a 12. Epizód Cosmos, amely adásba december 14-én, 1980, a program társ-alkotója és házigazdája Carl Sagan bevezetett televíziós nézők csillagász Frank Drake névadó egyenlet. Ennek felhasználásával kiszámította a Tejút fejlett civilizációinak potenciális számát, amelyek kapcsolatba léphetnek velünk a modern rádió-kommunikációs technológiánk földönkívüli megfelelőjével. Sagan becslése a “szánalmas néhány” – tól a milliókig terjedt. “Ha a civilizációk nem mindig pusztítják el magukat röviddel a rádiócsillagászat felfedezése után, akkor az ég halkan zümmöghet a csillagok üzeneteivel” – intonálta utánozhatatlan módon Sagan.
Sagan pesszimista volt azzal kapcsolatban, hogy a civilizációk képesek túlélni saját technológiai “serdülőkorukat”—az átmeneti időszakot, amikor egy kultúra fejlődése, mondjuk, az atomenergia, a biomérnöki vagy számtalan más erőteljes képesség könnyen önpusztuláshoz vezethet. Lényegében minden más szempontból optimista volt a pangalaktikus élet és intelligencia kilátásaival kapcsolatban. De meggyőződésének tudományos alapja a legjobb esetben remegő volt. Sagan és mások azt gyanították, hogy az élet Kelemen-világokon való megjelenése mindenségrendi elkerülhetetlen, mert a geológiai bizonyítékok azt sugallták, hogy megdöbbentően gyorsan keletkezett a Földön: több mint négymilliárd évvel ezelőtt, gyakorlatilag akkor, amikor bolygónk kellően lehűlt tüzes képződményéből. És ha, akárcsak a mi világunkban, az élet más bolygókon is gyorsan felbukkan, és idővel egyre összetettebbé válik, talán az intelligencia és a technológia is közös lehet az egész univerzumban.
az utóbbi években azonban néhány szkeptikus csillagász megpróbált empirikusabbat tenni az ilyen kijelentések mögött egy kifinomult elemzési forma, az úgynevezett bayesi statisztika segítségével. Két nagy ismeretlenre összpontosítottak: az élet esélyeire a Föld-szerű bolygókon abiotikus körülmények miatt – az abiogenezisnek nevezett folyamat -, és onnan az intelligencia kialakulásának esélyeire. Még az ilyen becslések mellett is, a csillagászok nem értenek egyet abban, hogy mit jelentenek a kozmosz másutt az életre. A konszenzus hiánya azért van, mert még a legjobb bayesi elemzés is csak akkor képes erre, ha a földön kívüli életre és intelligenciára vonatkozó szilárd bizonyítékok vékonyak a földön.
A Drake—egyenlet, amelyet a csillagász 1961—ben vezetett be, kiszámítja galaxisunkban azon civilizációk számát, amelyek rádióhullámokon keresztül képesek csillagközi üzeneteket továbbítani vagy fogadni. Számos tényező szorzásán alapul, amelyek mindegyike számszerűsíti a galaxisunkról, bolygóinkról, életünkről és intelligenciánkról szóló ismereteink bizonyos aspektusait. Ezek a tényezők közé tartozik a következők: a Naprendszeren kívüli bolygókkal rendelkező csillagok hányada; ne, a Naprendszeren kívüli lakható bolygók száma; a lakható bolygók hányada, amelyeken az élet megjelenik; stb.”abban az időben, amikor Drake leírta—vagy akár 25 évvel ezelőtt—szinte bármelyik tényező lehetett az, ami nagyon ritkává tette az életet” – mondja Ed Turner, a Princeton Egyetem asztrofizikusa. Most már tudjuk, hogy a csillagok körüli világok a normálisak, és hogy azok, amelyek a legalapvetőbb méret, tömeg és insoláció szempontjából hasonlóak a Földhöz, szintén gyakoriak. Röviden, úgy tűnik, hogy nincs hiány a Galaktikus ingatlanokban, amelyeket az élet elfoglalhat. Mégis ” az egyik legnagyobb bizonytalanság a tényezők egész láncolatában annak a valószínűsége, hogy az élet valaha is elindul—hogy ezt az ugrást a kémiából az életbe, még megfelelő körülmények között is,” – mondja Turner.
