tisdagen den 10:e april 2012

Det stora filtret

Att läsa Oxfordfilosofen Nick Bostrom är alltid intressant. Han tänker gärna outside the box, han intar ofta oväntade ståndpunkter, och han kan som regel backa upp dessa med välgenomtänkt och stark argumentation. Hör till exempel på detta:
    When water was discovered on Mars, people got very excited. Where there is water, there may be life. Scientists are planning new missions to study the planet up close. NASA’s next Mars rover is scheduled to arrive in 2010. In the decade following, a Mars Sample Return mission might be launched, which would use robotic systems to collect samples of Martian rocks, soils, and atmosphere, and return them to Earth. We could then analyze the sample to see if it contains any traces of life, whether extinct or still active. Such a discovery would be of tremendous scientific significance. What could be more fascinating than discovering life that had evolved entirely independently of life here on Earth? Many people would also find it heartening to learn that we are not entirely alone in this vast cold cosmos.

    But I hope that our Mars probes will discover nothing. It would be good news if we find Mars to be completely sterile. Dead rocks and lifeless sands would lift my spirit.

    Conversely, if we discovered traces of some simple extinct life form—some bacteria, some algae—it would be bad news. If we found fossils of something more advanced, perhaps something looking like the remnants of a trilobite or even the skeleton of a small mammal, it would be very bad news. The more complex the life we found, the more depressing the news of its existence would be. Scientifically interesting, certainly, but a bad omen for the future of the human race.

Detta är inledningen på Bostroms uppsats Where are they? Why I hope the search for extraterrestrial life finds nothing från 2008. Hur kommer han då fram till denna ovanliga slutsats? För att svara på det behöver vi diskutera det stora filtret - The Great Filter - ett begrepp som lanserades av den amerikanske ekonomen och vildhjärnan Robin Hanson i en banbrytande uppsats från 1998.1

Det stora filtret är i sin tur nära förknippat med med Fermis paradox, som jag nyligen flaggade för här på bloggen. Fysikern och Noblelpristagaren Enrico Fermi utropade plötsligt, under en lunch 1950 tillsammans med några kollegor, "Where is everybody?" och levererade snabbt några överslagskalkyler som stöd för uppfattningen att vår planet rimligtivs borde ha tagit emot besök av utomjordingar för länge sedan och många gånger om.

Redan 1998 då Hanson skrev sin uppsats fanns skäl att anta även andra stjärnor än solen har planetsystem, och att det i det synliga universum finns miljarder miljarder planeter som är av ungefär samma storlek som jorden och cirklar sin stjärna på lagom avstånd för att göra den beboelig för biologiskt liv. Sedan dess har observationer av exoplaneter givit stärkt stöd åt denna tanke. Då det på någon av alla dessa miljarder miljarder planeter - vår egen eller någon annan - uppstår en teknologisk civilisation på tillräckligt hög nivå, så erhåller den kapacitet att inleda en kolonisering av resten av universum som sprider sig i alla riktningar med nära ljusets hastighet. I bloggposten om Fermis paradox länkar jag till en video där Stuart Armstrong redovisar hur vi själva - inom loppet av några få århundraden (och förutsatt att vi inte har bättre saker för oss eller lyckats ta kål på oss själva) kommer att kunna realisera detta med hjälp av von Neumann-prober och en Dysonsfär.

