У 50-х роках відомий фізик Енріко Фермі поставив питання, яке вклало одне із найскладніших питань у пошуках позаземного інтелекту (SETI): "Де все чорт?" Що він мав на увазі, враховуючи вік Всесвіту (13,8 мільярда років), велику кількість галактик (від 1 до 2 трлн) та загальну кількість планет, чому людство досі не знайшло свідчень про позаземний інтелект?
Вчені продовжують замислюватися над цим питанням, яке стало відомим як "Парадокс Фермі". У новому дослідженні команда з Університету Рочестера вважала, що, можливо, причиною є зміна клімату. Використовуючи математичну модель, засновану на антропоцені, вони розглядали, як цивілізації та планетні системи спільно розвиваються та чи здатні розумні види до життєздатності зі своїм середовищем.
Дослідження під назвою «Антропоцен, узагальнений: еволюція екзоцивілізацій та їх планетарний зворотний зв'язок», нещодавно з’явилося в науковому журналі Астробіологія. Дослідженням керували Адам Франк, професор фізики та астрономії в Університеті Рочестера, за сприяння Джонатана Керролла-Нелленбака (старшого вченого-обчислювача в Рочестері) Марини Альберті з Вашингтонського університету та Акселя Клейдона з Макса Інститут біогеохімії ім. Планка
Сьогодні зміни клімату є одним із найактуальніших питань, з якими стикається людство. Завдяки змінам, що відбулися за останні кілька століть - тобто промисловій революції, зростанню населення, зростанню міських центрів та опорі на викопні види палива - люди мали значний вплив на планету. Насправді багато геологів називають сучасну епоху «антропоценом», оскільки людство стало єдиним найбільшим фактором, що впливає на еволюцію планети.
В майбутньому очікується, що чисельність населення зросте ще більше, досягнувши приблизно 10 мільярдів до середини століття та понад 11 мільярдів до 2100 року. У цей час кількість людей, які проживають у міських центрах, також різко зросте, зростаючи з 54% до 66% до середини століття. Отже, питання про те, як мільярди людей можуть жити стійко, стає все більш важливим.
Професор Франк, який також є автором нової книги Світло зірок: Чужі світи і доля Землі (яке спирається на це дослідження), провів це дослідження зі своїми колегами з метою вирішення проблеми Зміна клімату в астробіологічному контексті. Як він пояснив у прес-релізі університету Рочестера:
«Астробіологія - це вивчення життя та його можливостей у планетарному контексті. Це включає "екзоцивілізації" або те, що ми зазвичай називаємо прибульцями. Якщо ми не перша цивілізація Всесвіту, це означає, що, ймовірно, існують правила того, як просувається доля молодої цивілізації, як наша власна. "
Використовуючи Антропоцен як приклад, можна побачити, як цивілізаційно-планетні системи спільно розвиваються, і як цивілізація може загрожувати собі через зростання та розширення - у тому, що називається "пасткою прогресу". По суті, в міру зростання цивілізацій вони споживають більше ресурсів планети, що спричиняє зміни в умовах планети. У цьому сенсі доля цивілізації зводиться до того, як вони використовують ресурси своєї планети.
Щоб проілюструвати цей процес, Френк та його співробітники розробили математичну модель, яка розглядає цивілізації та планети в цілому. Як пояснив професор Франк:
«Справа в тому, щоб визнати, що рушійні зміни клімату можуть бути чимось загальним. Закони фізики вимагають, щоб будь-яке молоде населення, будуючи енергоємну цивілізацію, як наша, матиме зворотній зв'язок щодо своєї планети. Бачачи зміни клімату в цьому космічному контексті, ми можемо краще зрозуміти, що з нами зараз відбувається, і як з цим боротися. "
Ця модель також ґрунтувалася на тематичних дослідженнях вимерлих цивілізацій, які включали відомий приклад того, що сталося з жителями Рапа-Нуї (ака. Острова Пасхи). Згідно з археологічними дослідженнями, населення Південного Тихого океану почало колонізувати цей острів між 400 і 700 рр. Н.е.
