Okt 09 2006

Fermi-Paradoxon Reloaded

Angesichts der scheinbaren Leichtigkeit, mit der sich die Galaxis von einer fortgeschrittenen Zivilisation kolonisieren lassen sollte, ist es höchst erstaunlich, dass bisher keine Ausserirdischen bei uns aufgetaucht sind. Dies stellte der Physiker Enrico Fermi 1950 fest.

Die Milchstrasse

Die Milchstrasse

Unabhängig davon, wie lange es dauert, bis die notwendige Technologie entwickelt ist: Früher oder später sollte es für eine Zivilisation kein Problem mehr sein, zu benachbarten Sternsystemen zu fliegen und dort unabhängige Kolonien zu bilden, die ihrerseits prosperieren, wachsen und wieder Kolonieschiffe zu den jeweils nächstgelegenen Sternen ausschicken würden.

Innert vergleichsweise kurzer Zeit (einigen Millionen Jahren) würde auf diese Weise früher oder später die gesamte Galaxis besiedelt. Da die Galaxis deutlich älter ist (rund 12 bis 13 Milliarden Jahre), sollte die Galaxis längst von unzähligen Zivilisationen kreuz und quer besiedelt und verändert worden sein.

Galaktische Raumplanung

Nun kann man sich nicht einfach aus dem Paradoxon rauswinden, in dem man sagt, dass die Galaxis schon besiedelt sei, bloss dass wir das mit unseren heutigen Mitteln nicht feststellen könnten. Auch das Sonnensystem und seine Planeten wären in diesem Fall vor Urzeiten kolonisiert worden: Während rund acht Neuntel ihrer Zeit war die Erde ziemlich „wüst und leer“, einzig einige Bakterien schwammen im Weltozean herum. Die Erde wäre zu dieser Zeit ein höchst attraktiver Planet zur Besiedlung gewesen (niemand hätte zu diesem Zeitpunkt feststellen können, dass sich hier dereinst eine Zivilisation bilden würde), genauso wie der frühe, feuchtere Mars oder die Venus, als sie noch Ozeane hatte. Das Sonnensystem sieht aber so aus, als sei es nie gross verändert worden: Die Oberflächen der Planeten sind, gemessen mit Kraterzählungen oder im Fall von Mars und Mond, mit Radionukliddatierungen, uralt, meist rund vier Milliarden Jahre alt. Wir sehen keine Überreste von riesigen Habitaten um die Sonne kreisen, keine Spuren von alten Städten und Raumbahnhöfen auf den Monden, Planeten und Asteroiden des Sonnensystems. Schlicht und einfach: Keine Spur von „ihnen“.

Radioantenne

Radioantenne

Nun, wenn nicht die ganze Galaxis besiedelt ist, dann vielleicht nur Teile davon? Tatsächlich hängt die Besiedlung der Galaxis davon ab, wie sich die „Kolonien“ entwickeln. Wenn es eine bestimmte Wahrscheinlichkeit gibt, dass die Kolonien nie selber ein Kolonieschiff aussenden, und sei sie noch so klein, dann kann es geschehen, dass bei einer galaktischen Kolonisation einige Teile „vergessen gehen“, dass es Gebiete gibt, die von dieser einen Zivilisation nie besiedelt werden. Aber selbst das kann uns letztlich nicht helfen: Man würde erwarten, dass sich die „vergessenen“ Gebiete von verschiedenen Zivilisationen in der Regel nicht überschneiden: So dass ein Gebiet zwar von der einen Zivilisation vergessen werden kann, von der anderen jedoch nicht. Die Beobachtung, dass unser Sonnensystem seit Jahrmilliarden unberührt ist, zeigt uns, dass auch diese scheinbare Lösung unwahrscheinlich ist.