Detta verkar dock inte ha hänt på någon planet inom vår ljuskon bakåt i tiden, då vi ju (vad det verkar) inte har koloniserats av utomjordingar. Med tanke på hur många planeter det verkar handla om, så hamnar vi i slutsatsen att det, även för en planet av lagom storlek och lagom nära sin stjärna, är ytterst osannolikt att liv utvecklas till en civilisation som inleder den stora koloniseringen av resten av universum. Låt oss ta vår egen planets historia som modell för hur det skulle kunna gå till. Någonstans i ursoppan uppstår RNA eller någon annan självreproducerande struktur, som så småningom ger upphov till prokaryotiskt encelligt liv, varefter utvecklingen rullar på med eukaryotiskt liv, sexuell fortplantning, flercelligt liv, djur med hjärnkapacitet nog att börja använda verktyg, och vår egen högteknologiska civilisation, varifrån steget (om vi får tro Armstrong) inte verkar vara så långt till att dra igång den stora koloniseringen av universum. Men eftersom utvecklingen som helhet - från livlös planet till färdig rymdkolonisatör - är så osannolik, så måste det på minst ett ställe längs utvecklingslinjen finnas en flaskhals i form av ett ytterst osannolikt steg. Det är detta som är det stora filtret.2 Bostrom igen:
    The Great Filter can be thought of as a probability barrier. It consists of one or more highly improbable evolutionary transitions or steps whose occurrence is required in order for an Earth‐like planet to produce an intelligent civilization of a type that would be visible to us with our current observation technology. You start with billions and billions of potential germination points for life, and you end up with a sum total of zero extraterrestrial civilizations that we can observe. The Great Filter must therefore be powerful enough—which is to say, the critical steps must be improbable enough—that even with many billions rolls of the dice, one ends up with nothing: no aliens, no spacecraft, no signals, at least none that we can detect in our neck of the woods.
Var finns då flaskhalsen (eller flaskhalsarna)? En fråga av stor betydelse för bedömningen av varthän mänskligheten är på väg, är om vi har passarat den eller inte. Om vi har passerat den ligger universum för våra fötter, men om vi inte har passerat den så betyder det att den ligger framför oss, och troligtvis att den kommer att förgöra oss innan vi tar det stora språnget ut i universum.

Kanske har vi passerat flaskhalsen. Kanske är t.ex. själva livets uppkomst en så ytterst osannolik händelse att vår egen planet troligen är den enda i hela universum som bär på liv. Eller kanske är det något av de övriga stegen på vägen mot avancerade tänkande varelser som vi själva som är ytterst osannolikt. Vi har tenderat att anta att eftersom alla dessa saker faktiskt har hänt, så är de antagligen inte så förfärligt osannolika, men vi vet i själva verket såpass lite om livets utveckling på detaljnivå att vi inte säkert kan slå fast detta.

Eller finns flaskhalsen framför oss? Carl Sagan och William Newman är i en uppsats från 1983 inne på den linjen. De föreslå att det skulle kunna vara en allmängiltig lag att samhällen som är tillräckligt aggressiva för att intressera sig för fullskalig kolonisation av världsrymden med nödvändighet kommer att förgöra sig själva, och att endast de fridsamt sinnade civilisationerna överlever. Deras galaktiska vision har något närmast Bullerbyaktigt över sig:
    We think it possible that the Milky Way Galaxy is teeming with civilizations as far beyond our level of advance as we are beyond the ants, and paying about as much attention to us as we pay to the ants. Some subset of moderately advanced civilizatyions may be engaged in the exploration and colonization of other planetary systems; however, their mere existence makes it highly likely that their intentions are benign and their sensitivities about societies at our level of technological adolescence delicate.

Bostrom köper inte den visionen:
    Even if an advanced technological civilization could spread throughout the galaxy in a relatively short period of time (and thereafter spread to neighboring galaxies), one might still wonder whether it would opt to do so. Perhaps it would rather choose to stay at home and live in harmony with nature. However, there are a number of considerations that make this a less plausible explanation of the great silence. First, we observe that life here on Earth manifests a very strong tendency to spread wherever it can. On our planet, life has spread to every nook and cranny that can sustain it: East, West, North, and South; land, water, and air; desert, tropic, and arctic ice; underground rocks, hydrothermal vents, and radioactive waste dumps; there are even living beings inside the bodies of other living beings. This empirical finding is of course entirely consonant with what one would expect on the basis of elementary evolutionary theory. Second, if we consider our own species in particular, we also find that it has spread to every part of the planet, and we even have even established a presence in space, at vast expense, with the international space station. Third, there is an obvious reason for an advanced civilization that has the technology to go into space relatively cheaply to do so: namely, that’s where most of the resources are. Land, minerals, energy, negentropy, matter: all abundant out there yet limited on any one home planet. These resources could be used to support a growing population and to construct giant temples or supercomputers or whatever structures a civilization values. Fourth, even if some advanced civilization were non‐expansionary to begin with, it might change its mind after a hundred years or fifty thousand years—a delay too short to matter. Fifth, even if some advanced civilization chose to remain non‐expansionist forever, it would still not make any difference if there were at least one other civilization out there that at some point opted to launch a colonization process: that expansionary civilization would then be the one whose probes, colonies, or descendants would fill the galaxy. It takes but one match to start a fire; only one expansionist civilization to launch the colonization of the universe.

