اگر همه چیزهایی که میبینیم، میشنویم، لمس میکنیم، مزه میکنیم، بو میکنیم و درک میکنیم بخشی از یک شبیه سازی غول پیکر برای محدود نگه داشتن ما طراحی شده باشد، چه؟ و اگر موجوداتی که این شبیه سازی را ساخته اند جزء گونههای بیگانه بسیار پیشرفتهای باشند که شبیه سازی را ایجاد کرده اند تا بتوانند ما را مورد مطالعه قرار دهند و ما را تحت کنترل نگه دارند، چه اتفاقی میافتد؟
این اصل "فرضیه باغ وحش" است که یک راه حل پیشنهادی برای پارادوکس فرمی است. همچنین گاهی اوقات به عنوان فرضیه Planetarium به عنوان راهی برای روشن شدن اینکه منظور از شبیه سازی بزرگ حفاظت نیست بلکه کنترل است، نامیده میشود. علاوه بر این، نگهبانان باغ وحش در این سناریو شبیه سازی را طوری طراحی کرده اند که بشریت مشکوک به زندگی در قفس نشود.
در حالی که ممکن است این فرضیه شبیه داستان علمی تخیلی باشد (در واقع چنین است)، این ایده به عنوان بخشی از بحث بزرگتر در مورد فرضیه شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفته است. تا به امروز، مطالعات نظری متعددی انجام شده است تا مشخص شود آیا میتوان از قوانین فیزیک برای اثبات اینکه ما در واقعیت کاذب هستیم استفاده کرد. اما اگر ما در یک شبیه سازی زندگی میکنیم، خود فیزیک نیز بخشی از آن است، اینطور نیست؟
اگر قوانین فیزیک که ما آنها را میشناسیم در شبیه سازی در دنیای واقعی یکسان باشد، باید بتوانیم از آنها به نفع خود استفاده کنیم. اما اگر آنها به گونهای طراحی شده باشند که شبیه سازی را تقویت کنند، به احتمال زیاد چیزی به ما نمیگویند. از همه مهمتر، آنها احتمالاً به گونهای طراحی شده اند که ما را در قفس خود نگه دارند.
نام پارادوکس فرمی به افتخار فیزیکدان ایتالیایی-آمریکایی انریکو فرمی، پیشگام در توسعه انرژی هستهای که بخشی از پروژه منهتن بود، نامگذاری شده است. او در مکالمه با همکارانش در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس در سال ۱۹۵۰ بود که سوالی را مطرح کرد و یک بحث چند دههای را آغاز میکرد.
در دهه ۱۹۸۰ بود که اصطلاح "پارادوکس فرمی" ظاهر شد و تا حدی به دلیل آثار مایکل هارت و فرانک تایپلر بود. دانشمندان حدس هارت-تایپلر را مطرح کردند که میگوید اگر زندگی هوشمند در جهان فراگیر بود، بشریت تاکنون شواهدی از آن را مشاهده کرده بود؛ بنابراین، آنها استدلال کردند، بشریت تنها است.
به طور طبیعی، این حدس باعث ایجاد بسیاری از ضد استدلالها شد، مانند کارل ساگان و مقاله منکر ویلیام نیومن (ملقب به "پاسخ ساگان"). برای اولین بار، آنها در مورد سوگیریهای انسان دوستانه هارت و تایپلر، مفروضات ساده و ریاضی بحث کردند. همچنین، ساگان و نیومن تأکید کرد که بشریت هنوز شواهدی از هوش پیدا نکرده است و جستجو تازه آغاز شده بود.
