Fermi-Paradoxon

Das Fermi-Paradoxon ist ein Paradoxon, das vom Physiker Enrico Fermi aufgezeigt wurde. Es hinterfragt die Wahrscheinlichkeit extraterrestrischen, intelligenten Lebens. Genauer befasst es sich mit dem Versuch, eine der grundlegendsten Fragen aller Zeiten zu beantworten: „Sind wir Menschen die einzige technologisch fortschrittliche Zivilisation im Universum?“.

Kern des Fermi-Paradox 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 - 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 gebe in unserem Universum viele technologisch fortschrittliche Zivilisationen, in Kombination mit unseren Beobachtungen, welche das Gegenteil nahelegen, ist paradox und deutet darauf hin, dass entweder unser Verständnis oder unsere Beobachtungen fehlerhaft oder unvollständig sind.

Eng verbunden mit dem Fermi-Paradox ist die Drake-Gleichung, mit deren Hilfe die Wahrscheinlichkeit für die gleichzeitige Existenz anderer Zivilisationen in der Galaxis 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. Schwache Argumente stellen jedoch keine prinzipiellen Hindernisse dar. Wir müssten also davon ausgehen, dass sich sämtliche Zivilisationen ähnlich entwickeln und daher an den selben Hindernissen scheitern.

Folgende Passage dazu wurde aus der Arbeit „The Fermi Paradox: An Approach Based on Percolation Theory“ von Geoffrey A. Landis, sinngemäß übersetzt:
Vorgeschlagene Lösungen des Fermi-Paradox 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 Galaxis kolonisieren. 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 Galaxis entscheidet, müssen diese Erklärungsversuche scheitern.

Prinzipielle Argumente

Die Hypothese der ungewöhnlichen Erde / Wir sind tatsächlich alleine

Ein aufkommender Gedankengang argumentiert, dass vielzelliges Leben im Universum außergewöhnlich selten ist, da erdähnliche Planeten potentiell selten sind. Das Argument hierbei ist, dass viele unwahrscheinliche Zufälle zusammenkamen, um Leben auf der Erde möglich zu machen. Beispiele hierfür sind die Position der Sonne in der Galaxis (Strahlung), die Position der Erde im Sonnensystem (Temperatur), die Existenz eines Mondes (Stabilisierung der Erdachse), etc.

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 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 von Intelligenz im Laufe der Evolution extrem unwahrscheinlich ist. Basis dafür ist der Fakt, dass auf der Erde über mehrere hundert Millionen Jahre komplexe Lebensformen existierten, ohne dass evolutionärer Druck zur Entstehung von Intelligenz führte.

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.

Verteilungsmuster / Zivilisatorische Diffusion

Nach einem Ansatz von Geoffrey A. Landis (siehe Quellen) kann die Kolonisation der Galaxis mit dem physikalischen Vorgang der Diffusion verglichen werden. Landis geht dabei von zwei Prämissen aus:

Jede Zivilisation ist maximal in der Lage, direkte Nachbarsysteme in einem beschränkten Umkreis zu kolonisieren.
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 überhalb 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.

Schwache 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.
Siehe auch: technologische Singularität

Mangelnde Sichtbarkeit

Das Aussenden von Radiosignalen zur Kommunikation ist relativ ineffizent. Falls alle Zivilisationen innerhalb kurzer Zeit zu effizenteren Kommunikationsmethoden übergehen (Glasfaser, Laser, ...), 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, welche 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.

Siehe auch: Dyson-Sphäre

Sie existieren – wir haben sie nur verpasst

Diese Hypothese basiert darauf, dass alle besuchenden Zivilisationen langfristig stagnieren oder aussterben, statt zu expandieren. Dies 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. Hierdurch könnten Zivilisationen zeit- und räumlich schlicht zu weit auseinanderliegen, um sich zu begegnen.

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.

Sie existieren – wir ignorieren sie

Letztere Argumentation wird von UFO-Gläubigen und Anhängern verschiedener Pseudowissenschaften vertreten. Diese gehen dabei davon aus, dass außerirdische Zivilisationen bereits Kontaktversuche sowohl in der Vergangenheit als auch der Gegenwart versucht haben, diese von der modernen Wissenschaft jedoch ignoriert würden (Verschwörungstheorie).

Folgerung

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

Referenzen

The Millennial Project: Colonizing the Galaxy in 8 Easy Steps von Marshall T. Savage (Empyrean Publishing; Denver; 1992) Seiten 341–354 ISBN 0-9633914-8-8
Scientific American — Juni 2000: „Where Are They? Maybe we are alone in the galaxy after all“ von Ian Crawford

Weiterführende Literatur

If the Universe Is Teeming with Aliens... Where Is Everybody? von Stephen Webb (Copernicus Books; 2002) ISBN 0-387-95501-1

Das Fermi-Paradoxon und ähnliche Konzepte in der Fiktion

Die Berserker-Romane von Fred Saberhagen
Die letzte Generation von Arthur C. Clarke
Gottes Maschinen von Jack McDevitt
Die Schmiede Gottes von Greg Bear
Die Heechee-Romane von Frederik Pohl
Multiversum von Stephen Baxter:
- Zeit (Del Rey; 2000) ISBN 034543076X
- Raum (Del Rey; 2002) ISBN 0345430786
- Ursprung (Del Rey; 2003) ISBN 0345430808
Romane von Alastair Reynolds
- Unendlichkeit
- Die Arche
- Offenbarung

Weblinks

The Fermi Paradox: An Approach Based on Percolation Theory von Geoffrey A. Landis
Space.com: Our Galaxy Should Be Teeming With Civilizations, But Where Are They? von Seth Shostak
The Possibilities of FTL: Or Fermi's Paradox Reconsidered von F.E. Freiheit IV
Fermi's Paradox (i.e. Where are They?) von James Schombert
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, welches nahelegt, unsere Beobachtungen seien unvollständig und
There Is No Fermi Paradox, welches einen logischen Fehler im Fermi-Paradoxon wähnt, beide von Robert Freitas
Beyond Kardaschev: Possible Answer to Fermi's Paradox von Paul Hughes
ausführlicher Artikel mit weiterführenden Informationen

Video

Paradoxon | Astrobiologie

Gourt Home::Gourt :: Fermi-Paradoxon