Vào những năm 1950, nhà vật lý nổi tiếng Enrico Fermi đã đặt ra câu hỏi gói gọn một trong những câu hỏi hóc búa nhất trong Tìm kiếm trí thông minh ngoài Trái đất (SETI): ở đâu mọi người đều chết? Ý anh ta là, với tuổi của Vũ trụ (13,8 tỷ năm), số lượng thiên hà cực lớn (từ 1 đến 2 nghìn tỷ đồng) và tổng số hành tinh, tại sao loài người vẫn không tìm thấy bằng chứng về trí thông minh ngoài Trái đất?
Câu hỏi này, được biết đến với cái tên Parad Fermi Nghịch lý, là điều mà các nhà khoa học tiếp tục suy ngẫm. Trong một nghiên cứu mới, một nhóm nghiên cứu từ Đại học Rochester cho rằng có lẽ Biến đổi khí hậu là lý do. Sử dụng một mô hình toán học dựa trên Anthropocene, họ đã xem xét cách các nền văn minh và hệ thống hành tinh cùng phát triển và liệu các loài thông minh có khả năng sống bền vững với môi trường của chúng hay không.
Nghiên cứu có tựa đề là Anthropocene được khái quát hóa: Sự phát triển của các nền văn minh Exo và phản hồi hành tinh của họ, gần đây đã xuất hiện trên tạp chí khoa học Sinh vật học. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Adam Frank, giáo sư vật lý và thiên văn học tại Đại học Rochester, với sự hỗ trợ của Jonathan Carroll-Nellenback (một nhà khoa học tính toán cao cấp tại Rochester) Marina Alberti của Đại học Washington và Axel Kleidon của Max Viện Planck cho hóa sinh.
Ngày nay, Biến đổi khí hậu là một trong những vấn đề cấp bách nhất mà loài người phải đối mặt. Nhờ những thay đổi đã diễn ra trong vài thế kỷ qua - tức là cuộc cách mạng công nghiệp, tăng trưởng dân số, sự phát triển của các trung tâm đô thị và phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch - con người đã có tác động đáng kể đến hành tinh. Trên thực tế, nhiều nhà địa chất gọi thời đại hiện nay là Kỷ nguyên Anthropocene vì nhân loại đã trở thành nhân tố lớn nhất ảnh hưởng đến sự tiến hóa của hành tinh.
Trong tương lai, dân số dự kiến sẽ còn tăng hơn nữa, đạt khoảng 10 tỷ vào giữa thế kỷ và hơn 11 tỷ vào năm 2100. Vào thời điểm đó, số người sống trong các trung tâm đô thị cũng sẽ tăng đáng kể, tăng từ 54% lên 66% vào giữa thế kỷ. Như vậy, câu hỏi về cách hàng tỷ người có thể sống bền vững đã trở thành một điều ngày càng quan trọng.
Giáo sư Frank, cũng là tác giả của cuốn sách mới Ánh sáng của các vì sao: Thế giới ngoài hành tinh và Số phận của Trái đất (dựa trên nghiên cứu này), đã thực hiện nghiên cứu này với các đồng nghiệp của mình để giải quyết vấn đề Biến đổi khí hậu trong bối cảnh sinh học. Như ông đã giải thích trong một thông cáo báo chí của Đại học Rochester:
Sinh học Astrobiology là nghiên cứu về cuộc sống và khả năng của nó trong bối cảnh hành tinh. Điều đó bao gồm nền văn minh exo hoặc những gì chúng ta thường gọi là người ngoài hành tinh. Nếu chúng ta không phải là nền văn minh đầu tiên của vũ trụ, điều đó có nghĩa là có khả năng sẽ có những quy tắc cho số phận của một nền văn minh trẻ như sự tiến bộ của chúng ta.
