Imperiile galactice ar putea trăi în centrul galaxiei noastre; de aceea nu auzim nimic de la ele

De mai bine de o jumătate de secol, oamenii de știință se străduiesc să răspundă la întrebarea clasică a lui Fermi: „Unde sunt ceilalți?”. 

Răspunsul la această întrebare este extrem de dificil, în parte din cauza lipsei de date a programului de Căutare a Inteligenței Extraterestre (SETI), rezultat al unei lipse istorice de finanțare și resurse. 

Totuși, dificultatea provine și din presupunerile inerente care fac imposibilă o soluție simplă. Așa cum a fost formulat „paradoxul lui Fermi” (de principalii săi susținători, Michael Hart și Frank Tipler), se presupune că civilizațiile avansate vor tinde în mod natural să se extindă dincolo de planeta lor de origine și să colonizeze alte sisteme stelare.

Dar numeroși cercetători au criticat această viziune, subliniind dificultățile de a-ți stabili o prezență stabilă în medii complet „străine” (de exemplu, teoria percolației și ipoteza Aurora). Mai există și problema teoriei generale a relativității (GR), care stabilește că deplasarea mai rapidă decât lumina nu este posibilă fără existența unei fizici exotice, încă necunoscute nouă. 

Într-o lucrare recentă, o echipă de cercetători a analizat mai multe scenarii în care o civilizație s-ar putea extinde într-un univers relativist și a ajuns la concluzia că acest lucru ar fi posibil în limitele duratei de viață rezonabile ale unei civilizații.

Studiul, intitulat „Redshifted civilizations, galactic empires, and the Fermi paradox”, a fost efectuat de Chris Reiss, cercetător independent, și Justin C. Feng, cercetător postdoctoral la Institutul Central European pentru Cosmologie și Fizică Fundamentală (CEICO) din cadrul Institutului de Fizică al Academiei Cehe de Științe. Cei doi susțin că regulile teoriei generale a relativității, combinate cu unele elemente provenite din scara Kardashev și din alte teorii asociate cercetărilor SETI, permit existența unei civilizații de tip II care ar locui în regiunea centrală a galaxiei, iar acest lucru ar putea explica și de ce nu am primit niciun semnal de la ea.

N.tr. - O civilizație de tip I controlează energia planetei sale, o civilizație de tip II exploatează întreaga energie a stelei sale, iar o civilizație de tip III ar putea utiliza energia unei întregi galaxii. Civilizația umană se află undeva la 0,7 pe această scară.

Fermi și Drake

Având în vedere numărul de stele din Calea Lactee (între 100 și 200 de miliarde), numărul de galaxii din univers (peste două trilioane, la ultima estimare!) și faptul că majoritatea stelelor au cel puțin o planetă pe orbită (conform recensământului actual al exoplanetelor), pare firesc să presupunem că viața a apărut și în alte locuri dincolo de Pământ. Ținând cont de vârsta universului (13,8 miliarde de ani) și de faptul că sistemul nostru solar există doar 4,6 miliarde de ani, este rezonabil să credem că viața ar fi apărut deja de multe ori.

Potrivit analizei lui Hart și Tipler (cunoscute și sub numele de conjectura Hart–Tipler), dacă civilizațiile avansate ar fi apărut deja în galaxia noastră, atunci ele ar fi dezvoltat cu siguranță tehnologii pentru comunicații avansate, călătorii spațiale și sonde autoreplicante (tip Von Neumann). După estimările lor, o civilizație care ar fi atins un asemenea nivel tehnologic ar avea nevoie de numai 650.000 până la 2 milioane de ani pentru a coloniza întreaga galaxie și ar fi ajuns pe Pământ de mai multe ori. Dată fiind lipsa completă a dovezilor privind civilizațiile extraterestre, ei au concluzionat că acestea nu există.

Dar, așa cum a susținut celebrul Carl Sagan într-un articol scris împreună cu astrofizicianul William Newman, intitulat „The Solipsists Approach to Extraterrestrial Intelligence”, cunoscut și ca „răspunsul lui Sagan”, „absența dovezilor nu este dovada absenței”. În plus, Hart și Tipler au presupus că, odată ce civilizațiile și-ar fi stabilit avanposturi pe alte planete, coloniile acestora ar dăinui milioane sau chiar miliarde de ani. Dincolo de faptul că este o presupunere evident forțată (pe lângă multe altele), această gândire contrazice ceea ce astronomul Frank Drake — o legendă a programului SETI — a propus prin celebra sa ecuație a lui Drake.

