Ίθαν Σίγκελ, Ναι, ο αναγωγισμός μπορεί να εξηγήσει τα πάντα σε ολόκληρο το Σύμπαν. Ethan Siegel, Yes, reductionism can explain everything in the whole Universe

Το όλον δεν είναι μεγαλύτερο από το άθροισμα των μερών του· αυτό είναι ένα ελάττωμα στον τρόπο σκέψης μας. Ο μη-αναγωγισμός απαιτεί μαγεία, όχι απλώς επιστήμη. Υπάρχουν πάρα πολλές πτυχές αυτού του κόσμου που αποτελούνται από σύνθετα φαινόμενα των οποίων οι ιδιότητες δεν μπορούν εύκολα να εξαχθούν από τους θεμελιώδεις νόμους και τα συστατικά που τον διέπουν. Αυτό δεν αποτελεί καλό επιχείρημα κατά του αναγωγισμού. The whole isn’t greater than the sum of its parts; that’s a flaw in our thinking. Non-reductionism requires magic, not merely science. There are a great many aspects of this world that consist of complex phenomena whose properties cannot be easily derived from the fundamental laws and constituents that govern it. That does not make for a good argument against reductionism. Credit: rolffimages via Adobe Stock

Υπάρχει μια δήλωση που μπορεί κανείς να κάνει, η οποία θα ήταν εντελώς μη αμφιλεγόμενη στα τέλη του 19ου αιώνα, αλλά πολλοί άνθρωποι, τόσο εντός όσο και εκτός επιστήμης, θα διαφωνούσαν σήμερα με αυτήν. Σκεφτείτε μόνοι σας πώς νιώθετε γι' αυτό:

«Οι θεμελιώδεις νόμοι που διέπουν τα μικρότερα συστατικά της ύλης και της ενέργειας, όταν εφαρμόζονται στο Σύμπαν σε αρκετά μεγάλα κοσμικά χρονικά διαστήματα, μπορούν να εξηγήσουν όλα όσα θα προκύψουν ποτέ».

Αυτό σημαίνει ότι ο σχηματισμός κυριολεκτικά των πάντων στο Σύμπαν μας, από τους ατομικούς πυρήνες έως τα άτομα, από τα απλά μόρια έως τα σύνθετα μόρια, τη ζωή, τη νοημοσύνη, τη συνείδηση ​​και πέρα ​​από αυτήν, μπορεί να γίνει κατανοητός ως κάτι που προκύπτει άμεσα από τους θεμελιώδεις νόμους που διέπουν την πραγματικότητα, χωρίς να απαιτούνται πρόσθετοι νόμοι, δυνάμεις ή αλληλεπιδράσεις.

Αυτή η απλή ιδέα — ότι όλα τα φαινόμενα στο Σύμπαν είναι θεμελιωδώς φυσικά φαινόμενα — είναι γνωστή ως αναγωγισμός. Σε πολλά μέρη, συμπεριλαμβανομένου και εδώ στο Big Think, ο αναγωγισμός αντιμετωπίζεται σαν να μην είναι η δεδομένη προεπιλεγμένη θέση για το πώς λειτουργεί το Σύμπαν. Η εναλλακτική πρόταση είναι η ανάδυση, η οποία δηλώνει ότι ποιοτικά νέες ιδιότητες βρίσκονται σε πιο σύνθετα συστήματα που δεν μπορούν ποτέ, ούτε καν κατ' αρχήν, να εξαχθούν ή να υπολογιστούν από θεμελιώδεις νόμους, αρχές και οντότητες. Ενώ είναι αλήθεια ότι πολλά φαινόμενα δεν προκύπτουν προφανώς από τη συμπεριφορά των συστατικών τους μερών, ο αναγωγισμός θα πρέπει να είναι η προεπιλεγμένη θέση (ή μηδενική υπόθεση) για οποιαδήποτε ερμηνεία της πραγματικότητας. Οτιδήποτε άλλο θα πρέπει να αντιμετωπίζεται ως το ισοδύναμο του επιχειρήματος του Θεού των κενών, και αυτό που ακολουθεί είναι μια εξήγηση για το γιατί.

Στα δεξιά, απεικονίζονται τα μποζόνια βαθμίδας, τα οποία μεσολαβούν στις τρεις θεμελιώδεις κβαντικές δυνάμεις του Σύμπαντός μας. Υπάρχει μόνο ένα φωτόνιο που μεσολαβεί στην ηλεκτρομαγνητική δύναμη, υπάρχουν τρία μποζόνια που μεσολαβούν στην ασθενή δύναμη και οκτώ που μεσολαβούν στην ισχυρή δύναμη. Αυτό υποδηλώνει ότι το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι ένας συνδυασμός τριών ομάδων: U(1), SU(2) και SU(3), των οποίων οι αλληλεπιδράσεις και τα σωματίδια συνδυάζονται για να αποτελέσουν όλα όσα είναι γνωστά στην ύπαρξη. Παρά την επιτυχία αυτής της εικόνας, πολλά αινίγματα παραμένουν. On the right, the gauge bosons, which mediate the three fundamental quantum forces of our Universe, are illustrated. There is only one photon to mediate the electromagnetic force, there are three bosons mediating the weak force, and eight mediating the strong force. This suggests that the Standard Model is a combination of three groups: U(1), SU(2), and SU(3), whose interactions and particles combine to make up everything known in existence. Despite the success of this picture, many puzzles still remain. Credit: Daniel Domingues/CERN

Το θεμελιώδες

Όταν σκεφτόμαστε το ερώτημα «τι είναι θεμελιώδες» σε αυτό το Σύμπαν, συνήθως στρεφόμαστε στις πιο αδιαίρετες, στοιχειώδεις οντότητες από όλες και στους νόμους που τις διέπουν. Για τη φυσική μας πραγματικότητα, αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει να ξεκινήσουμε με τα σωματίδια του Καθιερωμένου Μοντέλου και τις αλληλεπιδράσεις που τα διέπουν — καθώς και με ό,τι είναι η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια και τις αλληλεπιδράσεις που τα διέπουν· μέχρι στιγμής η φύση τους είναι άγνωστη — και να δούμε αν αυτό μας δίνει τα απαραίτητα και επαρκή συστατικά για να χτίσουμε κάθε γνωστό φαινόμενο και σύνθετη οντότητα μόνο από αυτά τα δομικά στοιχεία.

Εφόσον υπάρχει ένας συνδυασμός δυνάμεων που είναι σχετικά ελκτικές σε μια κλίμακα αλλά σχετικά απωθητικές σε διαφορετική κλίμακα, είναι σχεδόν βέβαιο ότι θα σχηματίσουμε συνδεδεμένες δομές από αυτές τις θεμελιώδεις οντότητες. Δεδομένου ότι έχουμε τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις στο Σύμπαν, συμπεριλαμβανομένων:

• πυρηνικές δυνάμεις μικρής εμβέλειας που διατίθενται σε δύο τύπους, μια ισχυρή έκδοση και μια ασθενή έκδοση,
• μια ηλεκτρομαγνητική δύναμη μεγάλης εμβέλειας, όπου τα «όμοια» φορτισμένα σωματίδια απωθούνται και τα «ανόμοια» φορτισμένα σωματίδια έλκονται,
• και μια βαρυτική δύναμη μεγάλης εμβέλειας, όπου η μόνη δύναμη μεταξύ τους είναι πάντα ελκτική,

Θα πρέπει να αναμένουμε πλήρως ότι οι δομές θα αναδυθούν σε μια ποικιλία κλιμάκων απόστασης: σε μικρές, ενδιάμεσες και μεγάλες κλίμακες.

Το παραδοσιακό μοντέλο ενός ατόμου, που είναι πλέον άνω των 100 ετών, είναι ενός θετικά φορτισμένου πυρήνα σε τροχιά γύρω από τον οποίο βρίσκονται αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια. Αν και η εικόνα αυτή προέρχεται από το ξεπερασμένο μοντέλο Bohr, το μέγεθος του ίδιου του ατόμου καθορίζεται από την αναλογία φορτίου προς μάζα του ηλεκτρονίου. Εάν το ηλεκτρόνιο ήταν βαρύτερο ή ελαφρύτερο, τα άτομα θα ήταν μικρότερα ή μεγαλύτερα, καθώς και πιο δύσκολο ή πιο εύκολο να ιονιστούν, αντίστοιχα. The traditional model of an atom, now more than 100 years old, is of a positively charged nucleus orbited by negatively charged electrons. Although the outdated Bohr model is where this picture comes from, the size of the atom itself is determined by the charge-to-mass ratio of the electron. If the electron were heavier or lighter, atoms would be smaller or larger, as well as more difficult or more easy to ionize, respectively. Credit: U.S. Department of Energy

Πράγματι: αυτό ακριβώς διαπιστώνουμε όταν εξετάζουμε το Σύμπαν στο οποίο κατοικούμε. Στις μικρότερες κλίμακες, η ισχυρή πυρηνική δύναμη συνδέει τα κουάρκ σε συνδεδεμένες δομές, τρία κάθε φορά, γνωστές ως βαρυόνια. Τα δύο ελαφρύτερα βαρυόνια είναι τα πιο σταθερά: το πρωτόνιο, το οποίο είναι 100% σταθερό, και το νετρόνιο, το οποίο είναι αρκετά σταθερό ώστε να επιβιώσει με χρόνο ημιζωής περίπου ~15 λεπτών, ακόμη και όταν δεν είναι συνδεδεμένο με τίποτα άλλο.

Αυτά τα πρωτόνια και τα νετρόνια μπορούν στη συνέχεια να σχηματίσουν συνδεδεμένες δομές που αποτελούνται από αυτές τις σύνθετες οντότητες ως δομικά στοιχεία μεγαλύτερων δομών. Αυτή τη φορά, η αιτία είναι η ισχυρή πυρηνική δύναμη: ικανή να συνδέει πρωτόνια και νετρόνια μαζί σε ατομικούς πυρήνες, ξεπερνώντας ακόμη και την απωστική ηλεκτρομαγνητική δύναμη μεταξύ όμοιων (θετικών) φορτίων λόγω της ύπαρξης πολλαπλών πρωτονίων στους περισσότερους σύνθετους πυρήνες. Μερικοί πυρήνες θα είναι σταθεροί έναντι των διασπάσεων, άλλοι θα υποστούν μία ή περισσότερες διασπάσεις (ραδιενεργά) πριν παράγουν ένα σταθερό τελικό προϊόν.

