احتمال وجود حیات بیگانه را با ریاضیات پیش‌بینی کنید: آیا ما د‌ردانه‌های کائناتیم؟

آیا ما در جهان، تنها هستیم؟ اگر بله، چرا و اگر نه بقیه کجا هستند؟ ریاضی می‌تواند در حل این سوال عمیق کیهان‌شناسی یا شاید بهتر باشد بگویم فلسفی، به ما کمک کند. برای بررسی این سوال، یعنی احتمال وجود حیات بیگانه و یک بازی ریاضی با آن، با گجت نیوز همراه باشید…

شاید اغراق نباشد اگر بگویم یکی از هیجان‌انگیزترین و قدیمی‌ترین سوالات بشر، احتمال وجود حیات بیگانه بوده است. البته این سوال در تمام ادوار تاریخ به یک اندازه اهمیت نداشته، چرا که انسان اولیه، بیشتر از آنکه در جستجوی احتمال حیات بیگانه باشد، به دنبال یافتن روش‌هایی برای تامین نیازها‌ی اولیه‌‌ی خودش بوده است. حتی زمانیکه انسان‌ها به فکر پیدا کردن جایگاه خود در عالم افتادند، باز هم احتمال وجود حیات بیگانه خیلی مورد توجه قرار نگرفت. دلیلش هم واضح است، زیرا حتی هنوز در مورد جایگاه خودشان هم در عالم، شک و شبهه‌ی زیادی وجود داشت. برای فلاسفه‌ی باستان که زمین را روی شاخ گاو می‌پنداشتند تا بطلمیوسی که زمین را مرکز عالم می‌دانست و خدا و فرشتگانی که روی فلک‌ الافلاک زندگی می‌کردند، احتمال وجود حیات بیگانه خنده‌دار به‌نظر می‌رسید! اما پس از آنکه بنیان نظریه زمین مرکزی بطلمیوس توسط کوپرنیک فروریخت و معلوم شد این زمین است که به دور خورشید می‌چرخد، اوضاع تغییر کرد. با پیشرفت علم نجوم و مشاهده‌ی گیتی پهناوری که گویا انتهایی نداشت، احتمال وجود حیات بیگانه جان تازه‌ای گرفت و عطش بشر برای پاسخ به آن، بیشتر شد. حالا و در قرن بیست و یکم، این سوال به یکی از بزرگترین دغدغه‌های نه‌تنها دانشمندان، بلکه انسان‌ها و حتی دولت‌ها تبدیل شده است (البته در مورد دولت‌ کشورهایی مثل ایران، خیلی صادق نیست). چندسالی است که انسان‌های زمینی به کمک پروژ‌ه‌های بزرگی مانند SETI، گوش‌هایشان را برای شنیدن صدای حیات بیگانه تیز کرده‌ اند!

به خاطر دارم زمانیکه در دوران نوجوانی، کتاب‌های فیزیکی می‌خواندم، در بحث ذرات بنیادی و احتمال وجود پادماده، نویسنده‌ی کتاب، مثال جالبی زده بود: فرض کنید حیات بیگانه پیدا شده و تمام مردم زمین با هیجان زیادی منتظر از راه رسیدن موجودات فرازمینی هستند. وقتی اولین موجود فرازمینی را می‌بینید و به رسم زمینی‌ها با اون دست می‌دهید، هر دو منفجر می‌شوید، زیرا او از پادماده ساخته شده بود! جدا از اینکه، منفجر‌شدن ما در اولین برخورد، به هیچ وجه، جالب نبود، اما این مثال جذاب، مرا ساعت‌ها به فکر فروبرد، می‌خواستم بدانم موجودات فرازمینی چه شکلی دارند و یا از چه جنسی هستند؟ اما قبل از همه‌ی این سوالات جزیی‌تر، یک سوال بنیادی‌تر وجود داشت: احتمال وجود حیات بیگانه چقدر است؟ آیا موجودات فرازمینی، اصلا وجود دارند؟