Однак у 18 столітті мешканці виснажили свої ресурси, а чисельність населення зменшилася до 2000 р. Цей приклад піднімає важливу концепцію, відому як «вантажопідйомність», яка є максимальною кількістю видів, яку довкілля може підтримувати. Як пояснив Франк, зміни клімату - це те, як Земля реагує на розширення нашої цивілізації:
"Якщо ви переживаєте дійсно сильні зміни клімату, то ваші вантажопідйомності можуть знизитися, тому що, наприклад, масштабне сільське господарство може бути сильно порушене. Уявіть, якщо зміна клімату спричинила дощ припинити падіння на Середньому Заході. Ми б не змогли вирощувати їжу, і наше населення зменшиться ».
Використовуючи свою математичну модель, команда визначила чотири потенційні сценарії, які можуть статися на планеті. До них відносяться сценарій відмирання, сценарій стійкості, сценарій згортання без зміни ресурсу та сценарій «Згорнути зі зміною ресурсу». В Відмирання за сценарієм, населення і стан планети (наприклад, середні температури) зростають дуже швидко.
Це врешті-решт призведе до піку населення, а потім до швидкого зниження, оскільки зміна планетарних умов ускладнює виживання більшості населення. Врешті-решт буде досягнуто стабільного рівня населення, але це буде лише частка того, що було найвищим населенням. Цей сценарій виникає тоді, коли цивілізації не бажають або не можуть переходити від ресурсів із високим впливом (тобто нафти, вугілля, очищення від ядерної сировини) до стійких (поновлювана енергія).
В Стійкість за сценарієм, чисельність населення та планетарні умови зростають, але врешті-решт вони поєднуються зі стійкими значеннями, тим самим уникаючи катастрофічних наслідків. Цей сценарій виникає тоді, коли цивілізації визнають, що зміни довкілля загрожують їх існуванню та успішно роблять перехід від ресурсів, що мають високий вплив, до стійких.
Останні два сценарії - Згорнутись без зміни ресурсу і Згорнутись зі зміною ресурсу - відрізняються в одному ключовому відношенні. У першому популяція і температура швидко зростають, поки популяція не досягне свого піку і не почне швидко знижуватися - хоча незрозуміло, чи вижив сам вид. В останньому популяція та температура швидко зростають, але популяції визнають небезпеку та здійснюють перехід. На жаль, зміни приходять занадто пізно, і населення все одно руйнується.
В даний час вчені не можуть з впевненістю сказати, яка з цих доль буде тією, якою стикається людство. Можливо, ми зробимо перехід до того, як пізно, можливо, ні. Але тим часом Френк та його колеги сподіваються скористатися більш детальними моделями, щоб передбачити, як планети реагуватимуть на цивілізації та на різні способи споживання енергії та ресурсів для зростання.
Виходячи з цього, вчені, можливо, зможуть уточнити свої передбачення того, що нас чекає у цьому і наступному столітті. Саме в цей час відбудуться кардинальні зміни, які включають вищезгаданий приріст населення та постійне підвищення температури. Наприклад, спираючись на два сценарії, в яких вимірювали збільшення СО2 до 2100 року, NASA вказала, що глобальна температура може піднятися або на 2,5 ° C (4,5 ° F), або на 4,4 ° C (8 ° F).
У колишньому сценарії, коли рівень СО2 до 2100 року досяг 550 м.д., зміни були б стійкими. Але в останньому сценарії, коли рівень СО2 досягав 800 ppm, зміни спричинили б широке порушення систем, від яких залежить мільярди людей для їх життєдіяльності та виживання. Гірше того, що життя стало б непорушним у певних районах світу, що призвело б до масових переміщень та гуманітарних криз.
Окрім пропонування можливої резолюції для парадокса Фермі, це дослідження пропонує корисні поради для людей. Роздумуючи про цивілізації та планети в цілому - будь вони Земля чи екзопланети, дослідники зможуть краще передбачити, які зміни будуть необхідні людській цивілізації для виживання. Як попередив Франк, абсолютно важливо, щоб людство зараз мобілізувалося, щоб забезпечити, що найгірший сценарій не відбудеться тут, на Землі:
"Якщо ви зміните достатньо земний клімат, ви не зможете його змінити. Навіть якщо ви відмовились і почали використовувати сонячні або інші менш впливові ресурси, це може бути пізно, тому що планета вже змінюється. Ці моделі показують, що ми не можемо просто думати про те, що населення розвивається самостійно. Ми повинні думати про те, що наші планети та цивілізації спільно розвиваються ».
І не забудьте насолоджуватися цим відео, яке стосується досліджень проф. Франка та його команди, люб’язно надано Рочестерським університетом:
