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Das Große Erwachen

Vielleicht haben außerirdische Superzivilisationen schon das Universum kolonisiert – und warten jetzt heimlich auf bessere Zeiten

Von Rüdiger Vaas

Weil das Universum immer kälter wird, sind in ferner Zukunft viel mehr Informationsverarbeitungsprozesse als heute möglich. Genau deshalb bleiben hoch entwickelte Zivilisationen gegenwärtig weitgehend inaktiv – besagt die Hypothese der kosmischen Ästivation (Sommerruhe).

»Es wäre ihnen ein Leichtes, die Erde zu erobern, sie haben es aber bislang nicht versucht, weil dazu keine Notwendigkeit bestand. Sie lassen die Dinge lieber so, wie sie sind, und ersparen sich die Scherereien.«

– H. P. Lovecraft: Tales of the Cthulhu Mythos

Es ist nicht gerade alltäglich, dass in einem physikalisch-philosophischen Fachartikel ein Autor zitiert wird, der Horrorgeschichten schrieb – und das bereits im Titel. Doch Anders Sandberg, Stuart Armstrong und Milan M. Ćirković haben es mit Bedacht getan: »That is not dead which can eternal lie, / And with strange aeons even death may die«, reimte der amerikanische Schriftsteller Howard P. Lovecraft 1926. Tatsächlich geht es dem Forschertrio vom Future of Humanity Institute der University of Oxford in ihrem Artikel, den sie im Journal der British Interplanetary Society publiziert haben, um die Ewigkeit und die Hinauszögerung des Todes durch langes Liegen beziehungsweise Schlafen – soweit das die Naturgesetze zulassen. Mit einer kühnen Hypothese über wirklich seltsame Äonen verbinden die Wissenschaftler eine äußerst ferne Zukunft mit der Frage nach Superzivilisationen im All. Dabei steht der Ausgangspunkt durchaus fest auf den bekannten Gesetzen der Physik.

Rechnen in der Kälte

Alle Gedanken und Handlungen basieren letztlich auf der Verarbeitung und Speicherung von Informationen. Somit ist es vernünftig, diese Prozesse in ihrer Zahl und Dauer zu maximieren, falls man es kann. Aus der Thermodynamik folgt daraus mit unerbittlicher Konsequenz, dass man in die Kälte muss, denn die Rechenkosten sind proportional zur Temperatur.

Mit Robert J. Bradbury hat Milan M. Ćirković schon 2006 argumentiert, dass viele sehr fortgeschrittene Zivilisationen ihre Ressourcen bestmöglich ausnutzen wollen, um ihre Informationsverarbeitung zu optimieren.

Das kälteste bekannte natürliche Objekt ist Neptuns Riesenmond Triton; seine Oberflächentemperatur beträgt 38 Kelvin (minus 235 Grad Celsius). Das ist wenig, aber noch immer gut eine Größenordnung mehr als die Temperatur der Kosmischen Hintergrundstrahlung. Auch in größerer Distanz von der Sonne oder von typischen anderen Sternen wird es nicht wesentlich kälter. Das liegt daran, dass das galaktische Strahlenumfeld eine weitere Abkühlung verhindert. Es stammt hauptsächlich von heißen Riesensternen mit den Spektraltypen O, B und A. In der Sternenscheibe der Milchstraße herrschen daher typischerweise 10 bis 30 Kelvin.

Bessere Temperaturbedingungen für effizientes Rechnen gibt es in den Außenbezirken der Milchstraße. Robert J. Bradburys Annahme zufolge sollten sich fortgeschrittene Zivilisationen deshalb am besten am Rand der Galaxien aufhalten (oder sogar im intergalaktischen Raum). Dort, weit entfernt von Sternentstehungsregionen, Supernovae und anderen Energieschleudern, ist es kühler.

So gesehen ist es langfristig überhaupt nicht günstig, sich auf warmen Planeten bei heißen Sternen aufzuhalten oder in der Umgebung anderer Energiequellen. Fortgeschrittenen Zivilisationen eröffnen sich ganz andere Möglichkeiten. Sie sind vermutlich postbiologisch – unterwerfen sich also nicht länger den Bedingungen etwa von Kohlenstoff-Leben wie auf der Erde. Insofern müssten Außerirdische vielleicht gar nicht eines Tages dem Verlöschen beziehungsweise Explodieren ihres Heimatsterns entkommen, was je nach Sternmasse teils Jahrmilliarden Aufschub duldet – sondern wollen möglichst rasch weg.

