'Oumuamua-mysteriet

Är vi ensamma, eller finns det andra civilisationer där ute bland stjärnorna? Den frågan hör till de största vi kan ställa oss, och som om den inte vore spännande nog i sig har den en praktisk sida, då svaret kan ha stora konsekvenser för mänsklighetens framtidsutsikter. Detta sista tydliggörs med den så kallade The Great Filter-formalismen, som i korthet utgår från observationen att från kanske 10²² (ge eller ta en tiopotens eller två) potentiellt livgivande planeter i det synliga universum så verkar det som om inte en enda har utvecklat en teknologisk supercivilisation av sådana dimensioner att den är synlig för astronomer var som helst i sagda universum, och konstaterar att någonstans på vägen från potentiellt livgivande planet till supercivilisation finns en flaskhals (eller flera) som är extremt svår att passera. Har vi (mänskligheten) passerat denna flaskhals, eller ligger den ännu framför oss? Om detta har jag skrivit här på bloggen, i Kapitel 9 i min senaste bok Here Be Dragons, och i en artikel i International Journal of Astrobiology tillsammans med Chalmerskollegan Vilhelm Verendel häromåret.

Ett problem för den som vill göra framsteg på det här området är bristen på direkta data, utöver den ensamma datapunkt som den stora tystnaden därute utgör, och det ständigt ökande antalet upptäckta exoplaneter som backar upp uppskattningar som den ovan om antalet potentiellt livgivande planeter därute. (Indirekta data om hur allmänt gästvänligt vårt universum är för härbärgerande av liv finns det mer gott om, och skall inte fnysas åt. Ämnet astrobiologi sysslar med sådant.)

Men när det plötsligt dyker upp något som är en helt ny och möjligen relevant datatpunkt, så förtjänar det vårt intresse. Som stenbumlingen (eller vad det nu är) 'Oumuamua.

'Oumuamua upptäcktes den 19 oktober 2017, och det kunde snabbt rekonstrueras att den 40 dagar tidigare passerat sitt preihelium i närheten av Merkurius omloppsbana (och några äldre fotografier där 'Oumuamua dittills obemärkt figurerat kunde rotas fram till stöd för det). Det väntade hade varit att notera den som ännu en asteroid eller komet. Sådana rör sig (med vanligtvis god precision) i elliptiska banor runt solen. Hur avlång ellipsen är beskrivs matematiskt av dess excentricitet e mellan 0 och 1, där e=0 svarar mot en perfekt cirkel, och banan blir alltmer avlång ju mer e närmar sig 1. Problemet med 'Oumuamua är att dess e-värde uppmättes till cirka 1.2, vilket innebär att banan inte är elliptisk utan hyperbolisk, vilket i sin tur tyder på att 'Oumuamua blott är en gäst (den första och hittills enda vi observerat) i vårt solsystem, alltså ett objekt som kommit inramlandes från den interstellära rymden.

Allt detta är spännande nog, men det finns mer att säga om 'Oumuamua med potential att kittla vår fantasi:

• Den är ovanligt avlång. Dess dimensioner är behäftade med osäkerhet, men den bästa uppskattningen pekar på en längd på 230 meter och bredd resepektive tjocklek på 35 meter vardera. Även om den ovanliga formen kan få den fantasifulle att associera till Clarkeska monoliter, så är det inte i sig tillräckligt för att vi på allvar skall börja fundera på om 'Oumuamua är ett artificiellt föremål från en utomjordisk civilisation, men det kommer mer:
• Robin Hanson (mannen bakom The Great Filter) påpekade samma höst att av interstellära objekt av 'Oumuamuas storlek som når tillräckligt långt in i vårt solsystem för att vi skall väntas observera dem, så träffar 'Oumuamua närmare Solen än 99% kan väntas göra, förutsatt att det inte suttit någon därute och avsiktligt siktat nära Solen. Källhänvisningen för denna sifferuppgift är inte klockren, men om vi ändå antar att den är riktig så har vi alltså ett p-värde på 0.01. Jag har i andra sammanhang framhållit att p-värden i den storleksordningen inte är fullt så imponerande som många tycks tro, och det gäller givetvis i än högre grad då nollhypotesen som i detta fall formulerats efter att man sett data. När alternativhypotesen är av så spektakulär natur som i detta fall - att någon avsiktligt skickat 'Oumuamua till vårt solsystem - är anledningen till skepsis ännu större, men jag kan inte se att det skulle vara något allvarligt fel att låta siffran inspirera oss att fundera vidare över den hypotesen. Och det kommer ännu mer:
• I en artikel i Nature tidigare i år påvisades att 'Oumuamua bana uppvisat avvikelser (med överväldigande statistisk signifikans) från vad gravitationsteorin förutsäger. En naturlig förklaring till en sådan avvikelse vore om 'Oumuamua likt en komet uppvisade avdunstning från ytan till följd av den infallande solstrålningen. Ett rykande (no pun intended) aktuellt preprint av astrofysikerna Shmuel Bialy och Abraham Loeb, och en kommentar till denna av Paul Gilster, hävdar dock att kometteorin inte håller. Istället föreslås solvind som en förklaring, vilket dock kräver att 'Oumuamua har så liten massa att den blott kan vara ett lövtunt skal (högst cirka 0.3 mm). Vad som kan skapa ett sådant objekt vet vi inte, men Bialy och Loeb föreslår att "one possibility is a lightsail floating in interstellar space as debris from an advanced technological equipment".

Och Gilster bjuder på andra överslagsräkningar som ytterligare förstärker intrycket att det är något skumt med 'Oumuamua.

Givet sin blygsamma storlek är 'Oumuamua nu bortom räckhåll för våra teleskop, men jag anser att gåtan om dess beskaffenhet och ursprung är tillräckligt angelägen för att vi inte skall låta en sådan detalj knäcka oss. Gilster hävdar visserligen att "it’s too late to get a mission off to chase it with chemical rockets", men det torde i så fall finnas andra tekniska lösningar. Till vilken kostnad det går att göra vet jag inte, men om det skulle gå att rymma inom en budget på säg 100 miljarder kronor (som två Large Hadron Colliders, typ) så tycker jag utan tvekan att vi skall försöka. Jag håller fortfarande för troligast att 'Oumuamua har naturligt ursprung, men tillräckligt mycket fog finns idag för spekulationer om motsatsen för att en närmare undersökning skall ha väldigt hög prioritet.

Edit: Knappt har jag tryckt på knappen för att publicera denna bloggpost förrän jag nås av tips om ett preprint av Andreas Hein et al med detaljer om hur den rymdexpedition jag efterfrågar i sista stycket skulle kunna genomföras.

The New York Times claim about extraterrestrials was pulled out of thin air

"Yes, There Have Been Aliens." So reads the spectacular headline of an article about the possible existence of extraterrestrials by astrophysicist Adam Frank in the New York Times this Sunday. If the headline's suggestion - that science has established that extraterrestrials exist or at least have existed - is warranted, then we are faced with one of the greatest scientific breakthroughs ever, with profound consequences for our collective human self-image. But no, no such breakthrough has been made (or is on the radar), and the headline is deeply misleading.

Sometimes, overly enthusiastic newspaper editors play their contributors a trick by assigning a headline that goes far beyond the claims that are made in the article itself. Perhaps that is the case here? Perhaps professor Frank is the innocent victim of just such an editorial prank? Well, no. Frank has only himself to blame, as the headline's claim is made loudly and clearly in the text of his article, where we can read that

given what we now know about the number and orbital positions of the galaxy’s planets, the degree of pessimism required to doubt the existence, at some point in time, of an advanced extraterrestrial civilization borders on the irrational.

This is a very strong claim, but it is plain false. Frank bases his claim on a recent joint paper by him and astronomer Woodruff Sullivan in the journal Astrobiology, where the claim about the very likely existence of extraterrestrials at some time in the past is derived from an assumption about how a certain probabilistic quantity p relates to a certain threshold c. It turns out, however, that this assumption was simply pulled out of thin air. Consequently, the same verdict follows for the claims in the New York Times article. Let me explain.

