[論文レビュー] The Log Log Prior for the Frequency of Extraterrestrial Intelligences

Brian C. Lacki|arXiv (Cornell University)|Sep 19, 2016

Space Science and Extraterrestrial Life参考文献 73被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、122桁のオーダーにわたる極めて大きな不確実性を扱うために、ln(1 − ln P_ETI) に均等な重みを配分する対数対数事前分布を提案する。これにより、観測可能な宇宙におけるエイリアンの存在に関するベイズ的信頼度は18%に上昇し、孤立志向ではあるが証拠に応じて開かれた姿勢を保ち、SETIの有効性やフェルミのパラドックスに影響を与える。

ABSTRACT

It is unclear how frequently life and intelligence arise on planets. I consider a Bayesian prior for the probability P(ETI) that intelligence evolves at a suitable site, with weight distributed evenly over ln(1 - ln P(ETI)). This log log prior can handle a very wide range of P(ETI) values, from 1 to 10^(-10^122), while remaining responsive to evidence about extraterrestrial societies. It is motivated by our uncertainty in the number of conditions that must be fulfilled for intelligence to arise, and it is related to considerations of information, entropy, and state space dimensionality. After setting a lower limit to P(ETI) from the number of possible genome sequences, I calculate a Bayesian confidence of 18% that aliens exist within the observable Universe. With different assumptions about the minimum P(ETI) and the number of times intelligence can appear on a planet, this value falls between 1.4% and 47%. Overall, the prior leans towards our being isolated from extraterrestrial intelligences, but indicates that we should not be confident of this conclusion. I discuss the implications of the prior for the Search for Extraterrestrial Intelligence, concluding that searches for interstellar probes from nearby societies seem relatively effective. I also discuss the possibility of very small probabilities allowed by the prior for the origin of life and the Fermi Paradox, and note that similar priors might be constructed for interesting complex phenomena in general.

研究の動機と目的

• 観測可能な宇宙における知的生命体の出現確率に、1から10^−10^122にわたる極めて広いスケールの不確実性を扱う。
• この広範な確率スケールにわたって証拠に応じて反応するベイズ的事前分布を構築する。
• 情報理論的およびエントロピーに基づく制約を用いて、最小確率に対する制約を導出し、ETI出現の最小確率を定量化する。
• この事前分布のもとで、SETI戦略の有効性、特に恒星間探査機の検出を想定して評価する。
• フェルミのパラドックスおよび人類の宇宙における独自性の哲学的立場に与える含意を検討する。

提案手法

• 確率 P_ETI を Π = ln(1 + ln P_ETI) で変換することで、対数対数事前分布を提案し、変換された変数に均等な重みを配分する。
• Bekenstein限界とタンパク質の形状エントロピーを用いて、P_ETI の下限 P_min を設定し、無限に近い不確実性を回避する。
• ベイズ更新を適用して、観測可能な宇宙内にETIが存在する事後確率を推定する。
• P_min の複数の値と、1惑星あたりの「誕生地」の数を変化させ、結果の感度を評価する。
• 現在のSETI調査の範囲と到達可能性を、この事前分布に基づいて評価し、電波・レーザー・探査機信号の検出可能性に注目する。
• 小型で長寿命の恒星間探査機の検出可能性を、この事前分布のもとで効果的なSETI戦略として評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 確率が多数のオーダーにわたって変動する状況において、知的生命体が惑星に出現する確率に対する原理的でベイズ的な事前分布は何か？
• RQ2 対数対数事前分布は、観測可能な宇宙における知的生命体の存在確率にどのように影響を与えるか？
• RQ3 Bekensteinエントロピーなどの物理的制約が、知的生命体出現の最小確率（P_min）にどのような制約を課すか？
• RQ4 この事前分布のもとで、現在のSETI調査はP_ETI をどの程度制約できるか？特に恒星間探査機の検出に注目して。
• RQ5 対数対数事前分布は、検出が行われていない状況における「壮大な沈黙」の期待値やフェルミのパラドックスにどのような含意を与えるか？

主な発見

• 対数対数事前分布を用いることで、中程度のP_min推定のもとで、観測可能な宇宙内に知的生命体が存在するベイズ的信頼度は18%に上昇する。
• P_min と誕生地の数の仮定を変化させた場合、ETI存在の信頼度は1.4%から47%の間で変動し、依然として大きな不確実性が残る。
• この事前分布によれば、SETIでの検出が行われないことは驚くに値せず、『壮大な沈黙』はこの枠組みのもとで予想される結果である。
• 恒星間探査機の探索は、この対数対数事前分布のもとで特に効果的なSETI戦略である。なぜなら、それらは長期間にわたり存続可能で物理的に妥当な可能性を有するからである。
• この事前分布はP_minの選択に敏感であり、極めて小さな値はボルツマンブレインに類似した状況を生じさせ、推論を根底から揺るがす可能性がある。
• P_ETI における周辺化された事前分布は、宇宙のサイズとP_ETI が同時にモデル化されない限り、厳密には対数対数的ではない。これは周辺化における制限を示している。