Dans le 12e épisode de Cosmos, diffusé le 14 décembre 1980, le co-créateur et animateur de l’émission, Carl Sagan, a présenté aux téléspectateurs l’équation éponyme de l’astronome Frank Drake. En l’utilisant, il a calculé le nombre potentiel de civilisations avancées dans la Voie lactée qui pourraient nous contacter en utilisant l’équivalent extraterrestre de notre technologie de radiocommunication moderne. L’estimation de Sagan allait de « quelques pitoyables » à des millions. ”Si les civilisations ne se détruisent pas toujours peu de temps après avoir découvert la radioastronomie, alors le ciel peut fredonner doucement des messages des étoiles », a entonné Sagan à sa manière inimitable.
Sagan était pessimiste quant à la capacité des civilisations à survivre à leur propre « adolescence” technologique — la période de transition où le développement d’une culture, par exemple, de l’énergie nucléaire, de la bioingénierie ou d’une myriade d’autres capacités puissantes, pourrait facilement conduire à l’auto-annihilation. De toutes les autres manières, il était optimiste quant aux perspectives de vie et d’intelligence pangalactiques. Mais la base scientifique de ses croyances était au mieux fragile. Sagan et d’autres soupçonnaient que l’émergence de la vie sur les mondes clément devait être une fatalité cosmique, car des preuves géologiques suggéraient qu’elle était apparue incroyablement rapidement sur Terre: il y a plus de quatre milliards d’années, pratiquement dès que notre planète s’était suffisamment refroidie de sa formation ardente. Et si, tout comme sur notre monde, la vie sur d’autres planètes émergeait rapidement et évoluait pour devenir de plus en plus complexe au fil du temps, peut-être que l’intelligence et la technologie pourraient également être communes dans tout l’univers.
Au cours des dernières années, cependant, certains astronomes sceptiques ont essayé de mettre plus de poids empirique derrière de telles déclarations en utilisant une forme sophistiquée d’analyse appelée statistique bayésienne. Ils se sont concentrés sur deux grandes inconnues: les chances de voir la vie surgir sur des planètes semblables à la Terre à partir de conditions abiotiques – un processus appelé abiogenèse – et, à partir de là, les chances d’émergence de l’intelligence. Même avec de telles estimations en main, les astronomes ne sont pas d’accord sur ce qu’elles signifient pour la vie ailleurs dans le cosmos. Ce manque de consensus est dû au fait que même la meilleure analyse bayésienne ne peut faire autant que lorsque les preuves tangibles de la vie et de l’intelligence extraterrestres sont minces sur le terrain.
L’équation de Drake, que l’astronome a introduite en 1961, calcule le nombre de civilisations dans notre galaxie qui peuvent transmettre — ou recevoir – des messages interstellaires via des ondes radio. Il repose sur la multiplication d’un certain nombre de facteurs, dont chacun quantifie certains aspects de nos connaissances sur notre galaxie, nos planètes, notre vie et notre intelligence. Ces facteurs incluent ƒp, la fraction d’étoiles avec des planètes extrasolaires; ne, le nombre de planètes habitables dans un système extrasolaire; ƒl, la fraction de planètes habitables sur lesquelles la vie émerge; et ainsi de suite.
« À l’époque où Drake a écrit – ou même il y a 25 ans — presque tous ces facteurs auraient pu être ceux qui rendent la vie très rare”, explique Ed Turner, astrophysicien à l’Université de Princeton. Maintenant, nous savons que les mondes autour des étoiles sont la norme, et que ceux qui ressemblent à la Terre dans les termes les plus élémentaires de taille, de masse et d’insolation sont également courants. En bref, il ne semble pas y avoir de pénurie de biens immobiliers galactiques que la vie pourrait occuper. Pourtant, « l’une des plus grandes incertitudes de toute la chaîne de facteurs est la probabilité que la vie commence un jour — que vous fassiez ce saut de la chimie à la vie, même dans des conditions appropriées”, explique Turner.
Ignorer cette incertitude peut conduire les astronomes à faire des affirmations plutôt audacieuses. Par exemple, le mois dernier, Tom Westby et Christopher Conselice, tous deux à l’Université de Nottingham en Angleterre, ont fait les gros titres lorsqu’ils ont calculé qu’il devrait y avoir au moins 36 civilisations intelligentes dans notre galaxie capables de communiquer avec nous. L’estimation était basée sur l’hypothèse que la vie intelligente émerge sur d’autres planètes habitables semblables à la Terre environ 4,5 milliards à 5,5 milliards d’années après leur formation.
« C’est juste une hypothèse très spécifique et forte”, explique l’astronome David Kipping de l’Université Columbia. « Je ne vois aucune preuve que c’est un pari sûr à faire. »
Répondre aux questions sur la probabilité d’abiogenèse et l’émergence de l’intelligence est difficile car les scientifiques n’ont qu’une seule information: la vie sur Terre. ”Nous n’avons même pas vraiment un point de données complet », explique Kipping. « Nous ne savons pas quand la vie est apparue, par exemple, sur la Terre. Même cela est sujet à l’incertitude. »
Un autre problème avec la formulation d’hypothèses basées sur ce que nous observons localement est ce qu’on appelle le biais de sélection. Imaginez acheter des billets de loterie et toucher le jackpot à votre 100e tentative. Raisonnablement, vous pouvez alors attribuer une probabilité de 1% à gagner à la loterie. Cette conclusion incorrecte est, bien sûr, un biais de sélection qui survient si vous ne sondez que les gagnants et aucun des échecs (c’est-à-dire les dizaines de millions de personnes qui ont acheté des billets mais n’ont jamais gagné à la loterie). Lorsqu’il s’agit de calculer les chances d’abiogenèse, « nous n’avons pas accès aux échecs”, explique Kipping. « C’est pourquoi nous sommes dans une position très difficile en ce qui concerne ce problème. »
Entrez l’analyse bayésienne. La technique utilise le théorème de Bayes, nommé d’après Thomas Bayes, un statisticien et ministre anglais du 18ème siècle. Pour calculer les chances qu’un événement, tel que l’abiogenèse, se produise, les astronomes proposent d’abord une distribution de probabilité probable — une meilleure estimation, si vous voulez. Par exemple, on peut supposer que l’abiogenèse est aussi probable entre 100 millions et 200 millions d’années après la formation de la Terre qu’entre 200 millions et 300 millions d’années après cette période ou tout autre morceau de 100 millions d’années de l’histoire de notre planète. De telles hypothèses sont appelées prieurs bayésiens, et elles sont explicitées. Ensuite, les statisticiens collectent des données ou des preuves. Enfin, ils combinent la preuve antérieure et la preuve pour calculer ce qu’on appelle une probabilité postérieure. Dans le cas de l’abiogenèse, cette probabilité serait la probabilité de l’émergence de la vie sur une planète semblable à la Terre, compte tenu de nos hypothèses et preuves antérieures. Le postérieur n’est pas un nombre unique mais plutôt une distribution de probabilité qui quantifie toute incertitude. Il peut montrer, par exemple, que l’abiogenèse devient plus ou moins probable avec le temps plutôt que d’avoir une distribution de probabilité uniforme suggérée par le précédent.
En 2012, Turner et son collègue David Spiegel, alors à l’Institute for Advanced Study de Princeton, New Jersey, ont été les premiers à appliquer rigoureusement l’analyse bayésienne à l’abiogenèse. Dans leur approche, la vie sur une planète semblable à la Terre autour d’une étoile semblable au soleil n’émerge pas avant un nombre minimum d’années, tmin, après la formation de ce monde. Si la vie ne survient pas avant un certain temps maximum, tmax, alors, à mesure que son étoile vieillit (et finit par mourir), les conditions sur la planète deviennent trop hostiles pour que l’abiogenèse se produise. Entre tmin et tmax, l’intention de Turner et Spiegel était de calculer la probabilité d’abiogenèse.