Det kan vara frestande att ta vår egen existens som evidens för att vi inte passerat flaskhalsen. Om vår existens är så till den grad osannolik som en flaskhals bakom oss skulle implicera, är det inte då lite väl märkligt att vi faktiskt finns?3 Bostrom menar emellertid att detta är ett felslut:
    Whether intelligent life is common or rare, every observer is guaranteed to find themselves originating from a place where intelligent life did, indeed, arise. Since only the successes give rise to observers who can wonder about their existence, it would be a mistake to regard our planet as a randomly‐selected sample from all planets.

Jag kan tillägga att den som använder sig av argumentet "liv finns här på jorden och borde därför vara vanligt förekommande i universum" behöver förklara hur detta argument skiljer sig från (det uppenbart galna, men till sin struktur identiska) argumentet "här på jorden spelar vi Alfapet och lyssnar på jazz, varför dessa aktiviteter förmodligen är vanligt förekommande i universum".

Vi vet inte om det stora filtrets flaskhals är före eller efter oss. Bostroms poäng, som motiverar titeln på hans uppsats och de stycken jag inledningsvis citerade, är följande.4 Om vi upptäcker liv på andra planeter, så tyder det på att flaskhalsen inte ligger i början av vår utvecklingslinje. Ju mer avancerat liv vi finner därute, desto större del av vår utveckling kan uteslutas som läge för flaskhalsen, och desto större är risken att flaskhalsen ligger framför oss.

Fotnot

1) Mycket av tankarna i Bostroms uppsats - inklusive synen på vad det skulle innebära att upptäcka utomjordiskt liv - återfinns redan hos Hanson. Jag rekommenderar varmt båda uppsatserna.

2) Det stora filtret har mycket gemensamt med det kanske mer kända begreppet Drakes ekvation.

3) Sagan och Newman verkar implicit stödja sig på denna tanke, då de ställer den retoriska frågan "Which is more likely, that in a 15-billion-year-old contest with 1023 entrants, we happen, by accident, to be the first or that there is some flaw in [the argument for nonexistence of other advanced civilisations]?"

4) Noggranna läsare av denna blogg har redan hört Max Tegmark lägga fram samma slutsats i det videoföredrag jag länkar till här.

17 kommentarer:

  1. Min högst personliga gissning är att filtret är långt framför oss.

    Livets uppkomst är trivial i jämförelse med vad som krävs för att (medvetet) kolonisera universum. Avstånden är extremt stora och vi är få. Att jämföra med livets uppkomst i ursoppan där avstånden är små och antalet möjliga försök extremt stort.

    Att det utvecklas något liv som omedvetet koloniserar universion, panspermia, är inte lika otroligt, men det är inte samma sak som att kolonisera universum och kunna berätta om det för sina barnbarn.

    Att medvetet liv utvecklas lokalt på en planet känns heller inte otroligt, men det känns svårt att flytta medvetandet över de stora avstånd som finns. Bästa chansen är kanske att digitalisera sitt medvetande och skicka det via länk, som i A for Andromeda. BBC:s filmatisering från 2006 rekommenderas!

    SvaraRadera
  2. Såg igår en dokumentär om hjärnan och hur mycket som styrs av de omedvetna delarna (=pre hominid-delarna). Det kändes som om det ger en dålig prognos. När det gäller att på ett rationellt sätt undvika fallgropar av det mer eller mindre bottenlösa slaget som ligger framför oss och så.

    SvaraRadera
  3. Du som är filosofiskt kunnig, Olle. Borde inte någon variant på den antropiska principen säga att vi inte befinner oss på någon priviligierad plats, alltså inte heller i utvecklingshänseende. Med det resonemanget vore det osannolikt att just vi som enda civilisation hade passerat filtret. Eller håller inte det?