Eine Galaxie unter Myriaden: M 81, rund 12 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Großer Bär. Mit 82.000 Lichtjahren Durchmesser und rund 200 Milliarden Sternen ist die imposante Galaxie etwas kleiner als die Milchstraße, hat aber ein massereicheres Schwarzes Loch im Zentrum (rund 70 Millionen Sonnenmassen). Die Aufnahme stammt vom Spitzer-Weltraumteleskop in infraroten Wellenlängen von 3,6 bis 25 Mikrometer, bei denen besonders der Staub in den Spiralarmen zum Vorschein kommt, der von der Ultraviolettstrahlung und dem sichtbaren Licht vieler heißer Sterne erwärmt wird. An den Rändern von Galaxien ist es kühler und ruhiger als weiter innen – hier siedeln sich außerirdische Superzivilisationen vielleicht bevorzugt an. [NASA/JPL-Caltech]

Außerdem ist das Energiereservoir bei Sternenresten – besonders Neutronensternen und Schwarzen Löchern – viel größer als bei gewöhnlichen Sternen wie der Sonne, die weniger als ein Prozent ihrer Gesamtmasse in potenziell nutzbare Energie umwandeln. Weit entwickelte Zivilisationen halten sich daher womöglich gar nicht mehr bei Sternen auf, sondern siedeln entweder bei Schwarzen Löchern oder in den Randbezirken von Galaxien und Galaxienhaufen. Oder sie sind nicht sesshaft, sondern ewige Wanderer, um Supernovae und anderem Ungemach zu entgehen. Oder sie weichen nicht in den Raum aus, sondern in die Zeit ...

Flucht in die Zukunft

Ein solches Ausweichen in die Zeit, nämlich in die Zukunft, ist eine andere Option, um sich mit dem unerbittlichen Diktat der Thermodynamik zu arrangieren. Fortgeschrittene Superzivilisationen könnten folglich schlicht versuchen, die ungünstigeren Bedingungen jetzt auszusitzen, also zu überdauern. Denn thermodynamisch würde sich das Abwarten lohnen: Weil sich der Weltraum aufgrund seiner Ausdehnung seit dem Urknall ständig abkühlt, kann im Lauf der Zeit immer mehr für denselben Energiebetrag berechnet und gespeichert werden – bis zu einem Faktor 1030, schätzen Sandberg und seine Kollegen.

Rechenoperationen sind also zehnmal effizienter, wenn es zehnmal kälter ist (gemessen in Kelvin) – das heißt, sie verbessern sich exponentiell bis in einige Billiarden Jahre. »Wenn man die Prozessierung maximieren will, sollte man es nicht heute tun, sondern auf die kalte Zukunft verlegen«, fasst es Sandberg zusammen. (Es würde übrigens nicht helfen, die Berechnungen einfach früher in einem großen Kühlschrank auszuführen, weil die Kühlung Energie verbraucht, Abwärme erzeugt und die thermodynamische Bilanz verschlechtert.) Kurzum: Ein Bedürfnisaufschub ist die beste Garantie für kosmische Langlebigkeit.

Kreative Köpfe (von links): Stuart Armstrong, Milan M. Ćirković und Anders Sandberg spekulieren über die Verbreitung extraterrestrischer Intelligenz.

Hinter dieser Überlegung steckt die gut etablierte Physik der Informationsverarbeitung. Wie auch immer Information definiert wird – »ein Unterschied, der einen Unterschied macht«, wird zuweilen im Hinblick auf den Bedeutungsaspekt von Informationen und die entsprechenden Zustandsänderungen gesagt –, Information ist oder benötigt einen physikalischen Träger, etwa Materie oder Strahlung. Dabei lässt sich Information geistig, praktisch oder rein instrumentalistisch verstehen. Und weil Information eine physikalische Basis besitzt, kostet ihre Verarbeitung Energie.

»Ohne unendliche Ressourcen kann nur eine endliche Zahl von Rechenschritten in der Zukunft jeder möglichen Zivilisation ausgeführt werden«, schreiben Sandberg und seine Kollegen lakonisch in ihrem Fachartikel.

Das Landauer-Limit

Die Informationsverarbeitung bei Rechenprozessen ist physikalisch gesehen zwar reversibel (umkehrbar) und erfordert daher im Prinzip keine Energie. Allerdings ist Energie nötig für das Speichern und Löschen sowie in der Regel für Fehlerkorrekturen, sonst wäre der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik verletzt. Das gilt nicht nur für klassische Computer, sondern auch für Quantencomputer.