Και έπειτα, η ηλεκτρομαγνητική δύναμη αξιοποιεί δύο γεγονότα για το Σύμπαν.

1. Ότι, συνολικά, είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, με τον ίδιο αριθμό αρνητικών φορτίων (ηλεκτρόνια) όσα και θετικά φορτία (πρωτόνια) που υπάρχουν.
2. Και ότι κάθε ηλεκτρόνιο έχει μικροσκοπική μάζα σε σύγκριση με κάθε πρωτόνιο, νετρόνια και ατομικό πυρήνα.

Αυτό επιτρέπει στα ηλεκτρόνια και τους πυρήνες να συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ουδέτερα άτομα, όπου κάθε μοναδικό είδος ατόμου, ανάλογα με τον αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα του, έχει τη δική του μοναδική ηλεκτρονική δομή, σύμφωνα με τους θεμελιώδεις νόμους της κβαντικής φυσικής που διέπουν το Σύμπαν μας.

Τα επίπεδα ενέργειας και οι κυματοσυναρτήσεις ηλεκτρονίων που αντιστοιχούν σε διαφορετικές καταστάσεις μέσα σε ένα άτομο υδρογόνου, αν και οι διαμορφώσεις είναι εξαιρετικά παρόμοιες για όλα τα άτομα. Ο τρόπος με τον οποίο τα άτομα συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν μόρια και άλλες, πιο σύνθετες δομές είναι ένα δύσκολο έργο όταν κάποιος ξεκινά από τα θεμελιώδη σωματίδια και τις αλληλεπιδράσεις, αλλά η κατανόηση των βασικών είναι ο τρόπος με τον οποίο προχωράμε στην εξήγηση πιο σύνθετων συστημάτων. The energy levels and electron wavefunctions that correspond to different states within a hydrogen atom, although the configurations are extremely similar for all atoms. The way atoms bind together to form molecules and other, more complex structures is a challenging task when one begins from fundamental particles and interactions, but understanding the basics is how we build up to explaining more complex systems. Credit: PoorLeno/Wikimedia Commons

Πώς βλέπει το Σύμπαν ένας αναγωγιστής

Είναι πολύ σημαντικό, όταν συζητάμε την ιδέα του αναγωγισμού, να μην «υπερβολικά» χαρακτηρίζουμε τη θέση του αναγωγιστή. Ο αναγωγιστής δεν υποστηρίζει - ούτε χρειάζεται να ισχυριστεί - ότι έχει μια πλήρη και ολοκληρωμένη εξήγηση για κάθε σύνθετο φαινόμενο που προκύπτει μέσα σε κάθε φανταστική σύνθετη δομή. Ορισμένες σύνθετες δομές και ορισμένες ιδιότητες σύνθετων δομών θα είναι εύκολα εξηγήσιμες από τους υποκείμενους κανόνες, σίγουρα, αλλά όσο πιο περίπλοκο γίνεται το σύστημά σας, τόσο πιο δύσκολο μπορείτε να περιμένετε ότι θα είναι να εξηγήσετε όλα τα διάφορα φαινόμενα και ιδιότητες που προκύπτουν.

Αυτό το τελευταίο άρθρο δεν μπορεί να θεωρηθεί «απόδειξη κατά του αναγωγισμού» με κανέναν τρόπο, σχήμα ή μορφή. Το γεγονός ότι «υπάρχει αυτό το φαινόμενο που βρίσκεται πέρα ​​από την ικανότητά μου να κάνω αξιόπιστες, ποσοτικές προβλέψεις» δεν πρέπει ποτέ να ερμηνευτεί ως απόδειξη υπέρ του ότι «αυτό το φαινόμενο απαιτεί πρόσθετους νόμους, κανόνες, ουσίες ή αλληλεπιδράσεις πέρα ​​από αυτά που είναι σήμερα γνωστά».

Είτε κατανοείς το σύστημά σου αρκετά καλά ώστε να καταλαβαίνεις τι πρέπει και τι δεν πρέπει να προκύψει από αυτό, οπότε μπορείς να θέσεις τον αναγωγισμό σε δοκιμασία, είτε δεν το κάνεις, οπότε πρέπει να επιστρέψεις στην μηδενική υπόθεση: ότι μέχρι να μπορέσεις να κάνεις τέτοιες προβλέψεις από μια αναγωγιστική προσέγγιση, δεν μπορείς να θεωρήσεις κανένα στοιχείο που βρίσκεις ως στοιχείο για την ανάγκη για κάτι πέρα ​​από την αναγωγιστική οπτική γωνία.

Ένα ποτήρι κρασιού, όταν δονείται στη σωστή συχνότητα, θα θρυμματιστεί. Αυτή είναι μια διαδικασία που αυξάνει δραματικά την εντροπία του συστήματος και είναι θερμοδυναμικά ευνοϊκή. Η αντίστροφη διαδικασία, όπου θραύσματα γυαλιού επανασυναρμολογούνται σε ένα ολόκληρο, μη ραγισμένο ποτήρι, είναι τόσο απίθανη που δεν συμβαίνει ποτέ αυθόρμητα στην πράξη. Ωστόσο, εάν η κίνηση των μεμονωμένων θραυσμάτων, καθώς απομακρύνονται, ήταν ακριβώς αντίστροφη, θα πετάγονταν πίσω μαζί και, τουλάχιστον για μια στιγμή, θα επανασυναρμολογούσαν με επιτυχία το ποτήρι κρασιού. Η συμμετρία αντιστροφής του χρόνου είναι ακριβής στη Νευτώνεια φυσική, αλλά δεν τηρείται στη θερμοδυναμική. A wine glass, when vibrated at the right frequency, will shatter. This is a process that dramatically increases the entropy of the system and is thermodynamically favorable. The reverse process, of shards of glass reassembling themselves into a whole, uncracked glass, is so unlikely that it never occurs spontaneously in practice. However, if the motion of the individual shards, as they fly apart, were exactly reversed, they would indeed fly back together and, at least for an instant, successfully reassemble the wine glass. Time reversal symmetry is exact in Newtonian physics, but it is not obeyed in thermodynamics. Credit: BBC Worldwide/GIPHY

Και, για να είμαστε σαφείς, αυτό ακριβώς είναι η «μηδενική υπόθεση»: ότι το Σύμπαν είναι 100% αναγωγιστικό. Αυτό σημαίνει μια σειρά από πράγματα.

• Ότι όλες οι δομές που αποτελούνται από άτομα και τα συστατικά τους — συμπεριλαμβανομένων των μορίων, των ιόντων και των ενζύμων — μπορούν να περιγραφούν με βάση τους θεμελιώδεις νόμους της φύσης και τις συνιστώσες δομές από τις οποίες αποτελούνται.
• Ότι όλες οι μεγαλύτερες δομές και διεργασίες που συμβαίνουν μεταξύ αυτών των δομών, συμπεριλαμβανομένων όλων των χημικών αντιδράσεων, δεν απαιτούν τίποτα περισσότερο από αυτούς τους θεμελιώδεις νόμους και τα συστατικά.
• Ότι όλες οι βιολογικές διεργασίες, από τη βιοχημεία μέχρι τη μοριακή βιολογία και πέρα ​​από αυτήν, όσο περίπλοκες κι αν φαίνονται, είναι στην πραγματικότητα απλώς το άθροισμα των μερών τους, ακόμα κι αν κάθε «μέρος» ενός βιολογικού συστήματος είναι αξιοσημείωτα περίπλοκο.
• Και ότι όλα όσα θεωρούμε «ανώτερη λειτουργία», συμπεριλαμβανομένης της λειτουργίας των διαφόρων κυττάρων, οργάνων, ακόμη και του εγκεφάλου μας, δεν απαιτούν τίποτα πέρα ​​από τα γνωστά φυσικά συστατικά και τους νόμους της φύσης για να εξηγηθούν.

Μέχρι σήμερα, αν και δεν θα έπρεπε να προκαλεί αμφιβολία μια τέτοια δήλωση, δεν υπάρχουν στοιχεία για την ύπαρξη οποιουδήποτε φαινομένου που να εμπίπτει σε αυτό που ο αναγωγισμός είναι ικανός να εξηγήσει.

Ο βραχώδης σχηματισμός Al Naslaa, που βρίσκεται στη Σαουδική Αραβία, αποτελείται από ιζηματογενή πετρώματα υψηλής πυκνότητας και παρουσιάζει σημαντικά στοιχεία αποσάθρωσης και διάβρωσης. Ωστόσο, το βάθρο από κάτω του έχει διαβρωθεί πιο γρήγορα, τα πετρογλυφικά πάνω του είναι χιλιάδων ετών και η εξαιρετικά ομαλή ρωγμή στο κέντρο του δεν έχει ακόμη εξηγηθεί πλήρως. The Al Naslaa rock formation, located in Saudi Arabia, is made of high-density sedimentary rock and shows significant evidence of weathering and erosion. However, the pedestal beneath it has eroded more quickly, the petroglyphs upon it are thousands of years old, and the extremely smooth fissure down its center is not yet fully explained. Credit: OnPoint TV/YouTube

Πώς η «φαινομενική εμφάνιση» εξηγείται εύκολα από τον αναγωγισμό

Για ορισμένες ιδιότητες που είναι εγγενείς σε πολύπλοκα συστήματα, είναι αρκετά εύκολο να εξηγήσουμε γιατί υπάρχουν όπως υπάρχουν. Η μάζα (ή το βάρος, αν προτιμάτε να χρησιμοποιείτε κλίμακες) ενός μακροσκοπικού αντικειμένου είναι, πολύ απλά, το άθροισμα των μαζών των συστατικών που το αποτελούν, μείον τη μάζα που χάνεται από την ενέργεια που συνδέει αυτά τα συστατικά μεταξύ τους, μέσω της εξίσωσης E = mc² του Αϊνστάιν .

