Loài người không cô đơn trong vũ trụ, phương trình Drake đã chứng minh điều ấy

Một cách tiếp cận mới về phương trình Drake hàng thập kỷ kết hợp các yếu tố mới và sự không chắc chắn lớn hơn, cho thấy khả năng cao là nhân loại đơn độc trong vũ trụ.

Bản gốc bài viết được đăng trên bigthink.com

Phương trình Drake

Tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos năm 1950, nhà vật lý Enrico Fermi nổi tiếng đã đặt ra cho các đồng nghiệp của mình một câu hỏi đơn giản sinh ra từ toán học phức tạp: Họ đang ở đâu?

Ông đang hỏi về người ngoài hành tinh – đặc biệt là những người thông minh. Nhà khoa học người Mỹ gốc Ý đã bối rối về lý do tại sao nhân loại không phát hiện ra bất kỳ dấu hiệu nào của sự sống thông minh bên ngoài hành tinh của chúng ta. Ông lý luận rằng ngay cả khi sự sống là cực kỳ hiếm, bạn vẫn mong đợi sẽ có nhiều nền văn minh ngoài hành tinh với kích thước tuyệt đối của vũ trụ. Rốt cuộc, một số ước tính chỉ ra rằng có một septillion, hoặc 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000, các ngôi sao trong vũ trụ, một số trong đó được bao quanh bởi các hành tinh có thể hỗ trợ sự sống.

Vì vậy, họ đang ở đâu, và tại sao họ không nói chuyện với chúng ta?

Điều này được gọi là nghịch lý Fermi. Nó dựa trên những ý tưởng toán học như phương trình Drake, được nghĩ ra để ước tính số lượng nền văn minh có thể phát hiện được trong Dải Ngân hà. Các nhà khoa học sử dụng phương trình bằng cách nhân bảy biến, như Elizabeth Howell đã phác thảo cho Không gian:

N = R* • fp • ne • fl • fi • fc • L

N = Số lượng các nền văn minh trong Dải Ngân hà có phát xạ điện từ có thể phát hiện được.

R* = Tốc độ hình thành các ngôi sao phù hợp với sự phát triển của sự sống thông minh.

fp = Phần nhỏ của những ngôi sao có hệ hành tinh.

ne = Số lượng hành tinh, trên mỗi hệ mặt trời, với môi trường phù hợp với sự sống.

fl = Phần nhỏ của các hành tinh thích hợp mà sự sống thực sự xuất hiện.

fi = Phần sự sống mang các hành tinh mà sự sống thông minh xuất hiện.

fc = Phần nhỏ các nền văn minh phát triển một công nghệ giải phóng các dấu hiệu có thể phát hiện được về sự tồn tại của họ vào không gian.

L = Khoảng thời gian các nền văn minh như vậy giải phóng các tín hiệu có thể phát hiện được vào không gian.

Phương trình Drake cực kỳ suy đoán, hoặc, như nhà thiên văn học Jill Tarter từng nói, đó là một cách tuyệt vời để tổ chức sự thiếu hiểu biết của chúng ta. Nó vẫn là một vấn đề khó hiểu.

Tuy nhiên, một bài báo mới của các nhà khoa học tại Viện Tương lai của Nhân loại tại Đại học Oxford cung cấp một phương trình Drake cập nhật, một phương trình kết hợp phân phối thực tế của sự không chắc chắn và các mô hình chuyển đổi hóa học và di truyền trên con đường dẫn đến nguồn gốc của sự sống. Bằng cách đó, các nhà nghiên cứu nói rằng họ hòa tan nghịch lý Fermi và cung cấp thêm lý do để nghĩ rằng chúng ta đơn độc trong vũ trụ.

Phương trình cập nhật có hiệu quả lấy từng biến và kết hợp nhiều ước tính lịch sử mà các nhà khoa học đã sử dụng để tạo ra một phạm vi không chắc chắn, một phương trình làm nổi bật bao nhiêu nhà khoa học vẫn chưa biết, như tác giả nghiên cứu Anders Sandberg nói với Universe Today:

_Nhiều thông số rất không chắc chắn với kiến thức hiện tại. Mặc dù chúng ta đã học được nhiều hơn về vật lý thiên văn kể từ Drake và Sagan vào những năm 1960, nhưng chúng ta vẫn rất không chắc chắn về xác suất sống và trí thông minh. Khi mọi người thảo luận về phương trình, không có gì lạ khi nghe họ nói điều gì đó như: tham số này không chắc chắn, nhưng hãy đoán và nhớ rằng đó là đoán, cuối cùng đạt được kết quả mà họ thừa nhận dựa trên dự đoán.

