i den 12.episode af Cosmos, der blev sendt den 14. December 1980, introducerede programmets medskaber og vært Carl Sagan tv-seere til astronomen Frank Drakes eponyme ligning. Ved hjælp af det beregnede han det potentielle antal avancerede civilisationer i Mælkevejen, der kunne kontakte os ved hjælp af det udenjordiske ækvivalent med vores moderne radiokommunikationsteknologi. Sagans skøn varierede fra” et ynkeligt par ” til millioner. “Hvis civilisationer ikke altid ødelægger sig selv kort efter at have opdaget radioastronomi, kan himlen muligvis bløde med beskeder fra stjernerne,” sagde Sagan på sin uforlignelige måde.Sagan var pessimistisk over, at civilisationer kunne overleve deres egen teknologiske “ungdomsår”—overgangsperioden, hvor en kulturs udvikling af f.eks. atomkraft, bioengineering eller et utal af andre magtfulde evner let kunne føre til selvudslettelse. På stort set alle andre måder var han optimist om udsigterne for pangalaktisk liv og intelligens. Men det videnskabelige grundlag for hans tro var i bedste fald rystende. Sagan og andre mistænkte fremkomsten af liv på clement-verdener skal være en kosmisk uundgåelighed, fordi geologiske beviser antydede, at det opstod chokerende hurtigt på jorden: for mere end fire milliarder år siden, praktisk talt så snart vores planet var tilstrækkeligt afkølet fra dens brændende dannelse. Og hvis, ligesom på vores verden, liv på andre planeter opstod hurtigt og udviklet sig til at blive stadig mere kompleks over tid, måske intelligens og teknologi, også, kunne være fælles i hele universet.
i de senere år har nogle skeptiske astronomer imidlertid forsøgt at lægge mere empirisk heft bag sådanne udtalelser ved hjælp af en sofistikeret form for analyse kaldet Bayesian statistics. De har fokuseret på to store ukendte: oddsene for liv, der opstår på jordlignende planeter fra abiotiske forhold-en proces kaldet abiogenese—og derfra oddsene for intelligens, der opstår. Selv med sådanne skøn i hånden er astronomer uenige om, hvad de betyder for livet andre steder i kosmos. Denne mangel på konsensus skyldes, at selv den bedste bayesiske analyse kun kan gøre så meget, når hårde beviser for udenjordisk liv og intelligens er tynde på jorden.Drake-ligningen, som astronomen introducerede i 1961, beregner antallet af civilisationer i vores galakse, der kan transmittere—eller modtage—interstellære meddelelser via radiobølger. Det er afhængig af at multiplicere en række faktorer, som hver især kvantificerer et aspekt af vores viden om vores galakse, planeter, liv og intelligens. Disse faktorer inkluderer krup, fraktionen af stjerner med ekstrasolære planeter; ne, antallet af beboelige planeter i et ekstrasolært system; krupl, den brøkdel af beboelige planeter, som livet opstår på; og så videre.”på det tidspunkt skrev Drake ned—eller endda for 25 år siden—kunne næsten enhver af disse faktorer have været dem, der gør livet meget sjældent,” siger Ed Turner, en astrofysiker ved Princeton University. Nu ved vi, at verdener omkring stjerner er normen, og at de, der ligner Jorden i de mest basale termer af størrelse, masse og isolering, også er almindelige. Kort sagt synes der ikke at være nogen mangel på galaktisk fast ejendom, som livet kunne besætte. Men ” en af de største usikkerheder i hele kæden af faktorer er sandsynligheden for, at livet nogensinde ville komme i gang—at du ville gøre det spring fra kemi til liv, selv under passende forhold,” siger Turner.
at ignorere denne usikkerhed kan føre til, at astronomer fremsætter ret dristige påstande. For eksempel kom Tom og Christopher Conselice i sidste måned, begge ved University of Nottingham i England, overskrifter, da de beregnede, at der skulle være mindst 36 intelligente civilisationer i vores galakse, der var i stand til at kommunikere med os. Estimatet var baseret på en antagelse om, at intelligent liv opstår på andre beboelige jordlignende planeter omkring 4,5 milliarder til 5,5 milliarder år efter deres dannelse.
“det er bare en meget specifik og stærk antagelse,” siger astronom David Kipping fra Columbia University. “Jeg kan ikke se noget bevis for, at det er en sikker indsats at lave.”
det er vanskeligt at besvare spørgsmål om sandsynligheden for abiogenese og fremkomsten af intelligens, fordi forskere bare har et enkelt stykke information: livet på jorden. “Vi har ikke engang et fuldt datapunkt,” siger Kipping. “Vi ved ikke, hvornår livet opstod, for eksempel på jorden. Selv det er underlagt usikkerhed.”