The p I'm talking about here is the probability that a randomly chosen potentially life-bearing planet eventually gives rise to intelligent life with a technological civilization on the level of present-day humanity. Here is an essentially correct statement in Frank's New York Times article:

But what our calculation revealed is that even if this probability is assumed to be extremely low, the odds that we are not the first technological civilization are actually high. Specifically, unless the probability for evolving a civilization on a habitable-zone planet is less than one in 10 billion trillion, then we are not the first. [italics in original]

One in 10 billion trillion is 10^-22, which is Frank's choice of threshold c.¹ Combining the two qoutes from the article, we see that Frank means to say that doubting that p≥10^-22 "borders on the irrational". Well, if Frank is fond of the idea of rational argument, then he should of course have backed up this claim with some strong evidence that p≥10^-22, but he offers no such thing, neither in the New York Times article, nor in the Astrobiology paper.

The probability p is one of the three central parameters in the so-called Great Filter formalism, which is a superb framework for addressing the Fermi paradox and the notorious "Are we alone?" question, and which Adam Frank and Woodruff Sullivan would be well-advised to study.² The other two parameters are N and q, where N is number of potentially life-bearing planets in the universe (a quantity discussed by Frank and Sullivan in the light of recent advances in the observation of exoplanets), and q is the probability that a randomly chosen civilization at the level of present-day humanity goes on to develop an intergalactic technological supercivilization visible to astronomers all over the universe. Of these three parameters, N is the only one whose order of magnitude we currently have a reasonable grasp of: it is a very large number, somewhere in the vicinity of 10²² (give or take an order of magnitude or so). In contrast, we are very much in the dark about the whereabouts of p and of q (other than the fact that they are probabilities, so they must be between 0 and 1). But there is one thing we pretty much know about them combined, namely that the product pq must be tiny, because otherwise Npq would have been a large number, and we would most likely have been able to see signs of a an intergalactic technological civilization out there, which we haven't. And if the product pq is microscopic, than at least one of the factors p and q must be microscopic. But neither of them is by any means obviously microscopic. Whether it is p that is microscopic, or q, or both, is a wide open question as science currently stands. As to p, it might be 0.9, it might be 0.1, it might be 10^-10, it might be 10^-30, or it might be 10^-100 (or something else). None of these values is (notwithstanding Frank's claim that the last two would "border on the irrational") implausible.

There is no shortage of candidate bottlenecks in the evolution of life that might make p microscopic. Biogenesis is an obvious example, and Hanson (1998) lists a few more: the emergence of prokaryotic single-cell life, of eukaryotic single-cell life, of sexual reproduction, of multi-cell life, and of tool-using animals with big brains.³ Any claim that p cannot plausibly be microscopic needs to come with a demonstration that none of these candidate bottlenecks is sufficiently severe and uncircumventable to account for p being microscopic. Preferably, such a demonstration should also be weighed against the available evidence for q not being microscopic (see in particular Armstrong and Sandberg, 2013). Frank and Sullivan offer none of these things.

Footnotes

1) This seems to be a correction compared to the original Frank-Sullivan Astrobiology paper, where c is of the order 10^-24. Their calculation of c invloves arbitrarily and confusedly throwing in an extra factor 0.01 in what was probably an attempt to make the estimate scientifically conservative, but whose effect is in fact the opposite.

2) See, e.g., Chapter 9 in my book Here Be Dragons: Science, Technology and the Future of Humanity, or better yet, see Robin Hanson's seminal paper on this topic. Or see my recent paper with Vilhelm Verendel in the International Journal of Astrobiology where we approach the Great Filter from a Bayesian point of view.

3) A tempting reaction, when first confronted with the task of estimating p, is to say something like "Hey, we exist, we evolved, here on Earth, surely that's an indication that p is probably not so small?". I suspect that such reasoning has influenced much discussion about extraterrestrial life and the Fermi paradox over the years, even in cases where it is never spelled out explicitly. However, it is probably not a valid argument, because a low-p and a high-p universe share the feature that everyone in it will find themselves to exist and to have evolved, whence that observation cannot be used to distinguish a low-p universe from a high-p one.

How would you react to the discovery of extraterrestrial life?

A discovery [of extraterrestrial life] 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.

These are the words of Oxford philosopher Nick Bostrom, in his 2008 essay Where are they? Why I hope the search for extraterrestrial life finds nothing. His reasoning follows that of Robin Hanson's groundbreaking 1998 piece The Great Filter - are we almost past it?. In a blog post a few years ago, I offered a gentle introduction (in Swedish) to Hanson's Great Filter view of Fermi's Great Silence (i.e., of the fact that we seem not to have encountered, or even seen any signs of, extraterrestrial life) and how it leads to the conclusion that "dead rocks and lifeless sands" would be uplifting. Very briefly, the argument is as follows.

Let N denote the number of potentially life-supporting planets in the observable universe; N is a huge number, perhaps something like 10²⁰ or 10²². Let p denote the probability that a randomly chosen such planet goes on to develop life, and not only life but intelligent life and a technological civilization on the level of present-day humanity. Finally, let q denote the probability, conditional on having come that far, of going on to develop a supertechnological civilization visible to astronomers all over the observable universe. Then Npq is the expected number of such supertechnological civilizations arising, and Fermi's Great Silence strongly suggests that Npq is not very large, because if it were, the probability of at least one such supertechnological civilizations having come about would have been overwhelming, and we would have seen it. But if N is huge and Npq is not very large, then pq must be very small, so at least one of the probabilities p and q is very small. If we're hoping for humanity not to self-destruct or otherwise go extinct before we get the chance to conquer the universe, q had better not be very small. A discovery of extraterrestrial life would suggest that the emergence of life is not quite as unlikely, and p not quite as small, as we might otherwise have thought. But if p is not so small, then q must be very small, and we are pretty much doomed.

This argument makes good sense to me, but it does contain a good deal of handwaving, and it might be interesting to find out whether, e.g., a more rigorous statistical treatment of the same problem leads to the same conclusion. This is what my Chalmers colleague Vilhelm Verendel and I set out to do in our paper Fermi's paradox, extraterrestrial life and the future of humanity: a Bayesian analysis, which has been accepted for publication in the International Journal of Astrobiology. Our findings are a bit inconclusive, because it is by no means clear what is a sensible choice of prior distribution in our Bayesian analysis, and the end result does depend quite a bit on this choice. Quoting from the concluding section of our paper:

In summary, we still think that the intuition about the alarming effect of discovering extraterrestrial life expressed by Hanson (1998) and Bostrom (2008) has some appeal. In our Bayesian analysis, our first two priors (independent uniform, and independent log-uniform) support it. The third one (perfectly correlated log-uniform), however, contradicts it, and while we find the prior a bit too extreme to make a very good choice, this shows that some condition on the prior is needed to obtain qualitative conclusions about the effect on q of discovering extraterrestrial life.

A final word of caution: While a healthy dose of critical thinking regarding the choice of Bayesian prior is always to be recommended, the case for epistemic humility is especially strong in the study of the Fermi paradox and related "big questions". In more mainstream scientific studies, circumstances are often favorable, either through the existence of a solid body of independent evidence in support of the prior, or through the availability of sufficient amounts of data that one can reasonably hope that the effects of the prior are (mostly) washed out in the posterior. In the present setting we have neither, so all conclusions from the posterior should be viewed as highly tentative.

Read our full paper here!

Jag - en TV-kändis!

Tydligen skall jag vara med i TV imorgon tisdag.¹ Det är Kunskapskanalen som tisdag den 2 juni kl 16:50 sänder det föredrag med rubriken Människans plats i universum vilket var ett av mina båda framträdanden på årets Vetenskapsfestival i Göteborg. Repris lördag den 6 juni kl 10:00.

Om jag skall vara helt ärlig så är detta inte det mest inspirerade föredrag jag hållit, och jag tappade bort någon punchline mot slutet som var tänkt att knyta ihop föredraget lite tydligare, så min känsla blir nog att jag gjorde bättre insatser med t.ex. de YouTube-publicerade föredrag jag höll i Falkenberg 2013 och Saltsjöbaden 2014. Likväl tycks mitt Vetenskapsfestivalsföredrag ha bedömts som tillräckligt bra för att sända i TV, så helt illa var det kanske inte ändå.