Lấy ví dụ về Anthropocene, người ta có thể thấy các hệ thống hành tinh văn minh cùng phát triển như thế nào và một nền văn minh có thể gây nguy hiểm như thế nào thông qua sự tăng trưởng và mở rộng - trong cái được gọi là bẫy tiến bộ. Về cơ bản, khi các nền văn minh phát triển, chúng tiêu thụ nhiều tài nguyên trên hành tinh, điều này gây ra những thay đổi trong điều kiện hành tinh. Theo nghĩa này, số phận của một nền văn minh bắt nguồn từ cách họ sử dụng tài nguyên trên hành tinh của họ.
Để minh họa quá trình này, Frank và các cộng tác viên của ông đã phát triển một mô hình toán học xem xét các nền văn minh và các hành tinh nói chung. Như giáo sư Frank đã giải thích:
Phần quan trọng là nhận ra rằng lái xe thay đổi khí hậu có thể là một cái gì đó chung chung. Các định luật vật lý đòi hỏi rằng bất kỳ dân số trẻ nào, xây dựng một nền văn minh sử dụng nhiều năng lượng như chúng ta, sẽ có phản hồi về hành tinh của nó. Nhìn thấy sự thay đổi khí hậu trong bối cảnh vũ trụ này có thể cho chúng ta cái nhìn sâu sắc hơn về những gì mà xảy ra với chúng ta bây giờ và làm thế nào để đối phó với nó.
Mô hình này cũng dựa trên các nghiên cứu trường hợp về các nền văn minh đã tuyệt chủng, bao gồm ví dụ nổi tiếng về những gì đã trở thành cư dân của Rapa Nui (còn gọi là Đảo Phục Sinh). Theo các nghiên cứu khảo cổ học, người dân Nam Thái Bình Dương bắt đầu xâm chiếm hòn đảo này trong khoảng từ 400 đến 700 CE và dân số của nó đạt đỉnh 10.000 vào khoảng 1200 đến 1500 CE.
Tuy nhiên, đến thế kỷ 18, cư dân đã cạn kiệt tài nguyên và dân số giảm xuống chỉ còn 2000. Ví dụ này nêu lên khái niệm quan trọng được gọi là khả năng mang theo, đó là số lượng tối đa các loài mà môi trường có thể hỗ trợ. Như Frank đã giải thích, Biến đổi khí hậu về cơ bản là cách Trái đất phản ứng với sự mở rộng của nền văn minh của chúng ta:
Nếu bạn trải qua biến đổi khí hậu thực sự mạnh mẽ, thì khả năng mang vác của bạn có thể giảm xuống, bởi vì, ví dụ, nông nghiệp quy mô lớn có thể bị phá vỡ mạnh mẽ. Hãy tưởng tượng nếu biến đổi khí hậu khiến mưa ngừng rơi ở Trung Tây. Chúng tôi sẽ có thể trồng lương thực và dân số của chúng tôi sẽ giảm đi.
Sử dụng mô hình toán học của họ, nhóm nghiên cứu đã xác định bốn kịch bản tiềm năng có thể xảy ra trên một hành tinh. Chúng bao gồm kịch bản Die-Off, kịch bản bền vững, kịch bản sụp đổ không thay đổi tài nguyên và kịch bản sụp đổ với thay đổi tài nguyên. bên trong Chết đi kịch bản, dân số và trạng thái hành tinh (ví dụ, nhiệt độ trung bình) tăng rất nhanh.
Điều này cuối cùng sẽ dẫn đến đỉnh điểm dân số và sau đó giảm nhanh khi điều kiện hành tinh thay đổi khiến phần lớn dân số khó sống sót hơn. Cuối cùng, một mức dân số ổn định sẽ đạt được, nhưng nó sẽ chỉ là một phần của dân số cao nhất. Kịch bản này xảy ra khi các nền văn minh không sẵn sàng hoặc không thể thay đổi từ các nguồn tài nguyên có tác động cao (tức là dầu, than, khai thác) sang các nguồn bền vững (năng lượng tái tạo).
bên trong Sự bền vững kịch bản, dân số và điều kiện hành tinh đều tăng, nhưng cuối cùng đi kèm với các giá trị ổn định, do đó tránh được mọi ảnh hưởng thảm khốc. Kịch bản này xảy ra khi các nền văn minh nhận ra rằng những thay đổi môi trường đe dọa sự tồn tại của họ và thực hiện thành công quá trình chuyển đổi từ các nguồn lực có tác động cao sang bền vững.
Hai kịch bản cuối cùng - Thu gọn mà không thay đổi tài nguyên và Thu gọn với thay đổi tài nguyên - khác nhau về một khía cạnh quan trọng. Trước đây, dân số và nhiệt độ đều tăng nhanh cho đến khi dân số đạt đến đỉnh và bắt đầu giảm nhanh - mặc dù không rõ liệu loài này có sống sót hay không. Sau này, dân số và nhiệt độ tăng nhanh, nhưng dân số nhận ra sự nguy hiểm và thực hiện quá trình chuyển đổi. Thật không may, sự thay đổi đến quá muộn và dân số sụp đổ bằng mọi cách.
Hiện tại, các nhà khoa học không thể nói với bất kỳ sự tự tin nào trong số những số phận này sẽ là khuôn mặt của loài người. Có lẽ chúng ta sẽ thực hiện quá trình chuyển đổi trước khi quá muộn, có lẽ là không. Nhưng trong lúc này, Frank và các đồng nghiệp hy vọng sẽ sử dụng các mô hình chi tiết hơn để dự đoán các hành tinh sẽ phản ứng thế nào với các nền văn minh và các cách khác nhau mà họ tiêu thụ năng lượng và tài nguyên để phát triển.
Từ điều này, các nhà khoa học có thể tinh chỉnh dự đoán của họ về những gì đang chờ chúng ta trong thế kỷ này và thế kỷ tới. Chính trong thời gian này, những thay đổi quan trọng sẽ diễn ra, bao gồm sự gia tăng dân số nói trên và nhiệt độ tăng đều đặn. Chẳng hạn, dựa trên hai kịch bản đo CO2 tăng vào năm 2100, NASA chỉ ra rằng nhiệt độ toàn cầu có thể tăng 2,5 ° C (4,5 ° F) hoặc 4,4 ° C (8 ° F).
Trong kịch bản trước đây, khi mức CO2 đạt tới 550 ppm vào năm 2100, những thay đổi sẽ là bền vững. Nhưng trong kịch bản thứ hai, khi nồng độ CO2 đạt 800 ppm, những thay đổi sẽ gây ra sự gián đoạn rộng rãi cho các hệ thống mà hàng tỷ người phụ thuộc vào sinh kế và sự sống của họ. Tồi tệ hơn thế, cuộc sống sẽ trở nên khó lường ở một số khu vực trên thế giới, dẫn đến những cuộc khủng hoảng lớn và nhân đạo.
Ngoài việc đưa ra một giải pháp khả thi cho Nghịch lý Fermi, nghiên cứu này cung cấp một số lời khuyên hữu ích cho con người. Bằng cách nghĩ về các nền văn minh và các hành tinh nói chung - có thể là Trái đất hoặc ngoại hành tinh - các nhà nghiên cứu sẽ có thể dự đoán tốt hơn những thay đổi nào sẽ cần thiết cho nền văn minh của loài người để tồn tại. Như Frank đã cảnh báo, điều hết sức cần thiết là nhân loại phải huy động ngay bây giờ để đảm bảo rằng tình huống xấu nhất không xảy ra ở đây trên Trái đất:
Nếu bạn thay đổi khí hậu trái đất đủ, bạn có thể không thể thay đổi lại. Ngay cả khi bạn lùi lại và bắt đầu sử dụng năng lượng mặt trời hoặc các tài nguyên ít ảnh hưởng khác, thì cũng có thể là quá muộn, vì hành tinh này đã thay đổi. Những mô hình này cho thấy chúng ta có thể chỉ cần nghĩ về một dân số đang phát triển. Chúng ta phải suy nghĩ về các hành tinh và nền văn minh cùng phát triển.
Và hãy chắc chắn thưởng thức video này đề cập đến nghiên cứu của Giáo sư Frank và nhóm của ông, với sự giúp đỡ của Đại học Rochester:
