Fermi paradokss

Fermi paradokss ir acīmredzama neatbilstība starp varbūtības aprēķiniem par ārpuszemes civilizāciju eksistēšanu un zinātnisku pierādījumu trūkumu par kontaktiem ar šādām civilizācijām.
Lielais Visuma vecums un milzīgais zvaigžņu skaits tajā liek domāt, ka, ja apstākļi uz Zemes ir tipiski, dzīvībai Visumā vajadzētu būt diezgan izplatītai. 1950. gadā, apspriezdams šo faktu ar kolēģiem, fiziķis Enriko Fermi norādīja, ka, ja citur Piena Ceļa galaktikā būtu dzīvība, cilvēcei vajadzētu būt pierādījumiem par tās esamību, piemēram, būtu pierādījumi par citplanētiešu kosmosa kuģu esamību. 1975. gadā šo problēmu plašāk pētīja Maikls Hārts, tāpēc šis paradokss pazīstams arī kā Fermi—Hārta paradokss. Cits ar šo paradoksu saistīts jautājums ir tā sauktais Lielais klusums jeb Silentium Universi, tas ir, kāpēc, pat ja pieņem, ka citplanētiešu kosmosa kuģi nav novēroti, jo starpzvaigžņu ceļojumi ir komplicēti, cilvēcei nav izdevies uztvert citplanētiešu radio pārraides.
Fermi paradoksu mēģināts atrisināt, mēģinot atrast pierādījumus par citplanētiešu civilizāciju esamību un pieņemot, ka šādas civilizācijas varētu pastāvēt, cilvēcei nezinot. Pastāv arī uzskats, ka saprātīga civilizācija citur Visumā nepastāv vai arī ir tik reta, ka cilvēcei nekad neizdosies ar to sazināties.
Kopš Hārta pētījuma ir izteiktas daudzas zinātniskas teorijas un izstrādāti modeļi, kāda varētu būt ārpuszemes dzīvība. Problēma ir pētīta daudzos zinātniskos darbos, apskatot ar to saistītās problēmas tādās nozarēs kā astronomija, bioloģija, ekoloģija un filozofija, starpnozaru pētījumos sākusi veidoties astrobioloģija.

Paradoksa pamats

Fermi paradokss ir pretruna starp varbūtību un tās pierādījumu trūkumu. Pilnīgāka definīcija būtu: Visuma vecums un izmērs liek domāt, ka vajadzētu pastāvēt daudzām tehnoloģiski augsti attīstītām ārpuszemes civilizācijām. Taču šī hipotēze šķiet pretrunīga faktam, ka nav novēroti pierādījumi, kas to apstiprinātu.
Ir aprēķināts, ka Piena Ceļā ir 250 miljardi (2,5×10¹¹) zvaigžņu, bet Visuma redzamajā daļā — 70 sekstilljoni zvaigžņu (7×10²²). Pat, ja dzīvība pastāvētu tikai uz nelielas daļas planētu, kuras atrodas ap šīm zvaigznēm, vienalga, Piena Ceļa galaktikā vien tādai vajadzētu pastāvēt uz vairākām planētām. Tas saskan arī ar zinātnisko principu, ka Zeme nav nekas īpašs, bet tipiska planēta, kas pakļaujas tādiem pašiem dabas likumiem, kā citas planētas un dabas procesi un to iznākumi ir līdzīgi tiem, kas notiek uz citām planētām. Šo pieņēmumu apstiprina ar Dreika vienādojuma palīdzību veiktie aprēķini, lai gan ir apstrīdēti pieņēmumi, uz kuriem balstīti vienādojumā lietotie lielumi.
Ņemot vērā civilizācijas iespējamo spēju pārvarēt grūtības un tieksmi kolonizēt, jādomā, ka civilizācija apgūtu un kolonizētu vispirms savas zvaigznes sistēmu un pēc tam citas tuvumā esošo zvaigžņu sistēmas. Tā kā ne uz Zemes, ne citur zināmajā Visuma daļā nav atrasti ticami pierādījumi, ka 13,7 miljardus gadu ilgajā Visuma vēsturē būtu pastāvējusi kāda cita dzīvības forma, tad var pieņemt, ka dzīvība ir reti sastopama, vai ka vispārīgie pieņēmumi par saprātīgu būtņu uzvedību ir kļūdaini.
Fermi paradokss rada divus jautājumus. Pirmais — kāpēc nav bijis tieša kontakta ne ar citplanētiešiem, ne ar viņu radītajiem objektiem? Ja starpzvaigžņu ceļojumi ir iespējami, tad pat lēni starpzvaigžņu ceļojumi, kuri, iespējams, drīz būs iespējami ar cilvēces rīcībā esošajām tehnoloģijām, ļautu kolonizēt galaktiku tikai 5 līdz 50 miljonu gadu laikā. Tas ir relatīvi īss laika posms, salīdzinot ar Zemes vecumu un vēl jo vairāk ar Visuma vecumu. Tā kā daudzas zvaigznes ir vecākas par Sauli un saprātīga dzīvība citur varētu būt sākusi attīstīties agrāk nekā uz Zemes, tad rodas jautājums, kāpēc galaktika vēl nav kolonizēta. Pat, ja pieņem, ka visas citplanētiešu civilizācijas neuzskatītu kolonizāciju par vajadzīgu, tās iespējams vienalga veiktu plašu savas galaktikas izpēti, tomēr nav atrastas ne kolonizācijas, ne izpētes pēdas.
Tomēr šādu argumentāciju nevar droši attiecināt uz visu Visumu, jo ātrums, ar kādu var notikt ceļojumi kosmosā, tikpat labi var arī būt izskaidrojums tam, kāpēc citplanētieši nav nonākuši uz Zemes. Tomēr tad rodas otrs jautājums — kāpēc nav pamanītas citas liecības par citplanētiešu eksistenci? Pat ja citplanētiešu civilizācijas ir retums, cilvēce ir novērojusi daudzas vietas, kur šāda dzīvība varētu izcelties, taču nav manītas nekādas pazīmes, kas varētu liecināt par civilizācijas darbību.