این نظریه برای اولین بار در سال ۲۰۰۱ توسط دانشمند انگلیسی و نویسنده داستانهای علمی تخیلی سخت استفان باکستر ارائه شد. همانطور که او نظریه خود را در مقاله "فرضیه Planetarium: راه حلی برای پارادوکس فرمی" توصیف کرد: "یک راه حل احتمالی برای پارادوکس فرمی این است که ما در یک جهان مصنوعی زندگی میکنیم، شاید شکلی از" افلاک نما "واقعیت مجازی که به ما این توهم را میدهد که جهان خالی است. ملاحظات کوانتوم فیزیکی و ترمودینامیکی برآورد انرژی مورد نیاز برای ایجاد چنین شبیه سازیهایی با اندازهها و کیفیتهای مختلف را آگاه میسازد. شبیه سازی کامل جهان حاوی تمدن کنونی ما در محدوده فرهنگ فرازمینی نوع K۳ است. با این حال، مهار یک فرهنگ منسجم انسانی به وسعت ۱۰۰ سال نوری در یک شبیه سازی کامل، از ظرفیت هر مولد واقعیت مجازی قابل تصور فراتر میرود. "
فرهنگ نوع K۳ به مقیاس کارداشف، به طور خاص، به تمدنی اشاره میکند که به مقام نوع ۳ رسیده است. طبق طرح طبقه بندی کارداشف، چنین تمدنی تا حدی پیش میرفت که بتواند انرژی کل کهکشان و ساختارهای مهندسی خود را در مقیاس مساوی به کار گیرد.
برای این نوع تمدن، ساخت یک شبیه سازی عظیم مانند آنچه مکسول توصیف کرده است، نسبتاً آسان خواهد بود. مسلم است که چنین وضعیتی دقیقاً قابل آزمایش یا جعل نیست، بنابراین چرا به عنوان یک نظریه علمی تلقی نمیشود؟ اما بیایید این احتمال را در نظر بگیریم که قوانین فیزیک نشان میدهد که ما میتوانیم در یک شبیه سازی قرار بگیریم.
البنه این یک فرضیه علمی نیست و بیشتر یک تفکر است. به طور خاص، چهار روش وجود دارد که به موجب آن قوانین فیزیک گسترش زمین و تبدیل شدن به یک گونه فضایی را بسیار سخت میکند. آنها عبارتند از:
گرانش زمین
محیط فوق العاده فضایی
مقیاسهای لگاریتمی فاصله
نسبیت و سرعت نور (ج)
در ظاهر، فرضیه Planetarium به این سوال پاسخ میدهد که "چرا ما هیچ بیگانهای را نمیبینیم؟ آیا آنها قصد دارند ما ساکت کنند تا ما تشویق به بیرون رفتن و کاوش نشویم؟ اگر هیچ چیز دیگری نبود، آنها تلاش زیادی میکردند تا وجود خود را از ما پنهان کنند. از همه مهمتر، آیا آنها نمیخواهند اطمینان حاصل کنند که شبیه سازی دارای کنترلهایی است تا سرعت رشد ما را کند و کنترل کند؟
جاذبه چیز فوق العادهای است. جاذبه مانع پرواز ما به فضا میشود و اطمینان میدهد که استخوانها، ماهیچهها و اندامهای ما قوی و سالم باقی میمانند. اما در زمینه اکتشافات فضایی، گرانش میتواند کاملاً سرکوب کننده باشد! بر روی زمین، نیروی گرانش معادل ft ۳۲ فوت/ثانیه (۹.۸ متر بر ثانیه)، یا آنچه ما آن را یک گرم تعریف میکنیم، است.
برای رهایی هر چیزی از جاذبه زمین، باید به "سرعت فرار" ۶.۹۵ مایل بر ثانیه (۱۱.۱۸۶ کیلومتر بر ثانیه) رسید که حداکثر سرعت آن ۲۵.۰۲۰ مایل بر ساعت (۴۰.۲۷۰ کیلومتر در ساعت) است. دستیابی به این سرعت به مقدار زیادی انرژی نیاز دارد که به معنی مقدار زیادی سوخت پیشران است که به معنای یک فضاپیمای بزرگ با مخازن پیشران بزرگ است.
از یک طرف، این کمی دور باطل ایجاد میکند، جایی که فضاپیماهای بزرگ و با سوخت کامل بیشتر جرم پیشران هستند و تمام این وزن برای فرار از گرانش زمین به انرژی بیشتری (و پیشرانه بیشتر) نیاز دارد.