Das von dem Physiker Rolf Landauer entdeckte und nach ihm benannte Landauer-Limit ist ein thermodynamischer Grenzwert, der beschreibt, wie viel Energie mindestens notwendig ist, um ein Bit Information irreversibel zu ändern, also beispielsweise zu speichern oder zu löschen: Gemessen in Joule beträgt diese Energie E wenigstens E ≥ kBTln2. Dabei bezeichnet kB die Boltzmann-Konstante (1,38 · 10-23 Joule pro Kelvin), T die Temperatur in Kelvin und ln2 den natürlichen Logarithmus von zwei (also etwa 0,69315...). Der maximale Betrag an Information (Imax) in Bits, der von jedem möglichen klassischen und Quantencomputer verarbeitet werden kann, hängt also von seiner Arbeitstemperatur T ab sowie der verfügbaren Energie E: Imax = E/kBTln2 = 1,05 · 1016 E/T. Daraus folgt: Je geringer die Temperatur ist, desto mehr Information kann verarbeitet werden.

Die niedrigste Temperatur im Weltraum ist im Allgemeinen die Kosmische Hintergrundstrahlung. Sie ist gewissermaßen das Nachleuchten des Urknalls und beträgt gegenwärtig 2,72 Kelvin oder rund minus 270 Grad Celsius. Im Labor kann man zwar noch tiefere Temperaturen herstellen (der Rekord auf der Erde liegt bei 100 Pikokelvin = 0,000.000.000.1 Kelvin in einem Rhodium-Metall), aber diese energieaufwendige Kühlung geht auf Kosten der Umgebung. Generell lässt sich Entropie lokal durchaus vermindern, doch das führt zu einer noch größeren Entropiezunahme ringsum und insgesamt – im Einklang mit dem Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, nicht im Widerspruch dazu.

Gegenwärtig ist die Temperatur des Weltraums also knapp drei Grad wärmer als der Absolute Nullpunkt der Temperaturskala, der bei minus 273,15 Grad Celsius liegt. Insofern besteht noch einiges an Rechenspielraum – ein gigantischer Betrag sogar.

So könnte eine Superzivilisation, der die Masse eines Superhaufens von Galaxien zur Verfügung steht – 1043 Kilogramm in einem Raumbereich von vielleicht 150 Millionen Lichtjahren –, gegenwärtig eine Rechenkapazität von 1061 Bits nutzen, in 1,4 Billionen Jahren hingegen 1075 Bits. Noch drastischer: Schon die Masse der Erde (5,9 · 1024 Kilogramm) würde in ferner Zukunft mehr nutzbare Energie liefern (gemäß Einsteins Formel E = mc²) als heute die Masse des ganzen beobachtbaren Universums (6 · 1052 Kilogramm). Das ist eine erstaunliche Einsicht, die andere Zivilisationen sicherlich auch gewinnen, wenn sie bereits vergleichsweise primitiven Erdlingen möglich ist.

Die Ästivation-Hypothese

Um den energetischen Aufwand zu minimieren, ist es also sinnvoll, den optimalen Zeitraum abzuwarten – und sich zuvor möglichst früh und umfassend die Ressourcen dafür zu sichern. Daher spekulieren Sandberg, Armstrong und Ćirković, dass fortgeschrittene Superzivilisationen im Universum diese Expansionsphase bereits hinter sich haben und zurzeit passiv sind, weil sie sich im Zustand einer Art kosmischer Sommerruhe befinden.

In Sommerruhe: Dünenschnecken (Theba pisana) und ein paar Spitzschnecken (Cochlicella acuta) an Zaunpfosten im südaustralischen Kadina. Um den Stressfaktor Hitze zu vermindern, kapseln sie sich ein und fahren ihre Stoffwechselaktivität herunter. [V. Menkov]

Sandberg und seine Kollegen haben diese Idee Ästivation-Hypothese genannt und in vielen Details ausgearbeitet. Ästivation (von lateinisch »aestes«: Hitze, Sommer) ist das biologische Fachwort für Sommerruhe. Sie bezeichnet die Strategie mancher Tiere, hohen Temperaturen und Trockenheit auszuweichen, indem sie die warmen Sommermonate weitgehend verschlafen – ähnlich wie andere es im Winter tun, um die Kälte und den Nahrungsmangel zu überstehen. Sommerruhe kommt bei einigen Insekten vor, etwa bestimmten Marienkäfern (Coccinellidae) und Stechmücken, bei Schnecken (Otala lactea, Theba pisana, Glanum), beim Afrikanischen Lungenfisch, bei manchen Kröten und Fröschen sowie bei Reptilien, etwa der Ägyptischen und Tunesischen Landschildkröte und bei den Agamen-Echsen.

Selbstverständlich könnten Superzivilisationen auch beschließen, zu Hause zu »übersommern«, ohne das Weltall großräumig zu kolonisieren. Das würde zunächst beträchtlich Energie sparen, langfristig allerdings viel weniger Ressourcen einbringen. Außerdem wäre es riskant, falls andere Superzivilisationen expandieren und womöglich alles für sich vereinnahmen.