Dreika vienādojums un antropais princips

1960. gadā Frenks Dreiks, mēģinot atrast sistemātisku metodi, ar kuru izvērtēt dažādās varbūtības, kas varētu ietekmēt dzīvības attīstību uz citām planētām, izstrādāja vienādojumu, kurā tika ņemti vērā sekojoši faktori: zvaigžņu veidošanās intensitāte galaktikā; zvaigžņu, kurām ir planētas, skaits un dzīvībai piemēroto planētu skaits; to planētu, uz kurām attīstās dzīvība un vēlāk arī sazināties spējīga dzīvība; un, visbeidzot, aptuvenais šādu civilizāciju pastāvēšanas ilgums. Būtiskākā problēma ir fakts, ka nav zināms ne uz cik planētām, iespējams, pastāv dzīvība, ne cik liela ir iespēja, ka tā sasniegusi augstu attīstības pakāpi, ne cik no tām spētu sazināties, ne arī cik ilgi šāda civilizācija varētu pastāvēt — ir zināma tikai viena civilizācija, kas padara statistisku salīdzināšanu neiespējamu, turklāt cilvēce nevar adekvāti izvērtēt citu civilizāciju pastāvēšanas iespējamību, balstoties uz sevi kā piemēru.
Ar Dreika vienādojuma palīdzību veiktie aprēķini atkarībā no vienādojumā ievietotajiem skaitļiem liecina gan par to, ka Piena ceļā varētu būt pat miljons civilizāciju, gan par to, ka iespējamība, ka galaktikā ir civilizācija, vidēji ir daudz mazāka par vienu.
Frenks Dreiks pats ir teicis, ka viņa vienādojums visdrīzāk neatrisinās Fermi paradoksu — tas ir tikai veids, kā sistematizēt cilvēces zināšanu trūkumu.

Paradoksa atrisināšana, atrodot pierādījumus

Acīmredzams veids, kā atrisināt Fermi paradoksu, būtu atrast pierādījumu saprātīgas ārpuszemes civilizācijas esamībai. Kopš 20. gs. sešdesmitajiem gadiem veikti vairāki mēģinājumi to atrast, no kuriem daži turpinās joprojām. Tā kā cilvēcei nav tehnoloģiju starpzvaigžņu ceļojumu veikšanai, pētījumi tiek veikti no liela attāluma. Tas ierobežo iespējas atklāt citu civilizāciju, kas spētu pamanāmā veidā izmainīt apkārtējo vidi vai radīt citas pazīmes par savu darbību, piemēram, radio pārraides. Ir ļoti apšaubāms, ka cilvēce drīzā nākotnē spēs atklāt tehnoloģiski neattīstītu ārpuszemes dzīvību.
Nopietna problēma, kas traucē pētījumiem, ir antropocentrisms — minējumi par to, kādas pēdas citplanētieši varētu atstāt, bieži ir balstīti uz pierādījumiem, kādus par sevi rada cilvēce vai arī radītu, ja tai būtu pieejamas augstāk attīstītas tehnoloģijas.

