Nueva solución de la paradoja de Fermi gracias a una versión simple de la ecuación de Drake

Las estimaciones de los parámetros de la ecuación de Drake suelen concluir que hay una alta probabilidad de existencia de civilizaciones inteligentes en nuestra galaxia. La paradoja de Fermi afirma que si existieran, ya deberíamos tener pruebas de su existencia. Hay muchas soluciones de la paradoja de Fermi (50 en FCF+). Un nuevo artículo de Nikos Prantzos (Universidad P. y M. Curie, París) simplifica la ecuación de Drake y la utiliza para resolver la paradoja: solo las civilizaciones que hayan subsistido durante un tiempo suficiente para conquistar toda la galaxia pueden llegar a descubrir otras formas de vida inteligente. Prantzos llama a su solución «versión fuerte de la paradoja de Fermi.» La verdad, me ha gustado el nuevo artículo, cuya lectura fácil recomiendo a todos, aunque como muchos ya sabéis la solución de la paradoja que más me gusta es la de mi amigo y compañero Carlos Cotta («resolución computacional de la paradoja de Fermi«). El nuevo artículo técnico es Nikos Prantzos, «A joint analysis of the Drake equation and the Fermi paradox,» arXiv:1301.6411, 27 Jan 2013.

Prantzos empieza recordando que la ecuación de Drake corresponde al estado estacionario (o solución de equilibrio) de un problema dinámico en el tiempo. La ecuación dinámica es dN/dt =−N/L, donde N es el número de civilizaciones que han desarrollado una tecnología para comunicarse por radio y L es la duración de la fase de la historia de dicha civilización en la que ha utilizado dicha tecnología. La ecuación de Drake se puede escribir como N= P L, donde P es el ritmo de producción de estas civilizaciones (es decir, el producto de seis de los siete parámetros de la famosa ecuación de Drake). El tiempo no aparece de forma explícita en dicha ecuación, pero es necesario para interpretar valores N<1, que corresponden a un intervalo entre las civilizaciones en el galaxia mayor que la duración media de su fase con comunicaciones de radio. Por cierto, que una civilización deje de comunicarse por radio no implica que se haya podido extinguir, puede haber abandonado dicha tecnología en favor de otras más avanzadas.

Luego continúa simplificando la ecuación de Drake agrupando sus siete parámetros en sólo tres, en concreto, N=R_A f_B L, donde R_A es la tasa de producción de planetas habitantes en la galaxia, f_B representa la fracción de civilizaciones tecnológicas capaces de moverse a escala galáctica (el producto de todos los factores químicos, biológicos y sociológicos necesarios para que una civilización pueda/quiera hacerlo). Obviamente, f_B ≤ 1 (siendo su valor difícil de estimar) y R_A ≤ 0, 1/año (según los resultados de las búsquedas de planetas más recientes). ¿Cuál es la ventaja de reducir siete parámetros a solo tres? Muy fácil, así se puede dibujar el resultado en un plano. Prantzos recomienda el plano f_B versus L) pues el valor R_A = 0,1/año le parece muy razonable y poco discutible. Las dos figuras que abren esta entrada tienen este formato.

Para finalmente atacar la paradoja de Fermi. Substituye el valor N por el número de civilizaciones capaces de conquistar la galaxia (moverse a velocidades entre 0,01 c y 0,1 c (donde c es la velocidad de luz en el vacío) durante un tiempo suficiente para recorrer grandes distancias interestelares). Según sus estimaciones (ver figuras que abren esta entrada), si las N civilizaciones de la galaxia capaces de la conquista emprendieran la búsqueda de otras civilizaciones usando vehículos que alcanzaran 0,1 c, sería necesario que pudieran sobrevivir con dicha tecnología más de 10.000 años (valor de L mínimo) para poder descubrir otras civilizaciones inteligentes en la galaxia. Si te apetece, pues ojear la parte derecha de la figura que abre esta entrada, donde en rojo tienes las curvas de velocidad (0,1 c, 0,01 c, y 0,001 c), en verde el número estimado de civilizaciones (N=1, 100, 10.000 y 1 millón) y sombreados en celeste y naranja las regiones (en función de f_{B y} L) que permiten el contacto entre civilizaciones. Para Prantzos, la zona naranja es la más razonable y explica la paradoja de Fermi pues nuestra civilización aún no ha alcanzado miles de años de viajes interestelares. Prantzos denomina a su solución «versión fuerte de la paradoja de Fermi.»

