[论文解读] 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 6

一句话总结

本文提出了一种对地外智慧生命（ETI）概率的对数对数先验，将权重均匀分布在 ln(1 − ln P_ETI) 上，以处理跨越 122 个数量级的极端不确定性。该方法得出在可观测宇宙中存在外星生命的贝叶斯置信度为 18%，倾向于孤立性但对证据保持开放态度，对 SETI 的有效性及费米悖论具有启示意义。

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.

研究动机与目标

• 为地外智慧生命在宜居行星上出现的概率所涉及的极端不确定性（范围从 1 到 10^−10^122）提供解决方案。
• 开发一种贝叶斯先验，使其在这一巨大可能概率范围内仍能对证据保持响应性。
• 利用信息论和熵约束，量化智慧生命出现的最小概率，从而估计地外智慧生命存在的可能性。
• 评估在此先验下 SETI 策略的有效性，特别是对星际探测器的探测能力。
• 探讨该先验对费米悖论及人类在宇宙中独特性哲学地位的影响。

提出的方法

• 通过 Π = ln(1 + ln P_ETI) 对概率 P_ETI 进行变换，提出对数对数先验，确保在变换变量上权重均匀分布。
• 利用贝肯斯坦熵和蛋白质构型熵设定 P_ETI 的下限 P_min，防止出现无限不可能的情况。
• 应用贝叶斯更新，估计可观测宇宙中存在地外智慧生命的后验概率。
• 考虑 P_min 的多种取值以及每颗行星潜在的“起源点”数量，评估结果的敏感性。
• 利用该先验评估当前 SETI 巡查的覆盖范围与探测能力，重点关注对无线电信号、激光信号或探测器信号的可探测性。
• 评估探测小型、长寿命的星际探测器作为稳健 SETI 策略的可行性，该策略在该先验下表现优异。

实验结果

研究问题

• RQ1 当概率跨度达多个数量级时，是否存在一种合乎原则的贝叶斯先验，用于行星上智慧生命出现的概率？
• RQ2 对数对数先验如何影响可观测宇宙中地外智慧生命存在的估计概率？
• RQ3 物理界限（如贝肯斯坦熵）对智慧生命出现的最小概率（P_min）有何约束？
• RQ4 在该先验下，当前 SETI 巡查在约束 P_ETI 方面的有效性如何，特别是对星际探测器的探测能力？
• RQ5 该对数对数先验对费米悖论及‘大寂静’现象（即未检测到信号）的预期有何启示？

主要发现

• 在中等 P_min 估计下，对数对数先验得出可观测宇宙中存在地外智慧生命的贝叶斯置信度为 18%。
• 在不同 P_min 和起源点数量的假设下，对地外智慧生命存在的置信度范围为 1.4% 至 47%，表明存在显著不确定性。
• 该先验表明，SETI 中的未检测到信号并不出人意料，因为‘大寂静’正是该框架下的预期结果。
• 在对数对数先验下，对星际探测器的搜寻尤其有效，因为这类探测器寿命长且在物理上是合理的。
• 该先验对 P_min 的选择保持敏感，极小的 P_min 值会引发类似玻尔兹曼大脑的情景，从而破坏推理基础。
• 除非同时对宇宙大小和 P_ETI 进行联合建模，否则 P_ETI 的边缘化先验并非严格为对数对数形式，凸显了边缘化中的一个局限性。