Ostaje pitanje: šta to znači za Fermijevo vremensko pitanje? Kako nam ovaj trofazni obrazac pomaže da poboljšamo potragu za naprednim civilizacijama koje se šire širom galaksije?
Na to, tim zaključuje da bi naša galaksija trenutno mogla biti u fazi I, koju karakteriše spora stopa naseljavanja. To bi moglo biti zato što je samo nekoliko inteligentnih, naprednih civilizacija trenutno uključeno u međuzvezdano naselje.
„Ova spora faza može biti pogoršana velikim udaljenostima između „živih“ planeta. Ali kada se dostigne određeni broj putujućih civilizacija, možemo ući u fazu II, koju karakteriše brza stopa naseljavanja. S obzirom na dovoljno vremena nakon ulaska u ovu fazu, možda ćemo konačno pozdravi vanzemaljce tamo.“
Štaviše, njihovi rezultati se bave mogućnošću da čovečanstvo jednog dana postane međuzvezdana vrsta, možda kao sredstvo za obezbeđivanje kontinuiranog opstanka i razvoja naše vrste. Ovo predstavlja izazov u Univerzumu koji se stalno širi i ubrzava kojim dominira tamna energija. Ali kao što je dr Alineal rezimirao, postoje opcije:
„S obzirom na dovoljno tehnologije da se putuje blizu brzine svetlosti, i dalje je izazovno stići do bilo koje planete u Univerzumu, posebno do udaljenih planeta. Rekavši ovo, postoji sferni deo ovog Univerzuma, sa središtem na našoj lokaciji, čije planete su dostupni, barem u principu, za moguće naseljavanje. Iza ovoga su planete koje se „udaljavaju“ od nas brzinom većom od svetlosne i možda nisu dostupne. Nažalost, ova sfera se smanjuje, pa deo univerzuma koje možemo da nastanimo, iako veliki u ljudskim razmerama, vremenom postaje sve manji i manji“.
„Ako postoji mehanizam da dovede univerzum u stanje u kojem je brzina njegovog širenja ista ili slična onoj u univerzumu kojim dominira materija, onda bismo bili dovoljno srećni da imamo Univerzum koji, u principu, može biti kolonizovan. do bilo koje udaljenosti od nas; to jest, kolonizacija i ljudski uticaj u Univerzumu nisu ograničeni nijednom sferom za razliku od one u svemiru kojim dominira tamna energija.“
Ukratko, odgovor na Fermijevo pitanje može biti da su napredne civilizacije u ranoj, sporoj fazi širenja koja nas je (do sada) sprečavala da uspostavimo kontakt.
Ali kako se sferni volumen Hablovog prostora (H) koji bismo mogli zauzeti širi, veća je verovatnoća da ćemo se dovoljno približiti nečijem da ćemo konačno znati da nismo sami u Univerzumu. Slično tome, dok tamna energija može ograničiti koliko daleko možemo da stignemo (unutar naše galaksije, ne mnogo dalje), dovoljan volumen prostora bi omogućio naš dalji razvoj i mogao bi sprečiti da jedna kataklizmička sudbina preuzme sve naše vrste.
A ko zna? Možda se kosmička ekspanzija neće nastaviti kao u protekle 4 milijarde godina, a Univerzum će usporiti i postići neku vrstu homeostaze – onakvu u koju je Ajnštajn voleo da veruje.
U tom slučaju, naše Hablove sfere mogu nastaviti da se šire u nedogled, i neće nedostajati mešanja među kosmičkim civilizacijama. To stvara neke uzbudljive izglede, zar ne?