Viele kleine Von-Neumanns

Eine Lösung des Fermi-Paradoxons liegt darin, dass die Ausserirdischen, statt in 60er-Jahre-Science-Fiction-Manier „Kolonien“ auf fernen Planeten zu gründen, automatische Robotersonden ausgesandt haben (sogenannte „Von Neumann Sonden“), die in der Lage sind, Kopien ihrer selbst anzufertigen. Eine solche Sonde könnte sehr klein sein, vielleicht nur einige Meter gross, und zur Replikation würden ihr einzelne Asteroiden reichen (sie würde also selbst in unserem Sonnensystem keine Spuren hinterlassen). In diesem Fall wäre die Galaxis längst von diesen Maschinen, statt von Ausserirdischen aus „Fleisch und Blut“ (oder wie immer sie ihre biologische Körpersubstanz nennen mögen…) besiedelt worden, in einer äusserst unauffälligen und zudem effizienten Art. Über diese Möglichkeit der Auflösung des Fermi-Paradoxons habe ich schon mehrmals geschrieben, etwa hier, hier oder hier. Das Problem mit dieser Interpretation ist: Wenn sich in der Geschichte der Galaxis auch nur eine Zivilisation entscheidet, mit dem Bau von Kolonien zu beginnen, dann wird die Galaxis wiederum in kürzester Zeit besiedelt. Unabhängig davon, wieviele Von-Neumann-Sonden zwischen den Sternen herum fliegen.

Menschheit im Zoo

Eine weitere Lösung, die manchmal angeboten wird, ist die sogenannte „Zoo Hypothese“. Demnach bewahren uns „die Ausserirdischen“ vor Einflüssen von aussen, aus welchen Gründen auch immer, etwa so, wie wir Tiere in einem Zoo halten (mit dem Unterschied, dass wir uns in unserem eigenen Zoo entwickelt hätten). Diese Lösung hat mehrere Probleme: Erstens erklärt das nicht, warum unser Sonnensystem so unberührt und alt aussieht. Der Zoo würde erst mit der Entstehung der Biosphäre Sinn machen, vorher (etwa während des Archaikums, als es nur Bakterien gab) gab es keinen Grund, die Erde besonders zu schützen: Und trotzdem scheinen die „Zoo-Richtlinien“ seit Jahrmilliarden in Kraft zu sein. Zweitens wäre es äusserst erstaunlich, dass niemand da draussen gegen die Zoo-Richtlinien verstösst: Es gibt eine Menge Gründe, warum einzelne (Touristen, Exzentriker, Forscher…) ein Interesse haben könnten, Kontakt zu den Eingeschlossenen aufzunehmen – und die Chance, dass sie irgendwann Erfolg haben, ist sicher grösser als Null. UFO-Anhänger würden sagen, das geschieht ab und zu, nur weigern wir uns, das zu sehen – doch bis hier einmal überprüfbare Fakten vorliegen, muss man diese Lösung als reine Gedankenspielerei einordnen.

Eine Variante der Zoohypothese ist die Haltung, dass es da draussen Maschinen (vielleicht Nachkommen von Von-Neumann-Maschinen) oder andere übelgelaunte Intelligenzen gibt, die interstellare Raumfahrt behindern und alle gefundenen Zivilisationen zwingen, in ihrem eigenen System zu bleiben. Da wir bisher noch keine interstellare Reise unternommen haben (das wird sicher noch einige Zeit dauern), sind wir noch nicht auf sie aufmerksam geworden.

„Drin“ – statt irgendwo da draussen

Ein Astronaut

Ein Astronaut

Eine kreative Lösung der Fermi-Hypothese, die mit der oben genannten Lösung der Von-Neumann-Maschinen gut überein stimmen könnte, ist die Idee, ausserirdische Zivilisationen könnten irgendwann von der Erschaffung virtueller Weltenso angetan sein, dass sie die Besiedlung der Galaxis von vornherein als zu anstrengend und zu sinnlos aufgäben. Wer will schon in mühsamer Arbeit einzelne Kolonien bauen, wenn er zu Hause mit einem Federstreich fünftausend erdähnliche Welten erschaffen kann? Den einzigen Makel, den solche Welten haben, ist, dass sie nicht „real“ sind – aber wen stört das, wenn die Virtualität von der Realität nicht mehr zu unterscheiden ist? Die Ressourcen eines einzigen Sonnensystems könnten für die Simulation von Milliarden, Trilliarden von virtuellen Welten ausreichend sein: genug, um eine Zivilisation für alle Zeiten in ihrem eigenen System festzunageln. Doch auch hier gilt: es braucht nur eine einzige erfolgreiche Zivilisation, die nicht dieser Entwicklungsrichtung folgt, und schon ist die gesamte Galaxis besiedelt.

