Más allá de la “Paradoja de Fermi” XV: ¿Qué es la hipótesis de la teoría de la penetración?

bienvenido de nuevo a nosotrosSerie Paradoja de Fermi, aquí vemos posibles soluciones a la famosa pregunta de Enrico Fermi, “¿Dónde está todo el mundo?”.¡Hoy investigamos la posibilidad de que los extraterrestres no visitaran la Tierra porque los viajes interestelares no son muy prácticos!

físico ítalo-estadounidense en 1950Enrico FermiMe senté a almorzar con unos compañeros.Laboratorio Nacional de Los Álamos, trabajó hace 5 años como parte del Proyecto Manhattan.Según varios relatos, la conversación se ha centrado en los extraterrestres y el reciente aumento de ovnis.En respuesta, Fermi emitió un comunicado que quedaría registrado en los anales de la historia.¿Donde estan todos?“

Esto se convirtió en la base.Paradoja de Fermi, lo que indica una discrepancia entre las estimaciones de alta probabilidad de la existencia de inteligencia extraterrestre (ETI) y la falta de pruebas claras.Desde la época de Fermi, se han propuesto varias soluciones a su pregunta, incluida la colonización interestelar.teoría de la penetración.

Una de las principales suposiciones detrás de la paradoja de Fermi es que, dada la abundancia de planetas y la edad del universo, las civilizaciones extraterrestres avanzadas ya deberían haber colonizado gran parte de nuestra galaxia.Esto tiene sus méritos, dado que hay alrededor de 100 a 400 mil millones de estrellas solo en nuestra galaxia (más de 13,5 mil millones de años).

Otra suposición importante es que las especies inteligentes son parte de un impulso natural para explorar y expandir el alcance de las civilizaciones, motivado por el deseo de colonizar otros sistemas estelares.Por último, pero ciertamente no menos importante, asume que los viajes espaciales interestelares serán factibles e incluso prácticos para exocivilizaciones avanzadas.

Pero esto, a su vez, se reduce a la suposición de que los avances tecnológicos proporcionarán soluciones al mayor desafío de los viajes interestelares.En resumen, la cantidad de energía requerida por una nave espacial para viajar de una estrella a otra es enorme. Esto es especialmente cierto para las grandes naves espaciales tripuladas.

La teoría de la relatividad es una amante dura.

En 1905, Einstein publicó un artículo histórico que avanzó su teoría.teoría especial de la relatividad.Este fue el intento de reconciliación de Einstein.Las leyes del movimiento de Newtonconecuación de Maxwelldel electromagnetismo para explicaracción de la luz.Esta teoría establece esencialmente que no solo la velocidad de la luz es constante, sino que es el límite absoluto más allá del cual los objetos no pueden moverse.

Esto se reduce a la famosa ecuación E=mc.², también llamada “equivalencia masa-energía”.En pocas palabras, esta fórmula describe la energía (E) de una partícula en una imagen fija como el producto de la velocidad de la luz al cuadrado (c) por su masa (m).²) – aproximadamente.300000 km/s;186000 millas/segundoEl resultado de esto es que cuando un objeto se acerca a la velocidad de la luz, su masa aumenta invariablemente.

Por lo tanto, para que un objeto alcance la velocidad de la luz, se debe gastar energía infinita para acelerar el objeto.Una vez que se logra c, la masa del objeto también será infinita.En resumen, es imposible alcanzar la velocidad de la luz. No importa si lo saltas.Por lo tanto, los sistemas de propulsión más rápidos que la luz (FTL) nunca existirán a menos que haya una gran revolución en nuestra comprensión de la física.

Es el resultado de vivir en un universo relativista que requiere enormes cantidades de energía para viajar a una velocidad mucho mayor que la de la luz.Aunque los físicos e ingenieros que quieren que los viajes interestelares se conviertan en una realidad han presentado algunas ideas muy interesantes e innovadoras a lo largo de los años, ninguno de los conceptos de la tripulación puede llamarse “rentable”.

una cuestión de principio

Esto plantea cuestiones filosóficas muy importantes relacionadas con la paradoja de Fermi y la existencia de ETI.Este es el principio copernicano, llamado así por el famoso astrónomo Nicolaus Copernicus.Desglosándolo, este principio es una extensión de la afirmación de Copernicano sobre la Tierra, que la Tierra no estaba en una posición única y privilegiada para ver el universo.

Extendiéndose al ámbito de la cosmología, este principio básicamente afirma que la Tierra (o la humanidad) no debe asumirse como única dado el potencial para la vida inteligente.De manera similar, este principio afirma que el universo que vemos hoy representa la norma.que este en equilibrio.

La visión opuesta de que la humanidad se encuentra en una posición única y privilegiada para observar el universo se conoce como el Principio de la Humanidad.En pocas palabras, este principio establece que el acto mismo de observar el universo en busca de signos de vida e inteligencia requiere que las leyes que lo gobiernan sean propicias para la vida y la inteligencia.

Si aceptamos el principio copernicano como principio rector, debemos admitir que algunas especies inteligentes se enfrentarán a vuelos interestelares como la nuestra.Y probablemente no habríamos descubierto ninguna otra especie porque no podemos predecir cómo resolver estos problemas a menos que haya un gran avance en nuestra comprensión de la física.¿Será esta la razón del “gran silencio”?

origen

La noción de que la distancia y el tiempo pueden ser factores (con respecto a la paradoja de Fermi) ha recibido una consideración considerable a lo largo del tiempo.Carl Sagan y William I. Newman en un estudio de 1981 sugirieron:Civilización Galáctica: Dinámica de Población y Difusión Interestelar”, Es posible que las señales y sondas de ETI aún no hayan llegado a la Tierra.Esto ha sido criticado por otros científicos que afirman que contradice el principio copernicano.

Según las estimaciones de Sagan y Newman, el tiempo que tarda ETI en explorar toda la galaxia es igual o inferior a la edad de la propia Vía Láctea (13.500 millones de años).Si las sondas o señales de civilizaciones extraterrestres aún no nos han llegado, esto puede significar que han comenzado a surgir seres conscientes más recientemente.En otras palabras, las galaxias se encuentran en un estado de desequilibrio, pasando de un estado deshabitado a un estado habitable.

Pero fue Geoffrey A. Landis quien formuló quizás el argumento más persuasivo a favor de los límites impuestos por las leyes de la física.En su artículo de 1993, “La paradoja de Fermi: un enfoque basado en la teoría de la penetración”, argumentó, como resultado de la teoría de la relatividad, que las civilizaciones extraterrestres podrían extenderse tanto a lo largo de la galaxia.

En el corazón del argumento de Landis está “teoría de la penetración”, describe cómo se comporta una red cuando se elimina un nodo o enlace.De acuerdo con esta teoría, cuando se eliminan suficientes enlaces en la red, se descomponen en grupos conectados más pequeños.Según Landis, este mismo proceso sirve para explicar lo que les sucede a las personas que trabajan en la migración.

En resumen, Landis sugirió que no habría “uniformidad de motivos” entre civilizaciones extraterrestres en galaxias donde la vida inteligente es estadísticamente probable.En cambio, su mod asume una variedad de motivos, algunos eligen aventurarse y colonizar, mientras que otros eligen “quedarse en casa”.Como explicó:

“Si hubiera suficientes civilizaciones extraterrestres porque es posible, una o más seguramente lo habrían hecho. Quizás por un motivo que no conocemos.La colonización llevará mucho tiempo y será muy costosa.

“Es muy razonable suponer que no todas las civilizaciones estarán interesadas en hacer gastos tan grandes para obtener recompensas en un futuro lejano.La sociedad humana consiste en una mezcla de culturas que a veces exploran y colonizan distancias muy largas con culturas que no están interesadas en hacerlo”.

En resumen, las especies avanzadas no colonizarán las galaxias de forma rápida o continua.En cambio, los crecientes costos y la latencia entre las comunicaciones impondrán restricciones y “penetrarán” hacia el exterior en distancias finitas donde las colonias han desarrollado sus propias culturas únicas.Por lo tanto, la colonización ocurre en grupos con grandes regiones que no son uniformes pero que permanecen sin colonizar en un momento dado.

En 2019, el profesor Adam Frank y un equipo de investigadores de exoplanetas de la NASA hicieron una afirmación similar.Nexus para la ciencia de los sistemas de exoplanetas(Siguiente).En un estudio titulado “La paradoja de Fermi y el efecto Aurora: liquidación del exorcismo, dilatación y estado estacionario.

Por supuesto, el modelo de Landis incluía algunas suposiciones únicas que hizo antes de tiempo.Primero, se asumió que el viaje interestelar es difícil debido a las leyes de la física, y existe una distancia máxima que puede formar colonias directamente.Por lo tanto, las civilizaciones solo colonizarán dentro de una distancia razonable de su tierra natal, más allá de la cual se producirá una colonización secundaria más tarde.

En segundo lugar, Landis también asume que la civilización matriz tendrá una comprensión débil de las colonias que crea, y el tiempo requerido para que desarrollen sus propias habilidades de colonia será muy largo.Por lo tanto, cada colonia establecida desarrolla su propia cultura con el tiempo y su gente desarrolla una identidad e identidad diferente a la de su civilización nativa.

mientras exploramosArtículo anterior, tomará entre1000 y 81000Llegue a Proxima Centauri (a 4,24 años luz de distancia) utilizando la tecnología actual.Hay conceptos que permiten viajes relativistas (parte de la velocidad de la luz), pero los tiempos de viaje siguen siendo de decenas a más de 100 años.Además, el costo sería extremadamente horrendo (más sobre eso a continuación).

Pero trasladar colonos a otros sistemas estelares es solo el comienzo.Si se asientan cerca de un planeta habitable (no todos están muertos) y tienen la infraestructura para la comunicación interestelar, todavía tardarán ocho años y medio en enviar mensajes a la Tierra y obtener una respuesta.No es práctico para ninguna civilización que desee mantener un control centralizado o una hegemonía cultural sobre sus colonias.

¡El espacio es caro!

Para comprender la situación, considere los costos asociados con la historia de la exploración espacial de la humanidad.Enviar astronautas a la luna como parte deprograma apoloCostó la friolera de $ 25,4 mil millones entre 1961 y 1973, lo que equivale a alrededor de $ 150 mil millones en la actualidad (ajustado por inflación).Sin embargo, Apolo no se originó en el vacío, y primeroproyecto mercurioYProyecto Géminiscomo un peldaño.

Estos dos programas, que desarrollaron la experiencia necesaria para poner en órbita a los primeros astronautas estadounidenses y llegar a la luna, costaron aproximadamente $2.3 mil millones y $10 mil millones (ajustados) respectivamente.Súmelos todos y gastaría alrededor de $ 163 mil millones en total desde 1958 hasta 1972. En comparación,proyecto artemisa¡Costará $ 35 mil millones en los próximos cuatro años para devolver a los astronautas a la luna por primera vez desde 1972!

Esto incluye el desarrollo del SLS hasta ahora, la cápsula espacial Orion ypuerta de la luna,sistema de aterrizaje humano(HLS) y misiones robóticas.Llegar al único satélite artificial de la Tierra cuesta mucho dinero.¡Pero eso no es nada comparado con el costo de una misión interestelar!

¿Vamos a Interestelar?

Desde el comienzo de la era espacial, ha habido muchas propuestas teóricas para enviar naves espaciales a la estrella más cercana.En el corazón de todas y cada una de las propuestas estaba la misma preocupación. ¿Podemos alcanzar la estrella más cercana en nuestra vida?Para abordar este problema, los científicos han considerado varias estrategias de propulsión avanzadas que pueden impulsar naves espaciales a velocidades relativistas.

El más intuitivo de ellos es sin dudaProyecto Orión(1958-1963) se basa en un método conocido comopropulsión de pulsos nucleares(Nuclear).Dirigido por Ted Taylor de General Atomics y Freeman Dyson, físico del Instituto de Estudios Avanzados de la Universidad de Princeton, el proyecto imaginó una nave espacial masiva que usaría el poder explosivo generado por una ojiva nuclear para crear propulsión.

Esta ojiva se lanza detrás de la nave espacial y explota, creando un pulso nuclear.Son absorbidos por una placa de presión montada en la parte trasera (también conocida como “empujador”) que convierte la fuerza explosiva en impulso hacia adelante.Aunque no sofisticado, el sistema era increíblemente simple y efectivo, y teóricamente la velocidad de la luz (5.4 × 10⁷km/h, o 0,05 c).

Ah, el costo.Según las estimaciones realizadas enDyson 1968, la nave espacial Orion pesa entre 400.000 y 4.000.000 de toneladas métricas.Incluso las estimaciones más conservadoras de Dyson sitúan el costo de construir un avión de este tipo en 367.000 millones de dólares (2,75 billones de dólares ajustados a la inflación).Esto equivale aproximadamente al 78 % de los ingresos anuales del gobierno de EE. UU. en 2019 y al 10 % del PIB del país.

Otra idea fue construir un cohete que dependa de una reacción termonuclear para generar propulsión.En concreto, el concepto dePromoción de convergenciafue investigado porSociedad Interplanetaria BritánicaEntre 1973 y 1978, como parte de un estudio de factibilidad conocido comoProyecto Dédalo.El diseño resultante requería una nave espacial de dos etapas que usaba un láser de electrones para fusionar gránulos de deuterio/helio-3 en una cámara de reacción para generar empuje.

Esto creará un plasma de alta energía que se convertirá en empuje por la boquilla magnética.La primera fase de la nave espacial opera durante más de dos años, acelerando la nave espacial al 7,1% de la velocidad de la luz (0,071c).Luego, esta fase se descarta y la segunda fase se hace cargo de la nave espacial, acelerándola a aproximadamente el 12% de la velocidad de la luz (0,12c) durante 1,8 años.

Luego, el motor de la segunda etapa se apaga y la embarcación entra en un período de crucero de 46 años.Las estimaciones del proyecto sugieren que esta misión tardará 50 años en llegar a la estrella de Barnard (menos de 6 años luz).Ajustado por Proxima Centauri, la misma nave espacial podría viajar en 36 años.Sin embargo, además de las barreras técnicas identificadas en el proyecto, también hubo costos asociados.

Totalmente cargado, incluso para los humildes estándares de un concepto sin tripulación, el Daedalus pesa 60 000 Mt y cuesta más de $5,267 billones (según estimaciones de 2012).Ajustado para 2020 USD, el Daedalus completamente ensamblado tiene un precio de casi $ 6 billones.Ícaro interestelar, una organización internacional de científicos ciudadanos voluntarios (establecida en 2009) ha intentado desde entonces promover el concepto de:proyecto icaro.

Otra idea audaz y atrevida espropulsión de antimateria, que depende de la aniquilación de materia y antimateria (partículas de hidrógeno y anti-hidrógeno).Esta reacción liberó tanta energía como una explosión termonuclear así como una lluvia de partículas subatómicas (piones y muones).Estas partículas, que luego viajan a un tercio de la velocidad de la luz, son transmitidas por toberas magnéticas para crear empuje.

Desafortunadamente, el costo de producir 1 gramo de combustible de antimateria es1 billón de dólares.De acuerdo areporteRobert disco volador de la NASAGrupo de tecnología de propulsión avanzada(NASA Eagleworks), un cohete de antimateria de dos etapas necesitaría más de 815 000 toneladas métricas (900 000 toneladas estadounidenses) de combustible para viajar a Próxima Centauri en unos 40 años.

Un informe más optimistaDr. Darrell SmithJonathan WebbydeUniversidad de Aviación Embry-RiddleDicen que una nave espacial que pese 400 toneladas métricas (441 toneladas estadounidenses) y 170 toneladas métricas (187 toneladas estadounidenses) de combustible de antimateria podría alcanzar la velocidad de la luz.A esta velocidad, la nave espacial puede llegar a Próxima Centauri un poco más rápido. Han pasado 8 años, pero no hay una forma rentable, y no la habrá.

En todos los casos, los propulsores constituyen gran parte de la masa total de estos conceptos.Para abordar esto, se han propuesto variantes que pueden generar sus propios propulsores.En el caso de un cohete de fusión,Estatorreactor Busad, utiliza un embudo electromagnético gigante para “extraer” hidrógeno del medio interestelar y del campo magnético, comprimiéndolo hasta el punto en que se produce la fusión.

Así mismo, haysistema de exploración interestelar de cohetes de vacío a antimateria(VARIA), que también genera su propio combustible en el medio interestelar.Propuesta por Richard Obousy de Icarus Interstellar, la nave espacial VARIES se basa en grandes láseres (alimentados por enormes paneles solares) que producen partículas de antimateria cuando se lanzan desde el espacio vacío.

Por desgracia, ninguna de estas ideas es posible utilizando la tecnología actual, ni están en el ámbito de la rentabilidad (no en el largo plazo).En estas circunstancias, sería justo decir que la idea de una misión tripulada interestelar es simplemente poco práctica, con la excepción de algunos desarrollos tecnológicos clave que reducen los costos asociados.

