Wat is de Fermi Paradox?

Enrico Fermi (1901-1954)
De Italiaanse natuurkundige Enrico Fermi (1901 – 1954)

De Fermi Paradox zoekt het antwoord op de vraag of er buitenaards leven bestaat. Vergeleken met de rest van het heelal vormen onze ster en onze planeet een relatief jong systeem. Omdat interstellair reizen wellicht relatief eenvoudig is te verwezenlijken zegt de theorie dat de Aarde al eerder door buitenaardse bezoekers moet zijn bezocht.

Er wordt gezegd dat de natuurkundige Enrico Fermi, die het bekendst is voor zijn bijdrage aan de eerste kernreactor, in 1950 tijdens een lunch met collega’s deze theorie opperde. De gevolgen van de theorie hebben er echter toe geleid dat onderzoekers van buitenaards leven zich al tientallen jaren het hoofd krabben.

Volgens het SETI-instituut (Search for Extraterrestrial Intelligence) realiseerde Fermi zich dat een beschaving met een gemiddelde kennis van rakettechnologie en een onbescheiden veroveringsdrift in rap tempo een sterrenstelsel zou kunnen koloniseren. Binnen tien miljoen jaar zou ieder stersysteem veroverd kunnen zijn. Tien miljoen jaar klinkt lang maar vergeleken met de leeftijd van het heelal is het helemaal niks. Ons sterrenstelsel koloniseren zou in een vloek en een zucht gedaan kunnen zijn.

Fermi deed de eerste aanzet maar hij stierf in 1954. Het waren anderen die over de theorie van Fermi publiceerden zoals in 1975 Michael Hart deed in zijn artikel “An Explanation fort he Absence of Extraterrestrials on Earth” dat werd gepubliceerd in het Quarterly Journal van de Royal Astronomical Society. Van dit artikel wordt gezegd dat dit het eerste artikel is dat de Fermi Paradox onderzoekt.

Hart schreef: “we zien dat er momenteel geen buitenaardse wezen zijn op Aarde en dit impliceert dat dit feit het beste kan worden verklaard door de hypothese dat er in ons sterrenstelsel geen andere geavanceerde beschavingen zijn”. Hart schreef echter ook dat er meer onderzoek nodig is naar het ontstaan van planeten en atmosferen en biochemie om te komen tot een beter antwoord.

Hart was van mening dat wij de enige geavanceerde beschaving in het heelal zijn en hij ontvouwde vier stellingen om Fermi’s paradox te onderzoeken:

  1. Aliens hebben ons nooit bezocht vanwege fysieke beperkingen die ruimtereizen onmogelijk maken. Die beperkingen zouden gerelateerd kunnen zijn aan astronomie, biologie of technische beperkingen.
  2. Aliens hebben er voor gekozen om de Aarde nooit te bezoeken.
  3. Geavanceerde beschavingen zijn pas onlangs ontstaan en ze hebben ons nog niet kunnen bezoeken.
  4. Aliens hebben de Aarde in het verleden bezocht maar wij hebben ze niet gezien.

De Fermi paradox is op verschillende manieren uitgedaagd. Misschien is het reizen tussen sterren onhaalbaar of misschien heeft niemand ervoor gekozen om ons sterrenstelsel te koloniseren of misschien zijn we in een ver verleden al bezocht door buitenaardse wezens en is het bewijs met de dinosauriërs begraven. Maar het idee is diepgeworteld in ons denken over buitenaardse beschavingen. Aldus een artikel uit 2016 dat is verschenen in Scientific American.

In 1980 verscheen een artikel in het RAS Quarterly Journal met als titel “Extraterrestrial Intelligent beings don’t exist”, waarin professor Frank Tipler beschrijft hoe je aan grondstoffen voor interstellair reizen kan komen. Hij schreef over een soort van zelf-replicerende kunstmatige intelligentie die zich van stersysteem naar stersysteem verplaatst en kopieën maakt met behulp van de aldaar aanwezige materialen.

En omdat deze wezens niet op Aarde zijn stelde Tipler dat we vermoedelijk de enige intelligente beschaving in ons sterrenstelsel zijn. Hij stelde ook dat degenen die geloven in buitenaards leven grote overeenkomsten vertonen met de mensen die in Ufo’s geloven want beide kampen geloven “dat we onszelf kunnen redden door een wonderbaarlijke interstellaire uitvinding”.

Buitenaardse intelligentie is nog steeds een populair onderwerp waar jaarlijks nog steeds verschillende artikelen over worden geschreven. De ontdekking van de vele exoplaneten wakkert dit alleen nog maar meer aan.