Les chercheurs ont travaillé avec quelques distributions antérieures différentes pour cette probabilité. Ils ont également supposé que l’intelligence prenait un certain temps avant d’apparaître après l’abiogenèse.
Compte tenu de ces hypothèses, des preuves géophysiques et paléontologiques de la genèse de la vie sur Terre et de ce que la théorie de l’évolution dit de l’émergence de la vie intelligente, Turner et Spiegel ont pu calculer différentes distributions de probabilité postérieures pour l’abiogenèse. Bien que la preuve que la vie est apparue tôt sur Terre puisse en effet suggérer que l’abiogenèse est assez facile, les postérieurs n’ont placé aucune limite inférieure sur la probabilité. Le calcul « n’exclut pas de très faibles probabilités, ce qui est vraiment une sorte de bon sens avec les statistiques d’un”, explique Turner. Malgré l’émergence rapide de la vie sur Terre, l’abiogenèse pourrait néanmoins être un processus extrêmement rare.
L’effort de Turner et Spiegel a été la « première attaque bayésienne vraiment sérieuse sur ce problème », dit Kipping. « Je pense que ce qui était attrayant, c’est qu’ils ont brisé cette interprétation naïve et par défaut de l’émergence précoce de la vie. »
Malgré tout, Kipping pensait que le travail des chercheurs n’était pas sans faiblesses, et il a maintenant cherché à le corriger avec une analyse bayésienne plus élaborée. Par exemple, Kipping remet en question l’hypothèse selon laquelle l’intelligence est apparue à un moment fixe après l’abiogenèse. Ce précédent, dit—il, pourrait être un autre exemple de biais de sélection – une notion influencée par la voie évolutive par laquelle notre propre intelligence a émergé. « Dans l’esprit d’encoder toute votre ignorance, pourquoi ne pas simplement admettre que vous ne connaissez pas non plus ce nombre? » Dit Kipping. « Si vous essayez de déduire combien de temps il faut à la vie pour émerger, alors pourquoi ne pas simplement faire de l’intelligence en même temps? »
Cette suggestion est exactement ce que Kipping a tenté, estimant à la fois la probabilité d’abiogenèse et l’émergence de l’intelligence. Pour un prieur, il a choisi quelque chose appelé le prieur Jeffreys, qui a été conçu par un autre statisticien et astronome anglais, Harold Jeffreys. On dit qu’il est au maximum non informatif. Parce que le prieur Jeffreys ne fait pas de suppositions massives, cela pèse davantage sur les preuves. Turner et Spiegel avaient également essayé de trouver un précédent non informatif. « Si vous voulez savoir ce que les données vous disent et non ce que vous en pensiez auparavant, vous voulez un préalable non informatif”, explique Turner. Dans leur analyse de 2012, les chercheurs ont utilisé trois prior, dont l’un était le moins informatif, mais ils n’ont pas utilisé Jeffreys prior, bien qu’ils en soient conscients.
Dans le calcul de Kipping, cette attention préalable s’est concentrée sur ce qu’il appelle les « quatre coins” de l’espace des paramètres: la vie est commune et l’intelligence est commune; la vie est commune et l’intelligence est rare; la vie est rare et l’intelligence est commune; et la vie est rare, et l’intelligence est rare. Les quatre coins étaient également probables avant le début de l’analyse bayésienne.
Turner convient que l’utilisation du Jeffreys prior est une avancée significative. ”C’est vraiment la meilleure façon de demander ce que les données essaient de vous dire », dit-il.
