Costurile vizitarii Terrei ar fi astronomice pentru ET

In 1950, fizicianul Enrico Fermi a luat pranzul cu niste colegi de-ai sai la Los Alamos National Laboratory, unde a lucrat cu cinci ani inainte la Proiectul Manhattan.

Conversatia a atins foarte rapid subiectul extraterestrilor. Fermi a intrebat atunci, si a ramas in istorie: „Unde este toata lumea?”. Aceasta intrebare a devenit baza Paradoxului Fermi, care se refera la neconcordanta dintre probabilitatea ridicata a existentei inteligentei extraterestre si lipsa dovezilor existentei acesteia.

Inca de pe vremea lui Fermi, au existat mai multe variante de raspuns la aceasta intrebare. O varianta spune ca, date fiind abundenta planetelor ce pot fi colonizate si varsta Universului, o exo-civilizatie ar fi trebuit sa colonizeze o portiune semnificativa a galaxiei noastre pana acum. In Calea Lactee exista intre 100 si 400 de miliarde de stele.

O alta varianta spune ca o specie extraterestra ar fi motivata sa colonizeze alte sisteme stelare ca parte a pornirii lor de explorare si extindere a civilizatiei din care fac parte. De asemenea, exista si varianta in care calatoria interstelara ar fi fezabila si chiar practica pentru o civilizatie extraterestra.

Pe scurt, cantitatea necesara de energie pentru ca o nava sa se deplaseze de la o stea la alta este astronomica.

Relativitatea este necrutatoare

In 1905, Einstein a publicat o lucrare in care si-a expus Teoria Relativitatii Speciale. A fost tentativa lui Einstein sa reconcilieze Legea Miscarii a lui Newton si Ecuatiile lui Maxwell ale electromagnetismului pentru a explica modul in care lumina se comporta. Teoria spune ca viteza luminii, pe langa faptul ca este constanta, este o limita absoluta peste care nimic nu se poate deplasa, si poate fi rezumata in faimoasa E=mc². Pe scurt, formula ne arata ca viteza uminii este de 300.000 km/secunda, iar consecinta ar fi ca masa unui obiect va creste pe masura ce se apropie de viteza luminii. Asadar, pentru ca un obiect sa atinga viteza luminii, este nevoie de o cantitate infinita de energie pentru a-l accelera.

Putem concluziona ca viteza luminii nu poate fi atinsa, ce sa mai vorbim de depasirea ei. Din pacate, visul de a avea o tehnologie de propulsie Faster Than Light (FTL) este doar unul frumos. Nici o idee propusa pana acum de ingineri si fizicieni nu poate fi caracterizata drept eficienta din punctul de vedere al costurilor.

O problema de principiu

Avem ridicata o intrebare filosofica importanta care are legatura cu Paradoxul Fermi si inteligenta extraterestra. Este vorba despre Principiul lui Copernic. Acesta este o extensie a argumentului astronomului Nicolaus Copernic despre cum Terra nu se afla intr-o pozitie unica si privilegiata in relatia cu Universul. Extins la intreg cosmosul, principiul se refera la faptul ca, atunci cand vorbim despre viata inteligenta, Terra nu este o planeta unica, asa cum nici omul nu este unic. In mod similar, principiul spune ca Universul se afla intr-o stare de echilibru. Opus de acesta, exista Principiul Antropic, ce sustine ca umanitatea se afla intr-o pozitie privilegiata in relatia cu Universul.

Daca acceptam Principiul lui Copernic, trebuie sa acceptam faptul ca orice alta specie inteligenta va avea de infruntat aceleasi dificultati si provocari precum Omenirea. Daca noi nu am gasit inca raspunsul „magic” la aceste uriase dificultati, posibil ca nimeni altcineva sa o fi facut, de unde, iata, „Marea Liniste”.