در سال 1967، دانشجویی به نام ژاکلین بل، پدیده‌ی عجیبی را در قسمتی از آسمان که مثلث تابستانی نامیده می‌شود،‌ کشف کرد: پالس‌هایی از امواج رادیویی که هر 1.3373 ثانیه یکبار، تکرار می‌شدند (درست مثل ساعتی که کمی آرامتر، تیک تاک کند). پیدا کردن چنین پدیده‌ای، بسیار نادر بود؛ بنابراین بل، منبع این سیگنال را LGM1 نامید که مخفف عبارت «آدمک‌های سبز» است. امروزه می‌دانیم که عامل آن سیگنال‌ها، آدمک‌های سبز نبودند، بلکه پدیده‌‌‌ای نجومی به نام تپ اختر باعث چنین پدیده‌ای شده بود. کشف تپ اختر هم، بسیار هیجان‌انگیز بود، اما قطعا نه به اندازه کشف آدمک‌های سبز یا همان آدم فضایی‌ها!

ده سال بعد، سیگنالی عجیب‌تر از یک رادیوتلسکوپ دریافت شد. این سیگنال، خیلی غیرعادی بود، زیرا بسیار قوی بود و شبیه هیچ سیگنال رادیویی دیگری نبود، بنابراین به نظر می‌رسید که از جای دیگری غیر از زمین آمده است. این سیگنال، آنقدر عجیب بود که کاشف آن، کلمه مشهور wow را در حاشیه داده‌هایش نوشت. پس از اینکه منجمان، زمین را به عنوان منبع این سیگنال رد کردند، نظر همگان بر آن شد که این سیگنال از جایی، ماورای زمین آمده است. اما سوال مهمی که تاکنون هم بی‌جواب مانده، این است: از کجا؟ توسط چه چیزی یا چه کسی؟ آیا آن سیگنال را یک پدیده‌ی طبیعی ایجاد کرده بود؟ یا موجودات هوشمند فرازمینی؟ پاسخ سوال آخر، احتمالا «نه» است. در هر صورت، این سیگنال، یک منبع خارجی داشت.

بسیاری از دانشمندان حدس می‌زنند حیات بیگانه وجود داشته باشد. آنها این حدس را براساس نوعی محاسبات ریاضی می‌زنند. البته واقعیت این است که محاسبات احتمال وجود حیات بیگانه سرشار از متغیرهایی است که هیچ یک را نمی‌توانیم با قطعیت تعیین کنیم. برای درک نسبی این متغیرها، بهتر است نگاهی به آمار کیهانی بیندازیم. اجازه دهید ببینیم ریاضیات در مورد احتمال وجود حیات بیگانه دقیقا چه اطلاعاتی می‌تواند در اختیار ما قرار دهد؟

آمار ستارگان

بیایید با آمار ستارگان و سیارات شروع کنیم. خب می‌دانیم که کل حیات روی زمین، از همین سیاره‌، سرچشمه گرفته و دانشمندان بر این باورند که در مورد ریشه‌‌ی حیات‌های دیگر (اگر وجود داشته باشند) هم، احتمالا همینطور خواهد بود. دلایل علمی ثابت می‌کند حیات روی سیاره‌هایی شکل می‌گیرد که به دور ستاره‌های نه خیلی بزرگ و نه خیلی کوچک (درست شبیه خورشید خودمان) می‌چرخند.

منجمان حدس می‌زنند حدود 100 میلیارد از چنین ستاره‌های خورشید مانندی در کهکشان ما وجود دارد. حدود نصف این‌ ستاره‌ها، به دور ستاره‌ی دیگری می‌چرخند که در نتیجه، احتمال وجود سیارات به دور آنها را بسیار کم می‌کند (زیرا آن ستاره‌ها باعث پرت شدن سیارات از سیستم مداری می‌شوند). پس تا اینجا، حدود نصف ستاره‌ها از دور رقابت خارج می‌شوند، اما هنوز حدود 50 میلیارد ستاره‌ی قابل حیات در کهکشان ما باقی می‌ماند!