Deși este adesea interpretată ca o metodă de calcul al numărului de civilizații extraterestre din galaxia noastră (cu care omenirea ar putea comunica la un moment dat), ecuația este de fapt un experiment de gândire care rezumă provocările cu care se confruntă cercetătorii SETI.

Ecuația lui Drake are forma:

N = R* x f_p x n_e x f_l x f_i x f_c x L

unde:
- N este numărul de civilizații din galaxia noastră cu care am putea comunica
- R* este rata medie de formare a stelelor
- f_p este fracțiunea acelor stele care au planete
- n_e este numărul mediu de planete care pot susține viața
- f_l este proporția planetelor care dezvoltă efectiv viață
- f_i este proporția planetelor care dezvoltă viață inteligentă
- f_c este proporția civilizațiilor care dezvoltă tehnologii de transmisie
- L este durata în care aceste civilizații ar putea emite semnale detectabile în spațiu.

Potrivit dr. Rebecca Charbonneau, istoric al științei și bursier Jansky la Observatorul Național de Radioastronomie (NRAO), Frank Drake considera că L este cel mai important parametru al ecuației. Într-o prelegere ținută la Simpozionul SETI de la Penn State (2023), intitulată „Frank Drake and his place in history”, aceasta a rezumat contextul în care a apărut ecuația lui Drake și implicațiile acesteia:
„Dintr-odată, odată cu dezvoltarea bombei atomice și a Războiului Rece, am fost pentru prima dată capabili nu doar să distrugem civilizația noastră”.
„Nu mai vorbim despre căderea Romei; este vorba despre sfârșitul întregii noastre specii și, poate, al întregii planete. Iar din acest motiv, L este variabila care a schimbat cu adevărat felul în care gândim problema SETI. Și cred că Frank era de acord cu asta.”

Dr. Charbonneau a dezvoltat această idee într-un interviu acordat podcastului „Stories from Space” (pe care îl găzduiesc chiar eu):
„Am dezvoltat aceste instrumente, aceste arme — bombele nucleare — capabile să distrugă întreaga noastră lume așa cum o cunoaștem. Devine o problemă existențială, la propriu. Existența noastră este în joc. Și cred că această schimbare a modificat felul în care ne raportăm la problema comunicării și căutării vieții extraterestre. Iar marea inovație a lui Frank este că introduce variabila L în ecuația sa despre longevitate — pentru că, pentru prima dată, ne confruntăm cu posibilitatea ca civilizațiile să nu dureze veșnic”.

Blestemata relativitate!

Una dintre cele mai dificile chestiuni din cadrul programului SETI și al paradoxului lui Fermi este problema deplasării mai rapide decât lumina. Pe scurt, aceasta nu este posibilă — nu, dacă tot ce am învățat până acum despre univers nu este greșit (sau cel puțin incomplet). 

În conformitate cu teoria relativității a lui Einstein (E=mc²), fundamentală pentru înțelegerea universului, obiectele care accelerează spre viteza luminii își măresc masa inerțială. Cu alte cuvinte, pe măsură ce viteza se apropie de cea a luminii, obiectele „devin mai grele” și necesită tot mai multă energie pentru a accelera în continuare.

Prin urmare, energia necesară pentru a atinge chiar și o mică fracțiune din viteza luminii este extrem de mare, depășind cu mult capacitățile oricărei propulsii convenționale. 

Așa cum s-a arătat într-un articol anterior, au fost propuse mai multe concepte teoretice încă de la începuturile erei spațiale: propulsia prin impulsuri nucleare (NPP), reacțiile de fuziune și anihilarea antimateriei. Dar toate suferă de aceleași neajunsuri: necesită o cantitate absurdă de combustibil pentru a menține accelerația continuă, ceea ce înseamnă că navele ar trebui să fie uriașe.

Asta face ca astfel de nave să fie prohibitiv de scumpe și extrem de dificile de construit. În plus, stresul fizic asupra echipajului ar fi considerabil. După cum au declarat Reiss și Feng pentru publicația „Universe Today”, provocările legate de călătoriile relativiste sunt nenumărate și au implicații directe pentru paradoxul lui Fermi: „Scările de timp pentru călătoriile interstelare depășesc durata de viață umană, dacă nu se atinge viteze ultrarelativiste (adică foarte apropiate de viteza luminii). Intoleranța biologiei umane la accelerații mari crește timpul necesar pentru a atinge asemenea viteze. În plus, cantitatea de energie necesară pentru a propulsa o navă la astfel de viteze ultrarelativiste este uriașă — mult peste energia de repaus a navei. Aceste probleme sunt, poate, antropocentrice, izvorând din durata noastră de viață limitată și din toleranța redusă la accelerații mari și perioade îndelungate de izolare socială”.