Heel veel planeten

Het heelal is heel erg groot en oud. Men schat de doorsnede van het heelal op 92 miljard lichtjaar en het groeit nog steeds sneller en sneller. Onafhankelijke metingen laten zien dat het heelal ongeveer 13,82 miljard lichtjaar oud is. Zo op het eerste gezicht hebben buitenaardse beschavingen dus meer dan voldoende tijd gehad om te ontstaan maar er kan een kosmische barrière zijn om de ruimte op grote schaal te verkennen.

Fermi stelde zijn theorie op in een tijd dat wetenschappers nog geen planeten buiten ons zonnestelsel hadden gevonden. Tegenwoordig zijn er meer dan 3000 planeten bevestigd en dat aantal groeit nog dagelijks. De grote hoeveelheid aan planeten die we hebben gevonden duidt erop dat er ook leven alom vertegenwoordigd kan zijn.

Met meer geavanceerde telescopen zullen astronomen in staat zijn om de chemische samenstelling van al die atmosferen te bepalen. Het uiteindelijke doel is het begrijpen hoe vaak er rotsachtige planeten in de bewoonbare zone van sterren kunnen ontstaat. De bewoonbare zone wordt gedefinieerd als de zone waarin er water aan het oppervlak kan voorkomen. Echter, alleen water is niet voldoende voor bewoonbaarheid. Ook andere factoren zoals de samenstelling van de atmosfeer en de activiteit van de ster spelen een belangrijke rol.

Een in november 2013 verschenen studie die gebruik maakt van gegevens van de Kepler Space Telescope duidt erop dat 1 op de 5 zonachtige sterren een aardachtige planeet heeft die in een baan binnen de bewoonbare zone draait. Die zone duidt niet noodzakelijkerwijs op leven want ook factoren als de atmosfeer van de planeet spelen een belangrijke rol. Daarnaast kan leven alles zijn van een bacterie tot een met ruimteschepen uitgeruste beschaving.

Een paar maanden later maakten de wetenschappers, gebruikmakende van een nieuwe techniek, in één klap 715 nieuwe planeten bekend. Hiermee kwam de ontdekking van nieuwe planeten in een stroomversnelling.

Astronomen hebben rode dwergen al uitgebreid onderzocht omdat ze in theorie heel geschikt zijn om bewoonbare planeten te hebben maar die uitgebreide studies hebben aangetoond dat er nogal wat beperkingen zijn. De eerste opwinding die ontstond toen er planeten werden ontdekt bij TRAPPIST-1 en Proxima Centauri is weggeëbd want de rode dwergen blijken gewelddadig sterren te zijn die zo veel schadelijke straling uitstoten dat leven op die planeten onmogelijk is. Er wordt momenteel meer onderzoek gedaan om het gedrag van deze sterren beter te leren begrijpen.

Afgelopen maand, april 2018, is de Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) gelanceerd. Deze telescoop gaat planeten bij nabije heldere sterren zoeken en de James Webb Space Telescope (JWST) die vermoedelijk in 2020 gelanceerd wordt moet in staat zijn om atmosferen van planeten te onderzoeken om zo de chemische samenstelling te achterhalen.

De komende jaren gaan er meer ruimtetelescopen gelanceerd worden die speciaal voor onderzoek naar exoplaneten zijn ontworpen. Omstreeks 2026 moet de Europese PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) gelanceerd worden en omstreeks 2024 zal de Europese Extremely Large Telescope in bedrijf komen.

Onze kennis op het gebied van astrobiologie (leven in het heelal) staat nog in de kinderschoenen. Het is een hele uitdaging om exoplaneten die zo ver van ons zijn verwijderd te bestuderen. We kunnen er geen sondes naar toe sturen om ze van dichtbij te bestuderen. Daar komt bij dat we zelfs in ons eigen zonnestelsel nog niet alle mogelijkheden voor leven goed hebben kunnen onderzoeken. We weten, uitgaande van de Aarde, dat micro-organismen in extreme temperaturen en omstandigheden kunnen overleven en dat geeft voeding aan theorieën dat er mogelijk microbiologisch leven mogelijk is op Mars, de Jupitermaan Europa of misschien wel op de Saturnusmanen Titan en Enceladus.

Al met al betekent dit dat er in ons eigen sterrenstelsel vele aardachtige planeten in bewoonbare zones om sterren moeten draaien waarop leven mogelijk is. Maar wat zijn de kansen dat er op die werelden wezens naar de sterren aan het kijken zijn?

Leven: zeldzaam of veel voorkomend?