No quiero entrar en muchos más detalles, pero recomiendo la lectura de su artículo, que está muy bien escrito y presenta muy claramente sus ideas. Todos los aficionados a la ecuación de Drake, la paradoja de Fermi y la búsqueda vida extraterrestre inteligente disfrutarán como críos de su lectura.

Día del escepticismo: Carl Sagan contra Ernst Mayr sobre el éxito del proyecto SETI

Hoy, 20 de diciembre, es el Día del Escepticismo (”Sagan Day”). Ezequiel, autor del blog “Proyecto Sandía” inauguró el día del escepticismo en 2009 y repite la idea este año. Merece la pena leer el artículo en español de Guillermo A. Lemarchand, Ernst Mayr, Carl Sagan, «El debate entre Ernst Mayr y Carl Sagan acerca de la probabilidad de vida inteligente en el universo,» ArXiv, 12 Dec. 2010 [Lemarchand, G.A. y Tancredi, G. (eds.), Astrobiología: del Big Bang a las Civilizaciones, Tópicos Especiales en Ciencias Básicas e Ingeniería, vol. 1, 1 – 22, © 2010 UNESCO-Montevideo]. Permitidme unos extractos, para ir abriendo boca.

«Durante la Segunda Escuela Iberoamericana de Posgrado en Astrobiología, se suscitaron interesantes debates acerca de la probabilidad de existencia de seres inteligentes extraterrestres en el universo, entre los expertos del área biológica y del área física. Por esta razón, resulta apropiado reproducir por primera vez en español un debate sobre el mismo tema desarrollado entre Ernst Mayr y Carl Sagan en el año 1995.»

«Los defensores de SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) argumentan que nuestra galaxia tiene cientos de miles de millones de estrellas, y que vivimos en un universo con miles de millones de galaxias, por lo que la vida debiera ser un acontecimiento común en este ámbito cósmico. Pero debido a que aún no hemos podido encontrar una sola evidencia concreta de inteligencia extraterrestre, ha surgido una batalla filosófica entre los que podrían ser llamados optimistas del contacto con civilizaciones extraterrestres -que por lo general se adhieren a la visión ortodoxa de SETI- y los proponentes de la hipótesis de la singularidad, la cual sugiere que la Tierra es, probablemente, es el único planeta en el cual la vida ha desarrollado una inteligencia superior capaz de desarrollar tecnologías que permitirían la comunicación interestelar. 

Opinión en contra de SETI: Ernst Mayr (1904-2005), del Museo de Zoología Comparada la Universidad de Harvard, uno de los más prominentes especialistas en evolución del siglo XX, presenta los principales argumentos de la hipótesis de unicidad: el mayor problema del proyecto SETI es la improbabilidad del surgimiento de la vida inteligente. Ernst Mayr nos recuerda que la vida en la Tierra se originó hace 3.800 millones de años, pero la inteligencia avanzada no se desarrolló hasta hace cerca de medio millón de años. La elaboración del cerebro de los homínidos comenzó hace menos de 3 millones de años, y la de la corteza del Homo sapiens ocurrió hace solamente 300.000 años. Nada demuestra la improbabilidad del origen de la inteligencia superior mejor que los millones de linajes filogenéticos que no lograron conseguirla. ¿Cuántas especies han existido desde el origen de la vida? Este número es motivo de especulación, tal como lo es el número de planetas en nuestra galaxia. Pero si hay 30 millones de especies vivientes, y si la expectativa de vida de una especie es de cerca de 100.000 años, entonces uno puede postular que ha habido miles de millones, quizás 50.000 millones de especies desde el origen de la vida. Sólo una de éstas adquirió el tipo de inteligencia necesaria para establecer una civilización. ¿Por qué la inteligencia superior es tan poco común? La inteligencia superior se ha originado sólo una vez, [porque] no es favorecida en absoluto por la selección natural, contrariamente a lo que esperaríamos. De hecho, todos los otros tipos de organismos vivos, millones de especies, viven bien sin inteligencia superior. Además, es extraordinariamente difícil adquirirla.  La evolución nunca se mueve en una línea recta hacia un objetivo (“inteligencia”).