Για άλλες ιδιότητες, δεν είναι απαραίτητα τόσο εύκολο έργο, αλλά έχει επιτευχθεί. Μπορούμε να εξηγήσουμε πώς θερμοδυναμικές ποσότητες όπως η θερμότητα, η θερμοκρασία, η εντροπία και η ενθαλπία προκύπτουν από ένα πολύπλοκο, μεγάλης κλίμακας σύνολο σωματιδίων. Μπορούμε να εξηγήσουμε τις ιδιότητες πολλών μορίων μέσω της επιστήμης της κβαντικής χημείας, η οποία και πάλι μπορεί να προκύψει απευθείας από τους υποκείμενους θεμελιώδεις νόμους. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τους ίδιους θεμελιώδεις νόμους για να κατανοήσουμε - αν και η απαιτούμενη υπολογιστική ισχύς είναι τεράστια - πώς διάφορα μόρια, όπως τα πεπτίδια και οι πρωτεΐνες, αναδιπλώνονται στις διαμορφώσεις ισορροπίας τους και πώς μπορούν επίσης να καταλήξουν σε μετασταθείς καταστάσεις.

Και έπειτα, υπάρχουν ιδιότητες που δεν μπορούμε να εξηγήσουμε πλήρως, αλλά και που δεν είμαστε σε θέση να κάνουμε αξιόπιστες προβλέψεις για το τι περιμένουμε να δούμε υπό αυτές τις συνθήκες. Αυτά τα «δύσκολα προβλήματα» συχνά περιλαμβάνουν συστήματα που είναι πολύ περίπλοκα για να μοντελοποιηθούν με την τρέχουσα τεχνολογία, όπως η ανθρώπινη συνείδηση.

Ο τότε μεταπτυχιακός φοιτητής Chao He μπροστά από τον θάλαμο αερίων στο πλανητικό εργαστήριο Horst στο Johns Hopkins, το οποίο αναδημιουργεί συνθήκες που υποψιάζεται ότι υπάρχουν στις ομίχλες των ατμοσφαιρών των εξωπλανητών. Υποβάλλοντάς το σε συνθήκες που έχουν σχεδιαστεί για να μιμούνται εκείνες που προκαλούνται από τις εκπομπές υπεριώδους ακτινοβολίας και τις εκκενώσεις πλάσματος, οι ερευνητές εργάζονται για την ανάδυση οργανικών ουσιών και ζωής από μη-ζωή. Then-graduate student Chao He in front of the gas chamber in the Horst planetary lab at Johns Hopkins, which recreates conditions suspected to exist in the hazes of exoplanet atmospheres. By subjecting it to conditions designed to mimic those induced by ultraviolet emissions and plasma discharges, researchers work toward the emergence of organics, and life, from non-life. Credit: Chanapa Tantibanchachai/Johns Hopkins University

Με άλλα λόγια, αυτό που φαίνεται να είναι αναδυόμενο για εμάς σήμερα, με τους τρέχοντες περιορισμούς μας σε ό,τι μπορούμε να υπολογίσουμε, μπορεί κάποια μέρα στο μέλλον να περιγραφεί με καθαρά αναγωγικούς όρους. Πολλά τέτοια συστήματα που κάποτε δεν μπορούσαν να περιγραφούν μέσω αναγωγισμού, έχουν πλέον περιγραφεί με επιτυχία με έναν ακριβώς αναγωγικό τρόπο, με ανώτερα μοντέλα (όσον αφορά το τι επιλέγουμε να προσέξουμε) και την έλευση της βελτιωμένης υπολογιστικής ισχύος. Πολλά φαινομενικά χαοτικά συστήματα μπορούν, στην πραγματικότητα, να προβλεφθούν με όποια ακρίβεια επιλέξουμε αυθαίρετα, εφόσον υπάρχουν διαθέσιμοι αρκετοί υπολογιστικοί πόροι. Παραδείγματα περιλαμβάνουν:

• το πρόβλημα των τριών σωμάτων για τη βαρύτητα ,
• οι συνεισφορές της αδρονικής πόλωσης κενού στο μιόνιο g – 2 παζλ,
• ή γιατί η ύλη εμφανίζεται και αισθάνεται «στερεά» παρά το γεγονός ότι τα άτομα είναι ως επί το πλείστον κενός χώρος.

Ναι, δεν μπορούμε να αποκλείσουμε τον μη-αναγωγισμό, αλλά όπου έχουμε καταφέρει να κάνουμε ισχυρές προβλέψεις για το τι συνεπάγονται οι θεμελιώδεις νόμοι της φύσης για μεγάλης κλίμακας, πολύπλοκες δομές, αυτές συμφωνούν με αυτά που έχουμε καταφέρει να παρατηρήσουμε και να μετρήσουμε. Ο συνδυασμός των γνωστών σωματιδίων που αποτελούν το Σύμπαν και των τεσσάρων θεμελιωδών δυνάμεων μέσω των οποίων αλληλεπιδρούν ήταν επαρκής για να εξηγήσει, από την ατομική έως την αστρική κλίμακα και πέραν αυτής, όλα όσα έχουμε συναντήσει ποτέ σε αυτό το Σύμπαν. Η ύπαρξη συστημάτων που είναι πολύ περίπλοκα για να προβλεφθούν με την τρέχουσα τεχνολογία δεν αποτελεί επιχείρημα κατά του αναγωγισμού.

Πολλοί έχουν υποστηρίξει, ανεπιτυχώς, ότι η εξέλιξη ενός πολύπλοκου οργάνου όπως το ανθρώπινο μάτι δεν θα μπορούσε να έχει συμβεί μόνο μέσω φυσικών διεργασιών. Κι όμως, το μάτι έχει εξελιχθεί, φυσικά, σε πολλούς διαφορετικούς οργανισμούς ανεξάρτητα, πολλές φορές. Η διεκδίκηση της ανάγκης για κάτι υπερφυσικό σε μια ενδιάμεση κλίμακα στο Σύμπαν είναι θεμελιωδώς αντίθετη με τη διαδικασία της επιστήμης και είναι πιθανό να αποδειχθεί περιττή και άσχετη καθώς η επιστήμη συνεχίζει να προοδεύει. Many have argued, unsuccessfully, that the evolution of a complex organ like the human eye could not have occurred through natural processes alone. And yet, the eye has evolved, naturally, in many different organisms independently a large number of independent times. Asserting the need for something supernatural in an intermediate scale in the Universe is fundamentally antithetical to the process of science, and is likely to be proven unnecessary and extraneous as science continues to advance. Credit: Venti Views / Unsplash

Η φύση του μη-αναγωγισμού που βασίζεται στον Θεό των κενών

Αλλά είναι αλήθεια ότι η καταφυγή στον μη-αναγωγισμό - ή στην ιδέα ότι εντελώς νέες ιδιότητες θα αναδυθούν μέσα σε ένα πολύπλοκο σύστημα που δεν μπορούν να προκύψουν από τις αλληλεπιδράσεις των συστατικών του μερών - ισοδυναμεί, σε αυτό το σημείο, με ένα επιχείρημα του Θεού των κενών . Βασικά λέει: «Λοιπόν, γνωρίζουμε πώς συμπεριφέρονται τα πράγματα σε μια συγκεκριμένη κλίμακα ή σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή, και γνωρίζουμε πώς συμπεριφέρθηκαν σε μικρότερη κλίμακα ή σε προγενέστερη χρονική στιγμή, αλλά δεν μπορούμε να ολοκληρώσουμε όλα τα βήματα για να φτάσουμε από αυτή τη μικρή κλίμακα/πρώιμο χρόνο για να κατανοήσουμε πώς προκύπτει η συμπεριφορά σε μεγάλη κλίμακα/μεταγενέστερο χρόνο, και ως εκ τούτου, θα εισάγω την πιθανότητα να τίθεται σε εφαρμογή κάτι μαγικό, θεϊκό ή αλλιώς μη φυσικό».

Αν και αυτός είναι ένας ισχυρισμός που είναι δύσκολο ή ακόμα και αδύνατο να διαψευσθεί, είναι ένας ισχυρισμός που έχει όχι μόνο μηδενική, αλλά και αρνητική επιστημονική αξία. Ολόκληρη η διαδικασία της επιστήμης περιλαμβάνει τη διερεύνηση του Σύμπαντος με τα εργαλεία που έχουμε στη διάθεσή μας για τη διερεύνηση της πραγματικότητας και τον προσδιορισμό του καλύτερου φυσικού μοντέλου, περιγραφής και συνόλου συνθηκών που περιγράφει αυτήν την πραγματικότητα. Τι ανόητο κόλπο είναι να ισχυριζόμαστε «ίσως χρειαζόμαστε περισσότερα από το τρέχον καλύτερο μοντέλο μας για να περιγράψουμε την πραγματικότητα» όταν:

• δεν έχουμε καν την υπολογιστική ή μοντελοποιητική ισχύ που απαιτείται για να δοκιμάσουμε το τρέχον μοντέλο μας,
• και όπου αυτά είναι τα καθεστώτα που είναι πιο πιθανό — αν προσθέσουμε κάτι μαγικό, θεϊκό ή μη φυσικό — όπου η επιστήμη είναι πολύ πιθανό, στο πολύ εγγύς μέλλον, να δείξει ότι μια τέτοια παρέμβαση είναι εντελώς περιττή.

