ExpansorenWerden sich expandierende Zivilisationen im Universum begegnen?

Wenn Zivilisationen sich immer weiter ausbreiten, füllt sich dann das Universum? Diese Seite behandelt harte Schritte, die Geschwindigkeit der Expansionsfront, Horizonte und das Modell der gefräßigen Aliens (Grabby Aliens).

Wenn manche Zivilisationen ewig expandieren, warum haben wir sie nicht gesehen? Ein Modell von Robin Hanson und Kollegen aus dem Jahr 2021 gibt eine ungewöhnliche Antwort. Wir erscheinen so „früh“, weil expandierende Zivilisationen das Universum rasch füllen werden und Nachzüglern wenig Zeit bleibt. Der Kanal „Expansoren“ im Spiel macht aus diesem Modell ein Bild: eine Front, die mit 80 % der Lichtgeschwindigkeit vorrückt, auf die Milchstraße zu.

Diese Seite behandelt zuerst, was das Modell tatsächlich sagt, dann warum eine Front „schneller als das Licht“ wirken kann, wie die Vorwarnzeit berechnet wird und wie die kosmische Expansion Zivilisationen voneinander isoliert. Am Ende steht eine Skizze des Szenarios im Spiel. Klar gesagt: Das Modell ist eine Hypothese, und nie wurde eine expandierende Zivilisation beobachtet.

Warum wir „zu früh“ erscheinen

  • Früh ankommen: Das Universum ist erst 13,8 Milliarden Jahre alt, aber kleine Rote Zwerge können Billionen Jahre lang stetig leuchten. Könnte Leben in jeder Ära entstehen, wären wir bemerkenswert früh aufgetaucht. Hanson und Kollegen erklären es so: Expandierende Zivilisationen werden das Universum in nicht allzu ferner Zukunft füllen.
  • Harte Schritte: Die Geschichte des Lebens auf der Erde hat einige äußerst unwahrscheinliche Schritte: den Ursprung des Lebens, die eukaryotische Zelle, die geschlechtliche Fortpflanzung, vielzellige Tiere, Intelligenz. Jeder kann ein langes Warten auf Glück erfordern. Das Modell nutzt etwa sechs Schritte.
  • Stille Zivilisationen: Dasselbe Modell besagt auch, dass nicht expandierende „stille Zivilisationen“ sehr selten sind. Damit es in der Milchstraße auch nur eine gäbe, müsste die Wahrscheinlichkeit, dass eine stille Zivilisation zu einer expandierenden wird, unter eins zu zehntausend liegen.

Das Bild des Universums im Modell

  • Die Hälfte des Universums vergeben: Expandierende Zivilisationen könnten bereits 40 % bis 50 % des Universums nach Volumen besetzen, und jede wird schließlich etwa 100.000 bis 30 Millionen Galaxien kontrollieren. Wir würden ihnen in etwa 200 Millionen bis 2 Milliarden Jahren begegnen.
  • Zwei Seifenblasen: Das Modell nimmt an, dass Expansoren stoppen, wenn sie auf einen anderen Expansor treffen. Zwei Blasen drücken sich aneinander und lassen zwischen sich eine Grenze, die sich kaum bewegt.
  • Bogen am Himmel: Wenn die Ränder expandierender Zivilisationen am Himmel nicht offensichtlich sind, könnten wir viele sehr lange Kreisbögen finden.
  • Sternenlicht ernten: Eine Zivilisation, die eine Galaxie kontrolliert, kann etwa 10³⁷ Watt nutzen, das ist eine Kardaschow-Typ-III-Zivilisation. Sammelt sie Sternenlicht und gibt die Abwärme ab, wird die Galaxie im sichtbaren Licht dunkler und im Infraroten heller.

Wie schnell die Front ist, wie kurz die Vorwarnung

Je langsamer die Expansion, desto leichter ist sie zu sehen, bevor sie ankommt. Dass keine expandierende Zivilisation gesehen wurde, legt nahe, dass ihre Fronten schnell sind, mit einem großen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit.

