Ny forskning frågar en stor fråga: Finns det något som en hållbar civilisation, kanske en som ligger långt ifrån vår egen galax? Eller är alla civilisationer dömda för att förstöra sig?

"Om vi ​​inte är universums första civilisation, betyder det att det sannolikt kommer att finnas regler för hur en ung civilisations öde som vår egen utvecklas."

Mot bakgrund av klimatförändringen, avskogning och förlust av biologisk mångfald skapar en hållbar version av civilisationen en av mänsklighetens mest brådskande uppgifter. Men när vi konfronterar denna enorma utmaning frågar vi sällan vad som kan vara den mest pressande frågan om alla: Hur vet vi om hållbarhet är till och med möjlig?

Astronomer har inventerat en stor del av universets stjärnor, galaxer, kometer och svarta hål. Men är planeter med hållbara civilisationer också något som universum innehåller? Eller varar alla civilisationer som kan ha uppstått i kosmos endast några århundraden innan det faller till klimatförändringen som det triggar?

Astrofysiker Adam Frank, en professor i fysik och astronomi vid University of Rochester, ingår i en grupp forskare som har tagit de första stegen för att svara på dessa frågor. I en ny studie i tidskriften Astrobiologi, gruppen tar upp dessa frågor ur ett "astrobiologiskt" perspektiv.

"Astrobiologi är studien av livet och dess möjligheter i ett planetärt sammanhang", säger Frank, som också är författare till den nya boken Ljuset av stjärnorna: Alien Worlds och Jordens öde (WW Norton, 2018),  som bygger på denna studie. "Det inkluderar" exo-civilisationer "eller vad vi brukar kalla utlänningar."

Frank och hans kollegor påpekar att diskussioner om klimatförändring sällan sker i detta bredare sammanhang - en som anser sannolikheten för att detta inte är första gången i kosmisk historia att en planet och dess biosfär har utvecklats till något som vi skapat på jorden.

"Om vi ​​inte är universums första civilisation, säger Frank," det betyder att det finns sannolikt regler för hur en ung civilisation ökar som vår egen utveckling. "

Fyra scenarier

När en civilisations befolkning växer, använder den allt mer av jordens resurser. Genom att konsumera planetens resurser förändras civilisationen planetens förhållanden. Kort sagt, civilisationer och planeter utvecklas inte separat från varandra. De utvecklas ömsesidigt beroende, och vår egen civilisations öde beror på hur vi använder jordens resurser.

För att illustrera hur civilisationsplanets system utvecklas utvecklade Frank och hans medarbetare en matematisk modell för att visa sätt på vilka en tekniskt avancerad befolkning och dess planet kan utvecklas tillsammans. Genom att tänka på civilisationer och planeter - till och med främmande - som helhet kan forskare bättre förutse vad som krävs för att det mänskliga civilisationsprojektet ska kunna överleva.

"Poängen är att erkänna att drivande klimatförändringar kan vara något generiska", säger Frank. "Fysiska lagar kräver att en ung befolkning, som bygger en energiintensiv civilisation som vår, kommer att få feedback på sin planet. Att se klimatförändringar i detta kosmiska sammanhang kan ge oss bättre inblick i vad som händer med oss ​​nu och hur man hanterar det. "

Med hjälp av sin matematiska modell fann forskarna fyra möjliga scenarier som kan uppstå i ett civilisationsplanets system:

1. Dö av: Befolkningen och planetens tillstånd (indikerad av något som dess genomsnittliga temperatur) stiger väldigt snabbt. Så småningom plockar befolkningen och sjunker sedan snabbt, eftersom den stigande planetens temperatur gör förhållandena svårare att överleva. En stadig befolkningsnivå uppnås, men det är bara en bråkdel av toppbefolkningen. "Tänk om 7 av 10-personer du visste dog snabbt," säger Frank. "Det är inte klart att en komplex teknisk civilisation kunde överleva den typen av förändring."

2. Hållbarhet: Befolkningen och temperaturen stiger men i slutändan kommer båda till stadiga värden utan några katastrofala effekter. Detta scenario förekommer i modellerna när befolkningen känner igen att den har en negativ inverkan på planeten och växlar från att använda kraftiga resurser, till exempel olja, till låga effekter som solenergi.

3. Dölj utan resursförändring: Befolkningen och temperaturen ökar snabbt, tills befolkningen når en topp och faller utfällt. I dessa modeller kollapsar civilisationen, men det är inte klart om arten själv helt dör ut.

4. Kollaps med resursförändring: Befolkningen och temperaturhöjningen, men befolkningen känner igen att det orsakar ett problem och byter från högkänsliga resurser till låga effekter. Sakerna verkar ligga på ett tag, men svaret visar sig ha kommit för sent, och befolkningen kollapsar ändå.

"Det sista scenariot är den mest skrämmande", säger Frank. "Även om du gjorde det rätta, om du väntade för länge kunde du fortfarande få din befolkning att kollapsa."

Titta på påskön

Forskarna skapade sina modeller baserade delvis på fallstudier av utdöda civilisationer, som invånarna på påskön. Människor började kolonisera ön mellan 400 och 700 CE och växte till en topp befolkning av 10,000 någon gång mellan 1200 och 1500 CE. Vid det 18th århundradet hade emellertid invånarna tappat ut sina resurser och befolkningen sjönk drastiskt till omkring 2,000-personer.

Påskönets befolkning döper avser ett koncept som kallas bärkraft, eller det maximala antal arter som en miljö kan stödja. Jordens svar på civilisationsbyggnaden är vad klimatförändringen handlar om, säger Frank.

"Om du går igenom riktigt starka klimatförändringar kan din bärkraft minska, för storskalig jordbruk kan till exempel vara starkt störd. Tänk om klimatförändringen orsakade regn att sluta falla i Mellanvästern. Vi skulle inte kunna odla mat, och vår befolkning skulle minska. "

Just nu kan forskare inte definitivt förutse jordens öde. Nästa steg kommer att vara att använda mer detaljerade modeller av hur planeter kan uppträda när en civilisation förbrukar energi av någon form att växa. Under tiden lämnar Frank en nykter varning.

"Om du ändrar jordens klimat nog, kanske du inte kan ändra det, säger han. "Även om du backade och började använda sol eller andra mindre effektiva resurser, kan det vara för sent, eftersom planeten redan har förändrats. Dessa modeller visar att vi inte bara kan tänka på en befolkning som utvecklas ensam. Vi måste tänka på våra planeter och civilisationer som utvecklas tillsammans. "

Källa: University of Rochester

Böcker av Adam Frank

at InnerSelf Market och Amazon