«معادله دریک» چگونه جستجوی انسان برای تمدن‌های فرازمینی را متحول کرد؟

۶۰ سال قبل در چنین روزهایی، فرانک دریک (Frank Drake) بی سر و صدا معادله‌ای را ابداع کرد که جستجوی انسان‌ها برای تمدن‌های فرازمینی را متحول کرد. او هیچ گاه تصور نمی‌کرد که این معادله چنین گسترده مورد توجه قرار بگیرد. او حتی انتظار داشت که در معادله‌اش تغییراتی ایجاد شود، اما این نیز رخ نداد.

این معادله، که معادله‌ی دریک نام دارد، چارچوبی را برای دانشمندانی که فراتر از زمین به دنبال حیات هوشمند هستند، فراهم می‌کند. با در نظر گرفتن تعدادی متغیر، این معادله به دانشمندان این توانایی را می‌دهد که تعداد تمدن‌های قابل شناسایی در کهکشان راه‌شیری را تخمین بزنند.

این فرمول به یکی از شناخته‌شده‌ترین فرمول‌های علمی تبدیل شده است. تبدیل به تتو شده؛ برند نوشیدنی؛ طرح روی وانت‌بارها. منطق پشت این فرمول در کارتون‌های با موضوع یافتن تاریخ و تعداد مشاهده تمدن‌های فضایی وام گرفته شده است.

این معادله تا به امروز نیز به راهنمایی دانشمندان ادامه داده است؛ و آخرین یافته‌ها در مورد سیاره‌های درون و بیرون منظومه خورشیدی به آن‌ها برای تعیین متغیرهای این معادله کمک می‌کنند. با توجه به این که دریک این فرمول را در سال ۱۹۶۱ و اوج شلوغی، در حین سامان‌دهی یک جلسه نوشت، میراثی شگفت‌انگیز به حساب می‌آید.

دیوید گرینسپون (David Greenspoon)، اخترزیست‌شناس انستیتوی علوم سیاره‌ای، می‌گوید «این بهترین مکالمه‌ای بود که تا به حال آغاز شده. او سعی داشت مکالمه‌ای را شروع کند، و چنان خوب این کار را کرد که این مکالمه همچنان نیز ادامه دارد.»

رویای حیات بیگانه

دریک از کودکی به رویای حیات در سیارات دیگر علاقه داشت. یکی از موضوعاتی که او و پدرش در مورد آن صحبت می‌کردند دنیاهای دیگر در منظومه خورشیدی بود (در آن زمان این‌ها تنها سیاراتی بودند که می‌شناختیم). اما در ذهن دریک، دنیاهای دیگر مانند زمین خود ما مملو از جمعیت بودند. ساکنان آن دنیاها می‌توانستند سیگنال‌هایی را برای موجودات دیگر در فضا ارسال کنند. این ایده برای دریک منطقی بود و او شروع به یافتن روشی برای شناسایی آن‌ها کرد.

دریک به یکی از معدود دانشمندانی تبدیل شد که جستجو برای حیات فرازمینی را جدی می‌گرفتند. در سال ۱۹۶۰، او برای اولین بار فرصت یافت تا در میان طوفان متلاطم امواج رادیویی کهکشان به دنبال سیگنال‌های بیگانگان بگردد. او آزمایشی را طراحی کرد تا سیگنال‌های تمدن‌های ساکن در سیاره‌های حول دو ستاره نزدیک به زمین را شناسایی کند: تائو ستی (Tau Ceti) و اپسیلون اریدانی (Epsilon Eridani). او نام این آزمایش را پروژه اوزما (Project Ozma) گذاشت و به مدت سه ماه، تلسکوپ رصدخانه گرین بنک، تاتل (Tatel Telescope)، را به سمت این دو ستاره نشانه گرفت. در آن زمان حتی مشخص نبود که سیاره‌ای در مدار این دو ستاره قرار دارد یا نه؛ هرچند تقریبا نیم قرن بعد سیارات هر دوی آن‌ها شناسایی شدند.