Jag ränkar med att programmet efter att det sänts i TV kommer att bli tillgängligt någonstans här på nätet, och jag avser i så fall lägga upp en länk. (Edit 2 juni 2015: Här går det att se filmen.)

Fotnot

1) Detta är långt ifrån första gången jag är med i TV. Senaste framträdandet var förra året, i Barnkanalen.

Fermis paradox enligt xkcd

Det finns många förslag på lösningar till Fermis paradox. En av dem lyftes nyligen fram av xkcd-tecknaren Randall Munroe, alltmedan vi ropar rakt ut i kosmos: Här är vi! Här är vi!

Existens

David Brin tänker jag läsa mer av. Så sade jag, i rubriken till förra årets sista bloggpost här på Häggström hävdar, efter att ha läst fysikern och science fiction-författaren David Brins essäsamling Through Stranger Eyes från 2008. Och nu har jag läst hans roman Existence från 2012, och är minst lika entusiastisk som efter läsningen av Through Stranger Eyes. Jag rekommenderade nyligen boken i tidningen GU-journalen som svar på enkätfrågan "Vilket skönlitterärt verk eller fackbok borde alla studenter läsa och diskutera med varandra under första veckan på universitetet?", men var strängeligen anmodad att hålla min motivering inom 350 tecken. Här kommer en lite utförligare motivering:

Existence utspelar sig cirka 50 år fram i tiden och behandlar de dramatiska händelser som följer på vad som verkar vara vår första kontakt med utomjordisk intelligens. Handlingen ger Brin möjlighet att på ett utmärkt sakkunnigt vis föra in en rad av de brännande teman som jag ägnat mest uppmärksamhet här på bloggen: evolutionsbiologi, transhumanism, Singulariteten och globala katastrofrisker, samt (framför allt) Fermis paradox och det stora filtret. Se gärna det här utdraget ur boken i tidskriften Salon om det författaren träffande döpt till Pandora's Cornucopia (som åtminstone bloggrannen Cornucopia torde ha glädje av att känna till).

Titelns "existens" är mänsklighetens. Till en början handlar det mest om våra utsikter att fortsätta existera i framtiden, men diskussionen breddas så småningom till att även handla om hur vi kommit till - varför existerar vi? Halvvägs in i boken bjuds vi på ett hisnande avslöjande, och jag trodde ett tag att den led av samma defekt som Jostein Gaarders uppmärksammade Sofies värld, vars crescendo och stora avslöjande kommer halvvägs in i boken, så att andra hälften blir till en ganska segdragen inbromsning. Min farhåga kom emellertid på skam: Brins bok tappar inte tempo i sin avslutande hälft, utan bjuder på en serie nya och fantasieggande ännu större avslöjanden.

David Brins Existence är en både underhållande och angelägen roman - angelägen på så vis att den för upp en rad av det 21:a århundradets viktigaste men mest underskattade ödesfrågor till diskussion. Jag rekommenderar den varmt.

Jag och utomjordingarna i Barnkanalen

För halvannan timme sedan denna vintermörka tisdagsafton gjorde jag mitt första framträdande i SVT:s Barnkanalen! Närmare bestämt i vetenskapsprogrammet Hjärnkontoret - vilket känns som ett fantastiskt fall framåt jämfört med min medverkan i SVT Debatt för några år sedan. Mitt uppdrag denna gång var att hjälpa programledare och publik att reda ut frågan om huruvida det finns intelligent liv på andra planeter än vår egen, och varför vi i så fall inte hört något av dessa utomjordingar. För den händelse att någon läsare missade programmet finns det att se på SVT Play (inslaget om utomjordingar börjar ca 5:45 in i videon).¹

