Ακούγοντας εξωγήινο Μπλα Μπλα
Αν κάποιος ψάχνει για σήματα από έναν εξωγήινο πολιτισμό, γιατί να μην εξασκηθεί σε μερικά από τα μη ανθρώπινα συστήματα επικοινωνίας που είναι ήδη γνωστά στον δικό μας πλανήτη; Οι φάλαινες έχουν ένα παγκόσμιο σύστημα επικοινωνίας για εκατομμύρια χρόνια—μεγαλύτερο από το Homo sapiens έχει μάλιστα υπάρξει. Οι μέλισσες, οι οποίες επικοινωνούν εν μέρει με το χορό, είχαν δημοκρατικές συζητήσεις για τα καλύτερα μέρη για να σμήνωναν εκατομμύρια χρόνια πριν οι άνθρωποι καταλήξουν στη δημοκρατία ως πολιτικό σύστημα. Και άλλα παραδείγματα πολλά. Κανένα άτομο που γνωρίζω και να έχει μελετήσει το σύστημα επικοινωνίας άλλου ζώου δεν έχει καταλήξει ποτέ στο συμπέρασμα ότι το είδος ήταν πιο χαζό από όσο πίστευαν προηγουμένως.
Μέσω της μελέτης της επικοινωνίας με τα ζώα, οι συνάδελφοί μου και εγώ έχουμε αναπτύξει ένα νέο είδος ανιχνευτή, ένα φίλτρο «επικοινωνιακής νοημοσύνης», για να προσδιορίσουμε εάν ένα σήμα από το διάστημα προέρχεται από έναν τεχνολογικά προηγμένο πολιτισμό ή όχι. Οι περισσότερες προηγούμενες προσπάθειες του SETI (Αναζήτηση για Εξωγήινη Νοημοσύνη) έχουν αναζητήσει ραδιοφωνικές μεταδόσεις με στενή ζώνη συχνοτήτων ή οπτικά σήματα που αναβοσβήνουν πολύ γρήγορα. Από όσα γνωρίζουμε για την αστροφυσική, τέτοιες μεταδόσεις θα ήταν σαφώς τεχνητές και η ανακάλυψή τους θα υποδείκνυε τεχνολογία ικανή να μεταδώσει ένα σήμα σε διαστρικές αποστάσεις. Οι προσπάθειες του SETI γενικά απορρίπτουν ραδιοφωνικά σήματα ευρείας ζώνης και πιο αργούς οπτικούς παλμούς, των οποίων η προέλευση είναι λιγότερο προφανής. Αν και αυτά τα σήματα μπορεί κάλλιστα να προέρχονται από νοήμονα όντα, μπορεί επίσης να προέρχονται από φυσικές πηγές ραδιοκυμάτων, όπως τα διαστρικά νέφη αερίου, και δεν έχουμε έναν καλό τρόπο να πούμε τη διαφορά.
Με απλά λόγια, μπορεί κάλλιστα να λάβαμε ένα μήνυμα από έξυπνα όντα και να το παραμελήσαμε επειδή δεν ανταποκρινόταν στις προσδοκίες μας για το πώς θα έπρεπε να είναι ένα σήμα. Και ίσως αυτός είναι ο λόγος που δεν έχουμε ακόμη εντοπίσει διαστρικές επικοινωνίες σε 50 χρόνια αναζήτησης.
