Nel 12 ° episodio di Cosmos, andato in onda il 14 dicembre 1980, il co-creatore e conduttore del programma Carl Sagan ha introdotto i telespettatori all’equazione omonima dell’astronomo Frank Drake. Usandolo, ha calcolato il numero potenziale di civiltà avanzate nella Via Lattea che potrebbero contattarci usando l’equivalente extraterrestre della nostra moderna tecnologia di radiocomunicazione. La stima di Sagan variava da” pochi pietosi ” a milioni. ” Se le civiltà non si distruggono sempre poco dopo aver scoperto la radioastronomia, allora il cielo potrebbe essere dolcemente ronzante con i messaggi delle stelle”, ha intonato Sagan nel suo modo inimitabile.
Sagan era pessimista sul fatto che le civiltà fossero in grado di sopravvivere alla propria “adolescenza”tecnologica—il periodo di transizione in cui lo sviluppo di una cultura, ad esempio, di energia nucleare, bioingegneria o una miriade di altre potenti capacità potrebbe facilmente portare all’auto-annientamento. Essenzialmente in tutti gli altri modi, era un ottimista sulle prospettive per la vita e l’intelligenza pangalattica. Ma la base scientifica per le sue convinzioni era traballante nel migliore dei casi. Sagan e altri sospettavano che l’emergere della vita sui mondi clementi dovesse essere un’inevitabilità cosmica, perché le prove geologiche suggerivano che sorse incredibilmente rapidamente sulla Terra: oltre quattro miliardi di anni fa, praticamente non appena il nostro pianeta si era sufficientemente raffreddato dalla sua formazione infuocata. E se, proprio come nel nostro mondo, la vita su altri pianeti emergesse rapidamente e si evolvesse per diventare sempre più complessa nel tempo, forse anche l’intelligenza e la tecnologia potrebbero essere comuni in tutto l’universo.
Negli ultimi anni, tuttavia, alcuni astronomi scettici hanno cercato di mettere più peso empirico dietro tali dichiarazioni utilizzando una sofisticata forma di analisi chiamata statistica bayesiana. Si sono concentrati su due grandi incognite: le probabilità di vita che sorgono su pianeti simili alla Terra da condizioni abiotiche—un processo chiamato abiogenesi-e, da lì, le probabilità di emergere dell’intelligenza. Anche con tali stime in mano, gli astronomi non sono d’accordo su ciò che significano per la vita altrove nel cosmo. Questa mancanza di consenso è dovuta al fatto che anche la migliore analisi bayesiana può fare tanto solo quando le prove concrete per la vita e l’intelligenza extraterrestre sono scarse sul terreno.
L’equazione di Drake, che l’astronomo introdusse nel 1961, calcola il numero di civiltà nella nostra galassia in grado di trasmettere—o ricevere—messaggi interstellari tramite onde radio. Si basa sulla moltiplicazione di una serie di fattori, ognuno dei quali quantifica alcuni aspetti della nostra conoscenza della nostra galassia, dei pianeti, della vita e dell’intelligenza. Questi fattori includono ƒp, la frazione di stelle con pianeti extrasolari; ne, il numero di pianeti abitabili in un sistema extrasolare; ƒl, la frazione di pianeti abitabili su cui emerge la vita; e così via.
“Al momento Drake ha scritto—o anche 25 anni fa—quasi tutti questi fattori avrebbero potuto essere quelli che rendono la vita molto rara”, dice Ed Turner, un astrofisico dell’Università di Princeton. Ora sappiamo che i mondi intorno alle stelle sono la norma e che anche quelli simili alla Terra nei termini più basilari di dimensioni, massa e insolazione sono comuni. In breve, sembra che non ci sia carenza di immobili galattici che la vita potrebbe occupare. Eppure” una delle maggiori incertezze nell’intera catena di fattori è la probabilità che la vita possa mai iniziare—che tu faccia quel salto dalla chimica alla vita, anche in condizioni adeguate”, dice Turner.