Det enda intellektuellt hederliga svaret på frågan om huruvida utomjordingarna existerar är (i dagens kunskapsläge) "vet ej", men det finns givetvis ändå en hel del att säga om saken, och en mängd intressanta teorier. Den som inte nöjer sig med de ytterst korta reflektioner vi hann med i programmet kan t.ex. gå vidare till mina bloggposter om Fermis paradox och det stora filtret. Jag vill också rekommendera Stephen Webbs utomordentligt läsvärda bok Where is Everybody?, där författaren systematiskt går igenom och värderar 50 av de vanligaste förslagen på förklaringar till varför vi ännu inte fått kontakt, och därvid tar med läsaren på spännande utflykter inom exempelvis kosmologi, astronomi, geologi, evolutionsbiologi, perkolationsteori, matematikfilosofi och futorologiska studier bl.a. om den beryktade Singulariteten. Notera till sist att den eminenta tidskriften Forskning och Framsteg i sitt nummer 1/2014 bjuder på ett temablock om liv i rymden, varur jag framför allt vill rekommendera Joanna Roses intervju med (den inte för inte här på bloggen ofta citerade) Oxfordfilosofen Nick Bostrom.²

Fotnoter

1) För den som eventuellt blir besviken över vilka korta stunder jag syns i rutan kan jag berätta att dessa, ihop med alla tagningar och omtagningar samt sökandet efter nya festliga inspelningsplatser, tog en halv arbetsdag att spela in.

2) De läsare som uppskattade de bilder av Simon Stålenhag som jag publicerade i september kan dessutom glädjas åt att Stålenhag bidrar med en snygg illustration till Bostrom-intervjun.

Schemaläggningskrock

Nu på lördag, den 9 november, kör det ihop sig. För dem som har god smak för vad som är viktigt och intressant här i världen - och sådana personer torde (av uppenbara skäl) vara extra vanligt förekommande i den här bloggens läsekrets - föreligger en allvarlig krock som tvingar dem att välja mellan följande båda evenemang.

Å ena sidan:

• På lördag klockan 10.30 svensk tid inleds det första partiet i VM-matchen i staden Chennai (tidigare känd som Madras) i Indien, mellan regerande schackvärldsmästaren Viswanathan Anand och hans unge norske utmanare Magnus Carlsen. Matchen kommer (om det inte visar sig bli en oväntat ensidig affär) att pågå i nära tre veckor, och avgörs i bäst av tolv partier, plus ett snabbschackstiebreak om så krävs. Om utmanaren Carlsen har jag tidigare skrivit här på bloggen - han har gått från klarhet till klarhet på senare år, och abonnerat på förstaplatsen på världsrankingen sedan juli 2011, varför han enligt de flesta bedömare (inklusive den engelske stormästaren Nigel Short) gäller som klar favorit. Anand har haft svårare att få sitt spel att stämma fullt ut i turneringssammanhang de senaste åren, men det som talar till hans fördel är att han brukar lyfta sig ett snäpp i den speciella situation som det innebär att möta en och samma motståndare i parti efter parti, dagar eller veckor i sträck. Detta blir första gången som Carlsen spelar om VM-titeln, och inte minst därför är den stundande matchen hett efterlängtad av schackfans världen över. Många av dessa kommer att sitta klistrade framför sina datorer och följa partierna i de direktsändningar som erbjuds av ett antal schackservrar, inklusive ChessBomb och arrangörernas officiella hemsida. ChessBase brukar erbjuda högklassig rapportering, liksom Sveriges främste schackjournalist Lars Grahn på sin blogg Inte bara schack.

Å andra sidan:

• Inom ramen för Naturvetenskapliga fakultetens vid Göteborgs universitet familjedag på lördag framträder jag med ett föredrag rubricerat "Vad är sannolikheten att det finns intelligent liv på andra håll i universum?", i vilket jag behandlar stora och viktiga frågor som jag tidigare rört vid i bloggposter som t.ex. Om Fermis paradox och Det stora filtret. Jag kan redan nu avslöja att jag till slut kommer att besvara rubrikens fråga med "vet ej", men resonemangen på vägen dit kan (dristar jag mig att påstå) ändå äga visst intresse. Mitt föredrag är schemalagt till 13.40-14.10, vilket alltså innebär att det börjar en bit in i fjärde timmen i första partiet mellan Anand och Carlsen - just det skede då spänningen i ett parti ofta är som allra störst.