Την τελευταία μιάμιση δεκαετία, οι συνάδελφοί μου και εγώ αναζητήσαμε έναν καλύτερο τρόπο. Εφαρμόζουμε τη θεωρία της πληροφορίας σε συστήματα επικοινωνίας ανθρώπων και ζώων και τώρα μπορούμε να πούμε ότι συγκεκριμένα είδη θα μπορούσαν να επικοινωνούν περίπλοκες ιδέες, παρόλο που δεν ξέρουμε τι λένε. (Χρησιμοποιούμε τον όρο «σύστημα επικοινωνίας» για να μην προδικάζουμε εάν άλλα είδη έχουν γλώσσα με την ανθρώπινη έννοια.) Η σύνθετη επικοινωνία ακολουθεί γενικούς συντακτικούς κανόνες που αποκαλύπτουν αυτό που θα μπορούσε να ονομαστεί περιεχόμενο νοημοσύνης. Εάν έχουμε ένα αρκετά μεγάλο δείγμα του μηνύματος, μπορούμε να ποσοτικοποιήσουμε τον βαθμό πολυπλοκότητάς του ή τη δομή κανόνων. Στα μαθηματικά της θεωρίας της πληροφορίας, αυτή η δομή ονομάζεται «εντροπία υπό όρους πληροφορίας» και αποτελείται από μαθηματικές σχέσεις μεταξύ των στοιχειωδών μονάδων επικοινωνίας, όπως τα γράμματα και τα φωνήματα. Στην καθημερινή ομιλία, αναγνωρίζουμε αυτή τη δομή ως γραμματική και, σε ακόμη πιο βασικό επίπεδο, ως συσκευασία ήχων σε λέξεις και προτάσεις. Για πρώτη φορά, εμείς στο Ινστιτούτο SETI στο Mountain View της Καλιφόρνια, αρχίσαμε να αναζητούμε αυτήν τη δομή στα δεδομένα SETI.
Οι συνάδελφοί μου Brenda McCowan και Sean F. Hanser στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Davis και εγώ αποφασίσαμε να μελετήσουμε είδη που ήταν κοινωνικά πολύπλοκα και εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την ακουστική επικοινωνία, χρησιμοποιώντας ηχητικά σήματα που μπορούσαμε να ταξινομήσουμε εύκολα. Έτσι, τα τρία πρώτα θεματικά μας είδη ήταν τα ρινοδέλφινα (Tursiops truncatus ), πίθηκοι σκίουροι (Saimiri sciureus ), και τις φάλαινες (Megaptera novaeangliae ).
Μια πτυχή της ανθρώπινης γλωσσολογίας που προέκυψε από πρώιμες στατιστικές μελέτες γραμμάτων, λέξεων και φωνημάτων είναι γνωστή ως ο νόμος του Zipf, από τον γλωσσολόγο George Zipf του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ. Στο αγγλικό κείμενο, υπάρχουν περισσότερα e από t, περισσότερα t από a και ούτω καθεξής, μέχρι το λιγότερο συχνό γράμμα, "q". Εάν κάποιος απαριθμήσει τα γράμματα από το "e" στο "q" με φθίνουσα σειρά συχνότητας και σχεδιάσει τις συχνότητές τους σε ένα γράφημα log-log, μπορεί να χωρέσει τις τιμές με μια γραμμή 45 μοιρών, δηλαδή με μια γραμμή με κλίση από –1. Αν κάποιος κάνει το ίδιο πράγμα με κείμενο που αποτελείται από κινεζικούς χαρακτήρες, παίρνει επίσης μια κλίση –1. Και το ίδιο ισχύει με τα γράμματα, τις λέξεις ή τα φωνήματα μιας συνομιλίας στα Ιαπωνικά, Γερμανικά, Χίντι και σε δεκάδες άλλες γλώσσες. Το μωρό βαβούρα όχι υπακούστε στο νόμο του Zipf. Η κλίση του είναι μικρότερη από –1 γιατί οι ήχοι ξεχύνονται σχεδόν τυχαία. Αλλά καθώς τα παιδιά μαθαίνουν τη γλώσσα τους, η κλίση σταδιακά γέρνει προς τα πάνω και φτάνει στο -1 περίπου στην ηλικία των 24 μηνών.