Das Ende der kosmischen Sommerruhe

Ab wann die kosmische Sommerruhe endet und es vernünftig ist, die Energie des Universums optimal zu nutzen, lässt sich schwer sagen – aber der Zeitpunkt muss in jedem Fall weit in der Zukunft liegen. Sandberg und seine Kollegen haben verschiedene Möglichkeiten für dieses Große Erwachen diskutiert.

• So beträgt in 270 Milliarden Jahren die Temperatur des Weltraums 10-8 Kelvin: Ab dann sind Fehlerkorrekturen nicht mehr temperaturabhängig.

• In 520 Milliarden Jahren sind supermassereiche Schwarze Löcher mit einer Milliarde Sonnenmassen aufgrund ihrer quantenphysikalischen Hawking-Strahlung wärmer als die Kosmische Hintergrundstrahlung und wären als Energiequellen nutzbar, aber nicht mehr als Senken für die thermodynamische Abwärme.

• In 1,4 Billionen Jahren ist die Hintergrundstrahlung auf 3 · 10-30 Kelvin abgekühlt: Kälter wird es aufgrund von Quanteneffekten in unserem beschleunigt expandierenden Universum nicht mehr, wie Stephen Hawking und Gary Gibbons bereits 1977 berechnet haben. Ab dann beginnt es auch für Superzivilisationen problematisch zu werden, zumal allmählich die materiellen Ressourcen schwinden.

• In 1019 Jahren lösen sich Galaxien auf – infolge seltener gravitativer Interaktionen werden die Sterne mit der Zeit in den intergalaktischen Raum geschleudert oder stürzen ins supermassereiche Schwarze Loch im Galaxienzentrum.

• Und in frühestens 1033 Jahren setzt wohl ein Protonenzerfall ein, der das Ende der gewöhnlichen Materie bedeutet.

Sandberg, Armstrong und Ćirković haben einige Beispiele für die Zahl der möglichen Informationsverarbeitungsschritte – etwa Speicher- oder Löschvorgänge – abhängig von der Zeit und Energie berechnet. Eine Zivilisation, die die ganze Masse ihres Galaxien-Superhaufens bis zum Protonenzerfall in frühestens 1033 Jahren bei 7,6 · 10-6 Kelvin nützt, kann 1080 Operationen ausführen und benötigt dafür eine Leistung (Energie pro Zeit) von 5,7 · 1021 Watt – so viel wie ein leuchtschwacher Roter Zwergstern. Wartet man bis zu einer Temperatur von 10-30 Kelvin, sind sogar nur 10-75 Watt für 10115 Operationen nötig – allerdings mit einem gewaltigen Zeitraum von rund 100 Billiarden Jahren zwischen jedem einzelnen Vorgang. Realistischer mag daher eine Temperatur von 10-8 Kelvin erscheinen, bei der man mit 1010 Watt – der Leistung eines großen gegenwärtigen Kraftwerks – immerhin 1093 Operationen binnen 5,7 · 1044 Jahren bewerkstelligen könnte.

Energien für Extraterrestrische Intelligenzen: Zugängliche Ressourcen für Zivilisationen, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten expandieren oder sich innerhalb eines Superhaufens von Galaxien befinden. Die Entfernungen sind in Milliarden Lichtjahren angegeben (im mitbewegten Koordinatensystem), die verfügbaren Massen in Kilogramm. Gemäß Albert Einsteins Formel E = mc2 ist Masse m eine Form der Energie E (c ist die Lichtgeschwindigkeit). Ob die Dunkle Materie wirklich existiert und inwiefern sie sich nutzen lassen könnte, ist für Erdbewohner bislang ungeklärt.

Das Fermi-Paradoxon

Zwar weiß kein Mensch, ob es jetzt schon Superzivilisationen in Sommerruhe gibt oder in Zukunft geben wird, aber es spricht zumindest kein bekanntes Naturgesetz dagegen. »Wenn unsere Hypothese stimmt, können alte und mächtige Zivilisationen um uns herum existieren, die schwer zu finden sind – aber nicht, weil sie sich absichtlich verstecken, sondern weil sie inaktiv sind«, schreiben Sandberg und seine Kollegen.

Und weil sich die schlafenden Superzivilisationen für uns nicht bemerkbar machen, ist die Ästivation-Hypothese auch eine neue Lösungsmöglichkeit des Fermi-Paradoxons.

»Wo sind die Außerirdischen oder ihre Boten?«, hatte der Physik-Nobelpreisträger Enrico Fermi den Kernphysiker Edward Teller gefragt. Das war 1950 bei einer skeptischen Diskussion über UFOs beim Mittagessen in der Kantine des Los Alamos National Laboratory in New Mexico.