دو ستاره هیچ سیگنالی نداشتند، ولی پروژه اوزما چنان توجهاتی به خود جلب کرد که در سال ۱۹۶۱، آکادمی ملی علوم از دریک دعوت کرد تا جلسه‌ای را در گرین بنک، ویرجینیای غربی، با موضوع جستجو برای هوش فرازمینی، یا SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) برگزار کند. او آزاد بود تا هر کس که می‌خواهد را دعوت کند و جلسه را با میل خود پیش ببرد.

دریک به عنوان اولین کسی که از یک تلسکوپ رادیویی مدرن برای جستجوی بیگانگان استفاده کرده بود، نیاز به راهی داشت تا جستجویش را برای جمعی از دانشمندان پیشگام جهان توصیف و تلاش خود را توجیه کند.

آغاز SETI مدرن

دریک حدود یک دوجین دانشمند را به گرین بنک دعوت کرد؛ از جمله کارل سیگن (Carl Sagan) اخترشناس که آن زمان به‌تازگی پروژه PhD خود را به پایان رسانده بود؛ فیلیپ موریسن (Philip Morrison)، رییس پروژه منهتن، که به طور مستقل آزمایشی را برای شناسایی بیگانگان طراحی کرده بود؛ و ملوین کالوین (Melvin Calvin) زیست‌شیمی‌دان که شایعاتی مبنی بر بردن نوبل شیمی آن سال درباره او مطرح شده بود.

تنها چند روز به جلسه مانده بود و دریک همچنان هیچ ایده‌ای نداشت که چگونه مکالمه‌ای چند روزه را درباره موضوعی در لبه علم سازمان بدهد. او برای چندین ماه تلاش کرده بود تا عوامل گوناگونی که توانایی ما برای یافتن حیات در کهکشان را شکل می‌دهند تعیین کند. اولین قدم او نرخ تولد ستارگانی بود که در مدارشان سیاره‌ها شکل می‌گیرند. استدلال او این بود که هرکدام از این عوامل موضوعی غنی را برای بحث فراهم می‌کنند، و شروع به نوشتن تمام آن‌ها کرد ــ اینگونه بود که او به یک فرمول معتبر دست‌یافت؛ البته بسته به این که چه اعدادی وارد آن شوند.

در ۱ نوامبر، جلسه آغاز شد و دریک فرمول خود را روی تخته سیاه سالن استراحت رصدخانه نوشت. آن‌ها دو روز آینده را روی متغیرهای فرمول بحث کردند. هرچند طبق گفته سیگن، روز دوم، کالوین به خاطر پژوهش‌هایش در حوزه فتوسنتز برنده جایزه نوبل شد و آن‌ها زمانی را به جشن و ضیافت اختصاص دادند.

معادله

به گفته دریک، طبیعت این معادله این است که همه عوامل اهمیت یکسانی دارند. همه آن‌ها به صورت توان اول نوشته شده‌اند ــ بدون توان، لگاریتم و چیزهایی از این دست.

شکل کلی معادله به این صورت است:

N: تعداد تمدن‌های قابل شناسایی در کهکشان راه شیری؛

*R: نرخ تولد ستارگان؛

fp: بخشی از ستاره‌ها که میزبان سیارات هستند؛

ne: تعداد سیارات قابل سکون در هر منظومه سیاره‌ای؛

fl: بخشی از سیاره‌ها که روی آن‌ها حیات تکامل پیدا می‌کند؛

fi: بخشی از حیات که هوشمند می‌شود؛

fc: بخشی از حیات هوشمند که به تکنولوژی‌های ارتباطی دست پیدا می‌کند؛

L: میانگین زمانی که تمدن‌ها قابل شناسایی هستند.

مقادیر هر کدام از پارامترها را در آن‌ها بگذارید، آن‌ها را با هم ضرب کنید، و به عدد N برسید: تعداد تمدن‌های قابل شناسایی در راه شیری. خود دریک می‌گفت با هر بار اندیشیدن به این فرمول، حاصل N برایش تغییر می‌کرد. اما به صور کلی، به عقیده او این عدد می‌تواند بین یک و یک میلیارد باشد؛ احتمالا حدود ۱۰٫۰۰۰.

با این که می‌توان این معادله را «حل کرد»، اما هیچگاه هدف از آن این نبوده که مثل فرمول E=mc۲ در نظریه نسبیت خاص اینشتین، یا F=ma در قانون دوم نیوتن، مقادیری ملموس تولید کند.

