Fermi-Paradoxon

Das Fermi-Paradoxon ist ein Widerspruch, den der Physiker Enrico Fermi 1950 aufzeigte. Das Paradoxon hinterfragt die Wahrscheinlichkeit außerirdischen, intelligenten Lebens. Es versucht, eine grundlegende Frage zu beantworten: „Sind wir Menschen die einzige technologisch fortschrittliche Zivilisation im Universum?“.

Aufgrund des Alters des Universums und seiner hohen Anzahl an Sternen sollte Leben auch außerhalb der Erde verbreitet sein, vorausgesetzt, die Entstehung von Leben auf der Erde wäre kein ungewöhnlicher Vorgang (s. Rare-Earth-Hypothese).^[1] Enrico Fermi fragte 1950 bei einer informellen Diskussion, warum dann weder Raumschiffe anderer Weltraumbewohner noch von denen abgesandte Von-Neumann-Sonden zu beobachten seien. Eine detaillierte wissenschaftliche Betrachtung des Problems begann in den 70er Jahren mit Studien Michael H. Harts ^[2], weswegen auch der Ausdruck Fermi-Hart-Paradoxon verwendet wird.^[3]

Grundlegende Überlegung

Kern des Fermi-Paradoxons ist folgende Überlegung:

Wenn in der Milchstraße auch nur eine einzige Zivilisation existiert, die zu interstellarer Kolonisation fähig ist, dann könnte die gesamte Galaxis innerhalb weniger Millionen Jahre vollständig kolonisiert sein. Die Milchstraße ist nun weitaus älter als die notwendigen 20 bis 40 Millionen Jahre; folglich sollten außerirdische Zivilisationen überall in unserer galaktischen Nachbarschaft existieren. Bisher konnte jedoch kein Hinweis auf extraterrestrische Zivilisationen gefunden werden.

Das Paradoxon kann folgendermaßen zusammengefasst werden:

„Der weit verbreitete Glaube, es gäbe in unserem Universum viele technologisch fortschrittliche Zivilisationen, in Kombination mit unseren Beobachtungen, die das Gegenteil nahelegen, ist paradox und deutet darauf hin, dass entweder unser Verständnis oder unsere Beobachtungen fehlerhaft oder unvollständig sind.“

Mit dem Fermi-Paradoxon eng verbunden ist die Drake-Gleichung, mit deren Hilfe die Wahrscheinlichkeit für die gleichzeitige Existenz anderer Zivilisationen in der Milchstraße abgeschätzt werden soll. Da bisher jedoch nahezu alle Parameter der Drake-Gleichung unbekannt sind, kann diese derzeit nicht zur Lösung des Paradoxons beitragen.

Zur Erklärung des Paradoxons gibt es mehrere Ansätze, dabei kann zwischen prinzipiellen Argumenten (die auf Grund der Naturgesetze für sämtliche Zivilisationen gleichermaßen gelten) und schwachen Argumenten unterschieden werden. Das Problem der schwachen Argumente besteht darin, dass Fermi davon ausgeht, dass nur eine einzige Zivilisation notwendig ist, um das beschriebene Paradoxon zu verursachen. Diese Zivilisation muss allerdings ihre grundlegenden Eigenschaften über geologische Zeiträume beibehalten.^[4] Schwache Argumente stellen jedoch keine prinzipiellen Hindernisse dar. Wir müssten also davon ausgehen, dass sich sämtliche Zivilisationen ähnlich entwickeln und daher an denselben Hindernissen scheitern.

Folgende Passage wurde aus der Arbeit „The Fermi Paradox: An Approach Based on Percolation Theory“ von Geoffrey A. Landis dazu sinngemäß übersetzt:

„Vorgeschlagene Lösungen des Fermi-Paradoxons verneinen entweder vollständig die Möglichkeit extraterrestrischer Zivilisationen, eine Annahme, die bisher nicht belegt werden kann, oder akzeptieren die Möglichkeit außerirdischer technologischer Zivilisationen und schlagen Erklärungen vor, warum diese trotzdem nicht die Milchstrasse kolonisiert haben.
Die Erklärungen beinhalten dabei die Vorschläge, dass solche Zivilisationen zusammenbrechen oder sich selbst zerstören, ihnen die Ressourcen ausgehen, sie sich gegen Kolonisierung entscheiden oder zwar kolonisieren, aber uns bewusst ignorieren.
Das Problem mit diesen Erklärungsversuchen ist, dass sie alle eine Gleichartigkeit der Motive von Zivilisationen über extrem lange Zeiträume voraussetzen. Wenn auch nur eine einzige Zivilisation sich für die Kolonisierung der Milchstrasse entschieden hat, müssen diese Erklärungsversuche scheitern.“

– ^[5]

Prinzipielle Argumente

Die Hypothese der ungewöhnlichen Erde/Wir sind tatsächlich alleine

Ein Gedankengang argumentiert, dass vielzelliges Leben im Universum außergewöhnlich selten ist, da erdähnliche Planeten potentiell selten sind. Das Argument dabei ist, dass viele unwahrscheinliche Zufälle zusammenkamen, die Leben auf der Erde möglich machten. Beispiele dafür sind die Position der Sonne in der Milchstraße (Strahlung), die Position der Erde im Sonnensystem (Temperatur), die Existenz eines relativ großen Mondes (Stabilisierung der Erdachse) usw. (vgl. Hoimar von Ditfurth, Kinder des Weltalls).

Letztlich werden bei diesem Erklärungsversuch die Parameter der Drake-Gleichung so gewählt, dass in unserer Galaxis nur eine einzige Zivilisation existiert, die unsere. Insofern verliert das Fermi-Paradoxon natürlich seinen paradoxen Charakter, da bereits eine der Grundannahmen abgelehnt wird.

Obwohl diese Hypothese vielfach als zwingend überzeugend angesehen wird, widersprechen andere der Seltenheit erdähnlicher Planeten (was durch die zunehmende Anzahl an Funden von Exoplaneten naheliegt) oder behaupten, komplexes Leben benötige nicht zwingend erdähnliche Bedingungen, um sich zu entwickeln (siehe Kohlenstoffchauvinismus).

Eine Sonderform dieses Argumentes geht davon aus, dass die Entwicklung höherer Intelligenz im Laufe der Evolution extrem unwahrscheinlich ist. Basis dafür ist die Tatsache, dass von keiner der komplexen Lebensformen, die in der Vergangenheit auf der Erde existierten, die Entstehung beziehungsweise das Vorhandensein höherer Intelligenz bekannt ist.

Unmöglichkeit interstellarer Kolonisation / Kommunikation

Die Voraussetzung des Fermi-Paradoxons „… eine Zivilisation, die zu interstellarer Kolonisation fähig ist …“ kann möglicherweise prinzipiell nicht erfüllt werden. Unter diesen Umständen könnte es in der Milchstraße mehrere technische Zivilisationen geben, die jedoch räumlich zu weit voneinander entfernt sind, um sich gegenseitig zu beeinflussen.

Zur Veranschaulichung sei als Beispiel die Entfernung unserer Sonne zum nächsten Stern, Proxima Centauri, genannt, der selbst bei Lichtgeschwindigkeit erst nach 4,2 Jahren erreicht werden könnte; allerdings hat Proxima Centauri vermutlich keine Planeten. Da ein Überschreiten der Lichtgeschwindigkeit nach derzeitigem Kenntnisstand nicht möglich ist, stellen sich einige Fragen:

• Ob eine Zivilisation (noch) die Ressourcen aufbringen könnte, um fremde Sternsysteme zu erreichen, sobald eine Situation eintritt, die eine solche Unternehmung lohnend oder gar notwendig erscheinen lässt.
• Welchen zeitlichen Versatz in der Kommunikation Populationen in verschiedenen Sternsystemen akzeptieren können müssen, um überhaupt den für eine Zivilisation nötigen Zusammenhalt zu haben.

Verteilungsmuster / Zivilisatorische Diffusion

Nach einem Ansatz von Geoffrey A. Landis^[6] kann die Kolonisation der Galaxis mittels der Perkolationstheorie untersucht werden als ein der Diffusion ähnlicher Vorgang. Landis geht dabei von zwei Prämissen aus:

1. Jede Zivilisation ist maximal in der Lage, direkte Nachbarsysteme in einem beschränkten Umkreis zu kolonisieren.
2. Jede Kolonie kann sich mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit P zu einer ebenfalls kolonisierenden oder aber mit der Wahrscheinlichkeit 1 − P zu einer stagnierenden (bzw. nicht kolonisierenden) Zivilisation entwickeln.

Unter diesen Umständen würde die Galaxis nicht gleichmäßig bevölkert, vielmehr würden sich „Blasen“ herausbilden, die von stagnierenden Kolonien umgrenzt sind. Innerhalb dieser Blasen würde dann keine weitere Kolonisierung erfolgen. Umgekehrt könnte es dann auch Blasen mit einer hohen „Zivilisationsdichte“ geben. Das Verhältnis zwischen diesen Blasen wird dabei maßgeblich von der Wahrscheinlichkeit für erfolgreiche Kolonisierung sowie der Entwicklung zum kolonisierenden bzw. stagnierenden Zivilisationstyp beeinflusst.

