האם אנחנו לבד ביקום?

בפוסט הקודם למדנו על שיטת פרמי, שבעזרתה ניתן להעריך את התשובה הסופית לשאלות שבמבט ראשון נראות קשות מאוד לפתרון. בשאלות כאלה, אף על פי שקשה לנחש מראש את התוצאה הסופית, ראינו כי קל יותר למצוא את הפרמטרים שבהם הבעיה תלויה, ומתוכם לקבל אומדן של התוצאה הסופית. השאלה שננסה לתקוף בפוסט הנוכחי, היא שאלה שבהחלט ראויה לתואר: "שאלת מיליון הדולר":

כמה ציוויליזציות תבוניות ישנן בגלקסיית שביל החלב?

מיותר לציין כי ישנם המוני בני אדם שהשאלה הזו כלל לא מטרידה אותם, וגם לא אכפת להם מהי התשובה לשאלה. ובכל זאת, קל לראות מדוע יש לשאלה הזו השלכות לא קטנות על המדע בפרט ועל המין האנושי בכלל. תשובה חיובית ברורה לשאלה הזו תהיה אחת מהתגליות החשובות ביותר בהיסטוריה. מכל מקום, לפני שנגיע לפרטי החישוב עצמו, חשוב לברר את נקודת המוצא שלנו.

כידוע, כדור הארץ הוא פלנטה אחת מתוך מספר פלנטות המרכיבות את מערכת השמש שלנו. מערכת השמש נמצאת בגלקסיית "שביל החלב" המכילה מספר עצום של שמשות דומות, או: כוכבים. הנחת הבסיס היא זו:

אם החיים כפי שאנו מכירים אותם, התפתחו בתהליך טבעי על פלנטת כדור הארץ בגלל שיש כאן תנאים המאפשרים זאת, אז קיים סיכוי סופי – שאינו אפס – שחיים יתפתחו גם על פלנטות אחרות במערכות שמש נוספות, ובתנאי שיש בפלנטות אלה תנאים מתאימים לקיום חיים.

במשך עשרות השנים האחרונות, קמו מספר פרויקטים שונים במטרה לחפש ראיות לקיומם של חיים תבוניים מחוץ לכדור הארץ. רובם ככולם מתבססים על סריקת החלל בחיפוש אחר אותות גלי-רדיו עם מאפיינים ספציפיים, כאלה היכולים לשמש כראיה לקיומם של חיים תבוניים מחוץ למערכת השמש שלנו. 

לפרויקטים כאלה, בוודאי שרלוונטית השאלה: האם בכלל משתלם לחפש חיים מחוץ למערכת השמש? אולי לאחר חישוב פשוט יחסית נגיע להערכה שאנחנו באמת לבד? די ברור שתמריץ גדול לעצם החיפוש יתקבל רק אם נגיע למסקנה שאנחנו אכן מצפים לגלות חיים מחוץ למערכת השמש. לכן יש חשיבות לניסיון שלנו להעריך בכמה פלנטות בגלקסיית שביל החלב התפתחו חיים, ובכמה מהם יש חיים תבוניים עם טכנולוגיה מתקדמת מספיק כך שנוכל לזהות את קיומם.

ננסה אם כן, להתמודד עם הבעיה על ידי שימוש בשיטת פרמי. ננסה לחשוב מהם הפרמטרים שבהם בעיה זו תלויה, וננסה להעריך כל פרמטר בנפרד.

ניחוש מושכל חלק א': בכמה פלנטות יש אפשרות לקיום חיים?

נתחיל במספר הכוכבים הכולל. בגלקסית שביל החלב יש בין 100 ל- 400 מיליארד כוכבים, תלוי בשיטת הספירה. לצורך החישוב ניקח פשוט את הערך הממוצע: 250 מיליארד כוכבים.

כעת נשאל לכמה כוכבים מתוך המאגר הנ"ל יש פלנטות, מכל סוג שהוא. חשוב לציין שלא לכל כוכב בהכרח יש פלנטות, אבל המסקנה המקובלת בקרב החוקרים היא שלרוב המכריע של הכוכבים יש פלנטות, ודווקא כוכבים ללא פלנטות הם המיעוט. הערכה מקובלת – ואפילו שמרנית במקצת – היא שבערך ל-80% מהכוכבים יש פלנטות המקיפות אותם.

