Das Fermi-Paradoxon ist eine Bezeichnung für das Ergebnis von Überlegungen des Physikers Enrico Fermi aus dem Jahr 1950. Fermi ging davon aus, dass es extraterrestrische Intelligenz gibt, die technisch hochentwickelte Zivilisationen über Millionen von Jahren aufrechterhalten kann. In dieser Zeitspanne müsste es theoretisch mittels interstellarer Raumfahrt möglich sein, die gesamte Galaxie zu kolonisieren – und der Wahrscheinlichkeit nach müsste dies bereits geschehen sein. Dass dennoch die Suche nach den Spuren von außerirdischem Leben bisher erfolglos blieb, erschien ihm paradox und als Hinweis darauf, entweder die Annahmen oder die Beobachtungen infrage zu stellen.
Hintergrund Enrico Fermi diskutierte 1950 auf dem Weg zum Mittagessen im Los Alamos National Laboratory mit Edward Teller, Emil Konopinski und Herbert York angebliche UFO-Sichtungen und einen Cartoon aus der Zeitschrift The New Yorker über Außerirdische und fragte schließlich: „Where is everybody?“ Warum seien weder Raumschiffe anderer Weltraumbewohner noch andere Spuren extraterrestrischer Technik zu beobachten?Michael Michaud: Contact with Alien Civilizations – Our Hopes and Fears about Encountering Extraterrestrials. Springer, Berlin 2006, ISBN 0-387-28598-9, S. 164, Google BooksE. M. Jones: Where is everybody. An account of Fermi’s question. Technical Report, US Department of Energy, 1985, abstract, osti.gov (PDF) abgerufen am 12. Oktober 2013
Mit der Drake-Gleichung kann die Wahrscheinlichkeit für die gleichzeitige Existenz anderer Zivilisationen in der Milchstraße abgeschätzt werden. Allerdings waren die meisten Parameter der Drake-Gleichung zur Zeit ihrer Publikation im Jahr 1961 noch unbekannt.Robert Gast: Würfelspiele mit E.T. Spektrum.de. 27. Juni 2013, abgerufen am 2. Juli 2013.
Eine detaillierte wissenschaftliche Betrachtung des Problems begann in den frühen 1970er Jahren mit Studien von Michael H. Hart,Michael H. Hart: An Explanation for the Absence of Extraterrestrials on Earth. In: The Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society. 16, 1975, S. 128. weswegen auch der Ausdruck Fermi-Hart-Paradoxon verwendet wird.Paul Wesson: Cosmology, extraterrestrial intelligence, and a resolution of the Fermi-Hart paradox. In: Royal Astronomical Society, Quarterly Journal. Bd. 31, Juni 1992, , S. 161–170, The Fermi Question: No Paradox At All. centauri-dreams.org, abgerufen am 20. August 2015
Fermi selbst ging nicht von der Möglichkeit interstellarer Reisen aus, weshalb der Begriff Fermi-Paradoxon in Frage gestellt wurde. Robert H. Gray schlug zu Ehren von Michael H. Hart und Frank J. Tipler stattdessen als Bezeichnung „Hart-Tipler-Argument“ vor. Von Hart stammt die zugespitzte, fälschlich Fermi zugeschriebene Aussage „They are not here; therefore they do not exist“. Tipler erweiterte das Problem um selbstreplizierende Maschinen.„Bei einem Lunch soll der berühmte Physiker Enrico Fermi die Existenz von E.T. widerlegt haben. Doch das stimmt weder hinten noch vorne …“, Weder Fermi noch paradox. Wo sind sie denn, die Aliens? spektrum.de, 8. März 2016. The Fermi Question: No Paradox At All. centauri-dreams.org, 10. März 2015; abgerufen am 4. April 2016
Grundlegende Überlegungen Zunächst erfolgten grundlegende Überlegungen:
Wegen des Alters des Universums und seiner vielen Sterne müsste Leben auch außerhalb der Erde verbreitet sein, vorausgesetzt, die Entstehung von Leben auf der Erde wäre kein ungewöhnlicher Vorgang.Carl Sagan: Cosmos. Ballantine Books, New York 1985, ISBN 0-345-33135-4.
Ausgehend von der Annahme, dass die Erde keine absolute Ausnahme unter den Planeten und unser Sonnensystem nicht ungewöhnlich ist, steht die bisher nicht bezifferbare Möglichkeit im Raum, dass weitere technische Zivilisationen in unserer Galaxie existieren.
Die Galaxis ist ungefähr 100.000 Lichtjahre breit. Ein Unterlichtantrieb, wie der des Projekts Icarus, mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 10 % der Lichtgeschwindigkeit, würde (geradeaus und ohne Zwischenstopps) etwa eine bis zehn Millionen Jahre für diese Strecke benötigen. Die Galaxis ist etwa 10 Milliarden Jahre alt; eine Durchquerung wäre also rechnerisch tausendfach möglich gewesen.
Wenn in der Milchstraße auch nur eine einzige Zivilisation existiert, die zu solchen technischen Leistungen fähig ist oder war, müsste sie Spuren hinterlassen haben.
Bisher konnten jedoch keine entsprechenden Hinweise auf die Existenz einer extraterrestrischen Zivilisation gefunden werden.
Das Paradoxon kann folgendermaßen zusammengefasst werden:
Erklärungsversuche Zur Erklärung des Paradoxons gibt es mehrere Ansätze; dabei kann zwischen prinzipiellen Argumenten, die auf Grund der Naturgesetze im gesamten Universum und damit auch für mögliche Lebensformen gleichermaßen gelten oder aus der Philosophie bzw. Religion stammen, und schwachen Argumenten unterschieden werden.
Ein Aspekt der schwachen Argumente besteht zunächst darin, dass Fermi von einer fortgeschrittenen Zivilisation ausging.Claudius Gros: Expanding advanced civilizations in the universe. In: J.Br.Interplanet.Soc. 58, 2005, S. 108, . Einige dieser Argumente sind der Parawissenschaft zuzuordnen.
Folgende Aussagen finden sich in The Fermi Paradox: An Approach Based on Percolation Theory von Geoffrey A. Landis:sinngemäß übersetzt
Prinzipielle Argumente Die Hypothese der ungewöhnlichen Erde / Wir sind tatsächlich allein Ein Gedankengang ist der, dass vielzelliges Leben im Universum außergewöhnlich selten sei, weil erdähnliche Planeten potentiell selten seien. Es seien viele unwahrscheinliche Zufälle zusammengekommen, die Leben auf der Erde möglich gemacht hätten. Die Argumente dazu werden unter dem Begriff Rare-Earth-Hypothese zusammengefasst. Solche Zufälle sind die Position des Sonnensystems in der Milchstraße (Strahlung), die Position der Erde im Sonnensystem (Temperatur), die Existenz eines relativ großen Mondes (Stabilisierung der Erdachse) usw. Insofern verliert das Fermi-Paradoxon seinen paradoxen Charakter, weil bereits eine der Grundannahmen abgelehnt wird. Diese Argumentation findet sich zum Beispiel bei John D. Barrow und Frank J. Tipler, dem Kreationismus nahestehenden Kosmologen.
Obwohl diese Hypothese vielfach als zwingend überzeugend angesehen wird, widersprechen andere der Seltenheit erdähnlicher Planeten (was durch die zunehmende Zahl entdeckter Exoplaneten nahe liegt) oder behaupten, komplexes Leben benötige nicht zwingend erdähnliche Bedingungen, um sich zu entwickeln (siehe Kohlenstoffchauvinismus).
Eine Sonderform dieses Argumentes geht davon aus, dass die Entwicklung höherer Intelligenz im Laufe der Evolution extrem unwahrscheinlich ist. So ist auch bei keiner der komplexen Lebensformen, die in der Vergangenheit auf der Erde existierten, die Entstehung beziehungsweise das Vorhandensein höherer Intelligenz bekannt. (vgl. Silurianer-Hypothese)
Es gibt Schätzungen, die die Wahrscheinlichkeit, die einzige Zivilisation in der Milchstraße zu sein, mit 53 bis 95 % angeben.
Unmöglichkeit interstellarer Kolonisation Eine Voraussetzung des Paradoxons, nämlich eine Zivilisation, die zu interstellarer Kolonisation fähig ist, kann möglicherweise prinzipiell nicht erfüllt werden. Unter diesen Umständen könnte es in der Milchstraße mehrere technische Zivilisationen geben, die jedoch räumlich zu weit voneinander entfernt sind, um sich gegenseitig zu beeinflussen (Veranschaulichung der Entfernungen). Der mittlere Abstand zwischen den Galaxien beträgt rund drei Millionen Lichtjahre.Eckhard Rebhan: Theoretische Physik. Relativitätstheorie und Kosmologie. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2012, ISBN 978-3-8274-2315-3, S. 379. Entscheidend ist jedoch der mittlere Abstand zwischen bewohnbaren Exoplaneten in der Milchstraße und die maximal mögliche Reisegeschwindigkeit. Ein Überschreiten der Lichtgeschwindigkeit ist gemäß der Relativitätstheorie nicht möglich. Zur Veranschaulichung sei als Beispiel die Entfernung unserer Sonne zum nächsten Stern, Proxima Centauri, genannt, der bei Kommunikation über Lichtgeschwindigkeit erst nach circa 4,2 Jahren erreicht werden könnte. Die 20 nächstgelegenen potenziell bewohnbaren Exoplaneten sind zwischen 4,25 und 39 Lichtjahren von uns entfernt.
Verteilungsmuster / zivilisatorische Diffusion Nach einem Ansatz von Geoffrey A. LandisGeoffrey A. Landis: The Fermi Paradox: An Approach Based on Percolation Theory. kann die Kolonisation der Galaxis mittels der Perkolationstheorie als ein der Diffusion ähnlicher Vorgang untersucht werden. Landis geht dabei von zwei Prämissen aus: Jede Zivilisation ist maximal in der Lage, direkte Nachbarsysteme in einem beschränkten Umkreis zu kolonisieren. Jede Kolonie kann sich mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit zu einer ebenfalls kolonisierenden oder aber mit der Wahrscheinlichkeit zu einer stagnierenden (bzw. nicht kolonisierenden) Zivilisation entwickeln.
Unter diesen Umständen würde die Galaxis nicht gleichmäßig bevölkert, vielmehr würden sich „Blasen“ herausbilden, die von stagnierenden Kolonien umgrenzt sind. Innerhalb dieser Blasen würde dann keine weitere Kolonisierung erfolgen. Umgekehrt könnte es dann auch Blasen mit einer hohen „Zivilisationsdichte“ geben. Das Verhältnis zwischen diesen Blasen wird dabei maßgeblich von der Wahrscheinlichkeit für erfolgreiche Kolonisierung sowie der Entwicklung zum kolonisierenden bzw. stagnierenden Zivilisationstyp beeinflusst.
Liegt unterhalb eines Grenzwertes , wird die Kolonisierung nach einer endlichen Anzahl Kolonien stoppen. Liegt oberhalb des Grenzwertes , wird nahezu die gesamte Galaxis gefüllt, mit Ausnahme einiger kleiner Blasen. Liegt nahe am Grenzwert , wird die Galaxis von einer fraktalen Struktur durchzogen, in der sowohl große bevölkerte als auch nicht bevölkerte Gebiete existieren. Wir würden dann in einem nicht bevölkerten Gebiet leben.
Selbstauslöschung mini|Nuklearexplosion der 1000-fachen Hiroshimastärke (Operation Castle) Nach dem Argument der Selbstauslöschung liege es in der Natur technischer Zivilisationen, sich zu zerstören. Nach Stephen Hawking sei die Entstehung von Leben wahrscheinlich und die Entwicklung von Intelligenz möglich, würde ab einem gewissen Punkt aber instabil werden, sodass es zu einer (unabsichtlichen) Selbstauslöschung käme. Mögliche Auslöser könnten (aktuell) z. B. sein: Atomkrieg, genmanipulierte Viren und unkontrollierbarer Treibhauseffekt.
Der Technikphilosoph Nick Bostrom sieht daneben die Gefahren durch Nanobots oder eine sich explosionsartig entwickelnde Superintelligenz, die jeweils nicht mehr vom Menschen kontrollierbar seien, sowie infolge prinzipiell noch unbekannter Unwägbarkeiten.
Astrophysikalische Erklärung Gammastrahlenausbrüche (GRBs) gelten als die energiereichsten Phänomene im Universum. Sie können die über die gesamte Lebensdauer eines Sternes freiwerdende Energiemenge in Sekunden in Form fokussierter Jets abstrahlen. Auch über Lichtjahre entfernt können diese auf den in ihren Strahlenkegeln befindlichen Planeten Massensterben und die Vernichtung höherer Lebensformen auslösen. Dieser Effekt könnte bei entsprechender Häufigkeit für eine weitgehende Sterilisierung der kosmischen Lebensbedingungen verantwortlich sein. Die Wahrscheinlichkeit für einen die Lebensbedingungen der Erde zerstörenden GRB lag für die vergangenen 500 Millionen Jahre bei 50 %. Nach einer auf den Swift-Daten basierenden Abschätzung (Tsvi Piran et al.) soll in Galaxien, die sich in den ersten fünf Milliarden Jahren des Universums bildeten (z > 0,5), aufgrund intensiver GRB-Aktivität eine Entwicklung zu komplexeren Lebensformen generell unmöglich gewesen sein. Von den heute existierenden Galaxien soll nur in einer von zehn Leben – wie wir es kennen – ausreichend lange Zeit gehabt haben, sich ungestört entwickeln zu können – insbesondere jedoch in größeren Galaxien als unserer Milchstraße.
Mathematisches A-priori-Argument