غابة تصمت تارة وتغني تارة أخرى: ديناميكية معادلة دريك ✛ ✎ ✦

الأصل: "Dynamical generalizations of the Drake equation: the linear and non-linear theories"
· A. D. Panov
arXiv:1805.09058 · 2018-05-23 · arXiv non-exclusive · تحليل مستقل · 2 دقيقة
معادلة دريك لا تقدم سوى لقطة ثابتة، أما النموذج الجديد فيُظهر كيف نما عدد الحضارات في المجرة، وكيف انخفض، وكيف يمكن أن يعلق في حالتين مختلفتين.

المجرة غابة لا تبدأ طيورها بالغناء فورًا. يجب أولاً أن تنمو الأشجار - النجوم - التي تظهر حولها الكواكب بمرور الوقت. تحسب معادلة دريك عدد الطيور التي قد تغني في هذه الغابة الآن، لكنها تفترض ضمنيًا أن عددها لا يتغير: ما هو موجود الآن هو ما كان موجودًا دائمًا. العمل الجديد يزيل هذا القيد ويُظهر كيف نما جوق الحضارات، وكيف خفت، وكيف يمكن أن يعلق في حالات غريبة.

النموذج الخطي يشبه أن كل طائر يتعلم الغناء بشكل مستقل عن الآخرين. تتبع طفرة الغناء موسم التوت: منذ حوالي 5 مليارات سنة وُلد أكبر عدد من النجوم في المجرة، وبعد حوالي 5 مليارات سنة - وهي المدة اللازمة لتطور الحياة الذكية - وصل عدد الحضارات إلى ذروته. اليوم، بعد 12 مليار سنة من ولادة القرص، ما زلنا قريبين من هذه الذروة.

لكن الطيور لا تغني منفردة. عندما تسمع أغنية أخرى، تبدأ في الغناء بصوت أعلى ولفترة أطول، وتنتقل أصواتها إلى مسافات أبعد. في النموذج غير الخطي، تزيد الاتصالات بين الحضارات من مدة "مرحلتها التواصلية" ومن نصف قطر الاتصال. تنشأ حلقة تغذية راجعة إيجابية: كلما زاد عدد الحضارات التي تتواصل، زاد عددها وأصبحت أكثر نشاطًا في البحث عن بعضها البعض.

النتيجة الرئيسية هي الاستقرار المزدوج (bistability). مع نفس معدل ولادة الحضارات، يمكن للغابة أن توجد في حالتين مستقرتين. في "عصر الصمت"، يقل عدد الحضارات عن 2000، والاتصالات نادرة - مثل غابة لا يغني فيها سوى العازفين المنفردين. في "عصر التشبع"، يكون عددها أكبر بعشر مرات، ولكل منها في المتوسط 10 شركاء - مثل غابة مليئة بجوق متعدد الأصوات. الانتقال من الصمت إلى الغناء يحدث بشكل انهياري عندما يتجاوز معدل الولادة حوالي 1.35 حضارة في السنة. أما الانتقال العكسي - من الجوق إلى الصمت - فيحدث فقط عند معدل أقل بكثير: فالغابة تمتنع عن الصمت على مضض. هذه الظاهرة تسمى التخلفية (hysteresis).

سابقًا، كانت معادلة دريك تقدم تقديرًا ثابتًا فقط، متجاهلة تاريخ المجرة والتفاعلات بين الحضارات. الآن تم بناء نموذج ديناميكي يُظهر أن عدد الحضارات ربما شهد موجات وتحولات طورية. المجرة الحالية قد تكون في إحدى المرحلتين المستقرتين، وهذا يؤثر مباشرة على استراتيجية البحث عن ذكاء خارج الأرض.

إذا كنا في "عصر الصمت"، فإن غياب الإشارات لا يعني ندرة الحياة - فالغابة ببساطة لم تستيقظ بعد. ربما نستمع في الوقت الخطأ أو في المكان الخطأ. النهج الديناميكي يقترح أنه بدلاً من البحث عن عدد توازني للحضارات، يجب أن نأخذ في الاعتبار المرحلة التي تمر بها المجرة، ونوجه الملاحظات وفقًا لذلك. قد تكون الغابة صامتة ليس لعدم وجود طيور فيها، بل لأنها لم تبدأ بعد في الغناء كجوق.

في النموذج اللاخطي، المعدل الحرج لنشوء الحضارات الذي يحدث عنده التحول الطوري هو حوالي 1.35 حضارة في السنة — وهذا يعني أنه إذا نشأت في المجرة سنويًا حضارتان تواصليتان على الأقل، فبعد مرور بعض الوقت قد تصبح المجرة بأكملها في حالة تشبع بالاتصالات.

فكرة ثنائية الاستقرار للتعداد المجري تتردد مع مفهوم "الصمت العظيم" من رواية ليو تسي شين "مشكلة الأجسام الثلاثة": قد تختبئ الحضارات لأن الاتصالات النشطة خطيرة، وقد تكون المجرة في حالة يصمت فيها الجميع رغم أن الحياة الذكية منتشرة على نطاق واسع.

العلماء
Ludwig BoltzmannHenri PoincaréJohn von NeumannJosiah Willard Gibbs
المفاهيم
معادلة برايس عمليات التطور المجري الأنظمة الديناميكية انحدار خطي معادلة بولتزمان المعادلات التفاضلية (Differential Equations) الديناميكا اللاخطية (Nonlinear Dynamics) وباء معادلات فريدمان قاعدة كوب المجرة نظرية الألعاب مناخ مشتقة زمنية التطور أنظمة معقدة العمليات العشوائية لا توازن stochastic dynamical system drought