آمار سیارات

در مورد سیاره‌های قابل سکونت، قضیه از چه قرار است؟ در منظومه شمسی،  تقریبا 10 سیاره برای پیدایش حیات وجود دارد؛ بنابراین اگر فرض کنیم به ازای هر سیستم خورشیدی، 10 سیاره‌ی قابل حیات وجود داشته باشد، با احتساب عددی که در بخش قبل برای ستارگان بدست آوردیم (50 میلیارد)، حدود 500 میلیارد سیاره‌ی مناسب برای حیات در کهکشان ما وجود دارد!

اگر فرض کنیم یک دهم سیاره‌های موجود در منظومه شمسی، واقعا قابلیت حیات دارند، پس حدود یک دهم از 500 میلیارد، یعنی 50 میلیارد سیاره با برخی از گونه‌های حیات (نه لزوما هوشمند) می‌تواند در کهکشان ما وجود داشته باشد. با وجود تمام این حساب‌کتاب‌ها، اگر بروز حیات در منظومه شمسی که 4 میلیارد سال پیش رخ داده، یک رویداد بسیار غیرمحتمل بوده، پس شاید ما در کهکشان و حتی در کائنات، تنها باشیم! بنابراین اگر بخواهیم احتمالاتی فکر کنیم، تعداد سیاره‌‌‌های با امکان حیات در کهکشان ما، از 1 (یعنی فقط ما) تا 50 میلیارد متغیر است؛ و این یعنی یک گستره‌ی به‌شدت بزرگ! آیا می‌توانیم این گستره را محدودتر کنیم؟ دانشمندان در حال کار روی آن هستند.

احتمال وجود حیات بیگانه چقدر است؟

احتمال وجود حیات بیگانه و معادله دِرِیک (Drake)

تا اینجا با یک حساب سرانگشتی حدس زدیم میلیاردها نژاد مستقل زندگی می‌تواند در کهکشانمان وجود داشته باشد. این فرض، ما را جسورتر می‌کند که به سوالات جذاب‌تر بعدی فکر کنیم: چند گونه از این نژادهای حیات، هوشمند بوده و شاید حتی از نظر تکنولوژیکی از ما پیشرفته‌ترند؟ در حقیقت، هیچ راهی برای پیداکردن پاسخ دقیق به این سوالات وجود ندارد، اما این دلیلی خوبی برای کنار گذاشتن آنها نیست! روح کاوشگر انسان او را به جستجویی جسورانه در مورد پاسخ این سوالات وادار می‌کند؛ و این کاری بود که منجمی به‌نام فرانک دریک در سال 1961 انجام داد. او معادله‌ای معرفی کرد که حالا معادله دریک نامیده می‌شود. معادله دریک به شکل زیر است:

N= R^* × f_p × n_e × f_L × f_i × f_c × L

نمادهای بالا به ترتیب به‌صورت زیر تعریف می‌شوند:

• N= تعداد تمدن‌هایی در کهکشان راه شیری که می‌توانند با ما ارتباط برقرار کنند
• R^*= تعداد ستاره‌های کهکشان راه شیری که در هر سال جدید، قابلیت حیات پیدا می‌کنند
• f_p= کسری از ستاره‌هایی که دارای سیستم‌های سیاره‌ای هستند
• n_e= تعداد سیاره‌هایی که به ازای هر سیستم ستاره‌ای، قابلیت نگهداری حیات را دارند
• f_L = کسری از سیاره‌های مناسبی که حیات، واقعا در آنها توسعه می‌یابد
• f_i= کسری از سیاره‌های دارای حیات که به هوشمندی می‌رسند
• f_c= کسری از سیاره‌های دارای حیات که موجودات پیشرفته‌ی تکنولوژیکی دارای ارتباطات پیشرفته دارند
• L= تعداد متوسط سال‌هایی که چنین تمدنی وجود دارد و می‌توند ارتباط برقرار ‌کند (عمر تمدن)

این معادله، سرشار از متغیرهای نامعلوم است. در واقع اگرچه متغیرهای این معادله، زیاد هستند، اما ایده‌ی پشت آن، واقعا ساده است:

• اگر تعداد ستاره‌های کهکشانمان که هر سال، قابلیت حیات پیدا می‌کنند را در کسر ستاره‌هایی که سیاره‌هایی در اطراف خود دارند، ضرب کنیم و سپس این عدد را در تعداد سیاره‌های هر ستاره که واقعا قابلیت حیات دارند ضرب کنیم، به یک عدد تخمینی برای تعداد سیاره‌هایی در کهکشانمان می‌رسیم که هرسال قابلیت حیات پیدا می‌کنند.
• سپس اگر این عدد را در کسر سیاره‌هایی که زندگی نه تنها به‌طور نظری، بلکه واقعا بروز می‌یابد ضرب کرده و سپس در کسر این سیاره‌هایی که نه تنها حیات، بلکه حیات هوشمند بروز می‌یابد ضرب کنیم و در نهایت این عدد را در کسر سیاره‌هایی که زندگی تکنولوژیکی پیشرفته‌ای دارند، ضرب کنیم، تخمینی از تعداد تمدن‌های تکنولوژیکی پیشرفته را بدست می‌آوریم که هر سال در کهکشان ما ظاهر می‌شوند.
• در نهایت اگر بخواهیم تعداد تمدن‌های پیشرفته‌ی تکنولوژیکی که همین حالا در کهکشان ما وجود دارند را حساب کنیم، باید عددی که بدست آوردیم را در تعداد متوسط سال‌هایی که چنین تمدنی دوام می‌آورد (عمر تمدن)، ضرب کنیم.

آیا ما تنها هستیم؟

اگرچه منطق معادله دریک، بسیار سرراست است، اما اکثر متغیرهای این معادله، احتمالاتی یا حتی کاملا ناشناخته هستند؛ مثلا در چه کسری از سیاره‌های مناسب برای زندگی، واقعا زندگی بروز می‌یابد؟ واقعیت این است که جواب را نمی‌دانیم! چه کسری از این حیات‌های بروزیافته، هوشمند یا از نظر تکنولوژیکی پیشرفته خواهند بود؟ باز هم جوابی نداریم!

با این حال، مردم تلاش کرده‌اند تا با استدلال‌های منطقی، متغیرهای این معادله را تا حدودی تخمین بزنند. واضح است که استدلال‌های متفاوت، جواب‌های متفاوتی هم تولید خواهند کرد: از یک تمدن پیشرفته‌ی تکنولوژیکی (که ما هستیم) تا میلیون‌ها تمدن پیشرفته تکنولوژیکی مستقل در همین کهکشان خودمان! در واقع معادله دریک، بیشتر یک بازی ریاضی سرگرم‌کننده و جذاب است تا یک معادله‌ی فنی و کاربردی! زیرا همانطور که گفتم سخت‌ترین قسمت ماجرا، پیدا کردن مقادیر دقیق متغیرهاست که گویا قرار نیست به این زودی، آنها را پیدا کنیم. پس دوباره به خانه اول بازمی‌گردیم و می‌پرسیم:

آیا ما در کائنات تنهاییم؟ اگر نه، چرا فقط ما باید تنها ساکنان این گیتی پهناور باشیم که در زمین به این کوچکی، جای گرفته‌ایم؟ و اگر بله، پس بقیه کجا هستند؟ من بیشتر با جواب دوم موافقم و می‌گویم ما تنها نیستیم، اما در مورد اینکه بقیه کجا هستند، چیزی‌ نمی‌دانم: شاید خیلی دور و شاید خیلی نزدیک! شما چه فکر می‌کنید؟

درباره این نویسنده

ناهید سادات ریاحی ، زاده‌ی اردیبهشت ۶۹ و دانشجوی دکترای شیمی کوانتوم محاسباتی در دانشگاه شهید بهشتی است. او علاقمند به دنیای کوانتوم و تکنولوژی بوده و علاوه بر سردبیری دیپ لوک، به طراحی وب و نویسندگی در گجت نیوز و ماهنامه جیبی GSM مشغول است. (Personal Web)