Is (intelligent) leven op aarde uniek?

Door witeken op vrijdag 4 september 2015 08:00 - Reacties (21)
Categorie: -, Views: 4.576

Is (intelligent) leven op aarde uniek?
"Are we alone in the Universe?"

(Wie deze Tweakblog liever als PDF leest voor een optimale leeservaring: klik hier)

Dit is een voorbeeld van zo’n typisch universele vraag. Is de aarde de enige planeet met leven? Hoe zit het met intelligent leven? De huidige status van die vraag is strikt gezien dat we het niet weten: het is wel degelijk mogelijk, maar er is (nog) geen bewijs voor. Hoe meer wetenschappers echter ontdekken over het heelal en bijvoorbeeld de aanwezigheid van de bouwstenen van leven, hoe onwaarschijnlijker het echter wordt dat leven slechts één keer ontstaan is en zal ontstaan zijn. In plaats van die kwalitatieve aanpak, wil ik in dit artikel echter een tweetal statistischer methoden toepassen om je in de juiste richting te laten denken.

Naast wetenschappelijke ontdekkingen is er ten eerste de vaststelling dat ‘uniek’ niet lijkt te bestaan: manen, planeten, sterren, planetenstelsels, sterrenstelsels, clusters, en vermoedelijk zelfs het heelal zijn allemaal in meerdere hoeveelheden aanwezig. Als iets één keer kan gebeuren, kan het immers ook meerdere keren gebeuren.

Het eerste argument leunt op simpele kansrekening. Beschouw de waarschijnlijkheid dat iets gebeurt:

P = aantal gunstige gevallen / totaal aantal gevallen

Wat ik nu wil doen is een soort reductio ad absurdum. We weten de waarschijnlijkheid P natuurlijk niet, dus daar kunnen we niets mee doen. We kunnen echter wel aannemen dat het tegengestelde van wat ik wil aantonen correct is (dus aannemen dat leven op aarde uniek is), waarna we de formule kunnen gebruiken om een uitkomst voor P te krijgen. Ik wil met andere woorden aantonen dat slechts één planeet met leven of intelligent leven absurd is.

We weten dat het aantal gunstige gevallen gelijk is aan 1. Dit betekent dat P het omgekeerde moet zijn van het totaal aantal gevallen:

P = 1 / totaal aantal gevallen

Het mooie hiervan is dat we wéten hoeveel gevallen er zijn: dit is namelijk het aantal planeten. Door de Kepler-telescoop weten we sinds relatief recent dat elke ster gemiddeld een paar planeten heeft [1]. Om een ruw idee te krijgen van hoeveel planeten er zijn, moeten we dus weten hoeveel sterren er zijn. Sterren tellen is makkelijker want ze geven licht, en je kan zelfs sterrenstelsel wegen. Henry van MinutePhysics weet ons te zeggen dat het aantal 1024 is [2]. Fraser Cain van Universe Today geeft nog wat meer uitleg [3]. Wikipedia komt met een nog preciezere uitleg en met iets conservatievere getallen aan 1022 [4]. Dus:

P = 1 / 1024

Dit wil zeggen dat als je aanneemt dat er slechts 1 planeet met (intelligent) leven is in het heelal, de kans dan 10 tot de -24ste moet zijn dat leven ontstaat. Maar dat is belachelijk: zo’n kans is ontzaglijk klein – 24 nullen. Het is ongeveer de kans dat je 4 keer na elkaar de lotto wint (4 keer een kans van 1 op een miljoen). Niemand weet hoe je zo’n zeldzame kans moet verkrijgen via een natuurlijk proces (cynische toon)! Zelfs als je zou aannemen dat de kans op het ontstaan van leven slechts 1 op een miljard miljard is, zijn er nog steeds een miljoen planeten met (intelligent) leven. Dit is simpelweg de wet van grote – zeg maar immense – getallen.

