bélyegkép|jobbra|200px|Az arecibói üzenet grafikus reprezentációja – az emberiség első próbálkozása, hogy rádióhullámok használatával tudassa létezését idegen civilizációkkal
A Fermi-paradoxon feltételezhető ellentmondás a földön kívüli civilizációk létezésének magas becsült valószínűsége és az ilyen civilizációk létezésére utaló bizonyítékok hiánya között.
Az Univerzum életkora és hatalmas számú csillaga azt feltételezi, hogy ha a Föld tipikus bolygó, akkor a földön kívüli élet általánosan elterjedt kell, hogy legyen.Sagan, Carl. Cosmos, Ballantine Books, 1985 Miközben 1950-ben kollégáival (vélhetően Teller Ede, Emil Konopinski és Herbert York) ebéd közben erről beszélgetett, a fizikus Enrico Fermi azt kérdezte: „Hol vannak?” – másképp: „Hol van mindenki?” („Where is everybody?”)Eric Jones, „’Where is everybody?’, An account of Fermi's question” , Los Alamos Technical report LA-10311-MS, March, 1985.
Fermi felvetette a kérdést: hogyan lehet az, hogy ha számos fejlett földön kívüli civilizáció létezik a Tejútrendszerben, még nem találtunk olyan bizonyítékokat, mint idegen űrszondák, idegen űrjárművek vagy rádióadások. Fermit tartják annak, aki jelentősen leegyszerűsítette a földön kívüli élet valószínűségének problémáját. Azonban a téma szélesebb körű vizsgálata 1975-ben, Michael Harttal kezdődött el, és az elméletre néha úgy hivatkoznak, mint „Fermi–Hart-paradoxonra”.
Voltak és jelenleg is folynak kísérletek a Fermi-paradoxon feloldására, földön kívüli civilizációk létezésére utaló közvetlen vagy közvetett bizonyítékok keresésével, valamint olyan elméletek felállításával, amik kijelentik, hogy ilyen élet az emberek tudta nélkül is létezhet. Az ellenvélemények azt feltételezik, hogy nem létezik intelligens földön kívüli élet, vagy csak olyan ritkán fordul elő, hogy az emberek soha sem léphetnek kapcsolatba ezekkel az életformákkal.
Sok tudományos munka összpontosult a földön kívüli élettel kapcsolatos elméletek és az ilyen élet lehetséges modelljeinek kidolgozására, amelyeknek nagy részében, a Fermi-paradoxon egy elméleti hivatkozási pont lett. A probléma számos tudományos értekezést szült, amelyek közvetlenül ezt tárgyalják, amíg a hozzá kapcsolódó különböző kérdésekkel olyan változatos területeken foglalkoznak, mint a csillagászat, biológia, ökológia és a filozófia. A formálódó új terület, az asztrobiológia interdiszciplináris megközelítést hozott a Fermi-paradoxon és a földön kívüli élet létezésének kérdéseibe.
A paradoxon alapja A Fermi-paradoxon ellentmondás a méretek és más adatok alapján (erősen becslés jellegű) feltételezhető valószínűségek és a bizonyítékok hiánya között. Egy teljesebb definíciót az alábbi módon lehetne megadni:
A paradoxon alapja „a méretek érve”, amelyet számokkal lehet kifejezni: A Tejútrendszerben található csillagok becsült száma 250 milliárd (2,5 × 1011), és ez a szám 70 trilliárd (7 × 1022) a Világegyetem látható részére vetítve. Még ha elhanyagolhatóan kicsi is lenne az intelligens élet jelenlétének aránya az e csillagok körül keringő bolygókon, akkor is nagyszámú civilizációnak kellene léteznie akár csak a Tejútrendszeren belül is. Ez az állítás a középszerűség elvét feltételezi, miszerint a Föld nem különleges, csupán egy bolygó a sok közül, amelyre ugyanazok a szabályok, hatások és valószínű kimenetelek vonatkoznak, mint bármelyik másik világra. A Drake-formula néhány becslése alátámasztja ezt az állítást, habár a kalkulációk mögötti feltételezések is vita tárgyát képezik.