Det är beklagligt att arrangörerna i Chennai inte varit mer uppmärksamma i sin schemaläggning, och att denna krock därför uppstått. För egen del är jag nog tvungen att prioritera den sistnämnda av de båda aktiviteterna, men jag ser framför mig hur många av er, kära läsare, sliter ert hår i förtvivlade bryderier över vad ni skall nödgas välja bort.

Anders Sandberg vill helst inte dö

Jag rekommenderar å det varmaste nedanstående korta (22:45) men stämningsfulla dokumentärfilm om Anders Sandberg. Filmen ger svar bland annat på varför han inte vill dö. Anders är en av de mest kreativa, intelligenta, intellektuellt fördomsfria, übernördiga och Ikarosmytstrotsande personer jag känner.¹

På tal om Anders så vill jag passa på att berätta att hans mycket efterlängtade uppsats Eternity in six hours: Intergalactic spreading of intelligent life and sharpening of the Fermi paradox, författad tillsammans med Stuart Armstrong, nu är publicerad. Detta högintressanta stycke forskning lanserades i föredragsform för över ett år sedan (för övrigt ett mycket pedagogiskt och sevärt föredrag av Armstrong), men det är alltså först nu vi kan ta del av detaljerna. Författarna visar hur det förefaller ligga inom det görligas ram att vi, dvs mänskligheten, inom kort kan inleda en fullskalig kolonisation av resten av det synliga universum, med nära ljusets hastighet. Det vi kan göra borde också utomjordiska intelligenta civilisationer kunna göra (om de existerar), och på så vis ställs Fermis paradox på sin spets, samtidigt som möjligheten öppnas att parametern q i den för mänskliheten ödesmättade olikhet som kallas det Stora Filtret inte nödvändigtvis är pytteliten.

Fotnot

1) Till samma kategori räknar jag Nick Bostrom, som är chef för det Future of Humanity Institute i Oxford där Anders arbetar. Nick spelar en framträdande biroll i filmen, liksom för övrigt också min favoritbokhandel (Blackwells i Oxford) gör.

Föreläsningsturné i miniatyr

På fredag inleder jag något som med lite god vilja kan beskrivas som en mindre föreläsningsturné genom tre av rikets fyra största städer.¹ Mina föredrag kommer att hållas på en populärvetenskaplig nivå, och jag avser inte fördjupa mig i några långa och tekniska matematiska härledningar. Det vore skoj om någon eller några i skaran av trogna läsare som jag bara känner till namn (eller bloggsignatur) hade lust att dyka upp på något av föredragen. Varmt välkomna!

• Nu på fredag, den 7 september, kommer jag klockan 15.15 att tala på Uppsala universitets matematiska institution över ämnet "Statistical inference and selection bias in connection with the big questions".
• Dagen efter, lördagen den 8 september, kommer jag klockan 10.30 att ge ett föredrag med rubriken "Om Fermis paradox och det stora filtret" på ett möte anordnat av föreningen Människa+. Mötet äger rum på KTH, Stockholm.
• Onsdagen den 12 september är det dags för ett framträdande på den årliga Statistikerträffen i Göteborg. Mitt föredrag är schemalagt till klockan 17.15, och har rubriken "Statistisk inferens och selektionsbias i samband med de stora frågorna". Mötet äger rum på den för Chalmers och Göteborgs universitet gemensamma Institutionen för Matematiska Vetenskaper.

Fotnot

1) Att rikets tredje största stad denna gång hamnar utanför min turné är beklagligt, men jag får försöka ta igen det en annan gång.

Bloggpost nr 100

Det här är mitt hundrade blogginlägg sedan starten i juli förra året. Jag firar jubileet med att bjuda på xkcd:s kommentar till den Fermis paradox som jag tidigare haft uppe till diskussion här och här. 

Vi behöver dock inte nödvändigtvis låta oss övertygas av myror-på-klinkersargumentet. Vilka mål och önskningar teknologiskt avancerade utomjordingar än håller sig med är det svårt att tänka sig annat än att de behöver omstrukturera energi och materia för sina syften, och att detta sätter avläsbara spår. I en av de intressantaste uppsatser jag läst på det här området skriver Robin Hanson följande.