In 7500 Jahren zur galaktischen Zivilisation?

(Die Zahlen in diesem Abschnitt wurden auf Anregung von Leser UMa korrigiert. Vielen Dank für den Hinweis!) Ich möchte hier auf eine weitere Möglichkeit aufmerksam machen, mit der man das Fermi-Paradoxon erklären kann. Sie gründet auf der Beobachtung, dass Zivilisationen, die mit genügend Energie ausgestattet sind, exponentiell (immer schneller) wachsen. Zivilisationen, die sich selbst nicht mit genügend Energie versorgen können, stagnieren und schrumpfen, kollabieren sogar manchmal. Gut möglich, dass auch der Menschheit diese Zukunft unmittelbar bevorsteht. Nun ist das Universum prinzipiell gefüllt mit nutzbarer Energie (Strahlung, aber auch Wasserstoff und Helium zur Fusion, etc.). Das heisst, eine Zivilisation, der es gelingt, sich selbst mit genügend Energie zu versorgen, um die ersten interstellaren Kolonien zu gründen (z.B. über die Kernfusion), wird danach fast unbegrenzt wachsen können. Und selbst kleinste Wachstumsraten führen innert kürzester Zeit zu einem sehr schnellen Wachstum. Beispiel: Eine Zivilisation wie die Menschheit verbraucht heute etwa 5 * 10^20 Joule Energie pro Jahr. Bei einem Wachstum des Verbrauchs von nur 1% (der Energieverbrauch der Menschheit wächst zurzeit viel schneller!) pro Jahr würde die Menschheit nach rund 930 Jahren 5.5 * 10^24 Joule verbrauchen, etwa die Menge an Energie, die die Sonne (ohne Reflexion) auf die Erde einstrahlt (eine sogenannte „Typ I Zivilisation“). Ab der Mitte des 30. Jahrhundert kämen wir also mit aller Sonnenenergie (Wind, Meeresströmungen, direkte Strahlung…) nicht mehr weiter. Wächst die Menschheit danach im gleichen Tempo weiter, dann wird sie bereits 2200 Jahre danach (also am Anfang des sechsten Jahrtausends) soviel Energie benötigen, die Sonne insgesammt abgibt („Typ II“). Und bereits 2400 Jahre später (in der Mitte des achten Jahrtausends) würde sie dann eigentlich so viel Energie verbrauchen, wie alle Sterne der Galaxis abgeben („Typ III“). Bloss würde ihr Wachstum längst vorher abgewürgt, denn da die Galaxis 100000 Lichtjahre im Durchmesser misst, kann ihre Energie nicht so schnell angezapft werden (die begrenzte Lichtgeschwindigkeit verhindert das) – die Zivilisation würde also schon früher an ihre Grenzen stossen und kollabieren. Oder aber, sie passt sich an, und erobert die Galaxis etwas später.

Diese Zivilisation ist gefährdet

Diese Zivilisation ist gefährdet

Worauf ich hinaus will: Exponentielle Prozesse haben die Eigenschaft, dass sie in kürzester Zeit zu extremen Ergebnissen führen: innert weniger Jahrtausende wäre die Energie der gesamten Galaxis von der einen, exponentiell wachsenden Zivilisation angezapft (wenn da nicht die Begrenzung durch die Lichtgeschwindigkeit einen kleinen Stich durch die Rechnung machen würde…). Wir sehen aber, dass die Galaxis nicht kolonisiert wurde – daraus alleine können wir schliessen, dass es da draussen wohl kaum exponentiell wachsende Zivilisationen gibt. Die destaströse Entwicklung lässt sich allerdings nur an einem einzigen Punkt in der Geschichte einer Zivilisation stoppen: Bevor die Zivilisation ihre ersten autarken „Kolonien“ auf anderen Planeten ihres Systems errichtet. Sobald dies geschieht, ist die Zivilisation annähernd „immun“ gegenüber Zerstörungen von aussen. Es gibt praktisch keine galaktischen Katastrophen, die eine Zivilisation, die über viele hundert Welten verbreitet ist, vollständig zerstören könnten – die Zivilisation wäre praktisch „unsterblich“ (ausser, Kolonien haben die Tendenz, irgendwann zerstört zu werden).

