På senare år har den explosiva karaktären av upptäckt av exoplaneter (över 4, 164 bekräftat hittills) har lett till förnyat intresse för den tidlösa frågan:"Är vi ensamma i universum?" Eller, som den berömde italienske fysikern Enrico Fermi uttryckte det, "Var är allihopa?" Med så många planeter att välja mellan och den takt med vilken våra instrument och metoder förbättras, sökandet efter liv bortom jorden kickar verkligen igång.

På samma gång, dessa upptäckter har inspirerat till många nya studier angående det pågående sökandet efter utomjordisk intelligens (SETI). Detta inkluderar Alien Civilization Calculator, som är skapad av fysikerna Steven Woodling och Dominick Czernia. Inspirerad av de senaste försöken att ta itu med den statistiska sannolikheten för avancerat liv i vår galax, de erbjuder ett matematiskt verktyg som kan knäppa siffrorna åt dig.

Men först, en snabb uppfräschning verkar vara på sin plats. Den första "kalkylatorn" för att bestämma antalet utomjordiska intelligenser (ETI) i vår galax vid en given tidpunkt skapades av den amerikanske fysikern och SETI-forskaren Dr. Frank Drake. Under ett möte på Green Bank Observatory 1961, Drake förberedde en ekvation som summerade sannolikheterna för att hitta ETIs i vår galax.

Hädanefter känd som Drake-ekvationen, detta probabilistiska argument uttrycks matematiskt så här:

• N är antalet civilisationer som vi skulle kunna kommunicera med
• R* är den genomsnittliga takten för stjärnbildning i vår galax
• fp är bråkdelen av de stjärnor som har planeter
• ne är antalet planeter som kan försörja liv
• fl är antalet planeter som kommer att utveckla liv
• fi är antalet planeter som kommer att utveckla intelligent liv
• fc är antalet civilisationer som skulle utveckla överföringsteknologier
• L är hur lång tid dessa civilisationer skulle behöva sända sina signaler till rymden

Även om denna ekvation var avsedd att stimulera debatt om sannolikheten för ETI, det var också betydelsefullt på grund av dess grundläggande implikationer. Även om man behandlar alla variabler konservativt, de får fortfarande ett N-resultat i dussintals eller hundratal. I grund och botten, även om livet är väldigt sällsynt i vår galax, det borde finnas åtminstone några civilisationer där ute som vi kan få kontakt med.

Över åren, Drake-ekvationen har fått sin beskärda del av kritik och många försök har gjorts för att förfina den. Till exempel, i en ny tidning som dök upp i Astrofysisk tidskrift , astrofysik Tom Westby och Christopher J. Conselice från University of Nottingham skapade ett eget probabilistiskt argument baserat på den astrobiologiska Copernican-principen.

Enkelt uttryckt, denna princip (när den tillämpas på existensen av liv i vårt universum) säger att i stället för andra bevis, man ska aldrig anta att mänskligheten är speciell eller unik. När den tillämpas på frågan om huruvida mänskligheten är ensam i universum eller inte, Wetsby och Conselice kunde producera en modern version av Drake Equation. Matematiskt, det kan uttryckas som:

N =N _* *F _L *F _HZ *F _M * (L/T')

• N är antalet civilisationer vi kan kommunicera med
• N* är det totala antalet stjärnor i galaxen
• fL är procentandelen av de stjärnor som är minst 5 miljarder år gamla
• fHZ är procentandelen av de stjärnor som är värd för en lämplig planet för liv
• fM är procentandelen av dessa stjärnor med tillräcklig metallicitet, möjliggör avancerad biologi och en avancerad civilisation
• L är medellivslängden för en avancerad civilisation
• t' är den genomsnittliga tid som finns tillgänglig för livet att utvecklas

I kombination med de senaste astrofysiska data om dessa värden, de kom med en genomsnittlig uppskattning av 36 civilisationer. Denna forskningsartikel inspirerade Wooding och Czernia att skapa sin Alien Civilizations Calculator (ACC), ett verktyg som skulle tillåta människor att göra sina beräkningar med antingen Drake-ekvationen eller den astrobiologiska Copernican-principen, men på ett interaktivt sätt.

Förutom att vara medlem i Institute of Physics (IOP) i Storbritannien, Wooding är en regelbunden bidragsgivare till The Omni Calculator Project – ett litet samhälle som består av proffs som vill göra vetenskap tillgänglig.

Det var här han träffade Czernia, en ung molekylär fysiker som för närvarande avslutar sin doktorsexamen. med Institutet för kärnfysik i Polen. Wooding förklarade för Universe Today via e-post:"Som ett interaktivt och roligt sätt att engagera allmänheten i vetenskapen om denna grundläggande fråga 'Är vi ensamma i universum?, ' Kalkylatorn låter människor enkelt se vilka indata som går in i en sådan modell och se hur förändringar av värdena påverkar resultatet - mer interaktivt än att läsa en vetenskaplig artikel, vilket de allra flesta inte kommer att göra."

De som vill använda ACC måste först välja den modell de vill använda, fyll sedan i alla fält i avsnittet modellantaganden. Vissa standardvärden tillhandahålls baserat på vad forskarna anser är statistiskt mest troligt, men användare är fria att ange vilka värden de önskar. Från detta, de kommer att se hur många intelligenta civilisationer deras modell och värderingar förutspår.