بین سالهای ۱۹۷۰ تا ۲۰۰۰، هزینه متوسط پرتاب یک پوند (۰.۴۵ کیلوگرم) به فضا ثابت و در حدود ۸۴۰۰ دلار در هر پوند (۱۸.۵۰۰ دلار در کیلوگرم) باقی ماند. حتی با وجود مزایای استفاده از موشکهای قابل استفاده مجدد در عصر مدرن، هزینه حمل بار و خدمه به فضا بین ۶۴۰ تا ۱۲۳۶ دلار برای هر پوند (۱۴۱۰ تا ۲۷۲۰ دلار برای هر کیلوگرم) است.
این امر محدودیتهایی را برای تعداد پرتابهای فضایی که میتوانیم انجام دهیم و همچنین انواع بارهای قابل حمل به فضا اعمال میکند. البته میتوان با ساخت آسانسور فضایی که هزینه آن را تا ۱۱۳ دلار در هر پوند (۲۵۰ دلار در کیلوگرم) کاهش میدهد، حل کرد. با این حال، هزینه ساخت این سازه بسیار زیاد خواهد بود و انواع چالشهای مهندسی را ارائه میدهد.
همچنین به این معنی است که محمولههایی که ما به فضا میفرستیم، بخش کوچکی از "جرم مرطوب" کلی موشک است. برای اینکه این موضوع را در دیدگاه خود قرار دهیم، ماژول آپولو ۱۱ قمری دارای مجموع جرم ۳۳، ۲۹۶ پوند (۱۵، ۱۰۳ کیلوگرم)، شامل مراحل صعود و فرود و پیشرانهها بود. مرحله فرود برای فرود به ۱۸، ۱۸۴ پوند (۸، ۲۴۸ کیلوگرم) نیاز داشت، اما جرم خشک آن فقط ۴، ۴۸۴ پوند (۲۰۳۴ کیلوگرم) بود.
در مجموع، برنامه آپولو (۱۹۶۰-۱۹۷۳) با تنظیم تورم ۲۸۰ میلیارد دلار هزینه داشت. با این حال، شش ماموریتی که روی ماه فرود آمدند تنها ۰.۳ درصد از جرم قبل از پرتاب خود را حمل کردند. عملیات ریاضی به این معناست که حمل و نقل یک پوند (یا ۱۳۸ دلار به ازای هر کیلوگرم) به سطح ماه برای ماندن بیش از ۶۲ میلیون دلار هزینه دارد.
با توجه به برنامه ریزی چندین آژانس فضایی برای ساختن ایستگاه بر روی ماه، برنامههای ایلان ماسک برای استعمار مریخ و پیشنهادات متعدد برای اعزام ماموریتهای خدمه دار، هزینه استفاده از موشکها را نجومی خواهد کرد. در این شرایط، واضح است که چرا برخی افراد اینقدر مشتاق ساختن آسانسور فضایی هستند!
از دیدگاه کاملاً فرضی، این نوع محدودیتها در صورت شبیه سازی کاملاً منطقی خواهند بود. اگر رفتن بشریت به فضا گسترش یابد، مطمئناً لبههای بیرونی سیاره زمین را خیلی زود پیدا میکنیم. چه راهی بهتر از جلوگیری از وقوع چنین اتفاقی برای ما وجود دارد که صرفاً خروج از زمین برای ما بسیار گران تمام شود؟
ما توسط جو ضخیم و کرکی خود از اشعه کیهانی و تابش خورشید محافظت میشویم. زمین همچنین دارای میدان مغناطیسی سیارهای است، چیزی که هیچ سیاره سنگی دیگری در منظومه شمسی ندارد. این نه تنها محافظت بیشتری در برابر اشعههای خورشیدی و کیهانی دارد، بلکه مانع از بین رفتن جو ما نیز توسط باد خورشیدی (مانند مریخ) میشود.
علاوه بر این، زمین به دور خورشید میچرخد و در آن نقطه شیرین معروف به "منطقه گلدلیک"، یا "منطقه قابل سکونت Circumsolar" است. این موضوع تضمین میکند که آب میتواند در حالت مایع در سطح سیاره ما وجود داشته باشد و ما از اثر گلخانهای فراری رنج نمیبریم، اینگونه است که زهره به مکان جهنمی امروز تبدیل شد.
