12.jaksossa Cosmos, joka esitettiin 14. joulukuuta 1980, ohjelman toinen luoja ja juontaja Carl Sagan esitteli televisionkatsojille tähtitieteilijä Frank Draken samannimisen yhtälön. Sen avulla hän laski Linnunradan kehittyneiden sivilisaatioiden mahdollisen määrän, – jotka voisivat ottaa meihin yhteyttä-käyttäen maan ulkopuolista vastinetta nykyiselle radioviestintäteknologiallemme. Saganin arvio vaihteli” säälittävästä muutamasta ” miljooniin. ”Jos sivilisaatiot eivät aina tuhoa itseään pian radioastronomian löytämisen jälkeen, taivas saattaa hyräillä pehmeästi tähdistä tulevia viestejä”, Sagan intoili jäljittelemättömällä tavallaan.
Sagan suhtautui pessimistisesti sivilisaatioiden kykyyn selviytyä omasta teknologisesta ”nuoruudestaan”—siirtymäkaudesta, jolloin kulttuurin kehittyminen vaikkapa ydinvoimalla, biotekniikalla tai lukemattomilla muilla voimakkailla kyvyillä voisi helposti johtaa itsetuhoon. Pohjimmiltaan kaikilla muilla tavoilla hän oli optimisti pangalaktisen elämän ja älykkyyden mahdollisuuksista. Hänen uskomustensa tieteellinen perusta oli kuitenkin parhaimmillaankin hatara. Sagan ja muut epäilivät, että elämän syntymisen Klemensin maailmoihin täytyy olla kosminen väistämättömyys, koska Geologiset todisteet viittasivat siihen, että se syntyi järkyttävän nopeasti maan päällä: yli neljä miljardia vuotta sitten, käytännössä heti kun planeettamme oli riittävästi jäähtynyt tulisesta muodostumisestaan. Ja jos, aivan kuten meidän maailmassamme, elämä muillakin planeetoilla ilmaantuisi nopeasti ja kehittyisi yhä monimutkaisemmaksi ajan myötä, ehkä myös äly ja teknologia voisivat olla yleisiä kaikkialla maailmankaikkeudessa.
viime vuosina jotkut skeptiset tähtitieteilijät ovat kuitenkin pyrkineet lisäämään empiirisyyttä tällaisten lausumien taakse käyttämällä hienostunutta Bayesilaiseksi tilastoksi kutsuttua analyysimuotoa. He ovat keskittyneet kahteen suureen tuntemattomaan asiaan: elämän mahdollisuuteen syntyä maan kaltaisilla planeetoilla abioottisista olosuhteista-prosessista nimeltä abiogeneesi—ja siitä älykkyyden todennäköisyyteen. Vaikka tällaisia arvioita on olemassa, tähtitieteilijät ovat eri mieltä siitä, mitä ne merkitsevät elämälle muualla kosmoksessa. Yksimielisyyden puute johtuu siitä, että Parhaallakin Bayesilaisella analyysillä voi saada aikaan vain tietyn määrän asioita, kun kovat todisteet Maan ulkopuolisesta elämästä ja älykkyydestä ovat maan pinnalla hatarat.
Draken yhtälö, jonka tähtitieteilijä esitteli vuonna 1961, laskee galaksissamme niiden sivilisaatioiden määrän, jotka voivat lähettää—tai vastaanottaa—tähtienvälisiä viestejä radioaaltojen välityksellä. Se perustuu kertomalla useita tekijöitä, joista jokainen määrittää jonkin näkökulman tietomme galaksista, planeetoista, elämästä ja älykkyydestä. Näihin tekijöihin lukeutuvat mm. HDP: n osuus tähdistä, joilla on ekstrapolaarisia planeettoja; ne: N, asumiskelpoisten planeettojen määrän ekstrapolaarisessa järjestelmässä; HTL: n, asumiskelpoisten planeettojen murto-osan, jolle elämä syntyy; ja niin edelleen.
”tuolloin Drake kirjoitti ylös—tai jopa 25 vuotta sitten—melkein mikä tahansa niistä tekijöistä olisi voinut olla se, joka tekee elämästä hyvin harvinaista”, sanoo Princetonin yliopiston astrofyysikko Ed Turner. Nyt tiedämme, että maailmat tähtien ympärillä ovat normi, ja että ne, jotka muistuttavat maata kaikkein perus kannalta koko, massa ja insolaatio ovat yleisiä samoin. Lyhyesti sanottuna, ei näytä olevan pulaa galaktisista kiinteistöistä, joita elämä voisi käyttää. Silti” yksi suurimmista epävarmuustekijöistä koko tekijäketjussa on se todennäköisyys, että elämä koskaan alkaisi—että loikkaisi kemiasta elämään, vaikka olosuhteet olisivat sopivat”, Turner sanoo.