Ignorare questa incertezza può portare gli astronomi a fare affermazioni piuttosto audaci. Ad esempio, il mese scorso Tom Westby e Christopher Conselice, entrambi all’Università di Nottingham in Inghilterra, hanno fatto notizia quando hanno calcolato che ci dovrebbero essere almeno 36 civiltà intelligenti nella nostra galassia in grado di comunicare con noi. La stima si basava sul presupposto che la vita intelligente emergesse su altri pianeti terrestri abitabili da circa 4,5 miliardi a 5,5 miliardi di anni dopo la loro formazione.
“Questa è solo un’ipotesi molto specifica e forte”, dice l’astronomo David Kipping della Columbia University. “Non vedo alcuna prova che sia una scommessa sicura da fare.”
Rispondere alle domande sulla probabilità di abiogenesi e l’emergere dell’intelligenza è difficile perché gli scienziati hanno solo un singolo pezzo di informazione: la vita sulla Terra. ” Non abbiamo nemmeno un punto dati completo”, afferma Kipping. “Non sappiamo quando la vita è emersa, per esempio, sulla Terra. Anche questo è soggetto ad incertezza.”
Un altro problema nel fare ipotesi basate su ciò che osserviamo localmente è il cosiddetto bias di selezione. Immaginate di acquistare biglietti della lotteria e colpire il jackpot sul vostro 100 ° tentativo. Ragionevolmente, si potrebbe quindi assegnare un 1 per cento di probabilità di vincere alla lotteria. Questa conclusione errata è, ovviamente, un pregiudizio di selezione che sorge se si sondano solo i vincitori e nessuno dei fallimenti (cioè le decine di milioni di persone che hanno acquistato i biglietti ma non hanno mai vinto la lotteria). Quando si tratta di calcolare le probabilità di abiogenesi, “non abbiamo accesso ai fallimenti”, dice Kipping. “Quindi questo è il motivo per cui siamo in una posizione molto impegnativa quando si tratta di questo problema.”
Inserisci analisi bayesiana. La tecnica utilizza il teorema di Bayes, dal nome di Thomas Bayes, uno statistico inglese del 18 ° secolo e ministro. Per calcolare le probabilità di qualche evento, come ad esempio abiogenesi, che si verificano, gli astronomi prima venire con una probabile distribuzione di probabilità di esso-una migliore ipotesi, se si vuole. Ad esempio, si può supporre che l’abiogenesi sia probabile tra 100 milioni e 200 milioni di anni dopo la formazione della Terra, come è tra 200 milioni e 300 milioni di anni dopo quel tempo o qualsiasi altro pezzo di 100 milioni di anni della storia del nostro pianeta. Tali ipotesi sono chiamate priori bayesiani e sono rese esplicite. Quindi gli statistici raccolgono dati o prove. Infine, combinano il priore e l’evidenza per calcolare quella che viene chiamata probabilità posteriore. Nel caso dell’abiogenesi, quella probabilità sarebbe la probabilità dell’emergere della vita su un pianeta simile alla Terra, date le nostre precedenti ipotesi e prove. Il posteriore non è un singolo numero, ma piuttosto una distribuzione di probabilità che quantifica qualsiasi incertezza. Può mostrare, ad esempio, che l’abiogenesi diventa più o meno probabile con il tempo piuttosto che avere una distribuzione di probabilità uniforme suggerita dal precedente.
Nel 2012 Turner e il suo collega David Spiegel, allora presso l’Institute for Advanced Study di Princeton, NJ, sono stati i primi ad applicare rigorosamente l’analisi bayesiana all’abiogenesi. Nel loro approccio, la vita su un pianeta simile alla Terra attorno a una stella simile al sole non emerge fino a un certo numero minimo di anni, tmin, dopo la formazione di quel mondo. Se la vita non sorge prima di un certo tempo massimo, tmax, quindi, mentre la sua stella invecchia (e alla fine muore), le condizioni sul pianeta diventano troppo ostili perché l’abiogenesi si verifichi mai. Tra tmin e tmax, l’intento di Turner e Spiegel era quello di calcolare la probabilità di abiogenesi.