ennek a bizonytalanságnak a figyelmen kívül hagyása arra késztetheti a csillagászokat, hogy meglehetősen merész állításokat tegyenek. Például a múlt hónapban Tom Westby és Christopher Conselice, mindketten az angliai Nottinghami Egyetemen, címlapokra kerültek, amikor kiszámították, hogy galaxisunkban legalább 36 intelligens civilizációnak kell lennie, amelyek képesek kommunikálni velünk. A becslés azon a feltételezésen alapult, hogy az intelligens élet más lakható Föld-szerű bolygókon kialakulásuk után körülbelül 4,5-5,5 milliárd évvel jelenik meg.”ez csak egy nagyon konkrét és erős feltételezés” – mondja David Kipping, a Columbia Egyetem csillagásza. “Nem látok semmilyen bizonyítékot arra, hogy ez biztonságos fogadás lenne.”
az abiogenezis valószínűségével és az intelligencia megjelenésével kapcsolatos kérdések megválaszolása nehéz, mert a tudósoknak csak egyetlen információjuk van: az élet a Földön. “Még egy teljes adatpontunk sincs” – mondja Kipping. “Nem tudjuk, mikor jött létre az élet, például a Földön. Még ez is bizonytalanságnak van kitéve.”
még egy probléma a feltételezések alapján, amit helyileg megfigyelünk, az úgynevezett szelekciós torzítás. Képzelje el, hogy lottószelvényeket vásárol, és eléri a jackpotot a 100.kísérletén. Ésszerűen, ezután hozzárendelhet egy 1 százalékos valószínűség a lottó megnyeréséhez. Ez a helytelen következtetés természetesen szelekciós elfogultság, amely akkor merül fel, ha csak a nyerteseket és a kudarcok egyikét sem kérdezzük meg (vagyis az a tízmillió ember, aki jegyet vásárolt, de soha nem nyert a lottón). Az abiogenezis esélyeinek kiszámításakor “nincs hozzáférésünk a kudarcokhoz” – mondja Kipping. “Ezért vagyunk nagy kihívást jelentő helyzetben, amikor erről a problémáról van szó.”
írja be a Bayes-elemzést. A technika Bayes tételét használja, amelyet Thomas Bayesről, egy 18. századi angol statisztikusról és miniszterről neveztek el. Bizonyos események, például az abiogenezis előfordulásának esélyeinek kiszámításához a csillagászok először kitalálják annak valószínű valószínűségi eloszlását—ez a legjobb tipp, ha akarod. Például feltételezhetjük, hogy az abiogenezis ugyanolyan valószínű a Föld kialakulása után 100-200 millió évvel, mint 200-300 millió évvel azután, vagy bolygónk történelmének bármely más 100 millió éves darabja. Az ilyen feltételezéseket Bayes-I prior-oknak nevezzük, és ezek egyértelműek. Ezután a statisztikusok adatokat vagy bizonyítékokat gyűjtenek. Végül egyesítik a priort és a bizonyítékot, hogy kiszámítsák az úgynevezett posterior valószínűséget. Az abiogenezis esetében ez a valószínűség lenne az esélye annak, hogy egy Föld-szerű bolygón megjelenik az élet, figyelembe véve a korábbi feltételezéseinket és bizonyítékainkat. A hátsó nem egyetlen szám, hanem valószínűségi eloszlás, amely számszerűsíti a bizonytalanságot. Megmutathatja például, hogy az abiogenezis idővel többé-kevésbé valószínűvé válik, nem pedig a prior által javasolt egységes valószínűségi eloszlással.