tämän epävarmuuden sivuuttaminen voi saada tähtitieteilijät esittämään melko rohkeita väitteitä. Esimerkiksi viime kuussa Tom Westby ja Christopher Conselice, molemmat Nottinghamin yliopistossa Englannissa, nousivat otsikoihin laskiessaan, että galaksissamme pitäisi olla ainakin 36 älykästä sivilisaatiota, jotka pystyvät kommunikoimaan kanssamme. Arvio perustui oletukseen, että älyllistä elämää syntyy muille asuttaville maan kaltaisille planeetoille noin 4,5-5,5 miljardia vuotta niiden muodostumisen jälkeen.
”se on vain hyvin tarkka ja vahva oletus”, sanoo tähtitieteilijä David Kipping Columbian yliopistosta. ”En näe mitään todisteita siitä, että se olisi turvallinen veto tehdä.”
kysymyksiin abiogeneesin todennäköisyydestä ja älykkyyden synnystä vastaaminen on vaikeaa, koska tutkijoilla on vain yksi tieto: elämä maapallolla. ”Meillä ei ole oikeastaan edes yhtä täyttä datapistettä”, Kipping sanoo. ”Emme tiedä, milloin elämä syntyi esimerkiksi maan päälle. Siihenkin liittyy epävarmuutta.”
vielä yksi ongelma olettamusten tekemisessä sen perusteella, mitä paikallisesti havaitsemme, on niin sanottu valintaharha. Kuvittele, että ostat lottokuponkeja ja osut jättipottiin 100.yritykselläsi. Kohtuudella, voit sitten määrittää 1 prosentin todennäköisyys voittaa lotossa. Tämä virheellinen johtopäätös on tietenkin valintaharha, joka syntyy, jos kyselet vain voittajia eikä yhtään epäonnistumista (eli kymmeniä miljoonia ihmisiä, jotka ostivat lippuja, mutta eivät koskaan voittaneet lotossa). Abiogeneesin todennäköisyyttä laskettaessa” meillä ei ole pääsyä epäonnistumisiin”, Kipping sanoo. ”Siksi olemme erittäin haastavassa asemassa, kun se tulee tähän ongelmaan.”
Anna Bayesilainen analyysi. Tekniikassa käytetään Bayesin teoreemaa, joka on nimetty 1700-luvulla eläneen englantilaisen tilastotieteilijän ja ministerin Thomas Bayesin mukaan. Jonkin tapahtuman, kuten abiogeneesin, esiintymistodennäköisyyden laskemiseksi tähtitieteilijät keksivät ensin todennäköisyysjakauman-mikä on paras arvaus. Voidaan esimerkiksi olettaa, että abiogeneesi on yhtä todennäköistä 100-200 miljoonaa vuotta maan syntymisen jälkeen kuin 200-300 miljoonaa vuotta tuon ajan tai minkä tahansa muun planeettamme historian 100-miljoonaisen kappaleen jälkeen. Tällaisia oletuksia kutsutaan Bayesilaisiksi prioreiksi, ja ne esitetään yksiselitteisesti. Sitten tilastotieteilijät keräävät tietoja tai todisteita. Lopuksi he yhdistävät priori-ja todistusaineiston laskemaan niin sanotun posteriorisen todennäköisyyden. Abiogeneesin tapauksessa tämä todennäköisyys olisi todennäköisyys elämän syntymiselle Maan kaltaiselle planeetalle, ottaen huomioon aiemmat oletuksemme ja todisteemme. Posteriori ei ole yksittäinen luku vaan todennäköisyysjakauma, joka kvantifioi mahdollisen epävarmuuden. Se voi osoittaa esimerkiksi, että abiogeneesi tulee enemmän tai vähemmän todennäköiseksi ajan myötä sen sijaan, että sillä olisi edeltäjän ehdottama yhtenäinen todennäköisyysjakauma.
vuonna 2012 Turner ja hänen kollegansa David Spiegel, silloisessa Institute for Advanced Studyssa Princetonissa, N. J., soveltivat ensimmäisinä tiukasti Bayesilaista analyysiä abiogeneesiin. Niiden lähestyessä elämää maan kaltaisella planeetalla auringon kaltaisen tähden ympärillä syntyy vasta jonkin minimimäärän eli tmin jälkeen, kun maailma on muodostunut. Jos elämää ei synny ennen jotain maksimiaikaa, tmax, niin sen tähden vanhetessa (ja lopulta kuoltua) olosuhteet planeetalla muuttuvat liian vihamielisiksi, jotta abiogeneesi voisi koskaan tapahtua. Tmin: n ja tmax: n välillä Turnerin ja Spiegelin tarkoituksena oli laskea abiogeneesin todennäköisyys.