I ricercatori hanno lavorato con alcune diverse distribuzioni precedenti per questa probabilità. Hanno anche assunto che l’intelligenza ha preso una certa quantità fissa di tempo per apparire dopo abiogenesi.
Date tali ipotesi, le prove geofisiche e paleontologiche della genesi della vita sulla Terra e ciò che la teoria evolutiva dice sull’emergere della vita intelligente, Turner e Spiegel sono stati in grado di calcolare diverse distribuzioni di probabilità posteriori per l’abiogenesi. Anche se la prova che la vita è apparso presto sulla Terra può infatti suggerire abiogenesi è abbastanza facile, i posteriori non hanno posto alcun limite inferiore sulla probabilità. Il calcolo ” non esclude probabilità molto basse, che è davvero una sorta di buon senso con le statistiche di uno”, dice Turner. Nonostante la rapida comparsa della vita sulla Terra, l’abiogenesi potrebbe comunque essere un processo estremamente raro.
Lo sforzo di Turner e Spiegel è stato il “primo attacco bayesiano veramente serio su questo problema”, dice Kipping. “Penso che ciò che è stato attraente è che hanno rotto questo default, interpretazione ingenua della nascita precoce della vita.”
Anche così, Kipping pensava che il lavoro dei ricercatori non fosse privo di debolezze, e ora ha cercato di correggerlo con una sua analisi bayesiana più elaborata. Ad esempio, Kipping mette in discussione l’ipotesi che l’intelligenza sia emersa in un determinato momento dopo l’abiogenesi. Questo precedente, dice, potrebbe essere un altro esempio di bias di selezione—una nozione influenzata dal percorso evolutivo attraverso il quale è emersa la nostra intelligenza. “Nello spirito di codificare tutta la tua ignoranza, perché non ammettere che non conosci nemmeno quel numero?”Kipping dice. “Se stai cercando di dedurre quanto tempo ci vuole la vita per emergere, allora perché non solo fare anche l’intelligenza allo stesso tempo?”
Questo suggerimento è esattamente ciò che Kipping ha tentato, stimando sia la probabilità di abiogenesi che l’emergere dell’intelligenza. Per un priore, ha scelto qualcosa chiamato Jeffreys prior, che è stato progettato da un altro statistico e astronomo inglese, Harold Jeffreys. Si dice che sia al massimo non informativo. Perché il Jeffreys prior non cuoce in ipotesi massicce, pone più peso sulle prove. Turner e Spiegel avevano anche cercato di trovare un precedente non informativo. ” Se vuoi sapere cosa ti dicono i dati e non cosa ne hai pensato in precedenza, allora vuoi un priore non informativo”, dice Turner. Nella loro analisi del 2012, i ricercatori hanno impiegato tre priori, uno dei quali era il meno informativo, ma non utilizzavano Jeffreys prior, nonostante ne fossero a conoscenza.
Nel calcolo di Kipping, che prima focalizzato l’attenzione su ciò che egli chiama i “quattro angoli” dello spazio parametro: la vita è comune, e l’intelligenza è comune; la vita è comune, e l’intelligenza è rara; la vita è rara, e l’intelligenza è comune; e la vita è rara, e l’intelligenza è rara. Tutti e quattro gli angoli erano ugualmente probabili prima che iniziasse l’analisi bayesiana.
Turner accetta che l’utilizzo del Jeffreys prior sia un progresso significativo. “È il modo migliore che abbiamo, in realtà, per chiedere solo ciò che i dati stanno cercando di dirti”, dice.