جیسون رایت (Jason Wright)، از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، می‌گوید: «افراد با اشاره به این فرمول، کل حوزه SETI را نقد می‌کنند. این احمقانه است. هدف فرانک هیچگاه این نبوده که دقیق باشد. فرمول او همیشه مورد سؤ تفاهم و سوء استفاده قرار می‌گیرد.»

این معادله یک آزمایش ذهنی است؛ یک استدلال احتمالاتی و چارچوبی برای تفکر در مورد کیهان. رایت می‌گوید که دریک متغیرهای خود را با دقت و به‌گونه‌ای تعریف می‌کند که فرمولش بتواند سوالی ویژه را درباره شناسایی سیگنال‌های رادیویی بیگانگان پاسخ دهد. و این فرمول فرضیاتی کلیدی دارد ــ از جمله این که تمدن‌ها سر جای خود بمانند، نه این که در کهکشان جابجا شوند.

در طول این سال‌ها، دانشمندان زیادی عوامل دیگری را پیشنهاد داده یا در پی اصلاح فرمول بوده‌اند ــ اما به عقیده گرینسپون این‌ها فقط تلاش‌هایی هستند برای تعریف متغیرها با اندکی تفاوت، یا پرسیدن سوالاتی که تنها اندکی با سوالات دریک متفاوت‌اند.

گرینسپون می‌گوید «من تلاش‌های بسیاری برای بهبود یا نقد معادله دریک به روش‌های مختلف دیده‌ام، که همه آن‌ها را پذیرا هستیم و برای ما جالب است. اما هیچ استدلال یا مقاله‌ای ندیدم که توانسته باشد آن را منسوخ کند. این معادله از آزمون زمان سربلند بیرون آ«ده. هرگونه تلاشی برای بهبود آن نشان از ارزشش دارد.»

در جستجوی حیات

وقتی دریک فرمول خود را ابداع کرد، تنها مقدار یکی از پارامترها را می‌دانست: نرخ تولد ستاره‌ها، که برای ستاره‌های مانند خورشید برابر با یک در سال است. باقی پارامترها رازی سر به مهر بودند.

در سال ۱۹۶۱، هیچ سیاره شناخته‌شده‌ای خارج از منظومه شمسی وجود نداشت، اما در سال ۱۹۹۰ اخترشناسان سرانجام اولین سیاره‌ها را در مدار ستارگان دوردست مشاهده کردند. از آن زمان، شکارچیان سیاره هزاران سیاره فراخورشیدی را در راه شیری مشخص کرده‌اند، و مامویت کپلر ناسا با استفاده از انبوهی از رصدها در دهه گذشته، نشان داده که هر ستاره به طور میانگین میزبان یک سیاره است.

گرینسپون می‌گوید: «ما از زمان ارائه این فرمول می‌خواهیم چیزهایی را که در رابطه با سیارات نمی‌دانیم با دانشی قابل توجه جایگزین کنیم. این یک تغییر بزرگ است»

این منظومه‌های ستاره‌ای بیگانه احتمالا هیچ شباهتی به منظومه ما نداشته باشند؛ با سیاراتی بزرگ و بسیار نزدیک به ستاره‌شان، سیاره‌هایی که به جای استوا، حول قطب‌های ستاره می‌گردند، یا دنیاهای فراوان با اندازه‌هایی که در بین سیاره‌های خورشید نمی‌بینیم.

اما کپلر سال گذشته نشان داد سیاراتی که پتانسیل میزبانی از حیات را دارند نیز پدیده‌هایی شایع هستند. احتمالا چیزی در حدود ۳۰۰ میلیون دنیای شبیه به زمین در راه شیری وجود دارد؛ دنیاهایی سنگی در مداری معتدل حول ستاره‌هایی شبیه به خورشید. اگر سیارات حول ستاره‌هایی که شبیه به خورشید نیستند را اضافه کنیم، این عدد بیشتر نیز می‌شود؛ و باز هم بیشتر، اگر تعریف «دنیا» را به قمرها نیز گسترش دهیم.

همچنین حالا می‌دانیم که حدود نیمی از سیستم‌های سیاره‌ای حول ستاره‌های خورشید مانند، حداقل یک سیاره قابل سکونت دارند ــ و این یک تخمین محافظه‌کارانه است.

دانشمندان به سرعت مقادیر متغیرهای دیگر را نیز به دست می‌آورند. مریخ‌نورد «استقامت» (Perseverance) در حال حاضر در جستجوی نشانه‌هایی از حیات است که احتمالا در گذشته روی مریخ وجود داشته. به زودی کاوگرهایی به قمرهای یخی منظومه شمسی بیرونی فرستاده می‌شوند؛ جایی که می‌توان تمام اجزای مورد نیاز برای حیات را پیدا کرد. و دانشمندان دارند آماده می‌شوند تا درون اتمسفر دنیاهای بیگانه را ببینند و مولکول‌هایی را که می‌توانند نشانگر حضور متابولیسم بیگانه باشند، شناسایی کنند.

همچنین دانشمندان، همانند پروژه اوزمای دریک، به دنبال امروزه بسیاری از دانشمندان SETI برای پارامتر «بخشی از تمدن‌ها که به تکنولوژی ارتباطی دست می‌یابند»، تعریفی گسترده‌تر در نظر می‌گیرند که هرگونه نشانه‌ای از مصنوعات فرازمینی را در بر دارد؛ از جمله موج‌های رادیویی، اشعه‌های لیزر، یا ابرسازه‌های برداشت انرژی.

جیل تارتر (Jill Tarter)، از انستیتوی SETI، برای ارجاع به این گستره متنوع سیگنال‌ها، اصطلاح «تکنوامضا» (Technosignature) را ابداع کرده، و می‌گوید چنین کشفی به احتمال زیاد نسبت به گرفتن سرنخ از اتمسفرهای بیگانه یا جستجو برای فسیل میکروب‌ها ابهام کمتری خواهد داشت. با آغاز کار نسل بعدی تلسکوپ‌های تیزبین زمینی، تارتر و دیگر دانشمندان SETI امیدوارند که بتوانند با استفاده از برنامه‌های کامپیوتری و غربال کوه داده‌های ورودی، به جستجوی چیزهای عجیب یا نامتعارف بپردازند ــ راهی برای اسکن تکنوامضاها که پیش از این قابل تصور نبود.

تارتر می‌گوید: «ما شاید کاملا نسبت به یک سیگنال آشکار در یک برنامه رصدی کاملا متفاوت ناآگاه باشیم.»

حل متغیرهای باقی‌مانده ــ بخشی از دنیا که حیات، هوش و تکنولوژی دارد ــ به بیش از یک کشف نیاز دارد. همانند سیارات فراخورشیدی، رصدهای متعددی لازم داریم تا آشکار شود که حیات در کهکشان چقدر شایع است.

گرینسپون می‌گوید «ما درباره حیات فکر می‌کنیم: اگر یک جا آن را کشف کنیم، انقلابی رقم خواهد خورد. البته که چنین است، اما اگر آن را در یک مکان پیدا کنیم، از ناآگاهی، به دانشی قابل توجه حرکت نکرده‌ایم. پس حتی اگر همین هفته یک سیگنال دریافت کنیم، به این معنی نیست که دیگر به معادله دریک نیازی نداریم.»

دشوارترین متغیر

دریک عقیده داشت که آخرین متغیر در معادله‌اش، L، آزاردهنده‌ترین متغیر است. L میانگین زمانی است که تمدن‌ها قابل تشخیص‌اند ــ تعریفی که اغلب با بقا یا انقراض خلط می‌شود، اما لزوما با آن‌ها پیوندی ندارد.

تارتر می‌گوید «متاسفانه افراد به اصطلاح طول عمر به عنوان طول عمر یک تمدن تکنولوژیکی می‌نگرند. این درست نیست. بلکه منظور از آن طول عمر مکانیسم انتشار است. در واقع ما می‌توانیم چیزی بسازیم، یک نوع تکنوامضا، که طول عمری بیشتر از تمدن ما دارد.»

چون L به صورت میانگین است، حتی یک سیگنال بیگانه با طول عمر بسیار زیاد می‌تواند مقدار آن را شدیدا تغییر دهد ــ برای مثال، ممکن است یک تمدن راهی بیابد که حضورش را برای میلیاردها سال در کهکشان مخابره کند؛ آن هم تنها با این هدف که دیگران را در جستجوی همتایان کیهانی خود کمک کند.