tutkijat käyttivät tätä todennäköisyyttä varten muutamaa erilaista edeltävää jakaumaa. He olettivat myös, että älykkyys vei jonkin verran aikaa ilmestyäkseen abiogeneesin jälkeen.
ottaen huomioon tällaiset oletukset, geofysikaaliset ja paleontologiset todisteet elämän synnystä maan päällä ja mitä evoluutioteoria sanoo älyllisen elämän synnystä, Turner ja Spiegel pystyivät laskemaan erilaisia posteriorisia todennäköisyysjakaumia abiogeneesille. Vaikka todisteet siitä, että elämä ilmaantui varhain maan päälle, voivat todellakin viitata siihen, että abiogeneesi on melko helppoa, posteriorit eivät asettaneet mitään pienempää rajaa todennäköisyydelle. Laskelma” ei sulje pois kovin alhaisia todennäköisyyksiä, mikä on oikeastaan tavallaan maalaisjärkeä yhden tilastoilla”, Turner sanoo. Vaikka elämä ilmaantuu nopeasti maan päälle, abiogeneesi voi kuitenkin olla äärimmäisen harvinainen prosessi.
Turnerin ja Spiegelin yritys oli ”ensimmäinen todella vakava Bayesilainen hyökkäys tätä ongelmaa vastaan”, Kipping sanoo. ”Minusta viehättävää oli se, että he rikkoivat tämän oletusarvon, naiivin tulkinnan elämän varhaisesta synnystä.”
tästä huolimatta kippingin mielestä tutkijoiden työ ei ollut vailla heikkouksiaan, ja hän on nyt pyrkinyt korjaamaan sitä taidokkaammalla Bayesilaisella analyysillään. Kipping kyseenalaistaa esimerkiksi sen oletuksen, että älykkyys syntyi jossain määrätyssä ajassa abiogeneesin jälkeen. Tämä priori, hän sanoo, voisi olla toinen esimerkki valinta vinouma-käsite vaikuttaa evolutionaarinen polku, jonka kautta oma älykkyys syntyi. ”Kun koodaat kaiken tietämättömyytesi, mikset vain myönnä, ettet tiedä sitäkään lukua? Kipping sanoo. ”Jos yrität päätellä, kuinka kauan kestää elämän syntyä, niin miksi ei vain tehdä älykkyyttä samaan aikaan?”
tämä suggestio on juuri sitä, mitä Kipping yritti, arvioimalla sekä abiogeneesin todennäköisyyttä että älykkyyden syntyä. Saarnaajaksi hän valitsi Jeffreys Priorin, jonka suunnitteli toinen englantilainen tilastotieteilijä ja tähtitieteilijä Harold Jeffreys. Sen sanotaan olevan maksimaalisesti epätietoista. Koska Jeffreys priori ei leipo valtavia oletuksia, se asettaa enemmän painoarvoa todisteille. Turner ja Spiegel olivat myös yrittäneet löytää epätietoisen saarnaajan. ”Jos haluaa tietää, mitä data kertoo, eikä sitä, mitä siitä on aiemmin ajatellut, niin silloin halutaan epätietoinen priori”, Turner sanoo. Vuoden 2012 analyysissään tutkijat käyttivät kolmea aikaisempaa tuomiota, joista yksi oli vähiten informatiivinen, mutta he eivät käyttäneet Jeffreys prioria, vaikka olivat tietoisia siitä.
Kippingin laskelmassa tuo edeltäjä kiinnitti huomion siihen, mitä hän kutsuu parametriavaruuden ”neljäksi kulmaksi”: elämä on yleistä ja älykkyys on yleistä; elämä on yleistä ja älykkyys on harvinaista; elämä on harvinaista ja älykkyys on yhteistä; elämä on harvinaista ja älykkyys harvinaista. Kaikki neljä kulmaa olivat yhtä todennäköisiä ennen Bayesilaisen analyysin alkua.
