12月14日に放送されたコスモスの第12話では、1980年、プログラムの共同制作者でホストのカール-セーガンは、天文学者のフランク-ドレイクの名を冠した方程式にテレビ視聴者を紹介した。 それを使用して、彼は私たちの現代の無線通信技術の地球外同等物を使用して私たちに連絡することができる天の川の高度な文明の潜在的な数を Saganの見積もりは「哀れな数人」から数百万人までの範囲でした。 「文明が電波天文学を発見した直後に常に自分自身を破壊するとは限らないなら、空は星からのメッセージで静かにハミングしているかもしれません」とSaganは彼の独特の方法でイントネーションをしました。
サガンは、文明が自分の技術的な”青年期”を生き残ることができることについて悲観的だった—原子力、生物工学、または他の無数の強力な能力の文化の発展が容易に自己消滅につながる可能性がある過渡期。 基本的に他のすべての点で、彼はpangalactic生命と知性の見通しについての楽観主義者でした。 しかし、彼の信念のための科学的根拠は、せいぜい不安定でした。 セーガンらは、クレメントの世界での生命の出現は宇宙の必然性でなければならないと疑っていた。なぜなら、地質学的証拠は、それが地球上で驚くほど早く起こったことを示唆していたからである。40億年以上前、事実上、私たちの惑星がその激しい形成から十分に冷却されるとすぐに。 そして、私たちの世界と同じように、他の惑星の生命が急速に出現し、時間の経過とともにますます複雑になるように進化した場合、おそらく知性と技術も宇宙全体で共通している可能性があります。しかし、近年、懐疑的な天文学者の中には、ベイズ統計と呼ばれる洗練された形式の分析を使用して、そのような宣言の背後に、より経験的な重さを置 彼らは2つの大きな未知数に焦点を当てました：非生物的条件から地球のような惑星に生じる生命の確率-非生物形成と呼ばれるプロセス—と、そこから、知性の出現の確率。 そのような推定値を手にしても、天文学者は宇宙の他の場所での生活のために何を意味するのかについて意見を異にしています。 コンセンサスの欠如は、地球外生命と知性のための確かな証拠が地面に薄い場合でも、最良のベイズ分析でさえそれほど多くのことを行うことがで
天文学者が1961年に導入したドレイク方程式は、電波を介して星間メッセージを送信または受信できる私たちの銀河の文明の数を計算します。 それは、私たちの銀河、惑星、生命、知性に関する私たちの知識のいくつかの側面を定量化する多くの要因を乗算することに依存しています。 これらの要因には、太陽系外惑星を持つ星の割合であるσ p、太陽系外惑星系における居住可能な惑星の数であるne、生命が出現する居住可能な惑星の割合であるσ lなどが含まれる。プリンストン大学の天体物理学者であるエド—ターナーは、”ドレイクが書いた時、あるいは25年前にも、これらの要因のほとんどは、人生を非常にまれにするものであった可能性がある”と述べている。 今、私たちは星の周りの世界が標準であり、大きさ、質量、日射量の最も基本的な点で地球に似ているものも共通していることを知っています。 要するに、人生が占めることができる銀河の不動産の不足はないようです。 しかし、「要因の連鎖全体で最大の不確実性の1つは、人生が始まる確率です—適切な条件が与えられていても、化学から人生への飛躍を遂げるでしょう」とTurner氏は述べています。
この不確実性を無視すると、天文学者はかなり大胆な主張をすることができます。 たとえば、先月、イングランドのノッティンガム大学のトム-ウェストビーとクリストファー-コンセリスは、私たちと通信することができる私たちの銀河系には少なくとも36の知的文明があるべきであると計算したときに見出しを立てました。 この推定値は、形成から約45億年から55億年後に他の居住可能な地球のような惑星に知的生命体が出現するという仮定に基づいていた。
「これは非常に具体的で強力な仮定です」と、コロンビア大学の天文学者David Kipping氏は言います。 「それが安全な賭けであるという証拠は見られません。”
科学者は地球上の生命という単一の情報を持っているだけなので、生命発生の可能性と知性の出現についての質問に答えることは困難です。 「私たちには完全なデータポイントが1つもありません」とKipping氏は言います。 「私たちは、生命がいつ地球上に出現したのか分かりません。 それさえも不確実性の影響を受けます。”