Etwas, das mit nahezu Lichtgeschwindigkeit auf dich zukommt, kann schneller als das Licht wirken: Es kommt fast zusammen mit seinem eigenen Licht an. Das Hubble-Teleskop maß im Jet der Galaxie M87 eine Bewegung, die etwa das 6-Fache der Lichtgeschwindigkeit zu betragen scheint. Die Vorwarnzeit ist also extrem kurz: Das Licht der Front kommt nur „Entfernung mal (Verhältnis von Lichtgeschwindigkeit zu Frontgeschwindigkeit minus eins)“ Jahre vor der Front selbst an. Bei 80 % der Lichtgeschwindigkeit siehst du sie erst, wenn sie das letzte Viertel ihres Weges zurückgelegt hat.

Kosmische Expansion isoliert Zivilisationen

Das Universum expandiert beschleunigt. Ein Signal, das heute von jenseits etwa 16,5 Milliarden Lichtjahren gesendet wird, kann uns nie erreichen. Je weiter die Expansoren sich ausbreiten, desto mehr gleichen sie Bewohnern verschiedener Universen. Zu deiner eigenen Front: Bei 99 % der Lichtgeschwindigkeit vergeht auf dem Schiff 1 Jahr, während draußen etwa 7 Jahre vergehen, je schneller das Schiff, desto mehr Galaxien kann es also beanspruchen, bevor die andere Front ankommt.

Die Idee im Spiel

Was folgt, ist Spielfiktion. Der Kanal wird entdeckt, indem man „Horizontkartierung“ im Baum des Jenseits freischaltet oder die Hauptzivilisation „Galaktische Kolonisierung“ abschließt. Im Szenario enthalten die Daten der Horizontkartierung einen sehr langen Kreisbogen, der zu keiner bekannten Struktur gehört. Jenseits des Bogens werden Galaxien im sichtbaren Licht dunkler und im Infraroten heller, und jemand erntet das Licht von Sternen. Ihre Front rückt mit 80 % der Lichtgeschwindigkeit vor, auf die Milchstraße zu, in einer Entfernung von etwa 1,8 Milliarden Lichtjahren.

Die Mechanik nutzt eine kosmische Uhr: Jedes Mal, wenn die Hauptzivilisation ein Hauptlinien-Ereignis der interstellaren Zivilisation abschließt, altert das Universum um einen Schritt und die Front kommt näher. Wenn die Hauptzivilisation eine „Kardaschow-Typ-III“-Zivilisation wird, erreicht die Front die Milchstraße. Weil sie fast mit Lichtgeschwindigkeit vorrückt, kann die Hauptzivilisation sie nur sehr kurz vor ihrer Ankunft sehen. Die drei Enden des Kanals sind Reservat, Verschmelzung und Grenze. All das ist Fiktion.

Verwandter Roman

  • Schilds Leiter (Greg Egan, 2002): Vakuumzerfall ist echte Physik (Coleman 1977; Coleman und De Luccia 1980), und eine echte Vakuumblase würde sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausdehnen. Im Roman erzeugt ein Physikexperiment versehentlich eine neue Art von Vakuum, das sich mit halber Lichtgeschwindigkeit nach außen ausdehnt und alles auf seinem Weg verschlingt.

Verwandte reale Forschung

Die folgenden Studien betreffen die kosmische Expansion, die Klassifizierung von Zivilisationen und die Fermi-Frage. Sie sind verwandte echte Wissenschaft, kein Beleg dafür, dass es Expansoren gibt.

  • Mit fernen Supernovae als „Standardkerzen“ fanden Forscher heraus, dass sich die Expansion des Universums beschleunigt, und die dunkle Energie hielt Einzug in die Physik. Die Arbeit erhielt 2011 den Nobelpreis (Riess et al., The Astronomical Journal, 1998).
  • Ein zweites Team kam unabhängig zum selben Schluss: Irgendeine Form von Energie im Universum treibt die beschleunigte Expansion an (Perlmutter et al., The Astrophysical Journal, 1999).
  • Eine ausreichend fortgeschrittene Zivilisation könnte ihren Stern umschließen, und wir könnten solche Zivilisationen an anomaler Infrarotstrahlung finden (Dyson, Science, 1960).
  • Zivilisationen, nach der nutzbaren Energie in drei Typen eingeteilt: planetar, stellar und galaktisch (Kardaschow, Soviet Astronomy, 1964).
  • Wären außerirdische Zivilisationen häufig, hätten sie sich längst über die Milchstraße ausgebreitet, also sind wir vielleicht die ersten (Hart, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 1975).

Reale Grundlage

  • Bogen am Himmel: 2021 sagten Hanson und Kollegen voraus: Falls die Grenzen expandierender Zivilisationen am Himmel nicht auffallen, könnten wir dennoch viele sehr lange Bögen über den Himmel finden.

  • Früh dran: Das Universum ist erst 13,8 Milliarden Jahre alt, doch kleine Rote Zwerge können billionen Jahre lang stetig leuchten. Kann Leben in jeder Epoche entstehen, sind wir seltsam früh dran. Die Erklärung von Hanson und Kollegen: Expandierende Zivilisationen werden das Universum in nicht allzu ferner Zukunft füllen und Nachzüglern wenig Zeit lassen.

  • Schwere Schritte: In der Geschichte der Erde gab es mehrere sehr unwahrscheinliche Schritte: den Ursprung des Lebens, eukaryotische Zellen, geschlechtliche Fortpflanzung, mehrzellige Tiere, Intelligenz ... jeder kann lange auf sein Glück warten. Das Modell von Hanson und Kollegen verwendet etwa sechs Schritte.

  • Tempo der Front: Je langsamer eine Expansion, desto wahrscheinlicher wird sie vor ihrer Ankunft gesehen. Wir haben bisher keine expandierende Zivilisation gesehen, was darauf hindeutet, dass ihre Fronten schnell sind, mit einem beträchtlichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit.

  • Scheinbare Überlichtgeschwindigkeit: Etwas, das mit fast Lichtgeschwindigkeit frontal heranrückt, wirkt schneller als das Licht: Es kommt fast zusammen mit seinem eigenen Licht an. Das Hubble-Weltraumteleskop maß im Jet der Galaxie M87 eine scheinbare Bewegung von etwa dem 6-Fachen der Lichtgeschwindigkeit.

  • Das halbe Universum vergeben: Das Modell von Hanson und Kollegen besagt, dass expandierende Zivilisationen schon 40 % bis 50 % des Universumsvolumens besetzt haben könnten und jede am Ende etwa 100 000 bis 30 Millionen Galaxien kontrolliert; wir würden ihnen in etwa 200 Millionen bis 2 Milliarden Jahren begegnen.

  • Vorwarnzeit: Ist die Front D Lichtjahre entfernt und rückt mit der Geschwindigkeit v vor, kommt ihr Licht nur D×(1/v−1) Jahre vor der Front selbst an. Bei 80 % der Lichtgeschwindigkeit siehst du sie erst, wenn sie das letzte Viertel der Strecke schon zurückgelegt hat.

  • Stille Zivilisationen: Dasselbe Modell besagt auch, dass nicht expandierende „stille Zivilisationen“ sehr selten sind. Damit in der Galaxis auch nur eine existiert, muss die Wahrscheinlichkeit, dass eine stille Zivilisation zu einer expandierenden wird, unter eins zu zehntausend liegen.

  • Sternenlicht ernten: Eine Zivilisation, die eine Galaxie beherrscht, kann etwa 10³⁷ Watt Leistung nutzen: Das ist Kardaschow-Typ III. Sammelt sie das Sternenlicht ein und gibt es als Abwärme wieder ab, wird die Galaxie im sichtbaren Licht schwächer und im Infrarot heller.

  • Zwei Seifenblasen: Das Modell von Hanson und Kollegen nimmt an, dass ein Expansor anhält, wenn er auf einen anderen Expansor trifft. Zwei aneinandergedrückte Blasen lassen zwischen sich eine fast unbewegte Grenze.

  • Briefe, die nicht zurückkommen: Das Universum dehnt sich immer schneller aus. Jenseits von etwa 16,5 Milliarden Lichtjahren von uns kann ein heute gesendetes Signal uns nie erreichen. Je weiter die Expansoren auseinanderdriften, desto mehr leben sie in verschiedenen Universen.

  • Deine Front: Bei 99 % der Lichtgeschwindigkeit vergeht an Bord 1 Jahr und draußen etwa 7. Je schneller die Schiffe der Hauptzivilisation, desto mehr Galaxien kann sie beanspruchen, bevor die Front eintrifft.

  • Schilds Leiter (Greg Egan, 2002), die Wissenschaft: Die Theorie des Vakuumzerfalls ist echte Physik (Coleman 1977, Coleman und De Luccia 1980); eine echte Vakuumblase würde sich fast mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnen.

Verwandte Forschung

Diese Studien hängen mit dem Thema zusammen, belegen diese Seite aber nicht direkt.

  • Beschleunigte Expansion: Mit fernen Supernovae als „Standardkerzen“ fanden sie heraus, dass sich die Ausdehnung des Universums beschleunigt. Die Dunkle Energie betrat die Bühne, und die Arbeit gewann 2011 den Nobelpreis.

    Quelle: Riess et al., The Astronomical Journal 1998, "Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant"

  • 42 Supernovae: Ein anderes Team kam unabhängig zum selben Schluss: Eine Energie im Universum treibt die beschleunigte Expansion an.

    Quelle: Perlmutter et al., The Astrophysical Journal 1999, "Measurements of Omega and Lambda from 42 high-redshift supernovae"

  • Dyson-Sphäre: Eine hinreichend fortgeschrittene Zivilisation könnte ihren Stern umhüllen, und wir könnten sie an anomaler Infrarotstrahlung finden.

    Quelle: Dyson, Science 1960, "Search for artificial stellar sources of infrared radiation"

  • Skala der Zivilisationen: Ordnet Zivilisationen nach der nutzbaren Energie drei Typen zu: planetar, stellar und galaktisch.

    Quelle: Kardashev, Soviet Astronomy 1964, "Transmission of information by extraterrestrial civilizations"

  • Wo sind sie?: Wären außerirdische Zivilisationen häufig, müssten sie die Galaxie längst füllen. Daraus folgerte Hart, dass wir vielleicht die ersten sind.

    Quelle: Hart, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 1975, "An explanation for the absence of extraterrestrials on Earth"

Spielfiktion (erfunden)

  • Knoten „Bogen am Himmel“: In den Daten der Horizontkartierung gehört ein Bogen zu keiner bekannten Struktur.
  • Knoten „Geschwindigkeit der Grenze“: Sie misst sich auf 80 % der Lichtgeschwindigkeit.
  • Knoten „Illusion der Überlichtgeschwindigkeit“: Etwas, das mit 80 % der Lichtgeschwindigkeit auf dich zukommt, scheint sich mit der 4-fachen Lichtgeschwindigkeit zu bewegen.
  • Knoten „Sternenlicht ernten“: Die Galaxien, durch die sie ziehen, sehen genau so aus.
  • Knoten „Zwei Seifenblasen“: Zwischen ihnen und einer anderen Expansoren-Zivilisation gibt es bereits eine solche Grenze.
  • Knoten „Deine Grenze“: Die Hauptzivilisation hat ebenfalls begonnen, sich auszubreiten.
  • Knoten „Vor der Begegnung“: Bis zur Begegnung der Grenzen dauert es noch einige hundert Millionen Jahre.
  • Knoten „Begegnung“: Die beiden Grenzen treffen sich am Rand der Milchstraße.
  • Kanal-Ende „Reservat“: Die Grenze hielt vor der Milchstraße an und umging sie. Auf der Sternkarte der Expansoren ist die Milchstraße als Reservat markiert: Eine Zivilisation, die sich nicht ausbreitet, ist es wert, in Ruhe beobachtet zu werden. Das ist eine Version der „Zoo-Hypothese“.
  • Kanal-Ende „Verschmelzung“: Die beiden Grenzen verschmelzen und drängen gemeinsam weiter zum Horizont. Die Geschichte der Hauptzivilisation wird zu einem Kapitel in der einer größeren Zivilisation.
  • Kanal-Ende „Grenze“: Die Grenze hielt am Rand der Milchstraße an, wie der Film zwischen zwei Seifenblasen. Das Sternenlicht auf beiden Seiten der Grenze wird nie wieder berührt.
  • Zusammenfassung des Romans Schilds Leiter: Ein physikalisches Experiment erzeugt versehentlich eine neue Art von Vakuum, das sich mit halber Lichtgeschwindigkeit nach außen ausdehnt und alles auf seinem Weg verschlingt. Zwanzigtausend Jahre später suchen die Menschen noch immer nach einem Weg, damit umzugehen.
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