כלומר, מתוך 250 מיליארד כוכבים בגלקסיה, נצפה כי ל- 200 מיליארד מערכות כוכבים יש פלנטות. כמות הפלנטות בכל מערכת שכזו משתנה, אבל מדובר במספר קטן יחסית, בערך בין 1 ל- 10. לדוגמה, במערכת השמש שלנו יש 8 פלנטות: כוכב-חמה, נוגה, כדור הארץ, מאדים, צדק, שבתאי, אורנוס ונפטון.

אמנם, בכל מערכת שכזו, נרצה להתחשב רק במספר הפלטות שיש להם פוטנציאל לקיומם של חיים. יש הרבה קריטריונים שפלנטה צריכה לקיים כדי לאפשר קיום של חיים, אבל נראה כי הקריטריון החשוב ביותר הוא המרחק מהכוכב. כלומר, הפלנטה צריכה להיות במרחק שבו הטמפרטורה על הפלנטה לא גבוהה מדי ולא נמוכה מדי. מרחק זה חשוב במיוחד אם נרצה שמים על הפלנטה – במידה וישנם – יהיו במצב צבירה נוזלי.

נניח אם כן, כי לכל כוכב בעל פלנטות יש חמש פלנטות בממוצע. סביר גם להניח כי פלנטה אחת לפחות תימצא במרחק מתאים לקיומם של חיים. לכן נצפה ל- 200 מיליארד פלנטות בגלקסיית שביל החלב הנמצאות במרחק אופטימלי מהכוכב שלהם.

אמנם, יש לצמצם את המספר הנ"ל באופן משמעותי. עצם קיומה של פלנטה במרחק מתאים, לא בהכרח אומר שיהיו בה מים בפועל. לכן מתוך כל הפלנטות הנ"ל, נתחשב רק בפלנטות הנקראות: דמויי-ארץ, כלומר פלנטות שאנו מעריכים כי יש בהם תנאי סביבה דומים לתנאים בכדור הארץ, בנוסף לקיומם של מים. לדוגמה, גודל הפלנטה הוא פרמטר חשוב, כי לפלנטות בגודל דומה לכדור הארץ יש גם סיכוי גבוה יותר להיות דומות לכדור הארץ גם בפרמטרים נוספים, כגון: קיומם של קרום סלעי, אטמוספרה, ועוד.

על פי מדידות שנעשו בשנים האחרונות על ידי לוויין החלל קפלר, ניתן להסיק כי ל- 2% מתוך סך מערכות השמש שנבדקו יש פלנטה מסוג דמויי-ארץ.¹ לכן, מתוך 200 מיליארד פלנטות הנמצאות במרחק אופטימלי, נוכל להעריך כי ל- 4 מיליארד פלנטות יש גם תנאי סביבה התומכים בקיומם של חיים. חשוב להדגיש: המושג "קיום חיים" הנאמר בהקשר זה, אין הכוונה לקיומם של קופים וצבים. גם בקטריות וחיידקים נחשבים כצורות חיים, ואלו יכולים להתקיים גם בתנאים קשים מאוד.

ניחוש מושכל חלק ב': מה הסיכוי להתפתחות של תרבות מתקדמת?

הגענו אל השאלה הקשה ביותר: בכמה מתוך 4 מיליארד הפלנטות הנ"ל, יש באמת תרבויות מתקדמות מספיק מבחינה טכנולוגית, כך שניתן לזהות מכדור הארץ תשדורת המגיעה מאותם תרבויות (אם בכלל תשדורת כזו קיימת).

התשובה לשאלה זו היא:

אין לנו מושג, נקודה.

ובכל זאת, ננסה לפחות להמשיך לנסח את הבעיה מבחינה מתמטית. מי יודע, אולי בעתיד נצליח לאסוף מספיק ראיות כדי להמשיך את החישוב בפועל? חבל לעצור כאן.

לצורך החישוב, אפשר לייחס מספר בין 0 ל- 1 המייצג את הסיכוי לקיומם של תרבויות כאלה מתוך אותם 4 מיליארד הפלנטות שיש להם פוטנציאל לקיום חיים. לצורך הנוחות נסמן את המספר הזה על ידי האות F. אם למשל: F = 0.1 , אז תרבויות מתקדמות שכאלה מאכלסות כ- 10% מתוך אותם 4 מיליארד פלנטות שהזכרנו קודם. אם F = 0.5, אז 50% וכן הלאה. 

אז מה הערך הצפוי של F? את התשובה לשאלה זו ניתן לפרק לשלושה שלבים, כל שלב תלוי בשלב הקודם לו:

1. מה הסיכוי שעל פלנטה עם פוטנציאל לקיום חיים אכן יתפתחו חיים בפועל?
2. מה הסיכוי שחיים אלו יתפתחו להיות חיים תבוניים, בדומה לבני האדם על כדור הארץ?
3. מה הסיכוי שחיים תבוניים אלה, אכן ינסו לאותת על קיומם באמצעות טכנולוגיה מתקדמת?

קל לראות כי המכפלה של שלושת הסיכויים הנ"ל היא למעשה הערך של הפרמטר F, שאותו אנו מחפשים. כעת נתקוף את שלושת השלבים אחד-אחד:

שלב ראשון: לגבי הסיכוי להתפתחות חיים על פלנטה שיש לה פוטנציאל לחיים, הדעות חלוקות באופן קיצוני. יש הסוברים כי הסיכוי הוא כמעט 100%, כלומר קרוב לוודאי. לפי דעה זו, אם הפיזיקה דאגה לתנאים המאפשרים את קיומם של חיים, אז הכימיה כבר תמצא דרך ליצור אותם, והביולוגיה תמשיך מכאן. סוף כל סוף, החיים כפי שאנו מכירים אותם מבוססים על היסודות: פחמן, מימן, חנקן וחמצן, ואלו היסודות הנפוצים ביותר בטבע; לא רק בכדור הארץ, אלא גם בכל היקום כולו. בנוסף, נראה כי החיים על כדור הארץ החלו זמן קצר יחסית לאחר שנוצרו תנאים המאפשרים זאת, והם מגלים יכולת מופלאה לשגשג בכל מקום על פני כדור הארץ, גם בתנאים קשים במיוחד.

מצד שני, מרחב המדגם שלנו הוא קטן מאוד: יש לנו רק את כדור הארץ כדוגמה יחידה. לא מצאנו ראיות לקיום חיים בשום מקום אחר. בנוסף, אם מוצא החיים הוא תופעה נפוצה, מדוע נראה כי כל החיים על פני כדור הארץ התפתחו ממקור משותף אחד? הרי אם מוצא החיים מתרחש בהסתברות גדולה כל כך, היינו מצפים למצוא כי החיים על פני כדור הארץ יגיעו ממספר מקורות שונים שהתפתחו בנפרד על פני כדור הארץ.

לסיכום, בהתחשב בשונות הגדולה של הדעות – כמעט בטוח מצד אחד וחסר סיכוי מצד שני – נראה כי רק הוגן לבחור בסיכוי של 50% עבור השלב הראשון, לפחות עד שנגלה ראיות חדשות ומכריעות לדעה זו או אחרת.

שלב שני: מה הסיכוי שאם יתפתחו חיים, הם יהפכו להיות תבוניים? גם אם נשים רגע בצד את השאלה איך בדיוק מגדירים חיים תבוניים, גם במקרה זה הדעות חלוקות באופן קיצוני. מצד אחד, נראה כי הסיכוי נמוך מאוד. על כדור הארץ למשל, רק מין אחד(!) התפתח להיות תבוני מתוך עשרות מיליארדים של מינים שאי פעם התקיימו על כדור הארץ.² בנוסף, לקיומם של חיים דרושים אמנם תנאים לא פשוטים, אך ניתן להראות כי לקיומם של חיים תבוניים דרושים תנאים הרבה יותר מחמירים.

מצד שני, יש הרואים בכך תהליך כמעט בלתי נמנע. לפי דעה זו, האבולוציה דוחפת את החיים כל הזמן לעבר צורות מורכבות יותר ויותר, ולכן לאחר מספיק זמן, חיים תבוניים יתפתחו בוודאי. בכדור הארץ למשל, התפתחו חיים תבוניים למרות שבהיסטוריה של כדור הארץ התרחשו לא פחות מחמישה(!) אירועי הכחדה המונית שהשמידו במצטבר כ- 99% מכל המינים שאי פעם התקיימו. אירוע ההכחדה המפורסם ביותר התרחש לפני כ- 66 מיליון שנים, והשמיד כ- 75% מבעלי החיים בכדור הארץ, וביניהם הדינוזאורים. גם זמן דרך אגב, לא חסר. מערכת השמש שלנו יחסית צעירה: גילה הוא כ- 4.6 מיליארד שנים. ישנם מערכות שמש מבוגרות יותר, מ- 5 ועד 12 מיליארדי שנים, ולכן גם הפלנטות שלהם מבוגרות במיליארדי שנים יותר מכדור הארץ, עם מספיק זמן להתפתחות חיים תבוניים.  

לכן גם בשלב השני – בהתחשב בשונות הדעות – נראה כי יש לבחור בסיכוי של 50%.

שלב שלישי: מה הסיכוי שחיים תבוניים אכן ינסו לתקשר או להעיד על קיומם? באופן לא מפתיע, גם במקרה זה הדעות חלוקות, אך נראה כי ישנה נטייה דווקא להסתברות הגדולה יותר. אם חיים תבוניים התפתחו בפועל, נראה כי פיתוח טכנולוגיה מתקדמת תתרחש בסיכוי גבוה. חשבו על כך: כאן בכדור הארץ, לחיים עצמם לקח מיליארדים של שנים להיווצר, ומרגע שהפכו למורכבים מספיק, נדרשו "רק" עוד כמה עשרות מיליונים של שנים כדי לפתח חיים תבוניים בדמות האדם המודרני. מכאן, עברו בסך הכל כמה מאות אלפי שנים ונחתנו על הירח! לא כל כך מופרך להניח כי חיים תבוניים שהקדישו את האינטליגנציה שלהם לפתח טכנולוגיה מתקדמת, כנראה ישתמשו בה גם כדי לנסות לתקשר עם מערכות אחרות.

בנוסף, גם אם תרבות מסוימת תבחר שלא לתקשר עם הסביבה, עצם קיומה של הטכנולוגיה המתקדמת גורם לכך שאותות ממנה דולפים לחלל. מבחינה מעשית, כל שידורי הרדיו והטלוויזיה שלנו דולפים לחלל כבר למעלה משמונים שנה, ובהחלט ניתנים לזיהוי מבחוץ. למעשה, ההיפך הוא הנכון: תרבות מתקדמת מספיק תצטרך דווקא להשקיע מאמץ מכוון כדי להסתיר את עצמה לחלוטין. לאור זאת, נניח כי הסיכוי הוא 70% עבור השלב השלישי.

סיכום

אם נכפיל את הסיכוי של כל שלושת השלבים זה בזה, נקבל:

\(F=0.5\cdot 0.5\cdot 0.7=0.175\)

כלומר, קיבלנו סיכוי כולל של 17.5% !! יוצא אם כן, שמתוך כל אותן 4 מיליארד פלנטות עם פוטנציאל לקיום חיים, נעריך כי ב- 700 מיליון מתוכם נצפה למצוא ציביליזציות מתקדמות מספיק המשדרות אותות לחלל.

זה לא מעט.

אז איפה כולם, לעזאזל ???

על השאלה הזו, ננסה לענות בפוסט הבא.

1. זו הערכה שמרנית למדי, יש מחקרים המצביעים על מספר הגדול פי עשרה [↩]
2. הכוונה לכל צורות החיים על פני כל ההיסטוריה של כדור הארץ [↩]