endnu et problem med at lave antagelser baseret på det, vi lokalt observerer, er såkaldt selektionsbias. Forestil dig at købe lotteri billetter og ramme jackpotten på dit 100.forsøg. Med rimelighed kan du derefter tildele en 1 procent sandsynlighed for at vinde lotteriet. Denne forkerte konklusion er selvfølgelig en valgforstyrrelse, der opstår, hvis du kun afstemmer vinderne og ingen af fejlene (det vil sige de titusinder af mennesker, der købte billetter, men aldrig vandt lotteriet). Når det kommer til at beregne oddsene for abiogenese, “har vi ikke adgang til fejlene,” siger Kipping. “Så det er derfor, vi er i en meget udfordrende position, når det kommer til dette problem.”
indtast Bayesian analyse. Teknikken bruger Bayes sætning, opkaldt efter Thomas Bayes, en engelsk statistiker og minister fra det 18.århundrede. For at beregne oddsene for en begivenhed, såsom abiogenese, der forekommer, kommer astronomer først med en sandsynlig sandsynlighedsfordeling af det—et bedste gæt, hvis du vil. For eksempel kan man antage, at abiogenese er lige så sandsynligt mellem 100 millioner til 200 millioner år efter, at Jorden blev dannet, som det er mellem 200 millioner til 300 millioner år efter den tid eller enhver anden 100 millioner år gammel del af vores planets historie. Sådanne antagelser kaldes Bayesian priors, og de gøres eksplicitte. Derefter indsamler statistikerne data eller beviser. Endelig kombinerer de det forudgående og beviset for at beregne, hvad der kaldes en posterior Sandsynlighed. I tilfælde af abiogenese ville denne sandsynlighed være oddsene for fremkomsten af liv på en jordlignende planet, givet vores tidligere antagelser og beviser. Den bageste er ikke et enkelt tal, men snarere en sandsynlighedsfordeling, der kvantificerer enhver usikkerhed. Det kan for eksempel vise, at abiogenese bliver mere eller mindre sandsynlig med tiden snarere end at have en ensartet sandsynlighedsfordeling foreslået af den foregående.
i 2012 Turner og hans kollega David Spiegel, derefter ved Institute for Advanced Study i Princeton, N. J., var de første til strengt at anvende Bayesian analyse til abiogenese. I deres tilgang opstår livet på en jordlignende planet omkring en sollignende stjerne først et minimum antal år, tmin, efter verdens dannelse. Hvis livet ikke opstår før en vis maksimal tid, tmaks, så bliver forholdene på planeten, når dens stjerne ældes (og til sidst dør), for fjendtlige til, at abiogenese nogensinde kan forekomme. Mellem Tmin og Tmaks, Turner og Spiegel hensigt var at beregne sandsynligheden for abiogenese.
forskerne arbejdede med et par forskellige tidligere fordelinger for denne sandsynlighed. De antog også, at intelligens tog noget fast tid at dukke op efter abiogenese.
i betragtning af sådanne antagelser var det geofysiske og paleontologiske bevis for livets oprindelse på jorden og hvad evolutionsteorien siger om fremkomsten af intelligent liv, Turner og Spiegel i stand til at beregne forskellige posterior sandsynlighedsfordelinger for abiogenese. Selvom beviset for, at livet optrådte tidligt på jorden, faktisk kan antyde, at abiogenese er ret let, placerede posteriorerne ikke nogen nedre grænse for sandsynligheden. Beregningen ” udelukker ikke meget lave sandsynligheder, hvilket virkelig er en slags sund fornuft med statistikker over en,” siger Turner. På trods af livets hurtige fremkomst på jorden kunne abiogenese ikke desto mindre være en ekstremt sjælden proces.Turner og Spiegels indsats var det “første virkelig alvorlige bayesiske angreb på dette problem”, siger Kipping. “Jeg tror, hvad der var tiltalende, er, at de brød denne standard, naive fortolkning af livets tidlige fremkomst.”
alligevel troede Kipping, at forskernes arbejde ikke var uden dets svagheder, og han har nu forsøgt at rette det med en mere detaljeret bayesisk analyse af sig selv. For eksempel sætter Kipping spørgsmålstegn ved antagelsen om, at intelligens opstod på et bestemt tidspunkt efter abiogenese. Denne forudgående, siger han, kunne være en anden forekomst af selektionsforstyrrelse—en forestilling påvirket af den evolutionære vej, hvormed vores egen intelligens opstod. “I den ånd, der koder for al din uvidenhed, hvorfor ikke bare indrømme, at du heller ikke kender dette nummer?”Kipping siger. “Hvis du forsøger at udlede, hvor lang tid det tager livet at dukke op, så hvorfor ikke bare også gøre intelligens på samme tid?”
dette forslag er præcis, hvad Kipping forsøgte at estimere både sandsynligheden for abiogenese og fremkomsten af intelligens. For en prior valgte han noget kaldet Jeffreys prior, som blev designet af en anden engelsk statistiker og astronom, Harold Jeffreys. Det siges at være maksimalt uinformativt. Fordi Jeffreys prior ikke bager i massive antagelser, lægger det mere vægt på beviserne. Turner og Spiegel havde også forsøgt at finde en uinformativ prior. “Hvis du vil vide, hvad dataene fortæller dig, og ikke hvad du tænkte på det tidligere, så vil du have en uinformativ forudgående,” siger Turner. I deres 2012-analyse beskæftigede forskerne tre priors, hvoraf den ene var den mindst informative, men de manglede at bruge Jeffreys prior, på trods af at de var opmærksomme på det.