Den astrobiologiska Kopernikanska principen rekommenderas eftersom det är den mer aktuella modellen, och kan justeras för att tillåta en svag, måttligt eller starkt scenario. Med andra ord, användare kan justera hur strikta villkoren är för bildandet av utomjordiskt liv. Dock, användare uppmuntras att använda både denna och Drake Equation för att se hur det påverkar deras resultat.

En annan fördel med Copernican Principle-modellen är att den tillåter användare att se hur lång tid det skulle ta att nå närmaste utomjordiska granne. Wooding säger, "[Användare] bör börja med att utforska de tre modelleringsscenarierna och se hur indata och resultat förändras. Det starka scenariot är mycket restriktivt och följer noga hur livet har utvecklats på jorden. Det svaga scenariot har mer avslappnade antaganden och leder till ett större antal av främmande civilisationer. Sedan kan du lägga in dina egna värden i kalkylatorn för att se hur resultaten förändras – bra för fåtöljastrobiologer."

När användarna har gjort det, de kan använda kalkylatorn för rymdresor för att se hur lång tid det skulle ta att möta de närmaste utomjordiska civilisationerna i vår galax. Denna kalkylator skapades också av Czernia och förlitar sig på liknande sätt på användarvariabler som rymdskeppsmassa, accelerations- och fysikmodeller av universum (einsteinska eller newtonska).

På skoj, låt oss anta att ACC berättade för oss att det potentiellt fanns hundratals civilisationer i vår galax och att den närmaste är belägen cirka 159 ljusår bort (med exoplaneten HD 42936 Ab som referens). Låt oss också anta att vi hade ett fartyg som i massa liknar ISS (420 ton, 463 U.S. ton) och att den kunde accelerera 1 g (9,8 m/s) tills vi nådde 99 % av ljusets hastighet.

Baserat på dessa variabler, rymdreseberäknaren säger att det skulle ta 161,4 år att nå närmaste ETI, även om det bara skulle gå 10 år för besättningen (eftersom vi använder Einsteinsk fysik). Tydligen, fartyget skulle också behöva cirka 11,66 miljoner ton (12,85 miljoner amerikanska ton) bränslemassa för att göra resan. Så ja, det uppdraget kommer inte att ske någon gång snart. Men det var en rolig övning som jag varmt rekommenderar.

För att vara rättvis, både Drake-ekvationen och den astrobiologiska kopernikanska principen har sina begränsningar. Till exempel, vi har lärt oss mycket sedan Drake först föreslog sin berömda ekvation om de fyra första variablerna. Mycket av detta beror på den senaste strömmen av upptäckter av exoplaneter, som har gett astronomer en god uppfattning om hur många stjärnor som har planeter, och hur ofta de kretsar inom en stjärnas beboeliga zon.

Liknande, den astrobiologiska Kopernikanska principen är föremål för mycket osäkerhet. I Westby och Conselices studie, de antog att en jordliknande planet så småningom skulle bilda liv. Dessutom, Det antas allmänt att eftersom moderna människor bara uppstod omkring 200, 000 år sedan (medan planeten jorden är över 4,5 miljarder år gammal), att SETI bara ska titta på stjärnor som är 4,5 miljarder år eller äldre.

I slutet, att förutsäga hur många utomjordiska civilisationer som finns där ute kommer att fortsätta att innebära mycket osäkerhet. Eftersom tiden går, och de instrument vi använder för att bedriva SETI-forskning förbättras, astronomer kommer att lära sig mer om dessa variabler. Från detta, vi kan förvänta oss att uppskattningar av det sannolika antalet ETIs i vår galax kommer att bli mer begränsade.

Som Wooding antydde, några betydande utvecklingar måste ske innan vi kan svara på frågan "Är vi ensamma?" med något självförtroende:

"Kanske i framtiden, allt eftersom fler upptäckter görs om stjärnorna och planeterna i Vintergatan, du kan komma tillbaka till kalkylatorn och se hur de påverkar antalet möjliga utomjordiska civilisationer.

"Vi kommer att bli bättre på att upptäcka jordliknande planeter i den beboeliga zonen och till och med kunna upptäcka vad som finns i deras atmosfärer (om de har en). Detta kan leda till en mer riktad SETI-sökning, vilket borde öka våra chanser. Jag har alltid tänkt på att bygga ett radioteleskop på månens mörka sida som en bra idé för att komma bort från jordens radiobrus, gör det möjligt för oss att öka vår känslighet för alla främmande överföringar."

I slutet, vi kommer inte att veta säkert hur troligt utomjordiskt liv och civilisationer är förrän vi hittar bevis. Men skönheten är att Fermi-paradoxen ("Var är alla?") bara behöver lösas en gång. Sålänge, sökandet efter ETI kommer att fortsätta, och kommer att dra enorm nytta av nästa generations instrument, som James Webb och Nancy Grace romerska rymdteleskop, och metoder som blir tillgängliga.

På samma gång, sannolikhetsstudier och probabilistiska argument hjälper oss att begränsa sökparametrarna. Om de är där ute, vi kommer säkert att hitta dem så småningom (håll tummarna). Också, se till att kolla in de andra intressanta verktygen som Omni Calculator har att erbjuda, som inkluderar astrofysik, kvantfysik, och andra vetenskapliga miniräknare.