Combinando il Jeffreys prior con le scarse prove dell’emergere e dell’intelligenza della vita sulla Terra, Kipping ottenne una distribuzione di probabilità posteriore, che gli permise di calcolare nuove probabilità per i quattro angoli. Ha scoperto, ad esempio, che lo scenario “la vita è comune e l’intelligenza è rara” è nove volte più probabile che sia la vita che l’intelligenza siano rare. E anche se l’intelligenza non è rara, lo scenario life-is-common ha un odds ratio minimo di 9 a 1. Quelle probabilità non sono il tipo che si scommetterebbe la casa su, Kipping dice. “Si potrebbe facilmente perdere la scommessa.”
Tuttavia, quel calcolo è” un segno positivo che la vita dovrebbe essere là fuori”, dice. “È, almeno, un suggerimento suggestivo che la vita non è un processo difficile.”
Non tutti gli statistici bayesiani sarebbero d’accordo. Turner, per uno, interpreta i risultati in modo diverso. Sì, l’analisi di Kipping suggerisce che l’apparente arrivo precoce della vita sulla Terra favorisce un modello in cui l’abiogenesi è comune, con un odds ratio specifico di 9:1. Ma questo calcolo non significa che il modello è nove volte più probabilità di essere vero di quello che dice abiogenesi è rara, Turner dice, aggiungendo che l “interpretazione di Kipping è” un po ” eccessivamente ottimista.”
Secondo Turner, che applaude il lavoro di Kipping, anche la più sofisticata analisi bayesiana lascerà comunque spazio alla rarità della vita e dell’intelligenza nell’universo. ” Quello che sappiamo sulla vita sulla Terra non esclude queste possibilità”, dice.
E non sono solo gli statistici bayesiani che potrebbero avere un problema con l’interpretazione di Kipping. Chiunque sia interessato a domande circa l ” origine della vita sarebbe scettico circa risposte rivendicate, dato che qualsiasi tale analisi è dovuta a geologica, geofisica, paleontologica, prove archeologiche e biologiche per la vita sulla Terra—nessuno dei quali è inequivocabile circa le linee temporali per abiogenesi e la comparsa di intelligenza.
“Facciamo ancora fatica a definire cosa intendiamo per sistema vivente”, afferma Caleb Scharf, astronomo e astrobiologo della Columbia. “È una bestia scivolosa, in termini di definizione scientifica. Questo è problematico per fare una dichiarazione quando avviene l’abiogenesi – o anche dichiarazioni sull’evoluzione dell’intelligenza.”
Se avessimo definizioni rigorose, i problemi persistono. “Non sappiamo se la vita sia iniziata, interrotta, riavviata. Inoltre non sappiamo se la vita può essere costruita solo in un modo o no”, dice Scharf. Quando la Terra divenne ospitale per la vita? E quando lo ha fatto, sono state le prime molecole di questa” vita ” aminoacidi, RNA o membrane lipidiche? E dopo che la vita è nata per la prima volta, è stata soffocata da qualche evento cataclismico all’inizio della storia della Terra, solo per ricominciare in un modo potenzialmente diverso? ” C’è un sacco di incertezza”, dice Scharf.
Tutta questa evidenza abbozzata rende difficile anche l’analisi bayesiana. Ma come tecnica, rimane il metodo più adatto per gestire più prove, ad esempio la scoperta di segni di vita esistenti su Marte in passato o all’interno di una delle lune oceaniche coperte di ghiaccio di Giove al momento.
” Nel momento in cui abbiamo un altro punto dati con cui giocare, supponendo che ciò accada, sono i modi per utilizzare al meglio quei dati extra. All’improvviso, le incertezze si riducono drasticamente”, afferma Scharf. “Non dobbiamo necessariamente esaminare ogni stella nella nostra galassia per capire quanto sia probabile che un dato luogo porti vita. Uno o due altri punti dati, e improvvisamente, conosciamo, essenzialmente, l’universo in termini di propensione a produrre vita o forse intelligenza. E questo è piuttosto potente.”