Asumamos que existen seres realmente inteligentes en otro planeta en nuestra galaxia. Hace mil millones de años sus astrónomos descubrieron la Tierra y llegaron a la conclusión de que este planeta podría tener las condiciones propicias para producir inteligencia. Para verificar esto, mandaron señales a la Tierra durante mil millones de años sin tener una sola respuesta. Finalmente, en el año 1800 (de nuestro calendario) decidieron mandar señales durante 100 años más. Para el año 1900, no habían obtenido ninguna respuesta, por lo que concluyeron que seguramente no había vida inteligente en la Tierra.

Opinión a favor de SETI: Carl Sagan (1934-1996), profesor del Departamento de Astronomía y Director del Laboratorio de Estudios Planetarios de la Universidad de Cornell: El telescopio espacial Kepler promete detectar gran cantidad de planetas terrestres. Un planeta de masa terrestre, no tiene porqué ser un planeta terrestre. No obstante, la mayoría de la evidencia actual sugiere la existencia de un gran número de planetas distribuidos a través de la Vía Láctea con abundante agua líquida estable durante miles de millones de años. Algunos serán apropiados para la vida –nuestro tipo de vida, de carbono y agua líquida– durante miles de millones de años menos que la Tierra, algunos durante miles de millones de años más. Y, por supuesto, la Vía Láctea es una entre un sinnúmero, quizás cien mil millones, de galaxias.

Por otro lado, la evolución es oportunista y no previsiva. No “planea” desarrollar la inteligencia en unos miles de millones de años en el futuro. Responde a contingencias de corto plazo. Aun así, se puede percibir una tendencia general hacia la inteligencia en los registros fósiles. En algunos mundos, la presión de la selección hacia la inteligencia puede ser más alta; en otros, más baja. Pero la Vía Láctea está atiborrada de estrellas de segunda y tercera generación (es decir, aquellas que poseen elementos pesados) tan antiguas como 10.000 millones de años. El caso más probable es que el proyecto SETI detecte primero una civilización considerablemente más avanzada que la nuestra. La Tierra se encuentra rodeada de una población de asteroides y cometas que hacen que ocasionalmente el planeta se vea golpeado por uno lo suficientemente grande como para provocar daños substanciales. Necesitamos elaborar medios de detección y seguimiento de objetos cercanos a la Tierra, así como los medios para su intercepción y destrucción. Si fallamos en esta tarea, simplemente seremos destruidos. La radiotelemetría, el monitoreo por radar de asteroides, y el concepto del espectro electromagnético es parte fundamental de cualquier tecnología temprana necesaria para lidiar con semejante amenaza. Por ende, cualquier civilización duradera se verá forzada, por selección natural, a desarrollar una tecnología apropiada similar a la utilizada en las observaciones de SETI. Por supuesto que no existe ninguna necesidad de tener órganos sensitivos que “vean” en la región de radio. Simplemente alcanza con la física.

Respuesta de Ernst Mayr: Sagan adopta el principio “más listo es mejor” pero la vida en la Tierra refuta esta afirmación. Entre todas las formas de vida, ni los procariotas ni los protistas, hongos o plantas han necesitado desarrollar la inteligencia, como lo habrían hecho si fuese “mejor”. En los más de 28 filos de animales, la inteligencia evolucionó sólo en uno (cordados) y con ciertas dudas también en los cefalópodos. Y en las miles de subdivisiones de los cordados, la inteligencia superior se desarrolló en un sólo caso, los primates, e incluso allí en una pequeña subdivisión. Esto no demuestra la supuesta inevitabilidad del desarrollo de la inteligencia superior porque “es mejor ser listo”.

Respuesta de Carl Sagan: Donde Mayr y yo discrepamos es en los últimos factores de la ecuación de Drake, especialmente en aquellos que atañen la probabilidad de la evolución de la inteligencia y las civilizaciones tecnológicas. A pesar del gran respeto que le tengo al Profesor Mayr, debo objetar: los procariotas y los protistas son nuestros ancestros. Por lo tanto, han evolucionado hacia la inteligencia, junto con la mayoría del resto de la hermosa diversidad de la vida en la Tierra.