We expect advanced life to substantially disturb the places it colonizes. Whenever natural systems are not ideally structured to support colonists, we expect changes to be made. And unless ideal structures always either closely mimic natural appearances or are effectively invisible, we expect advanced life to make visible changes.

For example, it only takes a small amount of nuclear waste dropped into to visibly change its spectra [Whitmire & Wright 80.] And a civilization might convert enough of a star's asteroids into orbiting solar-energy collectors to collect a substantial fraction of this star's output, thereby substantially changing the star's spectral, temporal, and spatial appearances. Even more advanced colonists may disassemble stars [Criswell 85] or enclose them in Dyson spheres well within a million years of arrival. Galaxies may even be restructured wholesale [Dyson 66].

If such advanced life had substantially colonized our planet, we would know it by now. We would also know it if they had restructured most of our solar system's asteroid belt (though much smaller colonies could be hard to detect [Papagiannis 78]). And they certainly haven't disassembled Jupiter or our sun. We should even know it if they had aggressively colonized most of the nearby stars, but left us as a "nature preserve".

Our planet and solar system, however, don't look substantially colonized by advanced competitive life from the stars, and neither does anything else we see. To the contrary, we have had great success at explaining the behavior of our planet and solar system, nearby stars, our galaxy, and even other galaxies, via simple "dead" physical processes, rather than the complex purposeful processes of advanced life. Given how similar our galaxy looks to nearby galaxies, it would even be hard to see how our whole galaxy could be a "nature preserve" among substantially-restructured galaxies.

These considerations strongly suggest that no civilization in our past universe has reached such an "explosive" point, to become the source of a light speed expansion of thorough colonization.

Måndagsföredrag om kopernikanismens eventuella gränser

Nu på måndag den 28 maj klockan 15.30 ger jag ett föredrag på hemmaplan (den för Chalmers och Göteborgs universitet gemensamma Institutionen för matematiska vetenskaper) med följande lite kryptiska rubrik och sammanfattning:

The Great Filter: what statistical inference can we draw from one single bit of data?

This talk will try to make a coherent whole out of a hodgepodge of Bayesian reasoning, selection effects, Drake's equation, Fermi's paradox, exploratory engineering and evolutionary biology.

Jag avser hålla föredraget på en populärvetenskaplig nivå, och trogna läsare av denna blogg kommer att känna igen en del, framför allt från bloggposter som Max Tegmark höjer blicken, Om Fermis paradox och Det stora filtret. Jag kommer att dryfta frågor om människans position i världsalltet, och hur långt den kopernikanska principen egentligen kan drivas. Här är en av de perspektivgivande bilder (klicka på bilden för att se den i större format) jag tänker visa:

 

Varmt välkomna!

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.

Om Fermis paradox

Vi har ännu inte sett några tecken på intelligent liv ute i universum. Vid en informell lunchdiskussion tillsammans med några kollegor i Los Alamos omkring 1950 utropade fysikern och Nobelpristagaren Enrico Fermi plötsligt "Where is everybody?", följt av några snabba överslagskalkyler som pekade mot att vår planet borde ha besökts av utomjordingar för länge sedan och många gånger om. Denna väldokumenterade händelse har givit namn åt Fermis paradox, som egentligen snarare är en fråga: varför har vi ännu inte träffat på några utomjordingar? Ett uppenbart förslag till svar är att vi måhända är ensamma i hela universum, men det finns en rad andra tänkbara möjligheter.

Idag vill jag bjuda på två sevärda och lärorika YouTube-filmer om Fermis paradox. Först en kort (6:04) animerad video av TED-medarbetaren Chris Anderson, som förklarar vad det hela handlar om:

Och här en lite längre (48:07) video, med ett färskt föredrag av den engelske matematikern Stuart Armstrong som engagerat och pedagogiskt presenterar de senaste rönen om Fermis paradox, sprungna ur hans pågående samarbete med svenske forskarkollegan Anders Sandberg: