L'equazione di Drake e il paradosso di Fermi

Questo post è lieto di partecipare all'Edizione Unificata dei Carnevali Scientifici di chimica e fisica per il IV Congresso IAA (Internation Academy of Astronautics), avente come tema: "Cercando tracce di vita nell'Universo, che si terrà a San Marino dal 24 al 28 settembre 2012 presso il Centro Congressi Kursaal. L'Associazione Chimicare, per il Carnevale della Chimica, e Scientificando, per il Carnevale della Fisica, avranno l'onore di ospitare i rispettivi contributi dei blogger aderenti.
"[...] Se non esistessero i fiori, riusciresti a immaginarli? Se non esistessero i pesci, riusciresti a immaginarli? In altre zone di questo universo è facile da realizzare... esiste tutto ciò che io non riesco ancora a immaginare. E' praticamente ovvio che esistano altre forme di vita..." No, non è il delirio di qualcuno che cerca di dimostrare con ragionamenti spiccioli che devono esistere per forza gli omini verdi; sono bensì le parole di una canzone dei Bluvertigo, che nel 1998 riscosse un discreto successo. Del resto la ricerca di forme di vita extraterrestri, di qualunque forma esse possano essere, ha sempre attirato l'attenzione dell'uomo, sin da quando ha cominciato a capire qualcosa in più di astronomia, fino ad arrivare alle recenti scoperte di pianeti extrasolari.
Negli ultimi decenni lo sviluppo crescente delle conoscenze astronomiche, unitamente alla diffusione di voci di corridoio sempre più insistenti circa i presunti avvistamenti alieni, hanno contribuito a radicare fortemente nell'uomo la convinzione che non possiamo essere soli. Non riusciamo a convincerci che il nostro pianeta possa essere l'unico in grado di ospitare la vita e, in effetti, non possiamo essere così presuntuosi da darlo per scontato; se però, per il calcolo delle probabilità, dovrà pur esserci qualche pianeta, in un angolo di universo, con delle caratteristiche idonee alla fioritura della vita, che genere di esseri viventi dovremmo aspettarci di trovare? E' assai probabile che si tratti di forme di vita poco evolute, ad esempio batteri oppure altri unicellulari simili, dal momento che i batteri rappresentano un esempio di organismi capaci di vivere in situazioni davvero estreme, per cui sarebbero i candidati più probabili in qualità di inquilini extraterrestri.
Al contrario, c'è chi crede che non sia così assurdo pensare ad un extraterrestre come ad un umanoide, secondo l'iconografia classica, per quanto sia poco probabile. In fondo, se già è poco probabile trovare un pianeta con condizioni simili al nostro, lo è ancora meno trovare delle forme di vita; ancora meno probabile sarà trovare esseri così sviluppati da aver già attraversato complessi percorsi evolutivi, paragonabili ai nostri, ed aver anche imparato a viaggiare con molta nonchalance nello spazio o semplicemente ad elaborare complesse forme di comunicazione.
Possiamo dire fino allo sfinimento che tutto ciò è assurdo e che non esiste alcun ET, ma in fondo non l'abbiamo mai dimostrato, e inoltre la probabilità di trovarne qualcuno, in qualche angolo dello spazio, seppur bassa, è fino a prova contraria diversa da 0.
E' così che nel 1974 è stato fondato ufficialmente il SETI Institute dall'astronomo ed astrofisico Frank Drake, con sede in California, a Mountain View. SETI è un acronimo americano che sta per Search for Extra-Terrestrial Intelligence, e si tratta di un programma senza scopi di lucro il cui obiettivo è la ricerca di eventuali forme di vita extraterrestri intelligenti, in grado di inviare segnali radio nello spazio.
Dal momento che non è nelle nostre possibilità tecnologiche, nonché biologiche, effettuare un viaggio interstellare che possa setacciare a fondo la Via Lattea  in cerca di vita, contenendo questa oltre 300 miliardi di stelle, l'opera di ricerca di SETI cerca di "semplificare" il problema utilizzando la nostra capacità di  rilevare anche deboli segnali radio di origine artificiale, discernendo tra quelli prodotti dalla popolazione umana e quelli eventualmente non riconducibili a noi terrestri. Ovviamente cercare deboli segnali radio artificiali in una così grande moltitudine di stelle è un'operazione titanica, per cui col passare del tempo SETI ha affinato le proprie strategie di ricerca cercando di restringere il campo d'indagine, ma non vorrei allontanarmi molto dall'oggetto principale di questo post, che compare anche come titolo: l'equazione di Drake.
Come abbiamo detto, Frank Drake è stato il fondatore del SETI, nonché autore di un'equazione che cerca di rispondere nei limiti delle possibilità ad una domanda che molti di noi, sin da bambini, si saranno posti: quante sono le civiltà extraterrestri presenti nella nostra galassia e potenzialmente in grado di comunicare con noi?
Nel 1961, prima che il SETI fosse ufficialmente fondato, Drake formulò la seguente equazione:

L'equazione di Drake

dove N indica il numero di civiltà extraterrestri eventualmente esistenti e in grado di comunicare con noi; R* è il tasso medio annuo con cui nascono nuove stelle nella galassia in cui viviamo; fp è la quantità di stelle con pianeti; ne è il numero medio di pianeti, per sistema solare, in grado di ospitare forme di vita; fl è la frazione dei pianeti ne in cui si è già sviluppata la vita; fi è la frazione dei pianeti fl in cui si è sviluppata una forma di vita intelligente; fc è la frazione dei pianeti fi in cui ci sono forme di vita intelligenti e in grado di comunicare con noi; infine, L è la stima della durata media di tali civiltà evolute.
L'equazione di Drake è piuttosto semplice nella formulazione, tanto da essere stata considerata riduttiva da alcuni astronomi ed astrofisici: in essa non si tiene conto di altri importanti parametri, come la potenzialità di una civiltà di colonizzare altri pianeti; la possibilità che, su un dato pianeta, si siano susseguite nel tempo diverse specie di popolazioni; la capacità di emettere segnali radio in maniera consapevole e non casuale; ecc. 
Al di là del fatto che il numero di parametri possa essere sufficiente o meno, il problema principale resta la capacità che abbiamo noi di quantificare i fattori, ossia sostituire le variabili dell'equazione con dei valori numerici ben definiti. Quanto valgono, ad esempio, i fattori ne o fi? Le informazioni che abbiamo o che potremo mai ottenere saranno probabilmente sempre insufficienti allo scopo di attribuire, in un dato istante di tempo, un definito valore a tutti i fattori che compaiono nell'equazione di Drake, per cui forse non riusciremo mai a trarre delle conclusioni numeriche da essa, al di là di mere congetture e approssimazioni.
Già nel 1961 Drake propose dei valori da attribuire a ciascun fattore ed ottenne come risultato