Turner on samaa mieltä siitä, että Jeffreys-Priorin käyttäminen on merkittävä edistysaskel. ”Se on paras tapa, mitä meillä oikeastaan on, vain kysyä, mitä data yrittää kertoa”, hän sanoo.
yhdistämällä Jeffreys prior ja vähäiset todisteet elämän synnystä ja älykkyydestä maapallolla Kipping sai posteriorisen todennäköisyysjakauman, jonka avulla hän pystyi laskemaan uusia kertoimia neljälle kulmalle. Hän havaitsi esimerkiksi, että” elämä on tavallista, ja älykkyys on harvinaista ” – skenaario on yhdeksän kertaa todennäköisempi kuin sekä elämä että älykkyys ovat harvinaisia. Ja vaikka älykkyys ei olisikaan harvinaista, elämä on tavallista-skenaariossa on pienin kerroinsuhde 9: 1. Ne kertoimet eivät ole sellaisia, joiden varaan taloa veikattaisiin, Kipping sanoo. ”Voit helposti hävitä vedon.”
silti tuo laskelma on” positiivinen merkki siitä, että elämän pitäisi olla tuolla jossain”, hän sanoo. ”Se on ainakin vihjaileva vihje siitä, että elämä ei ole vaikea prosessi.”
kaikki Bayesilaiset tilastotieteilijät eivät ole samaa mieltä. Turner tulkitsee tulokset toisin. Kippingin analyysin mukaan elämän näennäinen varhainen saapuminen maan päälle suosii mallia, jossa abiogeneesi on yleistä, ja erityinen kerroinsuhde on 9:1. Mutta tämä laskelma ei tarkoita, että malli olisi yhdeksän kertaa todennäköisemmin totta kuin se, joka sanoo abiogeneesin olevan harvinaista, Turner sanoo lisäten, että Kippingin tulkinta on ”hieman liian optimistinen.”
Kippingin työtä kehuvan Turnerin mukaan hienostuneinkin Bayesilainen analyysi jättää yhä tilaa sekä elämän että älyn harvinaisuudelle maailmankaikkeudessa. ”Se, mitä tiedämme elämästä maan päällä, ei sulje pois näitä mahdollisuuksia”, hän sanoo.
ja Kippingin tulkinnan kanssa voi olla kiistaa muualtakin kuin Bayesilaisista tilastotieteilijöistä. Jokainen, joka on kiinnostunut elämän alkuperää koskevista kysymyksistä, olisi epäileväinen väitettyjen vastausten suhteen, kun otetaan huomioon, että kaikki tällaiset analyysit ovat riippuvaisia geologisista, geofysikaalisista, paleontologisista, arkeologisista ja biologisista todisteista elämästä maan päällä—joista mikään ei ole yksiselitteinen abiogeneesin ja älykkyyden ilmaantumisen aikalinjoista.
”kamppailemme yhä sen määrittelemiseksi, mitä tarkoitamme elävällä järjestelmällä”, sanoo Caleb Scharf, tähtitieteilijä ja astrobiologi Columbiassa. ”Se on tieteellisen määritelmän mukaan liukas peto. Se on ongelmallista lausunnon antamiseksi, kun abiogeneesi tapahtuu-tai jopa lausuntoja älykkyyden kehityksestä.”
Jos meillä olisi tiukat määritelmät, ongelmat jatkuvat. ”Emme tiedä, alkoiko elämä, pysähtyikö se, käynnistyikö se uudelleen. Emme myöskään tiedä, voiko elämää rakentaa vain yhteen suuntaan vai ei, Scharf sanoo. Milloin maasta tuli vieraanvarainen elämää kohtaan? Ja kun se teki, olivat ensimmäiset molekyylit tämän ”elämän” aminohapot, RNA tai lipidikalvot? Ja sen jälkeen kun elämä oli ensimmäisen kerran syntynyt, sammuttiko se jonkin mullistavan tapahtuman takia maapallon historian alkupuolella, vain käynnistyäkseen uudelleen mahdollisesti eri tavalla? ”On hirveän paljon epävarmuutta”, Scharf sanoo.
kaikki tämä summittainen todistusaineisto tekee Bayesilaisenkin analyysin vaikeaksi. Mutta tekniikkana se on edelleen parhaiten soveltuva tapa käsitellä lisää todisteita-sanokaamme, löytämällä merkkejä elämästä Marsissa menneisyydessä tai jossakin Jupiterin jään peittämissä, valtameriä kantavissa kuissa tällä hetkellä.
”se hetki, jolloin meillä on toinen datapiste, jonka kanssa leikkiä, olettaen että näin tapahtuu, ovat tapoja hyödyntää tuo ylimääräinen data parhaiten. Yhtäkkiä epävarmuudet kutistuvat dramaattisesti”, Scharf sanoo. ”Meidän ei välttämättä tarvitse tutkia galaksimme jokaista tähteä selvittääksemme, kuinka todennäköistä on, että jokin tietty paikka säilyttää elämää. Vielä yksi tai kaksi datapistettä, ja yhtäkkiä tiedämme universumista sen taipumuksesta tuottaa elämää tai mahdollisesti älyä. Se on aika voimakasta.”