Ca și cum nu ar fi fost suficient, mai există și problema dilatării timpului — diferența dintre timpul măsurat în două sisteme de referință. Așa cum a demonstrat Einstein, acest fenomen apare fie din cauza diferențelor de viteză relativă (relativitate specială), fie din cauza diferențelor de potențial gravitațional (relativitate generală). Reiss și Feng arată, în lucrarea lor, că același fenomen face explorarea interstelară și mai puțin atrăgătoare.

Paradoxul gemenilor

Pentru a ilustra, să presupunem că o navă spațială care se deplasează cu 20% din viteza luminii ar călători până la cea mai apropiată stea (Proxima Centauri) și înapoi, având pasageri la bord. Situată la 4,25 ani-lumină de Pământ, o astfel de călătorie dus-întors ar dura cel puțin 42,5 ani la această viteză și ar necesita câțiva ani pentru accelerație și decelerație între destinații. Putem, așadar, presupune în mod realist că ar fi nevoie de peste o jumătate de secol pentru ca nava să revină pe Pământ din perspectiva celor care trăiesc aici. Însă, pentru pasagerii de la bord, ar fi trecut doar aproximativ 10 ani. Iar această diferență de timp se referă doar la cel mai apropiat sistem stelar!

Aceasta duce la ceea ce este cunoscut drept „paradoxul gemenilor”, pe care astronomul Carl Sagan l-a ilustrat în articolul său din 1963, „Direct contact among galactic civilizations by relativistic interstellar spaceflight”. 

După cum explică Reiss și Feng: „Carl Sagan a propus un model simplu de mișcare, în care un călător accelerează cu o accelerație constantă de 1g pentru o perioadă (în mișcare liniară), apoi decelerează cu 1g până la oprire (față de cadrul de referință galactic). În acest mod, un călător plecat de pe Pământ ar putea, de pildă, ajunge până în centrul Căii Lactee și să se întoarcă pe Pământ în doar câteva decenii de timp propriu. Însă Pământul și tot ce se află pe el ar fi îmbătrânit cu zeci de mii de ani, depășind cu mult durata vieții umane (conform paradoxului gemenilor). Chiar dacă durata vieții ar putea fi extinsă, asemenea disparități extreme de timp (decenii față de zeci de milenii) ar fi totuși problematice.

În studiul lor, Reiss și Feng au arătat că o civilizație care s-ar muta într-un mediu unde timpul este dilatat ar putea rezolva acest paradox. Pentru a depăși problema separării, ei propun migrarea civilizației umane într-un cadru de referință dilatat temporal și sincronizarea călătoriilor pentru a asigura că toți indivizii îmbătrânesc în același ritm. 

Odată ajunsă acolo, civilizația noastră ar putea beneficia de avantajele vieții într-un „cadru roșu” (*red frame*). Reiss a folosit acest termen într-un studiu anterior pentru a descrie efectele relativiste ale gravitației asupra lungimii de undă a luminii: alungirea și deplasarea acesteia spre capătul roșu al spectrului luminii (eng. redshift).

Centrul galactic

Într-un studiu anterior, Reiss a prezentat ideea că o civilizație avansată ar putea fi motivată să se relocheze într-un cadru de referință cu o dilatare temporală extremă. O opțiune viabilă, după cum susține el (poate singura), este o orbită apropiată în jurul unei găuri negre supermasive (SMBH), precum Săgetător A* (Sagittarius A*) din centrul galaxiei noastre. În interiorul acestui „cadru roșu”, argumentează el, efectele relativiste ale găurii negre supermasive ar face ca civilizația să experimenteze timpul la un ritm mult mai lent decât restul universului.

Viața într-un asemenea mediu ar oferi multiple avantaje: o civilizație „dilatată temporal” ar putea urmări desfășurarea și evoluția universului la un ritm accelerat. Dacă efectele relativiste ar fi de așa natură încât ceasurile ar funcționa de 100 de ori mai repede în afara cadrului roșu, distanțele externe ar fi și ele comprimate de un factor de 100. Aceasta ar face civilizația respectivă mult mai capabilă de explorare, deoarece orice sonde trimise în „cadrul albastru” ar traversa întreaga galaxie într-un timp care ar părea o fracțiune pentru cei din cadrul roșu.