Originea

Ideea ca distanta si timpul ar putea fi factori importanti, in relatia cu Paradoxul Fermi, a gasit tot mai multi adepti. Carl Sagan si William I. Newman au sugerat in studiul lor din 1981 intitulat „Glactic Civilizations: Population Dynamics and Interstellar Diffusion” ca semnalele si sondele trimise de o specie extraterestra inteligenta (ETI) pur si simplu nu au ajuns la noi. Ideea a fost primita cu scepticism de alti oameni de stiinta pentru ca ar contrazice Principiul lui Copernic.

Dupa estimarile lui Sagan si ale lui Newman, timpul necesar unei ETI sa exploreze intreaga noastra galaxie ar fi egal sau mai mic decat varsta galaxiei de 13.5 miliarde de ani. Daca sondele sau semnalele unei exo-civilizatii nu au ajuns la noi, putem deduce ca viata a aparut recent in galaxie. Cu alte cuvinte, galaxia se afla intr-o stare de dezechilibru, trecand de la una in care este locuita la alta in care nu este.

Totusi, Geoffrey A. Landis a adus cel mai bun argument in privinta limitelor impuse de legile fizicii. In lucrarea sa din 1993 intitulata „The Fermi Paradox: An Approach Based on Percolation Theory”. A argumentat ca o exo-civilizatie nu s-ar putea extinde prea mult din cauza Relativitatii. Argumentul face referire la Teoria Percolarii, care descrie cum se comporta o retea atunci cand sunt eliminate nodurile si legaturile. In concordanta cu aceasta teorie, cand sunt inlaturate indeajuns de multe legaturi, reteaua se va fragmenta in retele mai mici. Potrivit lui Landis, acelasi proces descrie ce se intampla in cazul populatiilor migratoare. Pe scurt, Landis a propus ca, intr-o galaxie in care viata inteligenta este statistic posibila, nu exista o uniformitate de motive printre speciile extraterestre ci o varietate larga. Unele vor dori sa exploreze, in timp ce altele vor dori sa ramana acasa.

O specie avansata nu va coloniza rapid galaxia. In schimb, se va extinde pe o distanta finita din cauza costurilor tot mai ridicate si a timpului necesar comunicatiilor. Colonizarea nu ar fi uniforma ci va avea loc fragmentat cu zone mari ramase neatinse. Un argument similar au adus in 2019 Adam Frank si o echipa de cercetatori de exo-planete din cadrul proiectului Nexus for Exoplanetary Systems Science al NASA.

Spatiul este scump

Pentru a pune lucrurile in perspectiva, sa ne uitam la costurile programului spatial uman. Trimiterea astronautilor pe Luna in cadrul programului Apollo intre 1961 si 1973 a costat 25.4 miliarde de dolari, undeva la 150 de miliarde in banii de astazi, dar Apollo nu a aparut de nicaieri ci a necesitat proiectele Mercury si Gemini ca puncte de plecare. Aceste doua programe, care au pus primii americani pe orbita si care au creat tehnologia necesara primului pas pe Luna, au tocat aproximativ 13 miliarde de dolari la valoarea de astazi. Daca le adunam, ajungem la suma de 163 miliarde cheltuite intre anii 1958 si 1972.

In comparatie, Proiectul Artemis, care va duce din nou oamenii pe Luna, va cota 35 de miliarde de dolari in urmatorii patru ani, iar aici nu includem costurile diferitelor componente precum sistemul SLS, capsula Orion, cercetarea Lunar Gateway, HLS (human landing systems) si a misiunilor robotizate. Sunt o gramada de bani cheltuiti pentru a ajunge pe singurul satelit natural al Terrei. Este nimic in comparatie cu misiunile interstelare.

Calatorii interstelare?

Inca de la inceputul Erei Spatiale, multi teoreticieni au propus sa trimitem sonde catre cele mai apropiate stele. In centrul fiecarei asemenea propuneri se afla aceeasi ingrijorare: putem ajunge la destinatie in timpul vietii noastre?