Radio pārraides

Tiek pieņemts, ka dabiskā attīstības ceļā visas augsti attīstītās sugas ar laiku izgudros radio un spēs izgatavot radioteleskopu, tādējādi teorētiski radot pazīmes par savu darbību, kuras varētu atklāt no liela attāluma. Piemēram, novērojot Saules sistēmu ar jutīgu aparatūru, varētu konstatēt šādai zvaigznei neraksturīgi lielu radioviļņu intensitāti, ko rada televīzijas un telekomunikāciju pārraidīšana uz Zemes. Tā kā nebūtu kāda dabiska izskaidrojuma šim fenomenam, citplanētieši varētu secināt, ka Saules sistēmā pastāv cita civilizācija. Tāpēc rūpīga no kosmosa nākošu radioviļņu pētīšana, meklējot nedabiskus signālus, var novest pie ārpuszemes dzīvības atklāšanas.
Šādi signāli varētu būt radušies "nejauši", kā citplanētiešu civilizācijas darbības blakusprodukts, vai arī nosūtīti ar mērķi sazināties ar citām civilizācijām. Vairāki astronomi un observatorijas mēģinājuši atklāt šāda veida radio signālus, lielākoties caur organizāciju SETI, tomēr bijuši arī cita veida pētījumi, piemēram, pieņemot, ka citplanētieši izmanto lāzerpārraides.
Vairāku desmitgažu laikā SETI nav izdevies atrast nevienu galvenās secības zvaigzni ar netipiski augstu vai sakarīgi atkārtojošos radio viļņu aktivitāti, lai gan ir saņemti daži neparasti signāli. 1977. gada 15. augustā tika uztverts tā sauktais "Wow!" signāls, tomēr uztverošais teleskops varēja pētīt attiecīgo debess apgabalu tikai 72 sekundes un atkārtotos meklējumos tajā pašā vietā nekas neparasts vairs netika atrasts. Savukārt, 2003. gada martā tika uztverts signāls SHGb02+14a, kurš tika saņemts no debess apgabala, kurā 1000 gaismas gadu attālumā nav nevienas zvaigznes, turklāt bija ļoti vājš, tāpēc tiek uzskatīts, ka tas drīzāk tomēr bijis dabiskas izcelsmes signāls.

Tieša planētu novērošana

Neseni pētījumi ir noveduši pie ārpus Saules sistēmas esošo planētu — eksoplanētu — definīcijas un klasifikācijas. Lai gan šis ir salīdzinoši jauns pētījumu lauks — pirmoreiz eksoplanētas atklāšana apstiprinājās 1992. gadā — pastāv iespēja, ka drīzā nākotnē tiks atklātas eksoplanētas, uz kurām varētu pastāvēt dzīvība.
Ar laiku iespējams radīsies iespējas konstatēt pierādījumus par dzīvību uz šīm planētām, piemēram, ar spektroskopijas palīdzību varētu tikt atrastas gāzes, kas rodas dzīvības norises rezultātā vai pat rūpniecisks gaisa piesārņojums. Attīstoties tehnoloģijām, iespējams, varēs novērot vēl tiešākus pierādījumus civilizācijas eksistencei, tāpat, kā pētot Zemi no kosmosa, var redzēt cilvēku darbības pazīmes.
Tomēr tieši eksoplanētu novērojumi ir reti — pirmoreiz tāds veikts 2004. gadā. Parasti eksoplanētas atklāj un pēta, novērojot to ietekmi uz savu zvaigzni, kas ļauj noteikt planētas masu un orbītu, kā arī izdarīt aptuvenus pieņēmumus par planētas vidi, balstoties uz to, ap kāda tipa zvaigzni tā riņķo, attālumu no zvaigznes un planētas masu. Ar patlaban lietotajām metodēm diez vai izdosies atklāt Zemes lieluma planētas, uz kurām varētu pastāvēt dzīvība. Pētot gravitācijas lēcas, varētu atrast planētas, kas ir mazākas par Zemi, taču šī metode ļauj planētu novērot tikai īsu brīdi, bet ar citām metodēm, kas ļauj planētas novērot ilgāk, iespējams novērot tikai planētas, kuru masa un izmērs vairākkārt pārsniedz Jupitera masu un izmērus, uz kurām diez vai būs atrodama līdzīga dzīvība kā uz Zemes. Tomēr pastāv cerība, ka attīstoties tehnoloģijām, šo problēmu izdosies atrisināt. Tas ļautu izsecināt, cik bieži sastopamas dzīvībai piemērotas planētas, tātad, cik liela ir iespējamība, ka citur Visumā pastāv dzīvība, kas savukārt atstātu dziļu ietekmi uz idejām, uz kurām balstās Fermi paradokss.

Citplanētiešu konstrukcijas

Kā jau tika atzīmēts, ņemot vērā Visuma lielumu un vecumu, kā arī relatīvo ātrumu, pie kura saprātīgās dzīvības dispersija var rasties, pierādījumiem par citplanētiešu kolonizācijas mēģinājumiem vajadzētu būt atklājamiem diezgan vienkārši. Ja būtu kāda ārpuszemes civilizācija, tad vajadzētu pēc būtības atklāt, piemēram, viņu zondes vai arī kādus citus informācijas ievākšanas iekārtas.
Dažas no teorētiskajām izpētes metodēm, kā, piemēram, fon Neimana zonde, varētu būt izmantotas, lai izpētītu galaktikas, kā Piena Ceļš, aptuveni pusmiljona gadu laikā ar salīdzinoši maziem materiālu un enerģijas resursiem. Pat ja tikai viena civilizācija Piena Ceļa galaktikā būtu to uzsākusi, tad mums vajadzētu atrast kaut kādas pēdas, piemēram, asteroīdu joslā, kur būtu pietiekoši vienkārši iegūt resursus, lai viņi varētu turpināt iesākto izpēti.