De kansen op intelligent leven worden geschat met behulp van de Vergelijking van Drake die probeert het aantal beschavingen in ons sterrenstelsel te berekenen die met elkaar willen communiceren. De vergelijking wordt geschreven als:

 N = R* * fp * ne * fl * fi * fc * L

en kent de volgende variabelen:

  • N = het aantal beschavingen in ons sterrenstelsel waarvan de elektromagnetische straling is te detecteren
  • R* = de snelheid van ontstaan van sterren die geschikt zijn voor de ontwikkeling van intelligent leven.
  • fp = het deel van deze sterren met een planetensysteem.
  • ne = het aantal planeten, per zonnestelsel, met een omgeving geschikt voor leven.
  • fl = het deel geschikte planeten waar daadwerkelijk leven op voorkomt.
  • fi = het deel planeten waarop leven voorkomt dat zich tot intelligent leven heeft ontwikkeld.
  • fc = het deel van beschavingen die een technologie heeft ontwikkeld die detecteerbare signalen van hun bestaan de ruimte in stuurt.
  • L = de tijdsduur dat dergelijke beschavingen detecteerbare signalen de ruimte insturen.

Geen enkele van deze variabelen is met enige zekerheid bekend en dat maakt het doen van voorspellingen uitermate ingewikkeld.

Een andere mogelijkheid die de zoektocht naar radiosignalen of buitenaardse ruimteschepen overbodig maakt: buiten ons is er geen leven in het heelal. Frank Drake en anderen denken dat er wel meer dan 10.000 communicerende beschavingen in ons sterrenstelsel kunnen zijn. Maar een studie uit 2011, gepubliceerd door de National Academy of Sciences, stelt dat de Aarde wel eens een zeldzame vogel onder de planeten kan zijn.

Het heeft minstens 3,5 miljard jaar geduurd voordat er op Aarde intelligent leven voorkwam en dat duidt er volgens onderzoekers op dat het heel veel tijd kost en dat er een flinke dosis geluk aan te pas komt om leven te laten ontstaan.

Andere verklaringen voor de Fermi paradox zijn o.a. dat buitenaardsen ons bespioneren, dat ze ons totaal negeren, dat ze ons al hebben bezocht voordat er zich een menselijke schaving ontwikkelde op Aarde of ons bezoeken op een manier die wij niet kunnen detecteren.

Recente discussies over de Fermi paradox

De Fermi paradox houdt wetenschappers al tientallen jaren bezig maar recent zijn er toch enkele nieuwe inzichten die wetenschappers kunnen helpen om beter te begrijpen waarom buitenaardse intelligenties zo lastig zijn te vinden.

In 2015 werd er aan de hand van gegevens van de Hubble Space Telescope en de Kepler Space Telescope een studie uitgevoerd die keek naar de waarschijnlijkheid van een wereld die zich met een bewoonbare omgeving ontwikkeld. Deze studie suggereerde dat de Aarde er vroeg bij was. Zelfs als de studie intelligent leven uitsloot dan suggereerde de studie dat het ontstaan van de Aarde erg vroeg in de geschiedenis van het heelal plaatsvond. Toen de Aarde 4,6 miljard jaar geleden ontstond bestonden pas 8% van alle ooit bewoonbare planeten in het heelal. Met andere woorden, het meeste van het materiaal dat beschikbaar is om bewoonbare planeten te vormen is er nog steeds en dat betekent dat er veel tijd beschikbaar is om buitenaardse beschavingen te laten ontstaan.

Maar het is ook mogelijk dat leven veel te kwetsbaar is om lange tijd te overleven. In een studie uit 2016 wordt aangegeven dat het eerste periode van het bestaan van een rotsachtige planeet heel vruchtbaar kan zijn voor leven want leven kan al 500 miljoen jaar nadat de planeet afkoelt ontstaan als er water beschikbaar is. Echter voorbij die periode kan het klimaat van de planeet leven ook weer heel eenvoudig vernietigen. Kijk maar naar Venus (dat te kampen heeft met een uit de hand gelopen broeikaseffect) of Mars (dat zijn atmosfeer heeft verloren).

Over Fermi

Enrico Fermi was een natuurkundige van Italiaanse afkomst. Fermi werd geboren op 29 september 1901 en stierf op 28 november 1954. Hij is het bekendst geworden door zijn werk aan de allereerste kernreactor, Chicago Pile-1 en voor zijn bijdragen aan de ontwikkeling van de kwantum theorie, nucleaire en deeltjes fysica en statistische mechanica.

Fermi ontvluchtte in 1938 Italië vanwege het toenemende fascisme en de gevolgen daarvan voor zijn Joodse vrouw en zette zijn werk en carrière voort in de Verenigde Staten. Fermi is één van de mannen die te boek staan als de vader van de atoombom. Hij kreeg in 1938 de Nobelprijs voor de Natuurkunde.

 

Eerste publicatie: 7 oktober 2014
Volledige revisie: 30 april 2018