Fermi gondolatmenetében ennél többet is állított: ha adottnak vesszük az intelligens életnek azt a képességét, hogy megoldja a véges környezeti erőforrások problémáját, és hajlamosságát az új életterek kolonizálására, valószínűnek tűnik, hogy bármilyen fejlett civilizáció előbb-utóbb, új erőforrásokat keresve, először kolonizálná a saját bolygórendszerét, majd a környezőeket. Tehát a földihez hasonló életre alkalmas világok nagy száma alapján könnyen feltételezhető nemcsak az idegen civilizációk léte, de különféle erőforrásbecslések és a rendelkezésre álló idő alapján egy ilyen civilizáció elterjedése, megtelepedése a Galaxis észrevehetően jelentékeny részében, ennek eredményeképp pedig a Föld meglátogatása is. Azonban, mivel az Univerzum 13 milliárd éves történetét tekintve jelenleg nincsen más intelligens életre utaló megdönthetetlen és elfogadható bizonyíték a Földön, vagy bárhol máshol az ismert Univerzumban, ezért feltehető, hogy az intelligens élet mégis ritka, vagy az intelligens fajok általános viselkedéséről alkotott feltevéseink tévesek.
A Fermi-paradoxon kérdése kétféleképpen is feltehető. Az első formája úgy hangzik, hogy „Idegenek vagy a nyomaik a Galaxisból miért nincsenek fizikailag is itt?” Ha a csillagközi utazás lehetséges számukra, még ha a „lassú”, a földi technika számára is elérhető változatban, akkor is csak 5-50 millió évbe telne kolonizálniuk az egész galaxist.Crawford, I.A., „Where are They? Maybe we are alone in the galaxy after all” , Scientific American, 2000. július, 38-43. o. Ez viszonylag rövid időtáv geológiai mércén mérve, és még inkább az kozmikus viszonylatokban. Mivel számos csillag idősebb a Napnál, valamint intelligens élet korábban kialakulhatott máshol is, felmerül a kérdés, hogy miért nincs a galaxis máris teljesen kolonizált állapotban. Még ha a kolonizáció célszerűtlen vagy érdektelen is az összes idegen civilizáció számára, a galaxis nagyarányú felfedezése még mindig lehetséges; a felfedezés lehetséges módjait és az ezekhez alkalmazott elméleti szondatípusokat bemutatjuk lentebb. Ennek ellenére eddig semmilyen kolonizálásra vagy felfedezésre utaló nyomot nem találtunk.
A fenti állítás talán nem érvényes egységesen az Univerzum egészére, hiszen a jelentősen nagyobb utazási idő elég jól indokolja a távoli galaxisokból érkező idegenek jelenlétének hiányát. Ugyanakkor felvetődik a kérdés: „Miért nem látunk intelligens életre utaló nyomokat az Univerzumban?”, miközben egy elég fejlett civilizációA szovjet csillagász, Nyikolaj Kardasov az állította, hogy egy a Kardasov-skála szerint 3. fejlettségű idegen civilizáció akár 10 milliárd fényévnyi távolságra is képes jeleket küldeni. potenciálisan észlelhető lenne a megfigyelhető Univerzum jelentős részén.„Intelligent Life in the Universe”, I. S. Shklovskii (szerző) és Carl Sagan (szerző), 394. o. Még ha az ilyen civilizációk ritkák is, mivel észlelhetőek lennének nagy távolságokból is, ezért számos lehetséges élőhelyük a látómezőnkben lenne. Ezzel szemben eddig ilyen civilizációkra utaló nyomokat nem találtunk.
Egyelőre nem világos, hogy a paradoxon melyik változata erősebb.Legyen azon civilizációk száma (egységekben mérve), amelyek sugáron belülig észlelhetőek. Legyen a galaxis sugara. Így a számunkra észlelhető civilizációk száma:
Ahol az első integrál azoké, amelyek a galaxison belüliek, míg a második azoké, amelyek a galaxison kívül esnek. Az, hogy melyik integrál nagyobb, az N(r) értékének csökkenési sebességétől függ, ami teljesen ismeretlen. Ez a megfigyelés Kardasovtól származik.
Kapcsolódó felvetések A Drake-formula és az antropikus elv
Számos elmélet és elv kapcsolódik a Fermi-paradoxonhoz, de a legközelebb a Drake-egyenlet (vagy Drake-formula) és az antropikus elv áll hozzá.
Az előbbi formulát dr. Frank Drake alkotta meg 1960-ban, egy évtizeddel az után, hogy Enrico Fermi felvetette a problémát. Drake megpróbálta rendszerbe foglalni és megbecsülni a földön kívüli élethez kapcsolódó számos valószínűségi változó értékét. A spekulatív faktorok az egyenletben a következőek: a csillagképződés intenzitása a galaxisban; a bolygóval rendelkező csillagok száma és azon bolygók száma, amelyek lakhatóak; azon bolygók száma, amelyeken kialakul élet és később kommunikációra képes, intelligens élet; és végül az ilyen civilizációk várható élettartama. Az alapvető probléma az, hogy az utolsó négy feltétel (életet hordozó bolygók aránya, intelligencia kialakulásának esélye, a kommunikációképesség esélye, és a kommunikációképes civilizációk élettartama) valószínűsége teljesen ismeretlen. Mindössze egyetlen példánk van, amelyből lehetetlen statisztikai következtetéseket levonni, ráadásul ez az egy példa erős antropikus elfogultságnak van kitéve.
