lundi 11 juillet 2016

Extraterrestres : le paradoxe de Fermi n'aurait rien de paradoxal


« Notre galaxie doit pulluler de civilisations, alors où sont-elles ? ». C’est en ces termes que le grand physicien Enrico Fermi (prix Nobel 1938) a énoncé en 1950 ce qui restera comme le « paradoxe de Fermi », disant que nous aurions déjà dû avoir la visite ou au moins le contact de civilisations extraterrestres d'après leur nombre calculé.
Maintenant que nous en savons un peu plus sur les chiffres que l’on peut utiliser pour essayer de quantifier le nombre de civilisations intelligentes dans notre Galaxie, il est intéressant de voir si le paradoxe de Fermi est véritablement un paradoxe. Une telle analyse statistique des éléments de base du « paradoxe de Fermi » a été menée dans ce but par une petite équipe de l’Université de Cornell aux Etats-Unis et a été présentée en juin dernier lors de la réunion bi-annuelle de l’American Astronomical Society. Elle montre que le paradoxe n’a rien de paradoxal…




A partir du calcul de la fréquence d’apparition d’une vie intelligente développant des technologies de communication électromagnétiques, et en se fondant sur le principe de médiocrité qui postule (à juste titre) que la Terre est une planète banale en orbite autour d’une étoile banale dans une zone sans particularité de la Galaxie, qui elle-même est une galaxie on ne peut plus classique parmi toutes celles que nous pouvons observer, Evan Solomonides et Yervant Terzian considèrent logiquement que pour qu’une civilisation intelligente curieuse de découvrir d’autres civilisations intelligentes s’intéresse à nous, et donc chercherait à nous contacter (voire nous rendre visite), celle-ci rechercherait des signes, non pas simplement de présence de vie (comme la présence d’oxygène ou de molécules complexes, voire de végétation), mais des signes de vie intelligente. En effet, les planètes qui doivent montrer des indices de présence de vie (sans intelligence) devraient être en nombre beaucoup trop énorme pour pouvoir être systématiquement investiguées une par une par une quelconque civilisation exploratrice.
Le signe le plus évident de l’évolution intelligente d’une civilisation, qui est visible depuis des distances intra-galactiques (jusqu’à 100 000 années-lumière, pour faire court) est sans conteste l’émission électromagnétique artificielle : les ondes radio produites par nos communications (radio, télévision et autres…).

Nous connaissons le nombre approximatif d’étoiles qui se trouvent dans notre Galaxie : 200 milliards. Parmi toutes ces étoiles entourées de multiples planètes, le nombre de planètes semblables à la Terre et situées dans une zone propice au développement d’organismes vivants (avec pour premier critère la présence d’eau liquide) a été évalué à partir des découvertes d’exoplanètes depuis 20 ans. Il est estimé à 80 milliards.
Dans notre seule galaxie, il y aurait donc 80 milliards d’endroits pouvant abriter une forme de vie. Evidemment, pour que ces zones « habitables » abritent réellement des formes de vie et que ces organismes soient des formes intelligentes évoluées curieuses et capables de détecter nos émissions électromagnétiques, d’autres probabilités entrent en jeu : la probabilité (P1) que des molécules organiques se trouvent sur le corps « habitable », puis la probabilité (P2) pour que ces molécules organiques soient capables de former une complexité vivante de plus en plus évoluée et résistant sur une longue durée, et enfin la probabilité (P3) pour que la vie complexe ainsi formée aboutisse à des organismes intelligents ayant pu développer une technologie évoluée et cherchant activement d’autres civilisations intelligentes.
Bien évidemment nous ne connaissons pas encore avec précision la valeur de chacune de ces trois probabilités. La seule chose que nous connaissons avec certitude est la valeur minimale du produit P1xP2xP3. Etant donné que nous sommes une civilisation intelligente ayant développé des technologies et cherchant activement d’autres civilisations, il en existe donc au moins une dans notre Galaxie : nous. Le produit des trois probabilités est donc nécessairement supérieur ou égal à 1/80 000 000 000, soit 1,25 10-11. Soit dit en passant, cette probabilité n’est pas très élevée. On peut s’amuser à donner une valeur à P1, P2, et P3, sachant qu’elles devraient a priori avoir des valeurs décroissantes : par exemple avec P1 = 1%, P2=0,1% et P3=0,01%, la probabilité cumulée serait de 10-9, ce qui donnerait un nombre de civilisations intelligentes dans notre galaxie de 80. Je le redis : aujourd’hui, nous ne connaissons absolument pas la valeur de chacune de ces trois probabilités.

