Un approccio al paradosso di Fermi basato sui sistemi complessi

This thesis explores the Fermi Paradox — the striking discrepancy between the high probability of life-bearing planets in the universe and the lack of confirmed detections of advanced civilizations — by integrating methods from complex systems physics, astrophysics of galaxies and exoplanets, and statistical physics. Leveraging real data from sources such as the GAIA DR3 and exoplanet catalogs, we model the emergence and evolution of life through a stochastic, co-evolving framework, within a simulator named CiviSim, currently under development at the CoMuNe Lab. Our approach accounts for the major evolutionary transitions (e.g., from nonliving molecules to self-replicating systems, from noncognitive to cognitive learning processes, etc) under varying planetary environments. By systematically analyzing how life could originate and progress within realistically parameterized conditions, bounded by current observation, we aim to elucidate whether the rarity of detectable advanced civilizations is a consequence of intrinsic improbability, observational limitations, or both. The resulting insights not only offer a novel quantitative perspective on why the universe might appear silent but also highlight how multidisciplinary techniques — spanning astrophysics, complex systems theory and statistical modeling — can collaboratively address profound scientific questions at the intersection of physics and evolutionary biology.

Questa tesi esplora il Paradosso di Fermi — la sorprendente discrepanza tra l’elevata probabilità dell’esistenza di pianeti abitabili nell’universo e la mancanza di rilevazioni confermate di civiltà avanzate — integrando metodi provenienti dalla fisica dei sistemi complessi, dall’astrofisica delle galassie e degli esopianeti, e dalla fisica statistica. Sfruttando dati reali provenienti da fonti quali GAIA DR3 e i cataloghi di esopianeti, modelliamo l’emergere e l’evoluzione della vita attraverso un quadro stocastico e co-evolutivo, all’interno di un simulatore chiamato CiviSim, attualmente in fase di sviluppo presso il CoMuNe Lab. Il nostro approccio tiene conto delle principali transizioni evolutive (ad esempio, dal non vivente a sistemi auto-replicanti, da processi non cognitivi a processi di apprendimento cognitivi, ecc.) in differenti ambienti planetari. Analizzando sistematicamente come la vita possa originarsi e svilupparsi in condizioni realisticamente parametrizzate e vincolate dalle osservazioni attuali, miriamo a chiarire se la rarità di civiltà avanzate rilevabili sia una conseguenza dell’improbabilità intrinseca, di limitazioni osservative, o di entrambe le cose. I risultati ottenuti non solo offrono una nuova prospettiva quantitativa sul perché l’universo possa apparire silenzioso, ma mettono anche in luce come tecniche multidisciplinari — che spaziano dall’astrofisica, alla teoria dei sistemi complessi, fino alla modellizzazione statistica — possano collaborare nell’affrontare domande scientifiche profonde all’intersezione tra fisica e biologia evolutiva. In questa tesi ci concentreremo in particolare sul metodo con cui un esopianeta simulato può essere definito abitabile o meno. Questa non è una vera e propria transizione evolutiva, ma rappresenta uno dei criteri chiave affinché una conseguente simulazione dell’evoluzione della vita possa produrre risultati realistici, che possano poi essere utilizzati dagli astronomi per cercare una specifica tipologia di esopianeti e aumentare così le possibilità di individuare forme di vita.