หากระบบสุริยะทั้งหมดเป็นเหมือนของเรา กาแล็กซีน่าจะเต็มไปด้วยสิ่งมีชีวิต (Brocken, Inaglory, Wikimedia Commons)
หากแหงนมองท้องฟ้ายามค่ำคืนในคืนที่อากาศแจ่มใส คุณอาจเห็นดวงดาวจำนวนมากถึง 2,000 ดวง นั่นเป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ของดาราจักรทางช้างเผือกซึ่งอาจจะมีมากกว่า 1 แสนล้านดวงในจักรวาล ด้วยจำนวนที่มากเช่นนี้ มีความเป็นไปได้สูงมากที่อาจจะมีดาวเคราะห์ดวงอื่นที่อยู่อาศัยได้รวมทั้งรูปแบบ อื่นๆ ของชีวิตที่ใดที่หนึ่งในจักรวาล แต่หากมีอารยธรรมที่ชาญฉลาดในจักรวาล ทำไมเรายังไม่พบ แล้วพวกเขาทั้งหมดอยู่ที่ไหน? นี่เป็นคำถามที่ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ Enrico Fermi ถามในปี 1950
แม้ว่า SETI (การค้นหาข่าวกรองนอกโลก) จะค้นหาเชาวน์ปัญญาเหล่านี้รวมทุกอย่างตั้งแต่ การฟังสัญญาณวิทยุไปจนถึงการตรวจสอบความผันผวนของแสงดาวแบบแปลกๆก็ตาม งานเชิงทฤษฎีในภาคสนามกลับถูกครอบงำด้วยแนวคิดหลักสองประการ ได้แก่ Fermi Paradox และ Drake equation
ในขณะที่ Fermi paradox ไตร่ตรองว่าทำไมมนุษย์ต่างดาวถึงไม่มาเยี่ยมโลก แต่สมการ Drake พยายามประเมินจำนวนอารยธรรมที่ชาญฉลาดในดาราจักรของเรา แนวคิดทั้งสองจึงมีความไม่แน่นอนอยู่มาก เพราะเมื่อพูดถึงชีวิตนอกโลกยังมีอะไรอีกมากมายที่เราไม่รู้ ซึ่ง Jason Wright นักวิจัย SETI จาก Penn State University กล่าวว่า " เครื่องมือทั้งสองนี้มีพื้นฐานในแง่ที่ว่าพวกมันถูกสร้างขึ้นมาเพื่อจุดเริ่มต้นของภาคสนาม "
Fermi Paradox นั้นเรียกตามชื่อของ Enrico Fermi นักวิทยาศาสตร์ที่เป็นที่รู้จักดีที่สุดในการกำกับดูแลการก่อสร้างของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แห่งแรกของโลกและใช้มันในการดำเนินการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ควบคุมครั้งแรกในปี 1942 ระหว่างการไปเยือนห้องปฏิบัติการ Los Alamos National ใน New Mexico ในปี 1950 Fermi และเพื่อนร่วมงานสามคนคุยกันเรื่องมนุษย์ต่างดาวโดยเฉพาะการเดินทางระหว่างดวงดาวจน Fermi ถามขึ้นว่า “พวกเขาอยู่ที่ไหน หากมีจริงและสามารถบินระหว่างดวงดาวได้ พวกเขาน่าจะมาเยี่ยมเราแล้ว " ทั้งนี้ Fermi ไม่เคยตีพิมพ์งานใด ๆ เกี่ยวกับคำพูดนอกกรอบของเขาและเสียชีวิตเพียงสี่ปีต่อมา อย่างไรก็ตาม คำถามของเขายังคงอยู่และกลายเป็นที่รู้จักในนาม Fermi Paradox
Drake equation
ได้รับการตั้งชื่อตาม Frank Drake นักดาราศาสตร์ที่เป็นผู้นำในการค้นหาสัญญาณวิทยุนอกโลกอย่างเป็นทางการครั้งแรกในปี 1960
ที่หอดูดาวดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติในเมือง Green Bank รัฐเวสต์เวอร์จิเนีย ระหว่างการประชุมติดตามผลในปี 1961
กับกลุ่มนักคิดจากหลากหลายที่ใน Green Bank รวมถึง Carl Sagan ผู้ร่วมก่อตั้ง Planetary Society
Drake ได้แนะนำสูตรที่สามารถคำนวณจำนวนอารยธรรมที่กำลังส่งสัญญาณไปยังทางช้างเผือกได้
สำหรับ Drake Equation หรือสมการ Drake ยังรู้จักกันในชื่อ สูตรของ Dad (Dad’s formula) ตอนนี้เป็นกรอบสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่มองหาชีวิตที่ชาญฉลาดนอกโลกโดยพิจารณาจากตัวแปรต่างๆ สมการนี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถประมาณจำนวนอารยธรรมต่างดาวที่ตรวจพบได้ซึ่งอาจกระจัดกระจายไปทั่วทางช้างเผือก ทุกวันนี้ นักวิทยาศาสตร์หลายคนยังคงถูกชี้นำโดยสมการนี้ และการค้นพบล่าสุดเกี่ยวกับดาวเคราะห์ดวงอื่นทั้งภายในและภายนอกระบบสุริยะของเรา ได้ช่วยให้นักวิจัยเติมตัวแปรต่างๆ ตามความผันแปรจากสิ่งที่พบ
ตามสูตรเดิมทางคณิตศาสตร์ของสมการ Drake คือ N = R * × f p × n e × f l × f i × f c × L โดย
N : จำนวนอารยธรรมในดาราจักรทางช้างเผือกที่กำลังส่งสัญญาณที่เราอาจสื่อสารด้วย
R * : อัตราการก่อตัวของดาวที่เหมาะสมสำหรับการพัฒนาชีวิตอัจฉริยะ (จำนวนต่อปี)
f p : เศษส่วนของดาวเหล่านั้นที่มีระบบดาวเคราะห์
n e : จำนวนดาวเคราะห์ต่อระบบสุริยะที่มีสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมกับชีวิต
f l : เศษส่วนของดาวเคราะห์ที่เหมาะสมซึ่งสิ่งมีชีวิตปรากฏจริง
f i : เศษส่วนของชีวิตที่มีดาวเคราะห์ซึ่งชีวิตที่ชาญฉลาดปรากฏขึ้น
f c : เศษเสี้ยวของอารยธรรมที่พัฒนาเทคโนโลยีที่สร้างสัญญาณที่ตรวจจับได้ของการมีอยู่ของมัน
L : ระยะเวลาเฉลี่ยที่อารยธรรมดังกล่าวสร้างสัญญาณดังกล่าว (ปี)
เมื่อคูณเข้าด้วยกัน จะเป็นจำนวนของสังคมที่ตอนนี้กระจายอยู่และกำลังส่งสัญญาณที่อาจเป็นไปได้ ตามปัจจัยต่างๆ มีการระบุและกำหนดไว้ข้างต้น
สูตรง่าย ๆ นี้เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่า เป็นสมการที่มีชื่อเสียงที่สุดอันดับสองในวิทยาศาสตร์ (รองจาก E= mc 2 ) และสามารถหาได้ในตำราดาราศาสตร์เกือบทุกเล่ม
Frank Drake เขียนสมการที่มีชื่อเสียงของเขาบนกระดานไวท์บอร์ด
โดยกำลังประเมินจำนวนอารยธรรมต่างดาวที่ตรวจพบได้ในดาราจักรทางช้างเผือก Cr.SETI.org
Kaitlin Rasmussen นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัย Michigan กล่าวว่า สมการ Drake เรียงลำดับจากง่ายไปหายากที่สุด ในขณะที่ตัวแปรเช่น L ยังคงเป็นการคาดการณ์ล้วนๆ แต่ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์สามารถตอบบางสิ่งได้อย่างแน่นอน เช่น อัตราการก่อตัวดาวฤกษ์เฉลี่ยในทางช้างเผือก และเศษส่วนของดาวฤกษ์ที่มีดาวเคราะห์
แม้ว่านักวิจัยบางคนพยายามประมาณจำนวนดาวเคราะห์ที่อาศัยอยู่ได้โดยใช้สถิติแต่ Rasmussen ก็หวังว่ากล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่รุ่นต่อๆ ไปจะช่วยให้เรามองดูชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ขนาดเท่าโลกได้ ทำให้เราประเมินจำนวนดาวเคราะห์ต่อระบบสุริยะได้ดีขึ้น ด้วยสภาพที่เหมาะสมกับชีวิต
กว่าครึ่งศตวรรษผ่านไปตั้งแต่ Drake เสนอสมการที่โด่งดังของเขา ในขณะที่ Fermi ถามว่ามนุษย์ต่างดาวอยู่ที่ไหนมานานกว่า 70 ปี แล้วคำถามเหล่านี้ยังคงเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการคิดเกี่ยวกับชีวิตที่ชาญฉลาดนอกโลกหรือไม่ ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา สำหรับ Fermi paradox มีวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้มากมายที่ได้รับการเสนอ เช่น บางทีมนุษย์ต่างดาวอาจมาเยือนโลกแล้วในอดีต การเดินทางระหว่างดวงดาวอาจเป็นไปได้หรือไม่ได้ หรืออาจมีเราอยู่โลกเดียว
ในขณะที่สมการ Drake ได้จุดประกายความคิดใหม่ๆ เกี่ยวกับชีวิตนอกโลกในหมู่นักดาราศาสตร์ โดยในปี 2016 Adam Frank และ Woodruff Sullivan ร่วมกันตีพิมพ์บทความในวารสาร Astrobiology ซึ่งได้นำเสนอสมการ Drake ในมุมมองใหม่ พวกเขาตั้งข้อสังเกตว่าความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีทางดาราศาสตร์ทำให้การประมาณค่าของปัจจัยสมการ Drake สองอย่างได้ดีกว่าเดิม นั่นคือ
- เศษส่วนของดาวฤกษ์ที่มีดาวเคราะห์ fp ตอนนี้ประมาณเป็น 1.0 หมายความว่าดาวทุกดวงมีดาวเคราะห์
- จำนวนดาวเคราะห์ต่อดาวฤกษ์ที่มีสภาวะเหมาะสมสำหรับชีวิต ne ปัจจุบันอยู่ที่ 0.2 ซึ่งหมายความว่า หนึ่งในห้าของดาวเคราะห์สามารถดำรงชีวิตได้
นักวิจัยสองคนได้แก้ไขสมการ Drake สูตรทางคณิตศาสตร์สำหรับความน่าจะเป็นในการค้นหาชีวิตหรืออารยธรรมขั้นสูงในจักรวาล
Cr. University of Rochester
จนกระทั่งในเดือนพฤษภาคม 2021 ที่ผ่านมา John Gertz ได้ทำเคสการเขียนใหม่ในการแยกย่อย Drake Equation ในรายงานที่เพิ่งได้รับการยอมรับให้ตีพิมพ์ลงในวารสาร the British Interplanetary Society สำหรับสมการที่แก้ไขแล้วและมีการค้นหามากขึ้น ในที่สุด สมการ Drake เวอร์ชันอัปเดต (ตามการวิเคราะห์ของ Getz) จะมีลักษณะดังนี้ N = ns • fp • ntb • fl • fi • fd • L
ns คือจำนวนของจุดบนท้องฟ้าภายในขอบเขตการเห็น (FOVs) ของเรา
f p คือเศษส่วนของดาวฤกษ์ที่มีดาวเคราะห์
ntb คือจำนวนเฉลี่ยของมวลสารภายในแต่ละตัวที่อาจก่อให้เกิดชีวิต
fl คือเศษส่วนของสิ่งมีชีวิตที่ให้กำเนิดจริง
fi เป็นเศษส่วนของระบบที่มีชีวิตที่พัฒนาความฉลาดทางเทคโนโลยี
fd เป็นเศษส่วนของชีวิตทางเทคโนโลยีที่ตรวจจับได้ไม่ว่าด้วยวิธีใด
L คือระยะเวลาของการตรวจจับ
อย่างไรก็ตาม แม้จะมีสูตรใหม่ที่ยังมีความไม่แน่นอนนี้ แต่สมการ Drake ถือว่าเป็นหนึ่งในสมการที่มีชื่อเสียงที่สุดในประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ และบทสรุปสถานะปัจจุบันของการวิจัยของ SETI เชื่อว่างานเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับ Fermi paradox ยังคงมีความสำคัญ โดยแนะนำให้นักทฤษฎี Fermi คนใดคนหนึ่งคอยติดตามข้อมูลอย่างใกล้ชิด ส่วนสมการ Drake ความพยายามใดๆ ในการแก้ปัญหานั้นต้องใช้การคาดเดาสำหรับตัวแปรหลายๆ ตัว ซึ่งนำไปสู่ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันอย่างมาก
Breakthrough Listen
โครงการที่ Gertz เกี่ยวข้องอยู่ในขณะนี้ เป็นโครงการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา
เป้าหมายเพื่อค้นหาหลักฐานของอารยธรรมนอกโลกในระดับที่ไม่เคยมีมาก่อน โดยสแกนคลื่นความถี่วิทยุที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดของโลก
(ขอขอบคุณที่มาของข้อมูลทั้งหมดและขออนุญาตนำมา)
Fermi paradox and Drake Equation : การมองหาชีวิตที่ชาญฉลาดนอกโลกของมนุษยชาติ
Fermi Paradox นั้นเรียกตามชื่อของ Enrico Fermi นักวิทยาศาสตร์ที่เป็นที่รู้จักดีที่สุดในการกำกับดูแลการก่อสร้างของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แห่งแรกของโลกและใช้มันในการดำเนินการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ควบคุมครั้งแรกในปี 1942 ระหว่างการไปเยือนห้องปฏิบัติการ Los Alamos National ใน New Mexico ในปี 1950 Fermi และเพื่อนร่วมงานสามคนคุยกันเรื่องมนุษย์ต่างดาวโดยเฉพาะการเดินทางระหว่างดวงดาวจน Fermi ถามขึ้นว่า “พวกเขาอยู่ที่ไหน หากมีจริงและสามารถบินระหว่างดวงดาวได้ พวกเขาน่าจะมาเยี่ยมเราแล้ว " ทั้งนี้ Fermi ไม่เคยตีพิมพ์งานใด ๆ เกี่ยวกับคำพูดนอกกรอบของเขาและเสียชีวิตเพียงสี่ปีต่อมา อย่างไรก็ตาม คำถามของเขายังคงอยู่และกลายเป็นที่รู้จักในนาม Fermi Paradox
R * : อัตราการก่อตัวของดาวที่เหมาะสมสำหรับการพัฒนาชีวิตอัจฉริยะ (จำนวนต่อปี)
f p : เศษส่วนของดาวเหล่านั้นที่มีระบบดาวเคราะห์
n e : จำนวนดาวเคราะห์ต่อระบบสุริยะที่มีสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมกับชีวิต
f l : เศษส่วนของดาวเคราะห์ที่เหมาะสมซึ่งสิ่งมีชีวิตปรากฏจริง
f i : เศษส่วนของชีวิตที่มีดาวเคราะห์ซึ่งชีวิตที่ชาญฉลาดปรากฏขึ้น
f c : เศษเสี้ยวของอารยธรรมที่พัฒนาเทคโนโลยีที่สร้างสัญญาณที่ตรวจจับได้ของการมีอยู่ของมัน
L : ระยะเวลาเฉลี่ยที่อารยธรรมดังกล่าวสร้างสัญญาณดังกล่าว (ปี)
เมื่อคูณเข้าด้วยกัน จะเป็นจำนวนของสังคมที่ตอนนี้กระจายอยู่และกำลังส่งสัญญาณที่อาจเป็นไปได้ ตามปัจจัยต่างๆ มีการระบุและกำหนดไว้ข้างต้น
สูตรง่าย ๆ นี้เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่า เป็นสมการที่มีชื่อเสียงที่สุดอันดับสองในวิทยาศาสตร์ (รองจาก E= mc 2 ) และสามารถหาได้ในตำราดาราศาสตร์เกือบทุกเล่ม
แม้ว่านักวิจัยบางคนพยายามประมาณจำนวนดาวเคราะห์ที่อาศัยอยู่ได้โดยใช้สถิติแต่ Rasmussen ก็หวังว่ากล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่รุ่นต่อๆ ไปจะช่วยให้เรามองดูชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ขนาดเท่าโลกได้ ทำให้เราประเมินจำนวนดาวเคราะห์ต่อระบบสุริยะได้ดีขึ้น ด้วยสภาพที่เหมาะสมกับชีวิต
กว่าครึ่งศตวรรษผ่านไปตั้งแต่ Drake เสนอสมการที่โด่งดังของเขา ในขณะที่ Fermi ถามว่ามนุษย์ต่างดาวอยู่ที่ไหนมานานกว่า 70 ปี แล้วคำถามเหล่านี้ยังคงเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการคิดเกี่ยวกับชีวิตที่ชาญฉลาดนอกโลกหรือไม่ ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา สำหรับ Fermi paradox มีวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้มากมายที่ได้รับการเสนอ เช่น บางทีมนุษย์ต่างดาวอาจมาเยือนโลกแล้วในอดีต การเดินทางระหว่างดวงดาวอาจเป็นไปได้หรือไม่ได้ หรืออาจมีเราอยู่โลกเดียว
ในขณะที่สมการ Drake ได้จุดประกายความคิดใหม่ๆ เกี่ยวกับชีวิตนอกโลกในหมู่นักดาราศาสตร์ โดยในปี 2016 Adam Frank และ Woodruff Sullivan ร่วมกันตีพิมพ์บทความในวารสาร Astrobiology ซึ่งได้นำเสนอสมการ Drake ในมุมมองใหม่ พวกเขาตั้งข้อสังเกตว่าความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีทางดาราศาสตร์ทำให้การประมาณค่าของปัจจัยสมการ Drake สองอย่างได้ดีกว่าเดิม นั่นคือ
- เศษส่วนของดาวฤกษ์ที่มีดาวเคราะห์ fp ตอนนี้ประมาณเป็น 1.0 หมายความว่าดาวทุกดวงมีดาวเคราะห์
- จำนวนดาวเคราะห์ต่อดาวฤกษ์ที่มีสภาวะเหมาะสมสำหรับชีวิต ne ปัจจุบันอยู่ที่ 0.2 ซึ่งหมายความว่า หนึ่งในห้าของดาวเคราะห์สามารถดำรงชีวิตได้
ns คือจำนวนของจุดบนท้องฟ้าภายในขอบเขตการเห็น (FOVs) ของเรา
f p คือเศษส่วนของดาวฤกษ์ที่มีดาวเคราะห์
ntb คือจำนวนเฉลี่ยของมวลสารภายในแต่ละตัวที่อาจก่อให้เกิดชีวิต
fl คือเศษส่วนของสิ่งมีชีวิตที่ให้กำเนิดจริง
fi เป็นเศษส่วนของระบบที่มีชีวิตที่พัฒนาความฉลาดทางเทคโนโลยี
fd เป็นเศษส่วนของชีวิตทางเทคโนโลยีที่ตรวจจับได้ไม่ว่าด้วยวิธีใด
L คือระยะเวลาของการตรวจจับ
อย่างไรก็ตาม แม้จะมีสูตรใหม่ที่ยังมีความไม่แน่นอนนี้ แต่สมการ Drake ถือว่าเป็นหนึ่งในสมการที่มีชื่อเสียงที่สุดในประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ และบทสรุปสถานะปัจจุบันของการวิจัยของ SETI เชื่อว่างานเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับ Fermi paradox ยังคงมีความสำคัญ โดยแนะนำให้นักทฤษฎี Fermi คนใดคนหนึ่งคอยติดตามข้อมูลอย่างใกล้ชิด ส่วนสมการ Drake ความพยายามใดๆ ในการแก้ปัญหานั้นต้องใช้การคาดเดาสำหรับตัวแปรหลายๆ ตัว ซึ่งนำไปสู่ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันอย่างมาก