A los interesados en más información, les recomiendo la lectura del documento original (22 páginas).

El proyecto SETI cumple 50 años desde que se publicó en Nature

La búsqueda de inteligencia extraterrestre (Search for ExtraTerrestrial Intelligence o SETI) celebra el 50 aniversario de su publicación original en Nature el 19 de septiembre de 1959. La búsqueda no ha dado frutos por ahora, lo que no significa que no existan civilizaciones alienígenas en nuestra galaxia. Sólo significa que puede que no usen la radio para comunicarse. La Tierra lleva emitiendo al espacio ondas de radio y televisión solo desde hace 70 años. Muy poco tiempo para que un proyecto SETI extraterrestre llegue a detectarnos. Conforme se van descubriendo planetas extrasolares similares a la Tierra, el proyecto SETI va encontrando objetivos prioritarios que observar con detalle. Nadie sabe lo que deparará el futuro. Nos lo cuentan en el editorial «SETI at 50,» Nature 461: 316, 17 September 2009, y en el artículo de opinión de Fred Kaplan, «An alien concept. Fifty years ago this week, a Nature paper legitimized the idea that there could be civilizations elsewhere, able to communicate and wanting to contact us,» Nature 461: 345-346, 17 September 2009.

SETI nació con el artículo técnico de Giuseppe Cocconi y Philip Morrison, «Searching for Interstellar Communication,» Nature 184: 844-846, 19 September 1959. Los autores revivieron y legitimaron las ideas de Percival Lowell en el s. XIX sobre la posibilidad de vida en Marte, pero un contexto más general: ¿estamos solos en el Universo?

«If signals are present, the means of detecting them is now at hand.»

La idea del proyecto SETI nació en 1958, el Año Geofísico Internacional, cuando la Academia Americana de Ciencias (National Academy of Sciences o NAS) convocó un comité de ciencia espacial (Space Science Board) para estudiar las oportunidades científicas que brindaba el nacimiento de la era espacial, los cohetes y los satélites. Morrison, entonces profesor de astronomía de la Universidad de Cornell, era uno de los miembros. Las reuniones fueron en diciembre de 1958. Al retornar a la universidad, Morrison discutió el tema con su buen amigo y colega Cocconi. Ambos eran escépticos con respecto a los OVNIs y los «marcianitos» pero pensaron que el campo naciente entonces de la radioastronomía podría permitir la detección de señales de civilizaciones inteligentes más allá de los confines del sistema solar.

El artículo en Nature se centra en el problema de determinar qué frecuencia habría que observar para detectar las posibles señales que los alienígenas utilizarían para comunicar su existencia. El elemento más común en el Universo es el hidrógeno, que emite frecuencias electromagnéticas alrededor de los 1.420 megahercios. Los autores concluyeron que posiblemente los alienígenas que quisieran comunicar al resto de civilizaciones su propia existencia utilizarían señales con esta frecuencia. Cocconi y Morrison reconocían que su argumento era como de «ciencia ficción» pero creían firmemente que si había alguna posibilidad de que hubiera señales alienígenas de este tipo, debíamos esforzarnos en encontrarlas.

Ellos no lo sabían entonces, pero Frank Drake llevaba ya medio año buscando señales alienígenas en el mejor radiotelescopio del mundo dotado con un espejo de 26 metros sito en el National Radio Astronomy Observatory, NRAO. Unos años antes, siendo estudiante en Harvard, Drake llegó a la misma conclusión que Cocconi y Morrison sobre la búsqueda en la frecuencia de los átomos de hidrógeno. Drake recibió permiso de sus jefes para iniciar la búsqueda, aunque bajo la promesa de mantenerlo en secreto. ¡Qué hubieran dicho en el Congreso si supieran que el observatorio estaba buscando «hombrecillos verdes»!