私たちが局所的に観察していることに基づいて仮定をすることに関するさらに別の問題は、いわゆる選択バイアスです。 宝くじを購入し、あなたの100回目の試みで大当たりを打つ想像してみてください。 合理的には、宝くじに勝つために1パーセントの確率を割り当てることができます。 この誤った結論は、もちろん、あなただけの勝者と失敗のどれも（つまり、チケットを購入したが、宝くじを獲得したことがない数千万人の人々）をポーリング 非生物発生の確率を計算することになると、「私たちは失敗にアクセスすることはできません」とKipping氏は言います。 “だから、この問題に関しては非常に挑戦的な立場にいるのはこのためです。”
ベイズ分析を入力します。 この手法は、18世紀のイギリスの統計学者で大臣であったトーマス-ベイズにちなんで命名されたベイズの定理を使用しています。 発生する異常発生などの事象の確率を計算するために、天文学者は最初にそれの可能性の高い確率分布を考え出します。 例えば、地球が形成されてから100万年から200万年の間にあると仮定することができ、その時から200万年から300万年の間、または私たちの惑星の歴史の他の100万年のチャンクの間にあると仮定することができる。 このような仮定はベイズ事前数と呼ばれ、明示的に行われます。 その後、統計学者はデータや証拠を収集します。 最後に、事後確率と呼ばれるものを計算するために、事前確率と証拠を組み合わせます。 非生物発生の場合、その確率は、私たちの以前の仮定と証拠を考えると、地球のような惑星での生命の出現の確率になります。 事後は、単一の数ではなく、不確実性を定量化する確率分布です。 これは、例えば、非生物発生が、事前に示唆された均一な確率分布を有するのではなく、時間とともに多かれ少なかれ可能性があることを示すことがで
2012年、Turnerと彼の同僚David Spiegelは、その後プリンストンの高等研究研究所で、ベイジアン分析を生物発生に厳密に適用した最初の人でした。 彼らのアプローチでは、太陽のような星の周りの地球のような惑星上の生命は、その世界が形成された後、いくつかの最小数、tminまで出現しません。 生命が何らかの最大時間、tmaxの前に発生しない場合、その星が老化する（そして最終的に死ぬ）につれて、惑星上の条件は、生命形成が起こるにはあまりにも敵対的になる。 Tminとtmaxの間で、TurnerとSpiegelの意図は、発生の確率を計算することでした。研究者は、この確率のためのいくつかの異なる事前分布で働いていました。
彼らはまた、知性が発生した後に出現するのに一定の時間がかかったと仮定した。
このような仮定を考えると、地球上の生命の起源の地球物理学的および古生物学的証拠と、進化論が知的生命の出現について言うことを考えると、TurnerとSpiegelは、異生発生のための異なる事後確率分布を計算することができた。 生命が地球上で早期に出現したという証拠は、実際には発生がかなり容易であることを示唆しているかもしれないが、事後は確率に下限を置かなかった。 計算は「非常に低い確率を排除するものではありません、これは実際には1の統計で常識のようなものです」とTurner氏は言います。 地球上の生命の急速な出現にもかかわらず、abiogenesisは、それにもかかわらず、非常にまれなプロセスである可能性があります。
TurnerとSpiegelの努力は、「この問題に対する最初の本当に深刻なベイズ攻撃」でした、とKippingは言います。 “私は魅力的だったのは、彼らが人生の初期の出現のこのデフォルト、素朴な解釈を破ったということだと思います。”
そうであっても、キッピングは、研究者の仕事は、その弱点がないわけではないと思った、と彼は今、彼自身のより精巧なベイズ分析でそれを修正しよ 例えば、キッピングは、知性が非生物発生後のある一定の時間に出現したという仮定に疑問を呈している。 これ以前に、彼は言う、選択バイアスの別のインスタンスである可能性があります—私たち自身の知性が現れた進化の経路の影響を受けた概念。 “あなたの無知のすべてを符号化する精神では、なぜちょうどあなたがどちらかその数を知らないことを認めないのですか？”と述べている。 “あなたはそれが出現するために人生を取るどのくらいの時間を推測しようとしている場合は、なぜだけでなく、同時に知性を行いませんか？”
その提案はまさにキッピングが試みたものであり、非生物発生の確率と知性の出現の両方を推定しています。 以前のために、彼は別の英語の統計学者や天文学者、ハロルド*ジェフリーズによって設計されたジェフリーズ*プリオと呼ばれるものを選んだ。 それは最大限に情報的ではないと言われています。 Jeffreys priorは大規模な仮定で焼くわけではないので、証拠をより重視します。 ターナーとシュピーゲルはまた、情報的でない前を見つけようとしました。 「以前に考えたことではなく、データがあなたに何を伝えているのかを知りたいのであれば、情報のない事前情報が必要です」とTurner氏は言います。 彼らの2012年の分析では、研究者は3つの事前評価を採用しましたが、そのうちの1つは最も有益ではありませんでしたが、それを認識しているにもかかわ