En combinant le prior de Jeffreys avec les rares preuves de l’émergence et de l’intelligence de la vie sur Terre, Kipping a obtenu une distribution de probabilité postérieure, ce qui lui a permis de calculer de nouvelles cotes pour les quatre coins. Il a constaté, par exemple, que le scénario « la vie est commune, et l’intelligence est rare” est neuf fois plus probable que la vie et l’intelligence soient rares. Et même si l’intelligence n’est pas rare, le scénario life-is-common a un rapport de cotes minimum de 9 à 1. Ces chances ne sont pas le genre sur lequel on parierait la maison, dit Kipping. « Vous pourriez facilement perdre le pari. »
Pourtant, ce calcul est « un signe positif que la vie devrait être là-bas », dit-il. « C’est, au moins, un indice suggestif que la vie n’est pas un processus difficile. »
Tous les statisticiens bayésiens ne seraient pas d’accord. Turner, pour sa part, interprète les résultats différemment. Oui, l’analyse de Kipping suggère que l’arrivée précoce apparente de la vie sur Terre favorise un modèle dans lequel l’abiogenèse est commune, avec un rapport de cotes spécifique de 9: 1. Mais ce calcul ne signifie pas que le modèle est neuf fois plus susceptible d’être vrai que celui qui dit que l’abiogenèse est rare, dit Turner, ajoutant que l’interprétation de Kipping est « un peu trop optimiste. »
Selon Turner, qui applaudit le travail de Kipping, même l’analyse bayésienne la plus sophistiquée laissera encore de la place à la rareté de la vie et de l’intelligence dans l’univers. ”Ce que nous savons de la vie sur Terre n’exclut pas ces possibilités », dit-il.
Et il n’y a pas que les statisticiens bayésiens qui peuvent avoir un boeuf avec l’interprétation de Kipping. Toute personne intéressée par des questions sur l’origine de la vie serait sceptique quant aux réponses revendiquées, étant donné que toute analyse de ce type est imputable à des preuves géologiques, géophysiques, paléontologiques, archéologiques et biologiques de la vie sur Terre — dont aucune n’est sans équivoque sur les délais de l’abiogenèse et l’apparition de l’intelligence.
« Nous avons encore du mal à définir ce que nous entendons par un système vivant ”, explique Caleb Scharf, astronome et astrobiologiste à Columbia. « C’est une bête glissante, en termes de définition scientifique. C’est problématique pour faire une déclaration lorsque l’abiogenèse se produit — ou même des déclarations sur l’évolution de l’intelligence. »
Si nous avions des définitions rigoureuses, des problèmes persistent. « Nous ne savons pas si la vie a démarré, s’est arrêtée, a redémarré. Nous ne savons pas non plus si la vie ne peut être construite que dans un sens ou non ”, explique Scharf. Quand la Terre est-elle devenue hospitalière pour la vie ? Et quand c’est arrivé, les premières molécules de cette « vie” étaient-elles des acides aminés, des ARN ou des membranes lipidiques? Et après la naissance de la vie, a-t-elle été étouffée par un événement cataclysmique au début de l’histoire de la Terre, pour redémarrer d’une manière potentiellement différente? ” Il y a énormément d’incertitude « , dit Scharf.
Toutes ces preuves sommaires rendent même l’analyse bayésienne difficile. Mais en tant que technique, cela reste la méthode la mieux adaptée pour gérer plus de preuves – disons, la découverte de signes de vie existant sur Mars dans le passé ou dans l’une des lunes océaniques recouvertes de glace de Jupiter à l’heure actuelle.
« Le moment où nous avons un autre point de données avec lequel jouer, en supposant que cela se produise, sont les moyens d’utiliser au mieux ces données supplémentaires. Soudain, les incertitudes diminuent considérablement « , explique Scharf. « Nous n’avons pas nécessairement à sonder toutes les étoiles de notre galaxie pour déterminer la probabilité qu’il y ait de la vie dans un endroit donné. Un ou deux points de données supplémentaires, et tout à coup, nous connaissons essentiellement l’univers en termes de propension à produire de la vie ou éventuellement de l’intelligence. Et c’est assez puissant.”