El artículo en Nature cambió completamente las tornas y el director del observatorio, Otto Struve, decidió iniciar un proyecto oficial. Una charla que impartió en el MIT fue noticia en todos los medios y el proyecto SETI vio la luz en noviembre de 1960, cuando la NAS financió una conferencia en la NRAO para discutir la búsqueda sistemática de vida alienígena inteligente. En la conferencia estuvieron los miembros de la Orden del Delfín: Frank Drake, Otto Struve, Morrison, y un joven astrónomo llamado Carl Sagan, quien más tarde sería la imagen pública del proyecto SETI. Drake introdujo en esta conferencia su famosa Ecuación de Drake para estimar la probabilidad de existencia de vida inteligencia en nuestra galaxia.

Jill Tarter, actual director de los institutos del Centro de Investigación SETI (Center for SETI Research), cree que la ausencia de una señal positiva no constituye ninguna paradoja. Las investigaciones más rigurosas del proyecto SETI tienen menos de diez años y no podemos esperar que en tan poco tiempo se obtenga un resultado positivo. Tarter compara la búsqueda realizada hasta el momento con alguien que tomara un vaso de agua del océano Atlántico, lo observara a vista y lo volcara de nuevo al océano. Con toda seguridad afirmaría con rotundidad que en el océano no hay peces.

Resolución computacional de la paradoja de Fermi por Carlos Cotta de la Universidad de Málaga

Mucho se ha escrito sobre la paradoja de Fermi: No existe evidencia de que exista vida en nuestra galaxia, la Vía Láctea, pero probabilísticamente debería haberla. Carlos Cotta acaba de publicar un trabajo que dirigió como proyecto fin de carrera en la Universidad de Málaga a su ex-alumno Álvaro Morales. En concreto, «A Computational Analysis of Galactic Exploration with Space Probes: Implications for the Fermi Paradox,» Journal of the British Interplanetary Society 62:82-88, 2009 (ArXiv preprint, 2 Jul 2009). 

Imaginan el siguiente escenario: un proyecto SETI que decide lanzar cierto número de sondas espaciales desde la Tierra con objeto de alcanzar civilizaciones extraterrestres en nuestra vecindad galáctica. Las sondas tienen como misión explorar (aleatoriamente) la posibilidad de vida en los planetas de los sistemas estelares que vayan encontrando. Los resultados de sus simulaciones por ordenador son claros. Para sondas «razonables» (velocidad, masa, duración del combustible, etc.) es prácticamente imposible que acaben encontrando vida. Estas sondas deben tener suficiente combustible para permanecer encendidas durante millones de años para tener una probabilidad no despreciable de encontrar vida en nuestra galaxia, aún habiéndola como predice la fórmula (ecuación) de Drake.

Por supuesto, el estudio tiene muchas limitaciones y requiere ciertas hipótesis que podrían ser criticables o criticadas. Pero el resultado más importante de este estudio es darnos cuenta de lo inmensa que es nuestra galaxia. Tan acostumbrados estamos a películas como Star Wars o Star Trek que nos parece fácil recorrer la galaxia de punta a punta durante la vida de un humano. Sin embargo, poner los pies en la tierra nos lleva irremisiblemente a la paradoja de Fermi.

Un muy buen trabajo, Carlos, enhorabuena. Por cierto, os recomiendo también el artículo de Carlos «La paradoja de Fermi y el futuro de la Humanidad,» en su blog «La Singularidad Desnuda,» Agosto 15, 2007.

Por cierto, los interesados en este tema disfrutarán del último artículo de revisión de Milan M. Cirkovic, «Fermi’s Paradox – The Last Challenge for Copernicanism?,» Serbian Astronomical Journal 178: 1-20, 2009 (ArXiv preprint, 39 páginas, 20 Jul. 2009).

PS (04 de agosto de 2009): Muchos se han hecho eco de este gran trabajo, por ejemplo, «Fermi Paradox Points to Fewer Than 10 Extraterrestrial Civilizations,» ArXiv blog, Thursday, July 30, 2009, traducida magníficamente por Kanijo «La paradoja de Fermi apunta a menos de diez civilizaciones ET,» Ciencia Kanija, 30 de julio de 2009, noticia meneada que sorprendentemente para mí no ha llegado a portada (en mi opinión lo merecía).

PS (04 de agosto de 2009): El periódico ABC también se ha hecho eco de la noticia (por cierto, con gran número de faltas ortográficas en la versión publicada online): Judith de Jorge, «Diez visitas extraterrestres,» ABC.es, 4 de agosto de 2009.