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2014/01/07

Il paradosso di Fermi


Il paradosso di Fermi è un paradosso che si dice sia stato proposto dal fisico Enrico Fermi nel contesto della probabilità di contattare forme di vita intelligente extraterrestre.

Il paradosso si riassume solitamente nella domanda "Dove sono tutti quanti? Se ci sono così tante civiltà evolute, perché non abbiamo ancora ricevuto prove di vita extraterrestre come trasmissioni di segnali radio, sonde o navi spaziali?". Estremizzando la questione, il problema diventa se noi esseri umani siamo la sola civiltà tecnologicamente avanzata dell'Universo. Questo problema viene usualmente posto come monito alle stime più ottimistiche dell'equazione di Drake, che proporrebbero un universo ricco di pianeti con civiltà avanzate, in grado di stabilire comunicazioni radio, inviare sonde o colonizzare altri mondi.

La situazione paradossale è dovuta al contrasto tra la sensazione, da molti condivisa e supportata da stime del tipo di quella di Drake, che noi non siamo soli nell'universo e il fatto che i dati osservativi contrastino con questa sensazione. Ne deriva che la nostra osservazione o comprensione dei dati deve essere errata o incompleta.

Nel 1950, mentre lavorava nei laboratori di Los Alamos, Enrico Fermi prese parte a una conversazione con alcuni colleghi, tra cui Edward Teller, mentre questi si recavano a pranzo. La conversazione verteva su un recente avvistamento di UFO riportato dalla stampa, su cui ironizzava una vignetta satirica. La conversazione si protrasse su vari argomenti correlati, finché improvvisamente, durante il pranzo, Fermi non esclamò "Where are they?" (trad. "Dove sono?").

Possibili soluzioni (qui ne elenco qualcuna, per altre ipotesi rimando alla lettura di "If the Universe is Teeming with Aliens...Where is everybody?" di Stephen Webb)

Siamo soli

La soluzione più semplice è che la probabilità che la vita si evolva spontaneamente nell'universo e si evolva fino a produrre una civiltà evoluta sia estremamente bassa.

Molti sono gli elementi contemporaneamente necessari perché la vita come la intendiamo noi, basata sul carbonio, possa evolversi su un pianeta. Fattori astronomici, come la posizione all'interno della galassia, l'orbita percorsa dal pianeta intorno alla sua stella centrale e la tipologia di quest'ultima, la sua ellitticità e l'inclinazione dell'orbita, nonché la presenza di satelliti naturali delle caratteristiche della Luna, sono tutti fattori determinanti alla predisposizione alla vita. L'attuale nascita della vita, lo sviluppo di forme di vita intelligente e quindi di civiltà richiede che molte altre coincidenze siano verificate. Gli studi sul nostro Sistema Solare sembrano confermare l'eccezionalità della vita sulla Terra.

Questa tesi può essere contestata sostenendo che la vita non debba necessariamente essere come la osserviamo sulla Terra, ma possa evolversi in condizioni differenti, e che non debba necessariamente basarsi sul carbonio. Molta dell'incertezza deriva dal fatto che i meccanismi che portano alla nascita della vita sono ignoti e quindi è molto difficile, se non impossibile, stimarne la probabilità. Tuttavia l'occorrenza della vita è ritenuta un evento poco probabile anche da parte di alcuni sostenitori dell'esistenza di civiltà aliene; per scavalcare questo problema costoro hanno formulato l'ipotesi della panspermia, la quale sostiene che la vita possa diffondersi facilmente attraverso l'universo o addirittura, nella forma sostenuta da Francis Crick, che possa essere deliberatamente diffusa da civiltà tecnologicamente evolute.

Le civiltà evolute hanno breve durata

Un parametro dell'equazione di Drake è la durata media delle civiltà tecnologicamente evolute. Drake stimò una durata di 10.000 anni (da quando ha iniziato a poter comunicare con onde radio).

Le cause della scomparsa di una civiltà possono essere sia naturali che culturali. Se una civiltà tende naturalmente a annientarsi, è solo questione di tempo perché inventi i mezzi necessari. L'unico dato osservativo disponibile è che la nostra civiltà dispone da decenni dei mezzi necessari, ma per ora è sopravvissuta. Anche in questo caso è difficile dire quanto la lotta gerarchica, l'aggressività, e l'autoritarismo, elementi del militarismo, siano prerogative della razza umana o siano costanti universali intrinsecamente legate all'evoluzione o all'organizzazione politica degli individui intelligenti. Si consideri che non è necessaria una distruzione totale della specie, ma è sufficiente una involuzione a livelli primitivi dei sopravvissuti per sottrarre la civiltà alla lista di quelle in grado di comunicare. Anche eventi catastrofici di tipo naturale possono considerarsi come gravi pericoli per un pianeta vivo: l'impatto di una cometa, di un asteroide, l'eruzione di un supervulcano o l'alterazione delle condizioni climatiche sono tutte minacce alla vita sulla Terra. Sappiamo che la Terra è stata più volte bersaglio di eventi catastrofici, che hanno causato diverse estinzioni di massa (la più nota nell'opinione pubblica è quella dei dinosauri). Eventi di questo tipo sarebbero prevedibili da una civiltà anche più arretrata della nostra, ma difficilmente rimediabili o prevenibili.

Il problema con questa tesi è che non esiste un campione statisticamente valido con cui poter stimare il parametro di durata media di una civiltà tecnologicamente evoluta. Infatti estrapolare tale valore dalle informazioni relative alla nostra esistenza, oltre a non essere statisticamente sensato, vizia il risultato con un effetto di selezione.

Piccola parentesi per i fumettologi: questa tesi è stata anche sostenuta nei fumetti della serie Marvel Ultimate, in cui Reed Richards, membro dei Fantastici 4, sostiene che le civiltà aliene si estinguano a causa dell'arrivo di Galactus (Gah Lak Tus), se non erro nella saga Ultimate Nightmare oppure in Ultimate Secret.

Esistono ma sono troppo lontane

L'universo è estremamente vasto. Prendendo come riferimento la velocità della luce, essa impiega oltre 2 milioni di anni solo per arrivare alla galassia più vicina. È dunque possibile che esistano diverse civiltà evolute e desiderose di comunicare, ma isolate dalle enormi distanze intergalattiche. Questa soluzione però implica che probabilmente siamo soli nella nostra galassia, in contrasto con le stime meno pessimistiche dell'equazione di Drake, che ipotizza l'esistenza di 600 civiltà evolute. Una forma corretta di questa tesi afferma che le civiltà aliene sono attualmente troppo lontane, ovvero che esistono civiltà relativamente vicine, ma che non hanno ancora intrapreso o hanno intrapreso da poco esplorazioni o comunicazioni spaziali.

Ma anche questa ipotesi non è del tutto soddisfacente: infatti se il principio di mediocrità deve essere applicato per postulare l'esistenza di altre razze aliene, deve essere applicato anche per scartare posizioni temporali speciali nella storia della galassia, come sarebbe quella dell'inizio della colonizzazione galattica.

Esistono ma non comunicano o non vogliono comunicare

Ancora più complesso è ipotizzare quale sia la probabilità che una prima forma di vita biologica possa evolversi fino a creare una specie autocosciente e desiderosa di comunicare. È possibile che nell'universo esistano molti corpi celesti ospitanti una forma di vita, ma su pochissimi questa si sia evoluta in una civiltà tecnologica. Inoltre anche se una civiltà sviluppa i mezzi adatti, non è detto che abbia l'idea o il desiderio di cercare di comunicare con altri mondi, magari o perché non ci considerano degni (potrebbero considerare la nostra una civiltà troppo guerrafondaia che mal reagirebbe a un contatto con loro) o hanno paura di noi o comunque perché forse pensano che un contatto diretto possa nuocere a noi o a loro o semplicemente non hanno mai sviluppato l'idea dell'esistenza di altre civiltà con cui comunicare.

Tuttavia concepire una razza aliena come un'unica entità non è soddisfacente: se pure la civiltà o razza aliena nel suo complesso fosse disinteressata, timorosa o non desiderosa di comunicare con altre civiltà, ciò non preclude che al suo interno debbano esistere individui o gruppi di individui che siano desiderosi o interessati a comunicare.

Non siamo in grado di ricevere le loro comunicazioni

Tutti i nostri attuali tentativi di inviare o ricevere comunicazioni con altri mondi si sono basati sull'utilizzo di onde elettromagnetiche. Così come prima dell'epoca di Guglielmo Marconi non avremmo neppure immaginato di usare questo mezzo, così potremmo non essere neppure in grado di immaginare le tecniche usate da civiltà radicalmente diverse dalla nostra. Alcune tecnologie teorizzate potrebbero essere basate sui neutrini, le onde gravitazionali o la correlazione quantistica. Vi è da aggiungere che tali tecnologie di comunicazioni teorizzate sono molto opinabili sulla base delle conoscenze scientifiche attuali, in particolare utilizzare la correlazione quantistica per trasmettere informazioni contrasta con un ben assodato teorema della meccanica quantistica. La trasmissione mediante onde gravitazionali o neutrini, non pone obiezioni di carattere teorico, ma richiederebbe delle civiltà con a disposizione una quantità di energia paragonabile a quella contenuta in larga parte dell'Universo. Attualmente vi sono in funzione in alcuni laboratori rivelatori di neutrini e di onde gravitazionali in grado di misurare tali ipotetici segnali se particolarmente intensi. Si può comunque ipotizzare che una civiltà attraversi diverse fasi di evoluzione tecnologica, passando anche per le relativamente facili onde elettromagnetiche. È ragionevole ritenere che scienziati di questa civiltà siano in grado comunque di ricevere e decodificare segnali radio, anche se per loro ormai obsoleti.