Evan Solomonides et Yervant Terzian vont beaucoup plus loin dans leur analyse du paradoxe de Fermi : ils court-circuitent la probabilité P3 en partant du principe que toute forme de vie complexe a une probabilité de 100% de devenir intelligente et technologiquement avancée (avec nous comme exemple). Dans leur calcul, les chercheurs construisent une expression mathématique reliant la fréquence d’apparition de la vie intelligente en fonction de la distance de parcours de leurs signaux électromagnétiques en considérant que la proportion du volume de la galaxie qui a été atteinte par toutes ces émissions est inférieure à la moitié (si elle était supérieure, nous aurions déjà détecté quelque chose). 

Ils montrent ainsi que le paradoxe de Fermi n’est pas un paradoxe, mais qu’il est tout à fait normal que nous n’ayons pas encore été contactés. Pas encore... Car Solomonides et Terzian font un calcul statistique et montrent  (avec ces critères tout de même très très optimistes a priori), que le contact devrait avoir lieu dans 1500 ans dans 50% des cas…
Pour parvenir à ce nombre, la démarche a consisté à évaluer le nombre d’étoiles qui sont atteintes par les rayonnements électromagnétiques que nous produisons depuis à peine 100 ans. Les premières émissions radio à même de partir dans l’espace remontent en fait aux années 1930, soit il y a environ 80 ans. Ces premiers signaux ont ainsi parcouru une distance de 80 années-lumière autour de la Terre (disons autour du Soleil). Aujourd’hui, le volume de la galaxie qui pourrait savoir que nous existons est une bulle de seulement 80 années-lumière de rayon… On connaît la densité locale d’étoiles dans le voisinage proche du soleil, elle vaut 0,004 étoile par année-lumière cube. La bulle de nos émissions électromagnétiques contient donc environ 8500 étoiles, et donc environ 3550 planètes « habitables ». Cela peut paraître beaucoup, mais c’est totalement dérisoire vis-à-vis de la Galaxie entière. Ce volume atteint par nos émissions contient seulement 4,25 10-6 % de toutes les étoiles de notre galaxie.
Selon le principe de médiocrité, Solomonides et Terzian appliquent les mêmes paramètres pour les autres civilisations, ce qui permet d’évaluer, à partir de la contrainte sur le volume total de la galaxie couvert par toutes ces émissions électromagnétiques (moins de 50%), les valeurs de la probabilité d’apparition d’une vie intelligente développée et la longueur moyenne de la bulle d’émission électromagnétique avant contact entre deux civilisations. Les chercheurs ajoutent un critère conservatif disant que nous émettons depuis une durée égale à 5% de la moyenne des autres civilisations, pour arriver à la valeur de la distance de contact de 1580 années-lumière et à la probabilité d’apparition de la vie intelligente de 2,52 10-6. En considérant cette fréquence et les durées historiques estimées, Solomonides et Terzian calculent le nombre de civilisations intelligentes dans notre Galaxie au nombre de 210.
En considérant ensuite le principe de médiocrité à son extrême, c’est-à-dire que nous n’aurions tellement rien de spécial que nous serions représentatifs, en moyenne, de toutes les autres civilisations intelligentes, ces dernières auraient donc en moyenne chacune une bulle d’émission électromagnétique de 80 années-lumière, ce qui, en sommant sur le nombre de civilisations calculé, ne représenterait que 0,125% du volume de la Galaxie (l’aire du plan galactique, pour être précis), autrement dit : une proportion quasi insignifiante.

