半世紀以上にわたり、科学者たちはFermiの時代を超えた問いに答えようと苦闘してきた。「みんなどこにいるんだ?」この問いに答えることは極めて難しい。その理由の一つは、地球外知的生命探査(SETI)自体がデータに乏しい性質を持つことであり、これは歴史的に資金とリソースが不足してきたためである。しかし、単純な答えに到達することを困難にしている固有の仮定もある。「Fermiのパラドックス」が(主な提唱者であるMichael HartとFrank Tiplerによって)枠組みされる方法では、高度な文明は自然に母星を超えて拡大し、他の恒星系を植民地化しようとすると仮定されている。
しかし、多くの研究者がこの見方を批判し、完全に「異質な」環境に足場を確立することの困難さを強調している(例えば、Percolation TheoryやAurora Hypothesis)。さらに、一般相対性理論(GR)の問題もある。これは、私たちにまだ未知のエキゾチックな物理学が存在しない限り、光速を超える移動は不可能であることを確立している。最近の論文で、研究チームは、相対論的宇宙において文明が拡大できるいくつかのシナリオを検討し、それが(文明の寿命として合理的に仮定できる範囲内で)可能であると結論づけた。
この研究は「Redshifted civilizations, galactic empires, and the Fermi paradox」と題され、独立研究者であるChris Reissと、チェコ科学アカデミー物理学研究所のCentral European Institute for Cosmology and Fundamental Physics(CEICO)のポスドク研究員であるJustin C. Fengによって実施された。彼らが主張するように、一般相対性理論の規則をKardashev Scaleや他のSETI研究に関連する理論からの少しの情報と組み合わせることで、銀河中心領域に居住するType II文明の存在が可能となり、また私たちが彼らから連絡を受けていない理由も説明できる可能性がある。
FermiとDrake
銀河系内の恒星の数(1,000億から2,000億)、宇宙内の銀河の数(最新の集計では2兆個以上!)、そしてほとんどの恒星が少なくとも1つの惑星を軌道に持っていること(現在の系外惑星カタログに基づく)を考えると、地球を超えて生命が誕生したと考えるのは自然に思える。宇宙の年齢(138億年)と、太陽系がその最後の3分の1の期間(46億年)しか存在していないという事実を考慮すると、生命は今までに何度も誕生していると仮定するのも妥当である。
HartとTiplerの分析(別名Hart-Tipler Conjecture)によれば、高度な文明が既に銀河系内に出現しているならば、彼らは確実に高度な通信、宇宙旅行、そして自己複製型(Von Neumann)探査機の技術も開発しているはずである。彼らの推定では、このレベルの技術発展を達成した文明は、銀河系全体を植民地化し、地球を数回訪れるのに65万年から200万年しか必要としないであろう。地球外文明の証拠が完全に欠如していることを考えると、彼らは存在しないに違いないと彼らは主張した。
しかし、Carl Saganが仲間の天体物理学者William Newmanと共著した論文「The Solipsists Approach to Extraterrestrial Intelligence」(別名「Saganの返答」)で有名に論じたように、「証拠の不在は不在の証拠ではない」。さらに、HartとTiplerは、文明が他の世界に足場を確立すると、その植民地が数百万年あるいは数十億年も存続すると仮定していた。これは(多くの他の仮定に加えて)かなり露骨な仮定であることを除けば、この考え方は伝説的なSETI天文学者Frank Drakeが彼の有名なDrake Equationで提案したものと矛盾している。
しばしば私たちの銀河系内の地球外文明の数(任意の時点で人類が通信できる)を計算する方法として解釈されるが、この方程式は実際にはSETI研究者が直面する課題を要約した思考実験である。そしてそれは次のようなものであった。
N = R x fp x ne x fl x fi x fc x L*
ここで、Nは私たちが通信できる可能性のある銀河系内の文明の数であり、Rは銀河系における平均的な恒星形成率、fpは惑星を持つ恒星の割合、neは実際に生命を支えることができる惑星の数、flは生命を発達させる惑星の数、fiは知的生命を発達させる惑星の数、fcは伝送技術を発達させる文明の数、そしてL*はこれらの文明が信号を宇宙に送信する期間の長さである。
National Radio Astronomy Observatoryの科学史家でありJansky FellowでもあるDr. Rebecca Charbonneauによれば、Frank DrakeはLを彼の方程式の中で最も重要なパラメータと考えていた。2023 Penn State SETI Symposiumで行われた講演「Frank Drake and his Place in History」の中で、彼女はDrake Equationが生まれた文脈とそれが持った意味を要約した。
「突然、原子爆弾と冷戦の発展により、私たちは初めて文明を破壊する能力を持つようになりました」と彼女は語った。「これはローマ帝国の崩壊についてではありません。これは私たちの種全体の終焉、そして恐らくは惑星全体の終焉についてです。そしてそのため、Lは私たちがSETIについて考える性格を本当に変えたものです。そして、Frankもそれに同意していたと思います」