    SvaraRadera
  4. Tack, themotie, för din välvilliga karaktärisering av mig som "filosofiskt kunnig"! Dock är jag inte tillräckligt filosofiskt kunnig för att känna till något argument av det slag du efterlyser. Tvärtom kan väl Bostroms argument i motsatt riktning i det sista citerade stycket ovan ("Whether intelligent life is common or rare...") ses som en tillämpning av svaga antropiska principen.

    SvaraRadera
  5. Men borde det ändå inte vara så att om man ser över alla tänkbara utfall – inklusive alla tänkbara placeringar av "filtret" – så måste det finnas fler utfall av "intelligenta varelser innan filtret" än "intelligenta varelser efter filtret", eftersom enligt resonemanget om filtret det senare är ett antal som närmar sig noll, oavsett var filtret är placerat?

    PS
    Ändrade mitt nu något otidsenliga alias ...

    SvaraRadera
  6. Kim/themotie: Så kan man möjligen resonera, men det här med att kvantifiera över alla "tänkbara" utfall är möjligen lite skumt. Det är inte säkert att alla "tänkbara" utfall är fysiskt realiserbara (i vårt universum eller något annat). Vad vi nu menar med "tänkbara", och med "fysiskt realiserbara"...

    Din tankegång blir något mer precis om du gör antagandet att det finns en mängd parallella universa, varav filtret i några av dem ligger tidigt och i några av dem ligger sent. Men detta antagande behöver i så fall försvaras.

    Det här är svåra frågor. (Understatement of the year?) Antagligen kommer vi att vara aningen bättre skickade att resonera kring dem den dag vi tagit oss tid att läsa Bostroms Anthropic Bias: Observation Selection Effects in Science and Philosophy.

    SvaraRadera
  7. Tankeväckande, välskrivet. Tack

    SvaraRadera
  8. Givet att det är lite svårt att göra statistik på ett utfall och så. Även om alla fysiskt realiserbara utfall bara är en bråkdel av alla "tänkbara" så verkar det för mig ändå så att de möjliga utfallen där och som skulle kunna passa in på oss är fler än utfallen "civilisationer som uppenbarligen passerat filtret", eftersom de senare enligt tidigare resonemang är noll. Givet att sannolikheter bara är sannolikheter och så. Även osannolika händelser måste ju per definition inträffa för eller senare.

    SvaraRadera
  9. Olle Häggström skrev:

    Jag kan tillägga att den som använder sig av argumentet "liv finns här på jorden och borde därför vara vanligt förekommande i universum" behöver förklara hur detta argument skiljer sig från (det uppenbart galna, men till sin struktur identiska) argumentet "här på jorden spelar vi Alfapet och lyssnar på jazz, varför dessa aktiviteter förmodligen är vanligt förekommande i universum".
    -----------------------------------------

    För att människor ska kunna spela Alfapet och lyssna på jazz, krävs det att livet uppstått.

    P(A) >> P(A)*P(B|A), P(B|A) << 1.

    Oavsett hur lång icke-noll sannolikhet P(A) livets uppkomst har, är det mer sannolikt att livet ska uppstå än att livet ska uppstå och att detta liv, givet att det uppkommit, spelar Alfapet och lyssnar på jazz P(A)*P(B|A), så länge P(B|A) inte är identiskt lika 1. Det finns nog skäl att tänka att P(B|A) << 1, då mycket i teorin kunde ha "gått fel" för livet under de senaste 3+ miljarder åren.

    SvaraRadera
    Svar
    1. OK Emil, so far, so good. Du visar på ett övertygande sätt att argumentet (*) "här på jorden spelar vi Alfapet och lyssnar på jazz, varför dessa aktiviteter förmodligen är vanligt förekommande i universum" är fel. Detta stärker påståendet att argumentet (**) "liv finns här på jorden och borde därför vara vanligt förekommande i universum" är fel, eftersom de båda argumenten är strukturellt identiska.

