وقتی فضا سکوت می‌کند: ارزش نتایج منفی در جستجوی حیات
تصور کنید که ما با صرف هزینه و زمان بسیار زیاد، به جستجوی نشانه‌ای از حیات در فضا می‌پردازیم، اما هیچ چیز پیدا نمی‌کنیم. در این صورت، چه اتفاقی می‌افتد؟ گروهی از محققان گرد هم آمده‌اند تا ارزش علمی یک “نتیجه‌ی پوچ” را بررسی کنند و دریابند که چگونه این نتیجه می‌تواند میزان نادر بودن حیات در جهان را آشکار سازد.حتی اگر هیچ حیاتی در سیارات دیگر یافت نشود، طراحی هوشمندانه یک بررسی و آمار دقیق می‌تواند میزان فراوانی یا نادر بودن حیات در کیهان را مشخص کند. فرض کنید ده‌ها سیاره‌ی دور را اسکن می‌کنیم، اما هیچ موجود زنده‌ای پیدا نمی‌کنیم. تیمی تحقیقاتی به سرپرستی دکتر دانیل آنگرهاوزن، فیزیکدان گروه سیارات فراخورشیدی و قابلیت سکونت در ETH زوریخ و وابسته به مؤسسه‌ی SETI، این سوال را بررسی کرده‌اند. آن‌ها پرسیده‌اند اگر مأموریت‌های فضایی آینده هیچ نشانه‌ای از حیات پیدا نکنند، چه اطلاعاتی می‌توانیم درباره‌ی حیات در جهان کسب کنیم؟مطالعه‌ی جدید آن‌ها که امروز (۷ آوریل ۲۰۲۵) در مجله‌ی The Astronomical Journal منتشر شده و زیر نظر مرکز ملی شایستگی در تحقیقات سوئیس، PlanetS انجام شده، از یک رویکرد آماری بیزی برای تخمین تعداد سیاراتی که باید مشاهده شوند تا بتوان نتیجه‌گیری‌های معناداری درباره‌ی فراوانی دنیاهای مسکونی داشت، استفاده می‌کند.
چه تعداد سیاره کافی است؟
محققان دریافتند که اگر ۴۰ تا ۸۰ سیاره‌ی فراخورشیدی شبیه زمین بررسی شوند و هیچ‌کدام نشانه‌ای از حیات نشان ندهند (که به آن “نتیجه‌ی پوچ” بی‌نقص گفته می‌شود)، می‌توانیم با اطمینان نتیجه‌گیری کنیم که کمتر از ۱۰ تا ۲۰ درصد سیارات مشابه میزبان حیات هستند. در کهکشان خودمان، این ۱۰ درصد همچنان به حدود ۱۰ میلیارد سیاره‌ی بالقوه قابل سکونت تبدیل می‌شود. حتی بدون کشف حیات، این نوع نتیجه به دانشمندان اجازه میدهد تا یک حد بالایی معنادار برای میزان فراوانی حیات در کل کیهان تعیین کنند، چیزی که تا کنون دست‌نیافتنی بوده است.اما یک نکته هم وجود دارد. حتی یک “نتیجه‌ی پوچ” بی‌نقص نیز با ابهاماتی همراه است که می‌تواند بر اعتبار نتیجه‌گیری‌ها تأثیر بگذارد. یک نوع ابهام، “ابهام تفسیری” است که شامل خطر منفی‌های کاذب می‌شود؛ یعنی مواردی که نشانه‌های حیات وجود دارند، اما ما نمی‌توانیم آن‌ها را تشخیص دهیم. نوع دیگر، “ابهام نمونه” است که شامل جهت‌گیری در نوع سیاراتی می‌شود که برای مشاهده انتخاب می‌کنیم. برای مثال، اگر نمونه شامل سیاراتی باشد که واقعاً قابلیت پشتیبانی از حیات را ندارند، نتایج می‌توانند گمراه‌کننده باشند. درک و در نظر گرفتن این ابهامات برای نتیجه‌گیری‌های علمی درست از مأموریت‌های آینده‌ی سیاره‌یابی بسیار مهم است.
سؤال‌های دقیق، پاسخ‌های دقیق
به گفته‌ی دکتر آنگرهاوزن: “فقط این مهم نیست که چه تعداد سیاره را مشاهده می‌کنیم، بلکه مهم این است که سؤال‌های درستی بپرسیم و چقدر مطمئن باشیم که می‌توانیم چیزی را که به دنبالش می‌گردیم، ببینیم یا نبینیم. اگر مراقب نباشیم و در توانایی‌هایمان برای تشخیص حیات بیش از حد اعتماد به نفس داشته باشیم، حتی یک تحقیق بزرگ هم می‌تواند به نتایج گمراه‌کننده منجر شود.”