A Drake-egyenletet egyaránt próbálták optimista és pesszimista módon felhasználni, ami jelentősen eltérő eredményekhez vezetett. 1966-ban dr. Carl Sagan optimista értékeket használva arra a feltételezésre jutott, hogy a Tejútrendszerben akár egymillió kommunikációra képes civilizáció található. Később azonban kijelentette, hogy ez a szám ennél sokkal kisebb lehet. Az olyan szkeptikusok, mint Frank J. Tipler, pesszimista értékek felhasználásával arra jutottak, hogy a galaxisonkénti civilizációk átlagos száma sokkal kevesebb, mint egy. (Vegyük észre, hogy a „mi” galaxisunkban, jelenleg ez a szám legalább egy. Ez egy kitűnő példája az antropikus elfogultságnak. Minden további galaxis, amelyben élnek olyan lények, akik feltehetik ezt a kérdést, szintén legalább egy civilizációval rendelkezik, bármennyire is alacsony az átlag értéke. Ellenkező esetben nem létezne senki, aki feltehetné a kérdést.)
Frank Drake maga is elismerte, hogy a Drake-egyenlet önmagában valószínűtlen, hogy feloldaná a Fermi-paradoxont, ehelyett leginkább csak a jelenlegi ismerethiányunk rendszerezésének egy módja. Újabban azt is megkérdőjelezik, hogy a formula egyáltalán maradéktalanul leírja-e a földön kívüli intelligencia kutatásával kapcsolatos ismeretlen tényezőket, újabban például találtak olyan csillagközi bolygókat, melyek nem keringenek csillagok körül, a Drake-formula viszont hallgatólagosan feltételezi, hogy bolygó csak csillag körül keringhet. A Naprendszer megismerése során a lakhatósági zónák elmélete is bizonytalanná vált: a Jupiter Europé és a Szaturnusz Titán holdjain is – melyek a lakhatósági zónán kívül vannak – találtak az élet számára potenciálisan alkalmas helyszíneket.
A paradoxon empirikus feloldása Nyilvánvaló módja a Fermi-paradoxon feloldásának az lenne, ha megdönthetetlen bizonyítékot találnánk a földön kívüli intelligencia létezésére. 1960 óta tesznek különböző kísérleteket ilyen bizonyítékok keresésére. Mivel az emberiségnek még nem adatik meg a csillagközi utazás lehetősége, az ilyen kutatások csak nagy távolságból folyhatnak, és alapos vizsgálatra, valamint csak nagyon nehezen észlelhető bizonyítékokra alapozhatnak. Ez behatárolja a lehetséges felfedezéseket olyan civilizációkra, amelyek észlelhető módon változtatják meg a környezetüket, vagy olyan jelenségeket gerjesztenek, amik nagy távolságból észlelhetőek (mint például a rádióhullámok). A fejlett technikát nem használó civilizációk Földről való észlelhetőségének lehetősége a közeljövőben még nagyon valószínűtlen.
A keresés során az egyik nehézséget az jelenti, hogy nem mindig tudjuk elkerülni a túlságosan antropomorf nézőpontot. A lehetséges bizonyítékok típusára való következtetések gyakran arra összpontosítanak, hogy az emberiség milyen tevékenységeket végzett a múltban, vagy hogyan viselkedne fejlettebb technika birtokában. Az intelligens idegenek azonban talán elkerülik ezt az „elvárt” viselkedésformát, vagy az emberek számára teljesen ismeretlen tevékenységeket folytatnak.
Rádiósugárzás
A rádiótechnikát, a rádióteleszkópok építésének képességét a fejlett technikával rendelkező fajok fejlődésének természetes állomásaiként tartják számon, és ezek elméletileg olyan jelenségeket hoznak létre, amelyek csillagközi távolságokból is észlelhetők. A mi Naprendszerünk figyelmes tanulmányozói például szokatlanul erős rádióhullámokat észlelnének egy G2-es típusú csillaghoz képest a Föld televíziós és telekommunikációs adásai miatt. A természetes okok hiányában az idegen megfigyelők kikövetkeztethetnék a földi civilizáció létezését.