Alte avantaje includ un ritm accelerat de colectare a resurselor, construcția de megastructuri, terraformare, cercetare avansată și alte activități pe care o inteligență extraterestră (ETI) le-ar putea întreprinde. 

Prin poziționarea unor avanposturi în cadrul albastru, o civilizație din cadrul roșu ar beneficia de progrese echivalente cu secole întregi în doar câțiva ani. Mai mult, după cum susține Ipoteza Transcension, vecinătatea găurilor negre oferă și o sursă inepuizabilă de energie (prin procesul Penrose) și ar putea permite dezvoltarea unor forme extreme de știință fizică.

În studiul lor recent, Reiss și Feng au explorat mai multe medii de tip „cadru roșu” pentru a determina care ar fi cel mai avantajos. Printre acestea: o orbită în jurul unei găuri negre supermasive, o rețea sincronizată de traiectorii liniare după modelul lui Sagan și o traiectorie închisă curbată de gravitația unui inel de găuri negre. Dintre acestea, au concluzionat că prima opțiune este cea mai benefică. 

Iar după cum explică ei, aceasta s-ar afla în limitele posibilităților unei civilizații care nu a ajuns încă să stăpânească întreaga galaxie — adică o civilizație de tip II pe Scara Kardashev:
„Dintre cazurile analizate, o orbită în jurul unei găuri negre supermasive necesită cea mai mică cantitate de energie și putere pentru a fi realizată și menținută. Constatăm că o civilizație situată undeva între un nivel Kardashev de tip I și II ar putea, în principiu, să mențină o asemenea orbită. Dezavantajul este că gradul de dilatare temporală este limitat de toleranța biologică umană la forțele mareice (o fracțiune din 1g pe perioade lungi). Pentru orbitele în jurul lui Săgetător A*, această limită corespunde unui factor de dilatare temporală de aproximativ 100. Cu un asemenea factor, se pot parcurge 100 ani-lumină în doar câțiva ani de timp propriu al navei — estimăm că există în jur de un milion de stele la o distanță de 100 ani-lumină de Săgetător A*, deci nu există lipsă de destinații într-un asemenea scenariu.
Totuși, 100 ani-lumină reprezintă încă puțin comparativ cu diametrul Căii Lactee, așa că ne putem întreba dacă o civilizație cu o capacitate energetică mai mare ar putea face mai mult — de aceea am analizat și celelalte cazuri. Am constatat că o civilizație de tip II ar putea implementa cazul 2) cu un factor de dilatare temporală de 10.000, iar o civilizație „intermediară” (la jumătate, în ordine de mărime) între tipul I și II ar putea implementa cazul 3), tot cu un factor de dilatare de 10.000. Prin urmare, ne putem imagina o civilizație evoluând de la cazul 1) la cazul 3), pe măsură ce avansează pe Scara Kardashev”.

Ipoteza „pădurii Întunecate”

O altă concluzie majoră a acestui studiu (și a lucrărilor anterioare ale lui Reiss) este că el oferă o posibilă rezolvare a paradoxului lui Fermi. Ideea unei civilizații care trăiește într-un mediu „dilatat temporal” în jurul unei găuri negre supermasive este compatibilă cu Ipoteza „pădurii întunecate”. 

După cum am explicat într-un articol anterior, această ipoteză susține că civilizațiile avansate sunt nedetectabile, deoarece fac eforturi deliberate pentru a evita detectarea. Ipoteza își trage numele din romanul „Pădurea întunecată” al lui Liu Cixin, autorul trilogiei „Problema celor trei corpuri” și „Amintiri din trecutul Terrei”.

După cum arată Liu prin intermediul unuia dintre personajele sale, putem presupune că, dacă galaxia este alcătuită din civilizații, ele ar împărtăși motivații comune — în primul rând, nevoia de supraviețuire și dorința de expansiune. Însă, din moment ce resursele universului sunt finite, competiția va apărea mai devreme sau mai târziu. În același timp, trăind într-un univers relativist, orice comunicare între civilizații ar fi afectată de întârzieri mari. Aceasta ar duce, probabil, la „lanțuri ale suspiciunii”, în care ambele părți s-ar teme de ceea ce ar putea plănui cealaltă între timp.

De asemenea, chiar dacă majoritatea civilizațiilor ar fi binevoitoare, teama că unele ar putea fi ostile i-ar putea determina pe unii să creadă că este mai sigur să atace primii. Totuși, dată fiind natura călătoriei relativiste, o flotă ar avea nevoie de extrem de mult timp să ajungă la un alt sistem stelar, oferind civilizației locale sute (sau chiar mii) de ani pentru a se dezvolta. În timp ce flota ar rămâne la același nivel tehnologic ca atunci când a plecat, civilizația locală ar fi trecut printr-o „explozie tehnologică”.