An einem einzigen Punkt in der Geschichte einer Zivilisation ist also die Selbstzerstörung möglich: In der Zeit zwischen dem Bau der ersten Atombombe (womit zum ersten Mal überhaupt die Zerstörung der Zivilisation möglich wird) und dem Bau der ersten, autarken Kolonie.

Interessanterweise ist das genau die Zeit, in der wir uns befinden.

Was bedeutet das? Da draussen gibt es keine exponentiell wachsenden Zivilisationen: dies hätten wir unterdessen bemerkt, wenn nicht in Beobachtungen, dann an Beobachtungen in unserem eigenen Sonnensystem. Wenn es keine solchen Zivilisationen gibt, dann kann das zwei Gründe haben: Entweder es gibt einfach viel zu wenige von ihnen, oder aber sie zerstören sich selbst an einem kritischen Zeitpunkt ihrer Geschichte. Der einzige Zeitpunkt, der in Frage kommt, ist eine Entwicklungsstufe, wie sie jener der gegenwärtigen Menschheit entspricht. Für uns Menschen heisst das: Die kommende Zeit, die nächsten 20, 50, vielleicht 100 Jahre (wie lange es auch dauern mag, eine autarke Kolonie im Sonnensystem zu gründen), ist eine der kritischsten in der gesamten Geschichte. Hier wird zwischen Besiedlung der Galaxis und Rückkehr in die Steinzeit entschieden werden.

66 Comments

  • By Roli, 30. September 2010 @ 15:18

    ich finde die Von Neumann Sonden eine nette Idee, aber selbst mit unserer Technik sind wir mit den Teleskopen ja noch lange nicht an die machbaren Grenzen gestoßen. Solche Sonden hätten ja überhaupt nur dann einen Sinn, wenn die Informationen, die von ihnen gesammelt werden, in einer realistischen Zeit wieder zum Ursprung zurück kommen könnten. Wäre von dieser Zivilisation allerdings das \“Problem\“ der überlichtschnellen Raumfahrt gelöst, bräuchte man solche Sonden nicht mehr. 🙂 und sogar in der SF werden diese Sonden ja nicht ganz ungefährlich angesehen (bei Lexx the dark Zone waren es doch diese Arme, die sich immer weiter vermehrten).
    Ich bin mir ziemlich sicher, dass der wichtigste Punkt einer fortgeschrittenen Zivilisation nicht das räumliche Ausbreiten, sondern die Sicherheit des Individuums ist, da man eben länger bis sehr lange leben kann und deswegen nicht mehr unbedingt unnötige Gefahren eingeht. Auswandern tun meist nur diejenigen, die zuhause nicht mehr sehr viel erwarten können, wenig zu verlieren haben. Sicher würden heute einige Menschen zu einem anderen Planeten auswandern, wenn dies möglich wäre, aber wären es noch sehr viele, wenn jeder Mensch auf der Erde 200 Jahre alt werden kann, eine warme Wohnung, genug zu Essen, Zugang zu einem guten Gesundheitssystem, xxx 3d Fernsehsender usw hätte?

  • By TA, 9. Januar 2011 @ 05:37

    ich empfehle dazu Timothy Ferrris: Das Netz – eine Art galaktisches Internet

  • By GreenDeviL, 18. März 2011 @ 21:54

    Die Kollonien der Zivilisationen koenten untereinander Kriege fuehren und sich dadurch ausloeschen oder in iherer entwicklung behindern. Desweiteren wehre es moeglich das manche Zivilisationen kein interresse haben sich ueber ein bestimmtes Mass auszubeiten.

  • By Alex, 29. März 2011 @ 13:57

    @GreenDevil:
    Ob es *manche* Zivilisationen gibt, die sich selbst auf derartige Weise behindern ist dem Fermi-Paradoxon egal solange es einzelne wenige gibt, die expandieren.

  • By UMa, 17. November 2011 @ 13:32

    Hallo Matthias.
    Zitat:“Beispiel: Eine Zivilisation wie die Menschheit verbraucht heute etwa 4 * 10^23 Joule Energie pro Jahr. Bei einem Wachstum des Verbrauchs von nur 1% (der Energieverbrauch der Menschheit wächst zurzeit viel schneller!) pro Jahr würde die Menschheit innert rund 400 Jahre gut 2 * 10^25 Joule verbrauchen, etwa die Menge an Energie, die die Sonne auf die Erde einstrahlt (eine sogenannte “Typ I Zivilisation”).“
    Ich kann beide Zahlen nicht nachvollziehen. Bei der Ersten bin ich sogar um Größenordnungen daneben. Der jährliche Energieverbrauch (ohne Nahrungsmittel und passive Solarenergie) liegt bei ca. 500EJ = 5*10^20 Joule pro Jahr. Wie kommst du auf 4*10^23 J?
    Die Sonneneinstrahlung ist 1365W/m^2*(6371000km)^2*pi = 174PW = 5.5*10^24 J/Jahr, und davon wird noch ein Teil reflektiert. Was bedeutet innert?

  • By UMa, 17. November 2011 @ 13:34

    Nachtrag: Natürlich ist es entweder 6371km oder 6371000m.

  • By Matthias Meier, 17. November 2011 @ 14:44

    UMa, du hast einmal mehr völlig recht. Ich weiss nicht, woher ich diese Zahlen hatte… Aber ich hab das jetzt korrigiert und die restlichen Zahlen überprüft.

    „Innert“ ist offenbar eine sehr schweizerische Art, „innerhalb“ zu sagen. Damit wirst du leben müssen. 😉

    http://en.wikipedia.org/wiki/World_energy_consumption

  • By UMa, 17. November 2011 @ 15:22

    Zitat Matthias:“die restlichen Zahlen überprüft.“
    ich auch 😉
    Mit folgende Vorschlägen, da die Jahrunderte und Jahrtausende nun nicht mehr stimmen:

    „Ab dem frühen 25. Jahrhundert“
    zu
    „Mitte des 30. Jahrhunderts“

    Sonne 3.84e26W
    „bereits 2000 Jahre danach (also irgendwann in der Mitte des fünften Jahrtausends)“
    zu
    „bereits 2200 Jahre danach (also irgendwann im Anfang des sechsten Jahrtausends.“

    Milchstraße ca. 20 Mrd L_Sonne
    „Und bereits 2500 Jahre später (irgendwann gegen Ende des siebten Jahrtausends)“
    zu
    „Und bereits 2400 Jahre später (irgendwann gegen Mitte des achten Jahrtausends)“

  • By UMa, 17. November 2011 @ 15:25

    Nachtrag zu „Innert“: Wieder was gelernt.
    Ich kannte nur das hier (und mit der Bedeutung klingt der Satz komisch).
    http://de.wikipedia.org/wiki/Inert

  • By Matthias Meier, 17. November 2011 @ 15:36

    Argh. Diese Jahrhunderte, die bringen alles durcheinander. Ich hatte mit L = 100 Mrd Sonne gerechnet und abgerundet. Aber jetzt sollte – hoffentlich! – alles stimmen…

  • By Matthias Meier, 17. November 2011 @ 17:33

    PS: Betreffend „innert“: Schau dir zur Illustration mal den Aniss dieses Artikels an… 🙂 http://www.tagesanzeiger.ch/wirtschaft/unternehmen-und-konjunktur/Boeing-erhaelt-einen-Rekordauftrag/story/14915839

  • By erpomwi, 20. August 2012 @ 17:24

    Habe die vielen Beiträge nur überflogen und weiß daher nicht, ob meine Bemerkungen nicht schon in ähnlicher Weise gemacht worden sind. Ich frage mich, wann ist eine Zivilisation intelligent? Sicher nur dann, wenn sie erkennt, dass sie nicht unbegrenzt wachsen kann, weder zeitlich noch räumlich noch energetisch noch sonst wie. Wir Menschen ahnen das, sind aber noch weit davon entfernt, unser Verhalten darauf auszurichten. In diesem Sinne ist die Menschheit aktuell alles andere als eine intelligente Zivilisation.
    Ich meine schon, dass es da draußen Leben gibt und (vielleicht)sogar Zivilisationen, die ihre Beschränktheit hinsichtlich der geltenden Naturgesetze und der riesigen Dimensionen des Universums erkannt haben und aus diesem Grund keine Notwendigkeit erkennen, galaktische Räume zu besiedeln, nicht einmal mit Sonden.
    Eben weil sie intelligent sind und daher Wichtigeres zu tun haben!
    M.a.W. : Bei wirklich intelligenten Zivilisationen löst sich das Fermi Paradoxon von selbst auf. Und bei den i.d.S. nicht intelligenten Zivilisationen? Da ist der vorzeitige Untergang inhärent, noch bevor sie intelligent werden.

  • By Zeratul, 30. April 2013 @ 15:55

    Warum sollte eine auserirdische Lebensform das Weltall kolonialisieren?
    Das ist meiner Meinung nach die entscheidende Frage. Ansich gibt es dafür auch nur ein Motv: Gier. Wir sehen es auf unserer Erde, dass Gier einen Fortschritt bewirkt, aber an Grenzen stößt, an denen man sich selbst im Weg ist. Aus Neugier würden winzige Von-Neumann Sonden reichen, die unbemerkt Information sammeln. Möglicherweise gibt es auch eine Art „Weltraumpolizei“, die alle primitiven Lebensformen überwacht und sobald eine davon damit beginnt Das All zu kolonialisieren, einschreitet.

  • By Torsten, 24. Oktober 2015 @ 11:30

    Das Fermi-Paradox ist nur deswegen ein Paradox, weil der ihm zugrundeliegende Gedanke ist, dass Außerirdische ähnlich wie wir „ticken“. Schon auf der Erde zeigen verschiedene Arten von Lebewesen die unterschiedlichsten Verhaltensweisen. Die Neigung, „sich auf den Weg zu machen“ und „Kolonien zu bilden“ muss bei intelligenten außerirdischen Lebensformen nicht unbedingt vorhanden sein.

    Wir wissen einfach zu wenig. Vielleicht ist es ja im Kosmos die Regel, dass biologische Lebewesen irgendwann künstliche Intelligenz erschaffen, die die biologischen Lebensformen langfristig ablöst. Wenn man davon ausgeht, dass diese Maschinen in der Lage sind, sich selbst immer intelligenter werden zu lassen, entfällt irgendwann die Notwendigkeit, Weltraumreisen zu unternehmen (sofern diese Maschinen überhaupt Interesse daran hätten), weil sich alles, was es „da draußen“ zu entdecken gäbe, sich problemlos auch errechnen (simulieren) ließe.

  • By Matthias Meier, 25. Oktober 2015 @ 09:54

    Das Problem mit dieser Annahme ist, dass alle Ausserirdischen, ohne Ausnahme, sich daran halten müssen: es kann also keine geben, die „wir wir ticken“, denn sonst müsste man zumindest diese sehen, selbst wenn alle anderen „anders ticken“. Es braucht nur eine kleine Fraktion von Maschinen, die beschliessen, dass sie lieber erforschen statt simulieren, um das ganze Szenario über den Haufen zu werfen. Der Weltraum ist eine potentielle Nische für Leben: es gibt Energie und Rohstoffe in Hülle und Fülle. Jegliches intelligentes Leben wird (sofern es sich nicht vorher selbst vernichtet) früher oder später die Fähigkeit entwickeln, diese Nische zu bewohnen – und von da an ist es nur eine Frage der Zeit, bis die Nische universumsweit besetzt wird. Da das bisher offensichtlich noch nicht geschehen ist, stellt sich die Frage, ob das Universum wirklich so lebensfreundlich ist, wie wir denken (a.k.a. das Fermi-Paradoxon).

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  1. Die Neuentdeckung des Fermi-Paradoxons | Body of Knowledge — 23. Dezember 2014 @ 12:19

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