      Vi kan till och med adaptera din vederläggning av (*) för att erhålla en vederläggning av (**):

      Låt C vara händelsen att en på måfå vald planet i universum uppfyller de grundläggande villkoren för att kunna härbärgera liv: lagom storlek och lagom avstånd till sin stjärna. Oavsett hur låg icke-noll sannolikhet P(C) en planet har att uppfylla de grundläggande villkoren, är denna sannolikhet större än sannolikheten P(C)*P(A|C) att den uppfyller de grundläggande villkoren och att liv faktiskt uppstår, så länge P(A|C) inte är identiskt lika med ett. Det finns nog skäl att tänka att P(A|C) << 1, eftersom XYZ...

      ...där XYZ är något tungt vägande argument för att P(A|C) << 1.

      OK, jag har inte specificerat XYZ. Men ett sådant argument kan mycket väl finnas. Det kanske kan visas vara jättejättejättesvårt för ursoppan att formera den där allra första självreplikerande molekylen. Argumentet (**) är därför utomordentligt svagt så länge det inte kompletteras med ett argument för att något sådant XYZ troligtvis inte finns.

      Radera
    2. Klurigt...

      Låt

      A = händelsen att liv uppstår på en annan på måfå vald planet i universum.
      B = händelsen att detta liv spelar just Alfabet och lyssnar på jazz.
      C = din definition.

      Om vi accepterar att P(B|A) << P(A) kanske man kan dra följande resonemang: så länge man (godtyckligt) sätter gränsen för vilka sannolikheter man kan acceptera mellan P(A) och P(B|A), så att P(A) inte är tillräckligt osannolikt för att acceptera, men P(B|A) är på tok för osannolik för att accepteras kanske man kan komma undan med att accepter A utan att behöva acceptera B. B är helt enkelt för osannolik.

      C kommer per ditt resonemang vara mer sannolikare än A, för alla ställen där A sker har C skett, medan alla C inte behöver leda till en A. Om vi antar att universum har U antal planeter, där U är något extremt stort tal, så kan C ändå vara stor från början.

      Radera
    3. Helt riktigt. Det är fullt möjligt - måhända rentav troligt förutsatt att filtrets flaskhals inte ligger alltför tidigt - att det finns liv på andra planeter utan att det för den sakens skull utövas Alfapet och jazz på andra planeter än vår.

      Men jag tror vi pratar förbi varandra. Allt jag avsåg att hävda - och fortsätter att hävda - är att argumentet (**) är odugligt. Jag har aldrig påstått att argumentets slutsats - existensen av liv på andra planeter - skulle vara falsk (det ser jag som en helt öppen fråga). Att slutsatsen av ett argument råkar vara sann implicerar inte att själva argumentet är korrekt.

      Radera
    4. Du har givetvis rätt.

      Om vi då postulerar att argumentet * inte används av de flesta som anser att det finns liv på andra planeter, så verkar situationen vara mindre besvärlig.

      Radera
    5. Nu fattar jag nog inte hur du menar. Naturligtvis är argumentet (*) extremt ovanligt, om det alls någonsin anförts på allvar. Men den saken har väl knappast någon betydelse för bärkraften i (**)?

      Radera
    6. Det är jag som tokat till det. Byt ut * mot **. Hur ofta anförs just ** istället för något sannolikhetsbaserat argument med avseende på antalet planeter i universum, sannolikheten för livets uppkomst etc.?

      Radera
    7. OK Emil, då blev det genast mer begripligt!

      Någon statistik på hur ofta (**) anförs i litteraturen har jag såklart inte, men jag tycker det finns goda skäl att tro att argumentet har ett visst inflytande. Det är spontant väldigt övertygande, tills man börjar fundera över selection bias - ett subtilt begrepp som de flesta inte hört talas om eller än mindre funderat över. Och när folk (som t.ex. Christer Fuglesang i nya numret av Sans) ger sig på attuppskatta antalet högteknologiska civilisationer i vår galax med hjälp av den mäkta populära Drakes ekvation så finns där några faktorer i formeln som det är extremt svårt att säga något rigoröst om, inklusive sannolikheten att liv uppstår på en planet med de rätta förutsättningarna. Skattandet av dessa faktorer brukar inbegripa ett rejält mått av handviftande och axelryckande, och det är inte svårt att tänka sig att (**) kan smyga sig in och påverka skattningen utan att ens behöva uttalas explicit.

      Radera