Diese Frage ging als Fermi-Paradoxon in die Wissenschaftsgeschichte ein. Sie hat zu einer Flut von Reaktionen geführt. So hat der polnische Schriftsteller Stanisław Lem immer wieder betont, dass das Schweigen des Alls eines der größten Rätsel sei. Wobei das 1983 von dem Physiker und Science-Fiction-Autor Glen David Brin so genannte Great-Silence-Problem (»silentium universi«, das Schweigen des Universums) mit dem Fermi-Paradoxon verwandt, aber nicht gleichbedeutend ist: Warum gibt es keine Hinweise auf Signale anderer Zivilisationen? Warum wurde noch keines der SETI-Projekte (Search for Extraterrestrial Intelligence) fündig?

Im Wesentlichen gibt es drei Klassen von Antworten auf Fermis Frage: Entweder ist die Menschheit bislang die einzige intelligente technische Zivilisation in der Galaxis. Oder es ist unmöglich, unpraktisch oder noch zu früh für interstellare Imperien. Oder Außerirdische sind bereits weit verbreitet, vielleicht sogar hier, halten sich jedoch aus welchen Gründen auch immer verborgen. Die Ästivation-Hypothese gehört zu dieser dritten, extravagantesten Klasse.

»Während sie im Zustand der Ästivation sind, ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass sie entdeckt werden, extrem gering, obwohl sie wohl Sensoren und Automatismen zur Selbstverteidigung aktiviert halten. Daher gäbe es kein Fermi-Paradoxon«, sagt Milan M. Ćirković. Er bezeichnet diese sommerruhenden Wesen nach den schlafenden Aliens im literarischen Lovecraft-Universum auch als Great Old Ones. »Diese Hypothese basiert allerdings sehr stark darauf, dass solche Great Old Ones über eine uns unbekannte, beinahe mirakulöse Technologie verfügen.«

Weil die Old Ones sich in ihrer Sommerruhe extrem still und sparsam verhielten, gäbe es kaum Signaturen von ihnen. Daher könnten wir sie auch nicht aufspüren, was Fermis Frage beantworten würde. Freilich sind Zweifel angebracht: Wie kann eine komplexe Zivilisation über lange Zeiträume fortbestehen? Was ist, wenn andere, womöglich aggressive und nach Ressourcen gierende Zivilisationen kämen? Müssten solche potenziellen künftigen Konkurrenten vernichtet werden? Oder würden die Great Old Ones sie informieren, womöglich überzeugen und integrieren?

Sechs spekulative Annahmen

Die Ästivation-Hypothese mag weit hergeholt erscheinen und ist sicherlich spekulativ. Doch Sandberg und seine Kollegen haben sie so weit ausformuliert, dass sich ihre Voraussetzungen klar benennen und somit auch kritisieren lassen.

Die Hypothese beruht im Wesentlichen auf sechs Prämissen:

• Es gibt Zivilisationen, die sich viel früher als die Menschheit entwickelt haben. Eine Jahrmilliarde Vorsprung würde genügen. Ist technische Intelligenz hingegen erst in unserer kosmischen Epoche entstanden, weil beispielsweise erst jetzt die verheerenden Gammablitze im Universum selten wurden, wäre die Ästivation-Hypothese keine Lösung des Fermi-Paradoxons.

• Eine Superzivilisation kontrolliert große Gebiete des Universums. Dazu genügt eine sich selbstvermehrende Technologie mithilfe lokaler Ressourcen. Es ist auch eine nichtexpansive Ästivation denkbar, beispielsweise in begrenzten Städten von Superintelligenzen, doch das wäre keine Lösung des Fermi-Paradoxons.

• Es existiert mindestens eine Superzivilisation in Sommerruhe.

• Die Superzivilisation hat das Koordinationsproblem gelöst und handelt einheitlich – vor allem hinsichtlich des Beginns der Ressourcennutzung. Vielleicht ist sie eine kollektive Intelligenz ohne individuelle Differenzen.

• Eine Superzivilisation kann ihr Gebiet gegenüber anderen Zivilisationen bewahren, falls es solche in der Nähe gibt. Oder die Zivilisationen verschmelzen oder koexistieren friedlich, weil sich eine aggressive Konkurrenz nicht lohnt. Ansonsten wäre die Ästivation-Hypothese widerlegt.

• Ästivation ist weitgehend unbeobachtbar. Andernfalls wäre das Fermi-Paradoxon nicht gelöst. Dabei ist es allerdings nicht nötig, dass die Superzivilisationen sich absichtlich verstecken – ihr gegenwärtig äußerst geringer Energieverbrauch genügt schon, damit sie nicht auffallen.