Σύμφωνα με τους μαθηματικούς γλωσσολόγους, αυτή η κλίση –1 υποδηλώνει ότι μια δεδομένη σειρά ήχων ή γραπτών συμβόλων περιέχει αρκετή πολυπλοκότητα για να αποτελέσει μια γλώσσα. Είναι μια απαραίτητη αλλά όχι επαρκής συνθήκη, που σημαίνει ότι αυτό είναι το πρώτο τεστ για την πολυπλοκότητα, αλλά όχι μια απόδειξη. Σύμφωνα με τον ίδιο τον Zipf, ο λόγος για αυτήν την κλίση –1 είναι μια αντιστάθμιση που ονόμασε «αρχή της ελάχιστης προσπάθειας». Επιτυγχάνει ισορροπία μεταξύ του πομπού, ο οποίος θα ήθελε να δαπανήσει τη μικρότερη ποσότητα ενέργειας για την αποστολή του σήματος, και του δέκτη, ο οποίος θα ήθελε τον περισσότερο πλεονασμό για να διασφαλίσει ότι ελήφθη ολόκληρο το μήνυμα.
Το κλειδί για την εφαρμογή της θεωρίας πληροφοριών είναι η απομόνωση των μονάδων σηματοδότησης. Για παράδειγμα, απλώς σχεδιάζοντας όλες τις τελείες και τις παύλες στον κώδικα Μορς θα έχουμε μια κλίση Zipf περίπου –0,2. Αλλά αν κάποιος λάβει πολλές κουκκίδες και παύλες ως στοιχειώδεις μονάδες—κουκκίδα, παύλα, παύλα και παύλα, καθώς και μεγαλύτερες ακολουθίες—η κλίση κλίνει προς το –1, αντικατοπτρίζοντας τον τρόπο με τον οποίο κωδικοποιούνται τα γράμματα του αλφαβήτου σε αυτό το σύστημα . Με αυτόν τον τρόπο, μπορεί κανείς να αντιστρέψει ποιες είναι οι αρχικές ενότητες νοήματος.
Οι περισσότεροι γλωσσολόγοι υπέθεταν ότι ο νόμος του Zipf ήταν χαρακτηριστικό μόνο των ανθρώπινων γλωσσών. Έτσι, ήμασταν πολύ ενθουσιασμένοι που διαπιστώσαμε ότι, όταν σχεδιάσαμε τη συχνότητα εμφάνισης των σφυριγμάτων ρινοδέλφιν σε ενήλικες, ότι και αυτοί υπάκουαν στο νόμο του Zipf! Αργότερα, όταν γεννήθηκαν δύο μωρουδιακά δελφίνια στο Marine World στην Καλιφόρνια, καταγράψαμε τα σφυρίγματα των βρεφών τους και ανακαλύψαμε ότι είχαν την ίδια κλίση του νόμου Zipf με το βρεφικό μωρό. Έτσι, τα μωρά δελφίνια σφυρίζουν και πρέπει να μάθουν το σύστημα επικοινωνίας τους με τρόπο που δεν διαφέρει από τον τρόπο που τα μωρά άνθρωποι μαθαίνουν τις γλώσσες τους. Όταν τα δελφίνια έφτασαν την ηλικία των 12 μηνών, η συχνότητα εμφάνισης της κατανομής των σφυριγμάτων τους είχε επίσης κλίση –1.
Αν και δεν έχουμε ακόμη αποκρυπτογραφήσει τι λένε τα ρινοδέλφινα, συνεχίσαμε να διαπιστώσουμε ότι αυτά και οι φάλαινες έχουν ένα σύστημα επικοινωνίας με εσωτερική πολυπλοκότητα που προσεγγίζει αυτή των ανθρώπινων γλωσσών. Αυτή η πολυπλοκότητα καθιστά την επικοινωνία ανθεκτική. Κάθε πλάσμα που ανταλλάσσει πληροφορίες πρέπει να είναι σε θέση να το κάνει παρά τον θόρυβο του περιβάλλοντος, τα παρεμβαλλόμενα εμπόδια και άλλα αποτελέσματα που παρεμβαίνουν στη διάδοση του σήματος. Η ανθρώπινη γλώσσα είναι δομημένη ώστε να παρέχει πλεονασμό. Στο πιο βασικό επίπεδο, αυτή η δομή καθορίζει την πιθανότητα να εμφανιστεί ένα δεδομένο γράμμα. Αν σας πω ότι σκέφτομαι μια λέξη, μπορείτε να μαντέψετε ότι το πρώτο γράμμα είναι "t", καθώς αυτό είναι το πιο συνηθισμένο πρώτο γράμμα των λέξεων στα αγγλικά. Η εικασία σας θα ήταν ασφαλής, αλλά όχι πολύ κατατοπιστική. Θα μπορούσαμε να πούμε ότι το έπαιξες καλά με την εικασία σου. Αν αντ 'αυτού μαντέψετε το γράμμα "q" και έχετε δίκιο, λαμβάνετε κάποιες πραγματικές πληροφορίες σχετικά με τη λέξη που σκέφτομαι αν η λέξη αρχίζει, πράγματι, με το γράμμα "q."
Τώρα κάντε αυτό ένα βήμα παραπέρα. Αν σας έλεγα ότι το γράμμα που σκέφτομαι είναι το δεύτερο γράμμα σε μια λέξη της οποίας το πρώτο γράμμα είναι "q", θα μαντεύατε αμέσως το γράμμα "u". Γιατί; Γιατί ξέρετε ότι αυτά τα δύο γράμματα πάνε μαζί με σχεδόν 100 τοις εκατό πιθανότητα στα αγγλικά. Για να μαντέψετε τι λείπει, χρησιμοποιείτε όχι μόνο την πιθανότητα να εμφανιστεί ένα γράμμα, αλλά το υπό όρους πιθανότητα μεταξύ αυτών των δύο γραμμάτων—δηλαδή, η πιθανότητα «u» δίνεται ότι το γράμμα «q» έχει ήδη εμφανιστεί. Ο εγκέφαλός μας χρησιμοποιεί πιθανότητες υπό όρους όποτε χρειάζεται να διορθώσει σφάλματα στις μεταδόσεις, όπως ξεθωριασμένο κείμενο σε ένα αντίγραφο χαρτιού με χαμηλό τόνο ή μπερδεμένες λέξεις σε μια θορυβώδη τηλεφωνική κλήση.
Για αγγλικές λέξεις, οι πιθανότητες υπό όρους μπορούν να καθοριστούν έως και εννέα λέξεις στη σειρά. Εάν σας λείπει μια λέξη, μπορείτε πιθανώς να τη μαντέψετε από το περιεχόμενο. Εάν σας λείπουν δύο λέξεις στη σειρά, μπορείτε συχνά να τις ανακτήσετε από το περιβάλλον. Ως σύντομο παράδειγμα, πάρτε μια πρόταση που λείπει μια λέξη:"Πώς τα πάτε (κενό) σήμερα;" Μπορούμε εύκολα να συμπληρώσουμε τη λέξη που λείπει «εσείς» από τους κανόνες που γνωρίζουμε για την αγγλική γλώσσα. Τώρα σκεφτείτε μια πρόταση που λείπει δύο λέξεις:«Πώς (κενό) (κενό) τα πάτε σήμερα;» Θα μπορούσε να είναι:"Πώς είναι ο Τζο σήμερα;" Υπάρχουν όμως και άλλες δυνατότητες. Σαφώς, όσο περισσότερες λέξεις λείπουν, τόσο πιο δύσκολο είναι να τις συμπληρώσετε από τα συμφραζόμενα και τόσο μικρότερη είναι η υπό όρους πιθανότητα μεταξύ τους. Για τον περισσότερο ανθρώπινο γραπτό λόγο, οι εξαρτήσεις υπό όρους εξαφανίζονται όταν λείπουν περίπου εννέα λέξεις στη σειρά. Με 10 λέξεις που λείπουν, κανείς πραγματικά δεν έχει ιδέα ποιες θα μπορούσαν να είναι αυτές οι λέξεις που λείπουν. Στη γλώσσα της θεωρίας της πληροφορίας, η ανθρώπινη εντροπία λέξεων φτάνει περίπου στην ένατη τάξη.
Ανακαλύψαμε αυτές τις υπό όρους πιθανότητες και στα συστήματα επικοινωνίας των ζώων. Για παράδειγμα, ηχογραφούσαμε τους ήχους των φαλαινών στη νοτιοανατολική Αλάσκα με τον Φρεντ Σαρπ του Ιδρύματος Φάλαινας της Αλάσκας. Οι καμπούρες φημίζονται για τα τραγούδια τους, τα οποία ηχογραφούνται συνήθως όταν πάνε στη Χαβάη για να ζευγαρώσουν. Οι κλήσεις που κάνουν στην Αλάσκα είναι πολύ διαφορετικές:τροφοδοτούν κλήσεις που προορίζονται να συλλέξουν ψάρια σε δίχτυα φτιαγμένα από φυσαλίδες και κοινωνικές κλήσεις αντί για τραγούδια. Ηχογραφήσαμε αυτές τις φωνές παρουσία και απουσία θορύβου από το σκάφος. Υπολογίσαμε τον βαθμό στον οποίο το κανάλι του ωκεανού λειτουργούσε σαν στατικό σε μια τηλεφωνική γραμμή. Στη συνέχεια χρησιμοποιήσαμε τη θεωρία πληροφοριών για να ποσοτικοποιήσουμε πόσο θα έπρεπε οι φάλαινες να επιβραδύνουν τις φωνές τους προκειμένου να διασφαλιστεί η λήψη των μηνυμάτων χωρίς σφάλματα.
Όπως ήταν αναμενόμενο, με τον θόρυβο των σκαφών, οι φάλαινες επιβράδυναν τον ρυθμό της φωνής τους, όπως ακριβώς θα έκανε κανείς όταν μιλούσε στο τηλέφωνο με θόρυβο στο βάθος. Αλλά επιβράδυναν στις εκπομπές τους μόνο κατά τα τρία πέμπτα περίπου από αυτό που θεωρητικά έπρεπε να κάνουν για να εξασφαλίσουν ότι ολόκληρο το μήνυμα θα λαμβανόταν χωρίς παρεξηγήσεις. Πώς κατάφεραν να μην επιβραδύνουν τις φωνές τους όσο φαινόταν ότι απαιτούσε το επίπεδο θορύβου; Το σκεφτήκαμε αυτό για κάποιο χρονικό διάστημα πριν καταλάβουμε ότι το σύστημα επικοινωνίας τους πρέπει να έχει αρκετή δομή κανόνων για να ανακτήσει τα τελευταία δύο πέμπτα του σήματος. Οι καμπούρες εκμεταλλεύονταν τις υπό όρους πιθανότητες μεταξύ του ηχητικού τους ισοδύναμου λέξεων. Δεν χρειάστηκε να λάβουν ολόκληρο το μήνυμα για να μπορέσουν να συμπληρώσουν τα κενά.
Βρήκαμε εσωτερική δομή και στην επικοινωνία των δελφινιών. Η μεγάλη διαφορά είναι ότι τα δελφίνια έχουν έναν πυρήνα περίπου 50 τύπων σημάτων, ενώ τα καμπούρια έχουν εκατοντάδες. Αυτήν τη στιγμή συλλέγουμε δεδομένα για να προσδιορίσουμε ποια μπορεί να είναι η εντροπία υψηλότερης τάξης του συστήματος επικοινωνίας της καμπουροφάλαινας.
Ως δοκιμή της ικανότητας της προσέγγισής μας να διαχωρίζει την αστροφυσική από ένα έξυπνο σήμα, στραφήκαμε σε ένα παράδειγμα από την ραδιοαστρονομία. Όταν τα αστρικά πάλσαρ ανακαλύφθηκαν από τους αστρονόμους Jocelyn Bell Burnell και Antony Hewish το 1967, ονομάστηκαν "LGMs" για τους "μικρούς πράσινους άντρες". Δεδομένου ότι αυτές οι ραδιοφωνικές πηγές πάλλονταν τόσο τακτικά, ορισμένοι επιστήμονες αρχικά υπέθεσαν ότι θα μπορούσαν να είναι οι φάροι πολύ προηγμένων εξωγήινων. Έτσι, αναλύσαμε ξανά τους παλμούς από το Vela Pulsar με τη βοήθεια του Simon Johnston της Εθνικής Εγκατάστασης του Τηλεσκοπίου της Αυστραλίας και λάβαμε μια κλίση Zipf για τα σήματα πάλσαρ περίπου -0,3. Αυτό δεν συνάδει με οποιαδήποτε γλώσσα όπως την ξέρουμε. Επιπλέον, βρήκαμε μικρή ή καθόλου πιθανολογική δομή υπό όρους στα σήματα πάλσαρ. Και πράγματι, τα πάλσαρ είναι πλέον γνωστό ότι είναι φυσικά απομεινάρια αστρικών σουπερνόβα. Η θεωρία πληροφοριών θα μπορούσε έτσι εύκολα να διακρίνει μεταξύ ενός υποτιθέμενου ευφυούς σήματος και μιας φυσικής πηγής.
Αυτήν τη στιγμή αναλύουμε δεδομένα μικροκυμάτων που λαμβάνονται από τη Συστοιχία Τηλεσκοπίων Allen του Ινστιτούτου SETI, η οποία αποτελείται από 42 μεμονωμένα τηλεσκόπια που παρατηρούν στη ζώνη συχνοτήτων από 1 έως 10 gigahertz. Εκτός από τη συνήθη τεχνική αναζήτησης στενών κυμάτων ραδιοφορέα, αρχίζουμε τώρα να εφαρμόζουμε θεωρητικά μέτρα πληροφοριών. Αυτό το έργο εκτελείται σε συνεργασία με τους Gerry Harp, Jon Richards και Jill Tarter του Ινστιτούτου SETI. Αν βρούμε σήματα που υπακούουν στο νόμο του Zipf, για παράδειγμα, αυτό θα μας ενθάρρυνε να προχωρήσουμε και να αναζητήσουμε δομή παρόμοια με τη σύνταξη μέσα στα σήματα, προκειμένου να ποσοτικοποιήσουμε πόσο πολύπλοκο είναι στην πραγματικότητα το υποψήφιο μήνυμα.
Για να μεταδώσει τη γνώση, ακόμη και ένας πολύ προηγμένος εξωγήινος πολιτισμός θα πρέπει να υπακούει στους κανόνες της θεωρίας της πληροφορίας. Αν και ίσως δεν είμαστε σε θέση να αποκρυπτογραφήσουμε ένα τέτοιο μήνυμα λόγω έλλειψης κοινών συμβόλων (το ίδιο πρόβλημα που έχουμε, για παράδειγμα, με τις φάλαινες καμπούρας), θα λάβαμε μια ένδειξη για το πόσο περίπλοκο μπορεί να είναι το σύστημα επικοινωνίας τους -και συνεπώς οι διαδικασίες σκέψης τους. είναι. Εάν οι πιθανότητες υπό όρους ενός σήματος SETI είναι, για παράδειγμα, 20ης τάξης, τότε όχι μόνο το σήμα είναι τεχνητό στην προέλευση, αλλά θα αντανακλά μια γλώσσα πολύ πιο περίπλοκη από οποιαδήποτε άλλη στη Γη. Θα είχαμε ένα ποσοτικό μέτρο της πολυπλοκότητας των διαδικασιών σκέψης ενός είδους ETI που μεταδίδει.
Η Laurance R. Doyle είναι διευθύντρια του Ινστιτούτου Μεταφυσικής της Φυσικής στο Principia College στο Elsah του Ιλινόις και διοργανωτής της Ομάδας Quantum Astrophysics στο Ινστιτούτο SETI στο Mountain View της Καλιφόρνια. Ήταν μέλος της Επιστημονικής Ομάδας της NASA Kepler Mission και ηγήθηκε της ομάδας που έκανε την πρώτη άμεση ανίχνευση ενός περιφερειακού πλανήτη, του Kepler-16b (με το παρατσούκλι "Tatooine").
Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στις Nautilus Cosmos τον Νοέμβριο του 2016.