• Liegt P nun unterhalb eines Grenzwertes P < P_c, wird die Kolonisierung nach einer endlichen Anzahl Kolonien stoppen.
• Liegt P oberhalb des Grenzwertes P > P_c, wird nahezu die gesamte Galaxis gefüllt, mit Ausnahme einiger kleiner Blasen.
• Liegt P nahe am Grenzwert P = P_c, wird die Galaxis von einer fraktalen Struktur durchzogen, in der sowohl große bevölkerte als auch nicht bevölkerte Gebiete existieren. Wir würden dann in einem nicht bevölkerten Gebiet leben.

Mathematisches a priori-Argument

Nach einer Überlegung des Astrophysikers J. Richard Gott spricht die Wahrscheinlichkeit gegen die These, dass Galaxien in der Regel weitgehend kolonisiert werden, da dann fast alle Lebewesen Mitglied solcher Superzivilisationen wären. Gäbe es solche Zivilisationen, dann wäre es aus statistischen Gründen eher unwahrscheinlich ausgerechnet als Mitglied einer vergleichsweise kleinen, jungen und noch nicht kolonisierten Zivilisation wie der unsrigen geboren worden zu sein. ^[7]. Diese rein mathematische Überlegung ist äquivalent dem sogenannten Doomsday-Argument und erlaubt keine Aussage über die Existenz außerirdischen Lebens, sondern besagt lediglich, dass, wenn es dieses geben sollte, es nicht kolonisiert. Damit löst sich Fermis Paradoxon auf, da J. Gott dessen Grundannahme negiert.

Andere Argumente

Mangelndes Interesse

Selbst wenn die technische Möglichkeit zu interstellarer Kommunikation und/oder Kolonisation gegeben ist, stellt sich die Frage, ob eine Zivilisation überhaupt ein ökonomisches oder philosophisches Interesse an der Nutzung dieser Technologie hat. Unsere Zivilisation hat bisher keine großen Anstrengungen unternommen, bewusst Signale auszusenden, und die menschliche Raumfahrt beschränkt sich weitgehend auf das Aussenden von Sonden. Selbst prinzipiell mögliche interplanetare Raumflüge werden hinsichtlich ihres ökonomischen und wissenschaftlichen Sinns hinterfragt.

Mangelnde Sichtbarkeit

Das Aussenden von Radiosignalen zur Kommunikation ist relativ ineffizient. Falls alle Zivilisationen innerhalb kurzer Zeit zu effizienteren Kommunikationsmethoden übergehen (selbstfokussierende Teilchenstrahlen o. Ä.), sinkt der Anteil an Radiostrahlung, über den sich eine Zivilisation bemerkbar machen würde.

Auch wurde vorgeschlagen, ein fundamentales Axiom der Informationstheorie könne hinter dem Fehlen erkennbarer Signale stecken. Die Informationstheorie besagt, dass eine maximal komprimierte Nachricht für jene ununterscheidbar vom Hintergrundrauschen ist, die den Kompressionsalgorithmus nicht kennen. SETI hingegen sucht ausschließlich nach dem simpelsten aller Signale, einer unmodulierten Sinuskurve. Die Grundannahme von SETI ist die Bereitschaft anderer Lebensformen, sich durch ein einfach zu entdeckendes Signal deutlich mitzuteilen. Aus diesen Gründen würden die heutigen Suchmethoden eine hochgradig komprimierte Übertragung schlicht übersehen.

Sie existieren – wir haben sie nur verpasst

Diese Hypothese basiert darauf, dass alle besuchenden Zivilisationen langfristig stagnieren oder aussterben, statt zu expandieren. Das kann nicht ausgeschlossen werden, denn die gesamte Dauer der menschlichen Existenz ist auf kosmologischer Skala derartig klein, dass selbst ein Weiterleben unserer Spezies über Hunderttausende von Jahren wenig ändert. Dadurch könnten Zivilisationen zeitlich und räumlich schlicht zu weit auseinanderliegen, um einander zu begegnen. Dieser Hypothese widerspricht die Möglichkeit der Von-Neumann-Sonden, die eine weit längere Lebensdauer als ihre Ursprungszivilisation haben könnten. Eine Zivilisation, die Von-Neumann-Sonden aussendet, könnte diese auch in ihrer Reproduktion beschränken, so dass sich jedem Sternsystem maximal eine Sonde zuordnen würde. Diese Sonde würde sich nur reproduzieren, wenn ihre eigene Lebensdauer abläuft. Sie könnten als Bojen auch stationär sein und z. B. nur ein schwaches Signal aussenden.