Tuttavia, il disaccordo tra esperti è stato notevole, com'era facilmente prevedibile, al punto tale che fu stimata un'oscillazione di N tra 600.000 e 0,0000001, passando da un'ottica estremamente ottimista ad un'altra decisamente pessimista. La ragione è semplice: basta variare il valore di 1 o anche 2 fattori affinché N acquisisca un valore alquanto diverso dal precedente.
Ovviamente nel 1961 la tecnologia in ambito astronomico non avrebbe mai permesso di fare delle scoperte o rilevazioni paragonabili a quelle che possiamo fare oggi; viene dunque spontaneo chiedersi, anche solo per curiosità, quanto varrebbe N oggi, con le stime che siamo in grado di fare. Avrebbe lo stesso valore di quello calcolato da Drake nel 1961? Sarebbe maggiore, perché magari abbiamo scoperto qualche nuovo indizio sulle forme di vita? O sarebbe minore perché abbiamo qualche conferma sperimentale della visione negazionista?
Attualmente, secondo calcoli più recenti ed accurati, R* dovrebbe valere 7, perché il tasso di formazione stellare nella nostra galassia è attualmente stimato intorno a 7 stelle all'anno in media; fp potrebbe valere ancora 0,5, se si considera che calcoli recenti stimano che il 40% di stelle simili al Sole possiede dei pianeti, ma la percentuale potrebbe essere più alta se si considera che la tecnologia attuale consente di rilevare solo pianeti con massa molto più grande della Terra;ne non è cambiato, perché le stime recenti portano al 10-20% la quantità di pianeti che, in un dato sistema solare, possono ospitare la vita, dal momento che le condizioni ideali affinché ciò si realizzi non vanno ricercate né nei pianeti troppo vicini, né in quelli troppo distanti dal rispettivo sole; la frazione fl di essi che effettivamente ha sviluppato la vita è stata ridimensionata dall'azzardato 1 a 0,33, perché altrimenti bisognerebbe, ad esempio, già ammettere la certezza che su Marte si sia sviluppata la vita e che in tutti i pianeti potenzialmente in grado di ospitarla essa sia già comparsa; fi è rimasto invariato, ma è sicuramente il fattore maggiormente discusso, poiché se la vediamo dal nostro punto di vista, sulla Terra, solo la nostra specie tra miliardi di altre è da considerarsi intelligente (dove per intelligenza intendiamo anche la consapevolezza di esserlo, perché di certo non siamo gli unici esseri intelligenti sul nostro pianeta), mentre se si esce da un'ottica antropocentrica si può anche considerare che l'evoluzione porta nel tempo a maggiore complessità dei viventi, per cui non possiamo sapere se in qualche punto x della galassia non si sia già andati oltre il nostro stadio, anche se in un percorso diverso ma parallelo;
fi e fc inizialmente furono stimati con lo stesso valore di 0,01, che in parole povere significa considerare che 1/100 dei pianeti su cui si è sviluppata la vita ne ospita una forma intelligente, e che 1/100 di forme di vita intelligenti impara a comunicare con altre forme di vita nello spazio, ma di recente fc ha subito un aumento a 1/10, perché la relativa rapidità con cui noi umani abbiamo imparato a sviluppare nuove forme di comunicazione lascia sperare che altre forme di vita intelligenti possano imparare altrettanto in fretta; infine, la durata media L della fase comunicativa di ciascuna civiltà è rimasta invariata, ossia pari a 10000, perché si considera come riferimento il lasso di tempo che ha impiegato la nostra specie a svilupparsi in modo significativo a livello tecnologico e, quindi, anche comunicativo.
Ne risulta:

Enrico Fermi

Dunque, prestando fede ai valori assegnati, secondo le stime più recenti, ci sarebbero circa 23 civiltà extraterrestri nella nostra galassia, in grado di comunicare con noi. Per i più scettici potrà sembrare pura fantascienza, ma non bisogna dimenticare che l'equazione di Drake è oggetto di studi scientifici accurati, e non di semplici avvistamenti UFO pervenuti da segnalazioni anonime. Si basa su congetture e dati che magari potranno lasciare il tempo che trovano, ma l'approccio è a tutti gli effetti scientifico e, in effetti, nessuno oggi può escludere categoricamente a priori che esistano altre forme di vita a noi simili. Certamente, negli anni '50, Fermi formulò quello che oggi viene definito "paradosso di Fermi", ossia: se ci sono così tante civiltà extraterrestri, perché non si sono mai manifestate in maniera chiara e decisa a noi? Fermi fece quest'affermazione prima che Drake ideasse l'equazione che porta il suo nome, e forse gli spianò la strada inconsapevolmente, tuttavia il basso valore di N nell'equazione potrebbe rendere l'idea di Fermi tutt'altro che paradossale: se già in tutta la nostra galassia ci sono poche civiltà intelligenti e in grado di comunicare, non è poi così improbabile che non riescano ad entrare in comunicazione con noi. Nella peggiore delle ipotesi, il valore di N potrebbe essere più basso, ma mai inferiore ad 1, perché almeno la nostra specie esiste.
Essa, comunque, oggi più che mai mantiene intatto il suo fascino popolare, al punto tale da essere anche citata in serie come "The Big Bang Theory" (video Youtube a questo link), in una scenetta esilarante nel consueto stile del telefilm. Nel frattempo, continuiamo ad assistere agli sviluppi della scienza, perché il futuro potrebbe rivelare delle grandi ed inaspettate sorprese...