En dit is nog maar een pessimistische schatting. Ten eerste omdat er geen rekening wordt gehouden met het tijdsaspect. De atomen uit jouw lichaam, bijvoorbeeld, hebben al in meerdere (zeker een vijftal) sterren gezeten. Over een biljoen jaar zullen er ook nog steeds planeten en sterren zijn met kans op leven. En als er een multiversum is, wordt het aantal planeten potentieel nog groter.

Nog belangrijker – en minder metafysisch dan vorige zin – is dat ik het tot nu toe enkel over het zichtbare heelal heb gehad. Het zichtbare heelal is een bol met een straal van 46 miljard lichtjaar met de aarde als middelpunt en circa 1024 sterren. Maar de aarde is natuurlijk niet het midden van het heelal. Het zichtbare heelal is een artefact van het feit dat licht een eindige snelheid heeft en er maar zoveel licht ons al heeft kunnen bereiken, namelijk licht dat ten hoogste 13,8 miljard lichtjaar heeft afgelegd (maar sterren die dat licht, kort na de oerknal, hebben uitgezonden hebben zich intussen door de uitdijing van het heelal verder van ons bewogen). Aan de hand van metingen kan men afleiden hoeveel groter het volledige heelal minstens moet zijn. Een conservatieve schatting geeft dat het minstens 250 keer volumineuzer is dan wat we kunnen observeren – maar het kan net zo goed oneindig veel groter zijn. In dat laatste geval moet de kans dat leven ontstaat dus 1 op oneindig (= nul) zijn om een unieke aarde te bewerkstelligen.

Het ziet er niet naar uit dat die kans echt zo klein is. Het is natuurlijk een scheve vergelijking, maar in ons planetenstelsel zijn/waren er 3 planeten in de bewoonbare zone: Venus, Mars en Aarde. (Als je een lange tijd teruggaat naar het verleden was de zon nog niet zo warm, dus kon Venus wel in de bewoonbare zone zitten.) En van die drie planeten, is er op maar liefst (minstens) één leven ontstaan. (Ja, ik weet het, als er geen leven op aarde was geweest, kon ik dit hier nu niet typen.) Maar het opmerkelijke is dit: het leven is niet na vele miljarden jaren ontstaan, maar praktisch gezien zo snel als het mogelijk was. De aarde is namelijk 4.5 miljard jaar geleden ontstaan. Toen was de aarde nog heet, bedekt met lava, dus zonder vloeibaar water. Maximaal een miljard jaar later, minstens 3.5mld jaar geleden, is leven ontstaan. Intelligent leven heeft inderdaad langer geduurd, maar “gewone” biologie niet in elk geval. Al is tijd niet per se belangrijk als je over miljarden jaren beschikt.

Ik moet wel opmerken dat intelligent leven geen specifiek (eind)doel van evolutie is. Dit principe kan je wat mij betreft doortrekken naar de hele biologie: wanneer het over (intelligent) leven gaat, krijg ik de indruk dat mensen best emotioneel worden, in plaats van zich op feiten te baseren. Men vindt leven heel erg speciaal en bijzonder. Ik vind het zelf vruchtbaarder om biologie te zien als een natuurlijk (chemisch) proces van zelf replicerende entiteiten dat onder de juiste condities kan of zelfs zál ontstaan, waarna evolutie zal overnemen en met genoeg tijd complexe biologische machines zal creëren – met zintuigen en computers (hersenen) om de informatie uit die zintuigen de verwerken.

Wat hebben we tot nu toe vastgesteld? Er zijn zoveel planeten, zoveel plaatsen waar leven kan ontstaan, dat je een onverantwoord kleine kans op het ontstaan van leven moet aannemen om te zorgen dat alléén op aarde leven kan voorkomen. Dit schreeuwt dus om het gebruik van Ockhams scheermes om te concluderen dat er niets uitzonderlijks aan de aarde is.