_Nhưng kết quả này sẽ được tuyên bố là một con số duy nhất và điều đó neo chúng ta vào một ước tính chính xác rõ ràng khi nó phải có một phạm vi không chắc chắn thích hợp. Điều này thường dẫn đến sự tự tin thái quá, và tệ hơn, phương trình Drake rất nhạy cảm với sự thiên vị: nếu bạn hy vọng một cú huých nhỏ lên trong một số ước tính không chắc chắn sẽ cho kết quả đầy hy vọng, và nếu bạn là người bi quan, bạn có thể dễ dàng nhận được kết quả thấp.

Sau khi Sandberg và các đồng nghiệp của ông kết hợp những điều không chắc chắn này, kết quả cho thấy một mô hình phân phối về khả năng nhân loại đơn độc trong không gian.

_Chúng tôi thấy rằng ngay cả khi sử dụng các dự đoán trong tài liệu (chúng tôi đã lấy chúng và kết hợp ngẫu nhiên các ước tính tham số), người ta có thể có một tình huống trong đó số lượng nền văn minh trung bình trong thiên hà có thể khá cao – giả sử, một trăm – nhưng xác suất chúng ta đơn độc trong thiên hà là 30%! Lý do là có sự phân bố khả năng rất sai lệch.

Thay vào đó, nếu chúng ta cố gắng xem xét lại kiến thức khoa học, mọi thứ thậm chí còn cực đoan hơn. Điều này là do xác suất có được sự sống và trí thông minh trên một hành tinh có sự không chắc chắn * cực đoan * với những gì chúng ta biết – chúng ta không thể loại trừ rằng nó xảy ra gần như ở mọi nơi có điều kiện thích hợp, nhưng chúng ta không thể loại trừ rằng nó rất hiếm về mặt thiên văn. Điều này dẫn đến sự không chắc chắn thậm chí còn mạnh mẽ hơn về số lượng nền văn minh, khiến chúng ta kết luận rằng có khả năng khá cao là chúng ta đơn độc. Tuy nhiên, chúng tôi cũng kết luận rằng chúng tôi không nên quá ngạc nhiên nếu chúng tôi tìm thấy trí thông minh!

Các nhà khoa học đã nghĩ ra một số giả thuyết để giải quyết nghịch lý Fermi, bao gồm cả những giả thuyết cho rằng người ngoài hành tinh chưa bao giờ tồn tại; giao tiếp giữa các vì sao là không thể về mặt công nghệ; người ngoài hành tinh đang cố tình che giấu bản thân khỏi chúng ta; và, có lẽ đáng lo ngại nhất, rằng tất cả các loài thông minh cuối cùng đều tự hủy diệt trước khi định cư các hành tinh khác.

Vì vậy, Sandberg và các đồng nghiệp của ông nghĩ gì về câu hỏi nổi tiếng của Fermi: Họ đang ở đâu?

Họ viết rằng người ngoài hành tinh có lẽ ở rất xa, và hoàn toàn có thể vượt ra ngoài chân trời vũ trụ và mãi mãi không thể tiếp cận được, thêm rằng sự phân bố của họ cho thấy 39% đến 85% khả năng con người đơn độc trong vũ trụ.

Nhưng điều đó không có nghĩa là họ nghĩ rằng các nhà khoa học nên từ bỏ việc tìm kiếm sự sống ngoài hành tinh thông minh.

Những gì chúng tôi không thể hiện là SETI là vô nghĩa – hoàn toàn ngược lại! Sandberg nói. _Có một mức độ không chắc chắn rất lớn để giảm bớt. Bài báo cho thấy sinh học vũ trụ và SETI có thể đóng một vai trò lớn trong việc giảm sự không chắc chắn về một số thông số. Ngay cả sinh học trên cạn cũng có thể cung cấp cho chúng ta thông tin quan trọng về xác suất sự sống xuất hiện và các điều kiện dẫn đến trí thông minh. Cuối cùng, một kết luận quan trọng mà chúng tôi tìm thấy là việc thiếu trí thông minh quan sát được không khiến chúng tôi kết luận mạnh mẽ rằng trí thông minh không tồn tại lâu: các ngôi sao không báo trước sự diệt vong của chúng ta!

Nhà thiên văn học tính toán tỷ lệ sự sống ngoài hành tinh thông minh xuất hiện

Số lượng không gian tuyệt đối làm lung lay tâm trí và khiến người ta tự hỏi, tất cả người ngoài hành tinh ở đâu? Chắc chắn, chúng ta không phải là những người duy nhất sống sót trên một tảng đá vũ trụ. Tất nhiên, có thể có nhiều lý do khiến chúng ta chưa gặp phải người ngoài hành tinh, từ việc có công nghệ kém đến người ngoài hành tinh không muốn được nhìn thấy. Một nghiên cứu mới cố gắng thực hiện một cách tiếp cận thống kê cho câu hỏi, tìm ra khả năng sự sống phức tạp ngoài Trái Đất xuất hiện trên các hành tinh khác.

Trong bài báo mới của mình, David Kipping thuộc Khoa Thiên văn học của Đại học Columbia, đã sử dụng kỹ thuật thống kê được gọi là suy luận Bayes để đi đến kết luận rằng có nhiều khả năng người ngoài hành tinh nên tồn tại. Tỷ lệ cược mà anh tính toán là 3 ăn 2 cho người ngoài hành tinh.

Kipping dựa trên phân tích của mình về niên đại phát triển của sự sống trong vòng 300 triệu năm kể từ khi các đại dương của Trái Đất hình thành và sự tiến hóa của con người trên hành tinh. Ông tự hỏi sự sống sẽ xuất hiện thường xuyên như thế nào nếu chúng ta lặp đi lặp lại lịch sử Trái Đất.

Để tìm ra điều này, ông đã sử dụng phương pháp suy luận thống kê Bayes, hoạt động bằng cách cập nhật xác suất của một giả thuyết khi bằng chứng hoặc thông tin mới xuất hiện.

Kỹ thuật này giống như tỷ lệ cá cược, Kipping giải thích. Nó khuyến khích thử nghiệm lặp đi lặp lại các bằng chứng mới chống lại vị trí của bạn, về bản chất là một vòng phản hồi tích cực để tinh chỉnh các ước tính của bạn về khả năng xảy ra một sự kiện.

Ông đã đưa ra bốn câu trả lời có thể, như được báo cáo trong thông cáo báo chí:

Cuộc sống là phổ biến và thường phát triển trí thông minh.

Cuộc sống rất hiếm nhưng thường phát triển trí thông minh.

Cuộc sống là phổ biến và hiếm khi phát triển trí thông minh.

Cuộc sống rất hiếm và hiếm khi phát triển trí thông minh.

Sử dụng toán học Bayes, Kipping đọ sức các mô hình với nhau. Theo ông, kết quả quan trọng ở đây là khi người ta so sánh các kịch bản cuộc sống hiếm với cuộc sống chung, kịch bản cuộc sống chung luôn có khả năng cao hơn ít nhất chín lần so với kịch bản hiếm.

Điều này có nghĩa là sự sống có khả năng xuất hiện cao gấp 9 lần so với không. Nhưng liệu cuộc sống này có thông minh không? Câu trả lời ở đây là lộn xộn hơn và kém lạc quan hơn. Tuy nhiên, Kipling kết luận rằng trong hoàn cảnh và điều kiện tương tự như Trái Đất, tỷ lệ cược là 3: 2 rằng một số hành tinh ngoài kia sẽ có sự sống phức tạp, thông minh như chúng ta.

Tại sao tỷ lệ cược này thấp hơn? Kipping nghĩ rằng vì con người xuất hiện khá muộn trong lịch sử có thể ở được của Trái Đất, rõ ràng sự tồn tại của họ không phải là một kết luận được dự đoán trước. Nếu chúng ta chơi lịch sử Trái Đất một lần nữa, sự xuất hiện của trí thông minh thực sự khó xảy ra, ông chỉ ra.

Ông cũng khẳng định rằng mặc dù khả năng có sự sống ngoài hành tinh có thể không quá lớn, nhưng nó vẫn khá mạnh và trường hợp của một vũ trụ tràn ngập sự sống nổi lên như một sự đặt cược ưa thích.