Pentru a putea avea o sansa, oamenii de stiinta au contemplat mai multe strategii de propulsie care ar fi capabile sa propulseze sondele la viteze atat de mari. Dintre acestea, cel mai plauzibil a fost Proiectul Orion (1958 – 1963) bazat pe Propulsie Nucleara Pulsatorie (NPP). Proiectul avea in vedere o nava spatiala care sa utilizeze forta exploziva generata de un focos nuclear pentru a genera propulsie.

Aceste focoase nucleare ar fi urmat sa fie lasate in spatele navei si detonate, creand pulsuri nucleare, presiunea fiind absorbita de o suprafata aflata la coada navei pentru a fi impinsa inainte. Desi deloc elegant, sistemul a fost brutal de simplu si eficient si ar fi putut atinge ~5% din viteza luminii. Estimarile facute in 1968 au dus masa navei intre 400.000 si 4 milioane de tone. Costurile ar fi putut ajunge la 367 de miliarde de dolari (2.5 trilioane in banii de astazi), adica 78% din veniturile guvernamentale americane din 2019, sau 10% din PIB-ul SUA.

O alta idee a fost proiectarea unor rachete bazate pe reactii termonucleare pentru a genera propulsie. Ideea a fost expusa intr-un studiu de fezabilitate cunoscut drept Proiectul Daedalus. Acesta a adus in atentia oamenilor de stiinta o racheta in doua stadii care ar fi generat propulsie din paleti din deuteriu/heliu-3 fuzionate intr-o camera de reactie cu ajutorul unor lasere cu electroni. Totul ar fi rezultat intr-o plasma foarte energizata care ar fi fost convertita in propulsie cu ajutorul unui con magnetic.

Primul stadiu al rachetei ar functiona 2 ani si ar accelera aparatul la 7.1% din viteza luminii, urmand apoi a fi abandonat, iar al doilea stadiu ar accelera pana la 12% din viteza luminii in urmatorii 1.8 ani. Apoi, stadiul al doilea s-ar opri, lasand racheta sa zboare constant timp de 36 de ani. Problema nu ar fi fost numai tehnologia implicata ci si costurile. Un Daedalus cu rezervorul plin si fara echipaj uman ar fi ajuns sa cantareasca 60.000 de tone. Pretul in banii de astazi s-ar fi ridicat la 6 trilioane de dolari.

O alta idee curajoasa a fost Propulsia cu Antimaterie, care s-ar baza pe anihilarea materiei si antimateriei cu particule de hidrogen si antihidrogen. Reactia ar elibera la fel de multa energie precum o detonare termonucleara, dar si un jet de particule subatomice precum pionii si muonii. Acestea s-ar deplasa cu o treime din viteza luminii si ar fi folosite de un con magnetic pentru a genera propulsie. Costul unei asemenea idei: 1 trilion de dolari. O racheta in doua stadii cu antimaterie ar necesita 815.000 de tone de combustibil pentru a ajunge la Proxima Centaury in 40 de ani.

In cazul rachetelor cu fuziune, exista proiectul Bussard Ramject, care propune folosirea unui tunel electromagnetic urias care sa colecteze hidrogenul din mediul interstelar pe care sa-l comprime cu ajutorul unor campuri magnetice atat de tare pana in punctul in care atomii ar fuziona.

Din pacate, nici o asemenea idee nu poate fi pusa inca in aplicare pentru ca nu exista tehnologia necesara, iar costurile ar fi enorme. Ideea misiunilor umane interstelare pur si simplu nu este practica. Trimiterea unor sonde spre cele mai apropiate stele in timpul vietii noastre este posibila, dar asta inseamna explorare, nu colonizare. Sa nu uitam ca distantele uriase se traduc prin timpi lungi in comunicare.

Putem concluziona ca este improbabil ca o specie extraterestra inteligenta sa poata trimite sonde foarte departe dincolo de granitele teritoriilor sale.

[sursa: The Cost of Visiting Earth May Be Too Astronomical For Aliens (sciencealert.com)]