Αν η ζωή ξεκίνησε με ένα τυχαίο πεπτίδιο που μπορούσε να μεταβολίσει θρεπτικά συστατικά/ενέργεια από το περιβάλλον της, η αντιγραφή θα μπορούσε να προκύψει από τη συνεξέλιξη πεπτιδίου-νουκλεϊκού οξέος. Εδώ, απεικονίζεται η συνεξέλιξη DNA-πεπτιδίου, αλλά θα μπορούσε να λειτουργήσει με RNA ή ακόμα και PNA ως νουκλεϊκό οξύ. Ο ισχυρισμός ότι χρειάζεται μια «θεϊκή σπίθα» για να προκύψει η ζωή είναι ένα κλασικό επιχείρημα του «Θεού των κενών», αλλά ο ισχυρισμός ότι γνωρίζουμε ακριβώς πώς προέκυψε η ζωή από τη μη ζωή είναι επίσης μια πλάνη. Αυτές οι συνθήκες, συμπεριλαμβανομένων των βραχωδών πλανητών με αυτά τα μόρια που υπάρχουν στις επιφάνειές τους, πιθανότατα υπήρχαν μέσα στα πρώτα 1-2 δισεκατομμύρια χρόνια της Μεγάλης Έκρηξης. If life began with a random peptide that could metabolize nutrients/energy from its environment, replication could then ensue from peptide-nucleic acid coevolution. Here, DNA-peptide coevolution is illustrated, but it could work with RNA or even PNA as the nucleic acid instead. Asserting that a “divine spark” is needed for life to arise is a classic “God-of-the-gaps” argument, but asserting that we know exactly how life arose from non-life is also a fallacy. These conditions, including rocky planets with these molecules present on their surfaces, likely existed within the first 1-2 billion years of the Big Bang. Credit: A. Chotera et al., Chemistry Europe, 2018

Αν πιστεύετε ή απλώς θέλετε να πιστεύετε ότι το Σύμπαν είναι κάτι περισσότερο από το άθροισμα των φυσικών του μερών, αυτή είναι μια δήλωση όπου η επιστήμη δεν έχει τίποτα ουσιαστικό να πει επί του θέματος. Η επιστήμη είναι εντελώς αγνωστικίστρια ως προς αυτή την πιθανότητα. Ωστόσο, αν θέλετε να πιστεύετε ότι μια περιγραφή των φυσικών φαινομένων που υπάρχουν σε αυτό το Σύμπαν απαιτεί είτε:

• κάτι περισσότερο από τους φυσικούς νόμους που διέπουν το Σύμπαν,
• και/ή κάτι άλλο εκτός από τα φυσικά αντικείμενα που υπάρχουν μέσα στο Σύμπαν,

Ίσως η λιγότερο επιτυχημένη απόφαση που μπορείτε να πάρετε είναι να εισάγετε οποιεσδήποτε «μεταφυσικές» οντότητες στις οποίες πιστεύετε σε ένα μέρος όπου η επιστήμη, μόλις προχωρήσει έστω και λίγο περισσότερο, μπορεί να διαψεύσει εντελώς την ανάγκη για αυτές.

Ποτέ δεν κατάλαβα γιατί κάποιος θα ήταν τόσο πρόθυμος να ισχυριστεί την ύπαρξη του θείου ή του υπερφυσικού σε ένα τόσο μικρό μέρος: ένα μέρος όπου θα ήταν τόσο εύκολο να διαψεύσει κανείς την ανάγκη για αυτό. Γιατί να πιστεύετε, ενώ κατοικείτε σε ένα τόσο απέραντο Σύμπαν, ότι κάτι πέρα ​​από την ικανότητα των φυσικών μας νόμων να το περιγράψουν θα εμφανιζόταν κυρίως σε ένα τόσο ξένο, περιττό μέρος; Αν το Σύμπαν, όπως το παρατηρούμε και το μετράμε, δεν μπορεί να περιγραφεί από αυτό που υπάρχει φυσικά μέσα σε αυτό σύμφωνα με τους γνωστούς νόμους της πραγματικότητας, δεν θα έπρεπε να διαπιστώσουμε ότι αυτό ισχύει στην πραγματικότητα πριν καταφύγουμε σε μια μη επιστημονική, υπερφυσική εξήγηση;

Ένας εγκέφαλος μύγας φρούτων όπως φαίνεται μέσα από ένα ομοεστιακό μικροσκόπιο. Η λειτουργία του εγκεφάλου οποιουδήποτε ζώου δεν είναι πλήρως κατανοητή, αλλά είναι εξαιρετικά πιθανό ότι η ηλεκτρική δραστηριότητα στον εγκέφαλο και σε όλο το σώμα είναι υπεύθυνη για αυτό που γνωρίζουμε ως «συνείδηση» και, επιπλέον, ότι οι άνθρωποι δεν είναι τόσο μοναδικοί μεταξύ των ζώων ή ακόμα και άλλων ζωντανών πλασμάτων στην κατοχή της. A fruit fly brain as viewed through a confocal microscope. The workings of the brain of any animal are not fully understood, but it’s eminently plausible that electrical activity in the brain and throughout the body is responsible for what we know as “consciousness,” and furthermore, that human beings are not so unique among animals or even other living creatures in possessing it. Credit: Garaulet et al., Developmental Cell, 2020

Τελικές σκέψεις

Τα θεμελιώδη συστατικά του φυσικού μας Σύμπαντος, μαζί με τους θεμελιώδεις νόμους που διέπουν όλη την ύπαρξη, αντιπροσωπεύουν την πιο επιτυχημένη επιστημονική εικόνα του Σύμπαντος σε όλη την ιστορία. Ποτέ πριν, από τα πιο μικροσκοπικά υποατομικά σωματίδια μέχρι τα μακροσκοπικά φαινόμενα και τις κοσμικές κλίμακες, δεν είχαμε έναν τόσο επιτυχημένο τρόπο περιγραφής της φυσικής μας πραγματικότητας όσο σήμερα. Η ιδέα του αναγωγισμού είναι απλή: ότι τα φυσικά φαινόμενα μπορούν να εξηγηθούν από τον πολύπλοκο συνδυασμό των αντικειμένων που υπάρχουν μέσα στο Σύμπαν, που διέπονται από τους ίδιους φυσικούς νόμους που διέπουν όλα τα φυσικά συστήματα μέσα στο Σύμπαν.

Αυτό είναι το προεπιλεγμένο σημείο εκκίνησής μας: η «μηδενική υπόθεση» για το τι είναι η πραγματικότητα.

Αν αυτό δεν είναι το σημείο εκκίνησής σας, είναι καθήκον μου να σας ενημερώσω ότι το βάρος της απόδειξης για την κοσμοθεωρία σας — μια κοσμοθεωρία που περιλαμβάνει ένα νέο σύνολο θεμελιωδών δυνάμεων, νέες οντότητες, νέες αλληλεπιδράσεις ή την παρέμβαση του υπερφυσικού — βαρύνει εσάς. Πρέπει να δείξετε ότι η μηδενική υπόθεση δεν επαρκεί για να περιγράψει ένα φαινόμενο όπου οι προβλέψεις της είναι σαφείς και σε αντίθεση με αυτό που μπορεί να παρατηρηθεί ή/και να μετρηθεί. Αυτός είναι ένας πολύ υψηλός πήχης και μια προσπάθεια στην οποία κανένας αντίπαλος του αναγωγισμού δεν έχει καταφέρει ποτέ. Μπορεί να μην κατανοούμε όλα όσα πρέπει να γνωρίζουμε για όλα τα σύνθετα φαινόμενα: αυτό είναι αλήθεια. Όσο πιο σύνθετο είναι ένα φαινόμενο, τόσο πιο δύσκολο είναι να εξαγάγουμε όλες τις ιδιότητές του από το θεμελιώδες, αλλά αυτό δεν είναι το ίδιο με το να έχουμε αποδείξεις ότι απαιτείται κάτι περισσότερο.

Στην επιστήμη, ωστόσο, δεν είμαστε ποτέ ικανοποιημένοι με μια δήλωση που απλώς λέει «αυτό το πρόβλημα είναι δύσκολο, οπότε ίσως η απάντηση βρίσκεται πέρα ​​από την επιστήμη». Δεν επιτυγχάνεται έτσι η πρόοδος. Ο μόνος τρόπος για να προχωρήσουμε είναι να διεξάγουμε περισσότερη και καλύτερη επιστήμη, αδιάκοπα, μέχρι να καταλάβουμε πώς λειτουργεί όλο αυτό.

Αυτό το άρθρο δημοσιεύτηκε για πρώτη φορά τον Αύγουστο του 2022. Ενημερώθηκε τον Οκτώβριο του 2025.

Πηγή: https://bigthink.com/starts-with-a-bang/universe-reductionist/

Κωνσταντίνος Π. Καβάφης, «Απολείπειν ο θεός Aντώνιον». Constantinos P. Cavafy, “The God Abandons Antony”

Johann Georg Wille, after Pompeo Batoni, The Death of Mark Antony with Cleopatra at left, (1778).  Engraving, 38.1 × 48.5 cm.  The Metropolitan Museum of Art. Wikimedia Commons.

Σαν έξαφνα, ώρα μεσάνυχτ’, ακουσθεί
αόρατος θίασος να περνά
με μουσικές εξαίσιες, με φωνές—
την τύχη σου που ενδίδει πια, τα έργα σου
που απέτυχαν, τα σχέδια της ζωής σου
που βγήκαν όλα πλάνες, μη ανωφέλετα θρηνήσεις.
Σαν έτοιμος από καιρό, σα θαρραλέος,
αποχαιρέτα την, την Aλεξάνδρεια που φεύγει.
Προ πάντων να μη γελασθείς, μην πεις πως ήταν
ένα όνειρο, πως απατήθηκεν η ακοή σου·
μάταιες ελπίδες τέτοιες μην καταδεχθείς.
Σαν έτοιμος από καιρό, σα θαρραλέος,
σαν που ταιριάζει σε που αξιώθηκες μια τέτοια πόλι,
πλησίασε σταθερά προς το παράθυρο,
κι άκουσε με συγκίνησιν, αλλ’ όχι
με των δειλών τα παρακάλια και παράπονα,
ως τελευταία απόλαυσι τους ήχους,
τα εξαίσια όργανα του μυστικού θιάσου,
κι αποχαιρέτα την, την Aλεξάνδρεια που χάνεις.

Λώρενς Άλμα-Τάντεμα,  Αντώνιος και Κλεοπάτρα, (1885), oil on panel, 65.4 × 91.4 cm. Private collection. Wikimedia Commons.

Επιμέλεια Γ. Π. Σαββίδη. Τα Ποιήματα, Τ. Α’ 1897 - 1918, Ίκαρος 1963.  

 “The God Abandons Antony”

Thomas Watson, after Nathaniel Dance-Holland, The Death of Mark Antony, (1780). Mezzotint, 55.8 × 37.5 cm, The Metropolitan Museum of Art. Wikimedia Commons.

When suddenly, at midnight, you hear
an invisible procession going by
with exquisite music, voices,
don’t mourn your luck that’s failing now,
work gone wrong, your plans
all proving deceptive—don’t mourn them uselessly.
As one long prepared, and graced with courage,
say goodbye to her, the Alexandria that is leaving.
Above all, don’t fool yourself, don’t say
it was a dream, your ears deceived you:
don’t degrade yourself with empty hopes like these.
As one long prepared, and graced with courage,
as is right for you who proved worthy of this kind of city,
go firmly to the window
and listen with deep emotion, but not
with the whining, the pleas of a coward;
listen—your final delectation—to the voices,
to the exquisite music of that strange procession,
and say goodbye to her, to the Alexandria you are losing.