Rimanendo nel campo delle onde radio dobbiamo tenere in considerazione il problema della velocità della luce. Le microonde da noi emesse da quando si è sviluppata la televisione, si stanno ancora allontanando da noi alla velocità della luce in tutte le direzioni. Il raggio in anni luce della sfera entro la quale queste informazioni sono ricevibili coincide numericamente con il periodo in anni dal quale le trasmissioni sono iniziate. Nel caso della Terra questo valore è quindi di circa 50 anni luce. La tendenza a ottimizzare le trasmissioni per ragioni economiche, come nel caso della televisione digitale o dei telefoni cellulari, focalizzandole in fasci di microonde e sopprimendo la portante, fa sì che i segnali trasmessi siano meno distinguibili dallo spazio.

I critici di questa soluzione fanno notare che se una civiltà aliena volesse comunicare, utilizzerebbe dei segnali facilmente riconoscibili come tali, come per esempio una modulazione con portante. Se tale civiltà intendesse usare segnali di difficile ricezione per evitare di comunicare con altre civiltà più arretrate o diverse, si ricadrebbe nel caso precedente. Inoltre alcuni dei mezzi di comunicazione proposti, alternativi alle onde elettromagnetiche, o sono speculazioni teoriche o sono già rilevabili con la tecnologia terrestre.

Chiaro no?

E tu che opinione hai? Parliamone!

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Equazione di Drake

L'equazione di Drake è il risultato di un ragionamento speculativo sulla possibile esistenza e numero di civiltà evolute extraterrestri.


L'equazione fu proposta nel 1961 dall'astronomo Frank Drake come tentativo di stimare il numero di civiltà extraterrestri evolute presenti nella nostra galassia, con le quali potremmo pensare di entrare in contatto. Il problema più impegnativo per la ricerca è ora di determinare i fattori che figurano nell'equazione.


La formula è la seguente:


 


In cui: 


N è il numero di civiltà extraterrestri evolute presenti oggi nella nostra Galassia

R* è il tasso medio di formazione stellare nella Via Lattea
fp è la frazione di stelle che possiedono pianeti
ne è il numero di pianeti per sistema solare in condizione di ospitare forme di vita
fl è la frazione dei pianeti ne che ha effettivamente sviluppato la vita
fi è la frazione dei pianeti fl su cui si sono evoluti esseri intelligenti
fc è la frazione di civiltà extraterrestri in grado (e con la volontà) di comunicare
fm è la frazione di civiltà in grado di raggiungere e colonizzare più pianeti (non sempre considerata)
L è la stima della durata di queste civiltà evolute

La determinazione dei parametri è molto difficile e in genere mancano molte informazioni necessarie a una stima anche approssimativa.


I valori scelti inizialmente da Drake e collaboratori sono:


* R* = 10 per anno

* fp = 0,5
* ne = 2
* fl = 1
* fi = fc = 0,01
* L = 10.000 anni.

Il valore R* (tasso di formazione stellare) è quello meno incerto. Anche fp (stelle con pianeti) è relativamente meno dibattuto quindi è possibile iniziare a dare un valore anche grazie alle prime osservazioni di pianeti extrasolari a partire dagli anni ottanta. Gli esobiologi possono tentare di fornire un valore per ne e fl ma ci sono dubbi sulle tipologie di stelle che possono offrire condizioni adatte per lo sviluppo della vita. È necessaria l'emissione di una certa quantità di radiazione ultravioletta perché la vita possa avere inizio, mentre la presenza di raggi X è dannosa. Secondo alcune ipotesi la vita è più ubiquitaria di quanto possa apparire (vedi panspermia) e il valore di fl può essere elevato.


fi, fc e L sono ben più difficili da proporre. È possibile che l'evoluzione della nostra civiltà sia avvenuta in seguito a una precisa combinazione di eventi, difficilmente ripetibile. La durata di vita di una civiltà può essere limitata dalla possibilità di autodistruzione o da eventi naturali catastrofici, quali l'alterazione del clima o l'impatto di meteoriti. Drake ipotizzò una stima minima di 10 anni, ovvero all'epoca il periodo di tempo dal quale l'umanità aveva iniziato a inviare segnali radio nel cosmo (in particolare involontariamente con la televisione). Per lo stesso motivo oggi si può ragionevolmente indicare un periodo di 50 anni.


Applicando i parametri inizialmente adottati da Drake si ottiene un valore di N = 10. In seguito egli dichiarò che tali parametri erano troppo riduttivi e giunse al valore finale N = 600.


Altre stime dei parametri, altrettanto plausibili, danno risultati molto più grandi. Per esempio, posto R* = 20/anno, fp = 0.1, ne = 0.5, fl = 1, fi = 0.5, fc = 0.1 e L = 100.000 anni, si ottiene N = 5.000.


Valori più pessimistici danno valori di N minori di uno, cosa che non può essere valida per la nostra Galassia in quanto in essa esiste almeno una civiltà tecnologica (la nostra). In questo caso, riconciliare il dato con le osservazioni porterebbe alla conclusione che la maggior parte delle galassie sono vuote.


Le stime più ottimistiche si scontrano però con il paradosso di Fermi, ovvero se esistono tante civiltà in grado di contattarci, perché questo non è ancora avvenuto?


L'unico valore di N dato dalle osservazioni è N=1, ovvero che la nostra civiltà è l'unica a noi nota.



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