Anders Sandberg sieht seine eigene Hypothese durchaus kritisch: »Ich persönlich denke nicht, dass die Aliens in Sommerruhe sind, sondern vermute, dass sie entweder gar nicht existieren oder nur sehr weit entfernt. Solange es aber unklar ist, wie häufig Intelligenz im Universum vorkommt, sollten wir alle Möglichkeiten erwägen.« Außerdem zeigt die Ästivation-Hypothese, wie groß das Potenzial der Zukunft ist.

Kritische Kommentare

Die Ästivation-Hypothese ist nicht nur hochspekulativ, sie ist auch keineswegs so zwingend, wie es ihren Erfindern zunächst erschien. Ein Artikel in der Fachzeitschrift Foundations of Physics hat inzwischen harte Kritik geübt. Diese stammt von Charles H. Bennett vom IBM Watson Research Center, Yorktown Heights, New York – einem Pionier der Theoretischen Informatik und früheren Kollegen Rolf Landauers – sowie von Robin Hanson und C. Jess Riedel, die an der George Mason University, Fairfax, Virginia, beziehungsweise am Perimeter Institute für Theoretische Physik im kanadischen Waterloo, Ontario, forschen. Ihr Haupteinwand: Es gibt keinen Vorteil des langen Abwartens, weil die Summe der Rechenressourcen im Weltall nicht allein von der Kosmischen Hintergrundstrahlung abhängt. »Unser Universum heute enthält riesige Reservoirs im Zustand nichtmaximaler Entropie, worin die von Computern erzeugte Entropie übertragen werden kann. Dies kann jederzeit getan werden«, betonen die Wissenschaftler. »Daher müssen die Aliens nicht warten, um aktiv zu werden.«

Die Löschung eines fehlerhaften Bits kostet immer dasselbe an Entropie, egal wie die Temperatur des Weltraums ist. Wohin die Entropie abgegeben wird, ist dabei sekundär. Es sei ein Denkfehler, anzunehmen, dass sie nirgendwo anders transferiert werden kann als in die Hintergrundstrahlung. Das wäre nur zwingend der Fall, wenn es keine Zwischenstationen gäbe, die noch nicht im thermischen Entropie-Maximum sind, so die Kritiker. »Doch das reale Universum ist voll von Teilsystemen, die nicht im Gleichgewicht miteinander sind und daher zusätzliche Entropie aufnehmen können.«

Insofern ist keine ständige direkte Wärmeabgabe an die Kosmische Hintergrundstrahlung nötig. Und das geschieht ja auch gegenwärtig auf der Erde nicht bei allen mit physikalischer Arbeit verbundenen Vorgängen. Die Reservoire der Teilsysteme sind nur im Zustand maximaler Entropie thermalisiert – also im Gleichgewicht mit der Umgebung; bis sie dieses Gleichgewicht erreicht haben, können sie Entropie aufnehmen, wie sie bei Rechenvorgängen abgegeben wird. Das haben Bennett und seine Kollegen in ihrem Artikel auch mit einem konkreten physikalischen Modell verdeutlicht.

Rekordrechner: Moderne Supercomputer sind noch immer monströse Maschinen, die eine ganze Halle füllen und viel Energie benötigen. Das ist sehr langfristig betrachtet ein zivilisatorischer Überlebensnachteil, weil Effizienz und Miniaturisierung alternativlos werden. Das Foto zeigt den momentan schnellsten Rechner der Welt, einen Summit (OLCF-4) von IBM mit über 500 Quadratmeter Grundfläche am Oak Ridge National Laboratory in Tennessee, USA. Er hat eine Spitzenleistung von 122,3 PetaFLOPS (Gleitkommaoperationen pro Sekunde) und besteht aus einer Hybridarchitektur mit POWER9-Hauptprozessoren (3,1 Gigahertz Taktfrequenz) und Rechenbeschleunigern vom Typ Nvidia-Volta GV100 GPU (Grafikprozessoren). Für spezielle Aufgaben kann Summit sogar 3,3 Trillionen Rechenoperationen pro Sekunde (ExaFLOPS) ausführen. Der gesamte Arbeitsspeicher hat 10 Petabyte plus 1600 Gigabyte pro GPU. Summit benötigt 15 Megawatt – fast doppelt so viel wie ein Hochgeschwindigkeitszug vom Typ ICE 3. [IBM, OLCF]