2012-ben Turner és kollégája, David Spiegel, majd az Institute for Advanced Study Princeton, N. J. voltak az elsők, akik szigorúan alkalmazzák a Bayes-analízist az abiogenezisre. Megközelítésükben az élet egy földszerű bolygón egy napszerű csillag körül csak néhány év múlva jelenik meg, tmin, a világ kialakulása után. Ha az élet nem jön létre egy bizonyos maximális idő előtt, a Tmax, akkor, ahogy a csillag öregszik (és végül meghal), a bolygó körülményei túl ellenségessé válnak ahhoz, hogy az abiogenezis valaha is bekövetkezzen. A tmin és a Tmax között Turner és Spiegel célja az abiogenezis valószínűségének kiszámítása volt.
a kutatók néhány különböző korábbi eloszlással dolgoztak erre a valószínűségre. Azt is feltételezték, hogy az intelligencia bizonyos ideig tartott az abiogenezis után.
mivel ezek a feltételezések, a geofizikai és paleontológiai bizonyítékok az élet keletkezéséről a földön, és amit az evolúciós elmélet mond az intelligens élet megjelenéséről, Turner és Spiegel képesek voltak kiszámítani az abiogenezis különböző hátsó valószínűségi eloszlásait. Bár a bizonyíték arra, hogy az élet korán megjelent a Földön, valóban azt sugallhatja, hogy az abiogenezis meglehetősen könnyű, a poszteriek nem helyeztek alacsonyabb korlátot a valószínűségre. A számítás” nem zárja ki a nagyon alacsony valószínűségeket, ami valóban egyfajta józan ész az egyik statisztikájával ” – mondja Turner. Az élet gyors megjelenése ellenére a földön az abiogenezis ennek ellenére rendkívül ritka folyamat lehet.
Turner és Spiegel erőfeszítése volt az “első igazán komoly bayesi támadás a probléma ellen” – mondja Kipping. “Azt hiszem, az volt a vonzó, hogy megtörték az élet korai megjelenésének ezt az alapértelmezett, naiv értelmezését.”
Kipping még így is úgy gondolta, hogy a kutatók munkája nem nélkülözi a gyengeségeit, és most egy saját, bonyolultabb bayesi elemzéssel próbálta kijavítani. Például Kipping megkérdőjelezi azt a feltételezést, hogy az intelligencia az abiogenezis után bizonyos meghatározott időben jelent meg. Ez a prior, mondja, a szelekciós elfogultság újabb példája lehet—egy olyan fogalom, amelyet befolyásol az evolúciós út, amelyen keresztül saját intelligenciánk megjelent. “Az összes tudatlanságod kódolásának szellemében miért nem vallod be, hogy te sem ismered ezt a számot?”Kipping mondja. “Ha arra próbál következtetni, hogy mennyi ideig tart az élet megjelenése, akkor miért nem egyszerre csak intelligenciát is végez?”
Kipping pontosan ezt a javaslatot próbálta megbecsülni, mind az abiogenezis valószínűségét, mind az intelligencia megjelenését. Egy prior számára a Jeffreys prior nevet választotta, amelyet egy másik angol statisztikus és csillagász, Harold Jeffreys tervezett. Azt mondják, hogy maximálisan informatív. Mivel a Jeffreys prior nem süt hatalmas feltételezésekben, nagyobb súlyt helyez a bizonyítékokra. Turner és Spiegel is próbált találni egy informatív perjel. “Ha tudni akarod, hogy mit mondanak az adatok, és nem azt, amit korábban gondoltál róla, akkor nem informatív előzőt akarsz” – mondja Turner. 2012-es elemzésükben a kutatók három priort alkalmaztak, amelyek közül az egyik volt a legkevésbé informatív, de annak ellenére, hogy tisztában voltak vele, elmaradtak a Jeffreys prior használatától.
Kipping számításában ez a prior arra összpontosította a figyelmet, amit a paramétertér “négy sarkának” nevez: az élet közös, és az intelligencia közös; az élet közös, és az intelligencia ritka; az élet ritka, és az intelligencia gyakori; az élet ritka, az intelligencia pedig ritka. Mind a négy sarok egyformán valószínű volt a bayesi elemzés megkezdése előtt.