این ملاحظات برای مأموریت‌های آینده مانند مأموریت بین‌المللی Large Interferometer for Exoplanets (LIFE) که توسط ETH زوریخ رهبری می‌شود، بسیار مهم است. هدف LIFE بررسی ده‌ها سیاره‌ی فراخورشیدی شبیه به زمین از نظر جرم، شعاع و دما است. این کار با مطالعه‌ی جو آن‌ها برای یافتن نشانه‌های آب، اکسیژن و حتی نشانه‌های زیستی پیچیده‌تر انجام می‌شود. به گفته‌ی آنگرهاوزن و همکارانش، خبر خوب این است که تعداد برنامه‌ریزی شده‌ی مشاهدات آنقدر زیاد است که می‌توان نتیجه‌گیری‌های مهمی درباره‌ی میزان شیوع حیات در محله‌ی کهکشانی زمین انجام داد.با این حال، این مطالعه تأکید می‌کند که حتی ابزارهای پیشرفته هم برای اطمینان از معنادار بودن آماری نتایج، نیاز به در نظر گرفتن و کمّی‌سازی دقیق ابهامات و جهت‌گیری‌ها دارند. برای مثال، نویسندگان برای رفع ابهام نمونه اشاره می‌کنند که سؤال‌های خاص و قابل اندازه‌گیری مانند “چه کسری از سیارات سنگی در منطقه‌ی قابل سکونت یک منظومه‌ی شمسی نشانه‌های واضحی از بخار آب، اکسیژن و متان نشان می‌دهند؟” بهتر از سؤال بسیار مبهم “چند سیاره حیات دارند؟” هستند.
دیدگاه‌های بیزی در مقابل فراوانی‌گرا
آنگرهاوزن و همکارانش همچنین بررسی کرده‌اند که چگونه دانش قبلی فرض شده (که در آمار بیزی به آن “پیشینه” گفته می‌شود) درباره‌ی متغیرهای مشاهده‌شده، بر نتایج تحقیقات آینده تأثیر می‌گذارد. برای این منظور، آن‌ها نتایج چارچوب بیزی را با نتایج یک روش دیگر به نام رویکرد فراوانی‌گرا مقایسه کرده‌اند که پیشینه ندارد. برای نوع حجم نمونه‌ی مورد نظر مأموریت‌هایی مانند LIFE، تأثیر پیشینه‌های انتخاب‌شده بر نتایج تحلیل بیزی محدود است و در این سناریو، این دو چارچوب نتایج قابل مقایسه‌ای ارائه می‌دهند.به گفته‌ی امیلی گاروین، دانشجوی دکترای گروه کوانتز: “در علم کاربردی، آمار بیزی و فراوانی‌گرا گاهی به عنوان دو مکتب فکری رقیب تفسیر می‌شوند. من به عنوان یک آمارشناس، دوست دارم آن‌ها را به عنوان راه‌های جایگزین و مکمل برای فهمیدن دنیا و تفسیر احتمالات در نظر بگیرم. تغییرات جزئی در هدف‌های علمی یک تحقیق ممکن است به روش‌های آماری متفاوتی برای ارائه‌ی یک جواب قابل اعتماد و دقیق نیاز داشته باشد. ما می‌خواستیم نشان دهیم که چگونه رویکردهای متمایز یک درک مکمل از یک مجموعه‌ی داده‌ی یکسان ارائه می‌دهند و به این ترتیب یک نقشه‌ی راه برای اتخاذ چارچوب‌های مختلف ارائه دهیم.”
قدرت فقط یک کشف
این کار نشان میدهد که چرا فرموله‌کردن سؤال‌های تحقیق درست، انتخاب روش‌شناسی مناسب و اجرای طرح‌های نمونه‌گیری دقیق برای یک تفسیر آماری قابل اعتماد از نتیجه‌ی یک مطالعه بسیار مهم است. به گفته‌ی آنگرهاوزن: “یک تشخیص مثبت همه‌چیز را عوض می‌کند، اما حتی اگر حیاتی پیدا نکنیم، می‌توانیم کمّی‌سازی کنیم که سیارات دارای نشانه‌های زیستی قابل تشخیص چقدر می‌توانند کمیاب یا رایج باشند.این تحقیق نشان میدهد که اگر پس از جستجوی فراوان در فضا، هیچ موجود زنده‌ای پیدا نکنیم، نباید ناامید شویم. زیرا حتی همین “هیچ” هم می‌تواند اطلاعات ارزشمندی به ما بدهد. برای به دست آوردن نتیجه‌ای درست از این “هیچ”، باید سؤال‌های درستی بپرسیم، روش تحقیق مناسبی انتخاب کنیم و به ابهامات و جهت‌گیری‌ها توجه داشته باشیم.
نظرات کاربران