Ihr Resümee: »Es gibt im heutigen Universum also keinen Anreiz, um irreversible Operationen zu verzögern, bis eine Zivilisation alle zugängliche Materie kontrollieren kann und diese vollständig thermalisiert ist, das heißt einen nichtgravitativen Wärmetod erlitten hat.«

Falls das wachsende Volumen und somit die Abnahme des Drucks und der Teilchendichte des Universums eine Rolle spielt oder das Photon eine winzige Ruhemasse hätte (experimentell nicht ausgeschlossen sind Werte von maximal 10-18 Elektronenvolt), könnte die Argumentation fehlgehen. Aber dafür gibt es bislang keinen Grund. Die Rechengrenzen könnten auch von der Isolation der Reservoirs oder der endlichen Größe der Atome abhängen. Doch dies ist unklar und wurde nicht weiter berücksichtigt.

Ultimativ ist die Kosmische Hintergrundstrahlung freilich das letzte und globale Reservoir. Erst wenn alles mit ihr im thermodynamischen Gleichgewicht steht, hat das Universum seinen Wärmetod erreicht. Dann kann keine Arbeit mehr verrichtet werden, und eine Löschung oder Zusammenführung von Informationen ist physikalisch nicht mehr möglich.

Bis dahin ist aber noch sehr viel Zeit. So setzt ja auch der Protonenzerfall erst sehr viel später ein, als die Hintergrundstrahlung ihre Minimaltemperatur von etwa 2,7 · 10-30 Kelvin erreicht – was im Rahmen des gegenwärtig favorisierten kosmologischen Standardmodells schon in 1012 Jahren der Fall wäre. Diese Minimaltemperatur kann der Weltraum aus quantenphysikalischen Gründen – der Entstehung von Gibbons-Hawking-Strahlung – nicht unterschreiten, wenn das Universum weiter beschleunigt expandiert. Und dies ist gegenwärtig der Fall sowie auch künftig, falls die Kosmologen nicht noch gegenteilige Befunde messen.

Lohnt sich Gier mehr als Geduld?

»Ich stimme dieser Kritik weitgehend zu und habe die Wissenschaftler sogar ermuntert, ihre Einwände zu veröffentlichen«, räumt Milan Ćirković ein. »Ich persönlich denke, dass die Ästivation-Hypothese nicht die richtige Lösung des Fermi-Paradoxons ist.«

Freilich sind dies zwei verschiedene Fragen: ob die Ästivation-Hypothese wahr ist und wie sich das Fermi-Paradoxon lösen lässt. Versagt die Annahme der Ästivation bei der Lösung, macht es diese Annahme unplausibel, aber noch nicht falsch.

Bennett und seine Kollegen widersprechen jedoch der These, dass es günstig sei, möglichst früh möglichst viel Masse und Energie zu sammeln sowie für spätere Zeiten zu horten, in denen die Hintergrundstrahlung kälter ist und sich effizienter für die Abgabe der Abwärme nutzen lässt. Tatsächlich könnte sich Gier sogar mehr lohnen als Geduld: Reversible Entropie-Umschichtungen in Reservoiren sind möglich, solange Materie zugänglich ist – daher sollten hoch entwickelte Zivilisationen so viel vom Universum in Besitz nehmen, wie es geht, weil ihnen das insgesamt mehr Spielräume eröffnet. Das gilt nicht nur für Rechenzwecke, sondern für jede Art von Arbeit, beispielsweise auch an galaktischen Großbaustellen.

Von solchen Riesenprojekten, etwa der Ummantelung von Sternen zur Energiegewinnung (sogenannten Dyson-Sphären) oder Kollektoren bei Schwarzen Löchern haben Astrophysiker bislang allerdings keine Spuren entdeckt. Dabei kommt eine solche kosmische Ingenieurskunst nicht ohne Emission von Infrarotstrahlung aus.

Daher lässt sich die Auswanderung in die Zukunft, die Ästivation, auch nicht einfach abweisen – ebenso wenig wie die Auswanderung in die Ferne hin zu den Außenbezirken der Galaxien. Vielleicht können oder wollen manche postbiologischen Superzivilisationen gar nicht expandieren, um sich nicht zu verzetteln oder Aufmerksamkeit von Konkurrenten zu erregen? Oder weil die Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit zusammenhängende, dialogische Kulturen zersplittert und also verhindert, falls sich diese über interstellare oder gar intergalaktische Imperien und somit Distanzen zu erstrecken begehren?

Der Sinn des Lebens

Über die wissenschaftlichen Aspekte hinaus kann man auch kosmische Sinnfragen stellen. Sandberg nennt vier Alternativen.

• Wenn der »Sinn des Lebens« darin besteht, dass lokal so viele glückliche Wesen wie möglich existieren, können Zivilisationen weit verbreitet sein und getrennt bleiben.