i Kipping ‘ s beregning fokuserede den forudgående opmærksomhed på det, han kalder parameterrummets “fire hjørner”: livet er almindeligt, og intelligens er almindeligt; livet er almindeligt, og intelligens er sjældent; livet er sjældent, og intelligens er almindelig; og livet er sjældent, og intelligens er sjældent. Alle fire Hjørner var lige sandsynlige, før Bayesian-analysen begyndte.
Turner er enig i, at brug af Jeffreys prior er et betydeligt fremskridt. “Det er den bedste måde, vi har, virkelig, at bare spørge, hvad dataene forsøger at fortælle dig,” siger han.ved at kombinere Jeffreys prior med det sparsomme bevis for livets fremkomst og intelligens på jorden opnåede Kipping en posterior sandsynlighedsfordeling, som gjorde det muligt for ham at beregne nye odds for de fire hjørner. Han fandt for eksempel, at scenariet “livet er almindeligt, og intelligens er sjældent” er ni gange mere sandsynligt, end både liv og intelligens er sjældne. Og selvom intelligens ikke er sjælden, har Life-is-common scenariet et minimum odds ratio på 9 til 1. Disse odds er ikke den slags, man ville satse huset på, siger Kipping. “Du kan nemt tabe væddemålet.”
alligevel er denne beregning” et positivt tegn på, at livet skal være derude, ” siger han. “Det er i det mindste et antydende antydning om, at livet ikke er en vanskelig proces.”
ikke alle bayesiske statistikere ville være enige. Turner, for en, fortolker resultaterne forskelligt. Ja, Kipping ‘ s analyse antyder, at livets tilsyneladende tidlige ankomst til jorden favoriserer en model, hvor abiogenese er almindelig, med et specifikt oddsforhold på 9:1. Men denne beregning betyder ikke, at modellen er ni gange mere tilbøjelig til at være sand end den, der siger, at abiogenese er sjælden, siger Turner og tilføjer, at Kipping ‘ s fortolkning er “lidt alt for optimistisk.”
ifølge Turner, der bifalder Kipping ‘ s arbejde, vil selv den mest sofistikerede bayesiske analyse stadig give plads til sjældenheden i både liv og intelligens i universet. “Det, vi ved om livet på jorden, udelukker ikke disse muligheder,” siger han.
og det er ikke kun bayesiske statistikere, der kan have et oksekød med Kipping ‘ s fortolkning. Enhver, der er interesseret i spørgsmål om livets oprindelse, ville være skeptisk over for hævdede svar, i betragtning af at en sådan analyse ses for geologisk, geofysisk, paleontologisk, arkæologiske og biologiske beviser for livet på jorden—hvoraf ingen er utvetydige om tidslinjerne for abiogenese og udseendet af intelligens.
“vi kæmper stadig for at definere, hvad vi mener med et levende system,” siger Caleb Scharf, en astronom og astrobiolog ved Columbia. “Det er et glat dyr, hvad angår videnskabelig definition. Det er problematisk at afgive en erklæring, når abiogenese sker—eller endda udsagn om udviklingen af intelligens.”
hvis vi havde strenge definitioner, fortsætter problemerne. “Vi ved ikke, om livet startede, stoppede, genstartede eller ej. Vi ved heller ikke, om livet kun kan konstrueres på en måde eller ej,” siger Scharf. Hvornår blev jorden gæstfri til livet? Og da det gjorde, var de første molekyler af denne” liv “aminosyrer, RNA’ er eller lipidmembraner? Og efter at livet først opstod, blev det snuffet ud af en katastrofal begivenhed tidligt i Jordens historie, kun for at genstarte på en potentielt anderledes måde? “Der er en frygtelig masse usikkerhed,” siger Scharf.
alt dette skitserede bevis gør selv Bayesian analyse vanskelig. Men som en teknik forbliver det den bedst egnede metode til håndtering af flere beviser–siger opdagelsen af tegn på liv, der eksisterede på Mars i fortiden eller inden for en af Jupiters isdækkede, havbærende måner på nuværende tidspunkt.
” i det øjeblik vi har et andet datapunkt at lege med, forudsat at det sker, er måderne til bedst at udnytte de ekstra data. Pludselig krymper usikkerheden dramatisk, ” siger Scharf. “Vi behøver ikke nødvendigvis at undersøge hver stjerne i vores galakse for at finde ud af, hvor sandsynligt det er for et givet sted at have liv. Et eller to flere datapunkter, og pludselig ved vi i det væsentlige universet med hensyn til dets tilbøjelighed til at producere liv eller muligvis intelligens. Og det er ret magtfuldt.”