Enviar sondas a otras estrellas durante nuestra vida todavía está dentro del ámbito de la posibilidad.energía dirigida impulsar(DEP).con las siguientes sugerenciastiro estrella innovador oproyecto libélulaComo se muestra, estas velas se pueden acelerar a velocidades relativistas y tienen todo el hardware necesario para recopilar fotos y datos básicos sobre los exoplanetas en órbita.

Sin embargo, tales sondas no son colonización, sino un medio potencialmente fiable y rentable de exploración interestelar.Además, los retrasos de tiempo asociados con las comunicaciones interestelares limitarán la distancia que la sonda puede explorar mientras sigue informando a la Tierra.Por lo tanto, es poco probable que las civilizaciones extraterrestres envíen sondas mucho más allá de los límites de sus territorios.

Crítica

Una posible crítica a la teoría de la penetración es que permite muchos escenarios e interpretaciones que permiten que ocurra el contacto en este punto.Suponiendo que tomaría 4500 millones de años (el tiempo entre la formación de la Tierra y los humanos modernos) para que emergiera una especie inteligente, y considerando que nuestra galaxia ha existido durante 13500 millones de años, todavía queda una ventana de 9000 millones de años.

Durante nueve mil millones de años, las civilizaciones podrían ir y venir, y ninguna especie podría colonizar una galaxia entera, pero es difícil imaginar que esta actividad pase desapercibida.En estas circunstancias, nos vemos obligados a concluir que además de los límites sobre cómo las civilizaciones pueden alcanzarlos, existen otros factores limitantes que entran en juego aquí.gran filtro, ¿todo el mundo?)

Sin embargo, es importante recordar que no hay ningún agujero en la solución propuesta a la paradoja de Fermi.Además, para un teórico o teórica esperar todas las respuestas a un tema tan complejo (pero carente de datos) como la existencia de extraterrestres es tan poco realista como esperar consistencia en el comportamiento de la propia ETI.

En general, esta hipótesis es muy útil debido a la forma en que descompone muchos supuestos inherentes al “hecho A”.También proporciona un punto de partida completamente lógico para responder preguntas fundamentales.¿Por qué no hemos tenido noticias de ETI?Porque no es realista concluir ahora que deberían haber colonizado una mejor parte de la galaxia. Especialmente cuando las leyes de la física (tal como las conocemos) las prohíben.

Hemos escrito muchos artículos interesantes sobre la paradoja de Fermi, la ecuación de Drake y la búsqueda de inteligencia extraterrestre (SETI) aquí en Universe Today.

¿Quieres contar el número de especies extraterrestres en nuestra galaxia?ir acalculadora de civilización alienígena!

Aquí¿Dónde están los extraterrestres?El impacto del ‘gran filtro’ en los avances de la tecnología espacial,¿Por qué es malo encontrar vida extraterrestre?gran filtro,¿Cómo pudiste encontrar a los extraterrestres?Búsqueda de inteligencia extraterrestre (SETI), YFraser y John Michael Gordier discuten la paradoja de Fermi.

Y echa un vistazo al resto de la serie Paradox de Beyond Fermi.

Astronomy Cast tiene varios episodios interesantes sobre este tema.AquíEpisodio 24: La paradoja de Fermi: ¿Dónde están todos los extraterrestres?,Episodio 110: Explorando la inteligencia extraterrestre,Episodio 168: Enrico Fermi,One Piece 273: La solución a la paradoja de Fermi.

fuente:

Sagan, C. Newman, NI “Civilización Galáctica: Dinámica de Población y Difusión Interestelar.”Ícaro, Vol. 46, No. 3 (1981)
Sagan, C. Newman, NI “Un enfoque solipsista de la inteligencia extraterrestre.”Trimestral de la Royal Astronomical Society, vol.24 (1983)
Breen, GD.El Gran Silencio – La Controversia Sobre la Vida Inteligente Extraterrestre.”Trimestral de la Royal Astronomical Society, vol.24 (1983)
Jones, EM “‘¿Donde estan todos?’Explicación de la pregunta de Fermi.”Informe técnico de la Oficina de información científica y tecnológica (1985)
Landis, Georgia”La paradoja de Fermi: un enfoque basado en la teoría de la penetración.”Sociedad Interplanetaria Británica, vol.51, 5 (1993)

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