În aceste condiții, civilizațiile ar putea concluziona că evitarea contactului este cea mai sigură politică. După cum notează Reiss și Feng, această dilemă seamănă izbitor cu paradoxul gemenilor:
„Presupunând că alte civilizații au limitări biologice similare cu ale noastre, ne putem imagina că și ele s-ar muta într-un cadru dilatat temporal. O navă aflată într-un asemenea cadru este extrem de vulnerabilă la distrugere. Am calculat că, pentru o navă care se deplasează cu un factor de dilatare temporală de 10.000, un obiect de 100 kg aflat pe traiectoria sa ar avea, la impact, o energie comparabilă cu cea a impactului Chicxulub, care a provocat extincția în masă de acum 65 de milioane de ani. Deosebit de îngrijorător este faptul că astăzi avem deja capacitatea de a plasa obiecte de 800 kg (precum sondele Voyager) în spațiul interstelar.
O civilizație care s-ar deplasa spre noi cu factorul de dilatare menționat ar vedea civilizația umană (considerată a avea sub 10.000 de ani) apărând și dezvoltând această capacitate în mai puțin de un an. Putem reprezenta deja o amenințare existențială pentru civilizațiile aflate într-o dilatare temporală mare. Este de așteptat ca emergența rapidă a unor asemenea amenințări existențiale să determine o civilizație dilatată temporal să rămână tăcută”.

Totuși, concluziile cercetătorilor ridică și posibilitatea ca civilizații extraterestre (ETI) aflate în apropierea centrului Căii Lactee să aleagă să elimine civilizațiile din afara cadrului lor „roșu”. 

Aceasta amintește de o altă rezolvare propusă a paradoxului lui Fermi: înfricoșătoarea „ipoteză Berserker”, conform căreia motivul „marii tăceri” ar fi că o civilizație avansată, confruntată cu perspectiva competiției, ar prefera să inunde universul cu sonde auto-reproducătoare menite să localizeze și să elimine alte civilizații.

Dar, după cum au afirmat Reiss și Feng în prezentarea studiului lor la cel de-al 9-lea Simpozion Interstelar, desfășurat pe 15 octombrie la Austin, Texas, scenariul propus de ei nu este lipsit de speranță:
„Chiar dacă toate acestea sunt reale, o asemenea situație nu este una nouă. De-a lungul istoriei, ne-am găsit adesea ca oameni slabi și vulnerabili într-un mediu ostil existenței noastre. Iar din aceste experiențe am învățat să prețuim curajul în fața pericolului extrem. Așadar, aș pleda ca noi să continuăm să ne transmitem prezența acestor civilizații „deplasate spre roșu” (presupunând că există), având deplina conștiință a amenințării noastre față de ele și a lor față de noi, dar și în speranța, chiar credința, că ar putea împărtăși curajul nostru în fața amenințărilor existențiale și că același curaj le-ar putea determina să ne contacteze”.

După cum au explorat autorii în această lucrare (și în cea anterioară a lui Reiss), pot exista și modalități de a determina dacă există civilizații care locuiesc în centrul galaxiei noastre:
„Vehiculele aflate pe orbite în jurul unei găuri negre supermasive (SMBH) vor trebui să contracareze forța de frecare exercitată de gazul care cade spre interior, iar puterea necesară pentru a face acest lucru (în funcție de dimensiunea vehiculului) poate ajunge la aproximativ 10¹⁹ wați, adică în jurul luminozității unei pitice brune”. „Am considerat un model simplu în care această energie este radiată uniform în toate direcțiile sub formă de unde electromagnetice și am constatat că o trăsătură caracteristică a semnalului rezultat este o deplasare descrescătoare a frecvenței pe parcursul unei singure orbite.”

De asemenea, autorii iau în considerare posibilitatea ca mai multe civilizații să se fi stabilit în apropierea unei găuri negre supermasive pentru a profita de un sistem de referință „dilatat temporal”. Dacă acesta ar fi cazul, coridoarele orbitale ar putea deveni o resursă rară, crescând probabilitatea apariției conflictelor. 

Războaiele deschise între civilizații ar produce semnături care, cel mai probabil, ar fi greu de trecut cu vederea. După cum se poate observa, acest studiu oferă numeroase concluzii și un mare potențial pentru cercetări ulterioare și viitoare cercetări SETI.