• Wenn der Sinn »nichtlokal« ist, dürften die Zivilisationen nicht fragmentieren und wären daher maximal auf Galaxien-Superhaufen beschränkt, weil die kosmische Expansion keinen größeren Zusammenhalt gewährt.

• Wenn der Sinn endlich ist – etwa das Erschaffen eines perfekten Kunstwerks oder das Spielen aller guten Schachpartien –, hätte man irgendwann vielleicht damit abgeschlossen und bräuchte keine weiteren Ressourcen mehr.

• Wenn der Sinn hingegen »bescheiden« in der Realisierung eines planetarischen Utopia liegt, könnte man das restliche Universum weitgehend ignorieren – obschon eine interstellare Kolonisation gut für die eigene langfristige Sicherheit sein mag, um nicht von fremden Zivilisationen überrollt zu werden.

Unter Umständen könnte sich die Ästivation-Hypothese sogar durch astronomische Beobachtungen erhärten lassen. Da es für eine Superzivilisation langfristig optimal wäre, so viel Energie – und damit Materie – zu nutzen wie möglich, würde es sich rechnen, einen Materialverlust zu verringern. Zu diesem gehört das Entweichen von Sternen und Gaswolken aus Galaxien oder Galaxienhaufen. Solche Prozesse sollten also verhindert werden. Wie sich das bewerkstelligen und von uns nachweisen ließe, ist freilich unklar. Würde man gravitativ gebundene Strukturen im All finden, die größer sind, als es vom kosmologischen Standardmodell vorausgesagt wird, wäre das in jedem Fall eine genauere Untersuchung wert.

Ein Universum voller Sterne: Was für die Entstehung von Leben und Intelligenz eventuell notwendig ist, kann langfristig ungünstig werden: starke Energieschleudern, die wertvolle Ressourcen verschwenden. Künftige Superzivilisationen halten sich deshalb vielleicht in weitaus unspektakuläreren kosmischen Regionen auf. – Das Foto zeigt NGC 2264, den Konus-Nebel: eine staubige Dunkelwolke im Sternbild Einhorn, 2700 Lichtjahre entfernt. Die glühenden Wasserstoffwolken daneben werden von jungen Sternen zum Leuchten angeregt, zuweilen Weihnachtsbaum-Sternhaufen genannt. Die Aufnahme stammt vom Wide Field Imager, einem Detektor mit 67 Millionen Pixeln am MPG/ESO-2,2-Meter-Teleskop der Europäischen Südsternwarte auf dem Berg La Silla in Chile. [ESO]

Doch womöglich ist ein weiter Blick hinaus gar nicht nötig. Die Superzivilisation der Great Old Ones könnte sich längst im Sonnensystem festgesetzt haben und hier beispielsweise in Form von winzigen Nanorobotern den abklingenden »Sommer« des Universums überschlafen. Es ist fraglich, ob wir solche Miniaturmaschinen jemals aufspüren – obwohl sie sich vielleicht bereits unter unseren Füßen befinden.

»Wir leben unsere Leben auf einer kleinen Insel der Blindheit, ohne die Vorstellung der dunklen Ozeane der Unendlichkeit um uns herum. Wir sollten uns nicht zu viel umsehen.«

– H. P. Lovecraft

Irdische Lektüren über außerirdische Spekulationen

Bennett, C. H., Hanson, R., Riedel, C. J.: Comment on »The Aestivation Hypothesis for Resolving Fermi's Paradox«. Foundations of Physics, Bd. 49, Nr. 8, S. 820–829 (2019); arXiv:1902.06730

Ćirković, M. M., Bradbury, R. J.: Galactic Gradients, Postbiological Evolution and the Apparent Failure of SETI. New Astronomy, Bd. 11, Nr. 8, S. 628–639 (2006).

Ćirković, M. M.: The Great Silence. The Science and Philosophy of Fermi's Paradox. Oxford University Press: Oxford 2018.

Sandberg, A., Armstrong, S., Ćirković, M. M.: That Is Not Dead Which Can Eternal Lie: The Aestivation Hypothesis for Resolving Fermi's Paradox. Journal of the British Interplanetary Society, Bd. 69, S. 406–415 (2016); arXiv:1705.03394

Sandberg, A., Ćirković, M. M.: The Aestivation hypothesis: popular outline and FAQ; https://aleph.se/andart2/space/the-aestivation-hypothesis-popular-outline-and-faq/

Vaas, R.: Superzivilisationen im Universum. bild der wissenschaft, Nr. 7, S. 8–15 (2018).

Vaas, R.: Kosmische Sommerruhe. bild der wissenschaft, Nr. 7, S. 16–20 (2018).

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