キッピングの計算では、その前に彼がパラメータ空間の”四隅”と呼ぶものに注意を集中しました：人生は共通であり、知性は共通であり、人生は共通であり、知; そして人生はまれであり、知性はまれです。 ベイズ分析が開始される前に、すべての四隅は同じように可能性がありました。
ターナーは、Jeffreys priorを使用することは重要な進歩であることに同意します。 「データが何を伝えようとしているのかを尋ねるのは、私たちが本当に持っている最良の方法です」と彼は言います。
Jeffreys priorと地球上の生命の出現と知性の疎な証拠を組み合わせることで、Kippingは事後確率分布を得て、四隅の新しい確率を計算することができました。 彼は、例えば、「人生は一般的であり、知性はまれである」シナリオは、人生と知性の両方がまれであるよりも9倍高い可能性があることを発見しました。 そして、知性がまれではない場合でも、人生は一般的なシナリオでは、9対1の最小オッズ比を持っています。 これらのオッズは、家を賭けるようなものではありません、とKipping氏は言います。 “あなたは簡単に賭けを失う可能性があります。”
それでも、その計算は”人生がそこにあるべきであるという肯定的な兆候”と彼は言います。 “それは、少なくとも、人生は困難なプロセスではないことを示唆するヒントです。”
すべてのベイズ統計学者が同意するわけではありません。 ターナーは、一つのために、異なる結果を解釈します。 はい、Kippingの分析は、地球上の生命の明らかな早期到着が、9：1の特定のオッズ比で、非生物発生が一般的であるモデルを好むことを示唆しています。 しかし、この計算は、モデルが非生物発生がまれであると言うモデルよりも真実である可能性が9倍高いことを意味するものではない、とTurnerは言い、”
キッピングの仕事を称賛ターナーによると、最も洗練されたベイズ分析でさえ、宇宙の生命と知性の両方の希少性の余地を残すでしょう。 「地球上の生命について私たちが知っていることは、それらの可能性を排除するものではありません」と彼は言います。
そして、キッピングの解釈で牛肉を持っているかもしれないのはベイズ統計学者だけではありません。 生命の起源についての質問に興味がある人は、そのような分析が地球上の生命の地質学的、地球物理学的、古生物学的、考古学的、生物学的証拠に基づいていることを考えると、主張された答えについて懐疑的である。
“私たちはまだ生きているシステムが何を意味するのかを定義するのに苦労しています”とColumbiaの天文学者で宇宙生物学者のCaleb Scharf氏は言います。 “それは科学的な定義の面で、滑りやすい獣です。 これは、異常発生が起こったときに声明を出すのに問題があります—あるいは知性の進化についての声明さえもです。”
厳密な定義があれば、問題は持続します。 「私たちは、人生が始まったかどうか、停止したかどうか、再開したかどうかはわかりません。 私たちはまた、人生が一方向にしか構築できないかどうかもわかりません”とScharf氏は言います。 地球はいつ生命に親切になったのですか？ そして、それがしたとき、この”生命”アミノ酸、Rnaまたは脂質膜の最初の分子でしたか？ そして、人生が最初に起こった後、それは、潜在的に異なる方法で再始動するために、地球の歴史の初期に、いくつかの激変の出来事によって嗅ぎ取られたのでしょうか? 「非常に多くの不確実性があります」とScharf氏は言います。
このすべての大ざっぱな証拠は、ベイズ分析さえ困難にします。 しかし、技術として、それはより多くの証拠を扱うための最も適した方法のままです–例えば、過去に火星に存在する生命の兆候の発見、または現在の木星の氷に覆われた海洋を持つ衛星の1つの中で。
“別のデータポイントがある瞬間、それが起こると仮定すると、その余分なデータを最大限に活用する方法があります。 突然、不確実性は劇的に縮小します」とScharf氏は言います。 「私たちは、必ずしも私たちの銀河のすべての星を調査して、特定の場所が生命を抱く可能性がどれほど高いかを把握する必要はありません。 一つまたは二つのデータポイント、そして突然、私たちは、本質的に、生命またはおそらく知性を生産するための傾向の面で宇宙について知っています。 そして、それはかなり強力です。”