Charbonneauが説明したように、この方程式はまた、ノーベル賞を受賞したEnrico Fermiに敬意を表している。彼は1950年にロスアラモス国立研究所の同僚たちと昼食をとりながら、地球外生命と星間旅行の可能性について議論していた。ある時点で、Fermiは会話を中断し、「みんなどこにいるんだ?」と尋ねたと伝えられている。この有名な質問は、間もなく「Fermiのパラドックス」として知られるようになる議論を要約している。
相対論的宇宙における拡大
銀河系の植民地化に関するHart-Tipler予想に対する最大の反論の1つは、それが相対性理論とその宇宙旅行への影響を考慮していないことである。Einstein自身が述べたように、絶対的な時空の概念は誤りであり、光速に近い速度で移動する物体は時間の遅れを経験する。これは有名な「双子のパラドックス」によって最もよく説明される。この思考実験では、一方の双子が宇宙旅行に出かけ、もう一方は地球に残る。帰還時、旅行した双子は地球に留まった双子よりも若いままである。
1963年、Carl Saganはこれらの影響が星間旅行に与える影響を検討した論文「Direct contact among galactic civilizations by relativistic interstellar spaceflight」を発表した。Saganが説明したように、地上の観測者にとって星間距離は光速で数十年から数千年を必要とするが、近光速で旅行する乗組員は数ヶ月または数年で同じ距離を横断する。したがって、乗組員が惑星系の間を移動するのに何年もかかるとしても、地球上では実際には数百年が経過している可能性がある。
Reissの以前の研究で、彼はこれが銀河系植民地化のダイナミクスをどのように変えるかを探求した。その結果、相対論的宇宙における拡大は可能であるが、分散した植民地は時間の遅れの影響で地元の文明から数千年、さらには数百万年遅れることになる。したがって、船が旅の準備をしている間、目的地の居住者たちは数千年分の技術的進歩を遂げることになる。これはまた、「双子のパラドックス」がより広範な規模で展開されることを意味する。そのため、ReissとFengは「時間の遅れた参照系」、つまり「赤枠」(「青枠」と対比される)の概念を導入した。これは地球のような遅い参照系を示す。
彼らの論文で、ReissとFengは基準系間の時間の差が高度な文明にとって利点をもたらす可能性があることを示した。例えば、赤枠内の文明は青枠内に前哨基地を設置し、そこで高度な研究とエンジニアリングプロジェクトを実施できる。青枠では数千年の作業が行われるが、これは赤枠の文明にとっては数年に過ぎない。その後、結果が利用可能になると、それらは赤枠に送り返される。この点で、青枠は赤枠の文明にとって一種の「オフサイト研究所」として機能する。
その他の利点には、資源の収穫、メガストラクチャーの建設、テラフォーミング、高度な研究、およびETIが実施したいと思うかもしれない他の活動の加速したペースが含まれる。青枠内に前哨基地を配置することで、赤枠の文明はわずか数年で数世紀分の進歩から恩恵を受ける。さらに、Transcension Hypothesisが主張するように、ブラックホールの近傍は無限のエネルギー(Penrose Processを介して)も提供し、あらゆる種類の極端な物理科学を可能にする。
この最新の研究で、ReissとFengはどれが最も有利であるかを決定するために、異なる赤枠環境を探求した。これには、SMBH(超大質量ブラックホール)の周りの軌道、Saganのモデルに従った線形軌道の同期ネットワーク、およびブラックホールのリングからの重力によって閉じた経路に曲げられた軌道が含まれていた。これらのうち、彼らはオプション1が最も有益であると判断した。そして彼らが説明したように、これは銀河系全体を制覇していない文明、つまりKardashev ScaleにおけるType III文明の能力の範囲内である。
私たちが検討したケースの中で、SMBHの周りの軌道は達成し維持するために必要なエネルギーと電力が最も少ない。私たちは、Kardashev Type IとType IIの間のどこかにある文明が、原理的にはそのような軌道を維持できることを発見した。欠点は、時間の遅れの量が潮汐力に対する人間の耐性によって制限されることである(長期間にわたって1gの一部)。Sgr Aの周りの軌道の場合、この限界は約100の時間遅延係数である。このような時間遅延係数を使用すれば、船内時間のわずか数年で100光年を移動できる。私たちの推定では、Sgr Aから100光年以内に約100万個の恒星があるため、そのようなセットアップで目的地が不足することはない。
しかし、100光年は銀河系の直径と比較してまだ小さいため、より高い電力容量を持つ文明がより良い結果を出せるかどうか疑問に思うかもしれない。これが私たちが他のケースを検討した理由である。私たちは、Type II文明が10,000の時間遅延係数でケース2)を実装できること、そしてType IとType IIの「中間」(桁数で)の文明が(同じく10,000の時間遅延係数で)ケース3)を実装できることを発見した。したがって、文明がKardashev Scaleを上昇するにつれて、ケース1)からケース3)へと進化することを想像できる。
「暗黒森林」仮説
この研究(およびReissの以前の研究)からのもう1つの大きな収穫は、それがFermiのパラドックスへの可能な解決策を提示していることである。具体的には、SMBHの時間が遅れた環境に居住する文明のアイデアは、暗黒森林仮説と一致している。以前の記事で詳述されているように、この仮説は、高度な文明が検出を避けるために多大な努力をするため検出不可能であると仮定している。この仮説は、*Three-Body Problemと「地球往事」シリーズの著者であるLiu Cixinによって書かれた小説The Dark Forest*から名前を取っている。
Liuが小説の登場人物の一人を通じて示したように、銀河系が文明で構成されている場合、彼らは共通の動機を共有していると仮定できる。その中で最も重要なのは生存の必要性と成長への欲求である。しかし、私たちの宇宙の資源は有限であるため、競争は遅かれ早かれ出現する。同時に、相対論的宇宙に住んでいることは、文明間のあらゆる通信が重大な時間遅延の影響を受けることを意味する。これはおそらく「疑念の連鎖」につながり、両側がその間に相手が何を企んでいるかを恐れる。
同様に、ほとんどの文明が善意で良心的であったとしても、他の文明が悪意を持っている可能性への恐れから、一部の文明は先に撃って後で質問するほうが良いと結論づけるかもしれない。しかし、相対論的宇宙旅行の性質上、船団が別の恒星系に到着するには非常に長い時間がかかり、地元の文明には数百年(あるいは数千年)のさらなる発展の時間が与えられる。船団が出発時と同じレベルの技術力を持っているのに対し、地元の文明は「技術的爆発」を経験することになる。
このような状況下では、文明は接触を避けることが最善の方針であると結論づけるかもしれない。ReissとFengが指摘したように、このジレンマは双子のパラドックスに顕著な類似性を持つ。
他の文明が私たちと同様の生物学的制限を持っていると仮定すると、彼らも時間が遅れた参照系に移住するだろうと想像できる。時間が遅れた参照系内の船は破壊に対してかなり脆弱である。私たちは、10,000の時間遅延係数で高速移動する船の場合、その経路に置かれた100kgの物体は、衝突時に6500万年前に大量絶滅を引き起こしたChicxulub衝突に匹敵する衝撃エネルギーを持つことを計算した。特に懸念されるのは、私たちが現在800kgの物体(Voyager探査機)を星間空間に配置する能力を持っているという事実である。
前述の時間遅延係数で私たちに向かって移動している文明は、人類文明(10,000年未満と仮定)が1年未満でこの能力を出現させ発展させるのを目撃することになる。私たちはすでに高度に時間が遅れた文明にとって実存的脅威となっている可能性がある。このような実存的脅威の急速な出現は、時間が遅れた文明に静かに留まるよう強制すると予想されるかもしれない。
しかし、研究者たちの発見は、銀河系の中心近くのETIが赤枠の外側にある文明を排除することを選択する可能性も提起している。これは、Fermiのパラドックスへのさらに別の提案された解決策、恐ろしいBerserker Hypothesisを思い起こさせる!この理論は、「大いなる沈黙」の理由は、他の種からの競争の見通しに直面した高度な文明が、他のETIを探し出して排除する自己複製型探査機で宇宙を満たすことを選択するためであると主張している。
しかし、ReissとFengが10月15日にテキサス州Austinで開催された第9回星間シンポジウムでの研究発表で述べたように、彼らが提案するシナリオにおいてすべてが悲観的で陰鬱なわけではない。
たとえこれらのことが実際に現実であったとしても、そのような状況は新しいものではありません。歴史を通じて、私たちはしばしば、私たちの存在に敵対的な環境の中で弱く脆弱な人間として自分自身を見出してきました。そしてそれらの経験を通じて、私たちは極端な危険に直面しての勇気を重んじることを学んできました。だから私は、これらの赤方偏移した文明(彼らが存在すると仮定して)に私たちの存在を放送し続けることを提唱します。彼らに対する私たちの脅威と私たちに対する彼らの脅威を完全に認識した上で、そして彼らが実存的脅威に直面しての私たちの勇気を共有するかもしれないという希望、信仰さえも持って、そして同じ勇気が彼らに私たちに手を差し伸べるよう強いるかもしれないという希望を持って、です。
著者たちがこの論文(およびReissの以前の論文)で探求したように、銀河系の中心に居住する文明があるかどうかを判断する方法もあるかもしれない。「SMBH周りの軌道にある船は、降着するガスからの抵抗に対抗しなければならず、そのために必要な電力は(船のサイズに応じて)〜10^19ワットと高く、褐色矮星の光度とほぼ同じです」と彼らは述べた。「私たちは、この電力が電磁波の形で等方的に放射されるという単純なモデルを検討し、結果として生じる信号の特徴的な特性が1周期にわたる下向きの周波数ドリフトであることを発見しました」
彼らはまた、複数の文明が時間が遅れた参照系を利用するためにSMBH近くに居住している可能性も考慮している。もしこれが事実であれば、軌道レーンは希少な資源となり、紛争の可能性が高まる。文明間の公然たる戦争は、おそらく見逃すことが困難な信号を生成するだろう。ご覧のとおり、この研究からは多くの収穫があり、フォローアップ研究と将来のSETI調査のための多くの潜在的な機会がある。
Source: arXiv