Wat heeft dat voor gevolgen? Wel, als je aanneemt dat de kans zo klein is, betekent dat dat wetenschappers maar beter kunnen opgeven met hun onderzoek naar abiogenese. Dat komt niet overeen met wat onderzoek suggereert.
Tot nu toe heb ik het enkel nog maar gehad over traditioneel leven zoals wij dat kennen. Het netto-effect van al het onderzoek is dat het idee van de bewoonbare zone (bereik van afstanden tot een ster waar vloeibaar water voor kan komen) steeds meer als te beperkt, te simplistisch wordt aanzien. Er wordt gespeculeerd over leven op basis van methaan [6]. Energie hoeft ook niet verkregen te worden door de zon, maar door de gravitatie van een maan haar planeet. Bv. onder het ijs van Europa. Geen mens weet wat we daar kunnen aantreffen. Recentelijk heeft men ontdekt dat Ganymedes water heeft [7]. Leven in de traditionele bewoonbare zone zal allicht het meest voorkomend zijn, zeker wat complex leven betreft, maar dit zijn leuke extraatjes.

Mijn tweede statistisch argument, ten slotte, is heel eenvoudig, maar volgens mij wel overtuigend. Het berust op de vaststelling dat de kans dat de Aarde de enige planeet met leven is, een ontzaglijk kleine kans moet zijn. De aarde is namelijk niet zomaar een planeet met leven: het is een planeet met intelligent leven. Wat, denk je, is de kans dat als er toevallig ergens leven ontstaat – onthoud dat we daarnet hebben uitgemaakt hoe klein die kans moet zijn opdat er geen tweede planeet met leven zou zijn – dit meteen een planeet met intelligent leven is? Niet elke planeet met leven zal immers intelligent leven ontwikkelen. Dat de eerste planeet met leven meteen vol van leven in alle soorten en maten zou zijn, lijkt me een heel optimistische aanname. De kans is dus het grootst dat er vóór de aarde al meerdere planeten zijn geweest zonder intelligentie, maar wel leven.

Conclusie
Ik kan het niet bewijzen, maar op basis van de informatie die we hebben – en ik laat het multiversum nu buiten beschouwing – is de kans volgens mij zéér groot dat er veel leven voorkomt in het heelal. Deze aanpak is volgens mij ook vele keren vruchtbaarder dan de Fermiparadox: daarover weten we praktisch niets, dus elk oordeel is gebaseerd op onverantwoorde aannames en vooroordelen. Procentueel gezien en qua hoeveelheid per oppervlakte zal het wellicht tegenvallen, maar uiteindelijk is het heelal groot en oud, en zeldzame voorvallen gebeuren heel de tijd.

Bronnen en verder informatie:
[1] Herkewitz, W. (18.03.2015). Every Star Could Have at Least One Planet That Could Support Liquid Water [http://www.popularmechani...uld-support-liquid-water/].
[2] MinutePhysics, How Many Stars There Are in the Sky: https://www.youtube.com/watch?v=NSxa5cVT3Ok.
[3] Fraser, C. (03.06.2013). How Many Stars are There in the Universe? [http://www.universetoday....re-there-in-the-universe/].
[4] Wikipedia. Observable universe: Extrapolation from number of stars [https://en.wikipedia.org/...tion_from_number_of_stars].
[5] Janek, V. (08.02.2011).Universe Could be 250 Times Bigger Than What is Observablee [http://www.universetoday....-than-what-is-observable/].
[6] Schievink, B. (28.02.2015). Wetenschappers modelleren nieuwe levensvorm op basis van methaan [http://tweakers.net/nieuw...op-basis-van-methaan.html].
[7] Klotz, I. (12.08.2015). NASA confirms ocean on Jupiter moon, raising prospects for life [http://news.yahoo.com/nas...pects-life-195405856.html].
Silicon Valley Astronomy lectures,Estimating the Chances of Life Out Theree: https://www.youtube.com/watch?v=mucWk4zjSBU.
The Great Debate - What is Life?: https://www.youtube.com/watch?v=xIHMnD2FDeY.

Noot: Dit artikel had ik reeds geschreven op 11 april (met enkele wijzigingen voor publicatie).