به طور خلاصه، زمین سیارهای است که به نظر ایده آل برای ادامه حیات مناسب است. این را میتوان با یک نگاه به همسایگان نزدیک آن، مریخ و زهره که انتهای شدید طیف را نشان میدهند، نشان داد. یکی از آنها بسیار سرد و جو بسیار نازک دارد (مریخ)، در حالی که دیگری بسیار گرم و جو آن بسیار متراکم است (زهره)!
اما در اینجا، روی زمین، شرایط "درست است! " با این حال، خارج از سیاره دنج ما تهدیدها و خطرات فراوان است! نه تنها هر سیاره و ماه دیگری در منظومه شمسی ما با حیات ما دشمن است، بلکه به نظر میرسد فضای بین آنها نیز قصد کشتن ما را دارد!
خلاء
در فضا، هوا (یا بسیار نزدیک به آن) وجود ندارد. اگر ما امیدواریم که به فضا سفر کنیم، باید فضای تنفس خود را همراه داشته باشیم، همچنین مقدار زیادی غذا، آب و دارو. اگر ما به دنبال انجام ماموریتهای طولانی مدت در اعماق فضا یا زندگی در خارج از جو هستیم، باید کل زیست کره خود را با خود ببریم. این شامل تمام شکلهای زندگی در روی زمین است که منابع هوایی، غذایی، آب، انرژی و دمای پایدار را برای ما فراهم میکند.
دمای شدید
در محیط بدون هوا، درجه حرارت از یک افراط به دیگری متغیر است. به عنوان مثال، دمای پس زمینه کیهانی بسیار سرد است -۲.۷۳ K (-۴۵۵ درجه فارنهایت؛ ۲۷۰ درجه سانتی گراد)، یا فقط از "صفر مطلق" محروم است. اما در محیطهای با تابش زیاد، درجه حرارت میتواند به هزاران یا حتی میلیونها درجه برسد. در نتیجه، زیستگاههای فضایی و فضاپیماها باید به شدت عایق بندی شده و دارای کنترلهای زیست محیطی پیشرفته باشند.
تابش
حتی با وجود فضاپیماها و زیستگاههایی که میتوانند جو قابل تنفس را حفظ کنند و ما را در برابر درجه حرارت شدید محافظت کنند، هنوز موضوع تابش به داخل وجود دارد. بر روی زمین، مردم به طور متوسط در معرض ۲.۴ میلی سیورت (mSv) تابش یونیزه در روز قرار میگیرند، در حالی که بودن در فضا و قرار گفتن در معرض منابع خورشیدی و کیهانی میتواند بین ۵۰ تا ۲۰۰۰ mSv (۲۰ تا ۸۳۰ برابر بیشتر!) باشد. آنها ذرات ثانویه "دوش" ایجاد میکنند که میتواند به اندازه اشعههای خورشیدی و کیهانی کشنده باشد.
اگر بخواهیم سیاره خود را با یک افلاک نما مقایسه کنیم، فضا حصار یا دیوارهای شیشهای اطراف آن خواهد بود. هیچ علامت هشدار دهندهای وجود ندارد، اما ما از تجربه آموخته ایم که بیرون آمدن از دیوارها بسیار خطرناک است. هرکسی که هنوز جرات میکند باید برای زنده ماندن طولانی مدت بسیار جسور و خلاق باشد.
در فضا، فاصله از یک مرز به مرز دیگر همیشه در حال بیشتر شدن است. در حال حاضر، برنامههای متعددی برای ارسال مأموریتهای خدمه دار به مریخ وجود دارد که اغلب به عنوان "جهش بزرگ بعدی" پس از ماه توصیف میشود. بعد از آن چه میآید؟ منظومه شمسی بیرونی؟ نزدیکترین ستاره ها؟ نزدیکترین کهکشان؟
بین هر یک از این "جهش ها"، فاصلههای عظیمی وجود دارد که با سرعت نمایی افزایش مییابد. برای نشان دادن، جهشهای بزرگی را که تاکنون انجام داده ایم در نظر بگیرید و سپس آن را با آنهایی که امیدواریم در آینده انجام دهیم مقایسه کنید. اول، مرز رسمی فضا (معروف به خط کرمان) وجود دارد که به ارتفاع ۱۰۰ مایل (۱۰۰ کیلومتر) از سطح دریا مربوط میشود.