Turner egyetért azzal, hogy a Jeffreys prior használata jelentős előrelépés. “Ez a legjobb módja annak, hogy valóban megkérdezzük, mit próbálnak mondani az adatok” – mondja.
a Jeffreys prior-t a földi élet megjelenésének és intelligenciájának ritka bizonyítékaival kombinálva Kipping kapott egy hátsó valószínűségi eloszlást, amely lehetővé tette számára, hogy új esélyeket számoljon ki a négy sarokra. Például azt találta, hogy az “élet gyakori, és az intelligencia ritka” forgatókönyv kilencszer valószínűbb, mint az élet és az intelligencia ritka. És még ha az intelligencia nem is ritka, az élet-is-közös forgatókönyv minimális esélyhányadosa 9: 1. Ezek az esélyek nem olyanok, amelyekre a házat fogadnák, Kipping azt mondja. “Könnyen elveszítheti a fogadást.”
mégis, ez a számítás “pozitív jele annak, hogy az életnek odakint kell lennie” – mondja. “Ez legalább egy szuggesztív utalás arra, hogy az élet nem nehéz folyamat.”
nem minden bayesi statisztikus értene egyet. Turner, az egyik, értelmezi az eredményeket másképp. Igen, Kipping elemzése azt sugallja, hogy az élet látszólagos korai érkezése a Földre egy olyan modellt támogat, amelyben az abiogenezis gyakori, 9:1-es specifikus esélyhányaddal. De ez a számítás nem azt jelenti, hogy a modell kilencszer nagyobb valószínűséggel igaz, mint az, amely szerint az abiogenezis ritka, – mondja Turner, hozzátéve, hogy Kipping értelmezése “kissé túl optimista.”
Turner szerint, aki üdvözli Kipping munkáját, még a legkifinomultabb bayesi elemzés is teret hagy mind az élet, mind az intelligencia ritkaságának az univerzumban. “Amit a földi életről tudunk, nem zárja ki ezeket a lehetőségeket” – mondja.
és nem csak a Bayes-I statisztikusoknak lehet bajuk Kipping értelmezésével. Bárki, akit érdekelnek az élet eredetével kapcsolatos kérdések, szkeptikus lenne az állítólagos válaszokkal kapcsolatban, tekintve, hogy minden ilyen elemzés a földi élet geológiai, Geofizikai, paleontológiai, régészeti és biológiai bizonyítékainak köszönhető—amelyek egyike sem egyértelmű az abiogenezis és az intelligencia megjelenésének idővonalait illetően.
“még mindig küzdünk, hogy meghatározzuk, mit értünk egy élő rendszer alatt” – mondja Caleb Scharf, a Columbia csillagásza és asztrobiológusa. “Ez egy csúszós fenevad, a tudományos meghatározás szempontjából. Ez problematikus, ha kijelentést teszünk, amikor abiogenezis történik—vagy akár kijelentéseket az intelligencia fejlődéséről.”
ha szigorú definícióink vannak, a problémák továbbra is fennállnak. “Nem tudjuk, hogy az élet elindult-e, megállt-e vagy sem. Azt sem tudjuk, hogy az életet csak egy módon lehet-e felépíteni vagy sem” – mondja Scharf. Mikor lett a Föld vendégszerető az életre? És amikor ez megtörtént, az “élet” aminosavak, RNS-ek vagy lipid membránok első molekulái voltak? És miután az élet először jött létre, vajon valamilyen kataklizmikus esemény okozta a Föld történelmének korai szakaszában, csak azért, hogy egy potenciálisan más módon újrainduljon? “Nagyon sok a bizonytalanság” – mondja Scharf.
mindezek a vázlatos bizonyítékok még a bayesi elemzést is megnehezítik. De mint technika, továbbra is a legmegfelelőbb módszer további bizonyítékok kezelésére–mondjuk, a múltban a Marson vagy a Jupiter jéggel borított egyikén belül létező életjelek felfedezése, óceánt hordozó holdak jelenleg.
“abban a pillanatban, amikor van egy másik adatpontunk, amellyel játszhatunk, feltételezve, hogy ez megtörténik, Az a módja annak, hogy a lehető legjobban kihasználjuk ezt az extra adatot. Hirtelen a bizonytalanságok drámaian csökkennek ” – mondja Scharf. “Nem feltétlenül kell felmérnünk a galaxisunk minden csillagát, hogy kiderítsük, mennyire valószínű, hogy egy adott hely az élet kikötője. Még egy vagy két adatpont, és hirtelen lényegében az univerzumról tudunk az élet vagy esetleg intelligencia előállítására való hajlandóság szempontjából. És ez elég erős.”