Johann Heinrich Tischbein (1722–1789), Antony and Cleopatra (1773), oil on canvas, 66 x 52.5 cm, Muzeum Narodowe w Warszawie, Warsaw, Poland. Wikimedia Commons.

Reprinted from C. P. CAVAFY: Collected Poems Revised Edition, translated by Edmund Keeley and Philip Sherrard, edited by George Savvidis. Translation copyright © 1975, 1992 by Edmund Keeley and Philip Sherrard. Princeton University Press. For reuse of these translations, please contact Princeton University Press.

 

 

Ίθαν Σίγκελ, Η αναζήτηση εξωγήινης ζωής πρέπει να λάβει υπόψη αυτό το μάθημα του Στίβεν Κινγκ. Ethan Siegel, The search for alien life must heed this lesson from Stephen King

Αυτή η εικόνα της Γης τη νύχτα υπογραμμίζει τη δύναμη του πώς τα διαφορετικά χαρακτηριστικά είναι ορατά καθώς ο πλανήτης περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του από μακριά. Παρόλο που ο νυχτερινός φωτισμός δεν θα ήταν ανιχνεύσιμος με την προβλεπόμενη τεχνολογία εάν η Γη ήταν εξωπλανήτης, υπάρχουν φασματικές και φωτομετρικές υπογραφές που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό πολλών από τις ιδιότητες του πλανήτη μας από μακριά. This image of Earth at night highlights the power of how different features are visible as the planet rotates about its axis from afar. Even though night lighting would not be detectable with foreseeable technology were Earth an exoplanet, there are spectral and photometric signatures that could be used to determine many of our planet’s properties from afar. Credit: NASA’s Earth Observatory/NOAA/DOD

Εδώ στη Γη, τουλάχιστον πριν από 3,8 δισεκατομμύρια χρόνια και ίσως ακόμη νωρίτερα στην ιστορία του πλανήτη μας, η ζωή εμφανίστηκε στον κόσμο μας και έκτοτε συνεχίζεται. Έχουμε φωτοσυνθετική ζωή για τουλάχιστον τα τελευταία 2,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Έχουμε ευκαρυωτική ζωή, με διαφοροποιημένα οργανίδια μέσα στα κύτταρά της, για περισσότερα από 2 δισεκατομμύρια χρόνια. Η πολυκύτταρη ζωή και η σεξουαλική αναπαραγωγή υπάρχουν εδώ και πάνω από ένα δισεκατομμύριο χρόνια. Και τα φυτά, τα ζώα και οι μύκητες εμφανίστηκαν όλα πριν από περισσότερα από 500 εκατομμύρια χρόνια. Πιο πρόσφατα, το δικό μας είδος εμφανίστηκε στη Γη: όχι μόνο έξυπνο, αλλά και τεχνολογικά προηγμένο, μεταμορφώνοντας τον κόσμο μας και έχοντας κάνει τα πρώτα μας βήματα στο διάστημα ξεκινώντας από τον 20ό αιώνα.

Η αποκάλυψη αυτής της ιστορίας, σε συνδυασμό με την αναγνώριση ότι τα ακατέργαστα συστατικά που οδήγησαν στη ζωή στη Γη βρίσκονται σε δισεκατομμύρια αστρικά συστήματα σε όλο τον γαλαξία μας και σε τρισεκατομμύρια γαλαξίες σε όλο το παρατηρήσιμο Σύμπαν, έχει οδηγήσει σε μερικά τεράστια ερωτήματα και σε μερικές εξίσου τεράστιες εικασίες.

• Σε πόσους άλλους κόσμους στο Ηλιακό μας Σύστημα αναδύθηκε ζωή;
• Πόσοι κατοικημένοι πλανήτες υπάρχουν στον γαλαξία μας αυτή τη στιγμή;
• Πόσοι πλανήτες σφύζουν από ζωή όπως η Γη;
• Πόσα έξυπνα εξωγήινα είδη υπάρχουν εκεί έξω και πόσα είναι πιο προηγμένα τεχνολογικά από εμάς;
• Και, ίσως το πιο ουσιαστικό, είμαστε μόνοι μας στο Σύμπαν;

Αυτά είναι από τα μεγαλύτερα υπαρξιακά ερωτήματα που μπορεί κανείς να θέσει, και ίσως αργότερα αυτόν τον αιώνα επιτέλους, για πρώτη φορά στην ιστορία, να έχουμε απάντηση σε ένα ή περισσότερα από αυτά. Αλλά μέχρι τότε, υπάρχει ένα ζωτικό μάθημα κατά της εξαγωγής πρόωρων συμπερασμάτων από μια απίθανη πηγή: τον μυθιστοριογράφο Στίβεν Κινγκ. Να τι πρέπει να γνωρίζουν όλοι, από επαγγελματίες αστροβιολόγους μέχρι απλούς ανθρώπους.

Η προοπτική ανίχνευσης και χαρακτηρισμού της ατμόσφαιρας ενός πραγματικά παρόμοιου με τη Γη πλανήτη, δηλαδή ενός πλανήτη στο μέγεθος της Γης στην κατοικήσιμη ζώνη του άστρου του, που περιλαμβάνει τόσο κόκκινους νάνους όσο και περισσότερα αστέρια σαν τον Ήλιο, είναι εφικτή. Με έναν κορωνογράφο επόμενης γενιάς, μια μεγάλη αποστολή υπεριώδους-οπτικής-υπέρυθρης ακτινοβολίας θα μπορούσε να βρει δεκάδες, ή και εκατοντάδες, πλανήτες στο μέγεθος της Γης για μέτρηση. The prospect of detecting and characterizing the atmosphere of a true Earth-like planet, i.e., an Earth-sized planet in the habitable zone of its star, including both red dwarf and more Sun-like stars, is within our reach. With a next-generation coronagraph, a large ultraviolet-optical-infrared mission could find dozens, or even hundreds, of Earth-sized worlds to measure. Credit: National Academies/Astro2020 decadal survey

Στην επική ιστορία του Stephen King, The Stand, ένας ιός που μετατρέπεται σε όπλο απελευθερώνεται κατά λάθος από ένα στρατιωτικό εργαστήριο και προκαλεί μια καταστροφική παγκόσμια πανδημία. Αυτό το βιολογικό όπλο ενός ιού - γνωστό τόσο ως υπεργρίπη όσο και με την κωδική του ονομασία Captain Trips - είναι εξαιρετικά μολυσματικό και σε σύντομο χρονικό διάστημα, το αρχικό ξέσπασμα στο Arnette του Τέξας έχει πλέον εξαπλωθεί σε κάθε χώρα της Γης. Η υπεργρίπη, σε διάστημα μόλις λίγων εβδομάδων, αποδεικνύεται μοιραία για σχεδόν όλους: σκοτώνοντας πάνω από το 99% του παγκόσμιου πληθυσμού. Μετά από περίπου ένα μήνα, σχεδόν όλοι οι άνθρωποι που κάποτε υπήρχαν στη Γη έχουν πεθάνει.

Ωστόσο, ένα από τα άτομα που βρίσκονται στο σημείο του «σημείου μηδέν» της αρχικής επιδημίας στην Αρνέτ του Τέξας αποδεικνύεται ότι είναι ο Στιούαρτ Ρέντμαν: ένα αξιοσημείωτο άτομο για έναν μόνο λόγο, το γεγονός ότι φαίνεται να έχει ανοσία στον ιό. Κρατείται βίαια καθώς ερευνητές και κυβερνητικοί αξιωματούχοι ελπίζουν να χρησιμοποιήσουν τις φαινομενικά μοναδικές ιδιότητες του σώματός του για να βρουν μια θεραπεία, αλλά καθώς όλο και περισσότεροι άνθρωποι υποκύπτουν στον ιό, αυτός δραπετεύει. Τελικά συναντά αρκετούς άλλους επιζώντες, όπου πολλοί από αυτούς ενώνονται για να προσπαθήσουν να δημιουργήσουν μια νέα κοινωνία από τα απομεινάρια του παλιού και να κάνουν την ανθρωπότητα να «αντισταθεί» σε μια σειρά από σκοτεινές δυνάμεις με επικεφαλής τον ανταγωνιστή της ιστορίας: τον υπερφυσικό Ράνταλ Φλαγκ.

Στο μυθιστόρημα του Stephen King «The Stand», όλοι οι άνθρωποι εκτίθενται σε έναν νέο ιό υπεργρίπης, γνωστό ως Captain Trips, και πάνω από το 99% αυτών πεθαίνουν από αυτόν. Ο σπάνιος άνθρωπος που επέζησε από τον ιό, σε μεγάλο βαθμό ανεπηρέαστος από αυτόν, θα έπρεπε ενδεχομένως να περάσει πολύς καιρός μέχρι να βρει έναν δεύτερο επιζώντα. Μέχρι να το κάνουν, θα ανησυχούσαν δικαιολογημένα για το αν ήταν πράγματι ο μόνος εναπομείνας ζωντανός άνθρωπος στη Γη. In Stephen King’s novel “The Stand,” all humans become exposed to, and more than 99% of them die from, a new superflu virus known as Captain Trips. The rare human who survived the virus, largely unaffected by it at all, would potentially have to go a very long while before finding a second survivor. Until they do, they would legitimately worry about whether they were, indeed, the only remaining living human on Earth. Credit: Nicolas Asfouri / AFP

Αυτό που κάνει αυτή την ιστορία τόσο σημαντική όταν σκεφτόμαστε την αναζήτηση εξωγήινης ζωής, όπως περιγράφει με τέχνη ο Κινγκ σε διάφορες ιστορίες, είναι αυτό που πρέπει να αναρωτιόταν ο καθένας από τους (σπάνιους, αλλά όχι μοναδικούς) επιζώντες της πανδημίας: είμαι μόνος; Είμαι ο τελευταίος, και ίσως ο μόνος, επιζών άνθρωπος στη Γη;

Έχει έναν χαρακτήρα — κάποιον που ζούσε σε μια απομονωμένη, αγροτική περιοχή και όχι σε αστικά ή προαστιακά κέντρα πληθυσμού όπου συχνά υπήρχαν πολλοί επιζώντες — που εξερευνούν την πιθανότητα μόνοι τους. «Είμαι μόνος; Τι θα χρειαζόταν για να με πείσει ότι δεν είμαι μόνος;»

Ο χαρακτήρας (σωστά!) εκτιμά ότι δεν έχει κανέναν τρόπο να μάθει πόσοι άνθρωποι επέζησαν ή αν ήταν οι μόνοι που είχαν απομείνει στη Γη ή όχι. Στην πραγματικότητα, δεν υπάρχει τρόπος να μάθει κανείς αν είναι μόνος ή όχι μέχρι να βρει ένα δεύτερο παράδειγμα ενός ζωντανού ατόμου: χωρίς ένα δεύτερο παράδειγμα, οι πιθανότητες θα μπορούσαν να κυμαίνονται από:

• Λοιπόν, οι λίγοι άνθρωποι που ήξερα να ψάχνω στην περιοχή μου είναι όλοι νεκροί, και είμαι ο μόνος επιζών από το πολύ μικρό δείγμα που έχω συλλέξει,
• Υπάρχει κάτι πολύ, πολύ ιδιαίτερο και σπάνιο στα χαρακτηριστικά και τις ιδιότητες που έχω, και ακόμα κι αν η Γη ήταν προηγουμένως γεμάτη με τρισεκατομμύρια ή ακόμα και τετράκις εκατομμύρια ανθρώπους, θα ήμουν ο μόνος που θα επιβίωνε.