بشریت در اوایل دهه ۱۹۶۰ با برنامه وستوک شوروی و برنامه جیوه آمریکایی از این مرز فراتر رفت. در مرحله بعد، شما دارای مدار پایین زمین (LEO) هستید که ناسا آن را به عنوان ارتفاع ۱۲۴۲ مایل (۲۰۰۰ کیلومتر) تعیین کرده است و جایی است که فضاپیماها و ماهوارهها باید در مدار ثابت قرار داشته باشند. فضانوردان برای اولین بار به عنوان بخشی از برنامه جمینیهای ناسا در اواسط دهه ۱۹۶۰ به این ارتفاع رسیدند.
سپس ماه وجود دارد، که در طول برنامه آپولو در اواخر دهه ۶۰ و اوایل دهه ۷۰ به آن رسیدیم. ماه در فاصله ۲۳۸، ۸۵۴ مایل (۳۸۴، ۳۹۹ کیلومتر) به دور زمین میچرخد و تقریبا ۵۰ سال است که فضانوردان به این کره میروند. فاصله مریخ از زمین در طول زمان بین ۳۸.۶ میلیون مایل (۶۲.۱ میلیون کیلومتر) و ۲۴۹ میلیون مایل (۴۰۱ میلیون کیلومتر) است.
از نظر کیهانی، این فاصلهها معادل پیاده روی از خانه، از طریق حیاط جلویی و خیابان تا خانه همسایه است. چگونه فاصلهها جمع میشوند؟
حومه شهری: ۶۲ مایل (۱۰۰ کیلومتر)
LEO: ۱۲۴۲ مایل (۲۰۰۰ کیلومتر) - ۴۰ برابر بیشتر
ماه: ۲۳۸.۸۵۰ مایل (۳۸۴.۳۹۹ کیلومتر) - بیش از ۱۹۲ بار تا کنون
مریخ: به طور متوسط ۱۴۰ میلیون مایل (۲۲۵ میلیون کیلومتر) - بیش از ۵۸۵ بار تا کنون
حالا بیایید وانمود کنیم که میخواهید به بلوک بعدی بروید. این بدان معناست که به لبه منظومه شمسی برسید، به این معنی که ایستگاههایی تا تریتون (بزرگترین قمر نپتون)، پلوتو و کارون و دیگر اجسام کوچک در کمربند کوپر ایجاد کنید. از آنجا، جهشهای بعدی بین ستارهای و بین کهکشانی خواهد بود:
لبه منظومه شمسی: حدود ۲.۶۷ تا ۲.۸ میلیارد مایل (۴.۳ تا ۴.۵۵ میلیارد کیلومتر) - ۲۰۰۰ پوند
نزدیکترین ستاره (پروکسیما قنطورس): ۴.۲۴۶ سال نوری - ۹۰۰۰ بار
نزدیکترین کهکشان (آندرومدا): ۲.۵ میلیون سال نوری-۵۸۸.۷۲۰ پوند!
در سال ۱۹۰۵، آلبرت اینشتین نظریه نسبیت ویژه (SR) خود را ارائه داد که تلاش میکرد قوانین حرکت نیوتن را با معادلات الکترومغناطیس ماکسول تطبیق دهد. با این کار، انیشتین مانع بزرگی را که فیزیکدانان از اواسط قرن نوزدهم با آن سر و کار داشتند برطرف کرد. به طور خلاصه، SR به دو اصل میرسد:
قوانین فیزیک در تمام چارچوبهای مرجع اینرسی (بدون شتاب) یکسان است.
سرعت نور در خلا در همه فریمهای مرجع بدون در نظر گرفتن حرکت منبع نور یا ناظر یکسان است.
قوانین حرکتی نیوتن اجسام در حال استراحت یا حرکت با سرعت ثابت را به طور دقیق توصیف کرد. این مهم بود، زیرا نظریههای نیوتن و گالیله بر این ایده استوار بودند که چیزی به نام "فضای مطلق" وجود دارد. در این چارچوب، زمان و مکان واقعیتهای عینی و مستقل از یکدیگر بودند.