Sie existieren – wir werden ignoriert

Bei dieser Annahme wird vorausgesetzt, dass unter allen Zivilisationen in unserer Nachbarschaft ein Konsens darüber herrscht, eine Kontaktaufnahme zu vermeiden. Diese Spekulation wird teilweise auch als „Galaktischer Zoo“ bezeichnet.^[8]

Sie existieren – wir ignorieren sie

Dabei wird davon ausgegangen, dass außerirdische Zivilisationen bereits Kontaktversuche, sowohl in der Vergangenheit als auch der Gegenwart, unternommen haben, diese von der modernen Wissenschaft jedoch ignoriert oder von einer oder mehreren Regierungen geheim gehalten würden. Sie ist in etlichen Science-Fiction-Romanen und -Filmen verarbeitet, so unter anderem in Per Anhalter durch die Galaxis, und wird ebenso bei einigen Deutungen von UFO-Sichtungen, Verschwörungstheorien und Anhängern verschiedener Pseudowissenschaften vertreten.

Folgerung

Die bisherige Datenbasis lässt es nicht zu, zu einer Abschätzung auf Basis der Drake-Gleichung hinsichtlich der Häufigkeit außerirdischer Zivilisationen zu kommen.^[9] Erst in den nächsten Jahren oder Jahrzehnten werden möglicherweise erdähnliche Planeten in anderen Planetensystemen gefunden, bis dahin müssen sämtliche Lösungsansätze spekulativ bleiben.

Siehe auch

• Rare-Earth-Hypothese
• Dyson-Sphäre
• Kardaschow-Skala
• technologische Singularität

Literatur

• Stephen Webb: If the universe is teeming with Aliens ... Where is everybody? - fifty solutions to the Fermi paradox and the problem of extraterrestrial life. Copernicus Books, New York 2002, ISBN 0-387-95501-1.
• Marshall T. Savage: The millennial project - colonizing the galaxy in eight easy steps. Little Brown, Boston 1994, ISBN 0-316-77165-1.
• Ian Crawford: Where Are They? Maybe we are alone in the galaxy after all. In: Scientific American. 20. Juli 2000, abgerufen am 2. März 2011.
• Eric M. Jones: Where is everybody? An Account of Fermi’s Question. In: Los Alamos Technical Report. März 1985, (pdf, online) auf: Federation of American Scientists. abgerufen am 2. März 2011.

Weblinks

• The Possibilities of FTL: Or Fermi’s Paradox Reconsidered von F.E. Freiheit IV
• Answering the Fermi Paradox: Exploring the Mechanisms of Universal Transcension von John Smart
• The Great Filter – Are We Almost Past It? von Robin Hanson
• Extraterrestrial Intelligence in the Solar System: Resolving the Fermi Paradox, das nahelegt, unsere Beobachtungen seien unvollständig und
• There Is No Fermi Paradox, das einen logischen Fehler im Fermi-Paradoxon wähnt, beide von Robert Freitas
• ausführlicher Artikel mit weiterführenden Informationen
• www.wissenschaft.de: Warum uns die Außerirdischen noch nicht gefunden haben – Aliens würden Ewigkeiten brauchen, um die Galaxis nach intelligentem Leben zu durchforsten (eine mögliche Erklärung für das Fermi-Paradoxon)

Video

• Vorlage:Alpha Centauri126

Einzelnachweise

1. ↑ Carl Sagan: Cosmos. Ballantine Books, New York 1985, ISBN 0-345-33135-4.
2. ↑ Michael H. Hart: An Explanation for the Absence of Extraterrestrials on Earth. In: The Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society. 16 (1975): 128.
3. ↑ Paul Wesson: Cosmology, extraterrestrial intelligence, and a resolution of the Fermi-Hart paradox. In: Royal Astronomical Society, Quarterly Journal. Bd. 31, Juni 1992, ISSN 0035-8738, S. 161–170, (online), Abgerufen am 29. September 2009
4. ↑ Claudius Gros: Expanding advanced civilizations in the universe. In: J.Br.Interplanet.Soc. 58 (2005) 108.
5. ↑ Geoffrey A. Landis: The Fermi Paradox: An Approach Based on Percolation Theory. (Dritter Absatz der Introduction)
6. ↑ Geoffrey A. Landis: The Fermi Paradox: An Approach Based on Percolation Theory.
7. ↑ J. R. Gott: Implications of the Copernican principle for our future prospects. In: Nature. Bd. 363, 1993, S. 315–319.
8. ↑ John A. Ball: The zoo hypothesis. In: Icarus. Volume 19, Issue 3, July 1973, S. 347-349, doi:10.1016/0019-1035(73)90111-5.
9. ↑ The other side of the Fermi paradox thespacereview, abgerufen am 4. August 2011