Le paradoxe de Fermi ne serait donc pas un paradoxe, mais une réalité statistique : les civilisations intelligentes seraient probablement plusieurs dizaines dans notre galaxie, mais cette dernière est très vaste à l’échelle des signaux électromagnétiques, et les civilisations intelligentes, pour la plupart d’entre elles, n’ont simplement pas encore eu l’opportunité de se détecter les unes les autres du fait de la distance qui les sépare. 

Pour nous, selon les chercheurs de Cornell, le contact devrait avoir lieu dans les 1500 prochaines années avec 50% de chance (ou de malchance). On peut néanmoins toujours écouter ce qui se passe là-haut, des fois que… Quant à d’éventuels contacts entre civilisations de galaxies différentes, ce n’est même pas la peine d’y songer !

Source : 

Evan Solomonides and Yervant Terzian
A Probabilistic Analysis of the Fermi Paradox
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1604/1604.07687.pdf


Illustrations :

1) E.T (S. Spielberg,/ Universal Picure Amblin Entertainment)
2) Enrico Fermi ( Argonne National Laboratory)
3) Rencontres du troisième type (S. Spielberg/ Columbia Pictures)
4) Contact (R. Zemeckis/Warner Bros.)

6 commentaires :

pascal fallecker a dit…

En fait, tout le problème est dans l’énoncé même du dit paradoxe....
Car celui-ci est basé sur le fait que nous n'avons encore eu aucun contact , ou aucune visite...Ce que nous ne pouvons, naturellement, ni infirmer, ni confirmer... De la découlent toutes sortes de théories voire d'équations, mais qui n'ont pas lieu d'être, puisque établies a partir d'un dogme... Refaite les calculs en partant du fait, par exemple, que la Terre a été visitée , par "hasard", 1,2 ou 3 ou 4 fois (amusons nous)....Ces probabilités ne tiennent plus. Non ??

sixenligne atmo a dit…

210 civilisations dans la galaxie et on ne les rencontrera pas de mon vivant... ça c'est une p**** de déception!!!
Donc pour une fois, j'espère que ces chercheurs se sont bien plantés.

joss p a dit…

mais des civilisation ont pu apparaitre il y a bien plus longtemps que la notre alors ne pourrait on pas capter des signaux d'elles à l'heure actuelle?

Dr Eric SIMON a dit…

Bien sûr que l'on pourrait capter leurs signaux, mais il se trouve qu'on ne les capte pas. C'est cette absence qui permet de faire des déductions sur la quantité de civilisations présentes (à différentes époques) dans notre galaxie.

Yann a dit…

L'idée du Principe de médiocrité me plait beaucoup, il nous résume tout entier, nous et nos petites théories fumeuses (ou fumantes), petits vermisseaux que nous sommes qui croyons dur comme fer que notre réflexion va nous sortir de tout...Ho ho ho...Et si penser n'était qu'une altération du vivant ?!? Ce que nous appelons "intelligence" en est-ce vraiment ?!? Les autres formes de vies sont beaucoup plus réussis et accomplis que nous en réalité, et nul besoin d'avoir un gros cerveau pour le constater...

Nicolas Richard a dit…

Joss p énonce le fait que des civilisations ont pu émettre depuis fort longtemp. J'ajouterais que l'aspect temporel est peu évoqué lorsqu'on parle du paradoxe de Fermi. Pourtant les étoiles et les planètes ont des existances beaucoup plus longues a priori que les espèces vivantes. Alors, de toutes les civilisations potentielles évoquées statistiquement pourrait-on dire que certaines ont existé et sont disparues et que d'autres n'existent pas encore ? Pourquoi devraient-elle toutes exister dans le présent ?