Από επιστημονική αλλά και από μαθηματική άποψη, αυτός είναι ένας απίστευτα υπεύθυνος τρόπος προσέγγισης του παζλ.

Αν περπατούσατε στον δρόμο και βλέπατε μεγάλο αριθμό σωμάτων να ξαπλώνουν, ακίνητα και άψυχα, θα αρχίζατε να αναρωτιέστε αν υπάρχουν άλλοι άνθρωποι εκτός από εσάς που είναι ζωντανοί. Μόνο όταν εντοπίσετε έναν άλλο ζωντανό άνθρωπο, θα έχετε δίκιο να πειστείτε ότι δεν είστε ο μόνος ζωντανός άνθρωπος που έχει απομείνει στη Γη. If you were to walk down the street and find large numbers of bodies laying down, still and unliving, you would begin to wonder whether any humans other than you were alive at all. It wouldn’t be until you spotted another living human that you would be correct to be convinced you weren’t the only living human remaining on Earth. Credit: 350.org/flickr

Φανταστείτε τον εαυτό σας στο ακόλουθο σενάριο: ξυπνάτε ένα πρωί, μόνο και μόνο για να ανακαλύψετε, προς μεγάλη σας φρίκη, ότι κανείς άλλος γύρω σας δεν έχει ξυπνήσει σήμερα το πρωί. Οι άνθρωποι με τους οποίους ζείτε συνήθως στο σπίτι σας είναι όλοι στα κρεβάτια τους, αλλά τα σώματά τους είναι κρύα και ακίνητα. Πηγαίνετε στο σπίτι του γείτονά σας, αλλά δεν υπάρχει απάντηση εκεί. Καλείτε τους ανθρώπους στο τηλέφωνό σας, τον έναν μετά τον άλλον, κατεβαίνοντας την γραμμή, αλλά κανείς δεν απαντά. Μπείτε στο αυτοκίνητό σας και αρχίσετε να οδηγείτε, αλλά δεν βλέπετε κανένα άλλο αυτοκίνητο στο δρόμο. Είναι όλα παρκαρισμένα, όλα άδεια και κανένα κατάστημα δεν είναι ανοιχτό. Ανοίγετε τις εφαρμογές κοινωνικής δικτύωσης και αρχίζετε να στέλνετε μηνύματα σε όλους, ψάχνοντας για μια απάντηση ή ακόμα και μια κατάσταση "εθεάθη", όλα μάταια. Αρχίζετε να ψάχνετε για νέες αναρτήσεις, αλλά δεν βλέπετε καμία, εκτός από αυτό που μοιάζει με αυτοματοποιημένες αναρτήσεις ή τις φλυαρίες των bots.

Από μαθηματική άποψη, αυτό που κάνετε καθώς ρίχνετε το δίχτυ σας όλο και πιο πλατύ, ψάχνοντας πιο πλατιά για τυχόν σημάδια ζωής έξω από τον εαυτό σας, είναι να αυξάνετε το μέγεθος του δείγματος των «πιθανών ανθρώπων» που θα μπορούσαν να δείχνουν ότι είναι ζωντανοί: ότι δεν είστε μόνο εσείς.

• Όταν ερωτηθείτε για τα πρώτα 10 άτομα και διαπιστώσετε ότι είστε ο μόνος επιζών, θα μπορούσατε εύλογα να συμπεράνετε ότι το ποσοστό επιβίωσης είναι χαμηλό: πιθανότατα δεν θα υπερβαίνει το 1 στα 10.
• Μετά τα πρώτα 100 άτομα, αν εξακολουθείτε να είστε ο μόνος επιζών, είναι πιθανό να συμπεράνετε ότι το ποσοστό επιβίωσης είναι ακόμη χαμηλότερο: όχι περισσότερο από 1 στα 100.
• Μετά από 1000 άτομα, ένα εκατομμύριο άτομα ή ένα δισεκατομμύριο άτομα, αν εξακολουθείτε να είστε ο μόνος επιζών, θα συμπεραίνατε ότι το ποσοστό επιβίωσης είναι πιθανό να είναι 1 στα 1000, 1 στο εκατομμύριο ή 1 στο δισεκατομμύριο, το πολύ.

Αυτά τα τέσσερα γραφήματα δείχνουν τον αναμενόμενο αριθμό επιτυχιών που είναι πιθανό να επιτύχει κάποιος σε 18 δοκιμές ενός δίκαιου δείγματος, για πιθανότητες επιτυχίας ανά δοκιμή 10% (πάνω αριστερά), 25% (πάνω δεξιά), 50% (κάτω αριστερά) και 75% (κάτω δεξιά). Σημειώστε ότι η παρατήρηση ακριβώς 1 επιτυχίας δεν αποκλείει καμία από αυτές τις τέσσερις πιθανότητες και επίσης δεν σημαίνει απαραίτητα ότι το πραγματικό ποσοστό επιτυχίας θα ήταν 1/18. These four graphs show the expected number of successes one would be likely to achieve in 18 trials of a fair sample, for success probabilities per trial of 10% (upper left), 25% (upper right), 50% (lower left), and 75% (lower right). Note that observing exactly 1 success does not rule out any of these four possibilities, and also does not necessarily imply that the true success rate would be 1/18. Credit: Binomial Distribution/StatsRef

Ωστόσο, αυτή δεν είναι μια μαθηματικά αυστηρή δήλωση. Μαθηματικά, όταν κάνετε έρευνα σε 10 άτομα και βρίσκετε μόνο ένα παράδειγμα επιτυχίας, αυτό δεν σημαίνει ότι η πιθανότητα επιτυχίας είναι 1 στις 10. Στην πραγματικότητα, αν οι «πιθανότητες επιτυχίας» σας είναι στην πραγματικότητα 1 στις 10 και εκτελέσετε 10 ανεξάρτητες δοκιμές, θα καταλήξετε με ακριβώς μία επιτυχία περίπου στο 39% των περιπτώσεων. Στο 34% των περιπτώσεων, δεν θα έχετε καμία επιτυχία, στο 17% των περιπτώσεων θα έχετε δύο επιτυχίες και περίπου στο 10% των περιπτώσεων θα έχετε τρεις ή περισσότερες επιτυχίες.

Το γεγονός ότι διεξήγαγες 10 δοκιμές και παρατήρησες 1 επιτυχία δεν σημαίνει ότι οι πιθανότητες επιτυχίας είναι 1 στις 10 με γενική έννοια.

• Καταρχάς, αν γνωρίζατε την «πραγματική πιθανότητα» επιτυχίας και παίρνατε ένα ικανοποιητικό δείγμα από οποιονδήποτε αριθμό δοκιμών, δεν θα είχατε απαραίτητα έναν αριθμό επιτυχιών που να ισούται με την πραγματική πιθανότητα πολλαπλασιασμένη με τον αριθμό των δοκιμών. (Θα περιμένατε μια διωνυμική κατανομή επιτυχιών .)
• Δεύτερον, η «μία» παρατηρούμενη επιτυχία είναι απαραίτητη προϋπόθεση αυτής της δοκιμής. Εάν δεν υπήρχαν επιτυχίες, το πείραμα δεν θα μπορούσε ποτέ να είχε πραγματοποιηθεί, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να εξαγάγετε συμπεράσματα με βάση τη χρήση της Bayesian στατιστικής , η οποία έχει περιορισμένη χρησιμότητα σε καταστάσεις όπως αυτή.
• Και τρίτον, δεν έχετε κανέναν τρόπο να γνωρίζετε ποια είναι η μεροληψία δειγματοληψίας σας : αν οι δοκιμές που έχετε διεξάγει αντιπροσωπεύουν ένα δίκαιο δείγμα του συνολικού πληθυσμού ή αν αντιπροσωπεύουν ένα μεροληπτικό δείγμα, όπου το δείγμα θα μπορούσε να είναι μεροληπτικό είτε υψηλότερα είτε χαμηλότερα από την πραγματική κατανομή.

Στην κορυφή, οι προβλέψεις πωλήσεων εισιτηρίων Powerball εξαρτώνται από το μέγεθος του Τζάκποτ. Αναμένονται πάνω από μισό δισεκατομμύριο εισιτήρια για κάθε Τζάκποτ άνω του 1 δισεκατομμυρίου δολαρίων. Στο κάτω μέρος, η αναμενόμενη αξία ενός εισιτηρίου Powerball των 2 δολαρίων, η οποία, λαμβάνοντας υπόψη τους φόρους και τα μοιρασμένα Τζάκποτ, κορυφώνεται σε τιμές Τζάκποτ περίπου μισού δισεκατομμυρίου δολαρίων και μειώνεται στη συνέχεια. At top, the Powerball ticket sales projections dependent on the size of the Jackpot; over half a billion tickets are expected for each Jackpot over $1 billion. At bottom, the expected value of a $2 Powerball ticket, which, when accounting for taxes and split Jackpots, peaks at Jackpot values of around half a billion dollars and decreases thereafter. Credit: Jeremy Elson

Ερευνώντας ένα ολοένα και μεγαλύτερο δείγμα, για όσο διάστημα εσείς οι ίδιοι αντιπροσωπεύετε τη μόνη γνωστή επιτυχία μέχρι στιγμής, το μόνο που μπορείτε να κάνετε είναι να θέσετε ολοένα και πιο αυστηρούς περιορισμούς στη μέγιστη πιθανοφάνεια οποιασδήποτε επιτυχίας. Ωστόσο, αν θέλετε να αποκτήσετε μια καλύτερη εκτίμηση της πραγματικής πιθανότητας επιτυχίας, υπάρχει μόνο ένας τρόπος για να φτάσετε εκεί: βρίσκοντας στην πραγματικότητα ένα δεύτερο παράδειγμα επιτυχίας.

Ο Κινγκ το σημείωσε κι αυτό, καθώς ο επιζών στην ιστορία του αναγνώριζε ότι εφόσον ήταν ο μόνος ζωντανός άνθρωπος που γνώριζε, δεν είχε κανέναν τρόπο να μάθει αν ήταν μόνος ή αν υπήρχαν άλλοι. Ωστόσο, μόλις ανακαλυπτόταν ένα δεύτερο ζωντανό άτομο, ο επιζών μπορούσε τότε δικαιολογημένα να συμπεράνει ότι υπήρχαν περισσότεροι από δύο συνολικά επιζώντες: πιθανότατα υπήρχε ένας πληθυσμός πολλών άλλων που είχαν επίσης επιβιώσει.

Και πάλι, τα στατιστικά στοιχεία υποστηρίζουν τον King σε αυτό. Εάν έχετε μεγάλο αριθμό δειγμάτων αλλά μόνο μία επιτυχία — ειδικά εάν βρίσκεστε σε μια κατάσταση όπου αυτή η μία επιτυχία (δηλαδή, η δική σας) είναι απαραίτητη για να ξεκινήσει καν η μελέτη — δεν γνωρίζετε ποιες είναι οι πιθανότητες επιτυχίας. Ωστόσο, εάν βρείτε μια δεύτερη επιτυχία ενώ η συντριπτική πλειοψηφία όλων των πιθανών δειγμάτων παραμένει αδιερεύνητη, μπορείτε να είστε σίγουροι ότι θα υπάρξουν πολλές άλλες περιπτώσεις επιτυχούς έκβασης. Εάν έχετε ένα νικητήριο λαχείο και αφού ελέγξετε 10.000 άλλα λαχεία βρείτε έναν δεύτερο νικητή, τότε εάν γνωρίζετε ότι υπάρχουν συνολικά ένα δισεκατομμύριο λαχεία για να διαλέξετε, πιθανότατα υπάρχουν και πολλά άλλα (πιθανώς αρκετές χιλιάδες ακόμη) νικητήρια λαχεία.

Αν και η Γη περιέχει το πιο υγρό νερό στην επιφάνειά της από οποιονδήποτε από τους 8 πλανήτες, το περισσότερο νερό σε οποιαδήποτε μορφή βρίσκεται στο φεγγάρι του Δία, Γανυμήδη. Στη συνέχεια κατά σειρά είναι ο Τιτάνας του Κρόνου, η Καλλιστώ του Δία και η Ευρώπη του Δία. Ο πλανήτης Γη έχει μόνο την 5η θέση σε νερό, τοποθετώντας τον μπροστά από τον Πλούτωνα, τη Διώνη, τον Τρίτωνα και τον Εγκέλαδο, οι οποίοι καταλαμβάνουν την 6η έως την 9η θέση στο Ηλιακό Σύστημα, αντίστοιχα. Άλλα, λιγότερο εξερευνημένα αντικείμενα της ζώνης Κάιπερ, όπως η Έριδα, ίσως αξίζουν μια θέση σε αυτήν τη λίστα. Although Earth contains the most liquid water on its surface of any of the 8 planets, the most water in any form is found on Jupiter’s moon Ganymede. Next in order is Saturn’s Titan, Jupiter’s Callisto, and Jupiter’s Europa. Planet Earth has only the 5th most water, placing it ahead of Pluto, Dione, Triton, and Enceladus, which land in 6th through 9th place in the Solar System, respectively. Other, more poorly explored Kuiper belt objects, such as Eris, may yet deserve a place on this list. Credit: NASA

Στην αναζήτηση εξωγήινης ζωής, βρισκόμαστε ακόμη σε αυτό το πολύ πρώιμο στάδιο που αναρωτιόμαστε αν είμαστε μόνοι ή όχι. Εδώ, στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα, γνωρίζουμε ότι δεν υπάρχουν εξωγήινοι που να μεταμορφώνουν κόσμους σε κανένα από τα μέρη που έχουμε αναζητήσει και που θα μπορούσαν ενδεχομένως να τους φιλοξενήσουν, συμπεριλαμβανομένων του Άρη, της Αφροδίτης, του Τιτάνα, της Ευρώπης, της Γανυμήδης, της Καλλιστούς, του Τρίτωνα, του Εγκέλαδου ή του Πλούτωνα. Δεν έχουμε βρει καμία αδιάσειστη απόδειξη για την ύπαρξη ζωής στο παρόν σε κανέναν από αυτούς τους κόσμους, και ακόμη και τα στοιχεία για την ύπαρξη ζωής στο παρελθόν είναι τόσο ελάχιστα όσο και αμφίβολα . Αλλά επίσης δεν έχουμε ψάξει πολύ προσεκτικά ή πολύ καλά. Θα μπορούσαν ακόμη να υπάρχουν μικροβιακές μορφές ζωής που ευδοκιμούν σε, πάνω ή μέσα σε αρκετούς από αυτούς τους κόσμους.

Δεν έχουμε βρει καμία υπογραφή νοήμονων εξωγήινων, μέσω άμεσων αναζητήσεων και των προσπαθειών του SETI, αν και πάλι, η δύναμή μας να αναζητήσουμε την παρουσία τους περιορίζεται σε λίγες μόνο μεθόδους ανίχνευσης και σε μια σχετικά μικρή ακτίνα αναζήτησης εντός του γαλαξία μας.

Και παρά το γεγονός ότι πρόσφατα ξεπέρασαν το όριο των 6.000 ανακαλυφθέντων εξωπλανητών , σχεδόν όλοι αυτοί οι γνωστοί κόσμοι είναι εξαιρετικά εχθρικοί στη ζωή, όπως η πλειοψηφία των κόσμων:

• είναι πολύ μεγαλύτερα από τη Γη, με πυκνή ατμόσφαιρα υδρογόνου και ηλίου,
• είναι πολύ θερμότερα και πιο κοντά στα άστρα τους από τη Γη, και πολύ θερμά για να φιλοξενήσουν υγρό νερό στις επιφάνειές τους,
• ή, για τους μικρότερους, στο μέγεθος της Γης, είναι πιθανό να περιστρέφονται γύρω από μικρούς, αμυδρούς, ακόμη ενεργά εκλάμπτοντες κόκκινους νάνους αστέρες.

Παρόλο που είναι πλέον γνωστοί περισσότεροι από 6.000 επιβεβαιωμένοι εξωπλανήτες, με περισσότερους από τους μισούς από αυτούς να έχουν αποκαλυφθεί από το Kepler, δεν υπάρχουν πραγματικά ανάλογα των πλανητών που βρίσκονται στο Ηλιακό μας Σύστημα. Ανάλογα με τον Δία, τη Γη και τον Ερμή παραμένουν όλα ασαφή με την τρέχουσα τεχνολογία. Η συντριπτική πλειοψηφία των πλανητών που βρίσκονται μέσω της μεθόδου της διάβασης βρίσκονται κοντά στο μητρικό τους άστρο, έχουν ~10% την ακτίνα (ή, ισοδύναμα, ~1% της επιφάνειας) του μητρικού τους άστρου ή περισσότερο και βρίσκονται σε τροχιά γύρω από άστρα μικρής μάζας και μικρού μεγέθους. Although more than 6,000 confirmed exoplanets are now known, with more than half of them uncovered by Kepler, there are no true analogues of the planets found in our Solar System. Jupiter-analogues, Earth-analogues, and Mercury-analogues all remain elusive with current technology. The overwhelming majority of planets found via the transit method are close to their parent star, are ~10% the radius (or, equivalently, ~1% the surface area) of their parent star or more, and are orbiting low-mass, small-sized stars. Credit: NASA/Ames/Jessie Dotson and Wendy Stenzel; annotated by E. Siegel

Στην πραγματικότητα, παρά όλους τους κόσμους που γνωρίζουμε, δεν υπάρχουν γνωστοί υποψήφιοι για «δίδυμους πλανήτες της Γης»: ένας κόσμος στο μέγεθος της Γης σε αποστάσεις παρόμοιες με τη Γη από αστέρια σαν τον Ήλιο.

Κι όμως, παρά την έλλειψη οποιωνδήποτε σημαδιών ζωής εκεί έξω, παρά τις όποιες προσεγγίσεις έχουμε κάνει μέχρι τώρα, υπάρχουν βάσιμοι λόγοι να πιστεύουμε ότι ο γαλαξίας είναι στην πραγματικότητα ένα πολύ φιλικό προς τη ζωή μέρος. Τα ακατέργαστα συστατικά για τη ζωή - τα βαρέα στοιχεία που οδηγούν στο σχηματισμό βραχωδών πλανητών, οργανικών μορίων και ζωντανών πλασμάτων - είναι πανταχού παρόντα σε όλο το επίπεδο του Γαλαξία: εκεί όπου βρίσκονται τα περισσότερα από τα άστρα του. Τα περισσότερα από τα γνωστά άστρα έχουν συγκρίσιμα κλάσματα βαρέων στοιχείων με αυτά που βρίσκονται στον Ήλιο, και όταν εξετάσαμε τα νεοσχηματιζόμενα αστρικά συστήματα, τείνουν να παράγουν δίσκους που σχηματίζουν πλανήτες.

Πάνω από το 80% των αστεριών, με βάση τις έρευνές μας, υποψιάζεται ότι έχουν πλανήτες. Πλανήτες στο μέγεθος της Γης είναι συνηθισμένοι γύρω από αστέρια σε όλες τις αποστάσεις, και πλανήτες στο μέγεθος της Γης σε σωστές αποστάσεις από τα γονικά τους αστέρια για να υποστηρίζουν υγρό νερό στις επιφάνειές τους (υποθέτοντας ότι έχουν ατμόσφαιρα σαν τη Γη) αναμένεται να είναι συνηθισμένοι: υπάρχουν σε ποσοστό μεταξύ 1-10% όλων των αστρικών συστημάτων. Αστέρες σαν τον Ήλιο, επίσης, είναι συνηθισμένοι, αντιπροσωπεύοντας μεταξύ 1-10% όλων των αστεριών. Γνωρίζουμε πολλά τέτοια αστέρια, μερικά από τα οποία είναι έντονα υποψιασμένα ότι έχουν πλανήτες, ακριβώς στην αυλή μας, όπως το Ταύ Κήτους , το Άλφα Κενταύρου Α , το Έψιλον Ηριδανού , το 61 Κύκνου και το Έψιλον Ινδού . Αν και υπάρχουν πολλά άλλα, αυτά τα πέντε αστέρια βρίσκονται όλα σε απόσταση μόλις 12 ετών φωτός από τη Γη.

Στις αρχές του 21ου αιώνα, έχουμε χαρτογραφήσει με επιτυχία σχεδόν όλα τα αστέρια στη γειτονιά μας σε τρισδιάστατο χώρο. Τα πιο κοντινά σε εμάς αστέρια δεν ευθυγραμμίζονται πάντα με τα αστέρια που μπορούμε να δούμε, καθώς αυτό που είναι ορατό καθορίζεται από έναν συνδυασμό απόστασης και εγγενούς φωτεινότητας, αλλά όλα τα αστέρια πέρα ​​από τον Ήλιο βρίσκονται σε πολύ, πολύ μεγαλύτερη απόσταση από οτιδήποτε μέσα στο Ηλιακό μας Σύστημα. Το σύστημα Άλφα/Εγγύτατου του Κενταύρου είναι τριαδικό και έχει τα τρία πιο κοντινά στον Ήλιο μας αστέρια αυτή τη στιγμή. Το αστέρι του Μπάρναρντ είναι το τέταρτο πιο κοντινό και είναι το πλησιέστερο σύστημα απλών αστέρων στο δικό μας. In the early 21st-century, we’ve successfully mapped out practically all the stars in our neighborhood in three-dimensional space. The closest stars to us don’t always align with the stars we can see, as what’s visible is determined by a combination of distance and intrinsic brightness, but all stars beyond the Sun are at a much, much greater distance than anything within our Solar System. The Alpha/Proxima Centauri system is a trinary, and has the three closest stars to our Sun at present; Barnard’s star is the fourth closest, and is the nearest singlet star system to our own. Credit: Andrew Z. Colvin

Ο λόγος που άστρα σαν κι αυτά είναι σημαντικά, ωστόσο, είναι επειδή η ανθρωπότητα βρίσκεται στο χείλος του σχεδιασμού, της κατασκευής και της λειτουργίας των πρώτων τηλεσκοπίων μας, τα οποία θα είναι ικανά να μετρούν το φως από κόσμους στο μέγεθος της Γης σε αποστάσεις παρόμοιες με τη Γη γύρω από (περίπου) άστρα παρόμοια με τον Ήλιο.

• Αν αυτοί οι κόσμοι έχουν ατμόσφαιρες, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την επιστήμη της φασματοσκοπίας για να διασπάσουμε αυτό το φως στα μήκη κύματος που το αποτελούν, αποκαλύπτοντας τους τύπους αερίων, ομίχλης, νεφών και χημικών ενώσεων που υπάρχουν.
• Αν αυτός ο κόσμος έχει εποχιακές διακυμάνσεις στο ατμοσφαιρικό του περιεχόμενο, όπως τα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα της Γης κυμαίνονται εποχιακά, θα μπορέσουμε να το ανιχνεύσουμε.
• Αν ο κόσμος αλλάξει χρώμα ή φωτεινότητα με την πάροδο του χρόνου, ακόμη και από ένα μόνο εικονοστοιχείο, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτές τις αλλαγές για να συμπεράνουμε πράγματα όπως η περίοδος περιστροφής του πλανήτη, η παρουσία νεφών, η ύπαρξη ηπείρων και ωκεανών, η υποχώρηση ή η προώθηση των πάγων και το αν οι χερσαίες μάζες αλλάζουν χρώμα με τις εποχές. (Το τελευταίο από αυτά θα ήταν μια αναλογία με τις ηπείρους της Γης που πρασινίζουν και καφετίζουν περιοδικά.)

Αυτά τα αστεροσκοπεία περιλαμβάνουν το επίγειο Εξαιρετικά Μεγάλο Τηλεσκόπιο και το Γιγαντιαίο Τηλεσκόπιο Μαγγελάνου , τα οποία βρίσκονται ήδη υπό κατασκευή, καθώς και το σχεδιαζόμενο Τηλεσκόπιο Τριάντα Μέτρων . Περιλαμβάνουν την ιδέα του ExoLife Finder , το οποίο βρίσκεται υπό ανάπτυξη, και την προγραμματισμένη ναυαρχίδα αποστολή της NASA για τη δεκαετία του 2030: το Παρατηρητήριο Κατοικήσιμων Κόσμων . Εάν υπάρχει ζωή σε πλανήτες που περιβάλλουν οποιοδήποτε από τα πλησιέστερα στη Γη άστρα σαν τον Ήλιο, η επόμενη γενιά επίγειων και διαστημικών τηλεσκοπίων θα έχει μια εξαιρετική ευκαιρία να την εντοπίσει.

Αριστερά, μια εικόνα της Γης από την κάμερα DSCOVR-EPIC. Δεξιά, η ίδια εικόνα υποβαθμίστηκε σε ανάλυση 3 x 3 pixel, παρόμοια με αυτήν που θα δουν οι ερευνητές σε μελλοντικές παρατηρήσεις εξωπλανητών (υποθέτοντας ότι το φως από το κεντρικό pixel διαχέεται σε γειτονικά). Αν κατασκευάσουμε ένα τηλεσκόπιο ικανό να επιτύχει ανάλυση ~60–70 μικροδευτερολέπτων τόξου, θα μπορούσαμε να απεικονίσουμε έναν πλανήτη σαν τη Γη σε αυτό το επίπεδο στην απόσταση του Άλφα Κενταύρου. Το Παρατηρητήριο Κατοικήσιμων Κόσμων, με έναν νέο κορωνογράφο, καθώς και το επίγειο ExoLife Finder, θα μπορούσε να απεικονίσει κόσμους στο μέγεθος της Γης σε αποστάσεις παρόμοιες με τη Γη από αστέρια σαν τον Ήλιο, αν και μόνο ως ένα μόνο pixel. Left, an image of Earth from the DSCOVR-EPIC camera. Right, the same image degraded to a resolution of 3 x 3 pixels, similar to what researchers will see in future exoplanet observations (assuming the light from the central pixel bleeds into adjacent ones). If we were to build a telescope capable of obtaining ~60–70 micro-arc-second resolution, we’d be able to image an Earth-like planet at this level at the distance of Alpha Centauri. Habitable Worlds Observatory, with a novel coronagraph, as well as the ground-based ExoLife Finder, could image Earth-sized worlds at Earth-like distances from Sun-like stars, albeit only as a single pixel. Credit: NOAA/NASA/Stephen Kane

Αλλά το να μην το βρούμε, κάτι που είναι επίσης μια επιλογή, δεν σημαίνει απαραίτητα ότι είμαστε μόνοι. Δεν σημαίνει καν απαραίτητα ότι η ζωή ή οι κατοικημένοι πλανήτες ή ακόμα και οι νοήμονες εξωγήινοι είναι σπάνιοι. Σημαίνει ότι δεν έχουμε ακόμη ψάξει με αρκετή ακρίβεια για να βρούμε το βασικό στοιχείο που θα μας διδάξει ότι δεν είμαστε μόνοι: ένα δεύτερο παράδειγμα επιτυχίας, κάπου αλλού πέρα ​​από τη Γη σε αυτό το Σύμπαν. Καθώς ψάχνουμε με όλο και μεγαλύτερη ακρίβεια, ρίχνοντας όχι μόνο ένα ευρύτερο δίχτυ για το πού θα μπορούσε να βρίσκεται η ζωή, αλλά εξετάζοντας πιο βαθιά και ολοκληρωμένα τις πιθανές τοποθεσίες όπου θα μπορούσε να κρύβεται ζωή του παρελθόντος ή του παρόντος, μπορούμε να περιμένουμε δύο περιόδους:

• μια περίοδο όπου δεν έχουμε ανιχνεύσει οριστική ζωή πέρα ​​από τη Γη, όπου οι περιορισμοί μας γίνονται όλο και καλύτεροι, επιτρέποντάς μας να θέσουμε αυστηρότερα ανώτατα όρια στη συχνότητα και την αφθονία της ζωής στο Σύμπαν,
• ακολουθούμενη από μια ανακάλυψη που θα αλλάξει για πάντα τον τρόπο που βλέπουμε τη θέση μας στο Σύμπαν: την ανακάλυψη μιας δεύτερης περίπτωσης ζωής κάπου στο Σύμπαν.

Μέχρι να έχουμε αυτή τη δεύτερη περίπτωση ζωής, δεν έχουμε κανέναν τρόπο να αποκλείσουμε την πιο τρομακτική πιθανότητα από όλες: ότι είμαστε πραγματικά μόνοι σε όλο το Σύμπαν. Αλλά όταν έρθει αυτή η κρίσιμη στιγμή - και όπως πολλοί επιστήμονες, είμαι πεπεισμένος ότι κάποια μέρα θα έρθει - και βρούμε την πρώτη ισχυρή περίπτωση ζωής πέρα ​​από τη Γη, όχι μόνο θα γνωρίζουμε ότι δεν είμαστε μόνοι στο Σύμπαν, αλλά θα μπορούμε να συμπεράνουμε ότι υπάρχουν πολλά παραδείγματα εκεί έξω. Μέχρι τότε, θα πρέπει όλοι να θυμόμαστε το μάθημα του Stephen King: ότι ένα παράδειγμα μπορεί να σημαίνει ότι υπάρχει μόνο ένα σε όλη την ύπαρξη, αλλά αν μπορέσουμε να βρούμε δύο, μπορούμε να είμαστε σίγουροι ότι υπάρχουν πολλά άλλα.

Πηγή: https://startswithabang.substack.com/p/the-search-for-alien-life-must-heed