اما در مورد شتاب، اینشتین نشان داد که زمان نسبت به ناظر نسبی است و زمان و مکان به هیچ وجه متمایز نیستند. به عنوان مثال، در یک چارچوب مرجع شتاب دهنده (جایی که فرد به سرعت نور نزدیک میشود)، تجربه زمان برای ناظر کند میشود (اثری که به عنوان "اتساع زمان" شناخته میشود.)
علاوه بر این، نظریه اینشتین نشان داد که جرم و انرژی عبارتهای مشابهی از یک چیز هستند ("معادل جرم و انرژی") که توسط معادله معروف E = mc² نشان داده شده است. این بدان معناست که با نزدیک شدن یک جسم به سرعت نور، جرم اینرسی آن افزایش مییابد و برای شتاب بیشتر به انرژی بیشتری نیاز است.
همچنین به این معنی است که سرعت نور (ج) دست نیافتنی است، زیرا به مقدار بی نهایت انرژی نیاز دارد و جسم به جرم بی نهایت میرسد. حتی دستیابی به سفر نسبیتی (کسری از سرعت نور) با توجه به انرژی مورد نیاز، فوق العاده سخت است. در حالی که پیشنهاداتی ارائه شده است که یا گران قیمت هستند و یا نیاز به پیشرفت علمی از قبل دارند.
همچنین سرعت نور تأخیر زمانی را در ارتباطات ایجاد میکند. حتی در یک امپراتوری متوسط بین ستارهای (مثلاً ۱۰۰ سال نوری در هر جهت)، دویست سال طول میکشد تا زمین به یکی از بیرونیترین منظومههای خود پیامی ارسال و پاسخی دریافت کند. حتی اگر بتوانیم با ۹۹ درصد سرعت نور حرکت کنیم، باز هم فضاپیماها بیش از یک قرن طول میکشد تا به مشکلات موجود در حاشیه پاسخ دهند.
برای خدمهای که از یک لبه امپراتوری به طرف دیگر سفر میکنند، زمان سفر فقط چند سال احساس میشود. اما در آن زمان، نسلهای کلی متولد میشوند، میمیرند و حتی تمدنهای کل سیارهای نیز میتوانند فروپاشند؛ بنابراین حفظ "امپراتوری کهکشانی" یک امر فانتزی است و مانع هرگونه پیشرفتی میشود که نشان دهد چگونه FTL میتواند امکان پذیر باشد.
این یک راه عالی برای محدود کردن رشد یک تمدن است، به خصوص اگر شبیه سازی شبیه به ۹۳ میلیارد سال نوری از یک طرف به سر دیگر باشد، اما در واقع تنها چند سال نوری قطر دارد. حتی اگر مرزهای جهان شبیه سازی شده ما فراتر از منظومه شمسی باشد، زمان زیادی طول میکشد تا ما افراد را برای بررسی به آنجا بفرستیم!
البته هنوز این سوال خسته کننده وجود دارد که چگونه میتوانیم این نظریه را اثبات کنیم. در مقالهای که فرضیه Planetarium ارائه شد، مکسول به صراحت گفت که هرگز نمیتوان به هر دو صورت این فرضیه را اثبات کرد. در حالی که برخی از محققان روشهای مختلفی را برای آزمایش این فرضیه و "نظریه شبیه سازی" به طور کلی پیشنهاد کرده اند، اما در خوش بینی آنها اشکالات آشکاری وجود دارد.
در طول مناظره یادبود اسحاق آسیموف ۲۰۱۶، لیزا رندال، فیزیکدان، دیدگاههای خود را در مورد فرضیه شبیه سازی و اینکه آیا میتوان آن را اثبات کرد، خلاصه کرد. همانطور که او گفت: "ما جواب آن را نمیدانیم و فقط به انجام علم میپردازیم تا زمانی که شکست بخورد. ما سعی میکنیم تا آنجا که میتوانیم آن را بفهمیم. "
در عین حال، گمانه زنیهای سرگرم کنندهای وجود داذد و همانطور که استفن باکستر نشان داد، این یک داستان علمی تخیلی عالی است!