به باور دریک، از آنجا که همه چیز در معادله وزن یکسان دارد، دقت تخمین آن با دقت پارامتری که کمتر از همه درباره آن می‌دانیم برابر خواهد بود؛ و قطعا L چیزی است که کمتر از همه درباره‌اش اطلاعات داریم.

بر خلاف متغیرهای دیگر، مقدار L به توانایی تمدن جستجوگر در شناسایی سیگنال‌های بیگانگان نیز بستگی دارد. انسان‌ها می‌توانند با مطالعه انواع و اقسام سیگنال‌های الکترومغناطیسی به جستجوی تکنوسیگنال‌ها بپردازند؛ اگر یک تمدن مشابه ما در حال مشاهده زمین باشد، می‌تواند آثار رادارهای نظامی را، که از اوایل قرن بیستم آغاز به کار کردند، ببیند. اما تمدنی با توانایی‌های شناسایی بالاتر می‌تواند به دنبال سرنخ‌هایی کوچک‌تر نیز بگردد.

برای مثال، بیگانگانی که می‌توانند امضای تکنولوژی را در اتمسفر سیارات بخوانند، احتمالا قادرند تا گازهای منتشر شده در انقلاب صنعتی اواسط قرن نوزده را نیز شناسایی کنند ــ یک تکنوامضای قابل شناسایی، در صورتی که بدانید دنبال چه هستید و صبر کافی برای مشاهده تغییرات آرام سیاره را نیز داشته باشید. تمدن‌هایی که تکنولوژی از این پیشرفته‌تر نیز دارند، می‌توانند ظهور و تکامل حیات را در سیارات متعدد ببینند که در مواردی از بین می‌رود و در موارد دیگر رونق می‌گیرد.

بشریت این قدرت را ندارد، و هیچ تضمینی نیست که گونه ما به قدر کافی بقا پیدا کند که بتواند در هنر یافتن حیات بیگانه به چنین تخصصی برسد. اما اگر به تلاش ادامه دهیم، امکان دارد که روزی اولین تماس را برقرار کنیم.

خود حیات

این چشم‌انداز که بیگانگان فوق هوشمند به ما می‌نگرند موضوعی بسیار جذاب برای اندیشیدن است. جنگلی کهن را تصور کنید که درختانش برای هزاران سال به آرامی زندگی‌های بی‌شماری را در پای خود نگریسته‌اند، و شاهد بی‌شمار نزاع بر سر زندگی و استراتژی‌های بقا بوده‌اند. برای تمدن‌های قدیمی ــ جنگل‌های کهن کهکشان ــ مقدار L، خداقل در تئوری، بسیار بزرگ است.

تمدن پیشرفته انسانی شاید در برابر طول عمر کیهان یک چشم به هم زدن باشد، اما دریک عقیده دارد کشف این مساله که کهکشان با موجوداتی هوشمند، به هر شکل ممکن، پر شده، تنها مساله زمان است.

رایت می‌گوید «ما نمی‌دانیم در جستجوی چه هستیم. ما تنها مثال از چیزی هستیم که با قطعیت به دنبالش هستیم.»

گذشته از هر چیز، ماندگارترین میراث معادله دریک، نه یک پاسخ عددی، بلکه یک آینه است: این معادله از ما می‌خواهد تا از یک چشم‌انداز کیهانی درباره زمین و بشر بیندیشیم ــ شکنندگی وجودمان در این دریای کیهانی را ببینیم.

رایت می‌گوید «ماندگاری، طول عمر و دوام این فرمول، دلیلی که همچنان با ما باقی مانده، دلیلی که از آن استفاده می‌کنیم، دلیلی که همه جا خود را نشان می‌دهد، این است که این فرمول یک راهنمای عالی برای مساله حیات در کیهان است. این یک فرمول بسیار انطباق‌پذیر است، چون به شما اجازه می‌دهد تا تمام جنبه‌های حیات و انسانیت را، بسته به این که بخواهید روی کدام پارامتر متمرکز شوید، کاوش کنید.»

منبع: NATIONAL GEOGRAPHIC