В РАБОТЕ

Перевод нейросетью на русский классической книги, посвященной парадоксу Ферми (то есть почему же мы не видим никаких признаков существования внеземных цивилизаций).

Предисловие

“Одиноки ли мы во Вселенной?” — один из древнейших и самых универсальных вопросов. Уже столетие или больше он стимулирует блестящую научную фантастику, а сейчас мотивирует реальную науку и исследования. Но у нас все еще нет доказательств — на самом деле, мы слишком мало знаем, чтобы сказать, вероятно ли существование разумных инопланетян или нет. Вот почему нам нужны все аргументы, которые можно собрать. И вот почему эта книга станет таким стимулом для всех пытливых умов.

На Марсе могут быть простые организмы или останки существ, живших в ранней истории планеты; жизнь также может существовать в покрытых льдом океанах спутника Юпитера Европы или спутника Сатурна Энцелада. Но мало кто поставит на это; и уж точно никто не ожидает найти сложную биосферу в таких местах. Для этого мы должны смотреть на далекие звезды, далеко за пределы досягаемости любого зонда, который мы можем сейчас построить.

Здесь перспективы гораздо ярче. За последние двадцать лет (и особенно за последние пять) ночное небо стало гораздо интереснее и привлекательнее для исследователей, чем для наших предков. Астрономы обнаружили, что многие звезды — возможно, даже большинство — окружены свитой планет, точно так же, как Солнце. Эти планеты обычно не обнаруживаются напрямую. Вместо этого они выдают свое присутствие эффектами, воздействующими на их родительскую звезду, которые можно обнаружить с помощью точных измерений: небольшие периодические движения звезды, вызванные гравитацией вращающейся планеты, и легкие повторяющиеся потускнения яркости звезды, когда планета проходит перед ней, блокируя небольшую часть ее света.

Особый интерес представляют возможные “близнецы” нашей Земли — планеты того же размера, что и наша, вращающиеся вокруг других солнцеподобных звезд по орбитам с температурой, при которой вода не кипит и не замерзает. Космический аппарат “Кеплер” идентифицировал многие из них, и мы можем с уверенностью заключить, что в нашей Галактике их миллиарды. В течение двадцати лет телескопы следующего поколения получат изображения ближайших из этих планет. Будет ли на них жизнь? Мы слишком мало знаем о том, как зародилась жизнь на Земле, чтобы делать уверенные ставки. Что вызвало переход от сложных молекул к сущностям, способным к метаболизму и размножению? Возможно, это была случайность, настолько редкая, что она произошла лишь однажды во всей Галактике. С другой стороны, этот решающий переход мог быть почти неизбежен при наличии “правильной” среды. Мы просто не знаем — как не знаем и того, является ли химия земной жизни на основе ДНК/РНК единственно возможной или лишь одной из многих химических основ, которые могли бы реализоваться в другом месте.

Более того, даже если простая жизнь широко распространена, мы не можем оценить шансы на то, что она эволюционирует в сложную биосферу. И даже если бы это произошло, результат все равно мог бы быть неузнаваемо иным. Я не буду задерживать дыхание, но программа SETI — это стоящая авантюра, потому что успех в поиске принес бы судьбоносное послание о том, что концепции логики и физики (если не сознания) не ограничиваются “железом” в человеческих черепах.

Кроме того, возможно, было бы слишком антропоцентрично ограничивать внимание планетами, подобными Земле. У писателей-фантастов есть другие идеи — шарообразные существа, плавающие в плотных атмосферах планет, подобных Юпитеру, рои разумных насекомых, наноразмерные роботы и т.д. Возможно, жизнь может процветать на планетах, выброшенных в ледяную тьму межзвездного пространства, чье основное тепло исходит от внутренней радиоактивности (процесса, нагревающего ядро Земли). Могут даже существовать диффузные живые структуры, свободно плавающие в межзвездных облаках; такие сущности жили бы (и, если разумны, думали бы) в замедленном темпе, но, возможно, проявили бы себя в далеком будущем — как “Черное Облако”, предвиденное моим кембриджским наставником Фредом Хойлом.

Никакая жизнь не выживет на планете, чья центральная звезда, подобная Солнцу, станет гигантом и сбросит свои внешние слои. Такие соображения напоминают нам о бренности обитаемых миров (и о жизненной необходимости в конечном итоге вырваться из их оков). Мы также должны помнить, что кажущиеся искусственными сигналы могут исходить от сверхразумных (хотя и не обязательно сознательных) компьютеров, созданных расой инопланетных существ, которые уже вымерли.

Может быть, однажды мы найдем ИТ (внеземной разум). С другой стороны, эта книга предлагает 75 причин, по которым поиски SETI могут потерпеть неудачу; сложная биосфера Земли может быть уникальной. Это разочаровало бы искателей, но имело бы и положительную сторону: это дало бы нам, людям, право быть менее “космически скромными”. Более того, такой исход не превратил бы жизнь в космическое второстепенное зрелище. Эволюция все еще может быть ближе к своему началу, чем к концу. Наша Солнечная система едва достигла среднего возраста, и, если люди избегут самоуничтожения, нас ждет постчеловеческая эра. Жизнь с Земли могла бы распространиться по Галактике, эволюционируя в кишащую сложность, далеко превосходящую то, что мы можем даже вообразить. Если так, то наша крошечная планета — эта бледно-голубая точка, плывущая в космосе — может быть самым важным местом во всей Галактике, и у первых межзвездных путешественников с Земли будет миссия, которая найдет отклик во всей Галактике и, возможно, за ее пределами.

Эти дебаты будут продолжаться десятилетиями. И Стивен Уэбб вместил всего в одну чрезвычайно занимательную книгу увлекательное изобилие аргументов и размышлений, которые обогатят эти дебаты. Мы должны быть ему благодарны.

Мартин Рис, Королевский астроном

Предисловие ко второму изданию

Я хотел бы поблагодарить Криса Кэрона из Springer как за его предложение обновить “Где же все?”, так и за его поддержку на протяжении мучительного процесса обновления. Я рад, что второе издание книги выйдет в серии Springer “Наука и фантастика”, детище Криса и его коллеги Анжелы Лахи, поскольку любое обсуждение парадокса Ферми находится на этом стимулирующем пересечении науки и научной фантастики. Спустя дюжину лет после публикации первого издания я еще сильнее убежден, что вопрос Ферми — одна из самых насущных проблем в науке, но по-прежнему остается фактом, что авторы научной фантастики внесли в дебаты по меньшей мере такой же вклад, как и профессиональные ученые.

За эти годы я обсуждал парадокс Ферми со слишком многими людьми, чтобы упомянуть их всех по имени, но я особенно хотел бы поблагодарить Милана Чирковича, Майка Лэмптона, Колина МакИннеса, Андерса Сандберга, Дэвида Уолтэма и Уилларда Уэллса за то, что они делились со мной идеями, статьями и рукописями. И, конечно, я должен поблагодарить Хайке и Джессику, которые делают все это стоящим.

Стивен Уэбб Ли-он-зе-Солент, июль 2014 г.

Предисловие к первому изданию

Эта книга о парадоксе Ферми — противоречии между очевидным отсутствием инопланетян и распространенным ожиданием, что мы должны видеть доказательства их существования. Меня захватил этот парадокс, когда я впервые столкнулся с ним около 17 лет назад, и он захватывает меня до сих пор. За эти годы многие авторы (слишком многие, чтобы упомянуть их здесь, хотя их имена есть в списке литературы в конце книги) очаровали меня своими работами о парадоксе. Их влияние на эту работу будет очевидным. Я также обсуждал парадокс со многими друзьями и коллегами; хотя их слишком много, чтобы упоминать по отдельности, я признателен им всем.

Несколько человек внесли непосредственный вклад в написание этой книги, и я хотел бы воспользоваться этой возможностью, чтобы поблагодарить их. Клайв Хорвуд из Praxis и Джон Уотсон из Springer оказали большую поддержку проекту; книга не была бы завершена без их советов и поддержки. (Я также хотел бы поблагодарить Джона за то, что он поделился своим излюбленным решением парадокса за приятным рабочим обедом.) Стюарт Кларк предоставил много полезных комментариев к раннему черновику рукописи; Боб Марриотт выловил несколько ошибок и солецизмов в более позднем черновике (Боб также прислал мне список из 101 решения парадокса, с 75 из которых я согласен); и я чрезвычайно благодарен Стиву Гиллетту за то, что он поправил меня по многим научным вопросам. (Я, конечно, несу ответственность за оставшиеся ошибки.) Несколько авторов и организаций любезно предоставили разрешение на воспроизведение рисунков; я особенно благодарен Лоре Гордон, Джеффри Лэндису, Иэну Уоллу, Сьюзен Лендрот, Рейнхарду Рэчелу, Хизер Линдси и Мерридет Миллер за помощь в получении подходящих рисунков. Я хотел бы поблагодарить Дэвида Гласпера за то, что он поделился своими воспоминаниями о детском происшествии, которое затронуло нас обоих. Наконец, конечно, я хотел бы поблагодарить свою семью — Хайке, Рона, Ронни, Питера, Джеки, Эмили и Эбигейл — за их терпение. Я тратил на писательство время, которое должен был бы провести с ними.

Стивен Уэбб Милтон-Кинс, июль 2002 г.

Содержание

Где все?
О Ферми и парадоксе
- Физик Энрико Ферми
- Парадокс
- Парадокс Ферми
Они здесь (или были здесь)
- Решение 1: Они здесь и называют себя венграми
- Решение 2: Они здесь и называют себя политиками
- Решение 3: Они бросают камни в Радивое Лаича
- Решение 4: Они наблюдают за нами с НЛО
- Решение 5: Они были здесь и оставили доказательства
- Решение 6: Они существуют, и они – это мы: мы все – инопланетяне!
- Решение 7: Сценарий зоопарка
- Решение 8: Сценарий запрета
- Решение 9: Гипотеза заповедника
- Решение 10: Бог существует
Они существуют, но мы их еще не видели и не слышали
- Решение 11: Звезды слишком далеко
- Решение 12: У них не было времени, чтобы добраться до нас
- Решение 13: Теория перколяции
- Решение 14: Подождите минутку
- Решение 15: Предел световой клетки
- Решение 16: Они передумали
- Решение 17: Мы – солнечные шовинисты
- Решение 18: Инопланетяне зеленые
- Решение 19: Они остаются дома
- Решение 20: Они сидят в интернете
- Решение 21: Против Империи
- Решение 22: Зонды Брэйсуэлла – фон Неймана
- Решение 23: Информационная панспермия
- Решение 24: Берсерки
- Решение 25: Они подают сигналы, но мы не знаем, как слушать
- Решение 26: Они подают сигналы, но мы не знаем, на какой частоте слушать
- Решение 27: Они подают сигналы, но мы не знаем, куда смотреть
- Решение 28: Сигнал уже есть в данных
- Решение 29: Мы слушаем недостаточно долго
- Решение 30: Они передают сигналы, но мы их не принимаем
- Решение 31: Все слушают, но никто не передает
- Решение 32: У них нет желания общаться
- Решение 33: Они развили другую математику
- Решение 34: Они зовут нас, но мы не распознаем сигнал
- Решение 35: Они используют иную физику
- Решение 36: Их технологии слишком сложны для нас
- Решение 37: Они не используют радиосигналы
- Решение 38: Они спрятаны в темной материи
- Решение 39: Они существуют в других измерениях
- Решение 40: Они взаимодействуют только с искусственным интеллектом
- Решение 41: Жизнь чрезвычайно редка
- Решение 42: Они учатся дистанционно
- Решение 43: Высокотехнологичные цивилизации нестабильны
- Решение 44: Великий фильтр уже позади
- Решение 45: Великий фильтр впереди
- Решение 46: Мы – первые
- Решение 47: Они достигли сингулярности
- Решение 48: Гипотеза трансценденции
- Решение 49: Гипотеза миграции
- Решение 50: Цивилизаций бесконечно много, но в нашем горизонте частиц — только мы

5. Их не существует

- Решение 51: Вселенная создана для нас
- Решение 50: Цивилизаций бесконечно много, но в нашем горизонте частиц — только мы
- Решение 52: Каноничный артефакт
- Решение 53: Жизнь могла возникнуть только недавно
- Решение 54: Планетные системы редки
- Решение 55: Каменистые планеты редки
- Решение 56: Водный мир
- Решение 57: Узкие зоны обитаемости
- Решение 58: Земля — первая
- Решение 59: У Земли есть оптимальный «насос эволюции»
- Решение 60: Галактика — опасное место
- Решение 61: Планетная система — опасное место
- Решение 62: У Земли уникальная система тектоники плит
- Решение 63: Луна уникальна
- Решение 64: Возникновение жизни редко
- Решение 65: Возникновение жизни редко (еще раз)
- Решение 66: «Златовласки» редки
- Решение 67: Переход от прокариот к эукариотам редок
- Решение 68: Виды, создающие инструменты, редки
- Решение 69: Высокие технологии не неизбежны
- Решение 70: Разум человеческого уровня редок
- Решение 71: Язык уникален для людей
- Решение 72: Наука не неизбежна
- Решение 73: Сознание не неизбежно
- Решение 74: Гея, Бог или Златовласка?

6. Заключение

Решение 75: Парадокс Ферми разрешен

Примечания
Литература
Указатель

1 Где же все?

В парадоксах есть что-то завораживающее. Визуальные парадоксы гравюр Маурица Эшера неизменно привлекают взгляд. Стихи, такие как “Предупреждение детям” Роберта Грейвса, играющие с парадоксом бесконечного регресса, заставляют кружиться голову. Парадокс лежит в основе романа Джозефа Хеллера “Уловка-22”, одного из величайших романов 20-го века. Однако мой любимый парадокс — это парадокс Ферми.

Впервые я столкнулся с парадоксом Ферми летом 1984 года. Я только что окончил Бристольский университет, и мне следовало провести летние месяцы, изучая “Калибровочные теории в физике элементарных частиц” Эйчисона и Хея — обязательное чтение перед началом аспирантуры в Манчестерском университете. Вместо этого я проводил время, наслаждаясь солнцем на Бристольских холмах, изучая свое любимое чтение: “Научно-фантастический журнал Айзека Азимова”. Как и у многих людей, научная фантастика пробудила мой интерес к науке. Именно читая произведения Айзека Азимова,¹ Артура Кларка и Роберта Хайнлайна и смотря такие фильмы, как “Запретная планета”, я влюбился в науку. В том году в последовательных выпусках² журнала Азимова появились две заставляющие задуматься научно-популярные статьи. Первая, написанная Стивеном Гиллеттом, называлась просто “Парадокс Ферми”. Вторая, решительное опровержение Роберта Фрейтаса, называлась “Парадокс Ферми: Настоящая нелепица”.

Гиллетт рассуждал следующим образом. Предположим, как верили оптимисты, что Галактика является домом для многих внеземных цивилизаций. (Для экономии времени я часто буду называть внеземную цивилизацию ВЦ.) Тогда, поскольку Галактика чрезвычайно стара, велики шансы, что ВЦ будут опережать нас на миллионы или даже миллиарды лет. Российский астрофизик Николай Кардашев предложил полезный способ размышления о таких цивилизациях. Он утверждал, что мы можем классифицировать ВЦ по имеющейся у них технологии, и разработал 3-балльную шкалу для измерения мощности этой технологии. Цивилизация типа 1 по Кардашеву, или цивилизация KI, была бы сравнима с нашей: она могла бы использовать энергетические ресурсы планеты. Цивилизация KII была бы далеко за пределами нашей: она могла бы использовать энергетические ресурсы звезды. Цивилизация KIII могла бы использовать энергетические ресурсы целой галактики. Согласно Гиллетту, большинство ВЦ в Галактике относились бы к типу KII или KIII. Теперь все, что мы знаем о земной жизни, говорит нам, что жизнь имеет естественную тенденцию расширяться во все доступное пространство. Почему внеземная жизнь должна отличаться? Конечно, ВЦ захотели бы расшириться со своей родной планеты и выйти в Галактику. Но — и это ключевой момент — цивилизация KII или KIII должна была бы колонизировать Галактику за несколько миллионов лет. Галактика должна кишеть технологически развитыми цивилизациями. Они уже должны быть здесь! И все же мы не видим никаких доказательств существования ВЦ. Гиллетт назвал это парадоксом Ферми. (Я узнал, почему имя Ферми связано с этим парадоксом, несколько месяцев спустя, когда Эрик Джонс опубликовал препринт из Лос-Аламоса, описывающий происхождение парадокса; но об этом позже.) Для Гиллетта парадокс указывал на леденящий душу вывод: человечество одиноко во Вселенной.

Фрейтас считал все это чепухой. Он сравнил логику Гиллетта со следующим аргументом. Лемминги быстро размножаются — около 3 пометов в год, в каждом помете до 8 детенышей. Всего за несколько лет общая масса леммингов сравняется с массой всей земной биосферы. Земля должна кишеть леммингами. И все же большинство из нас не видят доказательств существования леммингов. Вы когда-нибудь видели лемминга? Линия рассуждений “парадокса Ферми” привела бы нас к выводу, что лемминги не существуют — однако, как указал Фрейтас, это было бы абсурдно. Что еще интереснее, он указал, что отсутствие доказательств существования ВЦ не особенно убедительно: если бы небольшие искусственные зонды были припаркованы, скажем, в Поясе астероидов, или более крупные зонды в Облаке Оорта, то у нас практически не было бы шансов их обнаружить. Кроме того, он утверждал, что логика так называемого парадокса ошибочна. Первые два шага в аргументе таковы: (i) если инопланетяне существуют, то они должны быть здесь; (ii) если они здесь, то мы должны их наблюдать. Сложность заключается в этих двух “должны”. “Должен” — это не “обязан”, и поэтому логически неверно обращать стрелку импликации. (Другими словами, тот факт, что мы их не наблюдали, не позволяет нам заключить, что их здесь нет, поэтому мы не можем заключить, что они не существуют.)

Пока мы не получим новую информацию, которая поможет разрешить парадокс, люди вольны следовать разным линиям рассуждений. В конце концов, именно это делает парадокс таким интересным. В случае парадокса Ферми ставки настолько высоки (существование или отсутствие инопланетного разума), а экспериментальные данные для аргументации настолько скудны (даже сейчас мы не можем быть уверены, что ВЦ здесь нет), что споры часто становятся жаркими. В дебатах Гиллетта-Фрейтаса я изначально встал на сторону Фрейтаса. Основной причиной было огромное количество чисел: в Галактике, возможно, до 400 миллиардов звезд, а во Вселенной столько же галактик, сколько звезд в нашей Галактике. Со времен Коперника наука учила нас, что в Земле нет ничего особенного. Следовательно, Земля не могла быть единственным домом для разумной жизни. И все же…

Аргумент Гиллетта засел у меня в голове. Я читал о космических чудесах с детства. Галактическая цивилизация трилогии “Основание“, астроинженерные чудеса “Мира-Кольца“, загадка корабля в “Свидании с Рамой” — все это было частью моего ментального багажа. И все же, где были эти чудеса? Воображение писателей-фантастов показало мне сотни возможных вселенных, но мои лекторы по астрономии ясно дали понять, что до сих пор, когда мы смотрим в реальную Вселенную, мы можем объяснить все, что видим, с помощью холодных уравнений физики. Проще говоря, Вселенная выглядит мертвой. Вопрос Ферми: где же все? Чем больше я думал об этом, тем более значимым казался мне парадокс. Мне казалось, что парадокс — это соревнование между двумя большими числами: множеством потенциальных мест для жизни против огромного возраста Вселенной. Первое число — это просто количество планет с подходящими условиями для развития жизни. Если мы примем Принцип Посредственности и предположим, что в Земле нет ничего особенного, то отсюда следует, что в Галактике существует много миллионов подходящих сред для жизни (и много миллиардов сред во Вселенной). Учитывая такое количество потенциальных очагов зарождения, жизнь должна быть распространена. Этот аргумент восходит, по крайней мере, к 4 веку до н.э., когда Метродор Хиосский писал, что “один колос пшеницы на большом поле так же странен, как один мир в бесконечном пространстве”.

Рис. 1.1 Первое изображение Земли, сделанное с поверхности другой планеты: эта фотография была сделана в марте 2004 года марсоходом “Спирит”. Землю едва видно на экране компьютера; ограничения технологии печати означают, что вы, возможно, не сможете ее здесь увидеть. Ранее, в 1990 году, “Вояджер-1” передал фотографию Земли, сделанную с гораздо большего расстояния — около 6 миллиардов километров. По словам Карла Сагана, Земля выглядела как бледно-голубая точка. Размышляя о незначительности скалы, на которой мы живем, и о миллиардах подобных скал, которые должны быть там, трудно поверить, что мы можем быть одни во Вселенной. (Источник: NASA)

Второе число теперь известно с поразительной точностью: последние космологические измерения³ говорят нам, что возраст Вселенной составляет 13,8 миллиарда лет (плюс-минус 37 миллионов лет). Чтобы вызвать ощущение такого большого промежутка времени, в таких обсуждениях обычно сжимают всю историю Вселенной в какой-то стандартный интервал. В данном случае я сожму текущий возраст Вселенной в стандартный земной год: другими словами, “Вселенский Год” сжимает всю историю Вселенной в 365 дней. В этой шкале времени одна секунда реального времени соответствует 437 годам; во Вселенском Году западная наука начинается примерно за 1 секунду до полуночи 31 декабря. В 1903 году братья Райт разработали управляемый полет; менее чем через четыре десятилетия немецкая ракета Фау-2 стала первым объектом, достигшим суборбитального полета; примерно через три десятилетия после этого, в 1977 году, “Вояджер-1” был запущен на ракете “Титан” и теперь достиг края межзвездного пространства. В течение типичной продолжительности жизни человека люди прошли путь от вида, по существу привязанного к Земле, до вида, способного запустить корабль, который в конечном итоге достигнет звезд. И все же этот промежуток времени представляет собой всего лишь последние 0,16 секунды Вселенского Года. Даже вся история нашего вида занимает гораздо меньше 1 часа последнего дня Вселенского Года. Однако в этом масштабе самые ранние ВЦ могли возникнуть в начале летних месяцев. Если колонизация Галактики может произойти за эквивалент нескольких часов, то можно было бы ожидать, что одна или несколько передовых технологических цивилизаций давно бы завершили эту работу. Даже если бы все они пошли по какому-то иному пути, кроме колонизации, разве мы не ожидали бы хотя бы услышать какие-то свидетельства их присутствия? Но Вселенная молчит. Парадокс, возможно, логически не доказывает отсутствие инопланетян, но, безусловно, вопрос Ферми заслуживает нашего внимания.

Рис. 1.2 Верх: Орвилл Райт за штурвалом в 1903 году. Внизу слева: ракета, запущенная с пусковой площадки в Германии в 1945 году. Внизу справа: запуск “Вояджера-1” в 1977 году. Огромный технологический прогресс менее чем за столетие. Как будут выглядеть наши корабли через тысячу лет? (Источник: верх — ВВС США; внизу слева — Crown Copyright 1946; внизу справа — NASA)

Таблица 1.1 Во Вселенском Году мы сжимаем 13,8 миллиарда лет в 365 дней. В этой шкале продолжительность жизни человека составляет долю секунды. Иисус жил примерно за 4,6 секунды до полуночи 31 декабря, а динозавры вымерли ранним утром 30 декабря.

“Реальное время “, “Время во Вселенском Году ” “70 лет “, “0,16 с ” “100 лет “, “0,23 с ” “437 лет “, “1 с ” “1000 лет “, “2,3 с ” “2000 лет “, “4,6 с ” “10000 лет “, “23 с ” “100 000 лет “, “3 мин 50 с ” “1 миллион лет “, “38 мин 20 с ” “2 миллиона лет “, “1 ч 16 мин 40 с ” “10 миллионов лет “, “6 ч 23 мин 20 с ” “100 миллионов лет “, “2 дня 15 ч 53 мин 20 с “

Я был не единственным, кто находил парадокс Ферми интересным. За прошедшие годы многие люди предлагали свои решения парадокса, и у меня развилась привычка их собирать. Хотя существует захватывающий диапазон ответов на вопрос “где же все?”, все они делятся на три класса. Во-первых, есть ответы, основанные на идее, что каким-то образом инопланетяне находятся (или находились) здесь. Это, вероятно, самое популярное решение парадокса. Безусловно, вера в разумную внеземную жизнь широко распространена. Опросы постоянно и последовательно показывают, что большинство американцев верят в существование летающих тарелок, кружащих вокруг Земли; доля европейцев, придерживающихся этого убеждения, кажется меньше, но тем не менее высока. Во-вторых, есть ответы, предполагающие, что ВЦ существуют, но по какой-то причине мы еще не нашли доказательств их существования. Это, вероятно, самая популярная категория ответов среди практикующих ученых. В-третьих, есть ответы, претендующие на объяснение того, почему человечество одиноко во Вселенной, или, по крайней мере, в Галактике; мы не слышим о внеземном разуме, потому что его нет. В 2002 году я опубликовал первое издание этой книги. В ней содержались обсуждения 50 решений парадокса Ферми, которые я собрал за годы, организованные по трем упомянутым выше классам. Почему дюжину лет спустя я чувствую необходимость во втором издании книги? В конце концов — и я не думаю, что это кого-то удивит — до сих пор нет убедительных доказательств существования внеземного разума. Что ж, хотя у нас нет окончательного ответа на вопрос “Где же все?”, ученые добились огромного прогресса в лучшем понимании соответствующих факторов для многих предложенных решений. За последние двенадцать лет ученые многое узнали об экзопланетах, о планетарной динамике, о пределах жизни… мы даже узнали больше о генезисе первого предложенного решения парадокса (“Они здесь, и они называют себя венграми”). Таким образом, многие обсуждения в первом издании теперь довольно устарели. Существует также тот факт, что в последние годы были предложены различные новые решения. Поэтому обновление раз в двенадцать лет кажется уместным. Первое издание книги содержало одно или два шутливых решения. Я решил их оставить и даже добавить еще пару, но это не означает, что к парадоксу Ферми не нужно относиться серьезно. Я считаю, что Великое Безмолвие становится все более оглушительным. С каждым поиском, который оказывается безрезультатным, с каждым годом, проходящим без того, чтобы ученые нашли какой-либо очевидный след внеземной активности в горах данных, собранных нашими телескопами, парадокс набирает силу. Я считаю, что вопрос Ферми становится одним из самых важных во всей науке — наравне с вопросами о природе сознания и объединении наших физических теорий.

Экспоненциальная запись. В книге используется экспоненциальная запись. Если вы не знакомы с этой записью, все, что вам нужно знать, это то, что это удобный метод для работы с очень большими и очень маленькими числами. В этой книге я всегда использую 10 в качестве основания, и поэтому, по сути, показатель степени считает количество нулей после 1. Умножение чисел с использованием этой записи простое: просто сложите показатели степени. Например: 100 = 10×10 = 10² и 1000 = 10×10×10 = 10³. Деление так же просто: вычтите один показатель степени из другого. Например: 1000 / 10 = 10^(3-1) = 10² = 100. Для чисел меньше единицы показатель степени отрицательный. Отрицательный показатель степени дает то же значение, что и обратная величина соответствующего положительного показателя степени. Таким образом: 10⁻² = 1/10² = 1/100 = 0,01 и 10⁻³ = 1/10³ = 1/1000 = 0,001. Используя экспоненциальную запись, мы можем записать, например, 1 миллион как 10⁶ и 1 миллиардную как 10⁻⁹. Это полезно в науке, где мы обычно имеем дело с очень большими и очень маленькими числами. Используя экспоненциальную запись, мы можем обсуждать количество звезд во Вселенной (их около 10²²) или массу электрона (которая составляет около 10⁻³⁰ кг), не прибегая к громоздким фразам типа “тысяча миллиардов миллиардов” или “триллион триллионов триллионных”.

Цель этой книги, таким образом, — представить и обсудить 75 предложенных решений вопроса Ферми. Список решений не претендует на исчерпывающий характер; скорее, я выбрал их потому, что они репрезентативны или потому, что я думаю, что они обладают какой-то особенно интересной особенностью. Решения исходят от ученых, работающих в нескольких широко разнесенных областях, а также от авторов научной фантастики; в этой теме авторы были по крайней мере так же усердны, как и академики, и во многих случаях они предвосхитили работу профессиональных ученых. План книги следующий.

Глава 2 дает краткую биографию Ферми, сосредотачиваясь на его научных достижениях. Затем я обсуждаю понятие парадокса и представляю краткое обсуждение истории парадокса Ферми. Главы 3-5 представляют 74 моих любимых решения парадокса. Не все из них независимы, и иногда я возвращаюсь к решению в другом обличье, но все они были серьезно предложены в качестве ответа на вопрос Ферми. Я располагаю ответы в соответствии с тремя упомянутыми выше классами. Глава 3 обсуждает 10 предложений, основанных на идее, что ВЦ находятся или находились здесь. Глава 4 обсуждает 30 ответов, основанных на идее, что ВЦ существуют, но мы еще не нашли доказательств их существования. Глава 5 обсуждает 24 решения парадокса, основанных на идее, что мы одиноки. В расположении различных обсуждений есть своя логика, но я надеюсь, что разделы достаточно автономны, чтобы позволить читателям “заглядывать” в книгу и выбирать решения, которые их особенно интересуют. В обсуждениях я стараюсь быть как можно более беспристрастным, даже если я не согласен с решением (что я часто делаю).

Глава 6 содержит 75-е решение: мой собственный взгляд на разрешение парадокса. Это не особенно оригинальное предложение, но оно суммирует то, что, по моему мнению, парадокс Ферми может говорить нам о Вселенной, в которой мы живем. За этим следует глава примечаний и предложений для дальнейшего чтения. Материал, обсуждаемый в этой книге, охватывает различные предметы, от астрономии до зоологии, поэтому ссылки в последней главе обязательно широки по охвату. Они варьируются от научно-фантастических рассказов до научно-популярных книг и первичных исследовательских статей, опубликованных в научных журналах. Многие читатели могут столкнуться с трудностями при доступе к более специализированным ссылкам, но я надеюсь, что они, по крайней мере, смогут использовать эту главу для поиска связанной информации в Интернете.

Книга специально предназначена для широкой аудитории. Одна из прелестей парадокса Ферми заключается в том, что его можно оценить без необходимости какой-либо математики, кроме понимания экспоненциальной записи. Отсюда следует, что любой может представить разрешение парадокса Ферми; вам не нужно иметь за плечами годы научной и математической подготовки, чтобы внести свой вклад в дебаты. Я надеюсь, что читатель этой книги сможет придумать решение, о котором никто другой не подумал. Если вы это сделаете, пожалуйста, напишите мне и поделитесь!

2 О Ферми и Парадоксе

Прежде чем рассматривать достоинства различных предложенных решений парадокса Ферми, в этой главе излагаются некоторые предпосылки. Сначала я представлю краткую биографию самого Энрико Ферми, сосредоточившись лишь на нескольких из его многочисленных и разнообразных научных достижений. Я упомяну только те вклады в науку, на которые ссылаюсь в последующих разделах книги. Я игнорирую, например, его вклад в физику космических лучей: Ферми первым предложил реалистичную модель для объяснения происхождения высокоэнергетических частиц, бомбардирующих Землю из космоса. Эта работа отмечена названием спутниковой миссии НАСА по исследованию космических лучей — Космический гамма-телескоп Ферми. Действительно, научные достижения Ферми были настолько многочисленны, что Космический телескоп Ферми — лишь последнее из множества объектов, названных в его честь. Фермилаб в Батавии, штат Иллинойс, является одним из ведущих мировых центров физики элементарных частиц; элемент с атомным номером 100, впервые синтезированный в 1952 году при взрыве водородной бомбы, называется фермий (Fm); типичный масштаб длины в ядерной физике, $1 0^{-15}$ м, называется ферми; 8103 Ферми — астероид главного пояса, а Ферми — большой кратер на обратной стороне Луны; несколько сотрудников Института Энрико Ферми при Чикагском университете получили Нобелевские премии. За более подробной информацией о жизни Ферми, как в науке, так и вне ее, я рекомендую заинтересованному читателю обратиться к биографиям Ферми, перечисленным в Списке литературы.

Затем я обсуждаю понятие парадокса и кратко рассматриваю несколько примеров из различных областей. Парадокс сыграл важную роль в истории мысли, помогая мыслителям расширять свои концептуальные рамки, а иногда заставляя их принимать довольно контринтуитивные понятия. Интересно сравнить парадокс Ферми с этими более устоявшимися парадоксами.

Наконец, я обсуждаю, как возник сам парадокс Ферми — где все? Стоит отметить, что некоторые утверждают, что это не парадокс, и он не принадлежит Ферми. Тем не менее, мы увидим, что вопрос Ферми можно облечь в форму формального парадокса (если вы чувствуете в этом необходимость), и я объясню, как имя Ферми стало ассоциироваться с парадоксом, который старше, чем многие полагают.

Физик Энрико Ферми

Бесполезно пытаться остановить движение знания вперед. Невежество никогда не лучше знания.

Энрико Ферми

Энрико Ферми был самым всесторонним физиком прошлого века — теоретиком мирового класса, проводившим экспериментальную работу высочайшего уровня. Ни один другой физик со времен Ферми не переключался между теорией и экспериментом с такой легкостью, и маловероятно, что кто-то сделает это снова. Область науки стала слишком обширной, чтобы позволить такое пересечение.

Ферми родился в Риме 29 сентября 1901 года, он был третьим ребенком Альберто Ферми, государственного служащего, и Иды ДеГаттис, школьной учительницы. Он рано проявил способности к математике ⁴, и будучи студентом-физиком в Высшей нормальной школе в Пизе, он быстро превзошел своих учителей.⁵

Его первым крупным вкладом в физику был анализ поведения определенных фундаментальных частиц, составляющих материю. Эти частицы, такие как протоны, нейтроны и электроны, теперь в его честь называются фермионами. Ферми показал, как при сжатии материи, когда одинаковые фермионы сближаются, возникает сила отталкивания, которая сопротивляется дальнейшему сжатию. Это фермионное отталкивание играет важную роль в нашем понимании таких разнообразных явлений, как теплопроводность металлов и стабильность белых карликов. Вскоре после этого теория бета-распада Ферми (тип радиоактивности, при котором массивное ядро испускает электрон) укрепила его международную репутацию. Теория требовала, чтобы вместе с электроном испускалась призрачная частица, которую он назвал нейтрино — «маленький нейтральный». Не все верили в существование этого гипотетического фермиона, но Ферми оказался прав. Физики наконец обнаружили нейтрино в 1956 году. Хотя нейтрино остается довольно неуловимым из-за его нежелания взаимодействовать с обычной материей, его свойства играют глубокую роль в современных астрономических и космологических теориях.

В 1938 году Ферми был удостоен Нобелевской премии по физике, отчасти в знак признания разработанной им методики исследования атомного ядра. Его методика привела его к открытию новых радиоактивных элементов; бомбардируя природные элементы нейтронами, он получил более 40 искусственных радиоизотопов. Награда также была признанием его открытия способа замедления нейтронов. Это может показаться незначительным моментом, но он имеет глубокие практические применения, поскольку медленные нейтроны более эффективны, чем быстрые, в индуцировании радиоактивности. (Медленный нейтрон проводит больше времени в окрестности ядра-мишени и, следовательно, с большей вероятностью взаимодействует с ядром. Аналогично, хорошо нацеленный мяч для гольфа с большей вероятностью попадет в лунку, если он движется медленно: быстрый удар может прокатиться мимо.) Этот принцип используется при работе ядерных реакторов.

Рис. 2.1 Эта фотография Энрико Ферми, читающего лекцию по атомной теории, изображена на марке, выпущенной Почтовой службой США 29 сентября 2001 года в ознаменование столетия со дня рождения Ферми. (Источник: Американский институт физики, Визуальные архивы Эмилио Сегре)

Новости о награде омрачались ухудшением политической ситуации в Италии. Муссолини, все больше подпадая под влияние Гитлера, начал антисемитскую кампанию. Фашистское правительство Италии приняло законы, скопированные непосредственно с нацистских Нюрнбергских эдиктов. Законы напрямую не затрагивали Ферми или его двоих детей, которые считались арийцами, но жена Ферми, Лаура, была еврейкой. Они решили покинуть Италию, и Ферми принял предложение о работе в Америке.

Через две недели после прибытия в Нью-Йорк до Ферми дошли новости о том, что немецкие и австрийские ученые продемонстрировали ядерное деление. Эйнштейн, после некоторых уговоров, написал свое историческое письмо Рузвельту, предупредив президента о возможных последствиях ядерного деления. Ссылаясь на работу Ферми и его коллег, Эйнштейн предупредил, что в большой массе урана может быть запущена ядерная цепная реакция — реакция, которая может привести к высвобождению огромного количества энергии. Рузвельт был достаточно обеспокоен, чтобы профинансировать программу исследований оборонных возможностей. Ферми был глубоко вовлечен в эту программу.

Вопросы Ферми. Коллеги Ферми благоговели перед ним за его сверхъестественную способность видеть суть физической проблемы и описывать ее простыми словами. Его называли Папой, потому что он казался непогрешимым. Почти так же впечатляла его способность оценивать порядок величины ответа (часто выполняя сложные вычисления в уме). Ферми пытался привить эту способность своим студентам. Он без предупреждения требовал от них ответов на кажущиеся неразрешимыми вопросы. Сколько песчинок на пляжах мира? Как далеко может пролететь ворона без остановки? Сколько атомов из последнего вздоха Цезаря вы вдыхаете с каждым глотком воздуха? Такие «вопросы Ферми» (как их теперь называют) требовали от студентов опираться на свое понимание мира и повседневный опыт, делать грубые приближения, а не полагаться на книжные знания или имеющиеся сведения.

Архетипичный вопрос Ферми — тот, который он задал своим американским студентам: «Сколько настройщиков пианино в Чикаго?» Мы можем получить обоснованную оценку, в отличие от необоснованной догадки, рассуждая следующим образом.

Во-первых, предположим, что население Чикаго составляет 3 миллиона человек. (Я не проверял альманах, чтобы узнать, верно ли это; но делать явные оценки при отсутствии точных знаний — в этом вся суть упражнения. Чикаго — большой город, но не самый большой в Америке, поэтому мы можем быть уверены, что оценка вряд ли ошибочна более чем в 2 раза. Поскольку мы явно указали наше предположение, мы можем вернуться к расчету позже и пересмотреть ответ в свете уточненных данных.) Во-вторых, предположим, что пианино владеют семьи, а не отдельные лица, и проигнорируем пианино, принадлежащие учреждениям, таким как школы, университеты и оркестры. В-третьих, если мы предположим, что типичная семья состоит из 5 членов, то наша оценка — 600 000 семей в Чикаго. Мы знаем, что не каждая семья владеет пианино; наше четвертое предположение — что 1 семья из 20 владеет пианино. Таким образом, мы оцениваем, что в Чикаго 30 000 пианино. Теперь зададимся вопросом: сколько настроек потребуется 30 000 пианино за 1 год? Наше пятое предположение — что типичное пианино требует настройки раз в год — значит, в Чикаго ежегодно происходит 30 000 настроек пианино. Предположение шестое: настройщик пианино может настроить 2 пианино в день и работает 200 дней в году. Следовательно, один настройщик пианино настраивает 400 инструментов в год. Чтобы удовлетворить общее количество требуемых настроек, в Чикаго должно быть $30000/400 = 75$ настройщиков пианино. Нам нужна оценка, а не точная цифра, поэтому, наконец, мы округляем это число до ровных 100.

Как мы увидим позже, способность Ферми улавливать суть проблемы проявилась, когда он задал вопрос: «Где все?»

Физикам нужно было ответить на множество вопросов, прежде чем они смогли создать бомбу, и именно Ферми ответил на многие из них. 2 декабря 1942 года в импровизированной лаборатории, построенной на корте для сквоша под Западными трибунами стадиона Чикагского университета, группа Ферми успешно осуществила первую самоподдерживающуюся ядерную реакцию. Реактор, или «котел», состоял из блоков очищенного урана — всего около 6 тонн, — расположенных в матрице из графита. Графит замедлял нейтроны, позволяя им вызывать дальнейшее деление и поддерживать цепную реакцию. Управляющие стержни из кадмия, который является сильным поглотителем нейтронов, контролировали скорость цепной реакции. Реактор достиг критичности ⁶ в 14:20, и первый тест длился 28 минут.

Ферми, с его непревзойденными знаниями в области ядерной физики, сыграл важную роль в Манхэттенском проекте. Он был там, в пустыне Аламогордо, 15 июля 1945 года, всего в 9 милях от эпицентра испытания «Тринити». Он лежал на земле лицом в направлении, противоположном бомбе. Увидев вспышку от мощного взрыва, он поднялся на ноги и бросил из руки маленькие кусочки бумаги. В неподвижном воздухе кусочки бумаги упали бы к его ногам, но когда через несколько секунд после вспышки пришла ударная волна, бумага сдвинулась горизонтально из-за смещения воздуха. Типичным для него образом он измерил смещение бумаги; поскольку он знал расстояние до источника, он смог немедленно оценить энергию взрыва.

После войны Ферми вернулся к академической жизни в Чикагском университете и заинтересовался природой и происхождением космических лучей. Однако в 1954 году у него диагностировали рак желудка. Эмилио Сегре, давний друг и коллега Ферми, навестил его в больнице. Ферми отдыхал после диагностической операции, и его кормили внутривенно. Даже в конце, согласно трогательному рассказу Сегре, Ферми сохранил свою любовь к наблюдению и вычислениям: он измерял скорость потока питательного раствора, считая капли и замеряя время секундомером. Ферми умер 29 ноября 1954 года в раннем возрасте 53 лет.

Парадокс

Это старые милые парадоксы, чтобы дураки смеялись в пивной.

Уильям Шекспир, Отелло, Акт II, Сцена 1

Наше слово «парадокс» происходит ⁷ от двух греческих слов: para, означающего «против», и doxa, означающего «мнение». Оно описывает ситуацию, в которой наряду с одним мнением или интерпретацией существует другое, взаимоисключающее мнение. Слово приобрело множество слегка различающихся значений, но в основе каждого употребления лежит идея противоречия. Парадокс — это больше, чем просто несоответствие. Если вы говорите «идет дождь, не идет дождь», то вы противоречите себе, но парадокс требует большего. Парадокс возникает, когда вы начинаете с набора кажущихся самоочевидными предпосылок, а затем выводите заключение, которое их подрывает. Если ваш железобетонный аргумент доказывает, что должен идти дождь, но вы выглядываете и видите, что на улице сухо, то у вас есть парадокс, который нужно разрешить.

Рис. 2.2 Визуальный парадокс. Эта невозможная фигура — треугольник Пенроуза. Он назван в честь Роджера Пенроуза, британского математика, который придумал его в 1950-х годах. (Впервые он был создан еще раньше, в 1934 году, шведским художником-графиком Оскаром Реутерсвардом.) Иллюстрация, кажется, показывает трехмерное треугольное тело, но такой треугольник невозможно построить. Каждая вершина треугольника Пенроуза на самом деле является перспективным видом прямого угла. Художники, такие как Эшер и Реутерсвард, с удовольствием представляли визуальные парадоксы. (Источник: Tobias R.)

Слабый парадокс или заблуждение часто можно прояснить, немного подумав. Противоречие обычно возникает из-за ошибки в логической цепочке, ведущей от предпосылок к заключению. Например, начинающие студенты алгебры часто строят «доказательства» очевидно неверных утверждений, таких как $1 + 1 = 1$ . Такие «доказательства» обычно содержат шаг, на котором уравнение делится на ноль. В этом и заключается источник заблуждения, поскольку деление на ноль недопустимо в арифметике: если вы делите на ноль, вы можете «доказать» все что угодно.

Однако в сильном парадоксе источник противоречия не очевиден сразу; могут пройти столетия, прежде чем вопрос будет разрешен. Сильный парадокс способен бросить вызов нашим самым заветным теориям и убеждениям. Действительно, как однажды заметил математик Анатоль Рапопорт ⁸: «Парадоксы сыграли драматическую роль в истории мысли, часто предвещая революционные разработки в науке, математике и логике. Всякий раз, когда в какой-либо дисциплине мы обнаруживаем проблему, которую невозможно решить в рамках концептуальной структуры, которая предположительно должна применяться, мы испытываем шок. Шок может заставить нас отбросить старую структуру и принять новую».

Парадоксы изобилуют в логике, математике и физике, и найдется тип на любой вкус и интерес.

Несколько логических парадоксов

Старый парадокс, над которым размышляли философы с середины IV века до н. э. и который обсуждается до сих пор, — это парадокс лжеца. Его древнейшее приписывание — Евбулиду Милетскому, который спросил: «Человек говорит, что он лжет; истинно или ложно то, что он говорит?» Как бы ни анализировать это предложение, возникает противоречие. Тот же парадокс встречается в Новом Завете. Св. Павел в своем послании к Титу, первому епископу Крита, писал: «Один из них самих, даже пророк их собственный, сказал: критяне всегда лжецы». Неясно, осознавал ли Павел проблему в своем предложении, но когда допускается самореференция, парадокс почти неизбежен.

Одним из важнейших инструментов рассуждения, которыми мы обладаем, является сорит. На языке логиков сорит — это цепь связанных силлогизмов: предикат одного утверждения становится субъектом следующего утверждения. Приведенные ниже утверждения образуют типичный пример сорита:

все вороны — птицы;

все птицы — животные;

всем животным для выживания нужна вода.

Следуя по цепочке, мы должны логически заключить: всем воронам для выживания нужна вода.

Сориты важны, потому что они позволяют нам делать выводы, не охватывая все возможные случаи в эксперименте. В приведенном выше примере нам не нужно лишать ворон воды, чтобы знать, что это приведет к их смерти от жажды. Но иногда вывод сорита может быть абсурдным: мы имеем парадокс сорита. Например, если мы согласны с тем, что добавление одной песчинки к другой песчинке не создает кучу песка, и учитывая, что одна песчинка сама по себе не составляет кучу, то мы должны заключить, что никакое количество песка не может создать кучу. И все же мы видим кучи песка. Источник таких парадоксов лежит в намеренной неопределенности ⁹ таких слов, как «куча». Другой парадокс — парадокс Тесея — основывается на неопределенности слова «тот же самый»: если вы восстанавливаете деревянный корабль, заменяя каждую доску, является ли он тем же самым кораблем? Политики, конечно, регулярно пользуются этими языковыми уловками.

Помимо соритов, мы все постоянно используем индукцию — вывод обобщений из конкретных случаев при рассуждении. Например, всякий раз, когда мы видим, как что-то падает, оно падает вниз: используя индукцию, мы предлагаем общий закон, а именно, что когда вещи падают, они всегда падают вниз, а не вверх. Индукция — настолько полезный метод, что все, что ставит его под сомнение, вызывает беспокойство. Рассмотрим парадокс ворона Гемпеля.¹⁰ Предположим, орнитолог после многих лет полевых наблюдений видел сотни черных воронов. Доказательств достаточно, чтобы она предложила гипотезу: «все вороны черные». Это стандартный процесс научной индукции. Каждый раз, когда орнитолог видит черного ворона, это небольшое свидетельство в пользу ее гипотезы. Теперь утверждение «все вороны черные» логически эквивалентно утверждению «все не-черные вещи — не-вороны». Если орнитолог видит кусок белого мела, то это наблюдение является небольшим свидетельством в пользу гипотезы «все не-черные вещи — не-вороны», но, следовательно, это должно быть свидетельством ее утверждения о том, что вороны черные. Почему наблюдение, касающееся мела, должно быть свидетельством гипотезы о птицах? Означает ли это, что орнитологи могут проводить ценную работу, сидя дома перед телевизором, не утруждая себя наблюдением за птицами на природе?

Другой логический парадокс — парадокс неожиданной казни, в котором судья говорит осужденному: «Вас повесят на следующей неделе, но, чтобы избавить вас от душевных мук, день исполнения приговора станет сюрпризом». Заключенный рассуждает, что палач не может ждать до пятницы, чтобы исполнить приказ судьи: такая долгая задержка означает, что все будут знать, что казнь состоится в этот день — казнь не будет сюрпризом. Значит, пятница исключается. Но если пятница исключена, то по той же логике исключается и четверг. То же самое касается среды, вторника и понедельника. Заключенный, с огромным облегчением, приходит к выводу, что приговор не может быть приведен в исполнение. Тем не менее, он совершенно удивлен, когда палач ведет его на виселицу в четверг! Этот аргумент, который также известен под названиями «парадокс неожиданного экзамена» и «парадокс предсказания», породил огромную литературу.¹¹

Несколько научных парадоксов

Хотя размышлять о лжецах, воронах и осужденных часто забавно, а иногда и полезно, аргументы, связанные с логическими парадоксами, слишком часто, по крайней мере на мой вкус, сводятся к дискуссии о точном значении и употреблении слов. Такие дискуссии хороши, если вы философ, но, по моему мнению, действительно увлекательные парадоксы можно найти в науке.

Парадокс близнецов, связанный с явлением замедления времени в специальной теории относительности, пожалуй, один из самых известных. Предположим, один близнец остается дома, а другой отправляется к далекой звезде со скоростью, близкой к скорости света. Для оставшегося дома близнеца часы его брата идут медленнее: его близнец стареет медленнее, чем он сам. Хотя это явление противоречит здравому смыслу, это экспериментально подтвержденный факт. Но ведь теория относительности говорит нам, что путешествующий близнец может считать себя находящимся в покое? С его точки зрения, часы земного близнеца идут медленнее; оставшийся дома близнец должен стареть медленнее. Так что же произойдет, когда путешественник вернется? Они не могут оба быть правы. Невозможно, чтобы оба близнеца были моложе друг друга!

Разрешение этого парадокса простое: путаница возникает из-за неправильного применения специальной теории относительности. Эти два сценария не взаимозаменяемы, потому что только путешествующий близнец ускоряется до световой скорости, замедляется на полпути своего путешествия и повторяет все это на обратном пути. Все могут согласиться, что оставшийся дома близнец не испытывает такого ускорения. Таким образом, путешественник стареет медленнее, чем земной близнец; он возвращается и находит своего брата постаревшим или даже мертвым. Инопланетный посетитель Земли наблюдал бы то же явление по возвращении на свою родную планету: его оставшиеся дома братья и сестры (если у инопланетян есть братья и сестры) были бы старше или давно умерли. Такое поведение, безусловно, противоречит нашему опыту, но это не парадокс — скорее, печальный факт межзвездных путешествий. ¹²

Так называемый парадокс файервола (огненной стены) гораздо моложе парадокса близнецов. Он был впервые предложен в 2012 году, ¹³ и с тех пор шквал статей пытался разрешить лежащую в его основе загадку. На момент написания никому не удалось потушить файервол; он остается тревожной проблемой для теоретической физики. Парадокс возникает из-за очевидного противоречия между предсказаниями, сделанными тремя фундаментальными теориями физики: квантовой теорией, общей теорией относительности и комплементарностью.

Квантовая теория — наша лучшая теория физических процессов, происходящих в природе. Это вероятностная теория, что означает, что она не предсказывает, что произойдет определенно; скорее, она дает вероятность того, что произойдет какое-то конкретное событие. Таким образом, квантовая теория имеет смысл только в том случае, если вероятности всех различных исходов события в сумме равны 1. Если вы сложите вероятности всех возможных исходов и обнаружите, что результат равен 0.8 или 1.3 или любому значению, кроме 1, — то результат бессмысленен. Отсюда следует, что информация в квантовой теории не может быть потеряна и не может быть клонирована: если бы информация каким-то образом исчезла или могла быть скопирована, то вероятности не суммировались бы до 1, и результат был бы бессмысленным.

Общая теория относительности, наша лучшая теория гравитации, является классической, а не квантовой теорией. Другими словами, она дает определенное предсказание исхода события, а не диапазон вероятностей для различных возможных исходов. Общая теория относительности описывает гравитацию в терминах искривления пространства-времени, и одно из ее предсказаний состоит в том, что когда искривление пространства-времени становится достаточно сильным, может образоваться черная дыра. Черная дыра — это область пространства, где даже сам свет движется недостаточно быстро, чтобы вырваться из тисков гравитации. Черную дыру окружает горизонт событий, «поверхность невозврата». Если вы находитесь вне горизонта событий, то всегда возможно, хотя бы в принципе, покинуть окрестности черной дыры; однако, если вы пересечете горизонт событий, любая попытка покинуть черную дыру неизбежно закончится неудачей. Важно отметить, что согласно общей теории относительности вы не заметите ничего особенного при пересечении горизонта событий; нет знака, отмечающего границу в пространстве, за которой лежит черная дыра. Обычная аналогия — гребная лодка на реке с все более быстрым течением, которое завершается водосливом. Река содержит точку невозврата, за которой мускульная сила любого гребца не сможет преодолеть течение. Если лодка пройдет точку невозврата, ее судьба решена: она будет унесена через водослив. Но ничто в реке не отмечает эту точку невозврата, и лодка может спокойно проплыть мимо этой точки, не заметив никаких изменений. То же самое и с горизонтом событий, окружающим черную дыру.

В середине 1970-х Стивен Хокинг представил физике информационный парадокс черной дыры. Хокинг показал, что черные дыры на самом деле излучают: квантовые эффекты вблизи поверхности горизонта событий означают, что частицы могут покинуть окрестности горизонта. Черные дыры испускают так называемое излучение Хокинга, и это излучение несет с собой информацию и энергию. Этот эффект приводит к тому, что черная дыра теряет энергию, что, в свою очередь, означает, что она сжимается. В конце концов, черная дыра испаряется. Вопрос в том, что происходит с информацией, которая находилась внутри черной дыры? Если информация уносится излучением Хокинга, то информация должна была быть клонирована: информация не могла вырваться из-за горизонта событий. Но наличие двух копий информации нарушает квантовую теорию, потому что это означало бы, что вероятности не суммируются до единицы. Так, может быть, информация исчезает, когда черная дыра испаряется? Но исчезновение информации нарушает квантовую теорию, потому что это означало бы, что вероятности не суммируются до единицы. Мы имеем парадокс: квантовая теория и общая теория относительности, по-видимому, дают противоречивые описания того, что происходит с любой информацией, которая может упасть в черную дыру.

В начале 1990-х Леонард Сасскинд и его коллеги предложили нечто под названием комплементарность в качестве решения информационного парадокса черной дыры. Идея Сасскинда заключалась в том, что в некотором смысле проблема заключается в перспективе: наблюдатели внутри и снаружи горизонта событий видят разные вещи. Наблюдатель вне черной дыры видит, как информация собирается на горизонте событий, а затем в конечном итоге покидает черную дыру в виде излучения Хокинга. Наблюдатель внутри черной дыры видит информацию как находящуюся внутри горизонта событий. Поскольку два наблюдателя не могут общаться, парадокс избегается. Предложение Сасскинда в некотором смысле позволяет информации быть как внутри, так и снаружи горизонта событий таким образом, что это не нарушает требований квантовой теории. Его предложение получило поддержку в 1997 году, когда Хуан Малдасена предложил идею,¹⁴ называемую AdS/CFT соответствием. Идея гласит, что теория струн (которая автоматически содержит гравитацию) эквивалентна квантовой теории без гравитации в пространстве меньшего числа измерений. Статья Малдасены оказала огромное влияние, потому что она позволяет физикам решать проблемы, которые иначе были бы слишком сложными: если проблема неразрешима в одном режиме, просто переключитесь на другой режим, где она может быть разрешима, выполните там работу, а затем вернитесь в исходный режим. Как бы безумно это ни звучало, AdS/CFT соответствие утверждает, что трехмерное внутреннее пространство черной дыры с гравитацией эквивалентно квантовой теории без гравитации, которая находится прямо над двумерной поверхностью горизонта. Множество теоретических работ, основанных на этом соответствии, казалось, подтверждали предложение о комплементарности. Казалось, что информация не теряется, квантовая теория спасена, и информационный парадокс решен.

Однако в 2012 году четыре физика (Ахмед Альмхейри, Дональд Марольф, Джозеф Полчински и Джеймс Салли, известные под общим названием AMPS) обнаружили нечто тревожное, когда попытались описать процесс испарения черной дыры в терминах комплементарности. Согласно их анализу, когда черная дыра прошла примерно половину процесса испарения, она потеряла так много информации через излучение Хокинга, что оставшейся информации на двумерной поверхности горизонта недостаточно для представления трехмерного внутреннего пространства черной дыры с гравитацией. Это проявляется в явлении, которое AMPS назвали файерволом: наблюдатель, падающий в черную дыру, сгорает дотла на поверхности чуть выше горизонта событий. Но этот эффект просто не должен происходить согласно общей теории относительности: ничто в пространстве не должно отмечать «поверхность невозврата». Таким образом, парадокс вернулся, и стал еще хуже, потому что теперь у нас есть три элемента, борющихся за внимание: квантовая теория, общая теория относительности и комплементарность. На момент написания ситуация является запутанной. Ясность в конечном итоге вернется — возможно, с вкладом из отдельной области науки, такой как теория информации — и, разрешив парадокс файервола, мы больше узнаем о некоторых фундаментальных концепциях физики.

Парадоксу близнецов и парадоксу файервола предшествует парадокс, названный в честь Генриха Ольберса,¹⁵ который рассмотрел вопрос, задаваемый бесчисленным количеством детей — «Почему ночное небо темное?» — и показал, что темнота ночи глубоко таинственна. Его рассуждения основывались на двух предпосылках. Во-первых, Вселенная бесконечна в своем протяжении. Во-вторых, звезды разбросаны случайным образом по всей Вселенной. (Ольберс не знал о существовании галактик, которые не были признаны звездными скоплениями до примерно 75 лет после его смерти, но его рассуждения это не затрагивает. Его аргумент работает точно так же для галактик, как и для звезд.) Из этих предпосылок он пришел к неудобному выводу: в каком бы направлении вы ни смотрели, ваша линия обзора должна в конечном итоге упереться в звезду — следовательно, ночное небо должно быть ярким.

Парадокс Ольберса. Предположим, все звезды имеют одинаковую внутреннюю яркость. (Следующий аргумент проще при этом предположении, но вывод никоим образом от него не зависит.) Теперь рассмотрим тонкую оболочку звезд (назовем ее оболочкой А) с Землей в центре и другую тонкую оболочку звезд (оболочку В), также с центром на Земле, с радиусом в два раза больше, чем у оболочки А. Другими словами, оболочка В в два раза дальше от нас, чем оболочка А.

Звезда в оболочке В будет казаться в 1/4 раза ярче, чем звезда в оболочке А. (Это закон обратных квадратов: если расстояние до источника света увеличивается в 2 раза, видимая яркость источника света уменьшается в $2 \times 2 = 4$ раза.) С другой стороны, площадь поверхности оболочки В в 4 раза больше, чем у оболочки А, поэтому она содержит в 4 раза больше звезд. В четыре раза больше звезд, каждая из которых в 1/4 раза ярче: общая яркость оболочки В точно такая же, как общая яркость оболочки А! Но это работает для любых двух оболочек звезд. Вклад в яркость ночного неба от далекой оболочки звезд такой же, как от близкой оболочки. Если Вселенная бесконечна в своем протяжении, то ночное небо должно быть бесконечно ярким.

Этот аргумент не совсем верен: свет от чрезвычайно далекой звезды будет перехвачен промежуточной звездой. Тем не менее, в бесконечной Вселенной с равномерным распределением звезд любая линия обзора в конечном итоге наткнется на звезду. Далекое от того, чтобы быть темным, все ночное небо должно быть таким же ослепительным, как Солнце. Ночное небо должно ослеплять нас своей яркостью!

Рис. 2.3 Предположим, звезды равномерно распределены в пространстве. Яркость звезды уменьшается как квадрат расстояния от наблюдателя (observer), но количество звезд увеличивается как квадрат расстояния от наблюдателя. Эти два эффекта компенсируют друг друга, и каждая показанная выше сетка вносит одинаковый вклад в яркость. Поскольку существует бесконечное число таких сеток, ночное небо должно быть бесконечно ярким. Даже с учетом того, что близкие звезды блокируют свет от далеких звезд, ночное небо должно быть ослепительно ярким. (Источник: Htykym)

Как мы можем разрешить парадокс? Первое объяснение, которое приходит на ум, — это то, что облака газа или пыли скрывают свет от далеких звезд. Вселенная действительно содержит такие облака, но они не могут защитить нас от парадокса Ольберса: если облака поглощают свет, они нагреются до тех пор, пока не достигнут той же средней температуры, что и сами звезды. Оказывается, парадокс объясняется одним из самых драматических открытий, когда-либо сделанных астрономами: Вселенная имеет конечный возраст. Поскольку возраст Вселенной составляет всего около 13.8 миллиардов лет, та часть, которую мы можем видеть, конечна по размеру. Чтобы ночное небо было таким же ярким, как поверхность Солнца, наблюдаемая Вселенная должна была бы быть почти в миллион раз больше, чем она есть. (То, что Вселенная расширяется, также помогает объяснить парадокс: свет от далеких объектов смещается в красную сторону из-за расширения, и поэтому далекие объекты менее яркие, чем можно было бы ожидать из закона обратных квадратов. Однако основное объяснение исходит из конечного возраста Вселенной.)

Удивительно, что, размышляя над таким простым вопросом — «Почему ночное небо темное?» — можно было прийти к выводу, что Вселенная расширяется и имеет конечный возраст. Возможно, простой вопрос, который задал Ферми — «Где все?» — ведет к еще более важному выводу.

Парадокс Ферми

Иногда я думаю, что мы одни. Иногда я думаю, что нет. В любом случае, мысль ошеломляющая.

Бакминстер Фуллер

Благодаря детективной работе ученого из Лос-Аламоса Эрика Джонса, на отчете которого я в значительной степени основываюсь ¹⁶ в этом разделе, мы знаем происхождение парадокса Ферми.

Весной и летом 1950 года нью-йоркские газеты были взбудоражены незначительной тайной: исчезновением общественных мусорных баков. Этот год также был пиком сообщений о летающих тарелках, еще одной теме, заполнявшей колонки газет. 20 мая 1950 года журнал The New Yorker опубликовал карикатуру Алана Данна, которая забавно ссылалась на обе истории.

Летом 1950 года Ферми находился в Лос-Аламосе. Однажды он беседовал с Эдвардом Теллером и Гербертом Йорком, когда они шли обедать в Фуллер Лодж. Темой их разговора была недавняя волна наблюдений летающих тарелок. К ним присоединился Эмиль Конопински и рассказал им о карикатуре Данна. Ферми с иронией заметил, что теория Данна разумна, поскольку объясняет два разных явления: исчезновение мусорных баков и сообщения о летающих тарелках. После шутки Ферми последовала серьезная дискуссия о том, могут ли летающие тарелки превышать скорость света. Ферми спросил Теллера, какова, по его мнению, вероятность получения доказательств сверхсветового путешествия к 1960 году. Ферми сказал, что оценка Теллера один к миллиону слишком низка; Ферми считал, что это скорее один к десяти.

Четверо сели обедать, и их разговор перешел на более приземленные темы. Затем, посреди разговора и совершенно неожиданно, Ферми спросил: «Где все?» Его собеседники за обедом — Теллер, Йорк и Конопински — сразу поняли, что он говорит о внеземных посетителях. И поскольку это был Ферми, возможно, они поняли, что это более тревожный и глубокий вопрос, чем кажется на первый взгляд. Йорк вспоминает, что Ферми произвел серию быстрых расчетов и пришел к выводу, что нас должны были посетить давно и много раз.

Рис. 2.4 По причинам, понятным только им, инопланетяне возвращаются на свою родную планету с мусорными баками, принадлежащими Департаменту санитарии Нью-Йорка. (Источник: The New Yorker Collection 1950, художник Алан Данн, с cartoonbank.com; все права защищены)

Ни Ферми, ни другие никогда не публиковали эти расчеты, но мы можем сделать разумное предположение о ходе его мыслей. Сначала он должен был сделать оценку числа ВЦ (внеземных цивилизаций) в Галактике, и это то, что мы можем оценить сами. В конце концов, вопрос «Сколько существует развитых коммуникативных внеземных цивилизаций в Галактике?» — это типичный вопрос Ферми!

Рис. 2.5 Эдвард Теллер (слева) с Ферми в 1951 году, вскоре после того, как Ферми впервые задал свой вопрос. (Источник: Американский институт физики, Визуальные архивы Эмилио Сегре)

Вопрос Ферми: Сколько существует коммуникативных цивилизаций?

Представим число коммуникативных ВЦ в Галактике символом N. Чтобы оценить N, нам сначала нужно знать годовую скорость R формирования звезд в Галактике. Нам также нужно знать долю fp звезд, обладающих планетами, и, для звезд с планетами, число ne планет с подходящими для жизни условиями. Нам также нужна доля fl подходящих планет, на которых действительно развивается жизнь; доля fi этих планет, на которых жизнь развивает интеллект; и доля fc разумных форм жизни, которые развивают культуру, способную к межзвездной коммуникации. Наконец, нам нужно знать время L, в годах, которое такая культура будет посвящать коммуникации. Умножив все эти факторы вместе, мы получим оценку для N. Мы можем записать это как простое уравнение:

N = R × f_p × n_e × f_l × f_i × f_c × L.

Обратите внимание, что уравнение, показанное в предыдущем блоке, а именно

N = R × f_p × n_e × f_l × f_i × f_c × L.

является не более «правильным» уравнением для числа коммуникативных ВЦ, чем

N = p_c × n_f × f_p × n_t × R

является уравнением для числа настройщиков пианино в Чикаго. Тем не менее, если мы присвоим разумные значения различным факторам в уравнении — всегда с пониманием того, что такие значения могут и будут меняться по мере роста наших знаний, — мы получим грубую оценку числа ВЦ в Галактике. Трудность, с которой мы сталкиваемся, заключается в разной степени нашего незнания различных членов уравнения. Когда астрономов просят предоставить значения для этих членов, их ответы варьируются от «Мы достаточно уверены» (для фактора R) до «Мы уточним это в течение следующих нескольких десятилетий» (для фактора ne) до «Откуда, черт возьми, нам знать?» (для фактора L). По крайней мере, когда мы пытаемся оценить число настройщиков пианино в Чикаго, мы можем быть достаточно уверены, что наши различные под-оценки не являются дико ошибочными; такой уверенности не может быть в нашей оценке числа коммуникативных ВЦ. Тем не менее, в отсутствие каких-либо определенных знаний о ВЦ, как еще мы можем действовать? (Уравнение выше, кстати, достигло определенного культового статуса в науке; оно известно как уравнение Дрейка, в честь радиоастронома¹⁷ Фрэнка Дрейка, который первым явно использовал его. Уравнение Дрейка было центральным пунктом чрезвычайно влиятельной конференции по поиску внеземного разума, состоявшейся в Грин-Бэнк в 1961 году — через одиннадцать лет после замечания Ферми.)

Рис. 2.6 Герберт Йорк, один из собеседников Ферми за обедом. (Источник: Американский институт физики, Визуальные архивы Эмилио Сегре)

В 1950 году Ферми знал бы гораздо меньше о различных факторах, играющих роль в приведенном выше «уравнении», чем мы сейчас, но он, безусловно, мог сделать некоторые разумные предположения — руководствуясь, как и он, Принципом Посредственности: нет ничего особенного в Земле или нашей Солнечной системе. Если бы он предположил скорость звездообразования в 1 звезду в год, он бы не слишком ошибся. Значения f_p = 0.5 (половина звезд имеет планеты) и n_e = 2 (звезды с планетами в среднем имеют по 2 планеты с благоприятными для жизни условиями) кажутся вполне разумными. Остальные факторы гораздо более субъективны; если бы он был оптимистом, Ферми, возможно, выбрал бы f_l = 1 (каждая планета, на которой может развиться жизнь, разовьет ее), f_i = 1 (как только жизнь разовьется, разумная жизнь непременно последует), f_c = 0.1 (1 из 10 разумных форм жизни разовьет цивилизацию, способную и желающую общаться) и L = 10⁶ (цивилизации остаются в фазе коммуникации около 1 миллиона лет). Если бы Ферми рассуждал таким образом, он пришел бы к оценке N = 10⁶. Другими словами, прямо сейчас может существовать миллион цивилизаций, пытающихся связаться с нами. Некоторые из них должны быть гораздо более технологически развитыми, чем мы. Так почему мы их не слышим?

Рис. 2.7 Эмиль Конопински (крайний слева), еще один из собеседников Ферми за обедом. (Источник: Американский институт физики, Визуальные архивы Эмилио Сегре)

Действительно, продолжая эту линию рассуждений, почему они еще не здесь? Если некоторые цивилизации чрезвычайно долгоживущие, то мы могли бы ожидать, что они колонизируют Галактику — и сделали это еще до того, как на Земле развилась многоклеточная жизнь. Галактика должна кишеть внеземными цивилизациями. Тем не менее, мы не видим никаких их признаков. Мы уже должны были бы знать об их существовании, но мы не знаем. Где они? Соблазнительно рассматривать это как не более чем мимолетный вопрос о межзвездных путешествиях, но можно явно сформулировать этот аргумент как парадокс,¹⁸ и мы можем быть достаточно уверены, что Ферми оценил бы парадоксальный аспект своего вопроса. Где все? Это парадокс Ферми.

Рис. 2.8 Уравнение Дрейка — это способ оценки числа коммуникативных цивилизаций в Галактике. Дрейк разработал уравнение так, чтобы оно могло лечь в основу повестки дня первой в истории встречи SETI, состоявшейся в 1961 году в NRAO Грин-Бэнк, Западная Вирджиния. Эта памятная доска находится на той же стене, где висела доска, на которой впервые было написано уравнение. (Источник: SETI League)

Обратите внимание, что парадокс заключается не в том, что внеземные цивилизации не существуют. (Я понятия не имею, верил ли Ферми в существование внеземного разума, но подозреваю, что, как и многие физики, он верил.) Скорее, парадокс — или, по крайней мере, расширенная версия парадокса, которая отмечает, что они не только не здесь, но и что мы не слышали от них и не видели никаких свидетельств их деятельности в Галактике, — заключается в том, что мы не наблюдаем никаких их признаков, хотя могли бы ожидать этого. Одно из объяснений парадокса действительно заключается в том, что мы — единственная развитая цивилизация, но это лишь одно из нескольких объяснений.

∗∗∗

Мы можем оценить силу парадокса Ферми, когда поймем, что он был независимо открыт четыре раза: его, возможно, правильнее было бы называть парадоксом Циолковского–Ферми–Вьюинга–Харта.

Константин Циолковский, научный провидец,¹⁹ разработавший теоретические основы космических полетов еще в 1903 году, глубоко верил в монистическую доктрину о том, что конечная реальность полностью состоит из одной субстанции. Если все части Вселенной одинаковы, следовало, что должны существовать другие планетные системы, подобные нашей, и что некоторые из этих планет будут обладать жизнью. Однако, что вполне естественно, учитывая его интерес к деталям космических полетов, Циолковский также твердо верил, что человечество построит среды обитания в Солнечной системе, а затем двинется в космос. Его чувства были выражены в его знаменитой фразе: «Земля — колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели». Монист в нем побуждал его утверждать, что если мы расширяемся в космос, то все эти другие виды должны делать то же самое. Логика неоспорима, и Циолковский осознавал, что это ведет к парадоксу при одновременном утверждении, что человечество будет расширяться в космос и что Вселенная полна разумной жизни. В 1933 году, задолго до того, как Ферми задал свой вопрос, Циолковский указал, что люди отрицают существование ВЦ, потому что (i) если бы такие цивилизации существовали, то их представители посетили бы Землю, и (ii) если бы такие цивилизации существовали, то они дали бы нам какой-то знак своего существования. Это не только четкое изложение парадокса, Циолковский предложил решение: он верил, что развитые разумы — «совершенные небесные существа» — считают человечество еще не готовым к посещению.

Технические работы Циолковского по ракетостроению и космонавтике широко обсуждались, но остальная часть его обильного творчества в советское время в основном игнорировалась. Поэтому признание его обсуждения парадокса пришло лишь недавно. (Собственный вклад Ферми постигла не лучшая участь. Саган упомянул Ферми и его вопрос в сноске к статье, опубликованной в 1963 году, но не дал никакой ссылки, кроме того, что дискуссия в Лос-Аламосе была «теперь довольно хорошо известна». В своей влиятельной книге 1966 года «Разумная жизнь во Вселенной» Саган и Шкловский начинают главу с цитаты «Где они?»; они приписывают цитату Ферми, но неправильно указывают, что она была произнесена в 1943 году. В более поздней статье Саган говорит, что цитата Ферми была «возможно, апокрифической».)

В 1975 году английский инженер Дэвид Вьюинг ясно изложил дилемму.²⁰ Цитата из его статьи хорошо ее резюмирует: «Вот, значит, парадокс: вся наша логика, весь наш анти-изоцентризм уверяют нас, что мы не уникальны — что они должны быть там. И все же мы их не видим». Вьюинг признает, что Ферми первым задал важный вопрос — «Где они?» — и что этот вопрос ведет к парадоксу. Насколько мне известно, эта статья является первой, которая прямо ссылается на парадокс Ферми.

Однако именно статья Майкла Харта 1975 года ²¹ в Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society вызвала взрыв интереса к парадоксу. Харт требовал объяснения одного ключевого факта: в настоящее время на Земле нет разумных существ из космоса. Он утверждал, что существует четыре категории объяснений этого факта. Во-первых, «физические объяснения» — они основаны на какой-либо трудности, которая делает космические путешествия неосуществимыми. Во-вторых, «социологические объяснения» — по сути, эти объяснения предполагают, что инопланетяне решили не посещать Землю. В-третьих, «временные объяснения» — они предполагают, что у ВЦ не было времени добраться до нас. В-четвертых, существуют объяснения, утверждающие, что, возможно, инопланетяне посещали Землю, но мы их сейчас не видим. Эти категории должны были исчерпать все возможности. Затем Харт решительно показал, как ни одна из этих четырех категорий не дает убедительного объяснения ключевого факта, что привело его к предложению собственного объяснения: мы — первая цивилизация в нашей Галактике.

Статья Харта привела к оживленной дискуссии, большая часть которой появилась на страницах Quarterly Journal. Это была дискуссия, в которую мог вступить любой — один из самых ранних вкладов поступил из Палаты лордов ²² в Вестминстере! Возможно, самое спорное предложение поступило от Фрэнка Типлера в статье с бескомпромиссным названием «Внеземные разумные существа не существуют». Типлер рассуждал, ²³ что развитые ВЦ могли бы использовать самовоспроизводящиеся зонды для исследования или колонизации Галактики дешево и за относительно короткое время. Аннотация к статье Типлера подводит итог: «Утверждается, что если внеземные разумные существа существуют, то их космические корабли уже должны присутствовать в нашей Солнечной системе». Типлер утверждал, что у программы SETI нет шансов на успех, и поэтому она является пустой тратой времени и денег. Его аргумент подлил масла в огонь дебатов и привел к новому раунду споров. Самое хладнокровное и лучшее резюме ²⁴ аргументов поступило от Дэвида Брина, который назвал парадокс «Великим Молчанием».

В 1979 году Бен Цукерман и Майкл Харт организовали конференцию для обсуждения парадокса Ферми. Материалы были опубликованы ²⁵ в виде книги, и хотя том содержит различные точки зрения, трудно читать его, не приходя к выводу, что у ВЦ есть средства, мотив и возможность колонизировать Галактику. Средства: межзвездные путешествия кажутся возможными, хотя и нелегкими. Мотив: Цукерман показал, как некоторые ВЦ будут вынуждены к межзвездным путешествиям из-за смерти их звезды, и в любом случае кажется мудрой идеей для вида расширяться в космос, чтобы защититься от возможности планетарной катастрофы. Возможность: Галактике 13 миллиардов лет, но колонизация может произойти за период всего в несколько миллионов лет. И все же мы их не видим. Если бы это был детектив об убийстве, у нас был бы подозреваемый, но не было бы тела.

Не все были поражены силой аргумента. Математик Амир Акцель утверждал, что вероятность внеземной жизни равна 1.²⁶ Физик Ли Смолин писал,²⁷ что «аргумент об отсутствии разумной жизни — один из самых любопытных, с которыми я когда-либо сталкивался; он немного похож на то, как десятилетний ребенок решает, что секс — это миф, потому что он с ним еще не сталкивался». Ссылаясь на утверждение Типлера о том, что ВЦ будут использовать технологию зондов для колонизации Галактики, покойный Стивен Джей Гулд писал, ²⁸ что «должен признаться, я просто не знаю, как реагировать на такие аргументы. У меня достаточно проблем с предсказанием планов и реакций самых близких мне людей. Меня обычно сбивают с толку мысли и достижения людей в разных культурах. Будь я проклят, если смогу с уверенностью заявить, что может сделать какой-то внеземной источник разума».

Легко сочувствовать такому взгляду. Рассматривая тип рассуждений, используемых в парадоксе Ферми, я не могу не вспомнить старую шутку об инженере и экономисте,²⁹ идущих по улице. Инженер замечает банкноту, лежащую на тротуаре, указывает на нее и говорит: «Смотри! На тротуаре лежит стодолларовая купюра». Экономист идет дальше, не удосужившись посмотреть вниз. «Ты, должно быть, ошибаешься», — говорит он. «Если бы там были деньги, кто-нибудь бы их уже подобрал». В науке важно наблюдать и экспериментировать; мы не можем знать, что там есть, пока не посмотрим. Все теоретизирование в мире ничего не достигает, если оно не проходит кислотную пробу эксперимента.³⁰

Рис. 2.9 Энрико Ферми плывет под парусом у острова Эльба. Фотография сделана незадолго до его смерти. (Источник: Американский институт физики, Визуальные архивы Эмилио Сегре)

Тем не менее, ключевой факт Харта, безусловно, требует объяснения. Астрономы ищут ВЦ уже более полувека. И продолжающееся молчание, несмотря на интенсивные поиски, начинает беспокоить даже некоторых самых ярых сторонников SETI. Мы наблюдаем естественную Вселенную, когда могли бы с такой же легкостью наблюдать искусственную. Почему? Где все? Вопрос Ферми все еще требует ответа.

3 Они здесь (или были здесь)

Самое простое разрешение парадокса Ферми заключается в том, что «они» — другими словами, разумные представители внеземных цивилизаций — уже здесь (или, если их нет здесь сейчас, они, по крайней мере, были здесь когда-то в прошлом). Из трех классов решений парадокса этот является самым популярным среди широкой публики. Опросы общественного мнения постоянно показывают, что большой процент людей принимает идею о том, что феномен НЛО лучше всего объясняется с точки зрения инопланетных космических кораблей. Доля населения, считающая, что различные древние сооружения по всему миру построили инопланетные, а не человеческие инженеры, меньше; тем не менее, идея о том, что, например, египетские пирамиды имеют внеземное происхождение, вряд ли является маргинальным мнением. (Я только что выполнил поиск в Интернете по словам «пирамиды внеземные», и он выдал 332 000 результатов.) Удивительное количество людей даже утверждают, что вступали в контакт, добровольно или нет, с существами с другой планеты. Для многих людей, таким образом, на вопрос Ферми — где все? — довольно легко ответить. Ученые гораздо более скептически относятся к этим различным утверждениям, не только из-за присущей им невероятности, но и из-за низкого качества подтверждающих доказательств. Тем не менее, стоит хотя бы рассмотреть эти предложения как потенциальные разрешения парадокса. Хотя некоторые из предложенных решений откровенно смехотворны, мы не должны отвергать все связанные идеи, не рассмотрев их хотя бы с открытым умом. Действительно, некоторые серьезные ученые утверждают, что, пока мы не исследуем наше соседство гораздо тщательнее и не сможем определенно исключить присутствие инопланетных артефактов, парадокса Ферми на самом деле нет. Обратите внимание, что я трактую название этой главы довольно широко: я считаю «здесь» не только Землю, но и всю Солнечную систему — и даже, в Решениях 9 и 10 этой главы, всю нашу вселенную. Для начала, однако, я обсуждаю локализованное разрешение парадокса, которое предшествовало первоначальному вопросу Ферми.

Решение 1

Они здесь, и они называют себя венграми

…самый умный человек, которого я когда-либо знал, без исключения.

Джейкоб Броновски о Джоне фон Неймане, «Восхождение человека»

Ферми наверняка знал об одном решении парадокса еще до того, как задал свой вопрос: это была шутка, которая ходила в Лос-Аламосе.

Шутка возникла³¹ в Лос-Аламосе в 1945 или 46 году, когда американский физик Фил Моррисон придумал историю о том, как марсиане планировали — если возникнет такая необходимость — оккупировать Землю. Моррисон понял, что марсианское вторжение на Землю будет еще более сложной задачей, чем недавняя высадка союзников в Нормандии. Так как бы они это сделали? Моррисон утверждал, что марсиане будут действовать на долгосрочную перспективу и потратят тысячу или две лет на изучение места, и он привел ряд причин, почему Венгрия станет их плацдармом. Чтобы преуспеть в своей долгосрочной разведывательной деятельности, марсианам пришлось бы выдавать себя за людей, и, очевидно, они были чрезвычайно успешны в сокрытии своих эволюционных различий — за исключением трех черт. Первой чертой была страсть к путешествиям: она нашла свое выражение в венгерских цыганах. Второй был язык: венгерский не связан ни с одним из индоевропейских языков, на которых говорят в соседних странах: Австрии, Хорватии, Румынии, Сербии, Словакии, Словении и Украине. Третьей был интеллект: их умственные способности превосходили способности простых людей. Несколько лет спустя, к тому времени, как Ферми задал свой вопрос, рассказ Моррисона превратился в причудливую историю, часто повторяемую в Теоретическом отделе Лос-Аламоса. Как гласила шутка: «Они среди нас, и они называют себя венграми».

К сожалению для теории, многие народы проявляли страсть к путешествиям в какой-то момент своей истории; и венгерский язык вряд ли уникален, поскольку он связан с финским, эстонским и некоторыми языками, на которых говорят в России. Но эта третья черта проявилась во время Манхэттенского проекта: среди коллег Ферми были Лео Сцилард, Эдвард Теллер, Юджин Вигнер и Джон фон Нейман. Все четверо родились в Будапеште с разницей не более десяти лет. Еще одним уроженцем Будапешта, внесшим большой вклад в военные усилия, был Теодор фон Карман, но он родился немного раньше остальных. Эти «марсиане», безусловно, представляли собой грозный интеллектуальный массив: ³² физик Сцилард внес вклад в несколько областей; Теллер стал главной движущей силой разработки термоядерного оружия; Вигнер получил Нобелевскую премию по физике 1963 года за работу в области квантовой теории; а исследования фон Кармана в области аэродинамики привели к созданию первого сверхзвукового самолета. Однако самым блестящим из марсиан был фон Нейман.

Джон фон Нейман, с которым мы еще встретимся позже в книге, был одним из выдающихся математиков 20-го века. Он разработал дисциплину теории игр, внес фундаментальный вклад в квантовую теорию, эргодическую теорию, теорию множеств, статистику и численный анализ, и прославился, когда помог разработать первый гибкий цифровой компьютер с хранимой программой. К концу своей карьеры он был консультантом крупных компаний и военных, распределяя время на различные проекты, как будто его мозг был мэйнфрейм-компьютером с разделением времени. Его способность вычислять в уме ответы на математические задачи была легендарной — он регулярно побеждал Ферми, когда они устраивали состязания в вычислениях, а его почти фотографическая память только добавляла ауру неземного интеллекта. Он обладал и другими талантами, которые хорошо сочетались с историей «венгры — инопланетяне». «Весельчак Джонни» употреблял большое количество алкоголя на вечеринках в Принстоне, казалось бы, без ущерба для своих умственных способностей. Он попадал в дорожно-транспортные происшествия с пугающей частотой — один перекресток в Принстоне был известен как «угол фон Неймана» из-за количества аварий, которые он там устроил — но всегда выходил невредимым. (Естественный вывод заключается в том, что алкоголь ухудшал его вождение, но нет четких доказательств того, что это было так; похоже, он просто был плохим водителем.)

Тем не менее, даже «самый умный человек в мире» иногда ошибался. Хотя фон Нейман сыграл ключевую роль в разработке цифрового компьютера и таким образом повлиял на нашу жизнь так, как немногие другие математики когда-либо делали, он, по-видимому, думал, что компьютеры всегда будут огромными устройствами, полезными только для создания термоядерных бомб и управления погодой. Он совершенно не предвидел дня, когда производители будут встраивать компьютеры во все, от тостеров до сушильных машин. Наверняка настоящий марсианин знал бы лучше.

Решение 2

Они здесь, и они называют себя политиками

То, что один человек может выдумать, другой человек поверит.

Уильям К. Хартманн

Многие из нас, в то или иное время, должно быть, выражали мнение, что наши политические лидеры не совсем нормальны. Некоторых из них, действительно, мы, вероятно, осуждали как откровенно странных. В случае определенного типа английских политиков я всегда считал, что их странность должна быть продуктом чрезмерного честолюбия, скрещенного с эксцентричной системой частных школ (и для пользы читателей, не проживающих в Великобритании, возможно, стоит указать, что «public» школы являются частными). В других странах, несомненно, есть другие объяснения ненормальному поведению политиков. Но сказали бы вы, что кто-нибудь из них — инопланетянин? Именно это утверждает Дэвид Айк — бывший футболист и некогда спортивный ведущий на BBC. Согласно Айку,³³ раса инопланетных, внепространственных людей-ящериц проецирует свои личности на ключевых политиков США и Великобритании. (Это не только политики: королева Елизавета, принц Филипп и принц Чарльз — все меняющие облик рептилоиды. Хотя принцесса Анна — рептилоид, ее, по-видимому, никогда не видели меняющей облик.)

Айк (фамилия произносится как «айк», а не «ики») не одинок в своем убеждении, что некоторые из власть имущих не являются людьми. Пол Хеллиер, уважаемый канадский общественный деятель, ставший министром обороны своей страны в начале 1960-х годов и служивший в администрации Пьера Трюдо в качестве старшего министра в кабинете, считает, что инопланетяне в настоящее время ходят по Земле. В частности, в показаниях, данных на Гражданских слушаниях по раскрытию информации в мае 2013 года, Хеллиер заявил, что два члена администрации президента Обамы ³⁴ являются инопланетянами. Один политик даже признался в повторных интимных контактах с инопланетянами: Саймон Паркс, член городского совета Уитби, утверждает, что у него родился ребенок от инопланетянки, которую он называет Кошачьей Королевой. (Должен признать, что политическая карьера Паркса находится не на том же уровне, что и у тех, кого упоминали Айк и Хеллиер. Паркс представляет небольшую общину на северо-востоке Англии; его успех на местных выборах 2012 года ³⁵ был в округе с электоратом 2758 человек, из которых 648 удосужились проголосовать.)

История «венгры — инопланетяне» всегда задумывалась как шутка; Айк, Хеллиер и Паркс серьезны. Таким образом, для таких людей, очевидно, нет парадокса Ферми: инопланетяне здесь, и они наши повелители, или любовники, или что-то в этом роде. Легко отмахнуться от этого как от бредовых идей — так я и сделаю: это бредовые идеи — но я представляю это как решение парадокса не только ради полноты картины. Вполне вероятно, что из всех решений в этой книге (за вероятным исключением Решения 4) это было бы принято наибольшим числом людей. Конечно, больше людей прочтут книги Айка, чем мои, и удивительное количество онлайн-рецензентов видят в блужданиях Айка все что угодно, но не бред. Сотни тысяч людей посмотрели показания Хеллиера, и большая часть отзывов на различных записях Слушаний по раскрытию информации на YouTube является поддерживающей. Когда Паркс появился в качестве гостя на утреннем телешоу, последующие телефонные звонки были в целом ободряющими и сочувственными. Представление о том, что инопланетяне похищали некоторых несчастных и подвергали их телесному осмотру, кажется, серьезно воспринимается значительной частью общества.

Теперь я могу понять, как человек может прийти к убеждению, что Королева — меняющий облик ящер, или что правительственный министр — замаскированный инопланетянин, или что инопланетяне посещают их для регулярных сексуальных сессий: в конечном счете, единственные переживания, которые любой из нас может по-настоящему знать, — это те, что происходят у нас в голове, и для таких людей, как Айк, возникающие мысли, возможно, воспринимаются как представляющие внешнюю реальность. (Гораздо более тонкие умы, чем Айк, следовали тем же путем. Джон Нэш, выдающийся математик, развивший работу фон Неймана в теории игр, страдал от изнурительной болезни параноидной шизофрении. Кто-то спросил его, как он, математик, может верить, что инопланетяне посылают ему сообщения. Он ответил, что эти идеи приходили к нему так же, как его творческие математические идеи, поэтому он был вынужден относиться к ним серьезно.) ³⁶ Чего я не могу понять, так это почему так много других людей предпочитают верить заявлениям Айка, Хеллиера и Паркса. Хотя представление о том, что политики — инопланетяне, может быть популярной гипотезой (и, по общему признанию, оно имеет достоинство объяснения Тони Блэра), мы, безусловно, должны искать более правдоподобное решение парадокса.

Решение 3

Они бросают камни в Радивое Лаича

Волшебники подсчитали, что шансы один на миллион выпадают девять раз из десяти.

Терри Пратчетт, «Мор, ученик Смерти»

Я столкнулся с совершенно новым решением парадокса Ферми во время чтения на каникулах летом 2013 года. Отличная научно-популярная книга по материаловедению, ³⁷ написанная выдающимся и уважаемым исследователем, содержала брошенное мимоходом, но, казалось бы, серьезное замечание о Радивое Лаиче — боснийце, который утверждает, что в его дом шесть раз попадали метеориты. Как совершенно справедливо говорилось в книге, шанс того, что один и тот же дом будет поражен столько раз, настолько мал, что собственное объяснение Лаича казалось более правдоподобным: он (или, по крайней мере, его дом) является мишенью инопланетян.

Шанс быть пораженным метеоритом Каков шанс, что дом будет поражен метеоритом шесть раз по отдельности? Ну, это классический вопрос Ферми. Я оставлю оценку вам, но вот несколько релевантных цифр по делу Лаича для начала.

Во-первых, площадь поверхности Земли составляет примерно 500 000 000 000 000 м².

Во-вторых, жилище г-на Лаича в северной боснийской деревне недалеко от Приедора довольно скромное — для целей оценки его крыша имеет площадь поверхности около 10 м².

В-третьих, я предполагаю, что около 100 000 метеоритов ³⁸ диаметром более 5 см достигают поверхности Земли каждый год. Сопоставьте эти цифры соответствующим образом, и, если ваша оценка хоть сколько-нибудь похожа на мою, вы придете к выводу, что либо (i) г-ну Лаичу не повезло даже больше, чем паре, выигравшей в лотерею Великобритании, но потерявшей свой билет,³⁹ либо (ii) инопланетяне действительно нацелились на его дом. Или, конечно, что во всей этой истории что-то нечисто.

Брошенное мимоходом замечание так взволновало меня («утверждение» Лаича, в конце концов, дает вполне определенный ответ на вопрос Ферми), что, как только я вернулся из отпуска, я копнул немного глубже в эту историю. Быстрый поиск в Интернете показывает, что история Лаича появилась в ряде газет и веб-сайтов в апреле 2008 года (в то время его дом, по-видимому, был поражен метеоритами пять раз), а затем снова в июле 2010 года (после шестого удара). К сожалению, нелегко отследить первоисточник этих сообщений. Отчет 2008 года мог возникнуть в онлайн-публикации, которая появилась, возможно, знаменательно, первого числа месяца. Первоначальная публикация истории 2010 года, похоже, появилась 19 июля, и одним из первых, кто сообщил об этом, была британская таблоидная газета Metro.

В этот момент стоит отметить работу английского комика и рационалиста Дейва Гормана, которого заинтриговало большое количество историй о «лике Иисуса Христа», появляющихся в Metro. (Согласно Metro, лик Иисуса в последние годы появлялся на пне дерева, куриных перьях, кухонном полотенце и в дюжине других мест.) Горман решил создать изображение Иисуса, используя кондиционер для белья на старой футболке; затем он отправил Metro фотографию испачканной одежды вместе с короткой шутливой историей, якобы написанной студентом по имени Мартин Эндрюс,⁴⁰ и, конечно же, газета ее напечатала. Интересно то, что в течение нескольких часов сфабрикованная история Гормана была подхвачена другими изданиями и веб-сайтами. Еще интереснее то, как распространение истории Гормана, похоже, отражает распространение истории Лаича, вплоть до искажения языка. В исходном материале Гормана студент шутит, что пятно выглядит как «Иисус, позирующий как Фонз из «Счастливых дней»»; после пары «испорченных телефонов» студент «убежден», что это лик Христа. В отчете Metro 2010 года Лаич просто «говорит», что его преследуют; язык быстро меняется так, что Лаич «настаивает», что его дом «бомбардируют».

Минутное размышление, таким образом, наводит на мысль, что история Радивое Лаича больше похожа на первоапрельскую шутку, чем на разрешение парадокса Ферми. Поэтому довольно удручающе видеть, как так много новостных агентств сообщают о такой истории прямо и предпочитают помещать ее в рубрику «странное», даже без намека на то, что могут быть задействованы обыденные и земные факторы; грустно читать раздел комментариев в блогах об этой истории и видеть, что на каждого циника, предполагающего, что соседские дети могли бросать камни в дом г-на Лаича, найдется верующий, который принимает это как доказательство «чего-то происходящего»; и жаль видеть, как эта история доходит даже до серьезных источников научной коммуникации без критических замечаний. Многие прекрасные научно-фантастические истории рассказывают о несчастных людях, преследуемых внеземными существами. Но это истории. Нет никаких доказательств того, что такие существа преследуют Радивое Лаича или, действительно, кого-либо из тех других людей, которые утверждают, что их жизнь пострадала от инопланетян. Как и в случае с предыдущими двумя решениями, мы не можем серьезно принять, что что-то подобное может разрешить парадокс.

Решение 4

Они наблюдают за нами с НЛО

Многое можно увидеть, просто наблюдая.

Йоги Берра

Джульетта у Шекспира спрашивает: «Что в имени?» В определенных ситуациях ответ таков: все. Например, на протяжении тысячелетий люди видели странные огни в небе.⁴¹ Этому явлению не уделялось большого внимания, пока огни не получили запоминающееся название. Назовите их «летающими тарелками», и внезапно все заинтересуются.

Мы можем точно датировать момент, когда человек впервые увидел летающую тарелку. 24 июня 1947 года Кеннет Арнольд летел на своем частном самолете ⁴² над Каскадными горами в штате Вашингтон. Из кабины он увидел несколько воздушных объектов; приземлившись, он сообщил о своем наблюдении, описав объекты как скачущие, «как тарелки по пруду». Название прижилось. Пресса жаждала сплетен об этих «летающих тарелках», и этот термин нашел отклик у американской публики, нервно вступающей в холодную войну. Многие люди считали само собой разумеющимся, что летающие тарелки пилотировались инопланетянами — либо русскими, либо внеземными. Если летающие тарелки реальны и если они действительно являются космическими кораблями, пилотируемыми инопланетянами, то парадокс Ферми немедленно разрешается. Из всех предложенных разрешений парадокса это, пожалуй, пользуется наибольшей поддержкой среди населения. Как постоянно показывают опросы,⁴³ более трети американцев верят, что летающие тарелки посещают Землю прямо сейчас; доля европейцев, придерживающихся этого убеждения, меньше, но все же значительна. Многие люди даже верят, что летающая тарелка разбилась в Розуэлле, штат Нью-Мексико, в конце июня/начале июля 1947 года (подозрительно близко ко времени наблюдения Арнольда), и что американские военные извлекли тела инопланетян из обломков. Тем не менее, наука — это не демократический процесс. Гипотезы не доказываются или опровергаются путем голосования. Независимо от того, сколько людей верят в истинность той или иной гипотезы, ученые примут гипотезу (и то лишь предварительно) только в том случае, если она объясняет многие факты с минимумом допущений, если она может выдержать энергичную критику и если она не противоречит тому, что уже известно. Итак, вопрос в том, насколько хорошо эта гипотеза — что летающие тарелки являются доказательством внеземных цивилизаций — выдерживает проверку?

Рис. 3.1 НЛО — или это ОЛО? Эта фотография была сделана отдыхающим недалеко от Сент-Остелла в Корнуолле в августе 2011 года. (По совпадению, я отдыхал в Сент-Остелле в этот период, но могу подтвердить, что это не моих рук дело.) Объект полностью идентифицируем: это летящая чайка, выделяющая липкое белое диэлектрическое вещество. Единственная загадка заключается в том, почему GCHQ, британское агентство разведки и безопасности, решило включить его в презентацию об НЛО и использовании Интернета. (Авторство: Первоначальный создатель неизвестен; презентация создана GCHQ и утекла благодаря разоблачителю Эдварду Сноудену)

Прежде чем обсуждать это, я считаю, что лучше использовать нейтральный термин «неопознанный летающий объект», или НЛО, при рассмотрении заявлений о странных огнях или объектах в небе. Термин был введен Эдвардом Руппельтом,⁴⁴ который проводил расследование НЛО для ВВС США. Термины НЛО и летающая тарелка часто используются взаимозаменяемо, что прискорбно, но если использовать его правильно, НЛО — это именно то, что подразумевает его название: воздушное явление, которое не опознано. Все, что мы видим в атмосфере, — это либо НЛО, либо ОЛО (опознанный летающий объект). После расследования НЛО может стать ОЛО; а ОЛО может оказаться летающей тарелкой — но мы можем разумно сделать это определение только после тщательного исследования.

Согласно этому определению, неоспоримо, что НЛО существуют. Действительно, хочется сказать, что если вы не видели НЛО, значит, вы недостаточно внимательно смотрели. Небо является местом обитания мириадов интересных явлений, как естественных, так и искусственных. Однако даже при поверхностном рассмотрении большинство НЛО объяснимы — они быстро становятся ОЛО. Например, люди часто принимают Венеру за артефакт; самолеты могут создавать необычные визуальные эффекты; каждый день 4000 тонн внеземной породы и пыли сгорают в атмосфере Земли и производят случайные световые шоу; и так далее. Несколько НЛО будут результатом необычных, но обыденных событий; например, один таинственный свет оказался результатом брошенного в костер мяча для гольфа. Файлы исследователей НЛО должны быть заполнены наблюдениями пораженных людей, заметивших единичные события, подобные этому. Некоторые другие НЛО, несомненно, потребуют тщательного и детального расследования, прежде чем их можно будет классифицировать как ОЛО. Например, миражи «Новая Земля», «Фата-моргана» и «Фата-бромоза», которые обманывали людей на протяжении сотен лет, вызваны относительно редкими атмосферными условиями; возможно, тот же механизм может объяснить некоторые НЛО? Возможно, некоторые из этих странных огней в небе — это лучи автомобильных фар, преломленные через аномальные воздушные условия? Объяснение некоторых НЛО может даже потребовать достижений в науке. Например, явление шаровой молнии все еще плохо изучено и не особенно хорошо исследовано — по иронии судьбы, по тем же причинам, по которым многие ученые чувствуют себя некомфортно с идеей НЛО. Наконец, некоторые НЛО оказываются результатом преднамеренных мистификаций.

Таким образом, после расследования большинство НЛО становятся ОЛО. Но каждый год остается крошечный остаток случаев, в которых не находится рационального объяснения. Мы не должны находить это слишком удивительным. В конце концов, как отмечает известный скептик Роберт Шиффер,⁴⁵ полиция не достигает 100% успеха в раскрытии убийств. Но в то время как общепринято, что не все дела об убийствах будут раскрыты, многие люди считают неприемлемым, что НЛО может остаться неопознанным; они хотят объяснения для всех наблюдений. Как же тогда нам следует пытаться объяснить необъяснимые НЛО?

Если бы сообщенный НЛО был просто светом в небе, то можно было бы разумно утверждать, что, каким бы странным ни казался свет, мы не обязаны его объяснять. Жизнь слишком коротка, чтобы ученые объясняли каждый случай каждого явления. Ученый не более обязан объяснять детальные обстоятельства, которые породили конкретный свет в небе, чем он обязан объяснять форму, скажем, странного облачного образования, похожего на Винни-Пуха, которое я вижу из своего окна, пока пишу это. Есть более важные вещи для изучения. Но что, если объяснение требуется?

Мое ощущение таково, что нам не нужна новая гипотеза для объяснения остатка наблюдений НЛО: причины, объясняющие большинство НЛО, объяснили бы все НЛО, если бы мы были достаточно умны и имели достаточно ресурсов и терпения для проведения необходимых расследований. Шиффер подчеркивает интересное открытие, что процент явно необъяснимых НЛО мало варьируется в общем количестве наблюдений. Другими словами, будь то напряженный или спокойный год для наблюдений НЛО, соотношение ОЛО/НЛО примерно одинаково — что вряд ли можно было бы ожидать, если бы эти необъяснимые наблюдения НЛО представляли собой инопланетные корабли. Самое простое объяснение этого открытия заключается в том, что, по словам Шиффера, «явно необъяснимый остаток обусловлен по существу случайным характером грубого неверного восприятия и неверного сообщения».

Ничто из этого не доказывает, что нас не посещают внеземные цивилизации. (Также это не доказывает, что, когда мы видим НЛО, мы не наблюдаем корабли фей, проявления призраков или спорадическое пересечение существ высших измерений с нашим собственным пространством-временем.) Но и наблюдение НЛО не доказывает, что нас посещают. Железные, неопровержимые наблюдения огней в небе — это именно то: наблюдения огней в небе. Если вы видите странный свет в небе и не можете его объяснить, то вам придется оставить все как есть: вы видели НЛО. Если вы называете этот свет в небе летающей тарелкой, значит, вы его идентифицировали, но без каких-либо оснований для такой идентификации. Существование неопознанных воздушных явлений просто не дает никаких доказательств существования внеземных посещений.

Рис. 3.2 Большинство кругов на полях появляются в южной Англии, но это швейцарская версия. Такой красивый узор не мог быть создан природными явлениями, такими как ветер или дождь. Неужели вывод, следовательно, должен заключаться в том, что он был сделан людьми, а не летающей тарелкой! Едва заметны на фотографии зеваки. В Англии, по крайней мере, можно заработать деньги, проводя экскурсии по особенно замысловатому кругу на полях. (Авторство: Jabberocky)

Конечно, некоторые заявления о летающих тарелках выходят далеко за рамки простых огней в небе.

Например, некоторые энтузиасты утверждают, что инопланетные корабли потерпели крушение; инцидент в Розуэлле, упомянутый выше, является наиболее широко разрекламированным случаем. Независимо от того, вероятно ли, что корабль мог успешно преодолеть межзвездные расстояния, но не смог справиться с планетной атмосферой, доказательства всех этих сообщений являются некачественными. Предмет передового оборудования, или кусок неизвестного сплава, или образец инопланетной ткани доказали бы это дело. Вместо этого мы получаем заявления о военных сокрытиях и правительственных заговорах, а в случае Розуэлла — видео вскрытия инопланетянина — видео, которое оказалось (прибыльной) мистификацией. Иногда можно увидеть заявления людей, говорящих, что летающая тарелка приземлилась, инопланетяне высадились и приступили к анальному зондированию, медицинскому осмотру или, как ни странно, к увечью их скота. (Некоторые даже утверждают, как мы видели в Решении 2, что инопланетяне получают работу на Даунинг-стрит или в Белом доме). Вряд ли стоит говорить, что доказательства, необходимые для поддержки таких утверждений, являются неубедительными.

Более сдержанное утверждение заключается в том, что инопланетные корабли иногда приземляются без шума и без попыток установить контакт. Рассмотрим, например, феномен кругов на полях. (Круги на полях на самом деле имеют разнообразные формы. Есть шестиугольники на полях, фракталы на полях, «галочки» Nike на полях — но их обычно называют кругами.) Поскольку трудно понять, как сложный узор мог быть отпечатан на поле пшеницы естественным процессом, это было доказательством, по мнению некоторых экспертов по цереологии, что по крайней мере некоторые круги на полях были вызваны летающими тарелками. Мэтью Уильямс, самопровозглашенный создатель кругов на полях, не согласился с этим выводом; он хотел продемонстрировать, что людям довольно легко создавать сложные круги на полях. В 2000 году он доказал свою точку зрения, создав фигуру с 7 вершинами — то, что один ведущий цереолог утверждал, невозможно изготовить. Вооруженный лишь несколькими досками, бамбуковыми палками и фонариком, Уильямс приступил к созданию своей 7-конечной фигуры в течение трех ночей на фермерском поле созревающей пшеницы. Лично я восхищаюсь его преданностью рациональности, но фермер не был впечатлен; не был впечатлен и судья, который вынес штраф в 100 фунтов стерлингов за преступный ущерб и 40 фунтов стерлингов судебных издержек. Уильямс продолжал создавать круги на полях, прекратив свою деятельность только в 2013 году из-за ухудшения сенной лихорадки.

К сожалению, даже несмотря на то, что люди признались в создании кругов на полях и показали другим, как это делать, остаются те, кто убежден, что феномен кругов на полях — это необъяснимая и, возможно, необъяснимая загадка. Как можно спорить с людьми, которые так привязаны к определенной идее, кроме как сказать, что при размышлении о явлениях мы должны использовать бритву Оккама?⁴⁶ Одна из формулировок бритвы заключается в том, что объяснения неизвестных явлений следует в первую очередь искать с точки зрения известных величин. Мы можем объяснить круги на полях, увечья скота и другие маргинальные явления с точки зрения известных величин. Нам просто не нужны неизвестные гипотезы для их объяснения.

Всякий раз, когда делается экстраординарное заявление о летающих тарелках, не представляется никаких экстраординарных доказательств в поддержку этого заявления. Вместо этого мы получаем ложь, уклонения и мистификации. Гипотеза о летающих тарелках может быть самым популярным объяснением парадокса Ферми, но, безусловно, есть лучшие объяснения.

***

Кстати, я должен заявить здесь, что я видел НЛО, и это остается одним из моих самых ярких воспоминаний. Играя в футбол на улице в детстве — это было до того, как растущее число автомобилей прекратило детские игры на улице — я поднял голову и увидел чисто белый круг размером примерно с полную луну. Выступы по обеим сторонам круга делали его похожим на Сатурн, показывающий свои кольца с ребра. Что бы это ни было, оно, казалось, зависло на несколько секунд, прежде чем умчаться с огромной скоростью. Я был с другом, который тоже видел это и помнит до сих пор. Интересно, что наши воспоминания расходятся: я помню, как оно умчалось влево от нас, пока мы смотрели; мой друг говорит, что оно двинулось вправо от нас. (Люди — плохие наблюдатели, и я по опыту знаю, что я очень плохой наблюдатель. Но я твердо уверен, что оно двинулось влево!) Мы определенно видели что-то в небе в тот день, и я совершенно не представляю, что это было. Но нет, это была не летающая тарелка. Это был просто свет в небе.

Решение 5

Они были здесь и оставили доказательства своего присутствия

Скажи им, что я приходил, и никто не ответил.

Уолтер де ла Мар, «Слушатели»

Доказательств того, что инопланетяне в настоящее время посещают Землю, по сути, не существует. Но, возможно, они посещали Землю или, по крайней мере, нашу Солнечную систему когда-то в прошлом — очень давно, может быть, на той стадии развития человечества, когда никто не мог узнать их такими, какие они есть? Если это случилось, то они могли оставить после себя свидетельства своих технологий, либо здесь, на Земле, либо, по крайней мере, в окрестностях Земли. Есть ли какие-либо доказательства этого? Это важный вопрос, потому что он потенциально может расширить сферу поиска внеземного разума: в дополнение к поиску сигналов (деятельность, которая обсуждается далее в книге), мы могли бы искать следы инопланетных технологий. Давайте пройдемся по Солнечной системе, начиная с дома.

Земля

Предположим, инопланетяне посетили Землю в далеком прошлом — скажем, десятки миллионов лет назад. Могли ли они оставить после себя физические следы, которые могли бы сохраниться? ⁴⁸ Что ж, это крайне маловероятно. Земля — активная планета, и десятки миллионов лет оледенений, тектонической активности и выветривания стерли бы большинство типов свидетельств. Тем не менее, можно представить себе пару видов деятельности, последствия которых мы, возможно, могли бы обнаружить. Например, некоторые радионуклиды имеют периоды полураспада, измеряемые миллионами лет, поэтому, если бы внеземные посетители сбросили ядерные отходы на меловой ландшафт, это могло бы оставить след, который мы могли бы обнаружить сегодня. (В Окло, Габон, было природное месторождение урана, которое достигло критического состояния, когда возраст Земли составлял примерно две трети от нынешнего; реактор Окло ⁴⁹ оставил после себя ряд радионуклидов, которые мы можем обнаружить 1,7 миллиарда лет спустя.) Если бы мы нашли следы плутония, например, нам пришлось бы объяснять находку с точки зрения технологической цивилизации — нашей собственной или внеземной: период полураспада плутония таков, что естественных источников этого элемента не существует. Вторым видом деятельности, который мог бы оставить свой след в геологических временных масштабах, была бы крупномасштабная разработка карьеров: если бы инопланетяне прилетели сюда для промышленной добычи полезных ископаемых, то современные геологические исследования в принципе смогли бы обнаружить карьеры (так же, как обнаруживаются кратеры от метеоритов, образовавшиеся миллионы лет назад, даже если они погребены под более поздними слоями).

Поиск свидетельств аномальных радионуклидов или древних карьеров почти ничего не будет стоить — геологи в любом случае проводят исследования — так что, даже если шанс что-то найти чрезвычайно мал, наверняка не будет вреда в том, чтобы следить за признаками прошлых внеземных посещений.

Рис. 3.3 Это результат падения метеора, а не космического корабля. Метеор вошел в атмосферу Земли утром 15 февраля 2013 года со скоростью, в 60 раз превышающей скорость звука. Он взорвался в воздухе примерно в 23 км над Челябинском. Это изображение является симуляцией Марка Бослоу, визуализированной Брэдом Карви с использованием суперкомпьютера Национальной лаборатории Сандия. Оригинальная фотография метеора сделана Ольгой Кругловой. (Источник: Sandia Labs)

Если не искать, то и не найдешь. Однако, даже если вы считаете вероятным, что инопланетные промышленники посещали Землю в прошлом (а лично я считаю это крайне маловероятным: не могу представить, зачем разумным существам путешествовать световые годы только ради того, чтобы мыть золото), для обнаружения свидетельств визита потребуется огромная доля удачи. Возможно, были признаки более недавних визитов?

Знаменитое Тунгусское событие 1908 года, взрыв, поваливший десятки миллионов деревьев в сибирской тайге, обладал немалой мощью — эквивалентной примерно 15 миллионам тонн тротила. Однако первые люди, добравшиеся до этого пустынного места, не нашли никаких обломков, которые можно было бы ожидать от наиболее вероятной причины такого события — падения астероида, — поэтому на протяжении многих лет это событие оставалось загадкой. Как только стала очевидной огромная мощь ядерных взрывов, вскоре после Второй мировой войны, распространилось мнение, что Тунгусское событие было ядерным взрывом — аварийной посадкой инопланетного космического корабля с ядерным двигателем. К этой идее отнеслись полусерьезно, и был простой способ ее проверить: отправиться на Тунгуску и поискать следы радиоактивности. Это было сделано, но исследователи не нашли следов радиоактивности, которые остались бы от ядерного двигателя; они также исключили двигатель на антиматерии. Ученые теперь считают, что Тунгусское событие было результатом взрыва в атмосфере каменного метеороида или, возможно, кометы.

Подобные Тунгусскому события происходили в прошлом и будут происходить в будущем. Действительно, примерно в то время, когда я начал думать о втором издании этой книги, российский город Челябинск пострадал от воздушного взрыва. Челябинское событие было ничтожным по сравнению с Тунгусским, но поскольку оно произошло над населенным районом, оно привело к ранениям более 1200 человек. Объясняя Тунгусское и Челябинское события, просто нет необходимости прибегать к гипотезе о сбитом космическом корабле; именно Природа преподносит нам эти захватывающие зрелища. Если космический корабль когда-либо и совершал аварийную посадку в прошлом, мы не нашли доказательств — несмотря на Розуэлл.

У нас может не хватать доказательств существования внеземных карьеров или потерпевших крушение кораблей, но некоторые утверждают, что мы ищем не то. В 1970-х годах Эрих фон Дэникен прославился серией книг, ⁵⁰ в которых он утверждал, что внеземные посетители построили многие из загадочных сооружений, которые мы видим разбросанными по всему миру — Стоунхендж, линии на плато Наска в Перу, статуи острова Пасхи и так далее. Ни одна из книг не содержала доказательств в поддержку его утверждений, но его многочисленная читающая публика, тем не менее, была достаточно счастлива оставаться с ним во время его длительного тюремного заключения за мошенничество; они поддерживали его после того, как его утверждения были тщательно и полностью развенчаны; только когда им стало скучно, а вкус и стиль изменились, они его бросили. Теперь, как и несколько поп-групп той эпохи, фон Дэникен и его идеи снова в моде, хотя за сорок с лишним лет, прошедших с момента первой публикации книг, он так и не представил никаких доказательств в поддержку своих предположений — то, что сам фон Дэникен весело признает и, кажется, считает несущественным. Поскольку сторонников фон Дэникена вряд ли можно убедить рациональными доводами, мы можем двигаться дальше и признать, что нет никаких доказательств того, что представители ВЦ когда-либо были на Земле. Как всегда, это не означает определенно, что их здесь не было. Но в отсутствие каких-либо доказательств обратного, мы можем с тем же успехом предположить, что Земля осталась нетронутой.

Луна

Луна — гораздо менее активное место, чем Земля. Если бы инопланетяне посетили Луну десятки миллионов лет назад и оставили после себя следы технологической деятельности — такие как крупномасштабная разработка карьеров или сброс радиоактивных отходов, как упоминалось выше, — то есть хороший шанс, что эти следы все еще были бы видны. Сооружениям не пришлось бы противостоять ветру, дождю или оледенению; место сброса радиоактивных отходов не было бы погребено тектоническими процессами. Метеориты время от времени ударяют по поверхности Луны, поднимая пыль и реголит, но если интересующие объекты имеют размер более нескольких метров, то пройдут сотни миллионов лет, прежде чем этот процесс «садоводства» покроет их. Более того, Луна достаточно близка, чтобы мы могли искать доказательства прошлых внеземных посещений. ⁵² Действительно, мы уже могли бы провести поиск: Лунный орбитальный разведчик НАСА начал картографировать Луну с высоким разрешением в 2009 году. Камеры орбитального аппарата имеют максимальное разрешение 50 см на пиксель, что достаточно для обнаружения свидетельств посещений. (Камеры уже обнаружили свидетельства деятельности на Луне, хотя, конечно, это были человеческие посещения во время программы «Аполлон».) В настоящее время существует ряд весьма эффективных «гражданских научных проектов», в рамках которых представители общественности жертвуют своим временем на различные научные начинания: бывают случаи, когда возможности человеческого мозга по распознаванию образов намного превосходят компьютеры. Что ж, гражданский научный проект, посвященный Лунному орбитальному разведчику, позволил бы нам обыскать всю лунную поверхность в поисках свидетельств прошлой внеземной активности; это было бы недорогим дополнением к программе SETI.

Хотя нет никаких доказательств того, что ВЦ когда-либо посещали наш спутник, стоит упомянуть, что до недавнего времени некоторые люди утверждали, что видели признаки внеземной активности на Луне. В 1953 году, например, астроном Перси Уилкинс обнаружил то, что казалось искусственным сооружением — мост. ⁵³ Когда другие наблюдатели не смогли увидеть структуру через более мощные телескопы, астрономическое сообщество вполне резонно решило, что мост был игрой света. Это не охладило энтузиазма тех, кто верил в Луну как обитель инопланетной жизни. Энтузиасты указывали, что Луна обращена к Земле только одной стороной (точнее, из-за явления либрации мы видим только 59% поверхности Луны). Если мы никогда не видим 41% лунной поверхности, кто знает, что может скрываться на обратной стороне Луны? Лишь в конце 1970-х годов, спустя много времени после того, как многочисленные посадочные модули и орбитальные аппараты наблюдали всю поверхность Луны, энтузиасты «жизни» наконец перестали продвигать идею мостов и других артефактов.

Точки Лагранжа системы Земля-Луна

Как мы увидим позже, можно разумно утверждать, что ВЦ, желающая исследовать нашу Солнечную систему, отправила бы небольшие беспилотные (бези(о)планетные?) зонды, а не флот пилотируемых космических кораблей. Где мы могли бы найти такие зонды? Есть три случая для рассмотрения. Во-первых, зонды могли быть запрограммированы так, чтобы привлекать наше внимание. Поскольку мы не видим никаких свидетельств маяков, можно с уверенностью предположить, что таких зондов здесь нет. Во-вторых, зонды могли быть запрограммированы так, чтобы скрываться от нас. Поскольку мы вряд ли когда-либо найдем такие зонды, нам не нужно тратить время на обсуждение лучшей стратегии их наблюдения. В-третьих, ВЦ могла отправить зонды и не заботиться о том, наблюдают ли их люди. Если это так, где мы могли бы их найти?

Рис. 3.4 Пять точек Лагранжа системы Солнце-Земля (не в масштабе). В общем, точки Лагранжа — это места вблизи двух вращающихся масс, где третье, меньшее тело может поддерживать фиксированное расстояние от больших масс. Точки L1, L2 и L3, лежащие на линии, соединяющей две большие массы, нестабильны: после возмущения малое тело будет удаляться от точки Лагранжа. При определенных обстоятельствах точки L4 и L5 стабильны: после возмущения малое тело вернется к точке Лагранжа. Подобная конфигурация существует для системы Земля-Луна: могут ли быть внеземные зонды, припаркованные в этих точках Лагранжа для наблюдения за Землей, так же, как мы паркуем зонды в точках Лагранжа системы Солнце-Земля для наблюдения за Вселенной? (Источник: NASA)

Мы можем разумно утверждать, что из всех планет Солнечной системы наша наиболее достойна изучения. Земля — интересная планета по ряду причин — самое главное, насколько нам известно, это единственная планета, на которой есть жизнь. Поэтому зонды, скорее всего, были бы запрограммированы на исследование Земли. (Этот аргумент, конечно, отдает антропоцентризмом. Кто знает, что захочет исследовать инопланетный разум? Кто знает, какую технологию он может использовать? Но такая логика — это все, что у нас есть, поэтому мы ничего не теряем, если продолжим рассуждение и посмотрим, к чему оно нас приведет.) Поверхность Земли была бы плохим местом для долгосрочных исследований нашей планеты. Имело бы больше смысла наблюдать всю планету из космоса, ⁵⁵ где солнечная энергия более доступна, и где нет необходимости защищать зонд от последствий геологической активности Земли.

Несколько типов орбит подходят для парковки наблюдательного зонда, но, пожалуй, самыми известными являются точки Лагранжа. ⁵⁶ Если малая масса находится вблизи двух гораздо больших вращающихся масс, то существует пять точек, в которых малая масса может вращаться на фиксированном расстоянии от больших масс. Эти пять точек Лагранжа отмечают положения, где гравитационное притяжение двух больших масс точно уравновешивает центростремительную силу, необходимую для вращения вместе с ними. Три точки Лагранжа — L1, L2 и L3 — нестабильны: подтолкните малую массу, и она удалится от точки L. Но L4 и L5 стабильны: подтолкните малую массу, и она вернется к точке L. (Точнее, L4 и L5 стабильны только в том случае, если самое массивное из трех тел по крайней мере в 24,96 раза массивнее промежуточного тела. Это условие выполняется в системе Солнце-Земля, поскольку Солнце намного массивнее Земли. Условие также выполняется в системе Земля-Луна, поскольку Земля в 81 раз массивнее Луны. Гравитационное влияние Солнца имеет тенденцию дестабилизировать точки L4 и L5 системы Земля-Луна; однако оно размывает стабильные точки в объемы пространства, в которых существуют стабильные орбиты.)

Спутники в точках Лагранжа системы Солнце-Земля: В точке L1 находятся спутники ACE, SOHO и WIND — с этой точки обзора спутники имеют непрерывный вид на Солнце. Точка L2 была домом для нескольких громких астрономических миссий, включая WMAP, космическую обсерваторию Планк и космический телескоп Гершель — эти спутники наблюдали Вселенную с беспрецедентной детализацией, и планируется еще много миссий в L2. Обратите внимание, что, хотя точки L1 и L2 нестабильны, возможно найти орбиты вокруг этих точек, которые позволяют космическому аппарату оставаться на месте, затрачивая лишь небольшое количество энергии. Космические агентства вряд ли найдут применение точке L3 системы Солнце-Земля, поскольку она находится на противоположной стороне Солнца от Земли. Области вокруг L4 и L5 содержат межпланетную пыль и по крайней мере один астероид.

Космические агентства НАСА и ЕКА уже активно используют парковочные возможности, предоставляемые точками Лагранжа системы Солнце-Земля. Если НАСА и ЕКА находят удобным использовать эти точки, то, возможно, ВЦ тоже поступили бы так. Возможно, мы могли бы найти зонды в точках Лагранжа системы Земля-Луна? В частности, возможно, мы могли бы найти зонды в точках L4 и L5, поскольку в этих местах зонды в принципе могли бы вести наблюдения в течение длительных периодов времени, не затрачивая слишком много энергии. Что ж, по крайней мере один целенаправленный поиск был проведен. Кроме того, астрономы уже изучили точки L4 и L5 системы Земля-Луна, поскольку эти точки интересны с общеастрономической точки зрения. Ни в целенаправленном поиске, ни в общих сканированиях никаких свидетельств зондов найдено не было. Более того, недавнее исследование показало, что точки L4 и L5 в системе Земля-Луна могут не обеспечивать той стабильной точки обзора, которую когда-то предполагали. Если бы нужно было учитывать только Землю и Луну, то L4 и L5 действительно были бы стабильны. Но Солнечная система содержит и другие объекты. Оказывается, слабое гравитационное притяжение других планет нарушает стабильность точек Лагранжа, и любой зонд, помещенный в L4 или L5, в конечном итоге плавно уплывет. Было бы странно, если бы мы нашли там свидетельства внеземных зондов.

Все чаще сканируются другие околоземные орбиты — на этот раз астрономами, ищущими потенциально опасные астероиды. В качестве побочного продукта этого исследования мы могли бы надеяться найти артефакты; однако до сих пор ничего не найдено. Зонды излучали бы тепло, но никаких аномальных инфракрасных сигналов не наблюдалось; можно было бы ожидать, что зонды будут передавать сообщения своим создателям, но таких передач обнаружено не было. Некоторые люди утверждали, что явление радиоэхо с большой задержкой (LDE) — эхо, которое появляется через 3–15 секунд после передачи радиосигнала, — лучше всего объясняется электромагнитными передачами от зондов ВЦ. Явление LDE наблюдается с зари радио, и оно остается несколько загадочным. Радиоэхо от Луны является обычным явлением, но это не может объяснить явление LDE, потому что эхо появляется через 2,7 секунды после передачи основного сигнала — это время, которое требуется свету, чтобы долететь до Луны и обратно. Точно так же Венера, ближайшая планета, не может быть виновником: эхо появляется только через 4 минуты после основного сигнала. Одно из объяснений заключается в том, что эхо — это радиовозвраты от зондов ВЦ, находящихся за пределами расстояния до Луны. Более прозаичное объяснение состоит в том, что это природное явление, вызванное плазмой и пылью в верхних слоях атмосферы Земли.

Хотя поиск околоземных зондов не завершен — действительно, поиск едва начался, поскольку Земля могла бы быть залита сигналами на определенных частотах, и мы не обязательно знали бы о них, — все наблюдения на сегодняшний день дали отрицательный результат. Наши телескопы время от времени обнаруживали передачи от зондов в глубинах нашей Солнечной системы — но это передачи от наших собственных космических аппаратов.

Марс

Как мы увидим позже, есть веские причины предполагать, что Марс мог сыграть роль в развитии жизни на Земле. Но мог ли он быть домом для своей собственной жизни и своей собственной технологической цивилизации?

Марс действительно долгое время считался домом для жизни, но большая часть шумихи возникла из-за неправильного перевода. Джованни Скиапарелли в серии наблюдений, начавшихся в 1877 году, увидел на Марсе особенности, которые он назвал «canali» — итальянское слово, означающее «каналы» или «протоки». Из его записей ясно, что, называя эти особенности, Скиапарелли думал, что их сформировали природные процессы. Англоязычные астрономы, однако, перевели это слово как «canals» — искусственные сооружения, соединяющие два водоема. Персиваль Ловелл также видел особенности поверхности, зафиксированные Скиапарелли, и в итоге насчитал их 437. Однако Ловелл не признавал, что работал на пределе возможностей наблюдения; он не осознавал, что эволюция настроила зрительную систему человека на поиск знакомых черт в случайных узорах. Он убедился, что видит искусственно построенные линейные каналы, и предположил, что каналы снабжают водой пустынный мир из полярных шапок. Понятие каналов и так было в общественном сознании — Суэцкий канал, современное чудо света, открылся для судоходства в 1869 году, — и широкая публика была охвачена возможностью того, что марсианские каналы построили разумные существа. Писатели-фантасты быстро использовали это как источник сюжетов. Это была популярная и романтическая идея, и даже в 1960 году на некоторых картах планеты были показаны оазисы и каналы. Несколько астрономов продолжали верить, что сезонные изменения отметин на марсианской поверхности могут быть связаны с изменением растительного покрова.

Рис. 3.5 Четыре лика Марса, сфотографированные космическим телескопом Хаббл 30 марта 1997 года. Признаков каналов нет. (Источник: Фил Джеймс (Университет Толедо), Тодд Клэнси (Институт космических наук), Стив Ли (Университет Колорадо) и NASA/ESA)

Между тем, в начале 1960-х годов Шкловский обсудил особенность орбиты Фобоса, большего из двух спутников Марса, и предложил гениальное объяснение. Орбита Фобоса затухает. Особенность заключалась в том, что, согласно наблюдениям астронома Бевана Шарплесса в 1940-х годах, скорость затухания было трудно объяснить. Было предложено несколько механизмов — влияние гипотетического большого марсианского магнитного поля, приливное взаимодействие с Марсом, возможное солнечное влияние, — но ни один из них не был осуществим. Не подходило и очевидное объяснение, а именно то, что Фобос проходит через тонкие внешние области марсианской атмосферы, потому что атмосферное сопротивление не повлияло бы на камень размером с Фобос в той степени, которую наблюдал Шарплесс. Дерзкий Шкловский задался вопросом, не полый ли Фобос. Полый Фобос был бы менее массивным, чем предполагал бы его размер, поэтому на его орбиту гораздо сильнее влияла бы марсианская атмосфера. Если бы Фобос действительно был полым, то он не мог бы быть естественным: поэтому Шкловский предположил, что спутник был искусственным — продуктом марсианской цивилизации. (Это было предположение более образное, чем что-либо в книгах фон Дэникена, но оно основывалось на лучших доступных данных наблюдений.) Шкловский думал, что спутник был запущен миллионы лет назад, но другие ученые считали, что запуск мог быть более недавним. Фрэнк Солсбери указал, что два марсианских спутника были открыты в 1877 году Асафом Холлом, который использовал 26-дюймовый телескоп. Пятнадцатью годами ранее, когда Генрих д’Арре направил более крупный телескоп на красную планету, условия для наблюдения Марса были лучше. Как мог д’Арре не увидеть спутники в 1862 году? Возможно ли, спросил Солсбери, что спутники были искусственными, запущенными где-то между 1862 и 1877 годами?

Рис. 3.6 Персиваль Ловелл в 1914 году, использующий 24-дюймовый рефрактор в обсерватории Ловелла. (Фотограф неизвестен)

Романтическая идея о развитой марсианской цивилизации, способной строить каналы и запускать спутники, не пережила 1960-х годов. Ей положили конец, когда ранние космические аппараты «Маринер» пролетели на близком расстоянии, передав фотографии, на которых не было видно ни одного из каналов, виденных Ловеллом. Посадочные модули «Викинг» 1976 года и миссии «Патфайндер» и «Марс Глобал Сервейор» 1997 года также не обнаружили каналов. Точно так же пролетные миссии не увидели ничего искусственного в Фобосе. Это небольшой испещренный кратерами кусок скалы — возможно, захваченный астероид (хотя происхождение двух марсианских спутников остается предметом исследований). Более того, хотя его орбита действительно затухает, недавние измерения показывают, что скорость затухания составляет лишь половину той, что рассчитал Шарплесс. Вооружившись этим улучшенным измерением, теоретики теперь могут объяснить происхождение сопротивления, действующего на Фобос: это результат приливного взаимодействия с Марсом. (Фобос приближается к Марсу примерно на 1 дюйм каждый год. Спутник столкнется с Марсом где-то в течение следующих 40 миллионов лет, оставив бассейн размером с Бельгию. Хотя 40 миллионов лет — это короткий срок по астрономическим меркам, это долгое время по человеческим меркам. Жаль — это было бы захватывающее событие.)

Свидетельства от различных пролетных, орбитальных и посадочных миссий почти убили веру в древнюю марсианскую цивилизацию. Почти, но не совсем. В 1976 году «Викинг» сфотографировал район Кидония на Марсе, и НАСА вскоре после этого опубликовало фотографии. Почти сразу же энтузиасты указали, что на одной из фотографий низкого разрешения, казалось, было видно человеческое лицо. Можно было различить глаз, рот и ноздрю (хотя энтузиасты часто забывали указать, что «ноздря» на самом деле была артефактом способа обработки изображения и не соответствовала никакой физической структуре на Марсе). Лицо было большим, примерно квадрат со стороной 1 км, и казалось высеченным из камня. Ученые НАСА подчеркнули, что это естественное образование; изображение было просто результатом падения солнечного света на холм одним марсианским днем. Другие утверждали, что образование было искусственной структурой; каменное «лицо» было доказательством того, что Марс когда-то был домом для древней цивилизации.

Рис. 3.7 Фобос, больший из двух спутников Марса, представляет собой скалу картофелевидной формы размером примерно 16 на 10 миль. Вполне возможно, это захваченный астероид. Буква N на изображении отмечает северный полюс. (Источник: Г. Нойкум (FU Berlin) и др., Mars Explorer, DLR, ESA)

Рис. 3.8 «Лицо» на Марсе. Это изображение низкого разрешения содержит много черных точек, которые являются артефактами методов обработки изображений, использованных Лабораторией реактивного движения, и не соответствуют какой-либо марсианской особенности. (Источник: NASA)

Рис. 3.9 Это щит? Это след ноги? Это Чубакка? Изображение региона Кидония с высоким разрешением, на этот раз сделанное Mars Global Surveyor в 1998 году, не показывает никаких признаков лица. (Источник: NASA/JPL)

Если вы достаточно долго и усердно ищете в большом наборе случайных данных, удобно игнорируя те расположения данных, которые не представляют интереса, и не определяя заранее, что вы ищете, то в конце концов вы найдете что-то примечательное. Поверхность Марса покрывает 150 миллионов км²; было бы странно, если бы один из этих квадратных километров смутно не напоминал что-то знакомое. Планетологи утверждали, что марсианское «лицо» имеет такое же значение, как узоры, которые вы видите в углях костра. Это был еще один случай, когда наблюдатель навязывал смысл бессмысленному узору.

Mars Global Surveyor снова посетил район Кидония и сделал более детальную фотографию. Доказательства существования лица, конечно, испарились. (Справедливости ради стоит отметить, что освещение на двух фотографиях разное. Тем не менее, современные методы компьютерной обработки изображений могут сохранить детали фотографии Global Surveyor, имитируя при этом объект в том же дневном свете, который видел «Викинг». Если я прищуру глаза, то с трудом могу разглядеть Чубакку из «Звездных войн» — но не человеческое лицо.)

Астероиды

Майкл Пападжианнис утверждал, что нам нужно исключить возможность пребывания ВЦ (внеземных цивилизаций) в Поясе Астероидов, прежде чем мы сможем заключить, что их нет здесь, в Солнечной системе. Пояс Астероидов был бы идеальным местом для ВЦ для создания космических колоний. Они могли бы добывать природные ресурсы на астероидах, и у них были бы обильные запасы солнечной энергии. Кто знает — возможно, фрагментация компонентов Пояса Астероидов является результатом крупномасштабных проектов добычи полезных ископаемых ВЦ? Если бы космические колонии находились в Поясе Астероидов, мы бы не обязательно знали о них: аппараты размером, скажем, 1 км или меньше было бы трудно отличить от естественных астероидов.

С другой стороны, если они действительно находятся в Поясе Астероидов, возникают вопросы. Почему мы не обнаружили утечки электромагнитного излучения? Почему мы не наблюдали ни одного объекта, обладающего эффективной температурой выше, чем это оправдано его расстоянием от Солнца? И почему, если они там, они решили так долго хранить молчание?

Внешняя Солнечная система

За пределами астероидов мы видим многочисленные «аномалии», такие как наклон оси Урана или ретроградная орбита Тритона, которые, если бы мы были так склонны, могли бы быть восприняты как свидетельство вмешательства ВЦ. А за орбитой Нептуна, на расстоянии примерно от 30 до 50 астрономических единиц от Солнца, лежит Пояс Койпера. В Поясе Койпера было обнаружено более тысячи объектов, и считается, что Пояс содержит более ста тысяч объектов. Большинство из них малы; самый большой — Плутон, который в 2006 году был бесславно понижен в статусе с планеты до простого транснептунового объекта. До его переклассификации Дэвид Стивенсон предположил, что необычная орбита Плутона может быть результатом проекта астроинженерии. Однако все эти «аномалии» — наклон Урана, ретроградное движение Тритона, эксцентричная и наклонная орбита Плутона — можно объяснить более прозаично как результат столкновений и взаимодействий, имевших место в ранней истории Солнечной системы. Просто нет необходимости прибегать к другим объяснениям. Тем не менее, объекты Пояса Койпера могут играть роль в поиске ВЦ. В 2012 году гарвардский астроном Абрахам Лёб и принстонский астроном Эдвин Тёрнер опубликовали статью, в которой указали, что биологические существа, как только они достигают определенного уровня технологической цивилизации, вероятно, будут искусственно освещать свою родную планету во время темной фазы ее суточного цикла (другими словами, они будут включать свет ночью). Наша собственная цивилизация использует два типа ночного освещения — квантовое (от устройств, таких как светодиоды и люминесцентные лампы) и тепловое (лампы накаливания) — и оба типа имеют спектральную сигнатуру, которая сильно отличается от естественного излучения, которое исходит от естественно теплого объекта, такого как планета. Если бы мы могли обнаружить утечку от искусственного освещения, то мы могли бы сделать вывод о присутствии ВЦ. Представьте себе город размером с Токио на объекте пояса Койпера, и предположим, что его ночное освещение находится на том же уровне, что и современный Токио. Лёб и Тёрнер показали, что существующие телескопы могли бы обнаружить это искусственное освещение. Мы могли бы использовать эту технику для поиска цивилизаций в Поясе Койпера прямо сейчас. (Отрицательный результат, как всегда, ничего не докажет: пришельцы могли бы экранировать излучение от нас, или быть приспособлены к низким уровням освещенности, или использовать технологии, которые мы даже не можем себе представить…)

В десять раз дальше внешнего края Пояса Койпера лежит зона, которая, можно утверждать, предлагает довольно логичное место для поиска зондов в нашей Солнечной системе. Аргумент начинается с наблюдаемого факта, что путь светового луча изгибается, если он проходит вблизи большой массы. Теория общей относительности Эйнштейна объясняет, почему это должно происходить: масса заставляет пространство искривляться, и световые лучи просто следуют за кривизной. Путь светового луча также изгибается, если он проходит через оптическую линзу. «Механизм изгиба», задействованный в этих двух случаях, конечно, совершенно разный, но в принципе возможно, чтобы достаточно большая масса собирала свет в фокусе так же, как линза может собирать свет в фокусе — тогда масса действует как гравитационная линза. В 1979 году фон Эшлеман, профессор электротехники в Стэнфордском университете, применил теорию гравитационного линзирования к случаю Солнца. Он показал, что если бы телескоп можно было разместить на расстоянии 548 а.е. от Солнца — почти в 14 раз дальше расстояния между Солнцем и Плутоном — то он смог бы воспользоваться увеличением, обеспечиваемым гравитационной линзой Солнца. (Расстояние в 548 а.е., рассчитанное Эшлеманом, является минимальным расстоянием, на котором Солнце создает гравитационную линзу. По мере удаления за это минимальное расстояние обнаруживается бесконечное число фокусных точек во всех направлениях. Действительно, телескоп лучше было бы разместить, скажем, на 1000 а.е., так как на таком большом расстоянии было бы меньше необходимости компенсировать осложняющие эффекты солнечной короны. Но это всего лишь детали.)

Оптические и гравитационные линзы Когда свет попадает на границу между областями, в которых он имеет разные скорости распространения, он имеет тенденцию изгибаться в сторону области, в которой он движется медленнее. (Это похоже на вождение автомобиля, когда колеса с ближней стороны попадают на участок снега. Колеса на дороге вращаются быстрее, чем колеса на снегу, и автомобиль поворачивает — его начинает заносить.) Поскольку свет распространяется в стекле намного медленнее, чем в воздухе, световой луч изгибается при переходе из воздуха в стекло. Величина изгиба зависит от угла, под которым свет падает на стекло, но если правильно придать форму линзе, можно сделать так, что все световые лучи, попадающие на стекло, будут изгибаться таким образом, чтобы сойтись в одной точке: фокусной точке. Механизм изгиба отличается, когда речь идет о гравитации: световые лучи изгибаются вблизи большой массы, потому что само пространство искривлено присутствием массы. Световой луч следует по кратчайшему пути через пространство, но вблизи большой массы кратчайший путь изогнут. Однако, хотя механизм и отличается, конечный результат может быть тем же.

Телескоп, базирующийся в фокальной точке Солнца, был бы мечтой астронома: он мог бы изучать далекие планеты, звезды и галактики с невероятной детализацией. Его также можно было бы использовать как мощный инструмент в поисках внеземного разума, как указал итальянский астроном Клаудио Макконе, который, возможно, больше, чем кто-либо другой, отстаивал важность фокальной точки Солнца для будущих астрономических миссий. Макконе также показал, что огромное усиление передачи в звездных гравитационных линзирующих системах позволяет осуществлять связь между близлежащими звездами, используя только умеренные мощности передатчиков; усиление действительно поразительно.

Какое отношение все это имеет к поиску свидетельств внеземной жизни? Ну, предположим, ВЦ отправляется исследовать Галактику с помощью зондов (мы рассмотрим конкретные модели исследования позже в книге). Связь между зондом и родительской цивилизацией, предположительно, будет происходить, но разумная стратегия связи заключалась бы в том, чтобы зонд поддерживал связь с соседними звездными системами, а не с исходной системой. (Структура Млечного Пути в сочетании с его большими размерами по сравнению с предельной скоростью света означает, что было бы трудно поддерживать прямую связь с родной системой. Мало того, стратегия связи, основанная на использовании исходной системы в качестве центрального узла, означает, что вся сеть зондов окажется под угрозой, если исходная цивилизация рухнет, мигрирует или просто потеряет интерес.) И самый простой способ, которым относительно небольшой объект мог бы общаться на межзвездных расстояниях, — это использование гравитационных линз, любезно предоставленных Природой. Другими словами, если исследовательские зонды находятся или находились здесь, в Солнечной системе, то мы, скорее всего, нашли бы коммуникационные зонды в этих фокальных точках Солнца — 1000 а.е. представляется разумным расстоянием, которое позволяет обмениваться информацией с соседними звездными системами. Это предложение бельгийского астрофизика Микаэля Жийона предоставляет простой способ направить поиск зондов, потому что для любой конкретной близлежащей звезды мы можем легко рассчитать местоположение соответствующих точек в пространстве.

К сожалению, как указывает сам Жийон, было бы трудно найти зонды, даже если бы мы знали, где искать. Предположим, зонд использовал солнечный парус для обеспечения своей движущей силы. (Зонду пришлось бы компенсировать крошечное, но не совсем незначительное гравитационное притяжение Солнца. У ВЦ, конечно, мог быть доступ к источникам энергии, о которых мы можем только мечтать, но давайте предположим, что зонд использует большой парус для улавливания солнечной энергии. Это был бы лучший сценарий с точки зрения наших шансов на их наблюдение.) Оказывается, для зонда такой же массы, как космический аппарат “Вояджер”, потребовался бы круглый солнечный парус радиусом около 500 м. Тогда возникает вопрос: можем ли мы обнаружить солнечный парус такого размера с расстояния 1000 а.е.? К сожалению, даже с впечатляющими обсерваториями, которые планируются (например, Европейский чрезвычайно большой телескоп), будет невозможно напрямую сфотографировать такой объект.

Зонд был бы просто слишком тусклым. Вторая возможность заключалась бы в использовании метода затмения и поиске падения яркости далекой звезды, которое произошло бы, когда зонд проходил перед ней. Оказывается, это тоже неосуществимо: изменение яркости было бы слишком маленьким, слишком мимолетным. Итак, сделав вывод, что солнечные фокальные области близлежащих звезд являются хорошим местом для поиска зондов, должны ли мы теперь признать, что не можем их искать? Ну, у Жийона есть еще три предложения. Во-первых, мы могли бы отправить туда свои собственные зонды и осмотреться. Однако две миссии “Вояджер” стартовали в 1977 году, и на момент написания статьи одна из них находится на расстоянии 127 а.е. от Солнца, а другая — на расстоянии 104 а.е. Пройдет много времени, прежде чем один из наших космических аппаратов достигнет 1000 а.е. Во-вторых, мы могли бы искать утечку излучения от зондов. Это возможно в принципе, но крайне маловероятно на практике. В-третьих, мы могли бы взять инициативу на себя и попытаться связаться с зондами напрямую — “ткнуть” их радиовспышкой и прислушаться к реакции. На мой взгляд, этот третий вариант является единственным реалистичным вариантом поиска таких зондов, по крайней мере, с технологиями, которые будут доступны нам в ближайшие пару десятилетий. Давайте отправим им сообщение и посмотрим, ответят ли они. Если ответят, мир изменится. Если мы услышим только тишину, что, как я сильно подозреваю, и произойдет… что ж, мы вернемся туда, откуда начали.

Когда мы начинаем обсуждать Пояс Койпера и солнечные фокальные области, мы начинаем осознавать, насколько велика Солнечная система. Внутри сферы, охватывающей орбиту Плутона, находится 50 миллиардов миллиардов миллиардов кубических миль пространства; а Солнечная система простирается до Облака Оорта комет, почти на световой год от Солнца. Шансы случайно найти небольшой инопланетный артефакт практически равны нулю. Только если артефакт привлечет к себе внимание — возможно, подав нам сигнал или находясь в видимом месте, — мы его обнаружим. Поэтому мы не можем исключить возможность того, что наблюдательные зонды когда-то были в Солнечной системе, и даже того, что они все еще здесь. Некоторые утверждают, что пока мы не можем исключить эту возможность, парадокса Ферми не существует. Однако мы можем с уверенностью сказать, что никаких доказательств существования инопланетных артефактов пока не обнаружено. Конечно, имеет смысл их искать: как я уже упоминал, поиск был бы недорогим, и хотя шанс на успех чрезвычайно низок, выигрыш от успеха чрезвычайно высок. Но пока мы их не наблюдаем, почему мы должны предполагать, что они здесь?

Возможно, мы ищем совсем не там. Дискуссия вращалась вокруг инопланетных артефактов — свидетельств инженерных объектов. Возможно, ВЦ были здесь и оставили информацию, а не вещи? В занимательной научно-фантастической истории 1950-х годов предполагалось, что причина, по которой так много людей не любят пауков, заключается в том, что класс Паукообразных состоит из инопланетных существ. Их привезли сюда на каком-то космическом корабле, а затем они сбежали; люди, инстинктивно распознавая инопланетное происхождение пауков, отшатываются от них. (Само собой разумеется, пауки не инопланетяне. Как мы увидим позже, в Решении 64, вся жизнь на этой планете связана. Как бы вы ни не любили пауков, вы делите с ними значительную часть своей ДНК.) В 1970-х годах некоторые ученые наконец догнали писателей-фантастов и высказали предположение, что биологический материал может нести закодированное сообщение от ВЦ. Теоретически это было бы возможно: в конце концов, весь смысл ДНК в том, что она кодирует информацию. Действительно, генетический код может оставаться неизменным миллиарды лет, и все же его можно было бы легко изменить, если бы кто-то захотел встроить какой-либо сигнал.

Сообщение, закодированное в ДНК, кажется маловероятным каналом связи. Во-первых, отправитель мог бы передать сообщение только на планету, обладающую той же биохимией. (В нашем случае биохимия отправителя должна была бы основываться на L-аминокислотах, синтез белка должен был бы основываться на том же генетическом коде, что и наш, и так далее.) Даже если бы получатель мог отличить естественную последовательность от искусственной, сообщение могло бы исказиться из-за случайных мутаций, и отправитель не имел бы возможности это предотвратить. Превратности эволюции могли бы стереть сообщение полностью. Тем не менее, геномная ДНК уже используется здесь, на Земле, для хранения информации, так что не исключено, что другие могли встроить сообщение. Было проведено несколько исследований для проверки этой идеи, и анализ определенных типов вирусной ДНК не выявил ничего похожего на искусственный паттерн. Теперь, когда биологи секвенировали весь геном нескольких существ, включая человека, можно было бы провести более детальные поиски закодированных сообщений. Такие поиски, должно быть, находятся в конце списка приоритетов для генетиков, но в конце концов кто-нибудь просеет данные генома в поисках паттернов. Мое предположение таково, что паттерны будут найдены, но у них будет тот же источник, что и у марсианских каналов и лица на Кидонии. Такие паттерны являются свидетельством разума — но со стороны наблюдателя у телескопа или микроскопа.

Решение 6

Они существуют, и это мы — Мы все инопланетяне!

Мне следовало бы знать, какой плод родится из такого семени.

Лорд Байрон, «Паломничество Чайльд-Гарольда»

В обсуждении Решения 5 мы рассмотрели идею о том, что ВЦ могли закодировать сообщение в ДНК земных организмов. Хотя это маловероятно, более широкая версия этой идеи, как ни парадоксально, более правдоподобна. С каждым прорывом в изучении генетики становится все более очевидным, что вся жизнь на этой планете глубоко связана. Возможно, отдельные виды не являются инопланетными, но мы не можем исключить возможность того, что все виды произошли из одного и того же внеземного источника. Возможно, сама жизнь — это послание. Возможно, мы все инопланетяне.

Идея о том, что жизнь зародилась где-то еще и была каким-то образом перенесена на Землю, стара. Понятие панспермии — буквально «семена повсюду» — вероятно, восходит к Анаксагору. Однако только в XIX веке, благодаря работам Берцелиуса, Рихтера, Гельмгольца и других, гипотеза панспермии приняла современную форму. Ученые того времени обсуждали различные формы панспермии. Лорд Кельвин, например, в своем обращении к Британскому обществу содействия развитию науки в 1871 году размышлял о том, может ли жизнь распространяться в космосе на метеоритных камнях — литопанспермия. Однако именно книга Аррениуса 1908 года популяризировала идею панспермии. Аррениус предположил, что Вселенная полна живых спор, которые перемещаются в космосе под давлением звездного света — радиопанспермия. Некоторые споры упали на раннюю Землю, расцвели и эволюционировали в жизнь, которую мы видим сегодня.

Как мы обсудим более подробно позже (см. Решение 64), одна из глубоких загадок происхождения жизни — это почти неприличная поспешность, с которой она возникла на Земле. Кажется, едва ли хватило времени, чтобы случайные физические и химические процессы породили жизнь из кусков неодушевленной материи. Идея панспермии привлекательна, поскольку она устраняет проблему временных рамок: жизнь упала на Землю «готовой». Тем не менее, гипотеза Аррениуса быстро вышла из моды по нескольким причинам. Одной из причин, по которой от этой идеи отказались, была трудность представить себе споры, достаточно выносливые, чтобы выдержать суровые условия многовекового путешествия в космосе; в частности, космическое излучение, несомненно, оказалось бы смертельным для спор. Другая причина заключалась в том, что она просто переносила проблему конечного происхождения жизни с Земли куда-то в космос (конечно, было бы неплохо знать, где зародилась жизнь, хотя бы для того, чтобы установить исторический факт).

Идея о том, что в космосе может существовать микробная жизнь, не исчезла полностью. Например, Хойл и Викрамасингхе отстаивали идею о том, что микробы путешествуют на Землю на кометах, вызывая периодические массовые вспышки болезней.

Этому утверждению придали некоторую достоверность открытие того, что бактерии путешествовали на Луну на беспилотных лунных посадочных модулях и все еще были живы, когда их вернули на Землю астронавты “Аполлона”. Совсем недавно исследователи изучали способность некоторых экстремофилов — микроорганизмов, которые могут процветать в чрезвычайно суровых земных условиях, — выдерживать условия, существующие в космосе. Эксперименты показали, что экстремофильные микроорганизмы, защищенные микроразмерными углеродистыми зернами, могут выдерживать часы интенсивного излучения от синхротронного источника — эквивалент накопленной дозы облучения от миллионов лет солнечной радиации. Таким образом, микролитопанспермия — перенос микробной жизни на мелких пылинках, а не на крупных валунах — представляется еще одной возможностью. Даже если процесс панспермии слишком разрушителен для того, чтобы жизнь могла перемещаться с одной планеты на другую (в конце концов, организмам пришлось бы справляться не только с суровыми условиями космоса; им также пришлось бы пережить удары, связанные с выбросом с одной родной планеты, посадкой на другую и прохождением через обе планетарные атмосферы), возможно, по крайней мере, генетической информации от инактивированных вирусоподобных организмов или мертвых бактериальных фрагментов могло быть достаточно, чтобы “запустить” жизнь на Земле — некропанспермия.

Хотя панспермия, возможно, и не является основным направлением биологической мысли, эта гипотеза, безусловно, не была исключена. Если она окажется верной, то шансы на то, что жизнь является частым явлением во Вселенной, значительно возрастут (хотя это не обязательно говорит что-либо о существовании или отсутствии разумной жизни и ВЦ). Однако в 1973 году Крик и Оргел опубликовали идею направленной панспермии: панспермия плюс разум, как выразился Дайсон. Крик и Оргел считали, что вероятность того, что жизнеспособные микроорганизмы приземлятся на Землю после межзвездного путешествия, измеряемого световыми годами, мала. Но преднамеренное засеивание — это другое. Направленная панспермия — это предположение, что древняя ВЦ преднамеренно направила споры к планетам с условиями, благоприятными для выживания жизни. Возможно, примитивная жизнь не прибыла сюда случайно внутри метеорита; возможно, ее прислали сюда с помощью зонда. (Зачем ВЦ засеивать планеты таким образом? Возможно, они готовили планеты к последующей колонизации, но каким-то образом не удосужились колонизировать Землю. Возможно, они проводили грандиозные астробиологические эксперименты. Возможно, они столкнулись с глобальной катастрофой и хотели обеспечить выживание своего генетического материала. Кто может сказать?)

Трудно понять, как проверить гипотезу направленной панспермии. Спустя миллиарды лет после события, как мы можем отличить примитивную жизнь, возникшую из первичного бульона, примитивную жизнь, прибывшую внутри метеорита, или примитивную жизнь, прибывшую космическим зондом? В своей статье Крик и Оргел утверждали, что направленная панспермия могла бы разрешить некоторые загадки. Например, почему на Земле существует только один генетический код? Универсальный код естественным образом вытекает из того, что вся жизнь на Земле представляет собой клон, полученный из одного набора микроорганизмов. Другой аргумент, предлагаемый в поддержку этой идеи, связан с зависимостью многих ферментов от молибдена. Этот металл довольно редок — он занимает 56-е место по распространенности элементов в земной коре, и тем не менее он играет важную биохимическую роль. Это несколько странное положение дел было бы менее удивительным, если бы жизнь на Земле произошла от системы, в которой молибден был гораздо более распространен. Конечно, у биохимиков есть более ортодоксальные ответы на эти загадки, и поэтому доказательства в пользу направленной панспермии слабы. Если биологи разработают убедительную теорию того, как жизнь возникла естественным путем из материалов, доступных на первобытной Земле, то панспермия — направленная или иная — была бы ненужной. Или же Крик и Оргел когда-нибудь окажутся правы: мы можем даже встретить ВЦ, которые засеяли нашу часть Галактики. Гипотеза направленной панспермии остается возможным разрешением парадокса Ферми. Где они? Они здесь, потому что мы инопланетяне.

Решение 7

Сценарий зоопарка

Кто-то сказал мне, что все это происходит в зоопарке. Я верю в это, я верю, что это правда.

Пол Саймон, «В зоопарке»

Сценарий зоопарка был предложен Джоном Боллом в 1973 году как средство разрешения парадокса Ферми. На самом деле, Болл назвал это «гипотезой зоопарка»; варианты этой идеи, некоторые из которых описаны ниже, также называют себя «гипотезами», и они появляются как таковые в литературе. Я предпочитаю называть их сценариями, потому что в науке гипотеза обычно подразумевает предположение, сформулированное таким образом, чтобы его можно было проверить. Как мы увидим, предположение Болла в его основной форме проверить нельзя. Это не означает, что сценарий зоопарка неверен, нелогичен или каким-то образом более маловероятен, чем другие объяснения. Мы уже сталкивались с идеями, которые гораздо более неправдоподобны, чем предположение Болла. Проблема в том, что мы не можем легко его опровергнуть.

Болл предположил, что ВЦ повсеместны; многие технологические цивилизации будут стагнировать или столкнутся с разрушением (изнутри или извне), но некоторые будут развивать свой уровень технологий со временем. Рассуждая по аналогии с земными цивилизациями, он пришел к выводу, что нам нужно рассматривать только самые технологически развитые цивилизации. Эти ВЦ будут в некотором смысле контролировать вселенную, потому что менее развитые будут уничтожены, приручены или ассимилированы.

Важным вопросом становится: как высокоразвитые ВЦ решат использовать свою власть? Рассуждая по аналогии с тем, как человечество использует свою власть над миром природы, где мы выделяем дикие территории, заповедники и зоопарки, чтобы другие виды могли развиваться естественным образом, Болл предположил, что Земля находится в дикой зоне, отведенной для нас ВЦ. Причина, по которой, кажется, нет взаимодействия между ними и нами, заключается в том, что они не хотят, чтобы их нашли, и у них есть технологические возможности, чтобы гарантировать, что мы их не найдем. Сценарий зоопарка включал идею о том, что продвинутые ВЦ просто наблюдают за нами. (Варианты этой идеи были менее привлекательны; сценарий лаборатории представлял бы нас объектами лабораторных экспериментов.)

Эта общая идея имеет долгую историю в научной фантастике, предшествующую публикации Болла. Например, в “Звездном пути” была “Главная директива”, которая гласила, что Федерация не должна вмешиваться в естественное развитие планеты. (Директива, конечно, чаще нарушалась, чем соблюдалась, поскольку сценаристам нужно было создавать сюжеты.) А до этого ведущий научно-фантастический журнал 1950-х годов, Astounding, под сильным, но донкихотским руководством Джона Кэмпбелла, установил троп Земли под карантином — либо потому, что ВЦ защищали нас, либо, что чаще, потому, что человечество представляло для них угрозу. Можно также утверждать, что решение парадокса Циолковским, а именно, что ВЦ отложили Землю в сторону, чтобы позволить человечеству развиться до состояния совершенства, содержит семена сценария зоопарка.

Верующие в летающие тарелки склонны отдавать предпочтение сценарию зоопарка, как будто он легитимизирует их веру. Тем не менее, сценарий зоопарка конкретно предсказывает, что мы не должны видеть летающие тарелки или любые другие проявления превосходящих технологий. Если летающие тарелки — это космические корабли, то сценарий зоопарка неверен. (Джеймс Дирдорф предложил вариант идеи Болла, известный как сценарий “дырявого эмбарго”, который совместим с наблюдениями летающих тарелок. Идея заключается в том, что продвинутые и доброжелательные ВЦ ввели эмбарго на официальный контакт с человечеством. Но эмбарго не полное: инопланетяне контактируют с теми гражданами, чьи истории вряд ли будут заслуживать доверия у ученых и правительства. Инопланетяне хотят медленно подготовить нас к шоку, который может наступить позже, когда они раскроют себя. Предложение Дирдорфа настолько ненаучно — хотя опять же, не обязательно неверно, — что, вероятно, не заслуживает даже термина “сценарий”.)

Сценарий зоопарка подвергался критике по нескольким причинам. Главный недостаток, на мой взгляд, заключается в том, что он никуда нас не ведет: это не проверяемая гипотеза. Хорошая гипотеза порождает идеи для наблюдений, которые могут ее подтвердить или опровергнуть, и при этом порождает новые гипотезы. Трудно придумать какое-либо наблюдение, которое могло бы проверить достоверность этого предположения. Его единственное предсказание заключается в том, что мы не найдем ВЦ, но неспособность их найти вряд ли подтверждает первоначальное утверждение. Есть что-то неудовлетворительное в подходе, при котором, как бы усердно мы ни искали, как бы тщательно мы ни искали, отсутствие ВЦ объясняется просто тем, что они не хотят, чтобы мы их видели. (Я могу объяснить отсутствие наблюдательных свидетельств фей на дне моего сада тем, что они становятся невидимыми всякий раз, когда люди смотрят в их сторону. Независимо от того, существуют ли феи, это плохой вид объяснения с научной точки зрения.)

Другие критиковали сценарий на том основании, что он антропоцентричен. Почему ВЦ вообще должны интересоваться таким видом, как мы? (Предполагая, конечно, что их интересуем именно мы, а не дельфины, обезьяны или пчелы…) Поскольку у нас нет представления о том, что может развлекать инопланетные разумы, я полагаю, мы не можем исключить возможность того, что Земля — по какой-либо причине — была отведена в качестве галактического эквивалента национального парка. Однако еще одна слабость заключается в том, что сценарий зоопарка не объясняет, почему инопланетяне не колонизировали Землю задолго до появления сложных форм жизни: сценарий может описывать реакцию этически продвинутых ВЦ на открытие разумной жизни на Земле, но была бы эта реакция такой же, если бы речь шла только о примитивных одноклеточных организмах? Более серьезная критика заключается в том, что достаточно одной ВЦ нарушить эмбарго, всего одной незрелой цивилизации, которая решит просунуть пальцы сквозь прутья клетки, чтобы мы увидели их здесь, на Земле. Кроме того, он не объясняет, почему мы не наблюдаем никаких свидетельств их присутствия там, в Галактике. Предложение здесь состоит в том, что разумная жизнь повсеместна, так где же их проекты астроинженерии? Где их коммуникации? Одно дело — держать Землю свободной от развития, но совсем другое — прекращать всякую деятельность из-за нас. Наконец, сценарий страдает так же, как и все решения парадокса Ферми, которые зависят от мотиваций инопланетных разумов. Он предполагает, что все ВЦ во все времена ведут себя одинаково по отношению к нам.

Расширенная версия этой идеи, известная как сценарий запрета, пытается обобщить идею Болла и устранить некоторые слабые места.

Решение 8

Сценарий запрета

Вечно отсутствующий, вечно близкий.

Франц Казинци, «Разлука»

Сценарий запрета — расширенная форма сценария зоопарка, которая объясняет, почему все планеты, несущие жизнь, а не только Земля, являются запретной зоной, — был предложен в 1987 году Мартином Фоггом.

Фогг представил результаты простой модели возникновения, расширения и взаимодействия ранних галактических цивилизаций. Как и многие авторы до него, он обнаружил, что при использовании правдоподобных значений параметров модели Галактика быстро заполняется разумными видами. В зависимости от параметров либо несколько видов доминируют с большими «империями», либо существует много различных меньших «империй». Вывод модели Фогга заключается в том, что, каково бы ни было значение параметров, ВЦ колонизировали бы Галактику еще до формирования нашей Солнечной системы.

Фогг утверждает, что как только фаза колонизации закончится и почти каждая звезда будет поддерживать разумные формы жизни, Галактика войдет в новую эру «устойчивого состояния». Экспансионистское стремление угаснет, и проблемы агрессии, территориальности и роста населения будут решены. Распределение разума станет все более смешанным и однородным, а эра устойчивого состояния станет веком коммуникации. Согласно модели, мы находимся на миллиарды лет в этой (прекрасно звучащей) эре.

Если сценарий, описанный Фоггом, верен, то Земля находится в сфере влияния одной или нескольких продвинутых ВЦ. Так почему же они не захватили власть? Он утверждает, что в эру устойчивого состояния знание будет самым ценным ресурсом. У продвинутых ВЦ была бы причина оставить планету, несущую жизнь, в покое, хотя бы потому, что планета будет предоставлять невозобновляемый источник информации. И жертва жизненным пространством не обязательно должна быть велика. Как указал Азимов, ВЦ могли выйти за пределы необходимости обитания на планетах. Если ВЦ могут путешествовать между звездами в космических ковчегах, то им не нужно посещать звезды, подобные Солнцу; любая звезда подойдет, а яркие звезды типа O могут быть лучшими. Такие космические ковчеги могли бы поэтому, в принципе, избегать звезд, подобных Солнцу, с обитаемыми планетами. Фогг предполагает, что количество звезд, которых ВЦ должны избегать, может быть небольшим: он дает цифру 0,6% для доли звезд, обладающих планетой, несущей жизнь. (Эта цифра, конечно, спорна.) Оставление небольшого числа систем нетронутыми — это небольшая цена за информационное содержание, которым в конечном итоге будут обладать их планеты, несущие жизнь.

Итак, в эру устойчивого состояния, эру, в которой ВЦ общаются друг с другом и согласовываются общие подходы, «Галактический Клуб» соглашается не вмешиваться в уже заселенные планеты. По словам Ньюмена и Сагана, устанавливается Codex Galactica. Предположение Фогга заключается в том, что Солнечная система была помещена под запрет, когда миллиарды лет назад ВЦ посетили Землю и обнаружили примитивные организмы. С тех пор организмы на Земле живут в зоопарке — изучаются из-за сложных информационных паттернов, которые они генерируют.

На мой взгляд, некоторые предпосылки, лежащие в основе сценария запрета, неубедительны. Взять хотя бы одну: я считаю, что культурная однородность, которую предполагает Фогг, вряд ли наступит. Я нахожу неправдоподобным, что истинно чуждые разумы, если они существуют, могут общаться настолько эффективно, что достигают «повышенного уровня понимания [и] взаимного согласия».

Рис. 3.10 Галактика, подобная нашему Млечному Пути, обычно имеет диаметр 100 000 световых лет. Показанная здесь галактика NGC 2841 еще больше — 150 000 световых лет в поперечнике. Сценарий запрета требует, чтобы «Галактический Клуб» мог обеспечивать соблюдение своих правил и традиций от одного конца галактики до другого. В релятивистской вселенной этого чрезвычайно трудно достичь. (Фото: NASA/ESA/Hubble Heritage Collaboration)

Проблемы в создании трансгалактической системы связи выходят далеко за рамки простых трудностей перевода. Например, дифференциальное вращение Галактики заставляет звезду, подобную Солнцу, двигаться относительно других звезд. Пятьдесят миллионов лет назад Земля могла находиться в регионе Галактики, где смотрители зоопарка были педантичны; сейчас же мы могли бы входить в регион, где смотрители зоопарка эволюционировали и решили взять небольшой отпуск. Если бы они это сделали, кто еще узнал бы? И что могли бы сделать другие члены Галактического Клуба, чтобы остановить это? Мы живем во вселенной, которая обладает ограничением скорости для потока информации, и это делает галактическую культурную однородность чрезвычайно трудной для достижения. Макдональдс мог завоевать мир, но он не завоюет Галактику.

Так что даже не ставя под сомнение детальные параметры и допущения, лежащие в основе компьютерной модели Фогга, выводы остаются спорными. Оставив эти оговорки в стороне, сценарий запрета страдает от некоторых критических замечаний, направленных против исходного сценария зоопарка. В частности, кажется, нет способа узнать, находимся ли мы под запретом (пока, возможно, мы не продвинемся достаточно как вид, чтобы быть избранными в члены Галактического Клуба), поэтому нет проверяемых предсказаний. Сценарий также предполагает, что продвинутые ВЦ на всех этапах своей собственной эволюции могут скрывать свою деятельность от нас. Ну, возможно, они могут. Но если Галактика действительно кишит древними ВЦ, как предполагается, разве мы не увидели бы время от времени грандиозную астроинженерную структуру или не перехватили бы случайный кусок межзвездных сплетен? Поместить планету под запрет — это одно; скрыть все свидетельства их существования — это другое. Наконец, как обсуждалось выше, даже если бы в устойчивую эру Галактики была установлена глубокая коммуникация, действительно ли возникло бы единообразие мотивов в отношении планет, несущих жизнь? Существования всего одной продвинутой ВЦ, которая не разделяет обсуждаемые ценности, могло бы быть достаточно, чтобы опровергнуть сценарий.

Решение 9

Гипотеза планетария

Реальны сны Богов.

Джон Китс, «Ламия», I

Стивен Бакстер предложил интересный вариант сценария зоопарка. Он называет его гипотезой планетария. Это предположение гораздо более дикое, чем идея Болла, но оно заслуживает термина «гипотеза», а не «сценарий», потому что предлагает проверяемые предсказания. Возможно ли, спрашивает Бакстер, что мир, в котором мы живем, — это симуляция, «планетарий» виртуальной реальности, спроектированный так, чтобы создать у нас иллюзию, что вселенная лишена разумной жизни?

Физика, лежащая в основе такой идеи, имеет современный оттенок. Действительно, гипотеза планетария могла быть разумно предложена только в последние годы — времена, когда наблюдался невероятный рост мощности компьютеров. И все же концепция «вещи не то, чем кажутся», лежащая в основе гипотезы планетария, является устоявшимся тропом научной фантастики. В повести Хайнлайна «Вселенная» обитатели корабля поколений (см. стр. 79) обнаруживают вселенную за пределами своего судна. В беззаботном рассказе Азимова, написанном за два года до того, как советские спутники сфотографировали обратную сторону Луны, первые астронавты, облетевшие Луну, находят не испещренную кратерами поверхность, а огромное полотно, подпертое брусьями: «путешествие» было симуляцией, позволившей психологам изучить влияние лунной миссии на экипаж. Герой «Новостей с улицы Д», гораздо более мрачной истории Эндрю Вайнера, обнаруживает, что вся его знакомая, но странно ограниченная вселенная является продуктом компьютерной программы. Совсем недавно основные средства массовой информации исследовали концепцию взаимодействия людей с различными спроектированными реальностями. Несколько эпизодов телешоу «Звездный путь: Следующее поколение», например, происходили на «голодеке» — технологии, которая эмулировала материальные объекты, с которыми пользователи могли взаимодействовать. В фильме «Матрица» люди были насильственно погружены в виртуальную реальность, на этот раз с помощью технологии, в которой мозг стимулировался непосредственно имплантатами.

Рис. 3.11 В хорошо спроектированном планетарии мы можем потеряться в реалистичном представлении вселенной. (Фото: любезно предоставлено Carl Zeiss)

Главный герой фильма «Шоу Трумана» был невольным участником телешоу, в котором он жил внутри спроектированной реальности; в этом случае это была «низкотехнологичная» реальность, фальшивый город под раскрашенным куполом, спроектированным продюсерами шоу.

Многие из этих историй и фильмов обладают завораживающим качеством, возможно, потому, что они затрагивают вопросы глубокой философской значимости. В конце концов, вопросы о природе реальности и о том, как каждый из нас воспринимает внешнюю вселенную, обеспечивали философов работой на протяжении тысячелетий. Гипотеза планетария предполагает, что наше общепринятое понимание внешней вселенной может быть ошибочным. Насколько именно ошибочным, зависит от типа планетария, который ВЦ предоставили нам («низкотехнологичный», как в «Трумане», или «высокотехнологичный», как в «Матрице»), а также от его масштаба — положения границы между человеческим сознанием и внешней «реальностью».

Гипотеза планетария, доведенная до крайности, схожа с солипсизмом. Истинный солипсист считает, что все, что он испытывает — люди, события, объекты, — является частью содержания его сознания, а не внешней реальностью, в которой мы все участвуем. Дело не только в том, что его разум — единственный существующий. (Единственный выживший после какой-либо планетарной катастрофы мог бы быть прав, если бы считал, что его разум — единственный, и тем не менее он не обязательно был бы солипсистом.) Скорее, истинный солипсист в принципе не может придать никакого значения идее о том, что другие разумы испытывают мысли и эмоции. Это эгоцентрический взгляд на вселенную. Самый экстремальный планетарий, следовательно, заключался бы в том, что ВЦ генерирует искусственную вселенную непосредственно в мое сознание. Вселенная кажется мне пустой, потому что ВЦ по какой-то причине хочет обмануть меня, заставив так думать.

Солипсизм, похоже, никуда не ведет и редко защищается напрямую. (Истинный солипсист, защищая свою философию, предположительно, должен информировать своих оппонентов, что их не существует, что кажется довольно нелепым.) Менее экстремальные планетарии все еще имеют солипсистский оттенок, но немного менее возмутительны. Например, возможно, мы, люди, реальны, но некоторые или все объекты, которые мы видим вокруг себя, являются симуляциями — как голодек в «Звездном пути». Или, возможно, реальность состоит из всего на Земле плюс тех мест в Солнечной системе, которые мы посетили, но звезды и галактики симулированы — как крупномасштабная версия купола «Шоу Трумана».

Бритва Оккама дает нам основание отвергнуть все эти планетарии. Предположим, вы бросаете мяч и наблюдаете его параболическую траекторию: вы придете к выводу, что мяч — это автономный объект, подчиняющийся закону тяготения Ньютона. Альтернатива — что некая система (будь то индивидуальное сознание или сложный генератор виртуальной реальности) содержит законы, имитирующие свойства мяча и его движение под действием силы тяжести, — является более сложным объяснением того же явления. Оба объяснения соответствуют наблюдениям. Но бритва Оккама говорит нам использовать самое простое объяснение, которым в данном случае является то, что мяч «реален». Он имеет автономное существование. Мы можем привести тот же аргумент относительно наших наблюдений за вселенной.

С другой стороны, если мы готовы на время отложить бритву Оккама и отнестись к гипотезе планетария серьезно, Бакстер показывает, как мы можем проверить, живем ли мы в определенных типах спроектированной реальности. Это шаг вперед по сравнению с оригинальными сценариями зоопарка и запрета, ни один из которых не делает жестких предсказаний.

Бакстер указывает, что фундаментальным требованием планетария является то, что научные эксперименты всегда должны давать последовательные результаты. (На данном этапе мы не спрашиваем, зачем ВЦ утруждать себя симуляцией вселенной для нашей пользы. Достаточно отметить, что идеальная симуляция системы — другими словами, симуляция, которую нельзя отличить от исходной физической системы любым мыслимым тестом, — теоретически может быть создана.) Если эксперимент выявляет несоответствия в ткани реальности, то мы можем прийти к постулированию существования «внешнего мира».

Физики могут рассчитать информационные и энергетические потребности, необходимые для создания идеальной симуляции любого заданного размера. Поэтому мы можем спросить, обладает ли ВЦ способностью удовлетворить энергетические потребности для построения любого конкретного планетария. (Мы должны предположить, что проектировщики планетария подчиняются тем же законам физики, что и мы. Если они не ограничены физикой — если, например, они могут изменять значение постоянной Больцмана, — то мы не можем продолжать этот аргумент.)

Предел Бекенштейна Якоб Бекенштейн показал, как квантовая физика накладывает ограничение на количество информации, которое может кодировать физическая система. Соотношения неопределенности показывают, что количество информации внутри системы радиусом R (в метрах) и массой M (в килограммах) никогда не может быть больше, чем масса, умноженная на радиус, умноженная на константу (которая имеет значение около 2,5 × 10^43 бит на метр на килограмм). Природа позволяет кодировать удивительное количество информации до достижения предела Бекенштейна. Например, атом водорода может кодировать около 1 Мб информации. Типичный человек может кодировать около 10^39 Мб информации — гораздо больше информации, чем может обработать любой существующий жесткий диск. Естественные физические системы, по-видимому, кодируют гораздо меньше информации, чем позволяет Природа. Но предел Бекенштейна дает проектировщикам планетариев широкие возможности для создания идеальных симуляций различного размера и масштаба.

Стандартные термодинамические расчеты дают нам энергию, необходимую для построения идеальной симуляции любого конкретного размера и массы. Оказывается, цивилизация типа KI могла бы создать идеальную симуляцию около 10 000 км² поверхности Земли и высотой около 1 км. Другими словами, цивилизация типа KI не могла бы создать идеальную симуляцию древней шумерской империи, не говоря уже о нашем нынешнем мире. Проектировщик планетария мог бы обмануть жителей Шумера с помощью неидеальной симуляции; было бы ненужно эмулировать материал на глубине 200 м под поверхностью Земли, например, поскольку люди того времени вряд ли копали так глубоко. Различные трюки и уловки также были бы доступны программисту планетария — но обратите внимание, что результирующая симуляция не была бы идеальной, и в принципе могло бы обнаружиться несоответствие. Главный герой «Новостей с улицы Д» Вайнера оказывается именно в такой ситуации.

Цивилизация типа KII могла бы создать симуляцию, чтобы обмануть Колумба. Но путешествия капитана Кука могли бы выявить несоответствия в их конструкции планетария.

Цивилизация типа KIII могла бы создать идеальную симуляцию объема радиусом около 100 а.е. Это большое расстояние, и когда я писал первое издание этой книги, наша цивилизация не могла проверить, является ли наша вселенная «реальной» или результатом симуляции, разработанной цивилизацией KIII. Но ситуация изменилась. «Вояджер-1» уже находится на расстоянии 127 а.е. от дома, и он не врезался в металлическую стену, выкрашенную в черный цвет! Мы знаем, что не живем в идеальной симуляции. Мы все еще можем жить в симуляции, которая менее чем идеальна; в конце концов, только два космических аппарата «Вояджер» пролетели дальше 100 а.е. Строители планетария могли сэкономить на симуляции некоторых аспектов реальности, чтобы расширить границу своей симуляции. Но это не может быть идеальная симуляция; наши инструменты в принципе могут обнаружить несоответствия в такой симуляции более низкого качества.

Гипотеза планетария противоречит как бритве Оккама, так и нашей базовой интуиции о том, как устроена Вселенная. Предполагать, что цивилизация типа III пойдет на такие усилия просто чтобы убедить нас, что наша Вселенная пуста, граничит с паранойей. Сам Бакстер выдвинул это лишь как возможность, которую следует исключить (и я уверен, что он не считает ее истинной). Но, по крайней мере, мы в конечном итоге сможем ее исключить. В ближайшие десятилетия, по мере того как мы будем исследовать все большую часть Вселенной и проверять ткань реальности на все больших масштабах расстояний, мы либо обнаружим несоответствие в симуляции, либо будем вынуждены признать, что Вселенная «реальна». И если окажется, что Вселенная «реальна» — на что, я уверен, большинство читателей поставило бы ⁹³ — тогда нам придется искать разрешение парадокса Ферми в другом месте.

Решение 10

Бог существует

Случайность — это, возможно, псевдоним Бога, когда он не хочет подписываться. Анатоль Франс, Сад Эпикура

Некоторые предполагают, что ученые SETI занимаются теологическим поиском: поскольку внеземные цивилизации (ВЦ), вероятно, значительно опережают нас, они будут почти всеведущими, всемогущими существами. Мы бы считали их богами. Многие ученые SETI не согласились бы: технология ВЦ действительно может быть настолько продвинутой, что она, по выражению Кларка, неотличима от магии, но, безусловно, мы знаем достаточно, чтобы считать этих существ искусными инженерами. В худшем случае, мы бы смотрели на них как на чудотворцев. Мы знаем достаточно, чтобы не считать их богами.⁹⁴

Другие утверждают, что Бог — создатель нашей Вселенной — существует. И поскольку Бог вездесущ, наш поиск внеземного разума был бы удовлетворен, если бы мы нашли Бога. Я безнадежно неквалифицирован, чтобы спорить по этим пунктам. Однако существует предположение из области теоретической физики, которое, если оно окажется верным, могло бы продемонстрировать существование многих других вселенных, благоприятных для развития ВЦ; еще более спекулятивное предположение состоит в том, что одна из этих цивилизаций создала нашу собственную Вселенную. Они, в некотором смысле, были бы Богом. Эта работа весьма спекулятивна, но теория делает определенное предсказание, которое можно проверить. Аргумент следующий.

«Теория всего», которую физики ищут десятилетиями, — это физическая теория, объединяющая гравитацию с другими силами и объясняющая наблюдаемые взаимосвязи между различными силами. Теория всего ответила бы на фундаментальные вопросы физики; на любой тип вопроса, который мог бы задать физик, в принципе можно было бы ответить в терминах этой теории. На практике большинство вопросов не объяснялись бы с точки зрения высших принципов, точно так же, как современные проблемы синтеза белка не требуют для своего решения знания квантовой хромодинамики. И теория всего, безусловно, не обязана объяснять любовь, истину или красоту. Но теория должна объяснять работу черных дыр, элементарных частиц и рождение Вселенной.

В настоящее время лучшим кандидатом на окончательную теорию является так называемая М-теория. (Еще в XIX веке физики думали, что находятся на грани создания теории всего, поэтому всегда лучше относиться к таким вещам с долей скептицизма.) Математика М-теории чрезвычайно сложна; действительно, большая часть математического аппарата, необходимого для развития теории, еще не изобретена. Однако предположим, что в ближайшие несколько десятилетий М-теория будет разработана до высокой степени сложности. Объяснит ли она «все»? Возможно, объяснит; на это надеется большинство работающих в этой области. Тем не менее, есть признаки того, что теория — какой бы она ни оказалась — будет иметь ряд параметров, таких как массы фундаментальных частиц и относительные силы фундаментальных взаимодействий, значения которых должны быть введены в теорию «вручную». Уравнения нашей окончательной теории могут говорить, например, что масса электрона должна быть ненулевой, но неясно, скажут ли они что-либо о том, почему его масса должна быть такой крошечной: $1 0^{-22}$ в естественных единицах. Может оказаться, что масса электрона и различные другие параметры теории могли принимать любое значение.

Если теория всего не сможет объяснить, почему фундаментальные величины принимают наблюдаемые нами значения, если теория самосогласована независимо от того, какие числа мы подставляем для различных свободных параметров, то у нас будет окончательная теория, описывающая множество возможных вселенных. Каждая вселенная имела бы разные значения для различных фундаментальных параметров. Действительно, по ряду причин понятие мультивселенной все серьезнее воспринимается физиками. Как же, однако, физики могут начать отвечать на совершенно резонный вопрос, такой как: «Почему масса, связанная с космологической постоянной, равна $1 0^{-60}$ в естественных единицах, тогда как мы наивно ожидали бы, что ее масса будет около 1?» Как нам действовать дальше?

Один из подходов — сказать, что значения параметров были установлены случайно. Как, однако, мы можем объяснить тот факт, что наблюдаемые значения этих параметров, по-видимому, необходимы для жизни? Можно немного поиграть с параметрами, но не сильно: жизнь требует химии, химия требует звезд, звезды требуют галактик… и все это требует, чтобы параметры находились в узком диапазоне значений. Уменьшите силу сильного взаимодействия, скажем, в четыре раза, и стабильные ядра не смогут существовать: у нас не было бы звезд. Измените космологическую постоянную, скажем, в 10 раз, и вы получите вселенную, совершенно непохожую на ту, в которой мы живем. Физик Ли Смолин оценивает вероятность выбора случайного набора параметров, порождающего вселенную, благоприятную для жизни, как 1 к $1 0^{229}$ .⁹⁵ Если оценка Смолина верна, то мы просто не можем уповать на удачу.

Шанс 1 к $1 0^{229}$ Трудно передать, насколько фантастически маловероятно возникновение шанса 1 к $1 0^{229}$ . Например, представьте, что у вас есть один билет в космической лотерее, шансы в которой примерно такие же, как в Национальной лотерее Великобритании: около 1 к 13 миллионам. Вы можете подумать, что стоит поучаствовать: вы вряд ли выиграете, но, эй, кто-то же должен. Теперь предположим, что организаторы этой космической лотереи — скупые существа. Их лотерея разыгрывалась раз в секунду, каждую секунду, с момента зарождения Вселенной около 13 миллиардов лет назад — так что было примерно $1 0^{17}$ розыгрышей. Но они выплачивают выигрыш только по одному из этих розыгрышей; все остальные розыгрыши недействительны, и они оставляют деньги себе. Таким образом, существует только один шанс из ста миллионов миллиардов, что ваш билет имеет право на участие в розыгрыше призов; и даже если он имеет право, шанс на выигрыш составляет всего 1 к 13 миллионам. С такими шансами даже самый оптимистичный игрок наверняка не стал бы участвовать. Но шанс выиграть в такую лотерею даже близко не передает абсолютной невероятности выпадения шанса 1 к $1 0^{229}$ . Фактически, только экономист мог бы счесть такое событие вероятным: объясняя плохие показатели хедж-фонда во время финансового кризиса 2007 года, финансовый директор Goldman Sachs сказал, что «мы наблюдали отклонения в 25 стандартных отклонений несколько дней подряд». Забудьте о нескольких днях подряд — вы могли бы ожидать увидеть отклонение в 25 стандартных отклонений в один торговый день из $3, 1 \times 1 0^{136}$ .

Второй подход заключается в использовании некоторой формы антропного принципа (подробнее об этом принципе см. стр. 214). Другими словами, мы могли бы утверждать, что параметры настроены на эти маловероятные значения для того, чтобы могли существовать разумные существа. Возможно, Бог явно установил параметры, чтобы создать вселенную с жизнью; или, придерживаясь менее теологической точки зрения, возможно, мультивселенная содержит огромное количество вселенных, каждая из которых имеет свои законы и константы физики. Тогда мы должны оказаться во вселенной, где параметры благоприятны для жизни — в конце концов, мы вряд ли можем оказаться во вселенной, где физика не позволяет существовать жизни. Многие ученые испытывают смутное беспокойство по поводу таких аргументов, поскольку таким образом можно объяснить что угодно; рассуждать так — это почти отказ от научной ответственности. Кроме того, постоянная критика антропного подхода заключается в том, что, за парой спорных исключений, он не дает предсказаний, которые можно было бы проверить наблюдением.

Третий подход, продвигаемый Смолиным, заключается в применении эволюционных идей Дарвина к космологии.⁹⁵ Уравнения не могут объяснить, почему физические параметры имеют точно настроенные значения, такие как $1 0^{-60}$ , но эволюционные процессы могут. Смолин предполагает, что физические константы, а возможно, даже законы физики, эволюционировали до своей нынешней формы через процесс, сходный с мутацией и естественным отбором.

Как это возможно? Ключевое предположение Смолина состоит в том, что образование черной дыры в одной вселенной порождает другую, отличную, расширяющуюся вселенную. Далее он предполагает, что фундаментальные параметры дочерней вселенной немного отличаются от параметров родительской вселенной. Таким образом, этот процесс весьма похож на мутацию в биологии: дочерний организм имеет генотип, сходный с родительским, но может быть небольшое изменение. В этой картине, таким образом, вселенная, в которой мы живем, была порождена образованием черной дыры в родительской вселенной с физическими константами, подобными нашим.

[Рис. 3.12] Художественное изображение черной дыры в галактике MCG-6-30-15. Ядра большинства галактик содержат сверхмассивные черные дыры. Может ли каждая из этих черных дыр создавать вселенную с физическими параметрами, подобными нашим? Если да, то наша вселенная могла породить миллиарды подобных вселенных. Черные дыры, образовавшиеся в результате коллапса звезд, встречаются даже чаще, чем сверхмассивные черные дыры. Если эти объекты создают новые вселенные, то наша собственная вселенная может иметь миллиард миллиардов потомков! (Предоставлено: NASA)

Вселенная с параметрами, допускающими образование черных дыр, имеет потомков, которые, в свою очередь, будут производить черные дыры. Вселенная с параметрами, которые приводят к малому или полному отсутствию образования черных дыр, будет производить мало или совсем не производить потомков. Очень быстро, независимо от того, насколько точно должны быть настроены параметры, вселенные с параметрами, приводящими к образованию черных дыр, начнут доминировать: выберите вселенную случайным образом, и шансы будут подавляющими, что вы выберете вселенную, в которой образуется много черных дыр.

Насколько нам известно, наиболее эффективный способ для вселенной естественным образом производить черные дыры — это гравитационный коллапс звезд. Например, наша собственная вселенная создаст до $1 0^{18}$ черных дыр и, таким образом, по картине Смолина, дочерних вселенных через звездный коллапс. Итак, какими бы «невероятными» ни были значения фундаментальных физических параметров, позволяющих формироваться звездам, мы ожидаем, что космическая эволюция породит преобладание вселенных, в которых бесчисленное множество звезд. А вселенная с физическими параметрами, дающими начало звездам, — это вселенная, которая неизбежно имеет тяжелые ядра, химию и достаточно длинные временные масштабы для возникновения сложных явлений. Другими словами, это вселенная, которая может обладать жизнью. Обратите внимание, что тонкая настройка констант осуществляется в пользу производства черных дыр, а не производства жизни. В картине Смолина жизнь — это просто случайное следствие вселенной, обладающей достаточной сложностью, чтобы допустить образование черных дыр.

Это может звучать как чистая спекуляция, и так оно и есть. Нет никаких доказательств (и, возможно, никогда не будет), что образование черной дыры создает другую расширяющуюся вселенную. Даже если новая вселенная действительно образуется, мы не можем ответить на многие вопросы, которые хотели бы задать. (Как именно изменяются физические параметры при рождении каждой дочерней вселенной? Всегда ли одна черная дыра порождает одну вселенную? Играет ли роль масса черной дыры? А ее вращение? Что происходит, если сливаются несколько черных дыр? И так далее, и так далее.) Пока у нас нет квантовой теории гравитации, мы даже не можем приступить к решению таких вопросов. Тем не менее, идея Смолина обладает определенной привлекательностью: она связывает ключевые научные идеи — эволюцию, теорию относительности и квантовую теорию — для объяснения давней загадки значений фундаментальных параметров физики. Более того, она делает конкретный прогноз ⁹⁶, предсказание, по которому теорию можно проверить. Предсказание заключается в том, что, поскольку мы живем во вселенной, которая создает много черных дыр, и, следовательно, можем предположить, что фундаментальные параметры близки к оптимальным для образования черных дыр, изменение любого из фундаментальных параметров привело бы к вселенной с меньшим количеством черных дыр.

В нескольких случаях физикам удалось рассчитать, что произошло бы, если бы фундаментальный параметр отличался от наблюдаемого значения. В каждом случае это действительно привело бы к уменьшению числа черных дыр, образующихся в результате звездного коллапса. В настоящее время, однако, мы недостаточно понимаем астрофизику, чтобы рассчитать эффекты изменения всех параметров. Идея Смолина не подтверждена и не опровергнута; она остается интригующей спекуляцией.

И каково отношение всего этого к проблеме внеземного разума? Что ж, Эдвард Харрисон делает спекуляцию еще на шаг дальше.⁹⁷ Он тоже подчеркивает давнюю загадку того, почему физические константы кажутся как раз подходящими для развития и поддержания органической жизни. Теория Смолина частично объясняет эту загадку, но Харрисон утверждает, что связь между образованием черных дыр и условиями, необходимыми для жизни, слишком слаба. Предположим, однако, что когда-нибудь в будущем идея Смолина превратится в устоявшуюся космологическую теорию. Тогда, предполагает Харрисон, мы могли бы прийти к убеждению, что нам следует создавать как можно больше черных дыр, ибо тем самым мы увеличили бы вероятность того, что другие вселенные могли бы содержать разумную жизнь. Более того, технологической цивилизации не нужно заморачиваться со звездным коллапсом, чтобы создать черную дыру. Возможно, что, построив Большой адронный коллайдер, люди уже обладают машиной для генерации черных дыр – это были бы крошечные черные дыры, но это, предположительно, не имеет значения. Возможно, мы уже обладаем технологией для создания вселенных целыми ведрами; более технологически развитая цивилизация, чем наша, наверняка сможет генерировать огромное количество черных дыр. Если в будущем мы сможем создавать дочерние вселенные, возможно, наша собственная вселенная была создана разумной жизнью. Возможно, Бог трудился не шесть дней; возможно, это была ВЦ, во вселенной с фундаментальными физическими параметрами, очень похожими на наши, которая трудилась над созданием черной дыры — черной дыры, которая привела к образованию нашей вселенной и, в конечном счете, нас.

Я не уверен, сможет ли когда-либо предположение Харрисона разрешить парадокс Ферми к всеобщему удовлетворению. Могла ли ВЦ передать информацию через «отскок», создающий другую вселенную? Если нет, как мы могли бы когда-либо узнать, была ли наша вселенная искусственно создана в лаборатории внутри какой-то другой вселенной? Однако мысль о том, что они могли бы передать сообщение, интригует. Если бы мы нашли такое сообщение, то знали бы, что даже если наша вселенная лишена какой-либо другой разумной жизни, мы не одиноки в мультивселенной.

4 Они существуют, но мы их еще не видели и не слышали

Позиция, которую многие ученые занимают по вопросу внеземной жизни, такова. Галактика содержит миллиарды обитаемых, землеподобных планет. На некоторых из этих планет, возможно, на десятках тысяч из них, существует жизнь. И на некоторых из этих планет существуют ВЦ, технологически значительно опережающие нашу собственную. Этот вывод, по-видимому, следует из Принципа Посредственности — представления о том, что Земля является типичной планетой, вращающейся вокруг звезды обычного типа в ординарной части Галактики. Этот принцип хорошо служил науке со времен Коперника. Ученые, занимающие эту позицию, однако, должны ответить на вопрос Ферми. Если ВЦ существуют, то почему их здесь нет? По крайней мере, почему мы о них не слышали?

Существует множество ответов, варьирующихся от технологических (например, межзвездные путешествия невозможны) до практических (например, связь на межзвездных расстояниях по своей сути затруднена) и социологических (например, все общества, достаточно развитые для разработки межзвездных путешествий или связи на межзвездных расстояниях, неизбежно самоуничтожаются). В этой главе обсуждаются 40 решений парадокса, утверждающих, что «они» существуют, но существуют технологические, практические, социологические или иные причины, по которым на сегодняшний день у нас нет доказательств существования внеземных цивилизаций.

Одной из слабостей некоторых из этих решений парадокса, особенно социологических аргументов, является то, что для ответа на вопрос Ферми они должны применяться к каждой ВЦ. Я оставляю читателю решить, могут ли такие ответы разрешить парадокс, по отдельности или в комбинации.

Несколько предложений в этой главе основаны на наблюдении, что здесь, на Земле, желание и способность выполнять вычисления неуклонно растут. Если эта тенденция сохранится, кто знает, куда она нас приведет? Если развитые ВЦ мотивированы желанием максимизировать вычисления, кто знает, куда приведет их это желание? В качестве примера того, как вычисления могут помочь разрешить парадокс Ферми, рассмотрим гипотезу эстивации (летней спячки) Андерса Сандберга, Стюарта Армстронга и Милана Чирковича. Эстивация (не расстраивайтесь, мне тоже пришлось посмотреть) — это период длительного оцепенения, в который впадают некоторые существа. В отличие от гибернации (зимней спячки), которая является реакцией на зимний холод, эстивация является реакцией на жару или засуху и поэтому чаще всего наблюдается в летние месяцы. Сандберг и его коллеги указывают, что стоимость заданного объема (необратимых) вычислений пропорциональна температуре. Один джоуль энергии сегодня купит вам определенный объем вычислений. Однако, если вы подождете, Вселенная расширится и при этом остынет, и этот джоуль энергии будет стоить больше с точки зрения вычислений, которые он может купить. С точки зрения объема вычислений, который может быть выполнен, имеет огромную ценность ожидание перед тем, как решить использовать свой энергетический запас; если вы подождете триллион лет, вы выиграете примерно в $1 0^{30}$ раз.

Итак, вот идея: цивилизации, мотивированные желанием максимизировать вычисления, колонизируют определенную часть вселенной, чтобы получить доступ к достаточному количеству сырья, а затем впадают в эстивацию, пока не станет рациональным использовать эти ресурсы для вычислений. Мы не видим ВЦ сейчас, потому что они «спят», укрываясь от невыносимой жары нашей современной вселенной.

К этому аргументу необходимо добавить ряд других элементов, чтобы гипотеза эстивации полностью ответила на вопрос Ферми. Сандберг и его коллеги в настоящее время разрабатывают эти элементы, пока я пишу это, поэтому я не могу представить ее здесь как отдельное решение. Тем не менее, по мере того как наше собственное общество становится все более цифровым, я уверен, что все больше людей будут задаваться вопросом, играют ли вычисления роль в разрешении парадокса Ферми — через эстивацию, через стремительный рывок к Сингулярности или, что более вероятно, через какой-то другой механизм, о котором нам еще предстоит мечтать.

Решение 11

Звезды очень далеко

…между звездами, какие расстояния.

Райнер Мария Рильке, Сонеты к Орфею, Часть 2, XX

Возможно, самое простое решение парадокса Ферми заключается в том, что расстояния между звездами слишком велики, чтобы позволить межзвездные путешествия. Возможно, независимо от того, насколько технологически развитым становится вид, он не может преодолеть барьер межзвездного расстояния. (Это объяснило бы, почему ВЦ нас не посетили, но не обязательно, почему мы о них не слышали. Но давайте пока отложим эту критику в сторону.)

То, что звезды далеко, само по себе не делает межзвездные путешествия недостижимыми. Безусловно, возможно построить судно, которое сможет покинуть планетную систему, а затем путешествовать через межзвездное пространство. Возьмем нашу Солнечную систему в качестве примера: ее вторая космическая скорость, начиная с расстояния Земли от Солнца, составляет 42 км/с. Другими словами, если мы запустим судно со скоростью 42 км/с относительно Солнца, то оно сможет вырваться из тисков гравитационного влияния Солнца. Оно может стать звездолетом. Без проблем: НАСА уже построило несколько таких аппаратов. С нашей нынешней технологией нам приходится немного хитрить и использовать гравитационную помощь планет: так называемый «эффект пращи» необходим для разгона медленно движущегося аппарата до второй космической скорости. Но, как бы мы ни достигли этого, факт в том, что с нашим нынешним уровнем технологий мы можем достичь межзвездного пространства.

«Вояджер-1», запущенный в сентябре 1977 года, облетел внешние планеты, прежде чем отправиться в космос. В феврале 1998 года он стал самым удаленным искусственным объектом, и на момент написания статьи, в июне 2014 года, он находится чуть более чем в 127 а.е. от Солнца — в четыре раза дальше, чем самая дальняя планета, Нептун. Если только инопланетные зонды не подберут его, как это случилось с вымышленным «Вояджером-6» в фильме «Звездный путь: Фильм», он в конечном итоге совершит свое ближайшее сближение со звездой — он пролетит в пределах 1,6 световых лет от невзрачной звезды M4 под названием AC+79 3888. Беда в том, что «Вояджеру» потребуется ⁹⁹ десятки тысяч лет, чтобы достичь своего ближайшего сближения со звездой. И в этом заключается трудность межзвездных путешествий: если не двигаться быстро, время в пути будет долгим.

Лучший способ оценить скорость звездолета — это выразить ее в долях c, скорости света,¹⁰⁰ поскольку c — это универсальный предел скорости. Скорость света в вакууме составляет 299 792,458 км/с. Таким образом, «Вояджер-1», который на момент написания статьи удаляется от Солнца со скоростью 17,26 км/с, движется всего лишь со скоростью 0,000058c. Звезды так широко разнесены, что предпочтительным методом представления межзвездных расстояний является использование светового года: расстояния, которое свет проходит за один год. Например, ближайшая к нашему Солнцу ¹⁰¹ звезда — Проксима Центавра, которая находится на расстоянии 4,22 световых лет. Таким образом, самому быстрому возможному «аппарату» — фотонам света — требуется более 4 лет, чтобы достичь ближайшей звезды; «Вояджеру-1», если бы он двигался в этом направлении, потребовалось бы почти 73 000 лет, чтобы совершить то же путешествие. Еще один способ оценить эти цифры — осознать, что после десятилетий путешествия «Вояджер-1» находится всего в 17,6 световых часах; намного меньше светового дня. Именно огромное время в пути при движении со скоростью ниже световой заставляет многих комментаторов заключать, что межзвездные путешествия, хотя, возможно, и не являются теоретически невозможными, непрактичны.

Но, возможно, исследование Галактики, даже со скоростями «Вояджера», возможно. Еще в 1929 году Джон Бернал предложил идею ¹⁰² «корабля поколений» или «космического ковчега»: медленно движущегося автономного аппарата, который фактически представлял бы собой целый мир для своих пассажиров. После старта с родной планеты многие поколения пассажиров жили бы и умирали, прежде чем корабль достиг бы места назначения. Идея Бернала была замечательно инсценирована в рассказе Хайнлайна «Вселенная». ¹⁰³ Другая возможность заключалась бы в том, чтобы поместить пассажиров в анабиоз, как в фильме «Чужой», и оживить их по прибытии. Было даже предложено транспортировать замороженные эмбрионы на медленно движущихся аппаратах, а затем выращивать их в искусственных матках в конце пути. И понятие направленной панспермии (стр. 60) не предполагает использования релятивистских космических кораблей; Галактику можно было бы засеять с помощью медленно движущихся зондов.

Однако кажется очевидным, что нам нужно строить аппараты, которые могут путешествовать со значительной долей скорости света, если мы хотим достичь звезд за разумное время. Даже тогда время в пути было бы долгим в масштабе индивидуальной человеческой жизни. Например, игнорируя время ускорения и замедления в начале и конце пути, кораблю, движущемуся с огромной скоростью 0,1c, потребуется 105 лет, чтобы достичь Эпсилона Эридана, одной из ближайших звезд, подобных Солнцу. Немногие члены экипажа, впервые увидевшие свою новую звезду, помнили бы звезду, которую они покинули. Но обязательно ли это проблема? Говоря о времени в пути, мы склонны предполагать, что люди предпочтут не проводить столько лет своей жизни вдали от дома. Но мы основываем это предположение на нынешней продолжительности человеческой жизни. Получив дипломы, несколько моих более предприимчивых современников решили потратить год — что составляет примерно 2% их взрослой жизни — просто путешествуя по миру. Если бы продолжительность человеческой жизни увеличилась, скажем, в десять раз, и можно было бы достичь истинно релятивистских скоростей, тогда, возможно, предприимчивая душа была бы вполне готова потратить всего лишь десятилетие своей жизни на путешествие к звездам. Есть вещи, которые мы можем узнать ¹⁰⁴ вещи, которые мы можем испытать, только отправившись туда и изучая части вселенной на месте; одного этого факта может быть достаточно, чтобы соблазнить людей отправиться в путешествие. Возможно, даже столетнее путешествие не будет редкостью. Кто знает? Как всегда, трудно судить о будущей деятельности на основе нынешних технологий.

Упомянутое выше время в пути — 105 лет до Эпсилона Эридана при 0,1c — это время, которое измерили бы земные наблюдатели. Люди на корабле измерили бы немного меньший интервал из-за эффекта замедления времени специальной теории относительности. Замедление времени — еще одно из необычных следствий специальной теории относительности. Точно так же, как масса движущихся объектов увеличивается, так и движущиеся часы замедляются. Чем быстрее часы движутся относительно наблюдателя здесь, на Земле, скажем, тем медленнее эти часы кажутся идущими по сравнению с часами, которые несет земной наблюдатель. Мы вправе игнорировать эффекты замедления времени для бортовых наблюдателей, путешествующих со скоростью 0,1c, поскольку эффект составляет всего около 0,5%. Однако чем ближе скорость к c, тем заметнее эффект. Кораблю, летящему к Эпсилону Эридана со скоростью 0,999c, потребовалось бы 10,5 лет для завершения путешествия, измеренного земными наблюдателями, но для члена экипажа путешествие заняло бы всего 171 день! Если бы можно было путешествовать со скоростями, бесконечно малыми по сравнению с c, то для путешественника путешествие заняло бы всего лишь долю секунды. Путешествие к самым далеким галактикам было бы возможно в течение человеческой жизни ¹⁰⁵ — хотя для земных наблюдателей путешествие заняло бы так много времени, что сама Земля погибла бы в предсмертных муках Солнца.

Какова вероятность того, что разумный вид сможет разработать методы межзвездных путешествий на разумных скоростях? (Под «разумной» я подразумеваю любую скорость, которая позволяет миссии достичь ближайших звезд за сотни, а не десятки тысяч лет.

[Рис. 4.1] 110-метровый космический корабль «Аполлон-11» был запущен со стартовой площадки A стартового комплекса 39 Космического центра Кеннеди в 09:32 16 июля 1969 года. На борту находились астронавты Армстронг, Олдрин и Коллинз. Этот аппарат, первым доставивший людей на другой мир, был бы непрактичен для межзвездных путешествий. (Предоставлено: NASA)

Высокорелятивистские скорости были бы предпочтительнее, конечно, поскольку они сделали бы звезды доступными для людей, живущих человеческую жизнь. Но корабль, покидающий Солнечную систему со скоростью 0,01c, достигнет ближайшей звезды примерно за 430 лет, что делает звезды доступными для кораблей поколений.) Чтобы ответить на это, нам нужно рассмотреть различные технологии космических путешествий, которые были предложены. Здесь я даю лишь краткий обзор; примечания в последующей главе указывают на дополнительные ресурсы. (Обратите внимание, что если технологически развитые ВЦ в настоящее время имеют космические корабли, движущиеся с релятивистскими скоростями, то мы могли бы их обнаружить106 по тому, как свет отражается от кораблей. Сгустки материи обычно не движутся со скоростями 0,1–0,5c, поэтому, если бы мы заметили доплеровский сдвиг, связанный с отражением от такого быстро движущегося объекта, мы вполне могли бы заключить, что он имеет искусственное происхождение.)

Хотя я концентрируюсь здесь на методах движения, стоит помнить, что есть и другие факторы, которые следует учитывать. Например, звездолет, летящий на высоких скоростях, подвергался бы яростной бомбардировке: крошечные частицы пыли из межзвездной среды передавали бы большое количество энергии структуре звездолета. Защита конструкции от такой эрозии и защита экипажа от более коварной проблемы бомбардировки космическими лучами потребовали бы сложной защиты. Существует также проблема навигации:¹⁰⁷ звезды движутся с разными скоростями в трех измерениях, что затрудняет встречу медленной миссии с конкретной звездой. Тем не менее, эти проблемы спорны, если не существует систем, способных разогнать корабль до звезд. Если межзвездные путешествия навсегда останутся непрактичными, то, возможно, у нас есть решение парадокса Ферми.

Ракеты

Первоначальная идея большинства людей о двигательной установке звездолета — это автономная ракета. Привычные химические ракеты, используемые НАСА и ЕКА для запуска спутников, получают всю свою энергию и рабочее тело из бортовых запасов. Рассмотрим, например, миссии «Аполлон». Многоступенчатые ракеты «Сатурн-V» сжигали жидкое топливо: смесь керосина с жидким кислородом для первой ступени и жидкий водород с жидким кислородом для второй ступени. Выхлоп от этих химических реакций был достаточен для достижения Луны, но этот подход просто нецелесообразен для межзвездных путешествий. Проксима Центавра в 100 миллионов раз дальше Луны: керосиновые баки, необходимые для ее достижения, были бы огромными! Тем не менее, возможно использование вариаций на эту тему. На протяжении десятилетий ученые рассматривали различные альтернативы химическим ракетам. Ионная ракета, например, выбрасывала бы заряженные атомы для создания тяги; ракета на ядерном синтезе генерировала бы высокоскоростной выхлоп частиц с помощью управляемых термоядерных реакций. Возможно, самая смелая возможность — это антиматерийная ракета, впервые предложенная в 1953 году Ойгеном Зенгером.¹⁰⁸ Когда частица материи вступает в контакт со своей античастицей, и частица, и античастица взаимно аннигилируют и производят энергию. Правильно выберите исходные частицы, и, возможно, удастся направить продукты аннигиляции в направленный выхлоп. Хотя дальнейший анализ показал, что первоначальная конструкция Зенгера не могла быть успешной, достижения в физике антиматерии, сделанные в последние десятилетия, стимулировали предложения, которые однажды могут привести к созданию антиматерийной ракеты.

Термоядерные прямоточные двигатели

Сама концепция использования автономной ракеты, которая должна нести источник энергии и полезную нагрузку, может быть неуместна при размышлении о межзвездных путешествиях. Было бы гораздо эффективнее использовать двигательную установку, которая не требует от корабля нести собственное топливо. В 1960 году Роберт Бассард предположил, что термоядерный прямоточный двигатель ¹⁰⁹ может проложить путь к звездам. Пространство между звездами далеко не пусто: существует межзвездная среда, состоящая в основном из водорода. Прямоточный двигатель использовал бы электромагнитное поле для сбора этого водорода и направления его в бортовой термоядерный реактор, который, в свою очередь, «сжигал» бы водород в термоядерных реакциях для создания тяги. Как и в случае с конструкцией антиматериальной ракеты Зенгера, предложение Бассарда о термоядерном прямоточном двигателе страдает от множества практических трудностей, и маловероятно, что первоначальная идея могла бы быть реализована. Тем не менее, несколько исследований предложили методы усовершенствования конструкции. Возможно, одна из этих конструкций в конечном итоге сможет лечь в основу действующего звездолета. Энтузиастов по-прежнему привлекает возможность прямоточного двигателя, потому что теоретически он мог бы достичь скоростей, близких к c, всего за несколько месяцев.

Лазерные паруса

В 1970-х годах американский физик Роберт Форвард начал рассматривать ¹¹⁰ возможность использования лазерного паруса как средства достижения ближайших звезд. Представьте себе огромный «парус», прикрепленный к космическому кораблю, и представьте гигантский лазер на солнечной энергии, направляющий узкий луч излучения на корабль. Фотоны из луча оказывали бы крошечное давление на парус, и корабль мягко подталкивался бы к звездам. Лазерный парус мог бы разгоняться до чрезвычайно высоких скоростей; торможение было бы сложнее, хотя механизмы замедления были предложены. Идея Форварда была усовершенствована за последние десятилетия, и энтузиасты разработали схемы ¹¹¹ использования лазерных парусов как для односторонней колонизационной миссии, так и для путешествия к звездам и обратно. Парус был бы дорогим ¹¹² по крайней мере, с нашим нынешним уровнем технологий, но он кажется технически осуществимым и позволил бы достичь скоростей 0,3c.

Рис. 4.2 На этой красивой картинке показан космический лазер на солнечной энергии, фокусирующий луч на огромных легких парусах космического корабля.

(Предоставлено: Майкл Кэрролл, Планетарное общество)

Здесь стоит упомянуть вариант идеи паруса. Это не имеет никакого отношения к лазерной энергии, и его могли бы разработать только цивилизации KII или выше, но это подчеркивает мощь парусов. Двигатель Шкадова, или звездный двигатель, это гигантское массивное зеркало¹¹³, отражающее большую часть радиационного давления звезды. Поскольку звезда будет излучать больше радиации в одном направлении по сравнению с другим, возникнет крошечная чистая тяга. Двигатель Шкадова не привлек бы любителей погонять среди внеземных цивилизаций: двигатель, использующий звезду типа Солнца в качестве источника, разогнался бы с 0 до 20 км/с за миллиард лет. Но если цивилизация столкнулась с экзистенциальным риском или просто захотела переехать, то (если удастся решить определенные проблемы динамической устойчивости) двигатель мог бы сработать для них: они могли бы переместить звезду на 34 000 световых лет за миллиард лет.

Гравитационные маневры

В 1958 году Станислав Улам рассмотрел возможность разгона корабля до высокой скорости с использованием его гравитационного взаимодействия с системой двух гораздо более крупных астрономических тел, вращающихся вокруг друг друга. Это был трюк, похожий на траектории гравитационного маневра, которые дали «Вояджеру-1» достаточную скорость, чтобы покинуть Солнечную систему. Несколько лет спустя Фримен Дайсон рассмотрел более реалистичные – хотя все еще, конечно, гипотетические – сценарии. Используя подход Дайсона, продвинутая технологическая цивилизация могла бы использовать две вращающиеся нейтронные звезды для разгона космических кораблей почти до скорости света. ¹¹⁴

Необычная физика

Вышеупомянутые технологии основаны на устоявшейся физике. Строительство звездолетов с использованием этих идей, конечно, далеко за пределами наших нынешних возможностей; действительно, инженерные соображения могут сделать невозможным практическое строительство звездолетов. Но, похоже, с этими идеями в теории все в порядке. Они не нарушают никаких физических законов.

Многие годы люди задавались вопросом, возможно ли когда-нибудь путешествовать действительно быстро. Если бы мы могли путешествовать со скоростями, превышающими с, то звезды уже не были бы мучительно далеки. Путешествия быстрее света (Faster-than-light – FTL) приблизили бы концы Галактики. Почти все идеи для путешествий FTL можно сразу же отбросить, поскольку они явно нарушают установленные физические принципы. Однако несколько предложений все еще иногда обсуждаются.

Тахионы

Специальная теория относительности не запрещает абсолютно сверхсветовые путешествия. Скорее, она утверждает, что массивные частицы не могут быть ускорены до скорости света, в то время как безмассовые частицы (такие как фотоны) всегда движутся со скоростью света. Частицы с мнимой массой всегда должны двигаться быстрее скорости света. Такие частицы с мнимой массой называются тахионами.

Нет ничего особенно необычного в мнимых величинах: мы представляем несколько физических величин мнимыми числами. Но трудно понять, что представляет собой мнимая масса. У нас нет проблем с пониманием идеи положительной массы; также нет никаких трудностей с идеей нулевой массы; мы даже можем приписать значение отрицательной массе¹¹⁵ (и заметить, что, если бы отрицательная масса существовала, мы могли бы использовать ее в двигательной установке). Но мнимая масса? Что бы это ни значило, физики искали ее признаки. До сих пор тахион остается гипотетическим. Нет никаких доказательств существования таких частиц, ¹¹⁶ и наши теории прекрасно работают без них. Даже если бы мы нашли тахионы, как мы могли бы использовать их для путешествий FTL? Мы здесь в полном неведении, и кажется разумным вычеркнуть тахионные двигатели из списка возможных двигательных установок.

Кротовые норы и варп-двигатели

Большинство из нас знакомы с ньютоновской картиной гравитации. Нас учат в школе, что массивные объекты притягивают друг друга, оказывая таинственное влияние через пустое пространство. Общая теория относительности Эйнштейна представляет совершенно иную картину гравитации. С этой точки зрения пространство – или, вернее, пространство-время – играет активную роль в гравитационном взаимодействии.

Рис. 4.3 Если пространство складывается само на себя, то кротовая нора, соединяющая A и B, может позволить путешественникам перемещаться между этими точками без необходимости пересекать «нормальное» пространство-время между точками

По словам Джона Уилера: «масса говорит пространству-времени, как искривляться, а искривленное пространство-время говорит массе, как двигаться». Мы можем рассматривать специальную теорию относительности как частный случай общей теории относительности. Она применяется локально к любой области пространства-времени, достаточно малой, чтобы ее кривизной можно было разумно пренебречь. Интересный момент, который следует здесь рассмотреть, заключается в том, что общая теория относительности допускает путешествия FTL – до тех пор, пока соблюдаются локальные ограничения специальной теории относительности. Скорость света является локальным ограничением скорости, но общая теория относительности позволяет обойти это ограничение. Хотя это может показаться странным, существуют хорошо известные примеры явлений FTL в общей теории относительности. Например, стандартные космологические модели предполагают, что из-за расширения Вселенной далекие области пространства удаляются от нас со скоростями FTL. Только если бы расширение замедлилось, эти области появились бы за горизонтом скорости света и стали бы видимы нам. Фактически, похоже, происходит то, что расширение ускоряется, поэтому в будущем все больше частей Вселенной исчезнет из виду за горизонтом скорости света: далекое будущее Вселенной будет одиноким местом для наших потомков.

До сих пор общая теория относительности проходила все экспериментальные проверки. Она правильно предсказывает искривление световых лучей у края Солнца, орбиты двойных пульсаров и время прибытия сигналов в системах GPS. Однако большинство проверок теории происходит в ситуациях, когда кривизна пространства-времени мала. Иногда распределение материи может вызвать большую кривизну пространства-времени. В сингулярности черной дыры, например, плотность материи бесконечна; сама ткань пространства-времени проколота.

Трудно интерпретировать результаты общей теории относительности в экстремальных ситуациях, возникающих вблизи сингулярности черной дыры. Возможно, теория не может быть применена в таких ситуациях; нам, вероятно, потребуется квантовая теория гравитации, чтобы описать, что там происходит. Но в попытке понять эти экстремальные области пространства-времени физики расширили теорию.

Рис. 4.4 На рисунке показана кривизна пространства в области варп-двигателя Алькубьерре. Пространство расширяется в задней части варпа и сжимается в передней; плоская область выталкивается вперед.

Одно из предположений заключается в том, что образование черной дыры может привести к образованию кротовой норы – «моста», который соединяет две отдельные черные дыры. Две дыры могут соединять две совершенно отдельные точки пространства-времени или две разные области Вселенной. Войдя в одну черную дыру, вы можете выйти из другой дыры мгновения спустя, в тысячах световых лет от точки старта. Путешествуя через мост, вы соблюдали бы локальное ограничение скорости и двигались медленнее с; однако ваша эффективная скорость могла бы быть в миллионы раз больше с. Саган использовал эту идею в своем научно-фантастическом романе «Контакт».¹¹⁷

Хотя кротовая нора основана на солидной работе, она остается гипотетическим существом в бестиарии теоретического физика. Кротовые норы могут не существовать. Даже если они существуют, мы можем быть не в состоянии путешествовать через них: расчеты показывают, что они, вероятно, будут маленькими и дико нестабильными. Тем не менее, остается заманчивая возможность, что ВТЦ, обладающая «экзотической» материей (материей с отрицательной массой-энергией), могла бы взять микроскопическую кротовую нору, стабилизировать ее, раздуть до большого размера, а затем использовать ее для преодоления огромных расстояний. В качестве альтернативы, инженеры продвинутой технологической цивилизации могли бы использовать решение общей теории относительности, впервые предложенное русским физиком Сергеем Красниковым. Красников показал, что определенный класс кротовых нор ¹¹⁸ обладает свойством, что независимо от того, как далеко вы путешествуете, вы можете вернуться домой вскоре после того, как улетели. Возможно, цивилизация KIII могла бы использовать трубу Красникова для межзвездных путешествий?

Есть еще один способ, которым общая теория относительности может позволить сверхсветовое путешествие (и в стиле, к которому нас приучил «Звездный путь»). Представьте себе космический корабль, такой же большой и роскошный, как круизный лайнер, внутри плоской области пространства-времени. Все на борту корабля вело бы себя так же, как в плоской области пространства-времени, в которой мы живем здесь, на Земле. Теперь представьте, что в задней части объема пространство расширяется так же, как расширяется сама Вселенная. И в передней части объема пространство сжимается, как это произошло бы, если быВселенная коллапсировала в Большой Хлопок (чего не произойдет). Результатом этого конкретного искривления пространства является то, что объем плоского пространства, содержащий корабль, двигался бы вперед – движимый расширением пространства сзади и сжатием пространства спереди. Корабль фактически скользит по волне пространства-времени. ¹¹⁹

Варп может двигаться с произвольно большими скоростями, возможно, во много раз превышающими с, и он несет корабль с собой. Однако по отношению к локальному объему плоского пространства корабль находится в покое. Нет релятивистского увеличения массы и нет замедления времени. Для экипажа все как обычно. Когда они мчатся к звездам со скоростью 100с, пассажиры могут свободно наслаждаться гостеприимством космического корабля QE2.

Свойства этого своеобразного решения уравнений Эйнштейна впервые были проанализированы Мигелем Алькубьерре, когда он работал в Кардиффском университете. У меня есть слабость к варп-двигателю Алькубьерре, так как я тратил время в офисе напротив Мигеля, пока он работал над своей идеей. Тем не менее, двигатель Алькубьерре, по крайней мере, в первоначальном виде, вряд ли заработает. Во-первых, у нас нет практического представления, как создать требуемую кривизну пространства. Во-вторых, плотность энергии внутри искривленной области очень велика и отрицательна. Некоторые теоретики утверждают, что эта вторая проблема убивает всю идею работающего двигателя Алькубьерре. Квантовая теория предоставляет обстоятельства, при которых может возникнуть отрицательная плотность энергии, поэтому, если мы когда-нибудь достигнем стадии, когда сможем производить большие количества экзотической материи, то, возможно, мы сможем создать некоторую форму двигателя Алькубьерре, но варп, достаточно большой, чтобы нести космический корабль QE2, потребовал бы общую отрицательную энергию, в десять раз превышающую положительную энергию всей видимой Вселенной. Это кажется маловероятным.

Бельгийский физик Крис Ван Ден Брук, возможно, нашел способ обойти некоторые проблемы двигателя Алькубьерре. Создание микроскопически маленького варп-пузыря потребовало бы лишь небольшого количества экзотической материи; объедините это с некоторой топологической гимнастикой, допустимой в общей теории относительности, и вы можете получить внутренний объем варп-пузыря, который достаточно велик, чтобы вместить космический корабль. Это было бы похоже на ТАРДИС в «Докторе Кто»: микроскопически маленький снаружи, но достаточно вместительный для пассажиров внутри. Когда у нас наконец появится полная квантовая теория гравитации, мы можем обнаружить, что двигатель Ван Ден Брука исключен. В любом случае, стоит подчеркнуть, что его двигатель обладает нереалистичными особенностями¹²⁰ – требуются необоснованно большие плотности энергии, например. Возможно, тогда транспортировка через кротовые норы и варп-двигатели никогда не будет практичной. Но пока не доказано, что они невозможны. Может быть, однажды…

Энергия нулевой точки

Принцип неопределенности квантовой механики говорит нам, что мы не можем одновременно знать и положение, и импульс частицы. Поэтому даже при абсолютном нуле частица должна дрожать, так как если бы она была в идеальном покое, мы знали бы и ее положение, и импульс. Энергия и время также подчиняются принципу неопределенности; аналогично, объем пустого пространства должен содержать энергию (поскольку, чтобы установить, что энергия равна нулю, нам пришлось бы проводить измерения вечно). Эффект Казимира¹²¹ – небольшая сила притяжения, действующая между двумя незаряженными параллельными проводящими пластинами, сближенными на близкое расстояние, – является самым ярким примером существования энергии нулевой точки (ЭНТ). Эффект может быть объяснен только в терминах квантовых флуктуаций электромагнитного поля.

Некоторые авторы предполагают, что в вакууме есть бесконечный запас энергии и что однажды мы сможем использовать эту ЭНТ: возможно, мы сможем использовать ЭНТ для двигательной системы. Действительно, НАСА даже спонсировало встречу по инновационным двигательным системам, на которой ЭНТ была определена как потенциальная прорывная технология. Если это сработает, то у нас будет безграничная дешевая энергия. Лично я остаюсь весьма скептичен к этой идее; мы никогда не получаем что-то из ничего. Но это еще одно предположение о том, как технологически продвинутая ВТЦ могла бы использовать возможности, заложенные в законах физики, для разработки технологий, которые кажутся почти волшебными существам нашего уровня развития.

Я лишь коснулся различных предложений по межзвездным двигательным системам. В настоящее время мы не могли бы построить ни одно из упомянутых выше устройств и использовать его для достижения звезд. С нашим нынешним уровнем технологий нам было бы почти невозможно безопасно отправить людей на Сатурн и обратно,¹²² не говоря уже о Сириусе. Существует множество проблем – экономических, политических, научных и технических, – которые мы (и, предположительно, ВТЦ) должны были бы преодолеть, чтобы путешествовать к звездам. Однако примечательно количество методов, которые авторитетные ученые предложили для полетов к звездам. Методы варьируются от медленных до почти мгновенных; от проверенных до экзотических. Хотя человечество не может построить звездолет в 2014 году, что насчет 2114 года? А что насчет 3014 года? Другие цивилизации могут быть на миллионы, даже миллиарды лет старше нашей. Вероятно ли, что ни одна из них не обладает необходимыми технологическими навыками (или, если релятивистские путешествия невозможны, просто терпением) для космических путешествий?

Звезды действительно далеки. Один этот факт может объяснить, почему нас не посещали (хотя это не обязательно объясняет «Великое Молчание» – отсутствие сигналов от ВТЦ – и то, почему мы не видим других свидетельств развитых цивилизаций). Однако для тех, кто оптимистично смотрит на возможности науки и техники, барьер расстояния можно преодолеть. Для этих людей размер Галактики сам по себе не объясняет парадокс Ферми.

Решение 12

У них не было времени добраться до нас

Хватило б нам времени, хватило б пространства. Эндрю Марвелл, «Своей стыдливой возлюбленной» (перевод Г. Кружкова)

Обычная реакция, когда люди впервые слышат о парадоксе Ферми: «О, у них не было времени добраться до нас». Харт в своей влиятельной статье об отсутствии ВТЦ назвал это временным объяснением парадокса.¹²³

Как мы видели на стр. 27, Харт утверждал, что это объяснение несостоятельно, если предположить, что межзвездные путешествия возможны. Напомним, Харт рассуждал, что если ВТЦ посылает колонизационные корабли к ближайшим звездам со скоростью 0,1с, и если колонии, в свою очередь, отправляют свои собственные колонизационные корабли, то эта ВТЦ быстро колонизирует Галактику. Если бы корабли не делали пауз между путешествиями, то фронт колонизации пронесся бы через Галактику со скоростью 0,1с. Если бы время между путешествиями было примерно таким же, как само время путешествия (путешественники должны отдыхать, в конце концов), то фронт колонизации двигался бы со скоростью 0,05с, так что он мог бы пройти от одного конца Галактики до другого за 0,6–1,2 миллиона лет. Для простоты можно сказать, что при этих допущениях время галактической колонизации составляет 1 миллион лет.

Один миллион лет — это чрезвычайно долгое время на уровне отдельных людей; это долгое время даже на уровне целого вида млекопитающих. Но это чрезвычайно короткий срок по сравнению с общим временем, доступным для колонизации. Рассмотрим различные временные масштабы в терминах Вселенского Года. Время галактической колонизации соответствует всего 38 минутам 20 секундам — меньше половины футбольного матча. В этом масштабе времени цивилизации могли возникать с поздних весенних месяцев, и, похоже, нет никаких убедительных причин, почему первая ВТЦ не могла возникнуть примерно к Первомаю. Итак, хотя первый вид, склонный и способный к межзвездным путешествиям, мог возникнуть в любое время в течение 8 месяцев между маем и декабрем, согласно Харту, временное объяснение требует от нас признать, что этот вид начал путешествовать не ранее 23:21 31 декабря. Это было бы замечательное совпадение, если бы наша цивилизация возникла так скоро после появления первой цивилизации, решившей устремиться к звездам.

Аргумент Харта убедителен, но можно оспорить ряд его допущений. Очевидная проблема — скорость фронта колонизации, которую Харт считает значительной долей скорости отдельных космических кораблей. Как указал Саган: «Рим строился не за один день, хотя его можно пересечь пешком за несколько часов». Другими словами, для города Рима скорость «фронта колонизации» была бесконечно малой долей скорости средства передвижения, использовавшегося для его «колонизации». Более конкретно, на протяжении всей истории человечества никогда не было фронта колонизации, который двигался бы со скоростью, сравнимой со скоростью отдельных транспортных средств. Почему это должно быть иначе для цивилизации, занятой колонизацией Галактики?

Харт рассчитал время колонизации Галактики, просто разделив диаметр Галактики на предполагаемую скорость путешествия. С момента публикации статьи Харта несколько авторов разработали¹²⁴ более сложные компьютерные модели галактической колонизации и тем самым пришли к более правдоподобным временам колонизации. Эрик Джонс проанализировал модель, в которой колонизация была обусловлена ростом населения. Он предположил темп роста населения 0,03 в год и уровень эмиграции 0,0003 в год (что соответствовало уровню эмиграции из Европы во время колонизации Северной Америки в XVIII веке). Его модель показала, что при этих допущениях одна космическая ВТЦ могла бы колонизировать Галактику за 5 миллионов лет. В последующих анализах он предложил предпочтительное время колонизации 60 миллионов лет, хотя это время можно увеличить при других предположениях относительно темпов эмиграции и роста населения. Время колонизации 60 миллионов лет намного дольше, чем у Харта, но оно все еще слишком короткое, чтобы допустить временное объяснение парадокса Ферми. В человеческом масштабе процесс, занимающий 60 миллионов лет, даже не ледниково медленный, но в космическом масштабе волна колонизации движется как внезапное наводнение по Галактике.

Однако сам Джонс сделал предположения, которые можно оспорить. Например, Ньюман и Саган утверждали, что галактическая колонизация никак не может быть обусловлена потребностями роста населения.¹²⁵ Посмотрите на человечество. За последнее столетие мировое население увеличилось более чем втрое. Если бы население продолжало расти такими темпами, и если бы мы хотели сохранить нынешнюю плотность населения Земли, то через несколько сотен лет фронт колонизации двигался бы со скоростью света. Как только мы достигли бы этой точки, темп роста населения должен был бы снизиться! Это крайний пример, но он демонстрирует, что ВТЦ не будут основывать колонии просто как средство избежания перенаселения на родной планете. В долгосрочной перспективе они просто не могут путешествовать достаточно быстро — нельзя убежать от экспоненциального роста. Цивилизация должна сдерживать рост своего населения независимо от того, развивает ли она космические путешествия. Поэтому Ньюман и Саган смоделировали галактическую колонизацию как диффузионный процесс и применили хорошо известную математику диффузии к конкретной модели колонизации. Их результаты, казалось, показывали, что если ВТЦ практикуют нулевой рост населения, то ближайшая цивилизация достигнет Земли только в том случае, если ее продолжительность жизни составит 13 миллиардов лет. Это достаточно долго, чтобы дать временное объяснение того, почему инопланетяне не здесь, — хотя это не решает вопроса, почему мы не слышали их.

Процессы диффузии В физике диффузия – это случайный молекулярный процесс, посредством которого энергия или материя перетекают из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией до достижения равномерного распределения. Например, если нагреть один конец стержня, то тепло диффундирует от горячего конца к холодному. Скорость процесса диффузии зависит от материала стержня; в металлическом стержне диффузия происходит быстро; в асбестовом стержне диффузия происходит медленно. Другой пример процесса диффузии происходит, когда вы кладете кусок сахара в чашку чая; если вы не размешиваете чай, молекулы сахара диффундируют через жидкость очень медленно. Твердое тело может даже диффундировать в другое твердое тело: если золото нанесено на медь, золото диффундирует в поверхность меди, хотя для проникновения атомов золота на сколь-нибудь значительное расстояние требуются тысячи лет.

Модель Ньюмана-Сагана, в свою очередь, подверглась критике. В их модели оказывается, что время колонизации Галактики довольно нечувствительно к скорости межзвездных путешествий. Значение имеет время, необходимое для создания планетарной колонии, которое, в свою очередь, зависит от темпов роста населения. Ньюман и Саган предполагали очень низкие темпы роста населения — темпы, которые многие считают слишком консервативными. Даже если принять их темпы роста населения, с их выводом есть проблема. Дифференциальное вращение Галактики превращает зону расширения в спираль, подобно траектории капли густых сливок, когда вы медленно размешиваете ее в чашке кофе. Учтите этот фактор, и время колонизации Галактики резко сократится. Последняя критика: даже если развитые внеземные цивилизации (ВЦ) не движимы к экспансии демографическим давлением, разве они не стали бы исследовать Галактику из любопытства?

Тем не менее, чрезвычайно подробная модель галактической разведки ¹²⁶, сделанная Бьорком, укрепила результат Ньюмана-Сагана. Предположим, ВЦ решает исследовать Галактику следующим образом. Она отправляет 8 «хостовых» зондов, каждый из которых имеет 8 меньших зондов для использования по своему усмотрению, и дает указание зондам исследовать область Галактики, содержащую 40 000 звезд. Таким образом, хостовый зонд отправляется к целевой звезде и отправляет свои 8 меньших зондов для посещения тех звезд, которые еще не были исследованы. Малые зонды движутся со скоростью 0,1 скорости света и выполняют пролетные исследования. Если зонд обнаруживает разумную жизнь, он сообщает об этом на родную планету; если он ничего не обнаруживает, он движется к следующей неисследованной звезде. Как только зонды посетят все 40 000 звезд в списке, они возвращаются к хосту, который перемещается к новой целевой звезде, и процесс исследования начинается заново. Используя этот метод исследования, Бьорк обнаружил, что для исследования всего 4% Галактики потребуется около 300 миллионов лет. Это мучительно медленный метод исследования, и на первый взгляд он убедительно подтверждает временное объяснение парадокса. Котта и Моралес расширили модель Бьорка и пришли к аналогичному выводу. Как и во всех подобных моделях, можно оспорить некоторые лежащие в их основе предположения (и сами авторы критикуют свои модели). Есть два аспекта этих моделей, которые, по моему мнению, ставят под сомнение вывод. Во-первых, они исключают колонизацию: если ВЦ занимаются колонизацией, это изменит характер стратегии исследования. Во-вторых, они явно исключают возможность самовоспроизводящихся зондов — но обсуждение этого момента я оставлю до Решения 22.

Были проанализированы и другие модели.¹²⁸ Например, расчет Иэна Кроуфорда предполагает, что Галактику можно колонизировать всего за 3,75 миллиона лет. Самая большая неопределенность в данных Кроуфорда — это не скорость межзвездных кораблей, а время, которое требуется колониям, чтобы утвердиться, а затем отправить свои собственные космические корабли. А Фогг, разрабатывая свой сценарий запрета, проанализировал результаты модели, в которой ВЦ возникают со скоростью 1 каждые 1000 лет, и 1 из 100 этих ВЦ пытается колонизировать Галактику. Его модель давала время для «заполнения» Галактики для разных скоростей фронта колонизации. Даже при самых пессимистичных предположениях он обнаружил, что ВЦ заполнили Галактику за 500 миллионов лет, что является коротким сроком по сравнению с возрастом Галактики и затрудняет поддержку временного объяснения парадокса. Никос Прантзос подтвердил этот вывод в анализе уравнения Дрейка и парадокса Ферми.

Эти различные модели — и мы рассмотрим больше в следующих Решениях — показывают, что мы можем спорить в обе стороны. Мы можем утверждать, что межзвездные путешествия медленны и дороги, что ВЦ не достигли нас, потому что у них не было достаточно времени, чтобы добраться до нас. Точно так же мы можем утверждать, что межзвездные путешествия быстры и дешевы для цивилизации с достаточно развитой технологией. Лично я хотел бы думать, что наши потомки придумают способы исследовать Галактику в разумные сроки. И если бы мы смогли это сделать, то и другие в прошлом смогли бы. У них были миллиарды лет, чтобы добраться до нас. Времени достаточно.

Решение 13

Подход с точки зрения теории перколяции

Все течет; ничего не пребывает.

Гераклит

Модели колонизации, упомянутые в Решении 12, рассматривают парадокс с точки зрения времени, которое может потребоваться одной или нескольким ВЦ для распространения по всей Галактике. Однако можно представить себе различные типы моделей колонизации, и они могут предложить совершенно разные точки зрения. Модель, предложенная Джеффри Лэндисом, представляет интересное решение вопроса Ферми.

Лэндис основывает свою модель на трех ключевых предположениях. Во-первых, он предполагает, что межзвездные путешествия возможны, но трудны. Никаких кристаллов дилития, никаких варп-двигателей, никакого смело идущего звездолета «Энтерпрайз»; просто долгий, медленный путь к ближайшим звездам. Как мы видели, это разумное предположение: насколько нам точно известно, законы физики не запрещают межзвездные путешествия, но и не делают их легкими. Таким образом, Лэндис утверждает, что существует максимальное расстояние, на котором ВЦ может основать колонию напрямую. Например, человечество может однажды основать колонию непосредственно вокруг Тау Кита (чуть менее 12 световых лет от Земли), но может оказаться невозможным напрямую колонизировать какие-либо звезды в скоплении Гиады (150 световых лет от Земли). Любая данная ВЦ будет иметь лишь небольшое количество звезд, подходящих для колонизации и находящихся в пределах максимального расстояния путешествия от ее родной планеты. Поэтому любая данная ВЦ создаст лишь небольшое количество прямых колоний. Более отдаленные аванпосты могут быть заселены только как вторичные колонии.

Во-вторых, поскольку межзвездные путешествия трудны, Лэндис предполагает, что родительская цивилизация будет обладать лишь слабым, возможно, несуществующим контролем над своими колониями. Если временной масштаб, за который колония развивает свой собственный колонизационный потенциал, велик, то каждая колония будет обладать своей собственной культурой — культурой, независимой от колонизирующей цивилизации.

В-третьих, он предполагает, что цивилизация не сможет основать колонию в уже колонизированном мире. Это равносильно утверждению, что вторжение маловероятно на межзвездных расстояниях, что кажется разумным. Если межзвездные путешествия трудны и дороги, то вторжение должно быть еще более трудным и более дорогим. Вот и конец сюжету нескольких голливудских блокбастеров.

Наконец, он предлагает правило. Культура либо имеет стремление к колонизации, либо нет. ВЦ, обладающая таким стремлением, определенно создаст колонии вокруг всех подходящих звезд в пределах досягаемости. ВЦ, не имеющая неколонизированных звезд в пределах досягаемости, по необходимости разовьет культуру, лишенную стремления к колонизации. Следовательно, любая данная колония будет иметь некоторую вероятность p развиться в колонизирующую цивилизацию и вероятность $1 - p$ развиться в не колонизирующую цивилизацию.

Вероятности Вероятность p по определению должна лежать в диапазоне от 0 до 1. Вероятность $p = 0$ соответствует событию, которое невозможно; вероятность $p = 1$ соответствует событию, которое обязательно произойдет. Если событие имеет только два исхода — либо событие происходит, либо нет — то вероятность исходов должна в сумме равняться 1: несомненно, что что-то произойдет! Таким образом, если вероятность того, что событие произойдет, равна p, то вероятность того, что оно не произойдет, равна $1 - p$ .

Эти три предположения плюс правило порождают проблему перколяции. Ключевой задачей в проблеме перколяции является вычисление для конкретной системы вероятности того, что существует непрерывный путь от одного конца системы до другого. Слово перколяция происходит от латинской фразы, означающей «протекать сквозь», и те, кто разработал теорию перколяции, возможно, имели в виду перколяцию кофе, когда назвали ее: чтобы приготовить напиток, вода должна найти путь через молотый кофе и в кофейник. Приготовление кофе является частным примером общей проблемы диффузии жидкости через пористое твердое тело; но перколяционные модели также использовались для изучения таких разнообразных явлений, как распространение лесных пожаров, распространение заразных болезней в популяции и поведение кварков в ядерной материи.

По сути, перколяция — это просто способ заполнения большого массива пустых пространств объектами. (Строго говоря, теория перколяции действительна только для массивов, которые бесконечно велики, поэтому интересующие системы должны быть большими, чтобы теория перколяции была применима.)

Рис. 4.5 Ячейки в каждом из этих четырех массивов закрашены (заняты) случайным образом. В (a) каждая ячейка имеет 30% шанс быть занятой. В (d) каждая ячейка имеет 60% шанс быть занятой. Даже в (a) есть «кластеры» — случаи, когда две или более ячеек-ближайших соседей заняты. (Ближайший сосед ячейки — это тот, который находится непосредственно над, под, слева или справа от ячейки.) В (d) мы можем видеть «пронизывающий кластер»: путь через ближайших соседей от одного конца массива до другого

Массив не обязательно должен быть прямоугольным и не обязательно двумерным: некоторые явления лучше моделируются с помощью одномерного массива, другие — с помощью трехмерного массива, а третьи — с помощью массивов более высокой размерности. Однако для закрепления идей проще всего представить себе большой двумерный массив из N ячеек, похожий на расширенную шахматную доску.

Теория перколяции Предположим, что каждая ячейка массива имеет вероятность p быть заполненной. Каждая ячейка независима от других; тот факт, что конкретная ячейка заполнена, не означает, что ее соседние ячейки с большей или меньшей вероятностью будут заполнены. Очевидно, что $p \times N$ ячеек будут заполнены, а $(1 - p) \times N$ будут пустыми. Если вероятность p велика, то массив будет содержать много заполненных ячеек; если p мала, то массив будет редко заполнен. На рисунке 4.5 показаны четыре сгенерированных компьютером массива $8 \times 8$ . В (a) вероятность заполнения ячейки составляет 30%; в (b) она составляет 40%; в (c) она составляет 50%, а в (d) она составляет 60%. (Физики, конечно, имеют дело с гораздо большими симуляциями, чем эта, но сетка $8 \times 8$ вполне подходит для иллюстрации.) Две занятые ячейки, находящиеся рядом друг с другом, называются соседями, а группы соседей называются кластерами. Для двумерного массива, показанного на иллюстрации, каждая ячейка, за исключением тех, что находятся по краям, может иметь четырех соседей: ячейки непосредственно сверху и снизу, а также слева и справа. Теория перколяции в основном занимается тем, как эти соседи и кластеры взаимодействуют друг с другом, и как их плотность влияет на изучаемое конкретное явление. Кластер, охватывающий длину или ширину (или и то, и другое) массива, особенно важен в теории перколяции. Он называется пронизывающим кластером или перколяционным кластером. Для бесконечной решетки пронизывающий кластер возникает только тогда, когда вероятность p превышает критическое значение $p_{c}$ .

В общем случае значение $p_{c}$ не может быть выведено аналитически. Вместо этого мы должны использовать компьютерные симуляции для оценки $p_{c}$ для данной системы. Бесконечная квадратная решетка, например, имеет значение $p_{c}$ около 0,59275. Простой пример должен прояснить важность пронизывающего кластера. Представьте себе большой кусок какого-либо электроизоляционного материала, в который мы внедряем определенную долю по объему одинаковых электропроводящих сфер. Ниже критического значения $p_{c}$ пронизывающий кластер не существует, и материал остается изолятором. Выше критического значения $p_{c}$ существует пронизывающий кластер, и материал может проводить электричество. Те же соображения говорят нам о плотности людей, при которой будет распространяться болезнь, или о плотности деревьев, при которой пожар охватит весь лес.

Рис. 4.6 Срез типичной перколяционной симуляции на простой кубической решетке в трех измерениях. Для этого массива критическое значение составляет 0,311, в то время как симуляция проведена для $p = 0, 333$ . Черные круги обозначают «колонизирующие» участки; серые круги обозначают «не колонизирующие» участки. Отсутствие кругов обозначает участки, которые не были посещены. Обратите внимание на неправильную форму границы и большие пустоты. Возможно, Земля находится в одной из пустот? (Предоставлено: Джеффри Лэндис)

Какое это имеет отношение к парадоксу Ферми? Что ж, если Лэндис прав, мы можем использовать отточенные методы теории перколяции для моделирования потока ВЦ через Галактику. Хотя проблемы перколяции трудно изучать аналитически, их можно легко смоделировать на компьютере. Читатели, обладающие некоторым опытом программирования, могут настроить модель Лэндиса и самостоятельно изучить распределение ВЦ при различных параметрах модели. На рисунке 4.6 показан типичный результат.

Как и в любой проблеме перколяции, конечная решетка зависит от относительных значений p и $p_{c}$ . В модели Лэндиса, если $p < p_{c}$ , то колонизация всегда закончится после конечного числа колоний. Рост будет происходить в кластерах, а граница каждого кластера будет состоять из не колонизирующих цивилизаций. Если $p = p_{c}$ , то кластеры будут иметь фрактальную структуру, с пустыми и заполненными объемами пространства, существующими на всех масштабах. Если $p > p_{c}$ , то кластеры колонизации будут расти бесконечно, но будут существовать небольшие пустоты — объемы пространства, ограниченные не колонизирующими цивилизациями. Мы получаем модель колонизации по типу швейцарского сыра: цивилизации охватывают Галактику, но в ней есть дыры.

Таким образом, перколяционный подход предполагает, что колонизирующие инопланетяне не достигли Земли по одной из трех причин. Во-первых, $p < p_{c}$ , и любая имевшая место колонизация остановилась, не дойдя до нас. Во-вторых, $p = p_{c}$ , и Земля случайно оказалась в одном из больших не колонизированных объемов пространства, которые неизбежно возникают. В-третьих, $p > p_{c}$ , и Земля находится в одной из множества небольших незанятых пустот. Какое из трех предположений наиболее вероятно? Чтобы ответить на это, нам нужно знать значение вероятности колонизации p, а также типичное количество звезд, доступных для колонизации. Конечно, мы совершенно не представляем, каким может быть разумное значение p; Лэндис берет $p = 1/3$ , что ничуть не хуже любой другой оценки. Что касается мест колонизации, Лэндис утверждает, что подходящие кандидаты существуют только вокруг звезд, достаточно похожих на Солнце — другими словами, одиночных звезд главной последовательности в ограниченном спектральном диапазоне. На расстоянии 30 световых лет от Земли находится всего пять звезд-кандидатов, поэтому разумной оценкой этого числа является 5. Эти значения создают модель, близкую к критической: существуют большие колонизированные объемы пространства и столь же большие пустые объемы пространства. Таким образом, согласно модели Лэндиса, причина, по которой нас не посетили многочисленные ВЦ, существующие в Галактике, заключается в том, что мы населяем одну из пустот.

Этот вывод аналогичен ¹³² тому, к которому позже пришел Осаме Киноучи, который указывает, что при наблюдении ночной Земли из космоса становится очевидным неравномерное распределение человеческих колоний — не говоря уже об извращенном распределении мирового богатства. Видно множество человеческих колоний — другими словами, городов — но также и обширные необитаемые области. Человеческая цивилизация может путешествовать по воздуху со скоростью $1000 км / ч$ , и, следовательно, явно имела время колонизировать земной шар, и все же есть области, которые остаются постоянно непосещенными. Член амазонского племени, с которым еще не связалась мировая цивилизация, был бы неправ, заключив, что такой мировой цивилизации не существует. «Решение персистентности» Киноучи парадокса Ферми предполагает, что Земля находится в огромной, слабо заселенной области Галактики: мы являемся «персистентным участком», не посещенным процессом колонизации. Аналогично, Робин Хансон, который подошел к проблеме галактической колонизации с точки зрения экономиста, пришел к выводу на основе своей модели, что Земля может существовать как оазис в тихом регионе Галактики. Колонизация, исследование и яростное потребление ресурсов могли происходить за пределами этого региона. Однако даже Хансону показалось загадочным, что мы не видим никаких признаков активности по мере распространения волн колонизации по Галактике, ни каких-либо признаков прошлых волн колонизации; мы не наблюдаем «сжигания космических общин».

Перколяционный подход рассматривает парадокс Ферми привлекательным образом. Вместо того чтобы приписывать единообразие мотивов или обстоятельств ВЦ, он предполагает, что цивилизации будут иметь разнообразные стремления, способности и ситуации. Разрешение парадокса возникает естественным образом как одно из возможных следствий модели. Конечно, можно придираться к деталям модели; сам Лэндис обсуждает различные моменты в своей статье. Например, модель игнорирует пекулярное движение звезд. Звезды не зафиксированы, как квадраты на шахматной доске, а движутся относительно друг друга. Хотя относительное движение звезд медленное, оно может повлиять на перколяционную модель. Также возможно предложить способы улучшения анализа. Например, мы могли бы разработать более сложные модели, учитывающие галактические границы, обитаемые зоны и фактическое распределение звезд. Можно также оспорить основные предположения перколяционного подхода. Например, реалистично ли предполагать существование горизонта расстояний, за которым ни одна цивилизация никогда не будет колонизировать? В конце концов, если цивилизация может преодолеть 50 световых лет, будет ли путешествие на 100 световых лет действительно намного сложнее? А как насчет предположения, что лишь немногие подходящие звезды будут находиться в пределах горизонта? Достаточно развитая цивилизация вполне может счесть возможным — и даже предпочтительным — строить среды обитания вокруг различных типов звезд. Более того, простые расширения модели могут радикально изменить выводы. Например, возможно, отдельные колонии, в отличие от целых цивилизаций, могут погибнуть. Если колония погибает, она открывает путь, по которому могут путешествовать иначе запертые колонизирующие цивилизации: это небольшое изменение довольно существенно модифицирует модель. И, возможно, колонии могут меняться культурно с течением времени; возможно, не колонизирующие культуры на границе иногда охватывает жажда исследования. Измените перколяционную модель, добавив эти два элемента — гибель колоний и мутацию колоний — и окажется, что в космосе больше нет пустот. В конце концов, Галактика становится полностью насыщенной.

Даже если принять исходную перколяционную модель как объяснение отсутствия у нас посетителей, может ли модель объяснить, почему мы не слышали от ВЦ или не видели признаков их деятельности? Этот вопрос особенно тревожен, если верен один из случаев $p \geq p_{c}$ , и мы населяем пустоту, окруженную со всех сторон развитыми цивилизациями: даже если дочерние цивилизации становятся независимыми от своих родителей, наверняка они время от времени захотят общаться друг с другом. Поддержание связи с использованием радио- или оптических каналов было бы тривиальным по сравнению с проблемой физического перемещения между звездами. Трудно поверить, что все эти цивилизации будут путешествовать, а затем примут и будут придерживаться политики молчания. Так почему мы не подслушали хотя бы один из этих разговоров? Почему мы не видели ни одного маяка «мы здесь»? (В модели Лэндиса ВЦ нечего бояться раскрывать свое положение: одним из входных данных модели является то, что колонизация обитаемой системы настолько трудна, что никогда не происходит.) Почему мы не видели даже одного астроинженерного проекта, который могла бы предпринять развитая ВЦ? Ответом на все эти вопросы может быть просто то, что космос велик, и мы недостаточно усердно искали и недостаточно долго слушали. Тем не менее, хотя перколяционная модель дает элегантное объяснение того, почему нас не посетили, лично я нахожу ее в конечном итоге неубедительной.

Решение 14

Подождите немного

Все приходит, если человек только умеет ждать.

Бенджамин Дизраэли, Танкред

Одним из преимуществ перколяционного подхода Лэндиса было то, что он решал парадокс Ферми, делая явными некоторые простые предположения о галактической колонизации, а затем используя компьютер для исследования последствий этих предположений. В наши дни многие из нас имеют доступ к компьютерам, достаточно мощным, чтобы исследовать наши собственные любимые теории галактической колонизации, и один из способов сделать это — использовать модели, основанные на клеточных автоматах. Именно это и сделали астрономы Безсуднов и Снарский, тем самым предоставив связанное, но несколько иное понимание парадокса.

Клеточные автоматы Клеточные автоматы впервые были изучены Станиславом Уламом и Джоном фон Нейманом в 1940-х годах, но стали широко известны только в 1970-х годах, когда Мартин Гарднер популяризировал «Игру Жизни» Джона Конвея. Создать клеточные автоматы легко. Возьмите доску и разделите ее, подобно шахматной доске, на несколько квадратов: каждый квадрат называется ячейкой, и ячейка может быть одного из конечного числа различных цветов. Вам нужно еще два элемента. Во-первых, вам нужны часы. Во-вторых, вам нужно определить правило перехода, которое применяется при каждом тике часов: ячейка проверяет свой собственный цвет и цвета своих соседей и определяет свой цвет в зависимости от правила. Когда часы тикают, все ячейки меняются одновременно. Таким образом, чтобы запустить клеточный автомат, вы раскрашиваете ячейки в какой-либо узор, запускаете часы, а затем наблюдаете, как узор развивается при каждом тике часов. В «Игре Жизни» Конвея каждая ячейка может быть одного из двух цветов — скажем, черного или белого, что соответствует состояниям мертвая или живая — и правило перехода простое: если белая (живая) ячейка имеет двух или трех белых соседей, то она остается белой; иначе она становится черной (умирает); черная (мертвая) ячейка становится белой, если у нее ровно три белых соседа. Эти простые детерминированные правила порождают сложные, непредсказуемые результаты. Если вы не играли в «Игру Жизни», попробуйте одну из свободно доступных систем симуляции — наблюдение за эволюцией узора может быть весьма гипнотическим: некоторые узоры мигают; другие колеблются; третьи скользят по пространству или поедают глайдеры. В ноябре 2013 года, через 43 года после того, как игра стала достоянием общественности, было объявлено о первом самовоспроизводящемся узоре.

Безсуднов и Снарский создают модель галактической цивилизации на основе клеточного автомата следующим образом. Они делят Галактику на набор квадратных ячеек (для упрощения Галактика существует в двумерном пространстве, поэтому после деления она выглядит как сетка в игре «Морской бой»), а затем делают некоторые предположения о том, как ВЦ будут возникать, расширяться и исчезать. Первое предположение: цивилизация может появиться в любой точке незанятого пространства с некоторой малой вероятностью. Второе, и решающее, предположение: все цивилизации имеют одинаковую естественную продолжительность жизни, $T_{0}$ , после чего они начинают умирать. (Авторы считают, что универсальной причиной гибели цивилизаций будет потеря «основных функций — функций познания». Другими словами, узнав все, что можно о себе и своем окружении, цивилизация не имеет желания продолжать существование. Она увядает, умирает.) Третье: если одна цивилизация вступает в контакт с другой, то продолжительность жизни обеих увеличивается на время $T_{b}$ : контакт порождает новые вещи для изучения, новые разговоры, стимул для дальнейшего развития. (Авторы называют это моделью «стимулирования бонусом», но это порождает довольно неудачную аббревиатуру: модель BS. Я вместо этого буду называть ее полностью.)

В модели стимулирования бонусом цивилизация представлена квадратом ячеек, где центральный квадрат является местом рождения цивилизации. Модель можно определить как клеточный автомат, сформулировав предположения в виде правил перехода. Первое правило заключается в том, что новая цивилизация может родиться в любой пустой ячейке; вероятность рождения равна n, и цивилизация начинается как одна ячейка. Второе правило заключается в том, что с каждым тиком часов цивилизация изменяет размер на один слой ячеек с каждой стороны: если цивилизация моложе $T_{0}$ , то она увеличивается в размере; если цивилизация старше $T_{0}$ , то она уменьшается в размере; и когда размер становится равным нулю, то есть когда больше нет ячеек, цивилизация мертва. Третье правило: если растущая цивилизация встречает другую цивилизацию — что в этой модели означает, что ячейка должна принадлежать обеим цивилизациям — то продолжительность жизни обеих цивилизаций увеличивается на бонусное время $T_{b}$ ; если в кластере несколько цивилизаций, то все они получают бонусное время. Последующее развитие каждой цивилизации происходит так же, как во втором правиле.

Методы Монте-Карло Клеточные автоматы — не единственный доступный вычислительный метод для исследования вопросов, связанных с внеземным разумом. Например, можно использовать методы Монте-Карло.

В подходе Монте-Карло вы запускаете симуляцию много раз, а затем многократно выбираете случайные значения, чтобы получить распределение некоторой неизвестной величины. Возможно, самый ранний метод Монте-Карло появился в XVIII веке, когда Жорж-Луи Леклерк, граф де Бюффон показал, как случайный, вероятностный подход можно использовать для оценки π. Предположим, у вас есть деревянная доска, состоящая из параллельных полос, каждая из которых имеет одинаковую ширину d. Теперь бросьте иглу, длина которой l меньше ширины полос, на пол. Бюффон спросил: какова вероятность P, что игла пересечет линию между двумя полосами? Он показал, что $P = 2 l / d π$ , что можно преобразовать, чтобы получить выражение для π. Но вы можете измерить P экспериментально, проведя эксперимент много раз и измерив, сколько раз игла пересекает линию. Предположим, это происходит h раз из n попыток, так что $P = h / n$ . В этом случае $π = 2 l n / h d$ . Если у вас хватит терпения, вы можете провести этот эксперимент Монте-Карло самостоятельно и оценить π. По словам Николаса Метрополиса, человека, придумавшего название «метод Монте-Карло» для современной версии этого подхода, Ферми был первым, кто баловался этой техникой. Ферми использовал ее при изучении диффузии нейтронов в 1930-х годах, но не опубликовал это исследование. Именно работа Улама и фон Неймана, упомянутая выше, положила начало широкому использованию методов Монте-Карло. Улам и фон Нейман использовали методы Монте-Карло в исследованиях ядерного оружия в Лос-Аламосе; в наши дни эта техника используется везде, где есть необходимость моделировать какое-либо явление, имеющее большую неопределенность во входных данных — так что вы найдете ее применение во всей физике, инженерии, прогнозировании погоды, бизнесе… она действительно повсеместна. Шотландский астрофизик Дункан Форган первым применил методы Монте-Карло для изучения парадокса Ферми.

«Галактика», которую моделировали Безсуднов и Снарский, представляла собой квадратную сетку с десятью тысячами ячеек на каждой стороне — всего сто миллионов ячеек — и система эволюционировала в течение 320 000 тиков часов. Каждый раз, когда они запускали симуляцию, они использовали несколько иную комбинацию переменных n, $T_{0}$ и $T_{b}$ , поскольку эти три числа явно будут определять поведение системы. Конечно, мы не имеем ни малейшего представления о том, какими могут быть эти три числа на самом деле — но легко запустить симуляцию и посмотреть, что происходит в разных случаях.

Оказывается, что если бонусного времени нет (другими словами, если $T_{b} = 0$ ), то объем Галактики, занимаемый цивилизациями, прямо пропорционален вероятности рождения n и кубу естественной продолжительности жизни $T_{0}$ . В этом случае, для значений переменных, рассмотренных Безсудновым и Снарским, контакт между цивилизациями крайне маловероятен: даже если ВЦ существуют, их пути не пересекутся. Ситуация меняется, если бонусное время $T_{b}$ не равно нулю. Малые значения $T_{b}$ не имеют большого значения, но на некотором пороговом уровне у цивилизаций достаточно времени, чтобы развиться в большой кластер, который заполнит Галактику. Вывод, сделанный Безсудновым и Снарским, заключается в том, что, если фактические значения n, $T_{0}$ и $T_{b}$ находятся в нужном диапазоне, нам просто нужно подождать: прямо сейчас происходит процесс, в котором цивилизации расширяются по всей Галактике.

Если есть желание покритиковать модель стимулирования бонусом, легко выявить слабые места. Например, в этой модели сначала умирают более молодые колонии; не так ли вероятно, или даже более вероятно, что цивилизация будет умирать «изнутри наружу»? Включите это правило перехода в модель, и результаты изменятся, потому что у колоний будет больше времени, чтобы воспользоваться выгодой от контакта. Кроме того, модель стимулирования бонусом нереалистична в том, что выгоды от контакта предполагаются распространяющимися по существу мгновенно по взаимодействующим цивилизациям: даже если цивилизации, разбросанные по большим объемам Галактики, способны поддерживать культурную однородность, необходимую для того, чтобы выгода была универсальной, такое распространение нарушило бы специальную теорию относительности. Поэтому модель слишком упрощена, чтобы служить убедительным аргументом в пользу того, что к нам движется расширяющаяся волна колонизации — но, по справедливости говоря, это не совсем то, к чему стремились Безсуднов и Снарский. Скорее, они хотели показать, как можно основываться на подходе Лэндиса и использовать клеточные автоматы для исследования конкретного сценария. Сербские астрономы Бранислав Вукотич и Милан Чиркович разработали гораздо более сложные клеточные автоматы, основанные на знаниях, учитывающих знания, полученные астробиологами в последние годы. «Решение Лэндиса», согласно которому Земля оказывается неисследованной пустотой, занимает один угол их гораздо большего ландшафта параметров.

Прелесть клеточных автоматов в их простоте. Если вы достаточно компетентны в работе с компьютером, то несложно настроить модель и наблюдать за ее эволюцией. Если у вас есть идея о том, как возникают и впоследствии развиваются внеземные цивилизации, почему бы не попытаться описать их подходящими правилами перехода? Вы можете смоделировать их развитие, наблюдать за их судьбой и, возможно, прийти к новому решению парадокса Ферми. Однако предлагаемые этим подходом решения пока, на мой взгляд, неубедительны.

Решение 15

Предел световой клетки

Певца можно посадить в клетку, но не песню.

Гарри Белафонте

Модели галактической колонизации, основанные на диффузии (например, предложение Ньюмана–Сагана), перколяции (предложение Лэндиса) или клеточных автоматах (Безсуднов и Снарский), делают утверждения о миграционном поведении видов, которые, как предполагается, остаются верными в течение временных масштабов, измеряемых сотнями тысяч или даже миллионами лет. Колин МакИннес разработал модель миграции, которая должна оставаться верной лишь в течение нескольких тысячелетий, чтобы объяснить отсутствие внеземных посетителей здесь, на Земле. Это довольно мрачное разрешение парадокса Ферми; к сожалению, если учесть поведение человеческого вида, оно кажется довольно правдоподобным.

МакИннес размышляет о вероятных характеристиках молодой цивилизации, которая только что обрела технологическую способность для успешной межзвездной миграции. Он утверждает, что если у вида есть стремление и мотивация для разработки необходимых технологий, то этот вид, вероятно, будет высококонкурентным, поскольку ему пришлось бы превзойти другие виды во время своего раннего эволюционного развития. Если вид осознает, что он может заниматься межзвездными путешествиями в больших и экономичных масштабах и при этом эксплуатировать новые материальные ресурсы, он не будет сдерживаться. Действительно, любая подгруппа этого вида обнаружит, что может получить конкурентное преимущество, колонизируя космос и приобретая новые ресурсы: начнется гонка за тем, чтобы выйти туда и воспользоваться возможностями. Богатство, активность и население будут продолжать расти, и вид испытает волну экономической экспансии. Какое-то время виду будет как никогда хорошо. Они вряд ли остановятся.

Процесс колонизации, предположительно, будет происходить звезда за звездой, но для целей модели мы можем думать о нем как о сферической волне расширения, с центром сферы, являющимся родной звездой. Теперь, общая численность населения вида будет увеличиваться, но давайте предположим, что вид пожелает поддерживать население внутри колонизированной сферы на постоянной плотности: в конце концов, средняя плотность населения будет ограничена несущей способностью их среды обитания. Предположим тогда, что население растет ежегодными темпами всего лишь 1% — скромно, но, возможно, не неразумно. Вводя такой темп роста населения, мы посеяли семена катастрофы. Рост будет экспоненциальным, и, как было сказано ранее, от экспоненты не убежать.

МакИннес показывает, что для поддержания постоянной средней плотности населения скорость миграции должна увеличиваться линейно с радиальным расстоянием от родной звезды. Но в какой-то момент эта скорость миграции станет равной скорости света. За этим радиусом становится невозможным поддерживать постоянную плотность населения. Стивен Бакстер называет этот радиус «световой клеткой». Что происходит согласно этой модели, так это то, что сфера колонизации увеличивается все быстрее и быстрее, пока не достигнет предела световой клетки; после этого времени эта все еще молодая и энергичная цивилизация обнаруживает, что не может расселять жителей достаточно быстро, чтобы поддерживать постоянную среднюю плотность населения. Плотность населения неустойчиво возрастает на внешнем краю сферы, как раз внутри предела световой клетки, и несущая способность окружающей среды превышается. Пределы ресурсов превышены. Цивилизация коллапсирует. Это неизбежно — если население растет ежегодными темпами всего лишь 1%.

Можно подумать, что если темп роста населения составляет всего 1%, то световая клетка должна находиться на большом расстоянии от родной звезды. Если бы световая клетка находилась, скажем, на расстоянии 50 000 световых лет, то у вида было бы много «пространства для маневра»; они могли бы колонизировать значительную часть Галактики. Но если вы так думаете, то это потому, что у вас нет интуитивного ощущения силы экспоненциального роста; мало у кого из нас оно есть. Темп роста в 1% в год подразумевает предел световой клетки всего в 300 световых лет. Более того, цивилизация достигнет предела световой клетки всего за несколько тысяч лет — мгновение ока в космических масштабах. (Если максимальная скорость расширения меньше скорости света, то границы клетки сужаются: максимальная скорость 0,05c дает предел клетки всего в 15 световых лет. В пределах 15 световых лет от Земли находится всего около 50 звезд, и большинство из них были бы непригодны для колонизации. В этой картине колонизация едва ли кажется стоящей того.)

Итак, вот сценарий, который объясняет, почему нас не посетили. Любая цивилизация, развивающая способность к крупномасштабной, экономической колонизации своего звездного окружения, неизбежно коллапсирует в течение нескольких тысяч лет, потому что ее темпы миграции не могут соответствовать ее росту. После краха цивилизация будет настолько лишена ресурсов, что не сможет предпринять вторую попытку колонизации. Цивилизации появляются и исчезают, и их здесь нет, потому что они никогда не выходят за пределы световой клетки.

Это мрачный сценарий — но неизбежен ли он? На самом деле, ловушка настолько очевидна, что можно было бы надеяться, что хотя бы одна технологически развитая цивилизация увидит ее и предпримет шаги, чтобы избежать ее. Одним из способов избежать ловушки было бы поддерживать чистый прирост населения на очень низком уровне, хотя тогда, возможно, возникли бы опасности, связанные со стагнацией цивилизации. Другим было бы ограничение роста после достижения пределов ресурсов, но разрешение быстрого роста на границе. Неужели не нашлось бы ни одной технологически развитой цивилизации, которая смогла бы увидеть экзистенциальную опасность неограниченного роста и обладала бы мудростью действовать соответственно. Не так ли?

Решение 16

Они меняют свое мнение

Никогда, никогда, никогда не сдавайтесь.

Уинстон Черчилль

Когда кто-то исследует галактическую колонизацию с помощью компьютерной модели, довольно легко забыть о реальности, которую модель должна представлять. В модели клеточного автомата, например, цивилизации каким-то образом возникают и с каждым «тиком» они расширяются, сжимаются или умирают; действие происходит на шахматной доске, и все выглядит так просто. Однако каждый тик часов соответствует огромным промежуткам реального времени. Если мы признаем, что путешествия быстрее скорости света невозможны, то даже самые технологически оптимистичные из нас должны признать, что колонизация — это долгосрочный проект. Путешествие — это только часть этого проекта. Достигнув пункта назначения, ВЦ вполне могут обнаружить, что планеты необходимо перестроить, чтобы обеспечить подходящее жизненное пространство — это неизбежно займет больше времени. Создание человеческой колонии на негостеприимной экзопланете, предположительно, заняло бы не менее тысячи лет; более реалистичная оценка заключается в том, что это заняло бы сто тысяч лет. Это мгновение ока в космических терминах и едва ли заслуживает упоминания в компьютерных моделях, где один «тик» представляет собой дюжину тысячелетий. Но с точки зрения реального мира это поднимает вопрос: вероятно ли, что какая-либо культура будет стабильной в течение десятков-сотен тысяч лет и, более того, будет продолжать выделять значительные ресурсы на программу расширения? Даже долгоживущая и устоявшаяся культура могла бы в какой-то момент изменить свои приоритеты. Столкнувшись с такими временными масштабами, они могли бы просто отказаться от идеи крупномасштабной колонизации.

Клаудиус Грос разработал несколько простых уравнений, управляющих динамикой популяций технологически развитых цивилизаций, учитывая, что эти цивилизации могут меняться по своему характеру. В формулировке Гроса новые цивилизации будут рождаться с некоторой скоростью, существующие цивилизации будут вымирать с некоторой скоростью, и будет некоторая скорость роста. Грос, однако, отказывается от предположения, что колонии расширяющейся цивилизации автоматически наследуют характеристики этой родительской цивилизации. Другими словами, колонии по какой-либо причине могут просто отказаться от колонизации; напротив, стагнирующие цивилизации могут по какой-либо причине решить возобновить экспансию. Собирая все эти различные скорости вместе, Грос показывает, что возможно, чтобы большая популяция экспансионистских — но изменчивых — ВЦ достигла стабильного равновесия.

Как признает сам Грос, мы ничего не знаем о различных числах, которые появляются в его уравнениях — скорости рождения и вымирания, скорости, с которой ранее расширявшаяся цивилизация меняет характер и стагнирует, и так далее — но работа вызывает мысль. Вероятно ли, что человеческое общество может быть стабильным на протяжении тысячелетий, будучи постоянно посвященным исследованию и экспансии? Если мы сомневаемся в этом относительно себя, мы можем сомневаться и в других. Может ли это объяснить, почему их здесь нет?

Решение 17

Мы — солнечные шовинисты

…солнца родины.

Руперт Брук, Солдат

Модели галактической колонизации неявно предполагают, что важными объектами в космосе являются стабильные, среднего возраста звезды типа G2, такие как Солнце, и водные планеты, такие как Земля. Но кто знает, где предпочла бы жить цивилизация, намного старше нашей? Даже если условия, подобные земным, необходимы для зарождения и ранней эволюции жизни, как только цивилизация становится технологически развитой и может построить для себя среду обитания, она может не захотеть оставаться на поверхности планеты, вращающейся вокруг заурядной звезды. Мы склонны думать, что ВЦ хотели бы заполучить в свои руки (щупальца, усики, что угодно) лучший кусок недвижимости, которым является наша Солнечная система, но это может быть просто отражением нашего солнечного и планетарного шовинизма. Возможно, различные модели галактической колонизации не ошибочны; возможно, они просто неприменимы.

Например, Дайсон однажды предположил, что цивилизация типа KII могла бы разорвать на части некоторые планеты в своей системе и использовать материал для создания сферы, которая окружает звезду. Таким образом, можно было бы использовать всю энергию звезды; сравните это с ситуацией на Земле, где мы перехватываем лишь миллиардную долю энергии, излучаемой Солнцем. Если бы эта цивилизация также была способна к межзвездным путешествиям, то, предположительно, она могла бы построить сферу Дайсона вокруг любой звезды, которую посетила. (Двигатель Шкадова, который мы кратко обсуждали в Решении 11, по существу является половиной сферы Дайсона.) Если бы это было так, зачем ей было бы возиться с нашим Солнцем, когда гораздо больше энергии доступно от звезд спектрального класса O? Звезда O5 примерно в 800 000 раз ярче Солнца; сфера Дайсона вокруг такой звезды могла бы собирать почти в $1 0^{18}$ раз больше солнечной энергии, чем мы можем здесь, на Земле. Возможно, тогда развитые ВЦ являются кочевниками, путешествующими от звезды типа O к звезде типа O в кораблях поколений. Они могли бы прибыть, наслаждаться обильным энергоснабжением в течение нескольких миллионов лет жизни звезды, а затем улететь до того, как звезда станет сверхновой. Яркие звезды типа O создают неподходящие условия для эволюции жизни, потому что они умирают так быстро, но они могут быть звездами выбора для цивилизаций KII.

Понадобились бы цивилизациям KII вообще звезды? Возможно, они добывают энергию из квантового вакуума или извлекают энергию из черных дыр. Они могли бы жить в своих кораблях поколений, никогда не чувствуя необходимости ступать ногой (или инопланетным педальным эквивалентом) на поверхность планеты. Большинство моделей галактической колонизации основаны на аналогии: колонизация Америки европейцами или островов Тихого океана полинезийцами. Возможно, лучшей аналогией для колонизации была бы миграция жизни из воды на сушу. Точно так же, как рыба не встречается с птицей, возможно, ВЦ не встретятся с нами. Возможно, они колонизируют космос, но не беспокоятся о колонизации нашего конкретного куска недвижимости; другие места для них более привлекательны.

Решение 18

Инопланетяне — «зеленые»

Живи дома.

Джордж Вашингтон Карвер

Возможно, вопрос Ферми — «Где все?» — черпает свою силу из нашего интуитивного ощущения того, как должна протекать галактическая колонизация: цивилизация развивается на одной планете, а затем колонизирует второй мир; этот мир колонизирует еще две планеты; каждая из этих планет колонизирует еще два мира… и довольно скоро Галактика кишит разумной жизнью. Это картина колонизации, которая проистекает из нашей собственной истории: наши предки нерешительно вышли из Африки, сумели основать жизнеспособные колонии на других континентах, а затем распространились по всему земному шару. Наш охват сейчас впечатляет: Дубай — это потрясающий мегаполис, поднимающийся из песков пустыни; самые большие круизные лайнеры перевозят через океаны столько же пассажиров, сколько проживает в маленьком городке, где я живу; есть даже постоянно действующие исследовательские станции в Антарктиде, самом негостеприимном месте на Земле. Разве ВЦ не будут колонизировать нашу Галактику так же, как люди колонизировали Землю?

История успеха человечества, возможно, лучше всего иллюстрируется ростом нашей популяции. Как видно из Рисунка 4.7, рост следует экспоненциальной кривой. Я еще не встречал никого, кто мог бы посмотреть на эту кривую и не прийти к выводу, что что-то должно измениться: если так будет продолжаться, то через столетие или два останется только стоячее место.

Рис. 4.7 Рост населения Земли на протяжении истории имеет несколько незначительных скачков; провал примерно в 1350 году, например, связан с Черной смертью — пандемией, унесшей жизни где-то в районе 100 миллионов человек. По сути, однако, население Земли росло экспоненциально. Оно не может делать это бесконечно. (Общественное достояние)

Конечно, мы не достигнем такой крайности населения; вопрос в том, какой фактор вмешается, чтобы обуздать рост населения? Некоторые авторы утверждают, что экологическая катастрофа станет пределом роста населения, и если они правы, то будущее не будет приятным для следующих нескольких поколений. Проблема усугубляется тем, что не только наше население растет, но и каждый человек потребляет больше. Поскольку все больше и больше людей стремятся к западному уровню потребления, а само западное потребление становится все более экстравагантным, нагрузка на ограниченные ресурсы планеты, несомненно, должна возрасти. Благодаря ученым, таким как Норман Борлоуг, современные сельскохозяйственные практики позволили накормить гораздо больше ртов, чем когда-то считалось возможным — но сможем ли мы накормить десять миллиардов человек, если все они захотят питаться по-американски? Благодаря современным инженерным технологиям мы можем управлять водными ресурсами гораздо эффективнее, чем в прошлом — но если засуха поразит регион, сможем ли мы утолить жажду людей? Благодаря достижениям в технологии мы можем генерировать больше энергии сейчас, чем когда-либо прежде — но сможем ли мы генерировать достаточно энергии, чтобы удовлетворить будущий спрос? Мы потребляем больше энергии, больше воды, больше еды… мы — Homo consumens. И это не может продолжаться.

Рис. 4.8 Народ Рапа-Нуи вырезал 887 моаи в период между 1250 и 1500 годами. Средняя высота моаи составляет 4 м, а типичный вес — 12,5 тонн. Точно неизвестно, зачем народ Рапа-Нуи делал эти резные фигурки, но их создание и транспортировка, должно быть, требовали значительных ресурсов и концентрации цивилизации. Островитяне опрокинули моаи после краха их цивилизации. (Фото: Ариан Цвегерс)

Загадочный случай острова Пасхи Остров Пасхи, или Рапа-Нуи, чрезвычайно удален: ближайшая континентальная точка находится более чем в 3500 км в Чили. Тем не менее, полинезийские мореплаватели поселились там в первом тысячелетии нашей эры и развили процветающую культуру. Когда прибыли первые полинезийцы, остров был покрыт густым лесом; к 1650 году лес исчез, вырубленный островитянами. В 1650 году население острова Пасхи начало сокращаться с пика в 15 000 человек; когда в 1722 году прибыли первые европейцы, население сократилось, возможно, до 2000 человек. Причина коллапса Рапа-Нуи до сих пор является предметом споров, но кажется вероятным, что вырубка лесов сыграла большую роль: островитяне больше не могли строить приличные лодки, и поэтому их способность ловить рыбу была подорвана. Кроме того, исчезновение деревьев вызвало коллапс популяции наземных и морских птиц. Число и разнообразие источников пищи островитян сократились. Развивалась ли цивилизация Рапа-Нуи неустойчивым образом?

Мы уже видели при обсуждении световой клетки, что быстрый рост неустойчив. Хакк-Мисра и Баум предполагают, что парадокс Ферми не говорит нам об отсутствии внеземных цивилизаций (ВЦ) — скорее, он говорит нам об отсутствии быстрорастущих ВЦ. Если ВЦ растет экспоненциально, она достигает предела световой клетки, как предложено Макиннесом; она живет быстро, умирает молодой, и поэтому мы ее не видим. (Хотя, если бы космическая цивилизация знала, что ей суждено умереть, разве она не попыталась бы хотя бы сделать передачу с «кладбища» или развернуть какой-то сигнал, чтобы предупредить других и сообщить Вселенной, что они, на короткое время, были великими? Мы ничего не слышали.) Альтернатива — очень медленный, устойчивый рост, и мы не увидим цивилизаций, которые следуют по этому пути, потому что у них не было бы времени добраться до нас; если они и двинутся в Галактику, то это будет процесс диффузии, который, как показали Ньюман и Саган (см. стр. 91), включает мучительно долгие временные масштабы.

Аргумент Хакк-Мисры и Баума находит отклик, потому что он затрагивает проблемы, которые становятся все более важными для человеческого общества. Экспоненциально растущий аспект наших моделей потребления вполне может привести к краху нашей цивилизации, и тогда уже не люди будут колонизировать Галактику. Но могут ли вопросы устойчивости действительно объяснить парадокс Ферми? Я не убежден.

Ближайшие несколько десятилетий, несомненно, преподнесут нам проблемы. Тем не менее, при некоторой удаче, большом количестве доброй воли и, возможно, еще нескольких ученых, таких как Норман Борлоуг, человеческая цивилизация сможет избежать коллапса, вызванного перенаселением и чрезмерным потреблением. Мы уже можем быть в некоторой степени уверены, что экспоненциальный рост населения не продолжится: рождаемость снижается во многих странах уже несколько лет, и хотя особенность демографии означает, что общее число людей на Земле будет продолжать расти некоторое время, есть все шансы, что население мира стабилизируется где-то в середине этого века, а затем начнет падать. Действительно, самой насущной трудностью может быть не экспоненциально растущее население, а снижающаяся рождаемость. Это уже признано проблемой в Германии, где рождаемость составляет всего 1,36 ребенка на женщину: как небольшое число молодых людей сможет генерировать ресурсы для ухода за большим числом пожилых людей? Соедините стабильное или сокращающееся мировое население с достижениями науки, техники и вычислительной техники — достижениями, которые, кажется, следуют своей собственной экспоненциально растущей кривой — и мы получим рецепт устойчивой цивилизации. Если бы это произошло, экспансионистские цивилизации западного типа колонизировали бы значительную часть планеты, не потерпев краха или стагнации; медленно растущие человеческие цивилизации (Хакк-Мисра и Баум упоминают в этом отношении народ !кунг-сан пустыни Калахари) в некотором смысле проиграли бы. Собственная история Земли предоставила бы контрпример решению парадокса Ферми, основанному на устойчивости. Кроме того, важно признать, что по мере расширения цивилизации расширяются и доступные ей ресурсы; при достаточной мудрости и изобретательности (ресурсы, которых, к сожалению, всегда может не хватать) цивилизация может избежать предела световой клетки. В частности, как мы увидим в Решении 22, цивилизации нужно лишь просуществовать достаточно долго, чтобы создать один самовоспроизводящийся зонд, прежде чем она сможет, в принципе, исследовать Галактику полностью устойчивым способом.

Если человеческая цивилизация сможет выжить и достичь стадии, когда межзвездные исследования станут возможными, то у нас есть шанс исследовать Галактику — и сделать это «зеленым» способом. И если мы верим, что сможем сделать это в будущем, тогда мы должны верить, что другие, гораздо более древние цивилизации могли сделать это в прошлом. Вернемся к парадоксу.

Решение 19

Они остаются дома…

Нет места лучше дома.

Дж. Х. Пейн

Одно из самых захватывающих событий моего детства произошло 20 июля 1969 года. Мой отец разбудил меня, чтобы посмотреть, как Нил Армстронг и Базз Олдрин высаживаются на Луну. Я думаю, большинство людей моего возраста испытали такое же благоговение, когда увидели посадку «Аполлона-11». Десятилетия спустя нам не хватает готовности и мотивации повторить это предприятие. С тех пор как Джин Сернан стряхнул лунную пыль со своих ботинок в 1972 году, никто не ступал на Луну, и нет никаких определенных планов, чтобы кто-либо это сделал. Некоторые энтузиасты космоса продолжают проводить ценную работу по определению факторов, необходимых для пилотируемого полета на Марс, но такой полет вряд ли состоится в ближайшее время. Предположение, разделяемое многими, включая меня, заключается в том, что разумные виды, такие как наш, неизбежно будут расширяться в космос — так почему же мы не там? Возможно, это предположение неверно. Возможно, неудачное сочетание факторов — апатия, возможно; экономика, почти наверняка; и, возможно, возрастающая способность собирать информацию из космоса без необходимости путешествовать — означает, что ВЦ остаются дома. Дело не в том, что они «зеленые», или им не хватает технологий, или они обеспокоены последствиями неограниченного роста. Просто они никогда не доходят до обширного освоения космоса. Возможно, это довольно печальное решение парадокса Ферми.

Есть основания надеяться, что приостановка пилотируемых космических полетов — это просто пауза. По мере совершенствования технологий путешествия в космос станут дешевле, безопаснее и будут происходить чаще. И не обязательно государственные агентства будут единственными поставщиками транспортных услуг. Роберт Хайнлайн давно представлял себе возможности предпринимательского освоения космоса, и мы уже видели первого космического туриста: в 2001 году Деннис Тито заплатил 20 миллионов долларов российской космической программе за привилегию провести восемь дней на орбите на Международной космической станции. Это не значит, что частные космические путешествия просты. В течение некоторого времени выход за пределы земного притяжения, вероятно, останется делом государств, а не компаний или благотворительных фондов. Например, в феврале 2013 года фонд Тито Inspiration Mars Foundation объявил, что надеется запустить пилотируемую миссию облета Марса в 2018 году; к декабрю 2013 года стало ясно, что такая миссия будет невозможна без значительного участия НАСА. А Ричард Брэнсон пообещал в 2004 году, что его Virgin Galactic скоро станет первой в мире коммерческой космолинией; десять лет и несколько неудачных стартов спустя прототип сумел подняться примерно на половину высоты, которой достиг Феликс Баумгартнер на воздушном шаре. Тем не менее, вполне вероятно, что интересы туризма могут присоединиться к интересам науки и высокотехнологичной промышленности в продвижении пилотируемых космических полетов в ближайшие годы.

Не все культуры экспансионистские Наиболее часто приводимым примером изоляционистской цивилизации является Китай времен династии Мин.

Династия Мин была основана в 1368 году Чжу Юаньчжаном, который стал императором Хунъу (что в переводе означает Чрезвычайно Воинственный). Под его властью, а позже и под властью императора Юнлэ, Китай расширил свою империю. Император Юнлэ и его преемник, император Сюаньдэ, отправили великого адмирала и исследователя Чжэн Хэ в семь замечательных путешествий. Путешествия привели его в Индию, Персидский залив и на побережье Восточной Африки. Чжэн Хэ командовал одной из величайших армад в истории — в его первом путешествии 60 из 317 кораблей были 400-футовыми «Кораблями сокровищ»; это, должно быть, было впечатляющее зрелище — и, несомненно, Китай был ведущей морской державой того времени. Действительно, Китай, вероятно, был самой технологически развитой страной на Земле. Но после смерти Чжэн Хэ и императора Сюаньдэ, и по причинам, которые до сих пор обсуждаются, Китай прекратил свою экспансионистскую политику, запретил внешнюю торговлю и встал на путь самоизоляции.

В долгосрочной перспективе есть убедительная причина, по которой мы должны создать жизнеспособные независимые колонии, скажем, на Марсе или в средах обитания О’Нила: это помогло бы обеспечить выживание человечества в случае катастрофы на Земле. В последние годы мы стали понимать, насколько опасным может быть наша планета. Удар крупного метеорита уничтожил бы нас так же эффективно, как удар Чиксулуб уничтожил динозавров. После извержения супервулкана наша технологическая цивилизация рухнула бы. Изменение климата, какой бы ни была причина, могло бы разрушить наш образ жизни. За время письменной истории человечества здесь, на Земле, было относительно спокойно, но наша история соответствует всего лишь нескольким секундам Вселенского Года. Верить, что Земля — спокойное и безмятежное место, потому что мы никогда не видели ее другой, — значит занимать позицию человека, который прыгает с крыши высокого здания и полагает, что, поскольку 29 из 30 этажей пройдены без происшествий, с ним все будет в порядке.

В еще более долгосрочной перспективе имеет смысл основать колонии вокруг других звезд на случай, если что-то случится с Солнцем. Выброс корональной массы всего в несколько раз мощнее самой интенсивной солнечной вспышки в истории вызвал бы у нас серьезные проблемы. В конечном итоге, если бы наш вид выжил достаточно долго, он стал бы свидетелем того, как Солнце сходит с главной последовательности на пути к превращению в красного гиганта, и это действительно заставило бы сменить дом. (Цукерман показал, что если Галактика содержит от 10 до 100 долгоживущих цивилизаций, то почти наверняка хотя бы одна из них была бы вынуждена мигрировать из-за смерти своей звезды. Если таких цивилизаций 100 000, то Галактика должна была быть полностью колонизирована цивилизациями, чьи родные звезды сошли с главной последовательности.)

Человечество не то чтобы сломя голову устремилось в космос, но, безусловно, еще слишком рано говорить, что мы никогда не предпримем космические путешествия. Наша цивилизация обладает возможностью запускать космические аппараты всего несколько десятилетий; в контексте парадокса Ферми мы должны мыслить категориями тысяч или миллионов лет. И хотя, вероятно, бесполезно рассуждать о мотивах предполагаемых инопланетян, кажется, существует универсальная логика в создании, если не межзвездных колоний, то хотя бы колоний за пределами родного мира. Вид со всеми яйцами в одной планетарной корзине рискует превратиться в омлет. Неужели технологически развитые ВЦ не двинутся, пусть и нерешительно, в космос?

Идея о том, что все ВЦ остаются дома, кажется (по крайней мере, мне) маловероятной — если только нет веской причины, по которой им следует оставаться дома…

Решение 20

… и Серфить в Сети

Человечество

Не может вынести слишком много реальности.

Т. С. Элиот, «Бернт Нортон», Четыре квартета

Гипотеза планетария (см. стр. 66) — это предположение Бакстера о том, что мы существуем в виртуальной реальности; вселенная кажется лишенной жизни, потому что продвинутые ВЦ сконструировали нашу реальность так, чтобы она выглядела именно так. Мы можем перевернуть гипотезу планетария, чтобы предоставить менее параноидальное разрешение парадокса Ферми: возможно, ВЦ создают виртуальные реальности для собственного использования. Возможно, мы не слышим их, потому что они остаются дома и взаимодействуют с сконструированной реальностью, более интересной и приносящей удовлетворение, чем «реальная» реальность.

Легко придумать сценарии, в которых ВЦ может выбрать отстранение от реального мира и вместо этого обитать в виртуальном. Например, предположим, их физики открывают теорию всего, их биологи прослеживают происхождение жизни до ее химических основ, их астрономы накапливают богатство наблюдательных данных, которые соответствуют их космологической модели, их экономисты наконец понимают что-то значимое, а их философы объединяют все это в единую теорию знания. Короче говоря, предположим, они приходят к выводу, что их наука завершена. Кроме того, предположим, что вычислительная мощность, доступная этой ВЦ, намного превышает нашу: их симуляции могут обеспечить удовлетворительные, богатые сенсорные переживания. Наконец, что если такая цивилизация решила, что межзвездные путешествия, хотя и возможны, слишком сложны, дороги или скучны, чтобы стоить усилий? Возможно, при таких обстоятельствах они прекратили бы исследования. Вместо этого они могли бы предпочесть исследовать почти безграничные возможности искусственных реальностей.

Мы не имеем представления, вероятен ли такой сценарий. Некоторые утверждают, что процесс науки никогда не закончится, что всегда будет какое-то новое знание для открытия цивилизацией и какие-то новые интеллектуальные горизонты для исследования. Но возможно, что Вселенная подчиняется небольшому набору законов и что явления, возникающие из этих законов, относительно немногочисленны. Возможно, долгоживущее технологическое общество в конечном итоге обнаружит, что его наука по существу завершена. В таком случае, предпочли бы они исследовать внутренний космос, а не внешний? Другие утверждают, что невозможно создать виртуальные реальности, столь же убедительные, как та реальность, в которой мы живем. Вспомним наше обсуждение гипотезы планетария: создание виртуальной реальности, способной обмануть развитую цивилизацию, требует невозможного количества вычислительной мощности. Но это упускает суть. Мы здесь не говорим о планетарии Бакстера. Вычислительная мощность, необходимая для удовлетворения знающих участников, намного меньше, чем требуется для обмана человечества. Другими словами, разработчики симуляции могли бы срезать углы. Им не нужно было бы вычислять триллионы взаимодействий в эксперименте по физике частиц; не нужно было бы моделировать результаты расчетов сворачивания белков; не нужно было бы представлять результаты наблюдений гравитационного микролинзирования. Их ученые уже получили бы это знание в «реальной» вселенной. Поскольку участники виртуальной реальности не стали бы «пинать стены» симуляции, разработчики могли бы сосредоточиться на создании удовлетворительных, убедительных и творческих реальностей.

Я предполагаю, что если бы наша собственная технология это позволяла, большая часть из нас предпочла бы жить в виртуальной реальности. Разве вы не захотели бы проводить там время, если бы симуляция могла предоставить вам безопасный, но идеальный сенсорный опыт ходьбы по поверхности Марса, или погони динозавров, или забивания победного гола в финале Кубка? Это было бы бесконечно лучше, чем телевизор — а подумайте, сколько времени мы тратим на него.

Сценарий цивилизации, сидящей дома и серфящей в Сети, кажется мне тревожно правдоподобным будущим для человечества, но он сам по себе не решает парадокс Ферми. Это пример социологического условия, которое должно применяться к каждому технологическому виду, чтобы оно сработало. Мы можем прийти к предпочтению виртуальной реальности, но почему домоседство должно быть универсальной характеристикой разумных видов?

И даже для общества, которое считает свое понимание физической вселенной полным, все еще существует возможность узнать новое, взаимодействуя со вселенной: открытие искусства, истории и философии инопланетной цивилизации — это не то, чего можно достичь, оставаясь дома. Для этого ВЦ должны исследовать, либо напрямую, либо с помощью зондов. Или, по крайней мере, она должна попытаться вступить в диалог. Неужели хотя бы одна цивилизация не попыталась бы?

Решение 21

Против Империи

Человек, который хочет быть человеком,

Должен править империей самого себя.

Перси Биши Шелли, Политическое величие

Сербский астроном Милан Чиркович — один из самых вдумчивых и плодовитых авторов по парадоксу Ферми. Чиркович указывает, что вся предпосылка галактической колонизации может быть ошибочной. Возможно, развитая технологическая цивилизация будет мотивирована чем-то совершенно иным, нежели необходимостью расширяться.

Чиркович приводит несколько причин, почему неправильно думать о развитии ВЦ в имперских терминах. Во-первых, как мы увидим на стр. 194, есть основания полагать, что сложная технологическая цивилизация с высокой вероятностью совершит переход к постбиологической стадии. Существуют различные формы, которые может принять этот переход — возможно, разум будет «загружен» в кремний; тела на основе углерода могут слиться с роботами на основе металла; существует множество возможностей, как исследовали несколько писателей-фантастов, — но, как бы ни происходил переход, различные биологические императивы будут поставлены под сомнение. Будут ли у существ в постбиологическом будущем генетическое наследие для передачи, биологически определенный пол для поддержания, младенцы для защиты? И если экспансия и колонизация коренятся в таких явлениях, то устранение биологического давления устранит и стремление колонизировать космос. (Мне неясно, действительно ли все давления отбора устранены в этом сценарии, но здесь мы находимся на границах спекуляций.) Чиркович утверждает, что постбиологические цивилизации будут мотивированы иным определением успеха: он будет измеряться не степенью контроля над пространством, а скорее степенью контроля над субстратом их окружения. В частности, успех, вероятно, будет измеряться количеством и качеством доступных им цифровых вычислений.

Во-вторых, следует более приземленный аргумент: стоимость. Если наше нынешнее понимание физики верно, и нет коротких путей к межзвездным путешествиям, то колонизация вряд ли будет дешевой. Кроме того, мы уже видели, как несколько авторов указали на потенциальные ловушки неограниченного роста. Если мы можем видеть это сейчас, то другие ВЦ также увидят эти риски на ранних стадиях своего развития. Чиркович утверждает, что технологические цивилизации сознательно выберут иной путь развития — возможно, основанный на модели «города-государства», а не имперской.

В-третьих, это этический аргумент: почувствовал бы вид или его постбиологические потомки, что они имеют право влиять на биосферу чужого мира? Дилемма исследования против потенциального планетарного загрязнения уже обсуждается. Разве этичная цивилизация не выбрала бы путь развития, который избегает этой дилеммы? Разве «город-государство» не перевесит «империю» по этическим соображениям?

В-четвертых, это политический аргумент: империализм может превратиться в тиранию. Некоторые футурологи считают, что глобальный тоталитаризм представляет одну из самых серьезных экзистенциальных угроз для технологически сложного общества. В частности, искусственная сущность, прошедшая некий неконтролируемый процесс повышения интеллекта, потенциально может сформировать синглетон, используя термин Ника Бострома. «Хороший» синглетон может быть полезен. «Плохой» синглетон был бы абсолютно катастрофическим: глобальный, стабильный и долгоживущий тоталитарный режим был бы кошмаром. (Вспомните ту леденящую душу строку из «1984» Оруэлла: «Если вы хотите представить себе будущее, вообразите сапог, топчущий человеческое лицо — вечно».) Это, безусловно, судьба, которой захотят избежать все цивилизации. Чиркович утверждает, что поскольку политика, основанная на модели города-государства, в целом с большей вероятностью позволяет избежать этой судьбы, чем та, что основана на модели империи, ВЦ будут склоняться к выбору первой. (Опять же, мне это неясно. Я могу представить ситуации, в которых риски обратны.)

В-пятых, это вывод, сделанный из нашего собственного опыта (предполагая, что мы можем с пользой применить какие-либо уроки человеческой истории к проблеме внеземного разума): колониальная экспансия не была правилом для человеческих обществ. Успешные цивилизации, основанные на парадигме города-государства, появились в долине Инда, Вавилонии, Древней Греции, Майяской Мексике, средневековой Италии, Германии … люди не движимы стремлением к империи. И точно так же, как цивилизации городов-государств на Земле занимаются торговлей, общаются с соседями и интересуются внешним миром, мы можем ожидать, что ВЦ будут открытыми, любознательными и жаждущими знаний. Они могут захотеть поделиться знаниями со своими соседями, а не покорять их.

Мы не видели никаких признаков межзвездной империи. Это может быть по одной или нескольким причинам, которые мы обсуждали в предыдущих Решениях. Но, возможно, это потому, что — по одной или нескольким из упомянутых выше причин — ВЦ не строят империи. Может ли парадокс Ферми говорить нам, что цивилизации вместо этого строят «города-государства»?

Решение 22

Зонды Брейсвелла-фон Неймана

…Я смотрел на эти самые небеса,

И исследовал их необъятность….

Роберт Браунинг, Рождественский вечер

Из многих вкладов фон Неймана в науку (частичный список можно найти на стр. 33), возможно, наиболее важными были в теории вычислений. Он заинтересовался вычислениями в Лос-Аламосе, где отвечал за расчеты, необходимые для проектирования бомбы. Для помощи команде фон Неймана в ее задачах были разработаны примитивные вычислительные машины; после войны фон Нейман обратил свой взор на то, что требовалось от более универсальных вычислительных машин. Его размышления привели ко многим фундаментальным принципам практических вычислений, и большинство современных компьютеров, основанных на общей логической схеме и режиме работы, которые он отстаивал, известны как машины фон Неймана.

Вопросы, связанные с проектированием универсальной вычислительной машины, привели фон Неймана к еще большему вопросу: что такое жизнь?

Рис. 4.9 Джон фон Нейман (справа) в беседе со Станиславом Уламом (слева) и Ричардом Фейнманом. Все трое сыграли важную роль в разработке компьютеров, использовавшихся в Лос-Аламосе. (Фото: Американский институт физики, Визуальные архивы Эмилио Сегре)

В качестве шага к ответу на него он разработал идею самовоспроизводящегося автомата, устройства, которое могло бы (а) функционировать в мире и (б) создавать свои копии. (Такое устройство также иногда называют «машиной фон Неймана», но это приводит к путанице с машиной фон Неймана — архитектурой в основе современных компьютеров. Я буду использовать термин «самовоспроизводящийся автомат», когда буду ссылаться на это гипотетическое устройство.) В схеме фон Неймана автомат имеет две логически различные части. Во-первых, у него есть конструктор, который манипулирует материей в своей среде для выполнения задач. Универсальный конструктор способен создавать что угодно, включая создание единиц, которые он затем может использовать для сборки своей копии, при наличии соответствующих инструкций. Во-вторых, у него есть программа, хранящаяся в своего рода банке памяти, которая содержит инструкции, необходимые конструктору.

Автомат может воспроизвести себя следующим образом. Программа сначала приказывает конструктору сделать копию инструкций программы и поместить копию в держатель. Затем она приказывает конструктору сделать свою копию с чистым банком памяти. Наконец, она приказывает конструктору переместить копию программы из держателя в банк памяти. Результатом является воспроизведение исходного устройства. Воспроизведенное устройство может функционировать в той же среде, что и оригинал, и само способно к самовоспроизведению.

Конечно, фон Нейман не мог дать явных деталей того, как построить самовоспроизводящийся автомат. (Даже сегодня мы далеки от возможности построить такое устройство, хотя кажущееся сближение нескольких технологий предполагает, что мы сможем сделать это через несколько десятилетий. Когда я писал первое издание этой книги, понятие «3D-принтер» было фантастическим. Чуть более десяти лет спустя магазины 3D-печати появились на главных улицах. Другие релевантные технологии развиваются так же быстро.) Но фон Нейман не интересовался точными инженерными деталями конкретных механизмов; скорее, его интересовали логические основы самовоспроизводящихся систем. В лекции, впервые прочитанной в 1948 году, он обсудил актуальность самовоспроизводящихся автоматов для вопроса о жизни. Он утверждал, что живая клетка, когда она воспроизводится, должна следовать тем же основным операциям, что и самовоспроизводящийся автомат. В живых клетках должен быть конструктор и должна быть программа. Он был прав. Теперь мы знаем, что нуклеиновые кислоты играют роль программы, а белки — роль конструктора. Все мы — самовоспроизводящиеся автоматы. (Мы обсудим функцию нуклеиновых кислот и белков позже; см. стр. 271.) Однако здесь нас беспокоит не то, что самовоспроизводящиеся автоматы фон Неймана могут рассказать нам о жизни. Скорее, вопрос в том, могут ли ВЦ использовать такие автоматы для распространения по Галактике.

Еще в 1980 году Роберт Фрейтас ¹⁵⁵ набросал контуры самовоспроизводящегося межзвездного зонда, а Фрэнк Типлер обсудил актуальность самовоспроизводящихся автоматов для галактических исследований. Основная идея заключается в том, что ВЦ может распространиться по всей Галактике, запустив самовоспроизводящиеся. (Эти устройства обычно называют просто зондами фон Неймана в литературе. Однако, насколько мне известно, фон Нейман никогда не рассматривал зонды в контексте межзвездных путешествий. Первым человеком, предложившим, что зонды могут быть полезны для межзвездной связи, был Рональд Брейсвелл. Хотя зонд Брейсвелла не обязательно должен быть самовоспроизводящимся автоматом, добавление возможности самовоспроизведения к такому зонду значительно повышает его эффективность. Кажется разумным называть эти устройства зондами Брейсвелла-фон Неймана.)

Зонд не обязательно должен быть единым устройством (действительно, лучше рассматривать его как совокупность различных устройств, которые вместе обладают общей способностью к воспроизводству), но он не обязательно должен быть огромной машиной. В сценарии, набросанном Типлером, зонд Брейсвелла-фон Неймана может быть небольшим: полезная нагрузка может быть не чем иным, как самовоспроизводящимся автоматом — с универсальным конструктором и интеллектуальной программой — и базовой двигательной установкой для использования в целевой системе. После прибытия к целевой звезде программа инструктирует зонд найти подходящий материал, с помощью которого он сможет воспроизвести себя и сделать копии двигательной установки. Если бы планетная система напоминала нашу собственную, то для конструктора было бы много сырья: астероиды, кометы, планеты и пыль можно было бы раздробить и использовать. При необходимости радиосигналы с родной планеты могли бы отправлять исправления в программу, так что программное обеспечение зонда никогда не устареет. Вскоре после прибытия появится множество зондов, каждый из которых будет выполнять некоторую заранее запрограммированную задачу. Некоторые могли бы исследовать планетную систему, отправляя научные данные на родной мир. Некоторые могли бы построить подходящую среду обитания для последующей колонизации родным видом. Некоторые могли бы даже вырастить представителей исходного вида из замороженных эмбрионов, хранящихся в качестве части полезной нагрузки (или, как мы увидим на стр. 121, они могли бы восстановить целую биосистему из программ, передаваемых с родного мира). А некоторые двинулись бы к другой звезде, где процесс повторялся бы до тех пор, пока каждая звезда в Галактике не была бы посещена.

Типлер утверждал, что если зонды будут перемещаться между звездами с довольно солидной скоростью c/40, и если распространение зондов будет направленным, а не случайным, то волна колонизации может прокатиться по Галактике примерно за 4 миллиона лет — период, который соответствует всего 2 часам 33 минутам Вселенского Года. Как и следовало ожидать, это время намного короче времени колонизации в моделях Ньюмана-Сагана, Фогга, Бьорка и Котты-Моралеса. Зондам не нужно оставаться в планетной системе и ждать инструкций от колонистов о том, как действовать: у них уже есть свои инструкции. Время галактической колонизации коротко, потому что процесс планируется как эффективный. Первоначальный анализ Типлера был, возможно, чрезмерно оптимистичным, но ряд более поздних исследований, кажется, подтверждают основной результат: самовоспроизводящиеся зонды, путешествующие с довольно малой долей скорости света, могут колонизировать Галактику за 5-10 миллионов лет.

Колонизация с помощью зондов не только быстра, но и дешева. Большинство рассмотренных ранее моделей неявно предполагали, что планетные системы будут исследоваться и колонизироваться живыми существами – дорогостоящее занятие, поскольку полезная нагрузка должна содержать пищу, воду, системы жизнеобеспечения и так далее. У зондов этой проблемы нет. Внеземной цивилизации (ВЦ) необходимо сконструировать первые несколько зондов и отправить их, но после этого Природа берет на себя расходы по предоставлению сырья для продолжения процесса.

Можно ли когда-нибудь построить такой зонд? В принципе, это возможно. Космический корабль, содержащий достаточное количество человеческих пар, соответствующие системы жизнеобеспечения, сохраненные знания в виде больших баз данных и сложную бортовую фабрику, представлял бы собой зонд Брейсвелла-фон Неймана. Это было бы непрактично, конечно: упомянутые выше экономические выгоды исчезли бы из-за необходимости кормить, укрывать и развлекать пассажиров-людей. Однако в принципе это сработало бы: система могла бы воспроизводить себя и продолжать процесс исследования. Хитрость в создании более практичного зонда Брейсвелла-фон Неймана заключалась бы в замене людей какой-либо формой искусственного интеллекта. Безусловно, существуют значительные технические и инженерные препятствия, которые необходимо преодолеть, но это тот тип технологии, который человечеству придется разработать, если мы хотим исследовать и осваивать, например, Пояс астероидов или Облако Оорта. И если в ближайшие несколько столетий мы сможем использовать зонды для межпланетных исследований и освоения, то, несомненно, технологическая цивилизация, опережающая нас на тысячи или миллионы лет, могла бы разработать межзвездные зонды. Кажется, нет никаких фундаментальных причин, почему они не могли бы.

Колонизация Галактики с помощью зондов технологически возможна; она быстра; и она дешева. Даже если целью является контакт, а не колонизация, Брейсвелл показал, что существуют обстоятельства, при которых зонды более эффективны, чем радиосигналы. Так что, как спросил бы Ферми: где зонды?

Мы затронули этот вопрос в главе 3, когда обсуждали возможное использование зондов в направленной панспермии и когда рассматривали места, где мог бы спрятаться зонд-наблюдатель. Но такие зонды не относятся к типу Брейсвелла-фон Неймана, то есть к зондам, способным разбирать планеты, осуществлять проекты астроинженерии и колонизировать Галактику за космологическое мгновение ока. Хотя мы не можем исключить существование зондов-наблюдателей в Солнечной системе прямо сейчас, мы бы наверняка заметили, если бы самовоспроизводящийся зонд, нацеленный на колонизацию, посетил Солнечную систему. Нет никаких свидетельств такой деятельности и в других местах Галактики.

Даже если бы у ВЦ была возможность создавать зонды Брейсвелла-фон Неймана, обязательно ли она решила бы использовать эту технологию? В конце концов, это не совсем безрисковая технология. Зонды размножаются, как живые существа, а не копируются, как кристаллы, поэтому неизбежно будут ошибки воспроизведения. Будут мутации. Зонды будут эволюционировать, так же, как эволюционируют биологические существа. Галактика вскоре могла бы стать домом для разных «видов» зондов, каждый со своим пониманием своих целей. Существовал бы риск, например, возвращения зонда в родную систему и неузнавания ее — плохая новость для ВЦ, если приказ зонда — разбирать планеты и использовать материал для постройки чего-то другого. Но является ли это риском, от которого отказывается каждая ВЦ, проблемой, которую не может решить каждая ВЦ? Мое чутье подсказывает, что любая цивилизация, достаточно развитая, чтобы создать эффективный зонд Брейсвелла-фон Неймана, обладала бы технологической смекалкой, чтобы ввести необходимые меры безопасности.

Поскольку колонизация Галактики с помощью зондов кажется простой, по крайней мере, на бумаге, некоторые авторы утверждают, что существует неизбежная мотивация для ВЦ заниматься колонизацией: если мы этого не сделаем, это сделает какой-то другой вид. Другими словами, застолбите свои права пораньше. (Такого рода аргумент мог бы понравиться фон Нейману, который был ярым сторонником превентивного ядерного удара. В интервью репортеру журнала Time фон Нейман сказал: «Если вы говорите, почему бы не разбомбить их завтра, я говорю, почему бы не сегодня? Если вы говорите в пять часов, я говорю в час». Мы должны быть благодарны, что в 1950-х и 1960-х годах возобладали более мудрые советы, чем у фон Неймана.) Возможно, Чиркович прав, и мы можем надеяться, что разумные виды разовьются до стадии, когда у них не будет стремления владеть каждой звездой, населять каждую планету и заселять свою галактику

существами, точно такими же, как они сами. Тем не менее, достаточно одной ВЦ, чтобы рассудить, что не стоит рисковать потерей всей этой недвижимости… Действительно, технология зондов кажется настолько простой, по крайней мере, на бумаге, что нам не нужно думать о целых цивилизациях, занимающихся колонизацией. Возможно, подгруппы действительно продвинутой ВЦ имели бы возможность колонизировать галактику. Почему одна из этих подгрупп не попыталась колонизировать нашу Галактику, или распространить свою конкретную религию, или просто распространиться, чтобы минимизировать экзистенциальные риски?

Обсуждение зондов Брейсвелла-фон Неймана имеет отношение к любому обсуждению парадокса Ферми, но вы можете спросить, почему я представляю его в части книги, посвященной решениям парадокса. Что ж, удивительное количество людей, похоже, верит, что технология зондов действительно разрешает парадокс. Они утверждают, что мы не видим инопланетян, потому что они скорее отправят зонды, чем сами будут путешествовать на межзвездные расстояния. Конечно, это совершенно упускает суть. Вопрос Ферми относится либо к инопланетянам, либо к продукту инопланетных технологий. В конце концов, если бы мы обнаружили в космосе объект, который был явно искусственным, но не сделанным нами, то мы могли бы сделать вывод о существовании цивилизации, которая сконструировала этот объект. Мы не видим никаких свидетельств ни инопланетян, ни их зондов. Возможность существования зондов Брейсвелла-фон Неймана далеко не разрешает парадокс, а делает вопрос Ферми еще более интригующим. Действительно, недавние работы значительно обострили парадокс: Стюарт Армстронг и Андерс Сандберг, исследователи из Оксфордского университета, показали, что ВЦ, способная колонизировать галактику, используя зонды Брейсвелла-фон Неймана, обладает способностью колонизировать доступную вселенную! Если разумные, технологически развитые цивилизации возникли миллиард лет назад, и если они развили способность отправлять зонды, путешествующие со скоростью 0,8c, то представители более чем миллиона галактик могли бы достичь нас к настоящему времени. Рассматривая вопрос Ферми, мы должны учитывать не только галактику Млечный Путь, но и всех наших соседей. Зонды Брейсвелла-фон Неймана придают парадоксу настоящую остроту.

Решение 23

Информационная панспермия

Нет чужих земель.

Только путешественник чужой.

Роберт Льюис Стивенсон, Скваттеры Сильверадо

Армянский математический физик Ваге Гурзадян выдвинул интересную гипотезу: мы можем населять Галактику, «полную путешествующих потоков жизни» – строк битов, транслируемых по всему пространству. Аргументация следующая.

Мы знаем, что строки символов могут содержать информацию. Рассмотрим две строки, каждая из которых содержит триллион символов. Первая строка начинается «101010…» и продолжается таким образом до триллионного символа; вторая строка начинается «x9Y$m&…» и продолжается, казалось бы, случайным образом. Колмогоровская сложность таких строк определяется как минимальная длина в битах двоично-кодированной программы, описывающей строку. Колмогоровская сложность первой строки мала, потому что для ее описания требуется лишь короткая программа: словами, программа могла бы быть примерно такой: «Напечатать чередующуюся последовательность 1 и 0, начиная с 1 и заканчивая после триллионной цифры». Колмогоровская сложность второй строки велика, потому что нет очевидного способа сжать содержащуюся в ней информацию; любая программа, описывающая строку, вероятно, будет такой же длины, как и сама строка. Гурзадян утверждал, что колмогоровская сложность человеческого генома – да и всей совокупности земной жизни – относительно низка. В миллионах видов на Земле содержится огромное количество генетической информации, но программа, описывающая эту информацию, может быть намного меньше.

Секвенирование генома: мышей и людей Геном человека был секвенирован и опубликован в черновом варианте в 2001 году, а в полной форме – в 2006 году. Геномы многих других животных также были секвенированы. Например, в 2013 году, выбрав несколько существ наугад, были секвенированы геномы африканского льва, большого ложного вампира и сапсана. То же самое было сделано и для наших вымерших родственников, неандертальцев. Полное секвенирование генома стало рутиной.

По мере секвенирования все большего числа видов становится ясно, что между геномами существует большое сходство. Например, геном мыши был подробно изучен, и поэтому мы знаем, что мыши и люди имеют практически один и тот же набор генов. Это неудивительно: у человека и мыши был общий предок, живший около 80 миллионов лет назад. Действительно, все млекопитающие имеют общего предка и поэтому будут проявлять сходство в своих геномах; если пойти дальше назад, вся жизнь имеет общего предка. Так что, как только мы узнаем сложность генома человека, дополнительная сложность земных видов будет небольшой.

Предположим, мы хотели бы передать всю геномную информацию, содержащуюся в земной жизни. Связь требует энергии: чем больше битов нам нужно передать, тем выше энергетические потребности. Если бы мы хотели отправить файл, содержащий все генетические данные Земли, то стоимость энергии была бы непомерно высокой; если бы вместо этого мы отправили программу, которая могла бы восстановить эту информацию, то стоимость энергии была бы небольшой. Это тот же аргумент, который говорит, что передача триллиона цифр гораздо дороже, чем передача строки «Напечатать триллион чередующихся 1 и 0». Гурзадян показал, что с помощью антенны типа Аресибо можно было бы передать геномы земных организмов по всей галактике Млечный Путь.

Таким образом, Гурзадян представляет себе тип того, что можно было бы назвать «информационной панспермией». Он описывает возможность Галактики, в которой ВЦ создают сеть самовоспроизводящихся зондов Брейсвелла-фон Неймана, и жизнь распространяется не путем отправки самих геномов, а путем отправки программ, которые могут восстановить геномную информацию. Другими словами, зонды, которые могли бы находиться на расстоянии многих световых лет от своей родной планеты, получали бы закодированные строки и из этих строк восстанавливали бы всю панораму жизни этой планеты. Даже сейчас жизнь может обрушиваться на нас. Но это была бы странно иссушенная форма жизни: не живые существа, а скорее призрачные строки информации, обладающие потенциалом стать живыми.

Гурзадян говорит, что эта идея может в конечном итоге приблизить решение парадокса Ферми. Однако я не совсем уверен, как это так. Гипотеза, безусловно, имеет значение для SETI: возможно, нам следует анализировать излучение на предмет наличия битовых строк? Однако, если ВЦ действительно распространяют свою форму жизни через галактическую сеть зондов Брейсвелла-фон Неймана, то почему, как мы уже утверждали, их здесь еще нет? У них было достаточно времени, чтобы добраться до нас, но, если вы не верите, что земная жизнь является результатом распаковки переданной битовой строки, мы не видим никаких их признаков. На мой взгляд, гипотеза Гурзадяна, вместо того чтобы быть решением парадокса Ферми, является частным примером того, как может работать направленная панспермия. (Что, возможно, могло бы разрешить парадокс, так это если бы ВЦ либо не захотели, либо не смогли бы создать самовоспроизводящиеся зонды. В таком случае, могли бы они все равно рассылать потоки жизни, как одуванчиковые «часики» на ветру, надеясь, что иногда кто-то где-то поймает один и восстановит содержащуюся в нем жизнь?)

Решение 24

Берсерки

В долгосрочной перспективе мы все мертвы.

Дж. М. Кейнс

В 1950-х годах стратеги холодной войны заигрывали с идеей «оружия Судного дня». Такое оружие было ужасным, неконтролируемым, способным уничтожить всю человеческую жизнь на Земле, включая владельцев оружия. Если бы ваш враг знал, что вы готовы применить устройство Судного дня, то, согласно логике холодной войны, он бы не осмелился напасть на вас. Я подозреваю, что Фред Саберхаген имел в виду оружие Судного дня, когда писал свои знаменитые рассказы о берсерках.

Берсерки — это разумные, самовоспроизводящиеся машины, которые дико враждебны органической жизни. Представьте их как параноидальные зонды Брейсвелла-фон Неймана со злым умыслом. Связь с парадоксом Ферми очевидна: создатели берсерков либо мертвы, либо скрываются; все остальные ВЦ либо были предотвращены берсерками, либо уничтожены берсерками, либо молчат из страха привлечь берсерков. Это элегантное решение парадокса Ферми. Но могут ли берсерки существовать за пределами страниц научной фантастики?

Если бы ВЦ могли создавать зонды, способные колонизировать Галактику, то, к сожалению, создание берсерков, предположительно, не было бы для них технически невозможным. Трудно представить, чтобы какой-либо разумный вид действительно захотел разрабатывать берсерков, поскольку эта технология так же опасна для создателей, как и для всей остальной жизни. Кроме того, какова была бы их мотивация для создания берсерков? Если их целью была колонизация Галактики для себя, то, если зонды Брейсвелла-фон Неймана действительно можно построить, они могли бы достичь своей цели, просто будучи первыми, кто колонизирует: помните, что время колонизации Галактики намного меньше возраста Галактики. (Если зонды невозможно построить, то и берсерков тоже.) Однако, возможно, нам не следует быть излишне оптимистичными относительно перспективы берсерков. Предположим, программирование «хорошо настроенного» зонда мутирует; возможно, столкновение с заблудившимся космическим лучом меняет строку кода в его основном модуле с «искать новую жизнь и новые цивилизации» на «искать новую жизнь и новые цивилизации и убивать их». Самовоспроизводящиеся зонды неизбежно будут эволюционировать, и поэтому могут развиться устройства типа берсерков.

Решение с берсерками подвергалось критике по нескольким причинам. Даже если берсерки существуют, были бы они неизбежной Немезидой? Не могли бы ВЦ «привить» себе иммунитет, так же как они прививали бы себе иммунитет от вирулентной болезни? Самое важное, сценарий с берсерками страдает от собственного парадокса Ферми: если берсерки существуют, то как получилось, что мы здесь? Берсерки уже должны были бы стерилизовать нашу планету. Вместо этого, как мы увидим в последующих разделах, геологические данные показывают, что жизнь присутствует на Земле миллиарды лет. Конечно, Земля пережила несколько массовых вымираний, но для этих событий есть естественные объяснения — вселенная достаточно опасна и без берсерков. Так почему же берсерки заставили замолчать все другие цивилизации, но оставили нас в покое? Мы могли бы утверждать, что берсерки уничтожают только технологические формы жизни и нуждаются в «спусковом крючке» — предположительно, обнаружении радиоволн — прежде чем они начнут действовать. Но этот дополнительный шаг в аргументации портит потенциально элегантное разрешение парадокса Ферми. Кроме того, мы используем радио уже столетие и вскоре можем стать радиомолчащими, несмотря на наш растущий уровень технологий. Если берсерки действительно так хороши, как о них говорят, то где же они?

Решение 25

Они подают сигналы, но мы не знаем, как слушать

Мир должен слушать тогда – как слушаю я сейчас!

Перси Биши Шелли, «К жаворонку»

Возможно, крупномасштабные межзвездные путешествия недостижимы, ни для пилотируемых звездолетов, ни для зондов. Это объяснило бы, почему нас не посетили, но не обязательно, почему мы не слышали от них. Я никогда не был в Австралии, потому что это слишком долго и дорого, но я поддерживаю связь с антиподами с помощью различных телекоммуникационных средств. Ферми спросил «Где все?» в контексте обсуждения космических кораблей, но, несомненно, его вопрос должен относиться не только к простому отсутствию посетителей. Он, несомненно, должен относиться также и к отсутствию каких-либо доказательств существования технологически развитых внеземных цивилизаций.

Цивилизация, по-видимому, быстро выяснит, достижимы ли межзвездные путешествия. Если она придет к выводу, что звездные путешествия невозможны, то зачем ей скрываться? В конце концов, ей не нужно бояться вторжения агрессивного соседа, поскольку любые соседи были бы слишком далеки, чтобы представлять угрозу. Учитывая это, можно придумать ряд причин, по которым она могла бы решить сигнализировать о своем присутствии. Она могла бы звать на помощь — возможно, она сталкивается с долгосрочной экзистенциальной угрозой, которую, как она надеется, преодолели другие цивилизации и могли бы дать совет, — или, по крайней мере, объявить о своем существовании, если знает, что ее конец близок. Она могла бы захотеть похвастаться своими культурными достижениями и высшими точками. Она могла бы захотеть обратить других в свою религию, или продать информацию, или просто кричать, пытаясь покончить с чувством одиночества. Существует множество возможностей. У такой ВЦ нет ничего, что можно было бы потерять, сигнализируя, а потенциальная награда огромна: взаимовыгодные диалоги с одинаково развитыми цивилизациями. Но если развитые цивилизации существуют, обучают друг друга, сплетничают, ведут разговоры, которые являются межзвездным эквивалентом Алгонкинского круглого стола, то почему нас не спросили нашего мнения? По крайней мере, почему мы не слышали гомон обсуждений?

Один правдоподобный ответ заключается в том, что мы не знаем, как ВЦ решит отправить сигнал. Поэтому мы не знаем, как слушать.

Безусловно, верно, что мы не можем знать, какими коммуникационными технологиями могут обладать ВЦ. Как однажды заметил мой редактор, если бы радиоинженер из 1939 года каким-то образом перенесся в современный Нью-Йорк, он мог бы построить радиоприемник и прийти к выводу, что полезных радиопередач почти не ведется: он бы не знал об FM. Точно так же он был бы в блаженном неведении относительно устройств связи, использующих лазеры, оптоволокно или геосинхронные спутники. Так что самонадеянно с нашей стороны предполагать, что мы могли бы понять, какие каналы связи могут быть доступны техническим культурам, опережающим нашу на миллионы лет. Если бы они хотели общаться друг с другом тайно (возможно, они не хотят влиять на развитие молодых видов, таких как наш?), то, предположительно, они могли бы сохранять секретность без труда. Но ситуация иная, если они хотят быть услышанными, и услышанными широко. Мы можем предположить, что каждая цивилизация должна подчиняться законам физики; более того, любая ВЦ будет знать, что другие ВЦ должны подчиняться тем же законам. Поскольку всем нам приходится оплачивать счета за энергию, количество и типы сигналов, которые можно разумно отправить, довольно ограничены. Давайте рассмотрим преимущества и недостатки четырех методов связи: сигналы с использованием электромагнитных волн, пучков частиц, гравитационных волн и гипотетических пучков тахионов.

Электромагнитные сигналы

Наиболее очевидный способ передачи информации — это электромагнитное (ЭМ) излучение. Электромагнитное излучение не только распространяется со скоростью c, максимально возможной скоростью, но и способно распространяться на межзвездные и межгалактические расстояния. Мы знаем, что ЭМ-сигналы могут действовать на таких расстояниях, потому что многие природные объекты указывают на свое присутствие таким образом на огромных просторах космоса. В конце концов, астрономия — это, по сути, наука о регистрации и интерпретации ЭМ-сигналов. Мы используем видимый свет, когда смотрим на звезды глазами или фотографируем их оптическими телескопами; мы используем радиоволны, когда изучаем небо с помощью радиотелескопов; все чаще, особенно в спутниковых экспериментах, мы используем инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучевые длины волн. Если мы можем изучать природные объекты на межзвездных расстояниях с помощью испускаемого ими ЭМ-излучения, то в принципе мы можем делать то же самое и с искусственными объектами.

В течение многих лет рабочим предположением исследователей, ищущих ВЦ, было то, что технологические цивилизации построят мощные ЭМ-передатчики, будут транслировать сигнал и модулировать его, чтобы передать полезную информацию — возможно, если нам повезет, они будут транслировать свою «Галактическую энциклопедию». В Решении 26 я подробно обсуждаю, как мы могли бы обнаружить целенаправленные ЭМ-сигналы. Здесь я хочу доказать, что может быть даже возможно обнаружить ЭМ-излучение, которое приведет к открытию непреднамеренных маркеров или маяков цивилизаций типа II по Кардашеву (КII). (Обнаружение непреднамеренных маркеров цивилизации КIII может быть еще проще.) Даже непреднамеренный маяк передал бы огромное количество информации: что жизнь существует на другом мире, что такая жизнь на этом мире технологически развита, местоположение мира и так далее.

Мы уже обсуждали, почему цивилизация KII может решить построить сферу Дайсона. Такой объект излучал бы столько же энергии, сколько и центральная звезда — энергия должна куда-то деваться, — но предположительно делал бы это в инфракрасном диапазоне. По сути, сфера излучала бы потому, что она теплая, около 200–300 К. Так что один из способов поиска ВЦ — искать яркие инфракрасные источники на длине волны около 10 микрон; излучение могло бы быть отработанным теплом от астроинженерных проектов. Это нелегкая задача, поскольку многие звезды будут демонстрировать большой избыток инфракрасного излучения просто потому, что они окутаны пылью, но это можно сделать.

В начале 1990-х годов поиск искусственных инфракрасных источников на расстоянии до 80 световых лет, проведенный Дзюном Дзюгаку и Сиро Нисимуро, не обнаружил правдоподобных сигнатур от сфер Дайсона. Несколько лет спустя поиск на частоте 203 ГГц 17 звезд, известных избыточным инфракрасным излучением, не выявил ничего необычного. В 2009 году Ричард Кэрриган провел анализ исторического каталога IRAS. (Инфракрасный астрономический спутник, или IRAS, был одной из самых важных спутниковых миссий 1980-х годов и первой космической обсерваторией, обследовавшей все небо в инфракрасном диапазоне.) Из более чем 250 000 объектов IRAS лишь немногие были хоть сколько-нибудь правдоподобными кандидатами в сферы Дайсона; последующие наблюдения 16 наименее неправдоподобных кандидатов с помощью радиотелескопов не выявили ничего интересного. Джейсон Райт и его коллеги ищут в базах данных более поздних и более чувствительных спутниковых наблюдений — тех, что были получены с помощью Широкоугольного инфракрасного обзорного исследователя WISE и Космического телескопа Спитцера — для поиска отработанного тепла от инопланетных технологий. Их поиск позволит им установить пределы активности любых цивилизаций KIII; например, они могут искать «пузыри Ферми» — участки галактики с высоким инфракрасным излучением, что может быть возможным признаком цивилизации, преобразующей свое галактическое окружение.

Конечно, из отрицательных результатов на сегодняшний день мы не можем сделать вывод, что в окрестностях Солнца нет ВЦ; цивилизации могли решить не строить здесь сферы Дайсона по разным причинам. Кроме того, действительно продвинутые цивилизации — как указал Марвин Мински — сочли бы излучение при любой температуре выше температуры реликтового излучения 2,7 К расточительным. Возможно, ВЦ, достаточно продвинутая, чтобы построить сферу Дайсона, достаточно продвинута, чтобы выжать каждую последнюю каплю полезной работы из излучения звезды, оставляя отработанное тепло при нескольких кельвинах. Возможно, сферы Дайсона распространены, но мы должны искать их, ища точки в пространстве, которые обладают небольшим превышением температуры над микроволновым фоном?

В 1980 году Уитмайр и Райт привели еще один пример того, как непреднамеренные маяки могут передаваться электромагнитным излучением. Они спросили, что произойдет, если цивилизация будет использовать реакторы деления в качестве источника энергии в течение длительных периодов времени. Одной из проблем реакторов деления является необходимость безопасной утилизации радиоактивных отходов. И один из предложенных методов утилизации — запуск их на Солнце (хотя я, например, не был бы в восторге от перспективы иметь тонны радиоактивных отходов, установленных на химической ракете). Если бы ВЦ использовала свою звезду как свалку для радиоактивных отходов, то спектр звезды мог бы демонстрировать характеристики, которые нельзя было бы легко интерпретировать как естественные. Например, если бы мы увидели звездный спектр, содержащий большие количества элементов празеодима и неодима, то наш интерес был бы привлечен. Более того, изменение в спектре не было бы кратковременным мерцанием; спектральные доказательства их политики утилизации ядерных отходов были бы видны миллиарды лет. (Цивилизация могла бы даже намеренно изменить спектр своей звезды таким образом, чтобы создать маяк. Эту возможность впервые предположил Дрейк. Другой метод использования своей родной звезды в качестве маяка был предложен Филипом Моррисоном: поместить большое облако мелких частиц на орбиту вокруг звезды таким образом, чтобы облако перекрывало свет звезды для наблюдателя, находящегося в плоскости орбиты облака. Переместите плоскость облака, и удаленный наблюдатель увидит, как звезда вспыхивает и гаснет. Переменные звезды естественным образом меняют яркость, но если бы звезда вспыхивала по шаблону, представляющему простые числа, например, то удаленный наблюдатель мог бы быстро исключить естественное явление. Прелесть этого подхода с точки зрения сигнальщика заключается в том, что сигнал, вероятно, будет обнаружен менее развитыми цивилизациями во время их рутинных астрономических наблюдений: человеческие астрономы, например, ищут затемнение звездного света, вызванное транзитными планетами — это один из лучших способов поиска экзопланет.)

До сих пор не было выявлено никаких ЭМ-маяков — ни случайных, ни преднамеренных.

Сигналы частиц

Космические лучи в виде электронов, протонов и атомных ядер могут достигать Земли на межзвездных расстояниях, и астрономия космических лучей является процветающей областью исследований. Однако заряженные частицы были бы плохим выбором канала связи, потому что передающая цивилизация не могла бы гарантировать, куда попадут частицы: извилистые магнитные поля по всей Галактике делают пути этих частиц довольно извилистыми. Нейтрино электрически нейтральны, поэтому на первый взгляд они кажутся лучшим выбором для канала связи. К сожалению, нейтрино трудно изучать, потому что они так редко взаимодействуют с веществом; обычно нейтрино проходит через 1000 световых лет свинца, прежде чем остановиться! Тем не менее, несмотря на огромные трудности, астрономы разработали нейтринные телескопы. Физики даже предложили эксперимент, который генерировал бы триллионы нейтрино каждую секунду в Фермилабе в Иллинойсе и отправлял бы их в детектор в Южной Дакоте на расстоянии около 1300 км. Цель эксперимента — узнать больше о массах нейтрино, но в принципе, я полагаю, его можно было бы использовать для отправки сигнала между Иллинойсом и Южной Дакотой. Могли бы ВЦ сделать что-то подобное, но в гораздо большем масштабе?

Нейтринные телескопы Первый нейтринный телескоп был детищем Рэя Дэвиса, который разработал его для изучения реакций ядерного синтеза, происходящих в ядре Солнца. Его телескоп представлял собой, по сути, 100 000-галлонный чан с перхлорэтиленом (жидкостью для химчистки), закопанный почти на милю под землей в золотом руднике в Южной Дакоте. Это был самый странный телескоп, который когда-либо строили (в наши дни есть и более странные телескопы), но установка была необходима, потому что нейтрино так неуловимы. Жидкость для химчистки обеспечивала достаточное количество атомов хлора, чтобы гарантировать обнаружение нейтрино, в то время как глубина шахты защищала чан от других субатомных частиц, бомбардирующих Землю. Его телескоп обнаружил только треть ожидаемого числа солнечных нейтрино, что стало значительным результатом для физики элементарных частиц: оказалось, что нейтрино бывают трех «ароматов» — электронного, мюонного и тау-нейтрино, — но телескоп Дэвиса был чувствителен только к одному типу. Ядерные реакции на Солнце создают ожидаемое количество нейтрино, но по пути к Земле ароматы нейтрино «осциллируют».

Более современным и чувствительным нейтринным телескопом является IceCube, детекторы которого зарыты глубоко в антарктическом льду. В 2013 году коллаборация IceCube объявила, что обнаружила 28 высокоэнергетических нейтрино, которые пришли от каких-то чрезвычайно мощных событий в глубоком космосе. Наступает эра нейтринной астрономии.

Рис. 4.10 Лаборатория IceCube в марте 2012 года. Лаборатория расположена на станции Амундсен-Скотт на Южном полюсе в Антарктиде и содержит компьютеры, собирающие необработанные данные. Однако сами детекторы нейтрино зарыты глубоко подо льдом: датчики распределены по кубическому километру льда и ищут вспышки черенковского излучения, которые могут указывать на взаимодействие высокоэнергетического нейтрино из космоса с атомом здесь, на Земле. Хотя IceCube базируется в Антарктиде, на самом деле он смотрит «вниз» сквозь толщу Земли: его цель — улавливать нейтрино, приходящие из северного полушария. (Фото: Свен Лидстрём; IceCube/NSF)

В феврале 1987 года детектор Камиоканде в Японии и детектор IMB в Америке вместе зарегистрировали 20 нейтрино за период в несколько секунд. Эти нейтрино были произведены знаменитой сверхновой того месяца:SN1987A. Сверхновая SN1987A произошла в Большом Магеллановом Облаке, примерно в 170 000 световых лет от нас. Таким образом, очевидно, что нейтрино могут путешествовать на межзвездные, даже межгалактические, расстояния, и примитивная технологическая цивилизация, такая как наша, может их обнаружить. Возможно, ВЦ используют модулированные нейтринные лучи для связи друг с другом? Что ж, возможно. Поскольку мы начинаем обладать телескопами, которые позволят нам серьезно искать космические нейтрино, не помешает следить за возможностью искусственно сгенерированных нейтрино. Однако возникает вопрос, стали бы ВЦ утруждать себя нейтринной связью, когда электромагнитные волны справляются с этой задачей с гораздо меньшими хлопотами. Стоимость, безусловно, всегда будет иметь значение. Если упомянутый выше нейтринный эксперимент, который отправляет нейтрино из Фермилаба в шахту, где Рэй Дэвис провел свою новаторскую работу, будет реализован, он будет стоить 1,5 миллиарда долларов. Это дешево, если вы хотите узнать больше о некоторых фундаментальных составляющих вселенной; это чудовищно дорого, если намерение состоит в том, чтобы отправить сообщение.

Рис. 4.11 Обсерватория LIGO в Хэнфорде, штат Вашингтон, состоит из двух 4-километровых рукавов под прямым углом, в каждом из которых лазерные лучи находятся в высоком вакууме. Существует идентичная обсерватория в Луизиане, и обе установки работают в тандеме. Цель — обнаружить гравитационные волны путем поиска изменений длины рукавов, которые в тысячу раз меньше атомного ядра. (Источник: Лаборатория LIGO)

Гравитационные сигналы

Помимо электромагнетизма, единственной известной силой, действующей на астрономических расстояниях, является гравитация. Она также распространяется со скоростью света, так что, возможно, внеземные цивилизации (ВЦ) могли бы использовать гравитационные волны для связи друг с другом? Однако гравитация — гораздо более слабая сила, чем электромагнетизм. Чтобы построить передатчик гравитационных волн, нужно уметь брать большие массы (порядка звездной массы) и сильно их встряхивать. Спорно, обладала бы даже цивилизация II типа Кардашева (KII) такой технологией. Цивилизация KIII, возможно, и смогла бы построить такой передатчик гравитационных волн, но зачем ей это делать, когда электромагнитные (ЭМ) волны справляются с задачей так же хорошо, а передатчики ЭМ гораздо проще сконструировать?

Затем возникает проблема обнаружения гравитационных волн. Гораздо сложнее обнаружить гравитационные волны, чем ЭМ волны. На самом деле, это настолько сложно, что земная наука еще не смогла напрямую обнаружить гравитационные волны. Детекторы, такие как LIGO и VIRGO, ищут гравитационные волны, но даже если они добьются успеха, они обнаружат гравитационное излучение только от самых мощных астрономических явлений. Это были бы исключительно интересные научные данные, но мы не найдем в них модулированных сигналов. Таким образом, учитывая трудности передачи и приема гравитационных волн, маловероятно, что ВЦ выберет их для связи.

Тахионные сигналы

Можно предположить, что чрезвычайно продвинутые ВЦ будут использовать тахионы — частицы, движущиеся быстрее света, — для связи друг с другом. Если тахионы существуют, и если возможно модулировать их пучок для передачи сигналов, то, без сомнения, они были бы привлекательным вариантом для межзвездной связи. Связь на основе тахионов устранила бы эту раздражающую задержку между заданным вопросом и полученным ответом — задержку, которая может составлять сотни или тысячи лет. К сожалению, как мы видели ранее (см. стр. 85), нет абсолютно никаких доказательств существования тахионов, не говоря уже о возможности их использования для передачи сигналов.

Некоторые авторы научной фантастики рассматривали связанное с этим предложение. Одной из самых странных особенностей квантовой механики является явление, называемое запутанностью. Предположим, у вас есть пара частиц, которые были созданы таким образом, что вы не можете описать квантовое состояние каждой частицы независимо; скорее, вы можете описать только квантовое состояние всей системы. Например, вы могли создать пару частиц со свойством, что общий спин системы равен нулю — вы знаете, что одна из частиц вращается «вверх», а другая — «вниз», но пока вы не измерите спин отдельной частицы, вы вынуждены заключить, что обе частицы находятся в квантовой суперпозиции состояний «спин вверх» и «спин вниз». В некотором смысле, пока не произведено измерение, обе частицы вращаются и вверх, и вниз. Частицы запутаны. Предположим, вы разделили частицы на расстояние в один световой год. Если вы затем наблюдаете, что частица здесь имеет спин «вниз», то — мгновенно — удаленная частица там приобретает спин «вверх». Как будто какое-то влияние преодолело один световой год за мгновение. Так можно ли использовать явление запутанности в качестве тахионного канала связи? К сожалению, нет. Таким способом нельзя передать никакую информацию. Кроме того, верите ли вы, что измерение здесь каким-то образом напрямую влияет на квантовую систему там, зависит от того, как вы решите интерпретировать квантовую механику.

***

Возможно, существует множество цивилизаций, общающихся друг с другом с помощью гравитационных волн, нейтрино и тахионов. Или, возможно, они посылают сигналы, используя методы, о которых мы еще не мечтали — методы, которые не нарушают никаких законов физики, но которые для нас так же экзотичны, как оптоволоконные каналы связи для радиоинженера 1939 года. Поскольку мы не можем обнаружить такие сигналы, это объяснило бы, почему мы не слышали ВЦ; это объяснило бы «Великое Молчание».

С другой стороны, даже для продвинутых цивилизаций связь с помощью ЭМ волн кажется логичным выбором: сигналы дешевы в производстве, информация движется настолько быстро, насколько это возможно в релятивистской вселенной, а сообщения легко принимать. И если бы ВЦ захотела сообщить о своем присутствии другим, возможно, менее развитым цивилизациям (таким как наша), то ЭМ спектр мог бы быть ее единственным вариантом.

По этим причинам, хотя это может показаться самонадеянным и может означать, что мы упускаем замечательные беседы, многие физики утверждают, что мы знаем, как слушать сигналы от внеземных цивилизаций: мы должны слушать ЭМ излучение. Фактически, учитывая уровень нашей нынешней технологии, у нас мало выбора, кроме как пытаться обнаружить такое излучение. Но… на какой частоте нам слушать?

Решение 26

Они посылают сигналы, но мы не знаем, на какой частоте слушать

57 каналов, и ничего нет.

Брюс Спрингстин

Если внеземные цивилизации действительно используют ЭМ излучение для поддержания связи друг с другом, как средство уведомления менее развитых цивилизаций о своем присутствии или просто как инструмент для внутренней коммуникации, то существует несколько различных типов сигналов, которые мы могли бы искать.

Какая у нас надежда обнаружить сигнал, который не был предназначен непосредственно для нас? Например, могли бы мы обнаружить утечку излучения от других видов деятельности? Что ж, в течение нескольких десятилетий ЭМ сигналы утекали с Земли из-за наших телевизионных передач и использования военных радаров; возможно, мы могли бы обнаружить инопланетный эквивалент. С другой стороны, можно разумно утверждать, что развитие кабельных и спутниковых телекоммуникационных систем означает, что утечка излучения с Земли скоро прекратится; и если это случится с нами, то мы можем ожидать, что это произойдет и с ВЦ. Возможно, период, в течение которого технологическая цивилизация является «радиояркой», можно измерить десятилетиями, и в этом случае у нас практически нет шансов обнаружить этот тип сигнала. Можно представить себе утечку ЭМ излучения, исходящую от будущих технологических разработок, таких как солнечные спутники, передающие энергию обратно на родную планету, возможно, в виде микроволн, или навигационные маяки для управления движением в переполненной планетной системе — но найти их было бы трудно. На первый взгляд, лучшим подходом было бы «подслушивание» и поиск межцивилизационных коммуникаций. Однако, когда смотришь на цифры, становится очевидным, что шансы перехватить канал связи, не предназначенный специально для нас, малы. Безусловно, самый простой тип сигнала для обнаружения был бы тот, который ВЦ предназначала для нашего приема — либо всенаправленный маяк, который каждый имеет шанс увидеть, либо, что еще лучше, сигнал, намеренно нацеленный на нас.

Не слишком высокомерно предполагать, что близлежащая ВЦ направила бы сигналы к Солнцу. Технологически развитые цивилизации наверняка классифицировали бы Солнце как хорошего кандидата на обладание планетами, несущими жизнь. Более того, они могли бы обнаружить существование Земли на межзвездных расстояниях. Мы знаем, что это так, потому что мы находимся на ранних стадиях способности делать это. Успех миссии НАСА «Кеплер» доказывает, что технология работает. Например, в 2013 году миссия обнаружила Kepler-37b — планету в 210 световых годах от нас, радиус которой ненамного больше Луны. Технологии, доступные земным астрономам, постоянно развиваются, и через десятилетие или два мы сможем обнаруживать атмосферные биосигнатуры — кислород и метан, например — на далеких экзопланетах. Если мы можем это сделать, то мы должны предположить, что любая технологически развитая цивилизация в нашем космическом соседстве знала бы о потенциале Земли для размещения жизни. Если они направляют сигналы к целевым звездам в надежде установить контакт, то наше Солнце было бы в их списке. (Да, это утверждение звучит слишком категорично. Мы пытаемся угадать мотивы и намерения предполагаемых инопланетян — предприятие, сопряженное с рисками. Но с чего-то надо начинать.)

С нашим нынешним уровнем технологий гораздо разумнее искать целенаправленную коммуникацию, чем надеяться подслушать чужой разговор или ожидать обнаружения утечки излучения. Но на какой длине волны ВЦ решат передавать? Другими словами: на какой частоте нам слушать?

Электромагнитный спектр Герц (Гц) соответствует одному циклу колебаний в секунду; 1 МГц равен $1 0^{6}$ или 1 миллиону колебаний в секунду; 1 ГГц равен $1 0^{9}$ или 1 миллиарду колебаний в секунду. В этих единицах легко оценить чрезвычайную широту ЭМ спектра. Видимый свет простирается от $7.5 \times 1 0^{14}$ Гц (глубокий фиолетовый) до $4.3 \times 1 0^{14}$ Гц (красный) и составляет лишь крошечную часть спектра. Ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи имеют все более высокие частоты, достигающие $3 \times 1 0^{19}$ Гц или выше. Инфракрасные, микроволновые и радиоволны имеют все более низкие частоты, достигающие $1 0^{8}$ Гц.

Наша технология использует все эти длины волн для различных целей, начиная от медицинских применений (рентгеновские частоты) до бытовых устройств (например, пульты от гаражных ворот работают на частоте 40 МГц, а радионяни — на 49 МГц). Кажется, для всего есть своя частота. Так какая частота лучше всего подходит для межзвездной связи?

Рис. 4.12 Длины волн и частоты электромагнитного спектра. Горизонтальные линии представлены в логарифмическом масштабе. Из этой диаграммы ясно, что видимый свет, расположенный между УФ (ультрафиолетовым) и ИК (инфракрасным) излучением, соответствует лишь малой части электромагнитного спектра. (Источник: Philip Ronan)

В конце 1950-х годов Филип Моррисон и его коллега Джузеппе Коккони были одними из первых, кто задумался над этим вопросом. К тому времени астрономы разработали радиотелескопы и делали значительные открытия, глядя на вселенную через это новое окно. Именно на этом фоне Моррисон исследовал возможность наблюдения вселенной с помощью гамма-лучей. В рамках этой работы он показал, как гамма-лучи, в отличие от видимого света звезд, могут проходить сквозь пыльную плоскость Галактики. Он рассказал Коккони об этом результате, и его коллега указал, что физики элементарных частиц уже генерировали пучки гамма-лучей в своих синхротронах; почему бы не направить пучок в космос и не посмотреть, сможет ли ВЦ его обнаружить? Это был захватывающий вопрос, и он заставил Моррисона задуматься о перспективах межзвездной связи. Он ответил, что следует рассматривать не только гамма-лучи, но и весь ЭМ спектр — от радиоволн до гамма-лучей — и выбрать наиболее эффективный диапазон для сигнализации.

Они быстро пришли к выводу, что видимый свет был бы плохим выбором для сигнализации, так как сигналы должны были бы конкурировать со светом звезд; рентгеновские и гамма-телескопы в то время были невозможны; радиодиапазон казался лучшим вариантом. Более того, уже планировались радиоантенны, которые могли бы принять участие в поиске. Если бы у ВЦ были антенны такого же размера, и она использовала бы их для передачи направленных лучей на строго настроенной частоте, то наши радиотелескопы могли бы обнаружить их сигналы с полпути через Галактику.

Сужение поиска до радиодиапазона было большим шагом вперед, но все еще оставалось много возможных частот. Радиоволны могут быть где угодно между примерно 1 МГц и примерно 300 ГГц. Это плохие новости по следующей причине. Если ВЦ хочет привлечь наше внимание, то есть веские причины предполагать, что она будет передавать на точной частоте — она будет посылать узкополосный сигнал; широкополосные сигналы легко принять за фоновый шум. (Когда вы крутите ручку настройки на радиоприемнике — старого образца, а не этих новомодных DAB-радио с кнопками — вы слышите фоновое шипение широкополосного шума между узкополосными сигналами радиостанций.) Межзвездные мазеры, которые усиливают микроволны и действуют во многом так же, как лазеры, генерируют самые узкие естественно встречающиеся частоты: межзвездный мазер может излучать с шириной всего 300 Гц. Поэтому для того, чтобы быть замеченными, передачи, вероятно, требуют полосы пропускания намного меньше 300 Гц. Предположим, тогда, что ВЦ передают сигналы с полосой пропускания 0.1 Гц. (Мало смысла передавать на межзвездные расстояния с полосой пропускания менее 0.1 Гц, так как электроны в межзвездных облаках будут стремиться рассеять сигнал.) Это означает, что у нас есть огромное количество радиочастот для прочесывания: в области между 1 МГц и 300 ГГц много каналов размером 0.1 Гц. Если мы не сузим поиск еще больше, или нам не повезет, мы можем искать очень долго.

Рис. 4.13 С момента своего строительства в начале 1960-х годов в карстовой воронке в Пуэрто-Рико обсерватория Аресибо была домом для крупнейшего в мире одночашечного телескопа: чаша имеет диаметр 305 м, глубину 51 м и охватывает площадь около 8 гектаров. Китайский пятисотметровый сферический телескоп с апертурой (FAST) со временем превзойдет Аресибо, но пуэрто-риканский телескоп остается внушительным инструментом. В принципе, он мог бы обнаружить инопланетную передачу с другой стороны Галактики. (Источник: H. Schweiker/WIYN и NOAO/AURA/NSF)

Коккони и Моррисон указали, что Галактика шумна на частотах ниже примерно 1 ГГц. Поэтому мало смысла посылать сигнал на частоте ниже 1 ГГц, потому что фоновый шум заглушит его. С другой стороны, атмосфера Земли шумна на частотах выше примерно 30 ГГц. Предположительно, технологически развитая ВЦ знала бы, что существа, живущие под покровом богатой водой атмосферы, вряд ли обнаружат сигнал на частотах выше 30 ГГц из-за атмосферных помех. Фактически, самый тихий регион находится между примерно 1 ГГц и 10 ГГц. Коккони и Моррисон предположили, что наиболее разумно искать радиосигналы в этой области, где искусственный сигнал действительно будет выделяться.

Рис. 4.14 Фрэнк Дрейк — выдающаяся фигура в области SETI. Помимо одноименного уравнения Дрейка, он известен проведением первого радиопоиска ВЦ. (Источник: Рафаэль Перрино)

Они еще больше уточнили диапазон частот. Коккони и Моррисон указали, что облака нейтрального водорода — простейшего и самого распространенного элемента во вселенной — сильно излучают на частоте 1.42 ГГц. Каждый научно компетентный наблюдатель во вселенной будет знать о линии водорода. Имеет смысл искать там. Есть еще один нюанс: гидроксильный радикал заметно излучает на частоте 1.64 ГГц. Водород, H, и гидроксил, OH, вместе образуют соединение вода: HOH — или $H_{2} O$ . Вода, насколько нам известно, абсолютно необходима для существования жизни. Найдите воду, и у вас есть шанс найти жизнь. И поскольку область между 1.42 и 1.64 ГГц является примерно самой тихой частью радиоспектра, кажется логичным местом для вещания цивилизации, если она хочет привлечь внимание. Этот диапазон был назван «водопоем» (waterhole). Это красивое название, вызывающее видения множества различных видов, собирающихся у животворного источника воды.

Примерно в то же время, когда Коккони и Моррисон представили теоретические причины, по которым мы должны слушать в длинноволновой области вблизи линии водорода, Фрэнк Дрейк делал именно это. Дрейк построил оборудование для изучения этой части радиоспектра в основных астрономических целях, но у него был неизменный интерес к возможности внеземной жизни. Он использовал радиотелескоп в Грин-Бэнк для прослушивания двух звезд — Тау Кита и Эпсилон Эридана — на предмет сигналов. Его проект «Озма» был первым случаем, когда человечество искало ВЦ. Хотя результаты были отрицательными, наблюдения Дрейка — вместе со статьей Коккони-Моррисона — оказались переломным моментом для SETI.

Рис. 4.15 Знаменитый сигнал “Wow!”. Обсерватория Big Ear Университета штата Огайо сканировала 50 каналов и записывала наблюдения на распечатку. Для каждого канала на распечатке появлялся список букв и цифр. В системе Big Ear цифры от 1 до 9 представляли уровень сигнала выше фонового шума. Для сильных сигналов использовались буквы (причем Z сильнее A). В ночь на 15 августа 1977 года Джерри Эман заметил символы “6EQUJ5” на канале 2. Этот сигнал начался примерно с фонового уровня, поднялся до уровня U, затем снизился обратно до фонового уровня за 37 секунд. Это было именно то, как мог бы выглядеть внеземной сигнал; Эман обвел символы и написал “Wow!” на полях. (Источник: Радиообсерватория Университета штата Огайо)

Ситуация сейчас кажется гораздо сложнее, чем четыре десятилетия назад для Дрейка, Коккони и Моррисона. Пионеры радиоастрономии имели доступ лишь к нескольким спектральным линиям, поэтому выбор места поиска казался довольно ясным. Однако современные астрономы знают о десятках тысяч спектральных линий, исходящих от более чем 100 типов молекул в межзвездном пространстве. Можно привести веские аргументы в пользу изучения других частот. Важные примеры включают 22.2 ГГц, что соответствует переходу молекулы воды; простые кратные частоты линии водорода — удвоенная частота линии водорода, частота линии водорода, умноженная на $π$ , и так далее; и есть особенно привлекательная «естественная» частота для межгалактической связи, которую я обсуждаю в следующем разделе. Хотя многие авторы утверждают, что «водопой» является «естественным» местом для поиска сигналов из нашей Галактики, мы можем оказаться вынужденными прочесывать все окно от 1 до 30 ГГц.

За более чем 50 лет прослушивания ни один из радиопоисков не обнаружил внеземного сигнала, который был бы явно искусственного происхождения. Это не значит, что сигналов не было найдено вовсе. Сам Дрейк обнаружил сигнал, исходящий из общего направления Эпсилон Эридана, всего через несколько часов после начала проекта «Озма»; однако дальнейшее расследование показало, что сигнал был явно земного происхождения. Последующие радиопоиски обнаружили много сигналов, некоторые из них довольно интригующие. Знаменитый сигнал «Wow!» типичен для лучших сигналов, найденных до сих пор. Это был мощный узкополосный всплеск с характеристиками, указывающими на то, что он почти наверняка пришел из космоса, но когда Big Ear снова прослушал эту часть неба, сигнал исчез. Несколько попыток повторно обнаружить сигнал «Wow!» потерпели неудачу. Например, поиски с помощью Очень Большого Массива (Very Large Array) позволили астрономам исследовать две гипотезы относительно сигнала. Во-первых, возможно, он исходил от слабой, но постоянной передачи от внеземной цивилизации, сигнал которой на мгновение усилился из-за сцинтилляции (подобно мерцанию звезды). Во-вторых, возможно, сигнал был мощным импульсом, предназначенным для привлечения внимания к гораздо более слабому непрерывному сигналу. Обе возможности, похоже, были исключены. Ничего интересного не было найдено, вплоть до уровня, который был в 1000 раз слабее исходного сигнала.

Другой интригующий кандидат — GCRT J1745-3009, радиоисточник, который испустил пять вспышек низкочастотного излучения в октябре 2002 года. Каждая вспышка была одинаково яркой, длилась около десяти минут и происходила каждые 77 минут. Подобная вспышка наблюдалась год спустя. Шесть месяцев спустя астрономы наблюдали более слабую вспышку. С тех пор ничего не было. Могли ли GCRT J1745-3009 и сигнал «Wow!» быть примерами внеземной активности, коммуникациями, не нацеленными специально на нас, но которые мы случайно обнаружили? Если да, то это предлагает новую стратегию поиска: составить каталог «интересных» радио транзиентов, а затем применить статистические методы для построения вероятностного аргумента в пользу существования внеземного разума. Однако отличить иголки от сена сложно. Хотя мы не знаем наверняка, что за объект GCRT J1745-3009, существует множество кандидатов на то, чем он мог бы быть: прецессирующий пульсар, орбитальные нейтронные звезды, радиоизлучающий белый карлик… И хотя сигнал «Wow!» мог исходить от далекой цивилизации, луч которой случайно пронесся по пути Земли одной августовской ночью, а затем двинулся дальше, кажется гораздо более вероятным, что сигнал исходил от какого-то неизвестного земного источника.

Несмотря на растущую изощренность радио-SETI, просеивание миллиардов каналов в надежде найти сигнал остается трудоемкой задачей. Действительно ли нет альтернативы микроволновой/радио части электромагнитного спектра? Оказывается, есть. Примерно в то же время, когда Коккони и Моррисон предлагали слушать радиопередачи, другие физики описывали принципы работы лазеров. Ранние устройства были слабыми, но так же, как вычислительная мощность росла геометрически, росла и мощность лазеров. Теперь кажется ясным, что технологически развитая ВЦ могла бы сообщить о своем присутствии с помощью лазерных импульсов и, как впервые предположил Таунс, они могли бы даже предпочесть этот метод радио. Короткий импульс лазерного света не только выделялся бы даже на межзвездных расстояниях, но и был бы явно искусственным. Более того, ВЦ могла бы посылать сигналы-маяки миллионам звезд каждый день. Возможно, нам не следует слушать только радиосигналы; возможно, нам также следует искать сигналы в видимом спектре.

Проекты по поиску внеземного разума Со времен проекта «Озма» были десятки проектов SETI, большинство из которых искали в области «водопоя». Проекты со временем становились все более изощренными.

Проект META (Million-channel Extra-Terrestrial Array — Миллионканальный внеземной массив), разработанный в 1985 году Полом Горовицем, мог одновременно изучать миллион каналов в области «водопоя». В 1990 году META II начал поиск в южном небе, отслеживая 8 миллионов чрезвычайно узких каналов по 0.05 Гц вблизи линии водорода на 1.42 ГГц, а также на удвоенной частоте 2.84 ГГц. В 1995 году Горовиц инициировал проект BETA (Billion-channel Extra-Terrestrial Array — Миллиардканальный внеземной массив), который сканирует область «водопоя» с разрешением 0.5 Гц. От META до BETA всего за десять лет — значительный прогресс!

В период с февраля 1995 года по март 2004 года проект «Феникс» был самым чувствительным и всеобъемлющим поиском радиосигналов в мире. Он наблюдал 800 звезд в пределах 200 световых лет от Земли, прослушивая сигналы между 1.2 ГГц и 3 ГГц в каналах шириной 1 Гц. (В конце поиска руководитель проекта заключил, что «мы живем в тихом районе».)

Проект SERENDIP (Search for Extraterrestrial Radio Emissions from Nearby Developed Intelligent Populations — Поиск внеземных радиоизлучений от близлежащих развитых разумных популяций) работает «попутно» на радиотелескопах, используемых для других астрономических целей. Недостатком этого подхода является отсутствие выбора, где слушать; он может искать сигналы только там, куда случайно направлен телескоп. С другой стороны, поскольку он не мешает нормальной работе телескопа, проект может работать непрерывно. Нынешняя инкарнация проекта, SERENDIP V, серьезно началась в 2009 году. Он работает «попутно» на телескопе Аресибо и ищет в 128 миллионах каналов в полосе пропускания 200 МГц с центром на 1.42 ГГц.

Allen Telescope Array (ATA — Антенная решетка Аллена) — это амбициозный проект, целью которого является сочетание широкого поля зрения с большим частотным охватом. Вместо одной большой антенны ATA планирует объединять сигналы от большого числа малых антенн. Проект, который стал возможен благодаря гранту Пола Аллена, соучредителя Microsoft, имеет большой потенциал для исследований SETI, но его будущее неясно. Первая фаза ATA стала работоспособной в 2007 году; она имела 42 антенны, что было достаточно для начала наблюдений. Долгосрочный план предусматривал наличие у решетки 350 антенн, но в апреле 2011 года ATA была переведена в режим гибернации из-за трудностей с финансированием. Было найдено некоторое краткосрочное финансирование, и операции возобновились в декабре того же года; найдя источник некоторого дополнительного финансирования, команда даже смогла обновить приемники антенн. Тем не менее, на момент написания статьи, сроки завершения первоначального плана далеко не определены.

Одна из научных целей ATA — служить ступенькой к тому, что станет одним из самых значительных телескопов первой половины XXI века: Square Kilometer Array (SKA — Антенная решетка площадью в квадратный километр). Как следует из названия, SKA будет иметь массив антенн, общая собирающая площадь которых составит около 1 км. Массивы антенн будут базироваться в Австралии и Южной Африке, а штаб-квартира миссии — в Великобритании. Если все пойдет по плану, SKA начнет полноценную работу в 2024 году. Он будет в 50 раз чувствительнее предыдущих радиоинструментов (и способен, например, обнаружить радар аэропорта с расстояния в десятки световых лет). Он будет обследовать небо в тысячи раз быстрее, чем это было возможно ранее. Он будет предоставлять изображения исключительно высокого разрешения. Хотя SKA является инструментом для астрономии, он также может сыграть роль в SETI.

Оптический SETI не так развит, как традиционный радио-SETI, но это меняется. Многие годы Стюарт Кингсли использовал свою обсерваторию COSETI (Columbus Optical SETI — Колумбусский Оптический SETI) для поиска узкополосных лазерных сигналов от списка целевых звезд; он продемонстрировал, что оборудование, необходимое для такого поиска, относительно простое и доступно преданному астроному-любителю.

Однако профессиональные ученые SETI в конце концов подхватили идею и начинают разрабатывать крупномасштабные проекты. Например, проект SEVENDIP (Search for Extraterrestrial Visible Emissions from Nearby Developed Intelligent Populations — Поиск внеземных видимых излучений от близлежащих развитых разумных популяций) является инициативой оптического SETI, которая дополняет радиоподход проекта SERENDIP.

Рис. 4.16 Представление художника о том, как будет выглядеть центральное ядро Австралийской антенной решетки Square Kilometer Array диаметром 5 км. Этот невероятный телескоп будет объединять сигналы, полученные от тысяч малых антенн, разбросанных на расстояние 3000 км в южном полушарии. Square Kilometer Array обладает потенциалом преобразовать астрономию; преобразует ли она также SETI? (Источник: Офис разработки проекта SKA/Swinburne Astronomy Productions)

Даже гамма-лучи были предложены в качестве канала связи для цивилизаций, контактирующих на межгалактических расстояниях. (Джон Болл однажды выдвинул гипотезу, что гамма-всплески могут быть сообщениями, посылаемыми ВЦ. Однако, хотя детальное происхождение этих событий все еще обсуждается, теперь ясно, что всплески являются естественным явлением. Мы должны снова применить бритву Оккама: поскольку мы можем объяснить всплески как природные явления, гипотеза Болла просто не нужна.) Преимущество гамма-лучей в том, что они предлагают самую широкую полосу пропускания в ЭМ спектре: если вы хотите отправить свою «Галактическую энциклопедию» на межгалактические расстояния, то гамма-лучи были бы подходящим способом. Однако гамма-лучи трудно обнаружить с помощью наземных приемников (к счастью для нашего здоровья, атмосфера Земли их поглощает), поэтому маловероятно, что гамма-лучи будут играть прямую роль в SETI в обозримом будущем. Даже если мы не будем искать сообщения, закодированные в гамма-лучах, гамма-всплески все же могут сыграть роль в SETI: они могут выполнять роль «синхронизаторов». Идея здесь в том, что ВЦ могут решить передавать сигналы при наступлении какого-то определенного события, и гамма-всплески — из-за их легкой обнаружимости — были бы хорошим выбором для этого синхронизирующего события.

Более 50 лет поисков – в основном в радиодиапазоне, но иногда в инфракрасном и все чаще в видимом – астрономы не обнаружили никаких сигналов. Перефразируя вопрос Ферми: где сигналы? Отсутствие сигналов означает, что теперь мы можем начать устанавливать пределы на количество и тип внеземных цивилизаций (ВЦ) в нашем окружении. Некоторые авторы утверждают, что этот нулевой результат означает, что мы можем исключить присутствие цивилизаций типа II и III по Кардашеву не только в нашей Галактике, но и за пределами нашей Местной группы галактик. Это утверждение, возможно, преувеличено, поскольку оно основано на нескольких предположениях, которые могут быть неверными. Тем не менее, придерживаясь консервативной точки зрения, мы, вероятно, можем исключить существование цивилизации типа III где-либо в нашей Галактике, цивилизации типа II в нашей конкретной части Галактики и цивилизации типа I в пределах примерно 100 световых лет: если бы они были там, мы бы наверняка о них услышали.

Миллиарды каналов и до сих пор – ничего в эфире.

Решение 27

Они подают сигналы, но мы не знаем, где искать

Мы ищем его здесь, мы ищем его там.

Баронесса Орци, «Алый Первоцвет»

Даже если внеземные цивилизации транслируют радиосигналы или посылают лазерные импульсы, и даже если мы настроены на правильные каналы, куда нам следует направить наши телескопы? Небо велико, а наши ресурсы ограничены. Было бы трагично направить наши телескопы на Канопус, скажем, если бы цивилизация на Капелле пыталась привлечь наше внимание.

Мы можем использовать две стратегии поиска. Целевой поиск фокусируется на отдельных близлежащих звездах. Он использует инструменты большой чувствительности в надежде обнаружить сигналы, намеренно направленные к нам, или утечку излучения, которая случайно проходит мимо нас. Обзор всего неба сканирует большие участки небесной сферы и, таким образом, охватывает мириады звезд. Чувствительность обзора всего неба уступает целевому поиску.

Первая современная деятельность SETI – проект «Озма» Дрейка – была целевым поиском, но он был нацелен только на две звезды: Тау Кита и Эпсилон Эридана. С тех пор астрономы многое узнали о «хабзвездах» – звездах, потенциально способных иметь обитаемые планеты. Современное представление таково, что хабзвезда, скорее всего, будет иметь стабильную светимость в течение длительных периодов времени, вероятно, будет иметь химический состав, позволяющий формироваться планетам земного типа, и будет обладать зоной, в которой по крайней мере одна из этих планет земного типа сможет иметь воду в жидкой фазе. Так что, если у вас есть большой каталог звезд и вы хотите расставить приоритеты для целей SETI, имеет смысл игнорировать катаклизмические переменные звезды, например: их изменения светимости делают их маловероятными домами для жизни, какой мы ее знаем, не говоря уже о технологической цивилизации. Существуют различные другие «срезы», которые можно сделать в каталоге, чтобы ресурсы SETI использовались наилучшим образом.

Маргарет Тернбулл и Джилл Тартер применили этот подход: они проанализировали 118 218 звезд из каталога Hipparcos – списка, опубликованного в 1997 году по измерениям, сделанным спутником ЕКА, предназначенным для измерения параллаксов и собственных движений звезд – и отсеяли их до 17 129 хабзвезд (три четверти из которых находятся в пределах 140 пк от Солнца). Если вы собираетесь проводить целевой поиск, вы могли бы сделать и хуже, чем сосредоточиться на этих звездах.

Феноменальный успех миссии НАСА «Кеплер» открыл другие возможности для целевых поисков. В то время как миссия Hipparcos была специально разработана для астрометрических исследований звезд, миссия «Кеплер» была специально разработана для поиска планет. «Объекты интереса Кеплера» (KOI) – это те звезды, о которых известно, что они обладают планетами и которые считаются наиболее подходящими для наличия жизни земного типа. Целевые поиски KOI уже проводились, и наверняка последуют другие.

Некоторые ученые предполагают, что мы можем еще больше уточнить список целей, если поставим себя на место инопланетян. Если мы предположим, что технологически развитые ВЦ не будут тратить энергию на всенаправленное вещание, а вместо этого выберут вероятные цели для отправки своих сигналов (так же, как мы обсуждаем вероятные цели для прослушивания), то из этого следует, что нам нужно беспокоиться только о хабзвездах, у которых была разумная вероятность обнаружить Землю. Другими словами, давайте предположим, что у продвинутых ВЦ есть своя (без сомнения, гораздо более совершенная) версия «Кеплера»: если бы они увидели Землю, проходящую по диску Солнца, то наша система была бы для них «объектом интереса», и они вполне могли бы решить послать сигналы в нашу сторону. Что ж, оказывается, что из-за того, что планеты в нашей Солнечной системе вращаются в плоскости, наклоненной примерно на 60° по отношению к диску Галактики, существование Земли было бы легче обнаружено ВЦ в определенных направлениях неба; возможно, нам следует сосредоточиться на прослушивании звезд в этих направлениях?

Еще одно предложение – искать прямолинейные выравнивания Земли, хабзвезды и пульсара. Мы можем предположить, что ВЦ классифицирует наше собственное Солнце как хабзвезду, и у них наверняка будут свои каталоги пульсаров; они смогут составить свой собственный список прямолинейных выравниваний планета-хабзвезда-пульсар. Идея здесь в том, что ВЦ выберет одну из очевидных частот для связи и сгенерирует импульсную передачу с периодом, определяемым пульсаром в выравнивании.

Может ли быть, однако, что целевые поиски – неправильный подход к SETI? Если мы ограничиваем наши поиски, основываясь на нашем понимании обитаемости и наших лучших догадках о мотивах ВЦ, то мы можем упустить всевозможные возможности. Вместо того чтобы долго и пристально вглядываться в те планетные системы, которые, как мы полагаем, могут таить жизнь, возможно, нам следует вместо этого использовать наши телескопы для сканирования неба?

Анализ Натана Коэна и Роберта Холфельда показал, почему мы должны играть на числах и смотреть на как можно большее количество звезд. В природе мы часто обнаруживаем, что объекты с большим значением некоторого свойства редки, в то время как объекты с меньшим значением этого свойства распространены. Так, яркие звезды спектрального класса O немногочисленны, в то время как тусклые звезды класса M широко распространены. Сильные радиоисточники, такие как квазары, редки, в то время как слабые радиоисточники, такие как звездные короны, распространены. Что мы, скорее всего, обнаружим: редкие «яркие» объекты или обычные «тусклые» объекты? Это зависит от силы редких источников по сравнению с обычными источниками. Например, квазары – невероятно сильные радиоизлучатели; неважно, что они находятся на экстремальных расстояниях, потому что они намного затмевают более близкие, но более слабые звездные источники. Таким образом, радиотелескопы в начале 1960-х годов могли обнаруживать редкие, далекие квазары легче, чем обычные, близлежащие источники. Точно так же, даже если продвинутые ВЦ невероятно редки, Коэн и Холфельд показали, что мы с большей вероятностью обнаружим их маяки, чем слабые сигналы от множества ВЦ, не намного более продвинутых, чем мы сами. Единственный способ избежать этого вывода – это если звезды кишат разумной жизнью: если бы ВЦ были обычным явлением, то целевые поиски, такие как поиск KOI, скорее всего, нашли бы одну. Поэтому обзоры всего неба с большей вероятностью дадут положительные результаты; по крайней мере, когда мы выбираем цели для углубленного изучения, мы должны стараться обеспечить, чтобы принимающий луч содержал галактики или большие скопления звезд за целью.

Так является ли это объяснением великого молчания? Мы не слышали от ВЦ, потому что наш фокус был слишком узким? Ну, нет. Было проведено множество обзоров всего неба, и планируется еще больше. Астрономы до сих пор, конечно, не слушали достаточно долго, и, возможно, они не слушали на правильных частотах, но неверно говорить, что они игнорировали обзоры всего неба.

Один из самых инновационных научных проектов последних лет – инициатива, которая захватила энтузиазм широкой общественности и породила множество усилий «гражданской науки» – это SETI@home. Проект, инициированный Дэвидом Гедье, был представлен общественности в 1999 году. Участники загружают небольшую клиентскую программу для своего домашнего или рабочего компьютера. Программа обычно работает как хранитель экрана; по сути, когда компьютер пользователя не занят «основной» работой, клиентская программа оживает и начинает вычисления над пакетом данных – известным как рабочая единица – полученным радиотелескопом Аресибо. Важно отметить, что данные Аресибо поступают от обычной научной работы телескопа; звезды не выбираются в качестве целей для SETI, а вместо этого ученые SETI анализируют любые поступающие данные. Как только вычисления завершены, программа отправляет рабочую единицу обратно в SETI@home, где она объединяется со всеми другими результатами со всего мира, и загружается новая рабочая единица. Эффект заключается в том, что добровольцы объединились, чтобы сделать SETI@home одним из самых мощных компьютеров в мире. Так что астрономы могут не только проводить обзоры всего неба, но и располагают вычислительными ресурсами для анализа данных способами, которые Фрэнк Дрейк наверняка не мог себе представить, когда впервые направил телескоп на Тау Кита в надежде найти сигнал.

У меня есть одно крошечное чувство беспокойства по поводу обзоров всего неба, и это возвращает нас к проблеме частоты, на которой мы должны слушать. Обзоры охватывают далекие галактики, и большинство обзоров слушают на «водяной дыре» или около нее. Но есть лучшая частота, чем «водяная дыра», для межгалактической (в отличие от межзвездной) связи: 56,8 ГГц.

Частота для межгалактической связи «Естественная» частота для межгалактической связи представлена как

$f = k / h T_{0} \approx 56.8 G Hz$

где $T_{0}$ – наблюдаемая температура космического фонового излучения, k – постоянная Больцмана, а h – постоянная Планка (таким образом, она связывает режимы космологии и квантовой физики). Эта частота была первоначально предложена в 1973 году Дрейком и Саганом, и независимо Готтом в 1982 году.

Частота 56,8 ГГц связана с наблюдаемым космическим микроволновым фоном, поэтому это универсальная частота. Если ВЦ в далекой галактике с высоким красным смещением излучала сигнал на частоте, связанной с вышеуказанной, то она могла быть уверена, что сигнал может быть получен в любое будущее время. Сигнал потенциально мог бы достичь большого числа галактик. (Здесь нам нужно учесть еще один фактор. На Земле потребовалось около 4,5 миллиарда лет, чтобы возникла технологическая цивилизация. Если это время, которое требуется другим цивилизациям для возникновения, то не стоит искать в галактиках с красными смещениями намного больше 1. Свет, который мы сейчас видим от этих далеких галактик, отправился в путь, когда возраст вселенной составлял всего около 4,5 миллиарда лет; времени для возникновения цивилизации типа III было бы недостаточно.) К сожалению, атмосфера Земли имеет широкую полосу поглощения кислорода на 60 ГГц, что означает, что наши радиотелескопы не могут проводить поиск на частоте 56,8 ГГц. Наблюдения на этой частоте придется проводить из космоса. Тем временем, возможно, цивилизация типа III в далекой галактике прямо сейчас подает нам сигналы.

Решение 28

Сигнал уже есть в данных

Я не ищу; я нахожу.

Пабло Пикассо

За более чем полвека поисков проекты SETI накопили огромное количество данных. Возможно ли, что где-то во всех этих данных есть отпечаток ВЦ, сигнал, который мы еще не распознали?

Множество повседневных земных сигналов способны обмануть чувствительные детекторы SETI – военные радары, мобильные телефоны и спутники связи – все они генерируют потенциально запутывающее излучение. Астрономы SETI, конечно, осведомлены об этих источниках помех и обычно могут идентифицировать их как таковые. Но остается несколько интригующих исключений, обнаружений, которые, вероятно, имеют земное происхождение, но тем не менее остаются неопознанными. Например, между 1972–76 годами Цукерман и Палмер исследовали более 650 близлежащих солнцеподобных звезд на частоте 1420 МГц и зафиксировали десять импульсов, которые, с натяжкой, могли бы быть искусственными. В период с 1985 по 1994 год проект META зафиксировал несколько импульсов, которые, возможно, могли быть искусственными. Мы уже обсуждали сигнал «Wow!». Проблема в том, что всякий раз, когда астрономы перенаправляют свои телескопы в направлении, откуда пришли радиоимпульсы, они ничего не находят. «Сигналы» никогда не повторяются. Эти импульсы действительно могли быть прерывистыми передачами ВЦ, лучом маяка, который пронесся над Землей, прежде чем двинуться дальше, или просто пока еще неопознанным источником радиопомех.

Другая проблема возникает с интерпретацией данных с телескопов. Мы собираем фотоны от гамма-всплесков и объясняем их происхождение с точки зрения катаклизмического огненного шара; мы собираем фотоны от звезд с избытком инфракрасного излучения и делаем вывод, что звезда окутана пылью; мы находим тепловой спектр и заключаем, что он исходит от черного тела. Мы могли бы объяснить все эти наблюдения с точки зрения деятельности ВЦ. Как мы уже видели, Болл предположил, что ВЦ могут общаться, обмениваясь вспышками гамма-лучей; одной из сигнатур сферы Дайсона является избыток инфракрасного излучения; наиболее эффективный способ связи, который могла бы использовать ВЦ, был бы неотличим от излучения черного тела для таких наблюдателей, как мы, которые не посвящены в используемую систему.

В конечном счете, трудность заключается в том, что мы застряли на крошечной скале, на дне плотной атмосферы, пытаясь осмыслить вселенную, интерпретируя случайные фотоны, которые ловят наши телескопы. Это вызов, и иногда ученые могут все понять неправильно. Но если мы можем объяснить наблюдения с точки зрения естественных явлений, то нам не нужно постулировать существование ВЦ. Опять Оккам. Поэтому, когда мы наблюдаем, например, что спектры почти всех галактик показывают красное смещение, достаточно объяснить наблюдение с точки зрения расширения вселенной – объяснение само по себе достаточно фантастическое (и прекрасное). Нам не нужно предполагать, как в одной научно-фантастической истории, что красные смещения – это выхлопные газы инопланетных кораблей, спасающихся от человечества.

Мы должны надеяться, что продвинутые ВЦ сделают свои сигналы недвусмысленными и четко отличимыми от шума. Мы должны надеяться, что их сигналы будут достаточно сильными, чтобы мы могли их обнаружить. И мы должны надеяться, что они часто повторяют свои сигналы. Если они выполнят свою часть сделки, то у нас есть шанс записать их сигналы. Какая жалость была бы, однако, если бы мы уже записали их сообщения, но не распознали их как таковые.

Решение 29

Мы слушали недостаточно долго

Терпение горько, но плод его сладок.

Жан-Жак Руссо, «Эмиль»

В 1991 году Дрейк писал о своих надеждах на обнаружение сигналов от ВЦ: «Это открытие, свидетелем которого я полностью ожидаю стать до 2000 года, глубоко изменит мир». Более двух десятилетий спустя в исследованиях SETI произошло многое. Но открытие так и не было сделано. Был ли Дрейк просто нетерпелив? Возможно, ответ на парадокс Ферми заключается в том, что ВЦ существуют, общаются друг с другом и, возможно, даже пытаются общаться с нами, но мы просто слушали недостаточно долго, чтобы наши поиски принесли плоды.

Этой позиции придерживается большинство энтузиастов SETI, и на то есть веские причины. Рассмотрим, например, некоторые трудности, с которыми сталкиваются радиотелескопы при поиске внеземных сообщений. Во-первых, зона принимающего луча охватывает лишь небольшой участок неба, поэтому существуют миллионы слегка отличающихся направлений, в которых астрономы могут направить телескоп. Во-вторых, для каждого участка неба существуют миллиарды частот для проверки. В-третьих, сигнал может иметь форму всплеска, а не непрерывного маяка – телескоп должен быть на дежурстве, иначе он пропустит сообщение. Короче говоря, чтобы обнаружить радиосигнал от ВЦ, телескоп должен быть направлен в правильном направлении в нужное время и настроен на правильную частоту. Существуют триллионы возможных комбинаций этих параметров. Если бы ВЦ решили общаться друг с другом с помощью лазеров, а не радио, то крайне маловероятно, что Земля просто оказалась бы на пути какого-либо из лучей; миллиарды цивилизаций могли бы существовать, разговаривая друг с другом, и мы бы их не услышали. Поэтому кажется вполне разумным сказать, что мы искали недостаточно долго. Возможно, нам просто нужно набраться терпения.

Некоторые люди, однако, считают это неудовлетворительным разрешением парадокса Ферми. В некотором смысле, суть парадокса заключается в том, что мы «ждали» доказательств существования внеземных цивилизаций миллиарды лет: они сами, или их зонды, или, по крайней мере, их сигналы, уже должны быть здесь. Доказательства их существования, какую бы форму они ни принимали, должны были быть здесь задолго до того, как человечество начало задаваться вопросом, существуют ли другие виды. Тратить еще несколько десятилетий на наблюдения, пусть и с гораздо более мощной технологией, – значит упускать суть.

Давайте рассмотрим это с другой стороны. Сколько ВЦ в настоящее время населяют Галактику? Саган и Дрейк предположили, что в нашей Галактике может быть $1 0^{6}$ ВЦ на нашем нынешнем уровне технологического развития или выше, поэтому в среднем ВЦ должна находиться в пределах 300 световых лет от Земли. Более консервативная оценка Горовица заключается в том, что в нашей Галактике может быть $1 0^{3}$ продвинутых ВЦ, поэтому, если они случайным образом распределены в пространстве, ВЦ будет находиться в пределах 1000 световых лет от Земли. Если эти от $1 0^{3}$ до $1 0^{6}$ цивилизаций долгоживущие, возможно, миллиарды лет, то они наверняка должны обладать технологией уровня Кларка – такой, которая для нас неотличима от магии. Даже если они не хотят путешествовать или считают это невозможным, такие цивилизации, несомненно, могли бы сделать так, чтобы нам было легко их увидеть или услышать. Почему они этого не делают? Альтернативно, цивилизации могут быть недолговечными. Если сейчас существует 1000 цивилизаций, и если скорость формирования технологических цивилизаций была более или менее постоянной на протяжении истории Галактики, то около 10 миллиардов цивилизаций жили и умерли только в нашей Галактике. Вероятно ли, что ни одна ВЦ не оставила видимых следов своих надежд, своих достижений, своего существования? (Если это правда, то это почти невыносимо печальная мысль.)

Мы возвращаемся к вопросу: где они – их корабли, их зонды или их сигналы? Нам не следовало бы ждать доказательств их существования – доказательства уже должны быть здесь.

Решение 30

Они передают сигналы, но мы их не получаем

Я действительно не вижу сигнала.

Нельсон, в битве при Копенгагене

Предположим, что внеземные цивилизации относительно распространены. Предположим далее, что ВЦ равномерно распределены по Галактике. (Их пространственное распределение вряд ли будет однородным, потому что, как мы увидим позже, некоторые регионы Галактики, по-видимому, обладают условиями для обитания, а некоторые регионы враждебны жизни. Тем не менее, это разумное первое приближение.) Наконец, предположим, что межзвездные путешествия и колонизация невозможны, но что, как предполагает Дрейк, ВЦ проводят некоторое время в фазе коммуникации: они какое-то время вещают к звездам, а затем (по какой-либо причине) прекращают. Это все кажется относительно правдоподобным, и простой анализ показывает, что в этом сценарии мы в конечном итоге должны ожидать обнаружения сигнала. Однако Реджинальд Смит – ученый-любитель с эклектичными интересами – добавляет к сценарию еще одно предположение: Смит предполагает, что существует максимальное расстояние, в пределах которого сигнал может быть обнаружен. За этим горизонтом сигнал становится настолько слабым, что его невозможно обнаружить. Это дополнительное предположение меняет анализ.

Смит рассматривает простую модель, в которой ВЦ вещает изотропно в течение всей своей жизни L. По истечении времени L вещание прекращается, но сигналы продолжают распространяться в пространстве и обнаружимы на расстоянии до D от исходной планеты. Сигналы достигнут этого максимального расстояния через время $D / c$ . (Таким образом, существуют две возможности. Если $L > D / c$ , то сигналы достигнут своего максимального расстояния еще во время вещания цивилизации. Если $L < D / c$ , то цивилизация прекратит вещание до того, как сигналы достигнут своего максимального расстояния. Это влияет на вероятность установления двусторонней связи.) Можно вычислить объем пространства, заполненного сигналом за период его вещания, и, таким образом, для различных плотностей ВЦ, заданных уравнением Дрейка, – вероятность того, что цивилизация окажется в пределах досягаемости. Если существует высокая вероятность того, что ВЦ находится в объеме пространства, занятом сигналом, то контакт вероятен; если вероятность обнаружения ВЦ в этом объеме мала, то контакт маловероятен.

Конечно, мы не знаем значений соответствующих чисел в этой модели: возможно, мы можем сделать оценки для D, но у нас практически нет представления о том, какое значение L может быть разумным. Однако, если мы сделаем оценку D и L, мы сможем оценить минимальное количество ВЦ, необходимое для того, чтобы контакт стал вероятным; это просто базовая арифметика. Крайние случаи, пожалуй, такие, каких и следовало ожидать. Если продолжительность жизни или горизонты сигнала очень короткие, то для вероятности контакта должно существовать много цивилизаций; если продолжительность жизни или горизонты сигнала очень длинные, то мы ожидали бы контакта, даже если бы в Галактике была всего одна или две цивилизации. Наиболее интересен промежуточный случай. Если средняя ВЦ остается в фазе коммуникации в течение одного тысячелетия, и если горизонт сигнала составляет 1000 световых лет, то нам потребовалось бы по крайней мере тысяча ВЦ в нашем регионе Галактики, чтобы контакт стал вероятным. В этом сценарии в нашем соседстве могло бы быть 500 технологически развитых цивилизаций, и, скорее всего, мы бы никогда об этом не узнали.

Может ли тогда горизонт сигнала объяснить парадокс? Инопланетяне существуют, и они вещают – мы просто не получаем сигналы? Это мысль. На мой взгляд, однако, существует слишком много способов избежать этого вывода, чтобы он мог быть решением, которое мы ищем.

Решение 31

Все слушают, никто не передает

Ни малейшего шороха не произвели слушатели.

Уолтер де ла Мар, «Слушатели»

Хотя трудно обнаружить сигнал от неопределенной планетной системы среди сотен миллиардов звезд Галактики, подумайте, насколько труднее должно быть послать сигнал к звездам – по крайней мере, послать его с каким-либо ожиданием, что кто-то или что-то его обнаружит. И даже если цивилизация обладает технологией для передачи обнаружимого сигнала, захочет ли она это делать? В конце концов, могут быть риски, связанные с трансляцией факта своего существования. Возможно, каждая цивилизация беспокоится о парадоксе Ферми и приходит к выводу, что должна быть веская причина, по которой все остальные решили хранить молчание; зачем быть первым, кто нарушит ряды? Может быть, все слушают, а никто не передает?

В некотором смысле, наша цивилизация уже передает сигналы в небеса. На протяжении нескольких десятилетий наши радио- и телепередатчики пропускали электромагнитное излучение в космос. Пока я пишу это, прямые трансляции падения Берлинской стены могли бы проноситься мимо звезды Вега; саундтрек к «Лихорадке субботнего вечера» сейчас впервые достигает Арктура; любители крикета в системе Хамаль вскоре могут получить известие о последнем матче Брэдмена. Однако спорно, можно ли обнаружить утечку передач, даже если ВЦ слушают. Наши передатчики направляют свои лучи горизонтально, чтобы их улавливали отдельные антенны, поэтому, хотя часть выходной мощности теряется в космосе – луч электромагнитного излучения проносится через космос по мере вращения Земли вокруг своей оси и по мере ее обращения вокруг Солнца – это дело случая, пересечется ли какой-либо из них с далекой звездой. Кроме того, высокая пропускная способность и относительно низкая мощность наших передатчиков означают, что даже телескоп размером с Аресибо с трудом смог бы обнаружить наши трансляции далеко за орбитой Плутона. Так что, если ВЦ не находятся поблизости, им чрезвычайно не повезет, и у них нет уровня приемной технологии, намного превосходящего наш, они вряд ли обнаружат наши непреднамеренные (или даже наши преднамеренные, если есть такое слово) передачи. Кроме того, количество этой утечки излучения уменьшается по мере увеличения использования нами кабеля. (Излучение от мощных военных радаров и сигналы, которые астрономы отражают от Венеры и Марса для картирования топографии этих планет, имеют больше шансов быть обнаруженными на межзвездных расстояниях. С другой стороны, такое излучение сильно сфокусировано; луч вряд ли пересечется с инопланетным приемником.)

Что, если бы мы хотели быть замеченными? Вместо того чтобы полагаться на удачу и надеяться, что ВЦ заметит наше телевидение (надеясь также, возможно, что они получат «Чирс», а не «Ангелов Чарли»), нам понадобились бы средства для передачи мощного узкополосного сигнала. Это «активный SETI», обратная сторона традиционного SETI: вместо того чтобы размышлять о том, как лучше слушать, мы рассматриваем практические аспекты того, как передавать. Кроме того, изучая проблему передачи сигнала на межзвездные расстояния, мы можем многое узнать, что поможет нам слушать сигналы. Были некоторые преднамеренные передачи, включая сообщение по случаю выпуска книги, трансляцию песни The Beatles «Across the Universe» в ознаменование 50-летия НАСА и рекламу Doritos, переданную в сторону звезды 47 Большой Медведицы. Эти передачи были, конечно, по сути, рекламными трюками, но, как мы увидим ниже, были предприняты серьезные попытки отправить сообщение в космос.

Предположим, мы решаем использовать радио. Первая проблема – какую частоту передачи использовать. Что ж, логика, которая заставляет нас слушать сигналы на «водяной дыре», подсказывает, что мы должны передавать где-то в этом регионе, хотя можно привести аргументы в пользу нескольких других частот. Как только частота передачи определена – и давайте на данный момент предположим, что мы должны вещать на «водяной дыре» – какая технология потребуется? Поскольку мы заранее не знаем, где может находиться ВЦ, самый безопасный вариант – передавать изотропно – с одинаковой мощностью во всех направлениях. К сожалению, изотропная передача обходится дорого. Если бы мы хотели послать узкополосный сигнал, чтобы его могла обнаружить небольшая антенна на расстоянии, скажем, 100 световых лет, то мощность, требуемая передатчиком, превысила бы общую установленную на данный момент электрогенерирующую мощность мира. А 100 световых лет едва выходят за пределы нашего непосредственного соседства. Чем дальше мы хотим, чтобы сигнал был принят, тем больше потребность в мощности передатчика. Таким образом, изотропная передача – это деятельность, которую мы в настоящее время не можем предпринять. Даже если бы мы могли построить такое устройство, посвятили бы мы такой большой объем ресурсов проекту, который не имеет гарантии успеха?

Если мы удовлетворимся предположением, что ВЦ будут слушать с помощью телескопа размером с Аресибо, а не маленькой антенны, то требования к мощности передатчика уменьшатся. Действительно, если бы мы знали точное местоположение телескопа типа Аресибо на другой стороне Галактики, то наш собственный Аресибо мог бы послать ему сигнал. Проблема в том, что мы заранее не знаем, куда направить передатчик. Тарелка типа Аресибо, работающая на частоте в районе «водяной дыры», имеет чрезвычайно узкий луч. Старая поговорка об иголке в стоге сена не передает всей невероятности отправки узкого луча, который случайно совпадет с большим приемником где-то в глубинах космоса.

Изотропная передача гарантирует, что любой, у кого есть ухо, сможет вас услышать, но она чрезвычайно дорога. Направленная передача дешева, но она исключает большую часть вашей потенциальной аудитории. Это две крайности стратегии радиопередачи. Мы могли бы пойти на различные компромиссы, конечно, но межзвездная радиопередача для нас непроста. Может быть, ВЦ решают позволить другим выполнять тяжелую работу по передаче? Возможно, Галактика полна цивилизаций, ожидающих, пока другие оплатят телефонный счет?

Экономический аргумент меня не совсем убеждает. Для человечества на нашей нынешней стадии развития, безусловно, более рентабельно слушать, чем передавать. Однако технологически развитые ВЦ, предположительно, имели бы больше ресурсов, которые они могли бы направить на передачу; то, что для нас разорительно дорого, было бы мелочью для цивилизации типа III. Кроме того, они – и мы – не ограничены радио. Даже с нашей нынешней лазерной технологией мы можем генерировать импульс света, который на короткое время затмевает Солнце. Продвинутая ВЦ, предположительно, без труда сгенерирует импульс, который на короткое время будет в миллиарды раз ярче своей звезды. Такие импульсы можно обнаружить с помощью относительно небольшого оптического телескопа, подключенного к прибору с зарядовой связью. Кроме того, на расстояниях в несколько тысяч световых лет межзвездная среда оказывает относительно небольшое влияние на сигнал видимого света; в отличие от радио, оптическая связь не искажается. Во многих отношениях лазеры более эффективны, чем радиотарелки, для целей межзвездной передачи.

Недостатком оптической связи является то, что луч чрезвычайно узок. Поэтому передающая цивилизация должна знать точное местоположение принимающего телескопа. Беспорядочная стрельба в небо бесполезна; лазерный луч вряд ли когда-либо будет обнаружен. Поэтому передающая цивилизация должна составить список целевых планетных систем вместе с точными и аккуратными значениями положений этих систем. Кроме того, звезды не находятся в покое. Если ВЦ посылает сигнал туда, где звезда находится сейчас, то к тому времени, как свет достигнет ее, звезда уже сдвинется. Поэтому передающей цивилизации также нужна точная информация о скоростях целевых звезд. Сбор информации о других планетных системах и точном местоположении и скорости звезд не прост, но и не невозможен. Миссия Hipparcos, которая наблюдала небеса между 1989 и 1993 годами, получила точные положения и скорости тысяч звезд; миссия Kepler, запущенная в 2009 году, обнаружила сотни планет; а миссия Gaia, запущенная в 2013 году, определит положения и скорости около миллиарда звезд и обнаружит еще много планет. Если мы можем реализовать такие миссии, то цивилизация, которая намного более продвинута, чем наша, должна быть в состоянии использовать оптическую связь на межзвездных расстояниях – и радиосигналы тоже, если они выберут.

Оставив экономические и технические аргументы в стороне, возможно, нам просто не следует передавать. Многие уважаемые мыслители выступают против активного SETI на том основании, что мы не понимаем рисков, связанных с сообщением продвинутым и потенциально враждебным цивилизациям о нашем существовании.

Как упоминалось выше, человечество уже отправляло сообщения в небо – не только утечку излучения, но и преднамеренные сигналы. Действительно, еще в 1820 году великий математик Гаусс думал о способах сигнализации о нашем присутствии разумным существам на Марсе. Идеи Гаусса были непрактичными, но в 1974 году Фрэнк Дрейк воспользовался возможностью использовать церемонию открытия отремонтированного телескопа Аресибо для отправки сообщения на частоте 2,38 ГГц в направлении M13. (Это шаровое скопление, содержащее около 300 000 звезд, но, к сожалению, не того типа, который, как мы ожидаем, обладает планетами земного типа.) Сообщение длилось 3 минуты и содержало всего 1679 бит, но Дрейку удалось вместить в него много информации. Когда сигнал достигнет M13 примерно через 24 000 лет, астрономы там, если смогут его расшифровать, узнают о нас удивительно много.

Даже если они не смогут его расшифровать, само обнаружение сигнала передаст информацию; оно скажет им, что здесь был разумный вид, достигший радиостадии – сам факт сигнала несет сообщение. Несколько других сообщений были отправлены в небо, в частности из Евпаторийской обсерватории в Крыму под руководством Александра Зайцева.

И Дрейк, и Зайцев подверглись критике за то, что сделали эти трансляции без широких консультаций. Трансляции представляли Землю, однако ни одно национальное правительство не было опрошено относительно содержания сигнала. Возможно, будущие крупномасштабные передачи с Земли потребуют планетарного правительства, которое сможет говорить за всех нас. Возможно, продвинутая ВЦ передает только тогда, когда она достигла такого уровня единства, что ее сигналы представляют консенсус всего их мира. Не поэтому ли мы все еще ждем вестей от них – они слушают не из-за технических или экономических проблем, а из-за этических трудностей?

Дилемма заключенного Двое членов преступной группировки арестованы и заключены в тюрьму. Каждый заключенный находится в одиночной камере без возможности общаться или обмениваться сообщениями с другим. Полиция признает, что у них недостаточно улик для осуждения пары по основному обвинению. Они планируют приговорить обоих заключенных к году тюрьмы по менее тяжкому обвинению. Одновременно полиция предлагает каждому заключенному сделку. Каждому заключенному предоставляется возможность либо предать другого, дав показания о том, что другой совершил преступление, либо сотрудничать с другим, сохраняя молчание. Если оба заключенных предадут друг друга, каждый из них отсидит два года в тюрьме. Если А предаст Б, но Б сохранит молчание, А будет освобожден, а Б отсидит три года в тюрьме (и наоборот). Если оба заключенных сохранят молчание, оба отсидят всего один год в тюрьме (по менее тяжкому обвинению).

Чисто рациональный, эгоистичный заключенный всегда должен предавать другого. Но если оба заключенных рассуждают таким образом, они получают худший результат, чем если бы они сотрудничали.

Может ли что-то подобное действительно быть разрешением парадокса? Что никто не хочет первым нарушить молчание? Ситуация кажется довольно похожей на знаменитую дилемму заключенного в теории игр: каждая цивилизация может выбрать пассивный поиск (предать) или активный поиск и вещание (сотрудничать). Если мы действительно верим, что издержки вещания так высоки, то мы никогда не увидим маяка: с таким же успехом можно закрыть программу SETI. Но есть и потенциальные выгоды, и возможные опасности вещания, и теория игр может быть использована для анализа этой ситуации. Один такой теоретико-игровой анализ проблемы предполагает, что наиболее эффективный подход для нас – принять смешанную стратегию: пассивно слушать большую часть времени, но иногда вещать. Если мы примем такую стратегию, мы можем ожидать, что другие цивилизации поступят так же. И достаточно было бы одной цивилизации, чтобы растопить лед…

Решение 32

У них нет желания общаться

Речь — великая вещь, но молчание — еще величественнее.

Томас Карлейль, Эссе: Характеристики Шекспира

Можно придумать сколько угодно причин, по которым внеземные цивилизации могли бы захотеть начать разговор — любопытство, гордость, одиночество. Но, может быть, им просто не хочется разговаривать?

Разрешения парадокса, основанные на идее, что внеземные цивилизации держатся особняком, зависят от предположений о мотивах инопланетных существ. Если такие существа существуют, они, предположительно, будут продуктом эонов эволюции в неземных условиях и, следовательно, будут обладать чувствами, влечениями и эмоциями, отличными от наших. Или они могут быть искусственными интеллектами, которые пришли на смену своим биологическим создателям. Или они могут быть в форме, совершенно непостижимой для нас. Как мы можем претендовать на понимание мотивов разумов, столь сильно отличающихся от наших? Возможно, мы не можем понять мотивы инопланетян, но спекулировать об этом интересно.

Мы уже коснулись одной причины, по которой внеземные цивилизации могли бы предпочесть молчать: страх. Если мы вещаем в космос, мы раскрываем свое местоположение и уровень технологий. Если мы думаем, что соседи могут быть агрессивными или, что еще хуже, берсеркерами, то молчание может быть лучшей политикой. Мы понятия не имеем, думали бы так инопланетяне, но многие люди, безусловно, думают. Возможно, осторожность — общая черта развитых разумов.

Другие предполагали, что дух любопытства, пронизывающий человечество (и многие другие земные виды), может отсутствовать у разумных инопланетян. Возможно, у внеземных цивилизаций просто нет интереса к исследованию Вселенной или общению с другими цивилизациями? Можно возразить, что инопланетяне, лишенные любопытства и желания узнать, как устроена Вселенная, никогда не смогли бы развить технологию для общения на межзвездных расстояниях; что любой разумный вид, который мы встретим, должен проявлять любопытство к внешнему миру. Но взгляд на учебники истории показывает, как некоторые человеческие культуры были изоляционистскими. Возможно, подобная философия распространена и среди внеземных цивилизаций?

Более распространенный аргумент, обычно выдвигаемый в духе смирения, заключается в том, что внеземные цивилизации настолько превосходили бы нас интеллектуально, что были бы безразличны к нашему существованию. Я слышал, как один астроном сказал, что развитые цивилизации «не захотели бы общаться с нами, потому что мы ничему не могли бы их научить; в конце концов, мы же не хотим общаться с насекомыми». Но так ли это? Маловероятно, что мы сможем научить развитую внеземную цивилизацию чему-либо в «точных» науках, таких как физика. Но на самом деле физика относительно проста: Вселенная состоит из небольшого числа основных строительных блоков, которые взаимодействуют небольшим числом четко определенных способов. Поэтому маловероятно, что развитые внеземные цивилизации будут тратить много времени на обсуждение физики; у всех них будут одинаковые физические теории, потому что все они населяют одну и ту же Вселенную. Области изучения, которые действительно трудны — в смысле сложности освоения — это такие предметы, как этика, религия и искусство. Развитые внеземные цивилизации не ожидали бы узнать от нас что-либо интересное об электромагнетизме, но им могло бы быть интересно попытаться постичь и понять, как мы видим Вселенную — это была бы достойная их задача. Кроме того, не совсем верно говорить, что «мы не хотим общаться с насекомыми». По крайней мере, нам интересно, как насекомые могут общаться между собой: биологи приложили немало усилий, чтобы интерпретировать сигналы, которые могут быть закодированы в танце пчелы; давно изучается общение муравьев с помощью феромонов; завораживает биолюминесценция светлячков и то, как эти существа используют световые импульсы в брачных диалогах. Такие исследования являются частью более широкого изучения коммуникации и познания животных. Действительно, возможность общения с «низшими» видами интриговала людей на протяжении тысячелетий. То, что Homo sapiens может быть «низшим» видом по сравнению с другими, не означает, что мы по своей сути неинтересны. (Кроме того, даже если внеземные цивилизации безразличны к примитивным формам жизни, таким как мы, это не обязательно объясняет, почему мы не видели их или их возможного взаимодействия с себе подобными.)

Другой часто приводимый аргумент заключается в том, что сверхразумные внеземные цивилизации воздерживаются от общения с нами, чтобы защитить нас от развития комплекса неполноценности; они ждут, пока мы сможем внести достойный вклад в разговоры, происходящие в Галактическом Клубе. Однако, как указал Дрейк, на индивидуальном уровне все мы постоянно имеем дело с умами, превосходящими наш собственный. Будучи детьми, мы учимся у старших братьев и сестер, родителей и учителей; будучи взрослыми, мы учимся у великих авторов, ученых и философов прошлого. В этом нет ничего особенного: в худшем случае, когда мы обнаруживаем, что никогда не будем писать так же хорошо, как Шекспир, или иметь такие же глубокие прозрения, как Ньютон, мы можем быть разочарованы, но затем мы пожимаем плечами и делаем все, что в наших силах. В лучшем случае, созерцание достижений других служит нам вдохновением. Почему для обществ должно быть иначе?

Можно придумать много других причин, по которым разумные инопланетяне сдержанны. Возможно, они быстро достигают духовного удовлетворения на своей родной планете и не видят необходимости искать других. Возможно, они считают, что только этически развитые виды должны пытаться распространяться в космос, и ждут того дня, когда их собственный вид достигнет такой стадии. Возможно, временная задержка, связанная с межзвездной связью, делает взаимодействие с другими видами менее привлекательным; оно должно быть односторонним. (Но мы постоянно участвуем в одностороннем общении. Двусторонняя связь с Гомером невозможна, но мы продолжаем читать его, потому что его произведения интересны.) Возможно — и это удручающая мысль, учитывая наш недостаток прогресса в космических полетах со времен миссий «Аполлон» — им просто лень.

Проблема с этим и подобными решениями парадокса Ферми заключается в том, что они требуют маловероятного единообразия мотивов. Если Галактика является домом для миллиона цивилизаций, как предполагают оптимисты, то, возможно, некоторые из них не желают общаться с другими. Но чтобы объяснить парадокс, требуется, чтобы все цивилизации вели себя таким образом. А это, безусловно, маловероятно. Действительно, проблема может быть еще острее. Некоторые авторы утверждают, что для развития способности к межзвездной связи цивилизации может потребоваться сообщество из миллиардов умов. Человечество, например, на протяжении веков опиралось на гений огромного числа умов для развития нашего нынешнего уровня технологий. Если это справедливо и для других внеземных цивилизаций, то там могут быть триллионы разумных индивидуумов, некоторые из которых, если они принадлежат к цивилизации типа III по Кардашеву, будут иметь доступ к невообразимо мощным технологиям. В этом случае эти решения парадокса Ферми требуют единообразия мотивов не только между внеземными цивилизациями, но и среди отдельных членов или групп внутри внеземной цивилизации.

Решение 33

Они разрабатывают другую математику

Целые числа создал Бог; все остальное — дело рук человеческих.

Леопольд Кронекер

Одна из непреходящих тайн науки, как выразился Вигнер, — это «непостижимая эффективность математики». Почему математика так хорошо описывает Природу? Какова бы ни была причина, мы должны быть благодарны за то, что можем постигать Вселенную математически. Это означает, что мы можем собирать самолеты, которые остаются в воздухе, строить мосты, которые стоят, и конструировать автомобили, которые почти ездят сами. В конечном счете, вся современная технология зависит от математики. (Люди создавали самолеты, мосты и автомобили методом проб и ошибок, но я бы не хотел ими пользоваться.)

Многие математики, возможно, большинство из них, по крайней мере молчаливо придерживаются платонизма. Платоническая философия утверждает, что математика и математические законы существуют в некой идеальной форме вне сферы пространства и времени. Работа чистого математика, таким образом, сродни работе золотоискателя; математик ищет самородки предсуществующей абсолютной математической истины. Математика открывается, а не изобретается.

Некоторые математики, однако, занимают сильную антиплатоническую позицию. Они утверждают, что математика — это не какая-то идеализированная сущность, независимая от человеческого сознания, а скорее изобретение человеческих умов. Математика — это социальное явление, часть человеческой культуры. Антиплатоник утверждает, что математические объекты создаются нами в соответствии с потребностями повседневной жизни. Математика исходит из нашего мозга.

Возможно, эволюция встроила в наш мозг «арифметический модуль». Нейробиологи даже предполагают местоположение этого модуля: нижняя теменная кора, сравнительно малоизученная область мозга. Это не означает, что арифметика — это вся математика. На самом деле, это почти ничто по сравнению с огромным зданием, построенным математиками, так что, возможно, важную роль играют и другие области мозга. (Психологи зафиксировали случай человека с докторской степенью по химии, который не мог решать простейшие арифметические задачи — 5×2 было для него непосильно — но мог манипулировать алгебраическими выражениями, например, упрощать (x×y)/(y×x) до 1. Означает ли это, что арифметика и алгебра обрабатываются разными областями мозга?) Тем не менее, именно на основах арифметики мировое сообщество математиков воздвигло столь чудесный собор абстрактной мысли. И если окажется, что у нас действительно есть арифметический процессор в голове, то нас это не должно слишком удивлять. В конце концов, наши предки жили в мире дискретных объектов, в котором способность распознавать количество хищников или количество добычи была бы чрезвычайно выгодной. На самом деле, поскольку способность быстро выносить суждения на основе воспринимаемого количества объектов так явно полезна, мы могли бы ожидать, что животные обладают неким «чувством числа». Действительно, есть свидетельства того, что крысы и еноты, цыплята и шимпанзе могут делать элементарные числовые суждения. Таким образом, хотя способность выполнять интегральное исчисление не является врожденной, можно утверждать, что основы арифметики врожденные. Целые числа — это не идеальные платоновские формы, существующие независимо от человеческого сознания; скорее, они являются творениями нашего разума, артефактами того, как мозг наших предков интерпретировал окружающий мир.

Счет или Субитизация*? Маловероятно, что животные могут считать в том смысле, в каком мы это понимаем. В тех экспериментах, которые якобы демонстрируют способность животных считать, трудно исключить возможность того, что животные используют гораздо более простые когнитивные процессы. Например, когда речь идет о небольшом количестве объектов, животные могут использовать субитизацию. Мы сами делаем то же самое: если нам показывают тарелку с 3 печеньями, мы знаем, что их 3, а не 2 или 4, без необходимости их считать. Субитизация — это перцептивный процесс, который работает для количества объектов примерно до 6. Процесс хорошо работает для 3 объектов, скажем, потому что существует лишь ограниченное количество способов их расположения (вариации на темы паттернов … и … исчерпывают почти все возможности). Существует так много различных способов расположить, скажем, 23 объекта, что никакая перцептивная подсказка не позволяет нам легко отличить группу из 23 объектов от 22 или 24 объектов. Точно так же многие животные могут судить об относительной численности. Они предпочтут, например, большое количество пищи меньшему. Однако и здесь животным не обязательно считать — в конце концов, куча из 500 птичьих семян просто выглядит больше, чем куча из 300 птичьих семян.

* Субитизация — это способность смотреть на небольшой набор объектов и мгновенно узнавать, сколько их, не считая их . Например, при бросании игральной кости нам не нужно считать точки, чтобы узнать, что мы выбросили. Субитизация была впервые придумана теоретиком Пиаже. Она важна на раннем этапе развития чувства числа.

Если это верно, то возникает захватывающий вопрос: какой была бы математика внеземной цивилизации? Символы, которые они использовали, конечно, были бы другими, но это тривиальное различие. Вместо поверхностных различий мы хотим знать, разработают ли они теорему о простых числах; теорему минимакса; теорему о четырех красках. Если бы их эволюционная история полностью отличалась от нашей, то, возможно, они не разработали бы теоремы, которые создали люди. Почему они должны? Если они эволюционировали в среде, в которой переменные изменялись непрерывно, а не дискретно, то, возможно, они не изобрели бы понятие целого числа. Или, возможно, можно разработать математическую систему, основанную на понятиях формы и размера, а не числа и множества, как это сделали люди. Или, возможно, мозг инопланетян настолько мощнее нашего, что они могут проводить численные симуляции в своих головах (или в том, что служит им головами). Мне лично трудно представить себе такую инопланетную математику, но это почти наверняка недостаток моего воображения; это вряд ли доказывает, что такие разные системы не могут существовать.

Ничто из этого не означает, что наша собственная математика неверна. Конечно, соотношение e^(πi) = -1 истинно и неизбежно в любой точке Вселенной. По крайней мере, я не вижу, как могло бы быть иначе. Но другие разумы, имеющие иную эволюционную историю, могут просто не видеть релевантности таких понятий, как e, π, i, = или -1. Точно так же они могут обладать понятиями — важными в их собственной среде — которые мы не смогли изобрести.

Суть здесь в том, что человеческая математика позволила нам разработать самолеты, мосты и автомобили. Возможно, этот тип математики необходим для развития технологий. Чтобы цивилизация могла построить радиопередатчики, способные вещать на межзвездные расстояния, она должна понимать закон обратных квадратов и множество других «земных» математических законов. Может ли решение парадокса Ферми заключаться в том, что другие цивилизации разрабатывают другие системы математики — системы, которые полезны для местных условий, в которых они находятся, но неприменимы для использования при создании устройств межзвездной связи или движения?

Как решение парадокса, это страдает от той же трудности, что и несколько других: даже если оно применимо к некоторым цивилизациям (а многие отрицали бы даже эту возможность), оно, безусловно, не может применяться ко всем цивилизациям. Я могу представить себе расу сверхразумных существ, обитающих в океане, разрабатывающих математическую систему без теоремы Пифагора (знали бы они вообще о прямых углах?), но не каждый вид будет жить в океане. Некоторые будут наземными существами, как мы, и кажется разумным предположить, что по крайней мере некоторые из них разработали бы знакомую математику.

Одна последняя мысль. Математика, по своей сути, — это все о закономерностях. Даже если сама математика универсальна, возможно, разные разумы ценят и исследуют разные типы закономерностей. Для математиков не может быть ничего интереснее, чем узнать о различных математических системах. Для меня это еще одна причина, по которой разумные существа предпочли бы попытаться общаться.

Решение 34

Они звонят, но мы не распознаем сигнал

Истинная тайна мира — это видимое, а не невидимое.

Оскар Уайльд, Портрет Дориана Грея

Существует более тонкий аргумент, связанный с предыдущим разделом. Предположим, что развитая внеземная цивилизация действительно создает «другую» математику, или — что, возможно, легче принять и может сводиться к тому же — предположим, ее математика опережает нашу на миллионы лет. Если бы члены этой цивилизации передавали нам сигналы прямо сейчас, распознали бы мы их передачу как искусственную?

Большая часть нынешних усилий SETI сосредоточена на области «водяной дыры» и на частотах, кратных частоте линии водорода (в 2, 3, π раз больше частоты и так далее). Возможно, внеземные цивилизации, использующие другую математику, не видят ничего особенного в таких частотах. «Очевидные» частоты для них могут быть совершенно другими. Но это второстепенный момент. Предположим, они вещают в области «водяной дыры». Хотя можно представить себе различные варианты «lingua cosmica», надежда на общение с внеземными цивилизациями обычно основывается на обнаружении сигналов, содержащих простые математические закономерности, и разработке на этой основе общего языка. Другими словами, мы надеемся получить сигналы, закодированные на каком-либо языке, основанном на математике, таком как Astraglossa Хогбена или LINCOS Фройденталя. Разумна ли эта надежда?

Если развитые внеземные цивилизации хотят, чтобы мы их нашли, они могли бы легко закодировать сообщения, которые мы бы распознали как искусственные. Сигнал, содержащий импульсы, распределенные в соответствии с какой-либо очевидной закономерностью — скажем, первыми несколькими простыми числами — не оставил бы у нас сомнений в его происхождении. Мы должны надеяться, что внеземные цивилизации хотят быть замеченными. Но даже если мы обнаружим сообщение, сможем ли мы расшифровать его содержание?

Рис. 4.17 Фолио 78r из рукописи Войнича. Обратите внимание на странные символы текста. На первый взгляд они кажутся символами иностранного языка, который вы не можете точно определить; но детальные исследования показали, что символы не принадлежат ни одному известному языку. Являются ли они символами какого-то частного кода? Является ли все это просто мистификацией? Никто не уверен

Рассмотрим рукопись Войнича. В 1912 году коллекционер Уилфрид Войнич заявил, что купил 234-страничную книгу в иезуитском колледже на вилле Мондрагоне, Фраскати, в Италии. В настоящее время она хранится в Отделе редких книг библиотеки Йельского университета, где ее менее романтичное каталожное название — MS 408. Книга размером с современный роман в мягкой обложке и переплетена в мягкий пергамент цвета слоновой кости. Многие исследователи Войнича считают, что книга была написана где-то между XIII веком и 1608 годом; радиоуглеродное датирование предполагает, что пергамент был сделан из животного, жившего в начале XV века. И это почти все, что мы знаем о рукописи: она была написана на языке или коде, который никто еще не расшифровал. Похоже, она содержит информацию о траволечении и астрологии, среди прочего, но никто не уверен; это может быть, например, средневековая мистификация (или более поздняя мистификация кого-то, кто имел доступ к средневековому пергаменту — вполне возможно, самого Войнича, который не был бы первым торговцем редкими книгами, подделавшим рукопись).

Какую бы информацию ни содержала рукопись Войнича, мы знаем, что она была написана человеком в не слишком отдаленном прошлом. Таким образом, автор имел те же сенсорные входы, что и все мы; культурный фон, который узнаваем, если не идентичен нашему; человеческие эмоции, которые двигали им (или ею) точно так же, как они движут нами. И все же он (или она) написал книгу, которую мы не можем расшифровать. Если такая ситуация может возникнуть с представителем нашего собственного вида, каковы наши шансы понять сообщение от внеземной цивилизации?

Если инопланетяне существуют, они наверняка будут обладать другими органами чувств, другими эмоциями, другими философиями и, возможно, даже другой математикой. Я подозреваю, что если астрономы когда-нибудь обнаружат сообщение от разумных инопланетян, доминирующей эмоцией, которую испытает человечество — после первоначального периода волнения и эйфории — будет разочарование. Мы могли бы бороться тысячелетиями, так и не расшифровав смысл сообщения. Как было бы мучительно, особенно в этом мире мгновенного доступа к информации, если бы мы могли только строить догадки о содержании сообщения со звезд!

Однако, даже если бы нам не удалось расшифровать сообщение, само его обнаружение дало бы нам чрезвычайно важную информацию: мы бы знали, что мы не одиноки. Таким образом, вопрос о том, сможем ли мы понять инопланетян, совершенно не связан с вопросом об их существовании и не имеет реального отношения к парадоксу Ферми. Но есть и другой вопрос: можем ли мы быть уверены, что распознаем сигнал как искусственный? Усилия ученых SETI наверняка обречены, если они не смогут отличить искусственную передачу от естественного излучения.

Одна из проблем с распознаванием сигналов заключается в следующем: физики показали, что если сообщение отправляется электромагнитным способом и было закодировано для оптимальной эффективности, то наблюдатель, не знающий схемы кодирования, обнаружит, что сообщение неотличимо от излучения черного тела. Теперь излучение черного тела — это просто излучение, которое испускает объект, потому что он горячий. Астрономы постоянно обнаруживают излучение черного тела и, конечно же, применяют к своим наблюдениям самое простое объяснение — а именно, что они видят какой-то естественный объект, который оказывается горячим. Но они могли бы наблюдать сообщения, которые были закодированы для оптимальной эффективности! Если развитые внеземные цивилизации не заботятся о том, знают ли о них примитивные виды, и если они кодируют свои сообщения друг другу с оптимальной эффективностью, то мы могли бы перехватывать их сообщения и оставаться в неведении об их существовании.

А какое отношение это имеет к парадоксу Ферми? Что ж, один из сценариев, предложенных людьми, заключается в том, что внеземные цивилизации давно смирились с непрактичностью межзвездных путешествий, установили контакт друг с другом посредством электромагнитных сигналов и на протяжении эонов договорились общаться друг с другом сообщениями, закодированными для оптимальной эффективности. Затем они потеряли интерес к контактам с более молодыми цивилизациями, такими как наша, поэтому мы обнаруживаем Галактику, заполненную излучением черного тела. Такое могло случиться, я полагаю, — но это еще один пример истории «просто так», которая не предлагает проверяемых предсказаний.

Решение 35

Послание в бутылке

Слова улетают, написанное остается.

Латинская пословица

Мы знаем, что возможно передавать информацию на межзвездные расстояния с помощью электромагнитного излучения. Кроме того, использование электромагнитного излучения для связи имеет то преимущество, что оно распространяется прямолинейно и с максимально возможной скоростью — скоростью света. Но, как мы видели, электромагнитные передачи не лишены проблем. Всенаправленная передача охватывает множество звезд, но чрезвычайно дорога; направленное сообщение дешевле, но размер потенциальной аудитории уменьшается. Затем возникает проблема необходимости того, чтобы аудитория слушала точно в нужное время. Если внеземная цивилизация гордо транслирует один из своих величайших сценариев во Вселенную, но все, что улавливает слушатель, это «Забудь, Джейк. Это Чайнатаун», то затея была в значительной степени напрасной. Конечно, если бы слушатель уловил конец длинной передачи, он мог бы сделать вывод о существовании передающей цивилизации, и это само по себе было бы чрезвычайно важно, но тот же результат можно было бы получить гораздо дешевле и надежнее с помощью маяка «Мы здесь». Если вы хотите передать большие объемы информации, поделиться с сообществом разумов своими культурными достижениями, научными знаниями и накопленной мудростью, является ли излучение лучшим способом сделать это?

Вопросы, касающиеся самого дешевого, точного и эффективного способа передачи информации, возможно, лучше всего решать теоретикам связи — в конце концов, именно эти люди разработали теории, позволяющие эффективно функционировать Интернету и Wi-Fi. Что ж, в 2004 году Кристофер Роуз (профессор электротехники в Университете Рутгерса) и Грегори Райт (астрофизик) применили теоретико-коммуникационный подход к вопросу межзвездной связи. В частности, они отказались от требования, чтобы информация передавалась с максимально возможной скоростью, а затем исследовали, сколько энергии потребуется для отправки сообщения. Их результат был поразительно ясен, но контринтуитивен (по крайней мере, для меня он был контринтуитивным): с энергетической точки зрения гораздо разумнее записать сообщение на каком-либо материале и запустить его в космос, чем транслировать сообщение.

Рис. 4.18 Бен-Бассат и др. (2005) показали, как гигантская африканская улитка, действующая в качестве агента передачи данных, может превзойти все известные технологии связи «последней мили» с точки зрения производительности бит в секунду. Прикрепите пару информационно насыщенных DVD к раковине, обеспечьте мотивацию в виде листа салата, и «вуаля»: головокружительные скорости передачи данных. (Фото: Герберт Бишко)

Отправка физического сообщения имеет дополнительное преимущество: если сообщение перехвачено и расшифровано, то вся информация доходит до получателя без необходимости повторения: вы можете гарантировать, что получатель сможет посмотреть весь «Чайнатаун», а не рисковать увидеть только последние несколько секунд. Таким образом, Роуз и Райт приводят убедительный довод в пользу того, что внеземные цивилизации с большей вероятностью отправят послание в бутылке, чем будут транслировать по радио.

Отправной точкой их аргументации является следующее повседневное наблюдение: если вам нужно передать чрезвычайно большие объемы данных с одного конца города на другой, то надежный способ сделать это — загрузить грузовик дисками Blu-ray и доехать до места назначения. Кроме того, простой физический обмен часто обеспечивает более высокую скорость передачи данных, чем излучение. Рассмотрим этот пример: теоретическая максимальная скорость передачи информации по оптоволокну составляет около 100 терабит в секунду, но вы можете легко превысить эту скорость, просто передвинув коробку с жесткими дисками емкостью 5 ТБ по своему столу.

Мы, как правило, не используем «физические» методы в современных сетях связи; обычно мы хотим, чтобы информация передавалась быстро, и для большинства целей в повседневной жизни электромагнитная сигнализация по существу мгновенна. Но когда мы отправляем радиосообщение к звездам, эти электромагнитные волны будут путешествовать сотни или тысячи лет; в этом случае срочность кажется гораздо меньшим фактором, и мы могли бы разумно смириться с задержкой. Роуз и Райт применили это мышление к случаю межзвездной связи и в этом контексте спросили: когда лучше писать, а когда лучше излучать?

Ключевым моментом в их аргументации является наблюдение о том, что мы храним все большие объемы данных во все меньших объемах материала. Когда я был молод, моя музыкальная коллекция состояла из полок черного пластика; когда я перешел на компакт-диски, физический объем, занимаемый моей коллекцией, сократился, хотя количество музыки, которой я владел, увеличилось; моя жена и я в конце концов объединили наши коллекции, и теперь на флеш-накопителе, который я могу положить в карман джинсов, у меня есть доступ к большему количеству музыки, чем я когда-либо смогу прослушать (или, честно говоря, учитывая наши разные вкусы, чем я хотел бы слушать). Похоже, нет причин, по которым эта тенденция не может продолжаться еще много лет, и в конечном итоге должно стать возможным хранить все письменные и электронные библиотеки мира — скажем, 10²⁰ бит информации — в крупинке материала, весящей не более грамма.

Сколько энергии требуется, чтобы записать эту информацию на подложку массой 1 г, а затем отправить ее в космос со скоростью, скажем, одной тысячной скорости света? Сколько энергии требуется для трансляции такого количества битов? Роуз и Райт подсчитали цифры и провели сравнение. Они показали, что всегда существует расстояние безубыточности, за которым лучше писать. Расстояние безубыточности зависит от нескольких факторов, но в астрономическом масштабе оно никогда не бывает особенно большим. Вот их общий вывод: с точки зрения энергии на бит, писать неизмеримо эффективнее, чем излучать. В зависимости от деталей, таких как расстояние, на которое передается сообщение, и скорость, с которой оно это делает, разница в эффективности может достигать фактора 10²⁴.

Можно было бы возразить, что любая информация, записанная на пылинке материала массой 1 г, не переживет межзвездного путешествия: космические лучи и другие воздействия повредят сообщение. Кроме того, за тысячелетия, в течение которых сообщение находится в пути, звезда назначения сместится в своем положении — так что потребуется какая-то двигательная установка, чтобы подтолкнуть сообщение обратно на курс. И потребуется тормозная система, которая будет задействована, как только «бутылка» достигнет пункта назначения. Отлично. Вы могли бы снабдить 1 г записанного материала 10 тоннами топлива и защиты, и это все равно было бы гораздо выгоднее, чем транслировать сообщение. Вы могли бы отправить целые флотилии этих богатых информацией крупинок, и это все равно имело бы больше смысла, чем транслировать информацию, по крайней мере, с точки зрения энергопотребления и сохранности сообщения.

Конечно, мы имеем лишь смутное представление о том, как работает экономика здесь, на Земле, поэтому мы не можем иметь абсолютно никакого представления о том, как экономика будет работать для внеземной цивилизации. Возможно, энергопотребление на бит не является важным фактором для технологически развитых цивилизаций, и они могут позволить себе подход «деньги — не проблема» к проблеме межзвездной связи. Возможно, они рассуждают, что нет смысла отправлять такие маленькие пакеты в необъятность Вселенной, поскольку маловероятно, что их найдут или распознают как искусственные — зачем прилагать все эти усилия, если бутылки никогда не будут открыты? Возможно. Но трудно игнорировать их цифры. Роуз и Райт опубликовали свои расчеты в письме в Nature и тем самым представили убедительную альтернативу аргументу, появившемуся более четырех десятилетий назад, также в письме в Nature — статье Коккони и Моррисона, которая положила начало радиопоиску внеземного разума.

Итак, вот ответ на парадокс Ферми: мы искали трансляцию, тогда как должны были искать послание в бутылке. (Однако мы могли бы возразить, что если внеземным цивилизациям было бы так легко отправить физическое сообщение, то почему мы еще не видели его? Поскольку было бы бессмысленно бросать маленькую бутылку в космос саму по себе, они наверняка прикрепили бы к бутылке четкий, заметный, постоянный маяк. Где эти маяки?)

Аргумент Роуза-Райта поднимает несколько интересных вопросов. Например, если предположить, что сообщение достигло Солнечной системы и к нему действительно был прикреплен какой-то маяк, где именно нам следует искать? (Это приводит к дискуссии, аналогичной приведенной в Решении 5.) Поскольку молекула РНК может хранить огромное количество информации при небольшой массе, возможно, сама жизнь является сообщением? (Это возвращает нас к концепции направленной панспермии Крика, обсуждавшейся в Решении 6.) Прежде всего, возможно, следует ли нам сместить фокус SETI с радио- и оптических телескопов на прямые поиски записанного материала? Однако, даже если бы ответ на этот вопрос был «да», было бы трудно продать его соответствующим заинтересованным сторонам. Традиционный SETI может использовать основные астрономические исследования: поиск передач от Веги, скажем, обошелся бы недорого, если бы радиотелескопы уже были направлены на эту звезду. Как получить финансирование для поиска объекта неизвестной формы, обладающего неизвестными свойствами и находящегося в неизвестном месте (точка Лагранжа Земля-Луна? Пояс астероидов? Облако Оорта?) … ни одно агентство не одобрило бы такую миссию. Итак, подобно пьянице, который ищет потерянные ключи ночью под фонарем не потому, что он их там потерял, а потому, что там он может видеть, мы можем быть обречены искать электромагнитные трансляции, потому что мы можем это делать.

Решение 36

Упс… Апокалипсис!

… мы виним в наших бедах солнце, луну и звезды; как будто мы злодеи по необходимости, дураки по небесному принуждению.

Уильям Шекспир, Король Лир, Акт I, Сцена 2

Одно очевидное, хотя и мрачное, разрешение парадокса Ферми возникает, если L — фактор в уравнении Дрейка, описывающий продолжительность фазы связи внеземной цивилизации — мал. Как мы увидим позже, существует множество способов, которыми Природа может уничтожить жизнь. Однако в следующих трех решениях я хотел бы исследовать идею о том, что разумные виды могут быть виновниками собственной гибели. Давайте рассмотрим здесь возможность того, что любопытство может убивать цивилизации так же, как и кошек.

Физика частиц — опасная дисциплина?

За последнее столетие или около того физики исследовали фундаментальную природу материи. Их интересует изучение основных строительных блоков Вселенной и способов их взаимодействия. Способ, которым они это делают, заключается в том, чтобы сталкивать частицы вместе при высоких энергиях, а затем смотреть, что произойдет. Это грубый способ изучения физического мира, но он удивительно эффективен. Однако некоторые люди считают, что высокие энергии, задействованные в таких экспериментах, могут спровоцировать какую-то глобальную катастрофу. Если эксперименты в физике частиц действительно могут привести к концу света, и если естественное любопытство разумного вида к Вселенной неумолимо ведет их к созданию таких экспериментов, возможно, у нас есть решение парадокса Ферми?

Обеспокоенность тем, что разработки физиков могут оказаться катастрофическими, не нова. В 1942 году Теллер задавался вопросом, могут ли высокие температуры при ядерном взрыве вызвать самоподдерживающийся пожар в атмосфере Земли. Расчеты других физиков, включая Ферми, успокоили умы: ядерный огненный шар остывает слишком быстро, чтобы поджечь атмосферу. Более поздний страх возник в 1995 году у Пола Диксона, психолога с весьма туманным пониманием физики, который начал пикетировать ускоритель частиц Теватрон в Фермилабе с самодельным плакатом, предупреждающим, что Фермилаб станет «домом следующей сверхновой». В то время Теватрон был самым мощным коллайдером частиц в мире, и с тех пор его превзошел только Большой адронный коллайдер (БАК) ЦЕРНа. По мере того как Теватрон увеличивал энергию столкновений частиц, росло и беспокойство Диксона. Он убедился, что столкновения на Теватроне могут вызвать коллапс квантового вакуумного состояния.

Вакуум — это просто состояние с наименьшей энергией. Согласно некоторым современным космологическим теориям, ранняя Вселенная могла ненадолго оказаться в метастабильном состоянии: «ложном» вакууме. В конце концов Вселенная претерпела фазовый переход в нынешний «истинный» вакуум, высвободив при этом колоссальное количество энергии — это похоже на то, что происходит, когда пар претерпевает фазовый переход, образуя жидкую воду. Но что, если наш нынешний вакуум не является «истинным» вакуумом? Рис и Хат опубликовали статью в 1983 году, предполагая, что это может быть так. Если существует более стабильный вакуум, то возможно, что «толчок» заставит нашу Вселенную туннелировать в новый вакуум — и в точке, где произойдет толчок, возникнет разрушительная волна энергии, распространяющаяся наружу со скоростью света. Сами законы физики изменятся вслед за волной истинного вакуума.

Диксону не стоило чрезмерно беспокоиться об этом конкретном апокалипсисе, вызванном ускорителем. Как указали сами Рис и Хат в своей оригинальной статье, Природа проводит эксперименты по физике частиц с помощью космических лучей на протяжении миллиардов лет — и при энергиях, намного превышающих те, которых могут достичь физики. Если столкновения при высоких энергиях сделали возможным туннелирование Вселенной в «истинный» вакуум — что ж, космические лучи вызвали бы туннелирование давным-давно. На случай, если вы все еще беспокоитесь, я должен отметить, что сокращение бюджета и конкуренция со стороны БАК привели к закрытию Теватрона в 2012 году; мы уже избежали этой конкретной пули.

Похожий страх попал в новости в 1999 году. Различные газеты и журналы сообщили, что эксперименты на новой установке, Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC) на Лонг-Айленде, могут спровоцировать катастрофу. Физики построили RHIC для ускорения ядер золота и других частиц до высоких энергий, а затем их столкновения; условия в точке столкновения могли воспроизвести условия, существовавшие во Вселенной всего через микросекунду после Большого взрыва. Предполагалось, что эти эксперименты могут уничтожить Землю. Эта конкретная волна беспокойства началась, когда кто-то подсчитал, что энергии, задействованные в экспериментах RHIC, будет достаточно для создания крошечной черной дыры. Опасение заключалось в том, что черная дыра пророет туннель от Лонг-Айленда к центру Земли и приступит к поглощению нашей планеты. К счастью, как быстро показали более разумные расчеты, шансов на это практически нет. Для создания самой маленькой черной дыры, которая может существовать, требуются энергии примерно в 10 миллионов миллиардов раз большие, чем может генерировать RHIC. Даже если бы RHIC смог создать черную дыру, это был бы крошечный объект с очень коротким временем существования. Такая крошечная черная дыра с трудом смогла бы поглотить протон, не говоря уже о Земле.

Маленькие черные дыры Самая маленькая возможная черная дыра имеет размер около 10⁻³⁵ м — так называемую планковскую длину. Меньшие структуры стираются квантовыми флуктуациями. Создание даже самой маленькой черной дыры потребовало бы энергий около 10¹⁹ ГэВ, что в миллиарды раз превышает энергии RHIC. И даже если бы удалось создать такой объект, черная дыра испарилась бы за время порядка 10⁻⁴² с. Определенно, есть более насущные поводы для беспокойства.

Мы можем спать спокойно, зная, что RHIC не создаст черную дыру. (RHIC работает с 2000 года, так что, даже если мы не верим теоретикам, мы можем быть почти уверены, что любые катастрофы, связанные с черными дырами, уже произошли бы.) Я думаю, мы также можем быть уверены, что он не уничтожит Землю путем производства страпелек — кусков материи, содержащих так называемые странные кварки в дополнение к обычному набору кварков. До сих пор никто не видел страпелек, но физики задавались вопросом, могут ли эксперименты на RHIC их произвести. Если бы страпельки были произведены, то существует риск, что они могли бы вступить в реакцию с ядрами обычной материи и преобразовать их в странную материю — цепная реакция могла бы затем превратить всю планету в странную материю, и Земля превратилась бы в плотную сферу диаметром около 100 м. Однако, подняв возможность катастрофы, физики быстро всех успокоили. Расчеты показывают, что страпельки почти наверняка нестабильны; даже если они стабильны, RHIC не работал на энергии, при которой их создание было наиболее вероятным; и даже если бы они были созданы на RHIC, их положительный заряд заставил бы их экранироваться от взаимодействий окружающим электронным облаком. Однако, однажды возникнув, опасения, как правило, не исчезают. Когда я начал писать этот раздел, наткнулся на статью двух юристов, предполагающих, что модернизация RHIC опасна, поскольку теперь он может сталкивать ядра золота при более низких энергиях, чем раньше — энергиях, при которых производство страпелек более вероятно. На момент написания статьи RHIC занимался новаторской физикой в полной безопасности в течение 14 лет, но, похоже, некоторые люди всегда будут считать его опасным.

Рис. 4.19 БАК, возможно, самая сложная и впечатляющая машина, когда-либо построенная. Детектор ATLAS, показанный здесь, является одним из нескольких детекторов, подключенных к БАК; вы можете получить представление о его масштабе, увидев человека, стоящего перед ним. Туннель длиной 27 километров содержит кольцо сверхпроводящих магнитов, которые ускоряют заряженные частицы до невероятных энергий. Это, безусловно, удивительная машина, но она не уничтожит вселенную. Она даже не уничтожит Землю. (Источник: ЦЕРН)

БАК сталкивает частицы при энергиях, превышающих энергии Тэватрона, RHIC или любого другого коллайдерного эксперимента, когда-либо построенного. Поэтому, возможно, неудивительно, что незадолго до его запуска в 2008 году в различные суды были поданы иски, прошли протесты в Европейской комиссии и членам команды БАК поступали угрозы расправы. Все опасения, высказанные по поводу предыдущих коллайдерных экспериментов, были вновь озвучены перед началом работы БАК, наряду с еще одной возможностью: что столкновения частиц могут породить монополи — гипотетические частицы, которые, по сути, являются изолированными магнитными полюсами. Физики из ЦЕРН терпеливо отвечали на опасения, но, на мой взгляд, в этом не было необходимости. Как заметили Рис и Хат при обсуждении возможности того, что Тэватрон может вызвать коллапс вакуума, БАК не делает ничего такого, чего Природа не делает ежедневно и в гораздо больших масштабах. Частицы высоких энергий постоянно сталкиваются с ядрами в атмосфере Земли. К счастью, судебные иски и разжигание страха ни к чему не привели, и в 2012 году БАК совершил одно из величайших достижений науки XXI века, открыв бозон Хиггса.

Концепция аварии на ускорителе, вызывающей разрушение мира из-за образования черной дыры или страпелек (или разрушение всей вселенной, в случае коллапса вакуума), на самом деле несостоятельна. Физика этих событий не известна в совершенстве — в конце концов, именно поэтому физики проводят исследования, — но они достаточно хорошо известны, чтобы мы поняли, что в данном случае прорицатели гибели ошибаются. Мы должны искать разрешение парадокса в другом месте.

Макроинженерия пошла не так

Как мы обсудим на странице 174, и как, я уверен, все уже знают, большинство климатологов считают, что деятельность человека вызывает потепление планеты. Поскольку изменение климата может иметь потенциально катастрофические последствия (действительно, я представляю это как еще одно решение парадокса), существуют серьезные предложения по геоинженерному подходу к контролю над потеплением. Один из методов — изменить альбедо Земли и отражать больше солнечного света; это можно сделать с помощью отражателей в космосе или путем выброса стратосферных аэрозолей. Другой подход — сократить содержание углерода в атмосфере; одним из способов сделать это было бы удобрение океана, чтобы поверхностные водоросли увеличили поглощение углерода и, после своей гибели, унесли этот углерод на дно океана. Проблема с этими проектами заключается в том, что по определению они должны действовать в глобальном масштабе. Справедливости ради стоит сказать, что мы не до конца понимаем все побочные эффекты, которые повлекли бы за собой такие макроинженерные проекты. Могут ли такие проекты подвергнуть нашу цивилизацию риску? (Возможно, могли бы, но ситуация может стать настолько плохой, что мы будем вынуждены пойти на риск.)

Могут существовать и другие проекты, влекущие за собой экзистенциальный риск. В 2003 году, например, планетолог Дэвид Стивенсон опубликовал (в шутку) предложение по исследованию ядра Земли. Идея заключалась в том, чтобы использовать ядерное оружие для создания трещины в земной коре, а затем заполнить трещину расплавленным железом, содержащим зонд. Железо под действием силы тяжести упало бы и в конечном итоге достигло бы ядра Земли, увлекая за собой зонд. На случай, если кто-то мечтал действительно это сделать, Чиркович и Кэткарт указали, что это было бы довольно опасным занятием: могли бы высвободиться большие залежи углекислого газа, вызвав эффект глобального потепления, значительно больший, чем производит человечество. Земля могла бы в итоге стать похожей на Венеру.

Чиркович и Кэткарт не предполагали, что катастрофы макроинженерии являются решением парадокса Ферми, но они предложили это как частичное решение. Возможно, инженерия в больших масштабах создает экзистенциальные риски?

Проблема серой слизи

Развивающаяся область нанотехнологий представляется естественным результатом сближения достижений во многих различных предметных областях. Этот термин относится к инженерии, происходящей на наноуровне, масштабе, где размеры объектов обычно измеряются в нанометрах (миллиардных долях метра). Поскольку молекулы имеют такой размер, она также известна как молекулярная инженерия. Будущие нанотехнологи будут иметь возможность собирать специально созданные молекулы в большие, сложные системы; их способность создавать материалы будет почти волшебной. Поскольку эта способность кажется такой замечательной, но в настоящее время находится за пределами наших возможностей, некоторые комментаторы скептически относятся к нанотехнологиям. Поэтому стоит подчеркнуть, что, похоже, нет фундаментальных причин, по которым мы не сможем разработать эту технологию. Сама природа является «наноинженером»: ферменты, например, являются нанотехнологическими устройствами, которые используют биохимические методы для выполнения своих задач. Если Природа может это делать, то и мы сможем. (Также стоит отметить, что успех или неудача нанотехнологий определят, разработаем ли мы когда-либо зонды Брейсвелла-фон Неймана.)

Одним из элементов любой будущей нанотехнологии, вероятно, будет наноробот — сокращенно нанобот. Мы должны приветствовать приход наноботов, потому что они могут улучшить здравоохранение: они будут диагностировать медицинские проблемы на ранней стадии, отслеживать процессы в организме и целенаправленно доставлять лекарства. Они также найдут применение в других областях, включая производство энергии, контроль загрязнения и очистку воды. Это захватывающая технология.

В настоящее время наноботы чрезвычайно примитивны, но, несомненно, они будут совершенствоваться. Заглядывая на пару десятилетий в будущее, теоретические исследования предполагают, что мы могли бы конструировать наноботов из нескольких типов материалов, причем углеродистые алмазоподобные материалы, возможно, являются хорошим выбором. Исследования также предполагают, что одним из наиболее полезных типов наноботов будет самовоспроизводящаяся машина. Тревожные звоночки начинают звенеть всякий раз, когда упоминается самовоспроизведение. Опасность, присущая созданию самовоспроизводящегося нанобота в лаборатории, становится ясной при ответе на следующий вопрос. Что произойдет, когда такой нанобот вырвется во внешний мир? Чтобы воспроизводиться, наноботу, сделанному из углеродистого алмазоподобного материала, потребуется источник углерода. И лучшим источником углерода была бы поверхностная биосфера Земли: растения, животные, люди — живые существа в целом. Рои наноботов (ибо вскоре появится много копий оригинала) будут разбирать молекулы живой материи и использовать углерод для производства новых копий самих себя. Поверхностная биосфера будет преобразована из богатой, разнообразной среды, которую мы видим сегодня, в море прожорливых наноботов плюс отходная слизь. Это проблема серой слизи.

Экспоненциальный рост, как я уже несколько раз подчеркивал, является чрезвычайно мощным явлением. Фрейтас показал, что в идеальных условиях популяция наноботов, растущая экспоненциально, может преобразовать всю поверхностную биосферу Земли менее чем за три часа! Таким образом, мы можем добавить это к удручающему списку способов, которыми может быть сокращена продолжительность коммуникационной фазы внеземной цивилизации: лабораторная авария, связанная с побегом нанобота, превращает биосферу в слизь.

Это решение парадокса, которое было серьезно предложено, страдает той же проблемой, что и многие другие решения: даже если оно может произойти, оно не убедительно как «универсальное» решение. Не каждая внеземная цивилизация падет жертвой серой слизи.

Мальчик в фильме Вуди Аллена «Энни Холл» впадает в депрессию при мысли о том, что вселенная умрет, так как это будет конец всему. Я впадаю в депрессию, пока пишу этот раздел, поэтому, чтобы подбодрить себя и всех юных Вуди, которые могут это читать, — я думаю, нам нужно спросить, насколько вообще вероятно возникновение проблемы серой слизи. Как любил указывать Азимов, когда человек изобрел меч, он также изобрел гарду, чтобы пальцы не соскальзывали на лезвие при ударе противника. Инженеры, разрабатывающие нанотехнологии, наверняка разработают сложные меры предосторожности. Даже если самовоспроизводящиеся наноботы вырвутся на свободу или будут выпущены по злонамеренным причинам, можно будет предпринять шаги для их уничтожения до того, как произойдет катастрофа. Экспоненциально растущая популяция наноботов будет немедленно обнаружена по выделяемому ею теплу; меры защиты могут быть развернуты немедленно. Более реалистичный сценарий, при котором популяция наноботов росла бы медленно, чтобы избежать обнаружения, занял бы годы, чтобы преобразовать биомассу Земли в наномассу; это дало бы достаточно времени для развертывания мер предосторожности. Серая слизь, возможно, не такая уж сложная проблема для преодоления. Это просто еще один риск, с которым приходится жить развитому технологическому виду.

Решение 37

Ой! Апокалипсис! …

Война не определяет, кто прав — только кто остался.

Бертран Рассел (приписывается)

Нескольким ученым, работавшим во время холодной войны, казалось совершенно очевидным, что внеземные цивилизации откроют интересные свойства элемента 92 (известного нам как уран) и, следовательно, научатся создавать ядерное оружие. Для нескольких ученых причина короткого срока жизни (другими словами, малого значения L в уравнении Дрейка) была очевидна: развитые цивилизации неизбежно уничтожают себя в ядерном холокосте, как, по-видимому, человечество было на грани демонстрации.

Рис. 4.20 Испытание Касл Ромео, термоядерный взрыв на атолле Бикини в 1954 году, дало мощность 11 мегатонн. Мощность таких бомб вскоре стала еще больше. (Источник: Министерство энергетики США)

Едва ли стоит упоминать, что в зависимости от тяжести ядерной войны может последовать вымирание разумного вида. (В этом контексте не хочется использовать слово «разумный», но смысл ясен.) Мировые арсеналы все еще содержат много тысяч единиц ядерного оружия, и если бы они когда-либо были применены в больших количествах, то они, безусловно, уничтожили бы Homo sapiens. Даже ограниченная ядерная война может оказаться губительной для нашего вида.

Тем не менее, как продемонстрировали многие писатели-фантасты, можно представить сценарии, в которых члены воюющего вида переживают ограниченную войну и в течение тысяч лет воссоздают свою цивилизацию. Один из самых ранних постапокалиптических романов, и, безусловно, один из лучших, — это «Гимн Лейбовицу» Миллера. Миллер описывает, как искра знания сохраняется монахами после того, как ядерная война уничтожила население. В «Гимне» человечество в конечном итоге вновь открывает силу науки и через несколько тысячелетий после первого ядерного холокоста «продвинулось» до стадии, когда Бомбу можно сбросить снова. Неужели стремление к войне так глубоко укоренилось, что цивилизация ничему не учится? Неужели цивилизации каким-то образом вынуждены сбрасывать бомбы, как только могут? Если это не так, ограниченная ядерная война не может служить объяснением парадокса.

Рис. 4.21 Трансмиссионная электронная микрофотография организма Deinococcus radiodurans, растущего на питательной агаровой пластине. Эта бактерия может выдерживать экстремальные уровни радиации и высыхания. (Источник: Майкл Дейли, Университет медицинских служб Вооружённых сил США, Бетесда)

Конан-бактерия Даже тотальная, всеобщая, безжалостная ядерная война не уничтожила бы всю жизнь на планете. Рассмотрим организм Deinococcus radiodurans. Ученые впервые выделили его в 1956 году из банки с говяжьим фаршем; говядина была стерилизована радиацией, но мясо все равно испортилось. Оказывается, D. radiodurans может выдержать воздействие гамма-излучения в 1,5 миллиона рад. Для сравнения, дозы в 1000 рад обычно достаточно, чтобы убить человека. Воздействие интенсивного излучения разрушает его ДНК, но в течение нескольких часов организм восстанавливает весь свой геном, по-видимому, без вредных последствий. Этот организм может выдерживать и другие экстремальные условия, такие как длительное высыхание, поэтому его иногда называют «Конан-бактерия». Ядерная война не причинила бы особых неудобств Конану-бактерии.

Выжили бы не только бактерии; различные другие организмы могли бы пережить ядерную войну. Если разум является неизбежным результатом эволюции (это спорно, как мы увидим позже, но, предположительно, такова точка зрения тех, кто утверждает, что в Галактике миллион внеземных цивилизаций), то ожидание появления разума после ядерного холокоста не будет бесконечным: возможно, несколько сотен миллионов лет. Это невообразимо огромный промежуток времени в человеческом масштабе, но, опять же, он не особенно значителен по сравнению с возрастом Галактики.

На протяжении семи десятилетий наши различные правительства умудрялись справляться с угрозами, исходящими от ядерного оружия. Мы можем только надеяться, что эта ситуация сохранится и что внеземные цивилизации будут столь же успешны в предотвращении ядерного холокоста.

Однако те цивилизации, которые избегают Сциллы ядерной войны, должны еще пройти через Харибду биологической и химической войны. Химическое оружие может быть использовано для дестабилизации экосистем, в то время как генетически модифицированное биологическое оружие может уничтожить запасы продовольствия или истребить население напрямую; не только водородные бомбы способны уничтожить цивилизацию. Еще больше беспокоит возможность того, что биологическое оружие может быть применено группами или даже отдельными лицами. Может ли какой-нибудь сумасшедший индивидуум или просто кто-то с обидой положить конец миру? Математик Джошуа Купер предлагает биотерроризм как возможную причину великого молчания.

Купер утверждает, что мы можем разумно предположить две вещи о любой цивилизации, достигшей точки, когда она занимается космическими путешествиями. Во-первых, цивилизация будет состоять из множества индивидуумов. (Почему мы должны ожидать, что число инопланетян будет легионом? Ну, Купер утверждает, что чрезвычайно дорого преодолеть гравитационное поле планеты, достаточно большой, чтобы обладать атмосферой. В случае человечества, только когда стали доступны миллиарды индивидуумов, можно было собрать достаточные ресурсы для решения этой проблемы, и Купер утверждает, что то же самое будет справедливо и для внеземных цивилизаций. Технологические и научные разработки могут в конечном итоге привести к тому, что эти индивидуумы консолидируются в меньшее количество сущностей, но на заре их космической эры должны были быть тысячи индивидуумов, работающих над проектом при поддержке коллективного финансирования миллиардов.) Во-вторых, их ученые овладеют химией жизни — какой бы версией жизни они ни обладали. (Почему мы должны предполагать, что они поймут и овладеют своей биохимией? Ну, Купер снова аргументирует сравнением с развитием человеческой цивилизации. Те же вычислительные и технологические способности, необходимые для успешных космических путешествий, необходимы для исследования физических основ жизни. В нашем случае развитие космических технологий и биотехнологий произошло практически одновременно; Купер утверждает, что, если рассматривать эти события в космическом масштабе времени, инопланетные цивилизации научатся владеть своей биологией и своей космической средой в один и тот же момент.) Если принять эти два пункта, следует тревожное предположение.

В последние десятилетия биохимия следовала той же траектории, что и вычисления: с каждым годом доступная мощность увеличивается, а стоимость падает. Уотсон и Крик опубликовали структуру ДНК в 1953 году; через пятьдесят лет после их открытия от типичного студента-биолога ожидалось секвенирование ДНК в студенческой лаборатории; через два десятилетия от типичного студента, вероятно, будет ожидаться создание искусственного организма с нуля. Проект «Геном человека», который был формально основан в 1990 году, предоставил черновой вариант генома в 2000 году стоимостью в пару миллиардов фунтов стерлингов; когда я опубликовал первое издание этой книги, стоимость секвенирования генома размером с человеческий упала примерно до шестидесяти миллионов фунтов стерлингов; эквивалентная стоимость сегодня составляет около четырех тысяч фунтов стерлингов, и скоро стоимость просто не будет проблемой. Прогресс в секвенировании генома следует пути, на фоне которого закон Мура кажется медлительным.

Кажется несомненным, что в течение нескольких десятилетий миллиарды людей здесь, на Земле, будут иметь возможность, если захотят, создавать искусственную жизнь. И любая популяция в несколько миллиардов будет содержать индивидуумов, которые безумны, полны ненависти или мстительны: у нас сейчас много таких людей. Разница в том, что через несколько лет эти люди смогут создавать патогены, нацеленные на тех, кто обладает «неправильным» числом Х-хромосом, «слишком высоким» производством меланина или другими «нежелательными» генетическими чертами. Мизантроп, выступающий за равные возможности, мог бы выпустить сконструированное биооружие, чтобы убить нас всех.

Таким образом, Купер предлагает это как возможное разрешение парадокса: любая космическая цивилизация будет обладать знанием о том, как уничтожить свой собственный тип жизни, и вероятно, что один индивидуум из миллиардов, составляющих цивилизацию, — по какой-либо причине — применит это знание.

Лично я считаю предположения Купера слишком основанными на антропоцентризме. Писатели-фантасты представляли миры, в которых инопланетные цивилизации не состоят из мириад индивидуумов и в которых наука развивается совершенно иначе, чем историческое развитие здесь, на Земле. Эти писатели вполне могут ошибаться, но в такой области, как эта, их идеи, безусловно, имеют такое же право на легитимность, как и идеи Купера. Я не считаю это правдоподобным разрешением парадокса Ферми. Однако аргумент Купера содержит ясное предупреждение: если мы не начнем думать об этой угрозе сейчас и о контрмерах, которые мы могли бы предпринять, наше собственное будущее далеко не гарантировано. В настоящее время фанатики и сумасшедшие этого мира могут заниматься только локализованными убийствами; эта ситуация может измениться. Возможность опустошения путем ядерного уничтожения может навсегда остаться для них недоступной; безусловно, технология, необходимая для производства водородных бомб, останется на государственном уровне еще многие десятилетия. Возможность опустошения путем биотеррора гораздо более вероятна.

Решение 38

Тепловая волна

Если не можешь выдержать жару, уходи с кухни.

Гарри С. Трумэн

Необходимым ингредиентом для возникновения технологической цивилизации является — предположительно — планета, обладающая умеренным климатом в течение длительных периодов. Одноклеточные организмы устойчивы, но трудно представить, как сложная многоклеточная жизнь могла бы процветать на ледяной планете, где вода заперта в твердой форме. С другой стороны, сложная жизнь была бы обожжена на горячей планете, где вода находится в газообразной форме; действительно, температурам не нужно достигать даже точки кипения, чтобы сложная жизнь пострадала. Требуется тот самый объект «Златовласки» — «в самый раз», планета, на которой вода может свободно течь и творить свое волшебство.

Земля явно является планетой Златовласки в этом отношении, но не сразу очевидно, почему Земля обладает такой поверхностной температурой. Очевидно, Земля получает энергию от Солнца, и это согревает нашу планету — но тогда почему Луна не имеет такой же температуры, как Земля? В конце концов, и Земля, и Луна находятся на одинаковом расстоянии от Солнца. (Температура на поверхности Луны значительно варьируется в зависимости от того, ночь сейчас или день. Когда Солнце находится над головой, температура поверхности Луны может превышать 100°C; однако, как только Солнце садится, температура может упасть ниже -150°C. Это лишь подчеркивает разницу между Землей и ее спутником.)

Мы должны благодарить атмосферу за умеренный характер Земли. Земля получает энергию от Солнца в различных диапазонах электромагнитных волн — ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном. Почти вся эта энергия проходит прямо через атмосферу, и около половины ее поглощается поверхностью Земли, которая впоследствии нагревается. Любая теплая поверхность будет излучать просто потому, что она теплая, и пиковая длина волны излучения зависит от температуры поверхности. В случае Земли большая часть теплового излучения, которое она испускает, находится в дальнем инфракрасном диапазоне. Вот что замечательно: химический состав атмосферы Земли таков, что она почти прозрачна для входящего коротковолнового ультрафиолетового, видимого и ближнего инфракрасного излучения, но почти непрозрачна для исходящего длинноволнового дальнего инфракрасного излучения. Излучение, испускаемое поверхностью Земли, поглощается атмосферой, которая затем переизлучает его, а излучение, испускаемое вниз, поглощается поверхностью Земли. Таким образом, наша атмосфера согревает нас. Мало того, атмосфера оказывает смягчающее воздействие; ветры переносят тепло от экватора к полюсам и с дневной стороны планеты на ночную. Без атмосферы на Земле наверняка не было бы жизни.

Это атмосферное улавливание солнечного излучения известно как парниковый эффект, и впервые его количественно оценил Сванте Аррениус (тот самый, известный по панспермии) еще в 1896 году. Основная идея восходит к семидесяти годам ранее. Так что это не новое предположение, что так называемые атмосферные парниковые газы — в первую очередь водяной пар, углекислый газ, метан и озон — играют решающую роль в определении климата Земли. И учитывая фундаментальную важность климата для жизни, можно подумать, что было бы крайне неразумно для цивилизации вмешиваться в атмосферные парниковые газы. Но именно это и делает человечество.

Примерно с 1850 года мировое потребление энергии резко возросло. Те из нас, кто живет в развитых странах, имеют доступ к множеству технологий, которые делают нашу жизнь более комфортной, чем жизнь наших викторианских предков: у нас есть доступ к автомобилям, авиаперелетам, Интернету, мощному освещению, центральному отоплению, мобильным телефонам, экзотическим продуктам питания, чистой воде из-под крана… но все эти само собой разумеющиеся удобства современной жизни требуют энергии. Очень, очень много энергии. Со времен промышленной революции ненасытная потребность человечества в энергии удовлетворялась в основном за счет добычи ископаемого топлива — угля, нефти, природного газа — и его сжигания. Если бы человечество не открыло огромные запасы этих энергоемких материалов, наша нынешняя цивилизация, вероятно, была бы совершенно иной: научные и технологические инновации, несомненно, продолжались бы, но прогресс, безусловно, был бы гораздо медленнее, и наш выбор был бы ограничен. Наш нынешний уровень цивилизации, позволяющий нам хотя бы размышлять об исследовании космоса, требует много дешевой энергии — и в течение десятилетий, вероятно, дешевая энергия будет обеспечиваться за счет сжигания ископаемого топлива.

В этой ситуации есть по крайней мере два аспекта, имеющих отношение к парадоксу Ферми (если мы сделаем неизбежное антропоцентрическое предположение, что всем внеземным цивилизациям придется пройти через фазу удовлетворения энергетических потребностей путем сжигания ископаемого топлива). Во-первых, ископаемое топливо представляет собой конечный ресурс. Неумолимый рост спроса на энергию в конечном итоге исчерпает запасы топлива. Если бы наш доступ к ископаемому топливу прекратился внезапно, прямо сейчас, последствия были бы немыслимы. Наша цивилизация рухнула бы. Одно из предложенных разрешений парадокса Ферми, таким образом, заключается в том, что неизбежное истощение ископаемого топлива означает, что цивилизации никогда не выходят в глубокий космос. Они коллапсируют, прежде чем смогут колонизировать мир, содержащий больше энергоресурсов. Лично я в этом случае оптимист. У нас есть еще несколько десятилетий до наступления кризиса, и я уверен, что до этого политики осознают опасность: они направят ресурсы на решение проблем производства энергии, и какое-то другое топливо позволит нам поддерживать наш роскошный уровень жизни.

Во-вторых, и что более коварно, когда мы сжигаем ископаемое топливо, мы выделяем парниковые газы. Крупномасштабное сжигание ископаемого топлива может изменить количество парниковых газов в атмосфере, а это, в свою очередь, может изменить климат.

Ископаемое топливо образовалось в результате разложения погребенных мертвых организмов. Нефть и природный газ происходят от организмов, живших в реках или океанах и погребенных под слоями ила; за миллионы лет этот органический материал «готовился» под давлением, создавая месторождения, которые мы разрабатываем сегодня. Уголь образовался аналогичным образом, за исключением того, что исходным материалом были деревья, папоротники и растения. Поскольку ископаемое топливо происходит из органического материала, оно содержит углерод — антрацитовый уголь, например, почти чистый углерод — и поэтому при сжигании этого топлива выделяется этот элемент. Выделяющийся углерод легко соединяется с кислородом, образуя парниковый газ углекислый газ. С начала промышленной революции, полтора века назад, человечество выбрасывает углерод, на накопление которого ушли десятки миллионов лет. Неудивительно, что уровни атмосферного углекислого газа неуклонно растут.

Рис. 4.22 Среднемесячная концентрация углекислого газа, измеренная в обсерватории Мауна-Лоа на Гавайях. Данные получены в рамках долгосрочной программы Института океанографии Скриппса. 9 мая 2013 года концентрация достигла 400 частей на миллион; сравнение углекислого газа, захваченного в пузырьках воздуха, взятых из антарктических ледяных кернов, показывает, что атмосферный углекислый газ сейчас находится на самом высоком уровне за последние 800 000 лет. (Источник: NOAA)

Лучшие данные об уровнях атмосферного углекислого газа получены из измерений, проведенных на высоте двух миль над уровнем моря в обсерватории Мауна-Лоа на Гавайях. Чарльз Килинг начал измерять уровни углекислого газа там в 1958 году, и наблюдения продолжаются. Наблюдения Килинга были очень тонкими: кривая Килинга, показанная на рисунке 4.22, является одной из самых красивых во всей науке. По крайней мере, она была бы красивой, если бы не была такой пугающей. Кривая Килинга показывает, как Земля «дышит»: начиная с весны, рост растений и деревьев на больших массивах суши северного полушария приводит к падению уровня углекислого газа; по мере прекращения роста растений в конце года уровень углекислого газа увеличивается. Однако поверх этого сезонного колебания мы видим ежегодное увеличение общего количества углекислого газа в атмосфере. Различные доказательства демонстрируют, что это увеличение происходит от сжигания ископаемого топлива: наша потребность в дешевой энергии означает, что мы добавляем около 11 миллиардов тонн углекислого газа в атмосферу каждый год.

Можно было бы разумно ожидать, что закачка миллиардов тонн парникового газа в атмосферу вызовет потепление Земли. И действительно, существуют явные свидетельства глобального потепления: средняя температура поверхности увеличилась примерно на 0,85 °C с 1880 года. Глобальное потепление, в свою очередь, может привести к изменению климатических моделей. (Тщательное обсуждение изменения климата включало бы больше факторов, чем просто среднюю температуру, но в данном контексте уместно сосредоточиться на глобальном потеплении.) Хотя громкое меньшинство комментаторов отрицает существование какой-либо связи между деятельностью человека и глобальным потеплением, научное сообщество говорит с убедительной ясностью: деятельность человека за последние сто-двести лет привела к выбросу большого количества парниковых газов в атмосферу, и это вызвало потепление Земли. Остаются два нерешенных вопроса. Насколько повысятся температуры в ближайшие десятилетия? И как повышение глобальных температур повлияет на человечество?

Наихудший сценарий глобального потепления — это безудержный парниковый эффект. Безудержный эффект может возникнуть при наличии положительной обратной связи в системе. В данном случае опасение заключается в том, что повышение температуры приводит к выбросу большего количества водяного пара в атмосферу, что, поскольку водяной пар является парниковым газом, вызывает повышение глобальной температуры, что, в свою очередь, приводит к выбросу еще большего количества водяного пара, что… конечным результатом является выкипание океанов. Температура стабилизируется только тогда, когда температура поверхности достигает около 1400 К, и Земля начинает излучать в ближнем инфракрасном диапазоне, на длинах волн, для которых водяной пар не является парниковым газом. Безудержный парниковый эффект, конечно же, означал бы конец сложной жизни на Земле. К счастью, последние исследования показывают, что сжигание ископаемого топлива почти наверняка не вызовет безудержного эффекта. Одной пули избежали. (Безудержный парниковый эффект — это вероятная долгосрочная судьба Земли — Солнце становится горячее по мере старения, и в конечном итоге оно вызовет какой-то безудержный процесс — но у нас есть около миллиарда лет, прежде чем нам нужно будет беспокоиться.)

Хотя антропогенный безудержный парниковый эффект маловероятен, кажется неизбежным, что в течение следующего столетия мы столкнемся с вызванным человеком повышением средней глобальной температуры. Будет ли это так уж плохо? В конце концов, можно утверждать, что цивилизация не возникла бы, если бы последний ледниковый период продолжался. Если вам нужно накормить миллиарды ртов, тепло — это, безусловно, хорошо; возможно, теплее — лучше? Ну, если повышение температуры окажется в нижней части прогнозов, это может быть не так уж плохо. Вероятно, будут победители и проигравшие. Некоторые низменные страны исчезнут, и оказывается, что самые бедные страны — те, которым больше всего не хватает ресурсов для борьбы с последствиями изменения климата, — скорее всего, пострадают сильнее всего. В целом, однако, если повышение температуры будет ограниченным и будет происходить постепенно, люди справятся. Если же повышение температуры окажется в верхней части прогнозов, то могут быть только проигравшие. Трудно представить себе продолжение нашей цивилизации в мире на шесть градусов теплее, чем сейчас.

Кажется, мы застряли между пресловутой молотом и наковальней. Мы не можем перекрыть краны, потому что наша цивилизация рухнет без дешевой энергии, обеспечиваемой ископаемым топливом. Но если мы продолжим сжигать углерод, мы рискуем уровнем изменения климата, который приведет к коллапсу нашей цивилизации.

Так — является ли это разрешением парадокса Ферми? Что для зарождения цивилизации требуется дешевая энергия, обеспечиваемая сжиганием ископаемого топлива, но сам акт сжигания такого топлива приводит к концу цивилизации? Ну, не принимая во внимание возражение, что этот аргумент антропоцентричен, мы можем надеяться, что человечество найдет способ пройти между Сциллой и Харибдой. Вскоре, возможно, люди в развитых странах поймут, что дешевле развивать альтернативные источники энергии, чем восстанавливать после наводнений, пожаров и тайфунов, вызванных изменением климата. В худшем случае нам, возможно, придется прибегнуть к какой-либо форме геоинженерии, чтобы охладить себя. Как бы это ни было сделано, у нас, по крайней мере, есть шанс смягчить последствия изменения климата. И если мы можем это сделать, то и другие смогут.

Решение 39

Апокалипсис когда?

Ни один человек не узнал ничего правильно, пока не узнал, что каждый день — Судный день.

Ральф Уолдо Эмерсон, Труды и дни

Человечество могло бы уничтожить себя множеством способов. В дополнение к бедствиям, обсуждавшимся в предыдущих Решениях, можно было бы добавить генетическое вырождение, чрезмерную стабилизацию, эпидемии и дюжину других проблем. И это не говоря уже о многих внешних факторах, которые нам угрожают, таких как падение метеорита, солнечная изменчивость и гамма-всплески. Кажется, утром едва ли стоит вставать с постели.

Конечно, однако, разумный вид, такой как Homo sapiens, научится справляться с этими проблемами? Удивительно, но линия рассуждений, называемая аргументом дельта t, предполагает обратное.

В 1969 году, еще будучи студентом, Ричард Готт посетил Берлинскую стену. В то время он был в отпуске в Европе, и его визит к Стене был одной из нескольких экскурсий; он видел, например, 4000-летний Стоунхендж и был впечатлен. Глядя на Стену, он задался вопросом, простоит ли это порождение холодной войны так же долго, как Стоунхендж. Политик, искушенный в нюансах дипломатии холодной войны и осведомленный об относительной экономической и военной мощи противоборствующих сторон, мог бы сделать обоснованную оценку (которая, судя по послужному списку политиков, оказалась бы неверной). Готт не обладал такой специальной экспертизой, но он рассуждал следующим образом.

Во-первых, он был там в случайный момент существования Стены. Он не был там, чтобы увидеть строительство Стены (которое произошло в 1961 году), и не был там, чтобы увидеть разрушение Стены (которое, как мы теперь знаем, произошло в 1989 году); он просто был там в отпуске. Поэтому, продолжил он, существовала вероятность 50:50, что он смотрел на Стену в течение средних двух четвертей ее срока службы. Если он был там в начале этого интервала, то Стена должна была существовать 1/4 своего срока службы, и оставалось 3/4 ее срока службы. Другими словами, Стена простояла бы в 3 раза дольше, чем она уже существовала. Если он был там в конце этого интервала, то Стена должна была существовать 3/4 своего срока службы, и оставалась только 1/4. Другими словами, Стена простояла бы только 1/3 того времени, которое она уже существовала.

Рис. 4.23 Иллюстрация предсказания Готта о том, что Берлинская стена простоит еще от 2 лет 8 месяцев до 24 лет после того, как он впервые увидел ее в 1969 году.

Beginning of Berlin Wall – Начало Берлинской стены

End of Berlin Wall – Конец Берлинской стены

Стене было 8 лет, когда Готт ее увидел. Поэтому летом 1969 года он предсказал, что существует 50% вероятность того, что Стена простоит еще от 2²/₃ до 24 лет (от 8 × 1/3 лет до 8 × 3 лет). Как помнит любой, кто видел драматические телевизионные кадры, Стена рухнула через 20 лет после его визита — в пределах его предсказания.

Готт говорит, что аргумент, который он использовал для оценки продолжительности жизни Берлинской стены, можно применить почти ко всему. Если в вашем наблюдении за вещью нет ничего особенного, то, в отсутствие соответствующих знаний, эта вещь имеет 50% шанс просуществовать от 1/3 до 3 раз дольше ее нынешнего возраста.

В физике стандартной практикой является обсуждение предсказаний, имеющих 95% шанс быть верными, а не 50%. Аргумент Готта остается тем же, но числа немного меняются: если в вашем наблюдении за сущностью нет ничего особенного, то эта сущность имеет 95% шанс просуществовать от 1/39 до 39 раз дольше ее нынешнего возраста.

Применяя правило Готта, важно помнить, что наблюдение не должно иметь никакого особого значения. Представьте, что вас пригласили на свадьбу, и на приеме вы начинаете болтать с парой, которую никогда раньше не видели. Если они скажут вам, что счастливо женаты уже десять месяцев, то вы можете сообщить им, что их брак имеет 95% шанс продлиться от чуть более недели до 32 с половиной лет. С другой стороны, вы ничего не можете предсказать о том, как долго жених и невеста будут вместе: вы на свадьбе именно для того, чтобы наблюдать начало брака. (Недостаток применения правила к похоронам должен быть очевиден.)

Рис. 4.24 Дыра в Стене. Существует замечательный аргумент, связывающий продолжительность жизни Берлинской стены с продолжительностью жизни нашего вида! (Источник: Фредерик Рамм)

Использование аргумента дельта t для оценки долговечности бетонных стен и человеческих отношений забавно, но мы можем использовать его для оценки чего-то более серьезного: будущей продолжительности жизни Homo sapiens. Нашему виду около 175 000 лет. Применяя правило Готта, мы обнаруживаем, что существует 95% вероятность того, что будущая продолжительность жизни нашего вида составит от 4500 лет до 6,8 миллионов лет. Это сделало бы общую продолжительность жизни нашего вида где-то между 0,18 и 7 миллионами лет. (Сравните это со средней продолжительностью жизни видов млекопитающих, которая составляет около 2 миллионов лет. Наши ближайшие родственники, Homo neanderthalensis, выживали, возможно, 200 000 лет; Homo erectus, другой вид гоминид и, возможно, один из наших прямых предков, просуществовал 1,4 миллиона лет. Так что оценка Готта, безусловно, находится в правильном диапазоне для продолжительности жизни видов.) Аргумент ничего не говорит о том, как мы встретим свой конец; это может быть один или несколько методов, обсуждавшихся в другом месте, или что-то совершенно иное. Аргумент просто говорит, что весьма вероятно, что наш вид погибнет где-то между 4500 годами и 6,8 миллионами лет от настоящего момента.

Если вы впервые сталкиваетесь с аргументом Готта, то вполне можете подумать (как, признаюсь, подумал и я), что это чепуха. Однако попытайтесь точно определить, где логика ошибочна — это далеко не просто. «Очевидные» возражения против аргумента были убедительно опровергнуты. Прежде чем рассматривать возможные возражения против линии рассуждений Готта и изучать последствия аргумента дельта t для парадокса Ферми, стоит рассмотреть немного другую версию той же идеи.

Представьте, что вы участник нового телевизионного игрового шоу. Правила игры просты. Перед вами ставят две одинаковые урны, и ведущий говорит вам, что одна урна содержит 10 шаров, а другая — 10 миллионов шаров. (Шары маленькие.) Шары в каждой урне пронумерованы последовательно (1, 2, 3, …, 10 в одной урне; 1, 2, 3, …, 10 000 000 в другой). Вы наугад достаете шар из правой урны и обнаруживаете, что это шар номер 7, скажем. Смысл игры в том, чтобы вы сделали ставку, содержит ли правая урна 10 шаров или 10 миллионов. Шансы не 50:50. Очевидно, гораздо более вероятно, что шар с однозначным номером происходит из урны с 10 шарами, чем из урны с 10 миллионами. Конечно, вы бы сделали ставку соответственно.

Теперь вместо двух урн рассмотрим два возможных множества человеческой расы, а вместо пронумерованных шаров — отдельных людей, пронумерованных в соответствии с датой их рождения (так что Адам — 1, Ева — 2, Каин — 3 и так далее). Если одно из этих множеств соответствует реальной человеческой расе, то мой личный номер будет около 70 миллиардов — как и у любого из читателей этой книги, поскольку порядка 70 миллиардов человек жили с начала существования нашего вида. Теперь используем тот же аргумент, что и с урнами: гораздо более вероятно, что у вас будет ранг 70 миллиардов, если общее число людей, которые когда-либо будут жить, составляет, скажем, 100 миллиардов, чем если общее число составляет 100 триллионов. Если бы вас заставили сделать ставку, вам пришлось бы сказать, что, скорее всего, будет жить еще всего несколько десятков миллиардов человек. (Несколько десятков миллиардов человек звучит много, но при нынешних темпах мы добавляем миллиард человек к населению Земли каждое десятилетие.)

Аргумент дельта t является расширением Коперниканского принципа. Традиционный Коперниканский принцип гласит, что мы не находимся в особой точке пространства; Готт утверждает, что мы не находимся в особой точке времени. Разумный наблюдатель, такой как вы, Уважаемый Читатель, должен считать себя выбранным случайным образом из множества всех разумных наблюдателей (прошлых, настоящих и будущих), любым из которых вы могли бы быть. Если вы верите, что человечество выживет в неопределенном будущем, колонизирует Галактику и произведет 100 триллионов людей, вы должны спросить себя: почему мне так повезло оказаться среди первых 0,07% людей, которые когда-либо будут жить?

Готт использует тот же тип вероятностного аргумента для вывода различных особенностей галактического разума, некоторые из которых напрямую относятся к парадоксу Ферми. Все они зависят от идеи, что вы — случайный разумный наблюдатель — без особого местоположения ни в пространстве, ни во времени. Во-первых, колонизация Галактики не могла произойти в больших масштабах внеземными цивилизациями (потому что если бы это произошло, вы — да, вы — вероятно, были бы членом одной из этих цивилизаций). Во-вторых, применяя аргумент дельта t к прошлой продолжительности радио-технологии на Земле и комбинируя это с уравнением Дрейка, Готт находит с 95% уровнем достоверности, что число радиопередающих цивилизаций меньше 121 — и, возможно, намного меньше этого, в зависимости от параметров, введенных в уравнение Дрейка. В-третьих, если существует большой разброс в популяциях внеземных цивилизаций, то вы, вероятно, происходите из внеземной цивилизации, имеющей популяцию больше медианной. Таким образом, внеземные цивилизации с популяциями намного большими, чем наша, должны быть редки — достаточно редки, чтобы их индивидуумы не доминировали в общем числе существ, иначе вы были бы одним из них. Из чего мы делаем вывод, что, вероятно, в Галактике нет цивилизации типа II, а во всей наблюдаемой вселенной — цивилизации типа III.

Как я указал ранее, кажется, что с аргументом что-то не совсем так; он кажется неправильным — но где именно он ошибочен? Существуют философские мнения как за, так и против аргумента Готта, и, возможно, самый безопасный курс действий — позволить философам разобраться. Лично меня беспокоит предположение, что разумные виды обязательно имеют конечную продолжительность жизни; недавние наблюдения показывают, что вселенная будет расширяться вечно, и поэтому возможно, что человечество выживет вечно (в этом случае прямое применение аргумента Судного дня становится проблематичным). Каково определение «человечества» в этом случае? Когда именно, по мнению Готта, «началось» человечество? И если наш вид эволюционирует во что-то другое, считается ли это концом человечества? Тем не менее, несмотря на чувство беспокойства, которое можно испытывать, аргумент Судного дня все еще остается в силе.

Различные аспекты аргумента Судного дня рассматриваются остроумным образом Уиллардом Уэллсом в его книге «Апокалипсис когда?». Уэллс развивает аргумент в головокружительном направлении и, помимо количественной оценки экзистенциальных рисков, стоящих перед нами, он представляет еще один возможный ответ на вопрос Ферми. Он отмечает, что эволюция заставила людей выявлять и быстро справляться с краткосрочными опасностями; у нас нет такого инстинкта для распознавания или оценки долгосрочных угроз. Если эта черта типична для разумных видов, то, возможно, Судный день неизбежно наступает для них из-за их неспособности предвидеть долгосрочные последствия.

Решение 40

Облачные небеса обычны

Снова пришла долгая ночь.

Айзек Азимов, Приход ночи

Всякий раз, когда проводятся опросы на подобные темы, рассказ Азимова «Приход ночи» регулярно признается величайшим произведением научной фантастики короче романа. «Приход ночи» рассказывает историю ученых на Лагаше, планете в системе шести звезд. В действительности, хаотическая орбита Лагаша, безусловно, не позволила бы существовать развитым формам жизни. Однако ради сюжета Азимов постулирует, что на планете развились разумные, технологически продвинутые существа. Действие рассказа происходит вскоре после того, как физики на Лагаше открыли закон всемирного тяготения, который позволяет им предсказывать положение любого из шести солнц их планеты. Их новообретенное знание также позволяет им вывести существование луны, вращающейся вокруг Лагаша.

Рис. 4.25 Художественное представление планеты Kepler-64b, также известной как PH1. Она была открыта в октябре 2012 года и является первым примером планеты в системе четырех звезд. Планета вращается вокруг двойной звезды; более удаленная пара звезд вращается вокруг системы. PH1 — газовый гигант, но если бы вы могли стоять на ней, вы бы испытали двойной закат и увидели две яркие звезды на ночном небе. Ситуация на Лагаше, с ее шестью солнцами, была бы еще страннее. (Источник: Хейвен Гигер/Йель)

Присутствие луны Лагаша приходится выводить, потому что луна не видна: присутствие шести солнц означает, что на Лагаше никогда не наступает темнота. На планете никогда не бывает ночи. «Приход ночи» описывает, что происходит на Лагаше, когда редкое выравнивание луны и шести звезд вызывает затмение, и существа Лагаша впервые видят ночное небо. Это замечательная история.

Астрономам на Лагаше было бы трудно развивать то, что мы называем астрономией. Поскольку свет от их шести солнц заглушает свет от любого другого астрономического тела, они не могли бы узнать о существовании планет или звезд. Без ясного вида на небеса, как могли бы астрономы Лагаша развить понимание физической вселенной или своего места в ней?

Хотя ситуация в «Приходе ночи» маловероятна, можно представить множество случаев, когда физическая среда, в которой оказывается разумный вид, помешала бы ему исследовать космос. Что если, как спросил один философ, облачные небеса обычны? Или что если разумные виды с большей вероятностью эволюционируют в море, а не на суше? Независимо от того, насколько разумен вид, насколько продвинуты его технологии или насколько высока его цивилизация, если у него нет ни малейшего представления о существовании других миров, нет причин подозревать, что там могут быть другие существа, идея попытки контакта просто не возникла бы. Межзвездная коммуникация не состоялась бы. Возможно, в нашей Галактике существуют тысячи внеземных цивилизаций — но они скрыты за облаками, или застряли у галактического центра, где небо вечно яркое, или в любой из сотен сред, которые затруднили бы астрономию. Объясняет ли это парадокс?

Эта идея легла в основу некоторых величайших научно-фантастических историй, но ее трудно принять как объяснение парадокса Ферми. Как мы увидим позже, Галактика, вероятно, содержит триллион или более планет. Невозможно представить, что Земля — единственная планетная среда с ясным видом на небеса.

Решение 41

Лучше не бывает

Единственный реальный прогресс заключается в том, чтобы научиться ошибаться в одиночку.

Альбер Камю

В вопросе Ферми неявно заложена идея научного и технологического прогресса. Когда Ферми обсуждал летающие тарелки с Йорком, Конопинским и Теллером, все они серьезно рассматривали возможность путешествий быстрее света; но если сверхсветовые путешествия возможны, это требует знания физики, далеко превосходящего наше собственное. Когда исследователи моделируют галактическую колонизацию с использованием клеточных автоматов, методов Монте-Карло или какой-либо другой вычислительной техники, они предполагают, что огромные просторы межзвездного пространства действительно могут быть преодолены; но в настоящее время люди, безусловно, не обладают необходимой технологией для колонизации Галактики. Когда мы ломаем голову над отсутствием доказательств побочных продуктов инопланетных технологий, мы предполагаем, что на самом деле возможно построить сферы Дайсона, двигатели Шкадова или антиматериальные ракеты; но хотя мы можем представить такие технологии, мы, безусловно, не могли бы их разработать. Если цивилизация на миллион лет старше нас, она будет обладать пониманием науки и техники, которое кажется почти волшебным — таково предположение, которое мы склонны делать. Но что если земная наука, скажем, 2020 года — это лучшее, что может быть? Что если наш нынешний уровень научного понимания настолько глубок, насколько это возможно?

Рассмотрим мир очень малого. В течение нескольких десятилетий физики разработали так называемую стандартную модель физики элементарных частиц. Модель говорит нам, что вся материя состоит из ограниченного числа частиц (три пары кварков; три пары лептонов), взаимодействующих через ограниченное число сил (электромагнитная, слабая и сильная). В 2012 году физики, работающие на Большом адронном коллайдере, открыли последний элемент стандартной модели, бозон Хиггса. Стандартная модель ошеломляюще успешна; она согласуется с результатами каждого субатомного эксперимента, когда-либо проведенного. Но модель не полна. Она не включает гравитацию; она применима только примерно к 4% массово-энергетического содержания вселенной, поскольку не включает темную материю или темную энергию; и она содержит 19 параметров, значения которых не объяснены и должны быть вставлены «вручную». Физики отчаянно хотят найти доказательства физики за пределами стандартной модели, но пока никаких трещин не появилось: стандартная модель остается прочной, хотя мы знаем, что где-то она должна нарушиться.

Или рассмотрим мир очень большого. В течение нескольких десятилетий космологи разработали так называемую стандартную модель космологии. Возьмите общую теорию относительности, которая, возможно, является самой красивой теорией во всей физике, добавьте всего шесть параметров (это числа, такие как плотности «нормальной» материи, темной материи и темной энергии), и вы получите модель, согласующуюся со всеми когда-либо сделанными космологическими наблюдениями. Похоже, мы живем во вселенной, которая пережила период космической инфляции, а затем расширилась в результате Большого взрыва около 13,8 миллиарда лет назад; гравитационное притяжение материи и темной материи сначала замедляло расширение, но в конечном итоге эффекты темной энергии начали вызывать ускорение расширения. Стандартная модель космологии — это потрясающее достижение: совершенно удивительно, что мы можем проводить точные измерения крупномасштабной структуры вселенной и разрабатывать модель для их объяснения. Но модель не полна. Мы мало знаем о природе темной материи; темная энергия — полная загадка; и основополагающая теория, общая теория относительности, не может быть всей историей, потому что она не является квантовой теорией (а если в чем-то мы можем быть уверены, так это в том, что вселенная фундаментально квантовая по своей природе). Физики отчаянно хотят примирить гравитацию с квантовой теорией, и они очень хотят понять происхождение темной энергии, но нет единого мнения о том, как это сделать: стандартная модель работает, но мы не знаем почему.

Или рассмотрим живой мир. Крик и Уотсон предложили структуру двойной спирали для ДНК в 1953 году, и с тех пор биологи добились огромных успехов в понимании биохимических основ жизни на Земле. В последние годы достижения в генетической технологии, вероятно, опередили даже достижения в вычислительной технике. И все же мы до сих пор не знаем, как возникла жизнь в первую очередь. Что касается понимания такого явления, как сознание, в биофизических терминах… ну, как нам вообще начать?

На рубеже XIX и XX веков некоторые выдающиеся ученые считали, что физика практически завершена; все, что оставалось, — это измерять известные величины со все возрастающей точностью. Тогда на горизонте было всего два облака: продолжающаяся неспособность экспериментаторов обнаружить светоносный эфир и неспособность теоретиков объяснить ультрафиолетовую катастрофу излучения черного тела. К тому времени, как эти облака рассеялись, у нас появилась совершенно новая физика: специальная теория относительности (которая объяснила проблему эфира) и квантовая теория (которая объяснила проблему черного тела).

Возможно, сейчас мы переживаем ситуацию, противоположную той, в которой находились ученые более века назад: никто не верит, что физика закончилась — существует так много разумных вопросов, на которые у нас нет ответов, — но, возможно, теории, которыми мы сейчас располагаем, достаточно хороши, чтобы объяснить любое наблюдение, которое мы можем сделать. Возможно, мы находимся в досадном положении, зная, что наши теории неполны — что они даже неверны, — но не имея возможности провести эксперименты, которые указали бы на лучшие теории. Возможно, физическое устройство нашей вселенной таково, что это судьба любого разумного вида.

Если это так, то это объяснило бы, почему мы не слышали от внеземных цивилизаций: все они застряли примерно на том же уровне научного понимания — и, следовательно, технологической компетентности, — что и мы. Они знают о кварках, космической инфляции и темной энергии, но они не знают, как все это сочетается, не больше, чем мы. Они задаются вопросом, есть ли кто-нибудь там, но у них такая же ограниченная способность — нехватка возможностей — транслировать свое существование во вселенную, как и у нас. Это удручающая мысль.

Лично я не могу заставить себя поверить, что научный прогресс остановится в ближайшее время. Охота за темной материей наверняка скоро откроет новую физику; пока я писал этот раздел, я узнал, что завершена работа по модернизации Большого адронного коллайдера, что означает, что физики элементарных частиц скоро смогут исследовать субатомный мир на ранее недоступных масштабах расстояний; в ближайшие годы астрономы и космологи будут изучать темную энергию, космические лучи высоких энергий и гравитационную вселенную с помощью телескопов совершенно поразительных возможностей. А что касается биологии, то темпы прироста знаний не показывают признаков замедления. Что-нибудь да обнаружится. Если мы когда-нибудь встретим внеземную цивилизацию, то я уверен, что ее наука будет далеко впереди нашей; воображать, что они знают не больше, чем мы сейчас, безусловно, несостоятельно.

Решение 42

Они учатся дистанционно

Дайте мне ровно столько информации, чтобы я мог убедительно солгать.

Стивен Кинг

Вопрос Ферми — «Где все?» — находит отклик, потому что он противопоставляет два простых наблюдения. Во-первых, Галактика достаточно стара, чтобы разумная жизнь могла возникнуть давным-давно. Во-вторых, несмотря на заявления о летающих тарелках, мы не видим никаких признаков артефактов разумной жизни — ни инопланетных космических кораблей, ни самовоспроизводящихся зондов, ни проектов астроинженерии. Однако, когда мы разбираем это второе наблюдение, мы обнаруживаем в нем различные допущения. Например, мы молчаливо предполагаем, что единственный способ исследовать Галактику — это «грубая сила» с применением флотов космических кораблей или самовоспроизводящихся зондов. Возможно, у ВЦ (внеземных цивилизаций) есть более тонкие способы сбора информации?

Майк Лэмптон, ученый из Лаборатории космических наук Калифорнийского университета в Беркли, отмечает, что, моделируя галактические исследования с помощью космических кораблей, мы выдаем образ мышления «Земля-2000»: физическое исследование может иметь смысл для земных физиков в 2000 году, но будет ли оно иметь смысл для физиков ВЦ? Разве у инопланетных физиков не будет других вариантов, тем более что они изучают свой предмет миллионы лет и, таким образом, будут понимать о Природе гораздо больше, чем наши физики? (Ну, на это остается надеяться — но см. обсуждение в предыдущем Решении. Обратите внимание, что когда здесь пишется «2000», следует понимать, что можно добавить или отнять несколько десятилетий. Галактическая колонизация с помощью зондов обсуждалась в 1960-х годах, и она обсуждается, пока я пишу эту книгу. Несколько лет в ту или иную сторону не имеют значения; все это физика «Земли-2000».)

Физики довольно широко признают, что физика «Земли-2000» неполна. Как описано ранее, стандартная модель физики элементарных частиц и стандартная модель космологии могут служить данью уважения человеческому интеллекту, но они покоятся на несовместимых основаниях и не могут описать 96% массы-энергии Вселенной. Выход за рамки этих моделей представляет собой глубокую проблему для физиков «Земли-2000», но они могут не быть проблемой для физиков «Трантора-20000». И решение этих фундаментальных загадок физики вполне может открыть новые пути для исследования Вселенной. Лэмптон указывает, что информация становится все более важной в нашем обществе. Мы добываем больше данных и меньше угля. По мере развития технологий потребность в перемещении товаров или людей будет уменьшаться. (Хотите сочную джаботикабу? Не нужно везти ее из Южной Америки. Просто напечатайте ее дома.) То же самое относится и к космическим путешествиям. Исследовать Марс с помощью телеприсутствия уже безопаснее, дешевле и практичнее, чем пытаться отправить пилотируемые корабли. Мы можем даже заниматься наукой на расстоянии. Например, если бы марсоход обнаружил инопланетную микробную жизнь, скрывающуюся под песками Марса, нам не нужно было бы отправлять астронавтов для исследования: секвенаторы генома внутри марсохода могли бы передать генетическую информацию на Землю, и мы могли бы реконструировать форму жизни в лабораториях с помощью биологических принтеров. Если мы можем рассматривать возможность изучения Вселенной на расстоянии, используя физику «Земли-2000», то, безусловно, любое древнее общество, ориентированное на информацию, могло бы делать то же самое, только гораздо эффективнее. Таким образом, взгляд Лэмптона на парадокс Ферми заключается в том, что все технологически развитые общества в конечном итоге проходят переходный период: допереходные общества мотивированы колонизацией, завоеваниями и торговлей; постпереходные общества движимы информацией. Постпереходному обществу не нужно «быть там», если оно обладает полным, но удаленным знанием о «там». Когда индивидуум из постпереходного общества действительно захочет посетить «там», ему достаточно просто построить локальную симуляцию. Если такой общественный переход происходит в короткие сроки по сравнению со сроками колонизации — а если экстраполировать текущие тенденции здесь, на Земле, это кажется вероятным, — то парадокс исчезает. Я не полностью убежден. Я не совсем уверен, что развитие информационных технологий было важнее, чем развитие транспортных технологий. Я был одним из первых пользователей Сети, у меня множество устройств, подключенных к Интернету, и мне трудно вспомнить время, когда я не был постоянно онлайн — но правда в том, что я прекрасно обходился без Интернета. Тогда я был так же продуктивен, как и сейчас. (Айзек Азимов написал более 500 книг, многие из которых — научно-популярные. Он писал их на пишущей машинке. Был бы он более продуктивен, если бы имел доступ к Google? У Чарльза Диккенса не было даже пишущей машинки. Написал бы он больше романов, если бы имел доступ к нашим технологиям вырезания, вставки и проверки орфографии? Сомневаюсь.) Мы имели доступ к коммуникационным технологиям со скоростью света примерно с того времени, как королева Виктория взошла на трон: Кук и Уитстон запатентовали систему электрического телеграфа в мае 1837 года. Разве достижения с тех пор не были просто способами отправки более насыщенных видов открыток? Однако достижения в области транспорта действительно изменили ситуацию; они дали мне образ жизни, о котором мои предки и мечтать не могли. Конечно, здесь я могу проявлять симптомы луддизма позднего возраста; люди моложе и умнее меня, безусловно, считают достижения в области информационных технологий и стирание граней между реальным и виртуальным как неизбежными, так и глубоко преобразующими — так что, возможно, этот подход действительно начинает решать парадокс. Обратите внимание, что переход, о котором говорит Лэмптон, по сути мгновенен в астрономических масштабах времени, но это не изменение типа: постпереходное общество может иметь иные мотивы, чем его допереходный предшественник, но его сущность не изменится. Авторы следующего набора Решений утверждают, что технологические общества неизбежно претерпевают совершенно иной тип перехода.

Решение 43

Они где-то есть, но Вселенная страннее, чем мы себе представляем

Слушай: по соседству чертовски хорошая вселенная; пошли.

Э. Э. Каммингс, жаль этого занятого монстра, нечеловечество

Физическая наука содержит теории, которые поразительны по широте своего применения. Стандартная модель физики элементарных частиц объясняет явления, происходящие на субатомных масштабах, в то время как стандартная модель космологии описывает Вселенную в самых больших масштабах. Наши теории объясняют события, произошедшие через крошечную долю секунды после Большого взрыва, и предсказывают, какой будет конечная судьба Вселенной. И наши теории не так уж плохи в осмыслении явлений среднего диапазона, тех, которые происходят в повседневных масштабах; наши технологии — тому доказательство.

Некоторые люди — по моему опыту, те, кто склонен принимать объяснение парадокса Ферми с помощью НЛО — утверждают, что физики полны гордыни, осмеливаясь заявлять о таком успехе. Наука, будучи продуктом человеческого мозга, не может постичь тонкости и тайны Вселенной. Эти люди пытаются объяснить парадокс, предполагая, что Вселенная не такова, какой мы ее себе представляем. Похожие предположения, высказанные учеными и писателями-фантастами, более интересны. Например, возможно, разумные виды эволюционируют в нефизическое состояние, превосходящее ограничения пространства-времени. Роман Кларка «Конец детства» описывает переход человечества от нашего нынешнего, довольно незрелого состояния к слиянию с галактическим «сверхразумом» (некий духовный союз, точная природа которого так и не проясняется). Согласно этому предположению, мы не слышим ВЦ, потому что они эволюционировали за пределы нашего светского существования. Другое предположение: разумные виды в конечном итоге развивают телепатические способности и могут общаться напрямую, от разума к разуму, даже на межзвездных расстояниях. Им не страшны трудности радиосвязи. Возможно, они даже путешествуют силой мысли — как джаунт в романе Бестера «Звезды — моя цель». Если бы это было правдой, ВЦ могли бы не утруждать себя попытками общаться с теми из нас, кто ведет существование, лишенное пси-способностей. Еще одно предположение, столь же возмутительное, но основанное на более традиционных идеях, заключается в том, что ВЦ заняты исследованием параллельных вселенных. Многомировая интерпретация квантовой механики предполагает, что каждый раз, когда мы производим измерение квантовой системы, обладающей двумя возможными состояниями, Вселенная расщепляется на Вселенную А и Вселенную Б. Наблюдатель во Вселенной А измеряет один исход эксперимента, наблюдатель во Вселенной Б измеряет другой возможный исход. Результатом является бесконечное ветвление вселенных. В совокупности вселенных реализуются все возможности. Если многомировая интерпретация верна (большое «если» — существует несколько конкурирующих интерпретаций квантовой механики) и если возможно перемещаться между вселенными (абсолютно огромное «если» — нет абсолютно никаких указаний на то, что такое путешествие возможно), то, возможно, ВЦ находятся в другом месте. Зачем оставаться в таком скучном месте, как эта Вселенная, когда можно исследовать действительно интересные места?

Последнее предположение, основанное на недавних достижениях в тайной области теории струн, использует несколько иной подход к понятию параллельных вселенных. В теории струн браны — это физические объекты, существующие в высших измерениях. Точечную частицу можно рассматривать как брану нулевого измерения; струна — это одномерная брана; и если брана имеет размерность p, то это p-брана. Физики-теоретики, исследующие космологические модели, основанные на идее бран, предположили, что наша четырехмерная Вселенная может быть ограничена браной внутри пространства более высокой размерности. В космологии бран одно или несколько из этих дополнительных измерений могут быть большими. Мы не видим этих больших дополнительных измерений, потому что фотоны, частицы, позволяющие нам что-то видеть, ограничены браной; фактически все частицы, включая те, из которых состоят наши тела, ограничены браной. Однако гравитационная сила может «просачиваться» в большие дополнительные измерения; действительно, в космологии мира бран именно эта «утечка» объясняет слабость гравитации. Если космология бран окажется истинным описанием Вселенной, то возможно, что существуют другие браны — другие миры — расположенные буквально параллельно нашему, сложенные вместе, как ломтики хлеба в буханке. Эти вселенные могли бы находиться всего в миллиметре друг от друга в высших измерениях, но материя и излучение были бы привязаны к каждой из бран; браны могут влиять друг на друга только посредством гравитации. Что касается парадокса Ферми, то предположение, конечно, заключается в том, что развитые цивилизации учатся перемещаться через «объем»; им энергетически выгоднее переместиться на этот миллиметр через пространство более высокой размерности, чем перемещаться на световые годы через наше четырехмерное пространство-время. Излишне говорить, что нет никаких экспериментальных доказательств существования бран, существующих в объеме более высокой размерности; даже если эти большие дополнительные измерения существуют, нет оснований полагать, что они судоходны. Хотя, безусловно, верно, что наука не рассказала нам всего — действительно, то, что еще предстоит открыть, кажется, растет экспоненциально, — неправильно говорить, что наука ничего нам не рассказала. За последние 400 лет наука — процесс, в котором участвуют сотни тысяч людей, работающих индивидуально и совместно, — дала надежные знания о Вселенной. Любые новые теории должны не только объяснять новые наблюдения и экспериментальные результаты, но и накопленный набор наблюдений и результатов, что чрезвычайно затрудняет разработку новых теорий. Никому не удалось разработать полезные теории таких явлений, как трансцендентные духовные союзы, межзвездная телепатическая связь, межвселенские путешествия — или любые другие сделанные творческие предположения. Фактически, поскольку в настоящее время мы можем понять Вселенную, не прибегая к существованию таких явлений, нам не нужно разрабатывать новые теории для их объяснения. Это не означает, что такие явления невозможны; но нам требуются доказательства, прежде чем нам нужно будет серьезно их изучать. Поэтому, хотя все эти предположения составляют хорошие истории, трудно воспринимать их всерьез как решения парадокса Ферми.

Решение 44

Разум не вечен

Нет у нас постоянства; мы — волна,

Что течет, принимая любую форму, какую найдет.

Герман Гессе, «Игра в бисер»

В 2002 году Карл Шредер, канадский писатель-фантаст, опубликовал роман под названием «Постоянство», который содержит десятки интересных научных и философских спекуляций, включая, как позже подчеркнул Милан Чиркович, возможное решение парадокса Ферми. Чиркович назвал его «адаптационистским» решением.

В биологии адаптация — это эволюционный процесс, посредством которого популяция организмов лучше приспосабливается к среде обитания и окружающей среде, в которой она живет; адаптивная черта — это общая особенность, возникающая в результате этого процесса, некоторый физиологический, поведенческий или жизненный аспект, который повышает шансы организмов на выживание и размножение. Существует бесчисленное множество примеров адаптации: летучие мыши используют эхолокацию для ловли насекомых; кузнечики имитируют листья, чтобы избежать хищников; когти гепарда помогают ему ловить добычу.

Адаптация не объясняет всего. Соблазнительно придумывать истории «просто так», объясняющие все с точки зрения адаптивных черт, но не все является результатом адаптации. Некоторые структуры, например, являются рудиментарными: рыбы, живущие в совершенно темных пещерах, имеют незрячие глаза — функция была утрачена, когда их зрячие предки начали заселять среду, в которой не было давления для сохранения зрения. Другими словами, в темноте этих пещер рыбы с хорошим зрением больше не вытесняли рыб с плохим зрением. Незрячие глаза сегодняшнего дня — результат эволюционной истории, а не адаптации. Некоторые явления являются побочными продуктами: красный цвет крови, например, обусловлен особыми свойствами гемоглобина, а не адаптацией. А некоторые особенности могут быть результатом экзаптации: возможно, перья птиц возникли для изоляции и лишь позже были приспособлены для полета, и в этом случае перья были бы экзаптивной чертой для полета (но адаптивной для изоляции). В «Постоянстве» Шредер обсуждает идею о том, что интеллект и сознание имеют не большее значение, чем адаптивные черты, такие как эхолокация у летучих мышей или имитация листьев у кузнечиков. И точно так же, как зрячие рыбы могут потерять зрение, если исчезнет селективное преимущество обладания зрением, так и интеллект и сознание могут угаснуть по мере изменения среды, в которой они находятся.

Рис. 4.26 Два самца клеста-еловика, сфотографированные в Орегоне. Эти виды вьюрков обладают необычной чертой: их клювы скрещиваются (отсюда и английское название птицы). Эти птицы питаются семенами шишек хвойных деревьев, и форма их клювов — скрещенных на кончиках — помогает им извлекать семена. Форма их клювов является адаптивной чертой. Может ли человеческий интеллект и сознание быть адаптивной чертой, имеющей такое же или меньшее значение, как отличительные челюсти клеста? Важен ли человеческий интеллект только в той степени, в какой он обеспечивает эволюционное преимущество в изменчивой среде? (Фото: Элейн Р. Уилсон)

Для Шредера интеллект не является предпосылкой для создания орудий труда или цивилизации. Один из его протагонистов заявляет: «сознание, по-видимому, является фазой. Ни один изученный нами вид не сохранял то, что мы могли бы назвать самосознанием, на протяжении всей своей истории. И уж точно ни один не эволюционировал в некое состояние выше сознания». И позже: «Изначально нам, должно быть, приходилось много думать о том, чтобы бросать такие вещи, как камни или копья. В конце концов мы эволюционировали до способности бросать, не задумываясь, — и это признак грядущего. Когда-нибудь мы сможем поддерживать технологическую инфраструктуру, не нуждаясь в размышлениях о ней. Вообще без необходимости думать…».

Таким образом, в «Постоянстве» интеллект непостоянен. Коммуникативная продолжительность жизни, L, ВЦ ограничена не апокалипсисом, а давлением отбора. Дело не в том, что разумные виды уничтожают себя до установления связи; дело в том, что они лучше адаптируются к своей среде и, делая это, теряют способность общаться на межзвездных расстояниях. Мы не видим цивилизаций, охватывающих Галактику, потому что технологически развитые общества неизбежно возвращаются к прямой биологической адаптации. Жизнь продолжается; просто она не обладает интеллектом, необходимым для установления контакта на межзвездных расстояниях.

Является ли это правдоподобным решением парадокса Ферми? Меня это не убедило. Хотя я сочувствую взгляду Шредера на значение интеллекта, я далеко не убежден в неизбежности результата, который он предвидит. Можно выдвинуть множество возражений, некоторые из которых более серьезны, чем другие. Поскольку мы все равно находимся в области предположений, вот возражение, основанное на предположениях: на определенном этапе развития цивилизации возможно, что биология становится по существу нерелевантной. Этот сценарий, который я обсуждаю в следующем Решении, кажется по крайней мере столь же правдоподобным, как и идея, которую Шредер обсуждает в «Постоянстве».

Решение 45

Мы живем в постбиологической Вселенной

Все должно измениться,

Во что-то новое, во что-то странное.

Генри Уодсворт Лонгфелло, «Керамос»

Стивен Дик, известный историк науки, давно утверждал, что нам нужно использовать «стэплдоновский» образ мышления, если мы хотим размышлять о природе интеллекта во Вселенной. Олаф Стэплдон был британским философом, который в нескольких научно-фантастических романах рассматривал эволюцию человека в астрономических масштабах времени. Его роман «Последние и первые люди», опубликованный в 1930 году, обрисовывал «историю будущего» и описывал 18 различных видов людей в течение следующих двух миллиардов лет (наш собственный вид — Первые Люди). Его роман «Создатель звезд», опубликованный в 1937 году, был еще более грандиозным по масштабу: он описывал всю историю жизни во Вселенной — и содержал, среди многих умопомрачительных концепций, первое описание сферы Дайсона; Сам Фримен Дайсон предложил называть такую структуру «сферой Стэплдона». Смысл Дика в том, что, размышляя об интеллекте во Вселенной, нам нужно учитывать не только астрономические временные рамки, но и биологическую и культурную эволюцию разумных видов, которая может происходить в такие временные рамки. Размышляя о ВЦ, нам нужно использовать тот подход, который Стэплдон применял в своих романах.

Я упоминал соответствующие временные рамки в главе 1, но стоит повторить их здесь. Теперь мы знаем, что возраст Вселенной составляет 13,798 миллиарда лет, плюс-минус 37 миллионов лет. Астрономы до сих пор не имеют полного понимания формирования первых звезд, но кажется разумным предположить, что первые звезды, подобные Солнцу, и, следовательно, возможно, первые скалистые планеты сформировались в течение миллиарда лет после Большого взрыва — другими словами, около 12,8 миллиарда лет назад. Если мы возьмем Землю в качестве ориентира и предположим, что разумная жизнь появляется через 4,5 миллиарда лет после формирования планеты, то мы могли бы утверждать, что старейшие цивилизации появились во Вселенной 8,3 миллиарда лет назад. Самые старые звезды в нашей галактике Млечный Путь сформировались примерно 10-11 миллиардов лет назад, поэтому аналогичный аргумент предполагает, что старейшие соседние цивилизации вполне могут быть на 5 миллиардов лет старше нас. Рэй Норрис, используя аргумент, основанный на звездной эволюции, пришел к выводу, что медианный возраст ВЦ составит 1,7 миллиарда лет. Разные астрономы, используя разные аргументы, отстаивали медианный возраст где-то между показателем Норриса в 1,7 миллиарда лет и упомянутыми выше 8,3 миллиардами лет. Конкретный возраст вряд ли имеет значение: верите ли вы, что внеземные цивилизации могут быть на 1,7 миллиарда лет старше нас, на 8,3 миллиарда лет старше или где-то посередине, главный вывод следующий. Если ВЦ переживают природные и рукотворные катастрофы, они, вероятно, будут намного, намного старше нас: возраст рода Homo оценивается примерно в 2,3 миллиона лет.

Если ВЦ существуют на протяжении долгих периодов времени, то нам нужно исследовать их вероятную эволюцию. Как однажды заметил знаменитый физик Нильс Бор, трудно делать предсказания, особенно о будущем. Вероятно, невозможно предсказать, как развернется миллиард лет биологической эволюции. Однако можно утверждать, что биологическая эволюция становится все менее актуальной, как только цивилизация достигает определенного уровня технической сложности: культурная эволюция значительно опережает биологическую эволюцию. Быстрота культурной эволюции означает, что цивилизации могут кардинально меняться за короткие сроки, составляющие сотни лет. Если обладание развитым интеллектом подразумевает наличие культуры, то из этого следует, утверждает Дик, что любое обсуждение внеземных цивилизаций должно обязательно учитывать культурную эволюцию.

Как может протекать культурная эволюция? Что ж, даже в случае человеческой цивилизации ответ таков: мы просто не знаем. В чисто человеческой Галактике «Основания» Азимова развитие общества можно было предсказать и даже формировать с помощью теории психоистории; у нас такой теории нет. Что касается культурной эволюции внеземных цивилизаций… кто может сказать? В отсутствие теории универсальной культурной эволюции, возможно, лучшее, что можно сделать, — это экстраполировать тенденции, которые, как мы полагаем, наблюдаем здесь, на Земле. Дик выделяет следующие области как наиболее актуальные в этом отношении: искусственный интеллект, биотехнологии, генная инженерия, нанотехнологии и космические путешествия. Из них он считает искусственный интеллект наиболее важным, потому что другие области можно рассматривать как служащие интеллекту: с помощью биотехнологий и нанотехнологий мы могли бы создать эффективный искусственный интеллект; развитие космических путешествий распространит интеллект; генная инженерия может предоставить путь к повышению биологического интеллекта. Здесь, на Земле, эти тенденции набирают обороты. Поэтому Дик постулирует то, что он называет Принципом Интеллекта: «поддержание, совершенствование и увековечение знаний и интеллекта является центральной движущей силой культурной эволюции, и в той степени, в которой интеллект может быть улучшен, он будет улучшен».

Принцип Интеллекта подразумевает, что при наличии достаточного времени — а у ВЦ было достаточно времени — биологически основанный интеллект создаст искусственный интеллект. Продукты биологической эволюции будут заменены их машинным потомством или сольются с ним. Стэплдоновское мышление предполагает, что мы можем жить в постбиологической вселенной.

Такой взгляд имеет несколько последствий как для SETI, так и для парадокса Ферми. Одно из последствий заключается в том, что мы можем искать не там: постбиологические существа, освобожденные от оков телесного существования, не обязательно должны оставаться привязанными к планете. Фокус SETI на планетах земного типа, вращающихся вокруг звезд, подобных Солнцу, может быть ошибочным. Второе последствие заключается в том, что постбиологические существа могут быть больше заинтересованы в приеме сигналов от биологических существ, чем в попытках общаться с ними. Третье заключается в том, что огромные различия между постбиологическими и биологическими существами — различия в возрасте, способностях, физическом облике и многом другом — могут привести к качественному различию между нашими разумами и их разумами: общение может быть невозможным.

Идея постбиологической вселенной не лишена проблем. Например, предположительно, постбиологические существа также будут подвергаться культурной эволюции — куда это приведет? И сам Принцип Интеллекта, на котором Дик строит свой аргумент, вряд ли имеет статус физического закона. Принцип кажется убедительным, потому что в нашей культуре возросшие знания и интеллект дают конкурентное преимущество, но Принцип может иметь лишь локальное применение; возможно, культурная эволюция внеземных цивилизаций движима ненавистью, или стремлением к завоеванию, или какой-то эмоцией, для описания которой у нас нет слов. (Джордж Р. Р. Мартин однажды написал замечательную, трогательную историю под названием «Песнь для Лии», в которой главной мотивацией одной внеземной культуры была любовь. Обязательно прочтите ее.) Тем не менее, представление о том, что мы можем населять постбиологическую вселенную, обладает сильным притяжением. Аргумент Дика можно развить различными способами, каждый из которых дает несколько иной взгляд на парадокс Ферми. Следующие несколько решений обсуждают различные аспекты постбиологической вселенной.

Решение 46

Они тусуются вокруг черных дыр

Многие путешествия продолжаются еще долго после того, как движение во времени и пространстве прекратилось.

Джон Стейнбек, «Путешествия с Чарли»

Обсуждая взгляд Гиллетта на парадокс Ферми (см. стр. 1), мы рассмотрели шкалу Кардашева для классификации ВЦ. Шкала основана на потреблении энергии. Напомним: цивилизация KI способна использовать энергию планеты земного типа; цивилизация KII способна использовать энергию звезды; цивилизация KIII способна использовать энергию целой галактики. Если развитие нашей собственной технологической цивилизации является показателем (и, как всегда, будем считать само собой разумеющимся, что мы понятия не имеем, так ли это в целом), то шкала Кардашева кажется разумной мерой уровня развития ВЦ. Человечество потребляет все больше и больше энергии, потому что нас становится все больше, и мы хотим делать все больше и больше вещей. Мы не знаем, что люди захотят делать в будущем, но что бы это ни было, это потребует энергии. Точно так же, какими бы замечательными технологиями ни обладала ВЦ, мы можем быть достаточно уверены, что будут задействованы большие количества энергии, и чем более продвинутой и распространенной будет технология, тем больше энергии потребуется.

Кембриджский космолог Джон Барроу ввел шкалу внутренней манипуляции, которая, можно утверждать, будет столь же применима к ВЦ, как и энергетическая шкала Кардашева. Цивилизация уровня развития BI может манипулировать объектами своего размера, то есть около 1 м (при условии, что разумные существа существуют, как и мы, на этом уровне). Цивилизация BII может работать с объектами масштаба 10⁻⁷ м, что позволило бы ей манипулировать генами. Цивилизация BIII может работать с объектами масштаба 10⁻⁹ м, что позволило бы ей манипулировать молекулами. Барроу утверждает, что человеческая цивилизация сейчас находится на уровне BIV, поскольку различные технологические достижения позволяют нам манипулировать отдельными атомами на масштабе 10⁻¹¹ м. Но, как однажды заметил Ричард Фейнман, «внизу полно места»; другими словами, на малых масштабах можно исследовать больше, чем на больших. Действительно, между человеческим масштабом 1 м и наименьшим возможным масштабом, определяемым квантовой физикой — планковским масштабом, — существует 35 порядков величины; между человеческим масштабом и размером наблюдаемой Вселенной «всего» 26 порядков величины. Возможно, тогда, по мере того как ВЦ продвигаются в сложности, они предпочитают исследовать микромир вместо, или, по крайней мере, в дополнение к макромиру. Лучшей классификацией ВЦ может быть их способность манипулировать все меньшими и меньшими масштабами длины. По шкале Барроу цивилизация BV могла бы манипулировать атомными ядрами (и, следовательно, работать в диапазоне расстояний 10⁻¹⁵ м); цивилизация BVI могла бы манипулировать элементарными частицами (10⁻¹⁸ м); а цивилизация BΩ могла бы манипулировать самой структурой пространства-времени (10⁻³⁵ м).

В своей докторской диссертации, представленной в 2013 году, бельгийский философ Клеман Видаль утверждает, что развитие ВЦ лучше всего обсуждать с использованием двумерной метрики, сочетающей шкалы Кардашева и Барроу. В частности, он утверждает, что исследователи SETI должны рассмотреть, что может означать, если бы цивилизации находились на уровне KII-BΩ — цивилизации, которые могли бы использовать энергию звезды и манипулировать пространством-временем.

Если цивилизация обладает способностью манипулировать пространством-временем, то ее технология сможет работать с черными дырами — областями пространства-времени, из которых ничто не может вырваться. Черные дыры относительно распространены во Вселенной: судьба звезды большой массы — закончить жизнь как черная дыра, и астрономы считают, что сверхмассивная черная дыра скрывается в центре каждой галактики. Видаль утверждает, что черные дыры являются «аттракторами для интеллекта»: цивилизации KII–B будут стремиться использовать эти экстремальные объекты. С нашим нынешним уровнем понимания невозможно сказать, что такая развитая цивилизация решила бы делать со своими черными дырами, но интересно поспекулировать. Продвинутые цивилизации могли бы, например, использовать черные дыры для хранения или извлечения энергии — были предложены различные механизмы извлечения энергии из черных дыр, и они часто обладают превосходной эффективностью. Или они могли бы использовать их для науки: гравитационная линза черной дыры могла бы стать основой чрезвычайно мощного телескопа. Некоторые ученые предположили, что пространство-время вокруг вращающейся черной дыры может позволить построить гиперкомпьютер — устройство, позволяющее решать проблемы, которые не могут решить традиционные компьютеры; безусловно, любая ВЦ была бы заинтересована в такой возможности. Могут быть и технологические причины для исследования черных дыр: возможно, они облегчают путешествия через пространство-время. А еще есть предположение, что действительно развитые цивилизации могли бы использовать эффекты замедления времени вокруг черной дыры, чтобы выжить в неопределенном будущем (в то время как менее развитые цивилизации выживают только до тех пор, пока существует их родительская звезда — человечество, например, имеет в запасе не более пары миллиардов лет, прежде чем Солнце поглотит всю жизнь на Земле). Разве этих причин недостаточно, чтобы считать черные дыры аттрактором для интеллекта? Если нет, то можно придумать множество других причин. Если уж на то пошло, черные дыры — это последнее слово в утилизации отходов.

Цивилизация KII–B могла бы использовать энергию звезды для питания своей технологии черных дыр. Возможно ли было бы обнаружить такую деятельность? В принципе, да. Мы знаем, что такое обнаружение возможно, потому что астрономы наблюдали десятки объектов, известных как рентгеновские двойные системы (XRB). XRB — это система, в которой объект-донор (обычно просто нормальная звезда) теряет материю в пользу компактного аккретора (например, черной дыры). Материал высасывается из звезды и образует аккреционный диск вокруг плотного объекта. Эта падающая материя высвобождает гравитационную потенциальную энергию в процессе, который намного эффективнее, чем термоядерный синтез водорода, питающий звезды: из системы исходят рентгеновские лучи и частицы высокой энергии. Итак… могут ли рентгеновские двойные системы быть проявлением деятельности развитых цивилизаций, использующих черные дыры для гипервычислений, путешествий в пространстве-времени или утилизации отходов? Могут ли XRB быть ВЦ?

Рис. 4.27 Иллюстрация художника микроквазара GRO J1655-40 с его релятивистскими джетами, вырывающимися из полюсов. Микроквазар — это младший брат квазара; в обоих случаях имеется аккреционный диск, окружающий черную дыру, но масса центральной черной дыры различна. Квазары обладают сверхмассивными черными дырами (измеряемыми миллионами солнечных масс), тогда как микроквазары обладают черными дырами, имеющими примерно ту же массу, что и типичная звезда. (Источник: NASA/STScI)

Если признать, что цивилизации неизбежно будут эволюционировать к состоянию KII–B, и если эта эволюция происходит быстро в астрономических масштабах времени, то это может объяснить, почему мы не видели этих цивилизаций. Мы слушали низкоэнергетические коммуникации вместо того, чтобы искать признаки высокоэнергетической активности, например, в XRB. Однако сам Видаль указывает на присущую слабость попытки объяснить рентгеновские двойные системы как проявление передовых технологий: гораздо разумнее объяснять их с точки зрения природных явлений. Рентгеновские двойные системы — это просто двойные звездные системы, в которых одна из звезд достигла конца своей жизни и стала, как это бывает со старыми звездами, компактным объектом — либо белым карликом, либо нейтронной звездой, либо черной дырой. В некоторых системах астрономам еще предстоит прояснить конкретные детали задействованных физических процессов, но кажется маловероятным, что наблюдаемые нами явления — это просто результат действия гравитации. Столько же необходимости привлекать ВЦ для объяснения излучения XRB, сколько и привлекать Санта-Клауса для объяснения распределения подарков на Рождество. Однако обратите внимание, что наблюдения могут изменить этот вывод (относительно XRB, а не Санта-Клауса). Расчеты показывают, что если звездный остаток имеет массу менее 1,44 массы Солнца, то его судьба — стать белым карликом; если остаток имеет массу примерно в 1,5–3,0 раза больше массы Солнца, то он закончит свою жизнь как нейтронная звезда. Только если масса остатка превышает примерно три солнечные массы, образуется черная дыра. Так что, если бы удалось установить, что черная дыра в рентгеновской двойной системе имеет массу, равную массе Солнца, скажем, то мы, безусловно, захотели бы более внимательно исследовать систему на предмет признаков технологической активности.

Я считаю, что ценность двумерной классификации цивилизаций Видаля и его акцент на цивилизациях KII–B заключаются не столько в предположении, что рентгеновские двойные источники могут иметь технологическое происхождение, сколько в том, что SETI может с пользой расширить свое пространство поиска. До настоящего времени фокус SETI был сосредоточен на обнаружении низкоэнергетического излучения, которое могло бы использоваться для связи; мы могли бы также исследовать высокоэнергетическое излучение на предмет следов, которые могли бы быть побочным продуктом технологии уровня KII–B. И учтите, что даже если черная дыра в рентгеновской двойной системе образовалась естественным путем, возможно, близлежащая цивилизация KII–B решила бы использовать ее по всем упомянутым выше причинам. Как отмечает Видаль, водопад — это природное явление, но это явление, где часто можно найти свидетельства технологии, потому что мы строим поблизости гидроэлектростанции, которые используют то, что предоставила природа. Так что мы могли бы, например, искать свидетельства регулирования потока энергии внутри XRB. Астрофизики уже исследуют высокоэнергетическую Вселенную, чтобы лучше понять такие бурные явления, как сверхновые, микроквазары и активные ядра галактик. Ученые SETI могли бы довольно легко воспользоваться этими существующими и продолжающимися наблюдениями: это было бы дешево, и кто знает, что мы могли бы найти, если бы посмотрели?

Тем не менее, в настоящее время высокоэнергетическая и низкоэнергетическая Вселенные схожи в том, что нам не нужно привлекать внеземной разум для объяснения того, что мы наблюдаем. Все, что нам нужно, — это время и законы физики, действующие на неодушевленную материю и энергию.

Решение 47

Они достигли Сингулярности

Вещи не меняются; меняемся мы.

Генри Дэвид Торо, «Уолден»

Еще в 1965 году Гордон Мур — соучредитель корпорации Intel — заметил, что количество транзисторов на квадратный дюйм, которые можно разместить на интегральной схеме, удваивается каждые 18 месяцев. Это замечание стало известно как закон Мура, хотя это скорее наблюдение, чем закон Природы. В своем нынешнем виде закон Мура гласит, что плотность данных удваивается каждые 18 месяцев. Закон оставался верным в течение пяти десятилетий с момента его формулировки, и некоторые другие показатели производительности компьютерного оборудования также не отставали. Результат: дешевая, быстрая вычислительная мощность легко доступна, и поэтому наш мир изменился. Если закон будет действовать в течение следующих нескольких десятилетий, а причин, по которым этого не должно произойти, похоже, нет, то мы будем продолжать видеть все более быстрые и мощные машины — лучшие планшеты, смартфоны и носимые технологии.

Вернор Виндж, экстраполируя эти феноменальные улучшения в компьютерном оборудовании и связанных технологиях, утверждает, что человечество, вероятно, создаст сверхчеловеческий интеллект где-то до 2030 года. Он рассматривает четыре несколько разных способа, которыми наука могла бы достичь этого прорыва. Мы могли бы разработать мощные компьютеры, которые «проснутся»; сети, такие как Интернет, могли бы «проснуться»; интерфейсы человек-компьютер могли бы развиться таким образом, что пользователи стали бы сверхчеловечески разумными; и биологи могли бы разработать способы улучшения человеческого интеллекта. Такое сверхразумное существо, как бы оно ни возникло, могло бы стать последним изобретением человечества, потому что само это существо могло бы проектировать еще лучших и более разумных потомков. Время удвоения в 18 месяцев в законе Мура будет неуклонно уменьшаться, вызывая «интеллектуальный взрыв». Более быстрое, чем экспоненциальное, неудержимое событие может положить конец эре человека за считанные часы. Виндж называет такое событие Сингулярностью.

Термин «Сингулярность» неудачен, поскольку математики и физики уже используют его в определенном смысле: сингулярность возникает, когда некоторая величина становится бесконечной. Однако в Сингулярности Винджа ни одна величина не обязательно становится бесконечной. Тем не менее, название отражает суть того, что стало бы критической точкой в истории: в Сингулярности все изменилось бы очень быстро, и — как и в случае сингулярности в черной дыре — становится трудно предсказать, что произойдет после того, как мы ее достигнем. Сверхразумные компьютеры (или сверхразумные люди, или существа человек-компьютер) превращаются в… во что? Трудно, а возможно, и невозможно представить себе возможности, мотивы и желания сущностей, являющихся продуктом этого трансцендентного события.

Виндж утверждает, что если Сингулярность возможна, то она произойдет. Она имеет нечто вроде универсального закона: она произойдет всякий раз, когда разумные компьютеры научатся производить еще более разумные компьютеры. Если ВЦ разрабатывают компьютеры — а поскольку мы обычно предполагаем, что они разработают радиотелескопы, мы должны предполагать, что они разработают и компьютеры, — то Сингулярность произойдет и с ними. Это, таким образом, и есть объяснение Винджем парадокса Ферми: инопланетные цивилизации достигают Сингулярности и становятся сверхразумными, трансцендентными, непознаваемыми существами.

Спекуляции Винджа о Сингулярности захватывают. И как объяснение парадокса Ферми, это предположение лучше объяснений, требующих единообразия мотивов или обстоятельств. Не каждая ВЦ взорвет себя, или решит не заниматься космическими полетами, или что-то еще. Но мы можем разумно утверждать, что каждая технологическая цивилизация будет развивать вычисления; и если вычисления неизбежно приводят к Сингулярности, то, предположительно, все ВЦ неизбежно исчезнут в Сингулярности. ВЦ существуют, но в форме, принципиально непостижимой для несверхразумных смертных, таких как мы. Тем не менее, как объяснение парадокса, я думаю, у него есть проблемы.

Во-первых, даже если высокий интеллект может существовать на небиологической основе, Сингулярность может никогда не наступить. Есть несколько причин — экономических, политических, социальных, — по которым Сингулярность может быть предотвращена. Существуют также технологические причины, по которым Сингулярность может не произойти. Например, для достижения Сингулярности прогресс в области программного обеспечения будет не менее важен, чем прогресс в области аппаратного обеспечения. Без гораздо более сложного программного обеспечения, чем то, которым мы располагаем в настоящее время, Сингулярность просто не произойдет. Теперь, хотя верно, что различные показатели аппаратного обеспечения, похоже, подчиняются закону Мура, улучшения в программном обеспечении гораздо менее впечатляющи. Например, текстовый процессор, который я использую, — это последняя версия программы. В ней, безусловно, больше функций, чем в версии, которую я использовал, когда писал первое издание этой книги, но я никогда не использую эти функции, и, по сути, программа становится для меня все менее полезной. Я упорно продолжаю использовать ее, потому что все остальные ее используют, и мне нужно обмениваться документами; постепенно появляются альтернативы этому рабочему процессу, и скоро я, возможно, смогу полностью отказаться от этой программы. Программа, которую я использую для набора этой книги, называемая TEX, — это замечательное программное обеспечение, создатель которого заморозил разработку программы несколько лет назад. Хотя в мировом сообществе TEX есть некоторый прогресс в создании еще лучшей программы для набора текста, прогресс идет гораздо медленнее, чем если бы действовал закон Мура. Конечно, тип программного обеспечения, необходимый для создания «взрыва интеллекта», не имеет ничего общего с текстовыми процессорами или программами для набора текста. Но суть та же: прогресс в программном обеспечении и в методологиях разработки программного обеспечения идет гораздо медленнее. Возможно, мы просто недостаточно умны, чтобы создать программное обеспечение, которое приведет к Сингулярности. Возможно, нас ждет будущее, в котором невероятно мощные машины будут делать удивительные вещи, но без самосознания. Разве этот сценарий не столь же правдоподобен, как будущее, содержащее Сингулярность?

Даже если Сингулярность неизбежна, я не понимаю, как она объясняет парадокс Ферми. Мы можем спросить, как мог бы Ферми: где находятся сверхразумы? Мотивы и цели сверхразумного постсингулярного существа могут быть для нас непостижимы, но, предположительно, таковы же были бы мотивы и цели любых «традиционных» цивилизаций типа III, которые могли бы существовать. Тем не менее, мы с удовольствием размышляем о том, как обнаружить такие цивилизации типа III. На самом деле, у нас может быть больше шансов понять постсингулярных существ на Земле, чем понять инопланетян, потому что в некотором смысле эти сущности были бы нами. В некотором смысле, мы бы их создали и, возможно, запечатлели бы в них определенные ценности. Даже если мы неспособны понять сверхразумные сущности или общаться с ними, из этого не следует, что эти сущности должны отключиться от остальной физической вселенной. Сверхразум должен, как и мы, подчиняться законам физики; и, предположительно, он принимал бы рациональные экономические решения. Таким образом, та же логика, которая предполагает, что развитая технологическая цивилизация быстро колонизирует Галактику, приводит нас к выводу, что сверхразум также колонизировал бы Галактику — за исключением того, что он сделал бы это быстрее и эффективнее, чем биологические формы жизни.

Даже если они решат не колонизировать, даже если постсингулярные сущности превзойдут наше понимание реальности — возможно, они уйдут в другие измерения (как описано на стр. 190) или проведут свое время, создавая дочерние вселенные, предложенные Харрисоном (стр. 74), или займутся любой деятельностью, кроме исследования нашей вселенной — позади останутся неусовершенствованные существа с нормальным интеллектом. В случае людей, возможно, многие из нас предпочли бы не участвовать в Сингулярности. Но из этого не следует, что люди вымрут. Если только сверхразумы не посчитают, что должны нас уничтожить (зачем им это?), мы могли бы продолжать жить, как всегда. Мы могли бы относиться к сверхразумным существам так же, как бактерии относятся к нам, ну и что? Два миллиарда лет назад бактерии были доминирующей формой жизни на Земле, и по многим показателям (долговечность вида, общая биомасса, способность противостоять глобальным катастрофам и т. д.) они таковыми и остаются. Существование людей не влияет на бактерии. Точно так же существование сверхразумных существ не обязательно должно влиять на человечество; они могли бы заниматься своими странными делами, а мы могли бы продолжать делать то, что хотим — например, пытаться связаться с единомышленниками в Галактике.

На мой взгляд, существование Сингулярности не объясняет парадокс Ферми. Оно усугубляет его.

Решение 48

Гипотеза трансценденции

Прошлое — это пролог.

Уильям Шекспир, «Буря», Акт II, Сцена 1

В статье, опубликованной в 2012 году в журнале Acta Astronautica, Джон Смарт утверждает, что развитые цивилизации действительно достигают технологической сингулярности, но можно предсказать, куда эта сингулярность их приведет. Смарт согласен с Видалем (см. Решение 46), что черные дыры являются аттракторами для интеллекта: мы не видим развитых цивилизаций, потому что они исчезают в черных дырах. Это гипотеза трансценденции.

Аргументация Смарта охватывает широкий спектр элементов, но суть ее такова. Во-первых, давайте рассмотрим саму трансценденцию. Смарт обращает внимание не только на ускорение наших вычислительных возможностей, которое мы уже рассматривали в разных контекстах, но и на эффективность и плотность физических ресурсов для вычислений. Этими ресурсами являются пространство, время, энергия и материя (space, time, energy and matter) — сокращенно STEM — и Смарт определяет сжатие «STEM» как феномен увеличения пространственной, временной, энергетической и материальной плотности и эффективности на единицу вычислений с течением времени. Рассмотрим пространственный аспект: за историю человечества мы превратились из кочевых охотников-собирателей в горожан. Это изменение относительно недавнее: по данным Всемирной организации здравоохранения, только в 2010 году большинство людей проживало в городской местности — всего столетие назад в городах жило лишь 20% населения, но прогнозируется, что к 2050 году 70% из нас будут городскими жителями. Города, по-видимому, генерируют большее богатство на душу населения и более высокий уровень инноваций, чем сельские районы, — наблюдения, которые, предположительно, привлекают людей в города, и все же можно утверждать, что мы уже выходим за пределы городов: с точки зрения генерации информации и вычислений на единицу ресурса компании и корпорации, которые еще более пространственно плотны, превосходят города. Смарт утверждает, что эта возрастающая пространственная плотность будет увеличиваться и дальше, и что мы увидим аналогичные тенденции в отношении времени, материи и энергии. Человеческая цивилизация будет развиваться в направлении внутреннего пространства, а не внешнего космоса. Цивилизация станет плотнее, быстрее, энергоэффективнее и при необходимости изменит свою физическую основу, чтобы поддерживать процесс сжатия STEM. Нет необходимости рассматривать шкалу Кардашева при обсуждении разумных цивилизаций: сжатие STEM будет означать, что развитые цивилизации будут развивать все более локализованные, все более плотные, все более эффективные структуры и потоки энергии. А предел сжатия STEM? Это планковская шкала, предел, установленный устройством вселенной. Цивилизации, достигающие Сингулярности, неизбежно исчезают за горизонтом событий.

В Решении 46 мы рассмотрели аргументы Видаля в пользу того, что черные дыры манят развитые цивилизации. Смарт приводит дополнительные причины предполагать, что черные дыры являются естественными аттракторами для интеллекта. В частности, явление гравитационного замедления времени приводит к некоторым интересным предположениям. Например, чем ближе кто-либо подходит к горизонту событий черной дыры, тем медленнее, кажется, течет время (измеренное удаленным наблюдателем; время течет нормально для наблюдателя, приближающегося к горизонту). Обратная сторона этого явления заключается в том, что для наблюдателя, находящегося близко к горизонту событий, время во внешней вселенной, кажется, течет быстрее. Если наблюдатель может зависнуть близко к горизонту событий черной дыры, то он/она/оно может наблюдать, как миллиарды лет динамики вселенной разворачиваются в одно мгновение. Смарт утверждает, что любая цивилизация, которая максимизировала свои локальные ресурсы STEM и считает локальную вселенную все более неинтересным и неудивительным местом, захочет, чтобы время в остальной части вселенной текло как можно быстрее: таким образом, любые интересные мелочи, элементы полезной нелокальной информации, достигают ее за кратчайшее количество локального времени. (Цивилизация может захотеть создать вокруг себя оболочку из материи, чтобы сформировать фокальную сферу: гравитационное линзирование позволит цивилизации наблюдать далекую вселенную, как обсуждалось на стр. 56.) В течение чрезвычайно длительных временных масштабов, черные дыры внутри галактики будут сталкиваться и сливаться; еще одним следствием гравитационного замедления времени вблизи горизонта событий является то, что этот процесс слияния занимает лишь короткое время с точки зрения развитой цивилизации, населяющей черную дыру. Этот механизм позволяет развитым цивилизациям в конечном итоге встретиться. (Так что, если Смарт прав, и человечество достигнет Сингулярности тогда, когда он думает, нам придется подождать всего несколько сотен лет, чтобы встретить ВЦ. Конечно, во внешней вселенной пройдут сотни миллиардов лет.)

В связи с этим сценарием возникают различные вопросы, и у Смарта есть на них готовые ответы. Очевидный вопрос, например: почему мы не видим и не слышим цивилизации в преддверии трансценденции? Если таких цивилизаций много — а Смарт в связанной публикации оценивает, что в нашей Галактике может быть до 2,25 миллиардов развитых технических цивилизаций; поразительно большое число — то почему мы не видим каких-либо свидетельств астроинженерии, почему мы не обнаруживаем какой-либо радиомаяк из их предтрансцендентной фазы? Ну, Смарт утверждает, что человеческая цивилизация может достичь своего события трансценденции через 600 лет; несколько столетий — это всего лишь мгновение ока в космических масштабах. Крайне маловероятно, что мы окажемся достаточно близко к какой-либо предтрансцендентной цивилизации, чтобы уловить любую попытку связи. (Даже если бы мы обнаружили соседнюю цивилизацию, которая находилась бы на расстоянии 100 световых лет и на точно таком же технологическом уровне, как и мы — ситуация, которая крайне маловероятна, — то объем нашего разговора составил бы три двусторонних обмена информацией, прежде чем одна или другая сторона трансцендировала. Мы не смогли бы даже рассказать анекдот «тук-тук».) Смарт идет дальше и утверждает, что цивилизация на пути к трансценденции намеренно воздерживалась бы от вещания: передача информации могла бы изменить путь трансценденции других цивилизаций и уменьшить разнообразие информации, доступной при слиянии цивилизаций. Действительно, Смарт утверждает, что цивилизация, как только она осознает, что ее судьба лежит в черной дыре, разработает «основную директиву» — ее мораль будет препятствовать вещанию. В этом смысле гипотеза трансценденции является вариантом гипотезы зоопарка (см. стр. 61).

Гипотеза трансценденции имеет то преимущество, что предлагает некоторые конкретные и потенциально фальсифицируемые предсказания. Во-первых, хотя радио-SETI, вероятно, не увенчается успехом, если гипотеза трансценденции верна, перспективы оптического SETI гораздо лучше. В частности, оптические методы потенциально могут анализировать атмосферы экзопланет. По словам Смарта, по мере того как цивилизация подвергается сжатию STEM, явные признаки жизни на планете исчезнут. Таким образом, гипотеза трансценденции предсказывает отсутствие или, по крайней мере, более низкую частоту экзопланет с признаками жизни во внутреннем кольце галактической обитаемой зоны. Во-вторых, Смарт предсказывает существование четко определенного и постоянно растущего края зоны трансценденции, области, в которой цивилизации нужного возраста «переключают» свое состояние, становясь STEM-плотными. В-третьих, Земля должна находиться близко к краю зоны трансценденции, поскольку мы, похоже, близки к нашему собственному событию трансценденции.

Возможно, изложенные выше предсказания будут подтверждены. Лично я не убежден. Многие концепции, используемые в гипотезе трансценденции, являются спекулятивными (статья Смарта занимает всего десять страниц, не считая аннотации и списка литературы, и тем не менее содержит 66 «если», 6 «предположим» и 3 «предположительно»; частота 7,5 гипотетических утверждений на страницу достойна стихотворения Редьярда Киплинга). С другой стороны, несмотря на спекулятивный характер концепций, гипотеза предполагает неизбежность процесса трансценденции. Аргумент в пользу этой неизбежности опирается на еще одно предположение: что наша вселенная — это система, в настоящее время находящаяся в жизненном цикле. В качестве источника вдохновения Смарт берет здесь относительно новые идеи эволюционной биологии развития («эво-дево», как ее часто называют). Развитие — это процесс роста и созревания организмов. У организмов, размножающихся половым путем, зигота становится эмбрионом, который в конечном итоге дает начало особи, обладающей тем же планом строения тела, что и исходный организм, и эта особь будет стареть и в конце концов умрет. В отличие от эволюции, которая является случайным и беспорядочным процессом, развитие очень направлено и ограничено: эмбрион мухи даст начало мухе, человеческий эмбрион даст начало человеку. Эво-дево сравнивает процессы развития различных организмов, чтобы понять, среди прочего, как эволюционировали процессы развития. (Одно из удивительных достижений эво-дево заключается в том, что биологи начинают понимать не только, как, например, развивается конечность человека, но и как незначительное изменение процесса привело бы к формированию крыла или ласта. В первом приближении животные имеют одинаковые гены. И все же этот единственный генетический набор позволяет эмбрионам развивать огромное разнообразие организационных типов, которые мы видим в животной жизни на Земле.) Смарт утверждает, что наша вселенная демонстрирует некоторые аспекты жизненного цикла (она «родилась» в Большом взрыве, росла и достигла зрелости, она может реплицироваться посредством процессов, которые мы обсуждали ранее, и в конечном итоге она потерпит своего рода смерть). И если вселенная участвует в жизненном цикле, то нам нужно спросить, какие из ее особенностей являются эволюционными (и, следовательно, непредсказуемыми), а какие — развивающимися (и, следовательно, предсказуемыми). Смарт утверждает, что постоянно растущее исследование внутреннего пространства развитыми технологическими цивилизациями руководствуется универсальным процессом эволюционного развития. Трансценденция неизбежна.

«Неизбежность» трансценденции опирается на слишком много гипотетических предположений, чтобы я мог ее принять. И чтобы гипотеза трансценденции работала, не только все цивилизации в Млечном Пути должны маршировать в ногу к своей судьбе в черной дыре, но и все цивилизации в соседних галактиках. Действительно, гипотеза трансценденции требует, чтобы все отдельные элементы во всех цивилизациях во всех соседних галактиках развивались одинаково. Лично я считаю это маловероятным. Когда я смотрю вокруг, я вижу случайность, а не конвергенцию.

Решение 49

Гипотеза миграции

Ничто так не жжет, как холод.

Джордж Р. Р. Мартин, «Игра престолов»

В последние годы сербский астроном Милан Чиркович размышлял над парадоксом Ферми глубже, чем большинство. Интересно поэтому, что Чиркович может исходить из тех же отправных точек, что и такой автор, как Клеман Видаль, и все же прийти к совершенно иному выводу относительно развития передовых технологических цивилизаций и несколько иному разрешению парадокса.

В статье, написанной в соавторстве с футурологом Робертом Брэдбери, Чиркович утверждал, что разумная жизнь возникнет в различных точках Галактики и, если такая жизнь переживет все природные и самоинициированные катастрофы, которые бросает ей судьба, неизбежно пойдет по траектории, ведущей к постбиологической эволюции. Чиркович и Брэдбери согласны с Видалем, Смартом, Диком и другими в том, что появление искусственного интеллекта и способность манипулировать материей на наноуровне приведут к пространственно компактным цивилизациям. Однако они расходятся во мнениях относительно вероятного физического местоположения этих цивилизаций.

Если принять утверждение, что технологически развитые существа будут мотивированы обработкой информации — что по сути является вариантом Принципа Интеллекта Дика; не имеет значения, «имеют» ли эти существа компьютеры или «являются» компьютерами, — тогда можно спросить, где такая обработка будет происходить наиболее эффективно. Чиркович и Брэдбери указывают, что тепло — враг вычислений. Хотя многие проблемы, стоящие перед современными компьютерами, в конечном итоге будут преодолены за счет использования других конструкций или более совершенных технологий, проблема рассеивания тепла вытекает непосредственно из законов термодинамики. Проблема рассеивания тепла будет ограничивать вычислительные процессы даже самых передовых технологических цивилизаций, если предположить, что они связаны законами физики — и, поскольку обработка информации считается главной мотивацией таких цивилизаций, Чиркович и Брэдбери утверждают, что это ограничение будет доминировать в их политике. (Точно неизвестно, какие вычисления будут выполнять эти цивилизации, но предполагается, что они будут отдавать приоритет способности обрабатывать информацию над физической колонизацией Галактики.)

Максимальное количество бит, которое можно обработать, используя данное количество энергии, обратно пропорционально температуре процессора. Из этого следует, что по мере снижения температуры теплового резервуара, контактирующего с процессором, вычисления становятся более эффективными. Предельная температура — это температура самой вселенной, температура космического микроволнового фона: 2,7 К. (Можно охладить процессор ниже этой температуры, но прирост эффективности компенсируется энергией, необходимой для охлаждения.) Излучение звезд приводит к тому, что внутренние области галактики значительно горячее температуры микроволнового фона; предельная температура достигается асимптотически по мере удаления от центра. С термодинамической точки зрения, следовательно, лучшие места для проведения вычислений находятся в холодных внешних областях галактики. Интересно, что это также места, где различные астрофизические явления, пагубные для жизни, — высокоэнергетические события, такие как сверхновые, — менее вероятны. Все это приводит Чирковича и Брэдбери к гипотезе миграции как решению парадокса Ферми: чтобы повысить эффективность своих вычислений, ВЦ будут мигрировать из своего первоначального местоположения вовне, в холодные внешние области Галактики. Они переместятся из «галактической обитаемой зоны» в «галактическую технологическую зону», и галактический край станет домом для совокупности отдельных, высокоразвитых «городов-государств». Причина, по которой мы не видим развитых цивилизаций в нашем районе, заключается в том, что они, или их компьютеры, находят здесь невыносимо жарко. Что касается того, почему мы их не слышим, — ну, Чиркович и Брэдбери согласны с другими авторами, что постбиологические цивилизации мало интересовались бы попытками общения с существами вроде нас, которые находятся настолько ниже их интеллектуального уровня. Действительно, как указал Смарт в несколько ином контексте, оставляя другие цивилизации свободными для исследования своего собственного пути к постбиологическому будущему, ВЦ максимизирует количество интересной информации, которую она могла бы узнать от них, когда общение наконец станет стоящим.

Первоначальная реакция на гипотезу миграции, вероятно, будет заключаться в том, что огромные затраты на перемещение от галактического центра к внешнему краю, скорее всего, превзойдут любую экономию, полученную от эффективности вычислений. Помните, однако, что эти цивилизации, вероятно, будут высоко на шкале Бэрроу — они будут маленькими и компактными. Межзвездные путешествия не обязательно должны быть для них чрезвычайно трудными, и, если они действительно мотивированы в первую очередь желанием выполнять вычисления как можно эффективнее, экономия, полученная за счет переезда в более холодную среду, может относительно быстро перевесить транспортные расходы.

Таким образом, исходя из предположения, что цивилизации неизбежно будут следовать эволюционной траектории, ведущей к постбиологическому будущему, в котором доминирует желание выполнять вычисления, мы можем заключить, что: ВЦ захотят приблизиться к черным дырам с их связанными высокоэнергетическими средами (вывод Видаля)… или уйти от них как можно дальше (Чиркович и Брэдбери).

Решение 50

Существует бесконечно много цивилизаций, но только одна в пределах нашего горизонта частиц: мы

Мы все живем под одним небом, но у нас не у всех один и тот же горизонт.

Конрад Аденауэр

Майкл Харт предлагает интересный способ рассмотрения парадокса, который он так активно продвигал. Чтобы полностью оценить его аргументацию, мы должны понять понятие горизонта частиц.

Горизонт частиц легче всего объяснить в статической вселенной. (Вселенная динамична, а не статична: она началась с Большого взрыва, с тех пор расширяется, и недавние открытия предполагают, что она будет расширяться вечно. Учет расширения вселенной делает обсуждение горизонтов частиц довольно тонким. К счастью, ничего не теряется, если мы обсудим идею в терминах статической вселенной.) Представьте себе, тогда, вселенную, бесконечную по протяженности, в которой галактики распределены равномерно. Кроме того, эта модельная вселенная возникла около 14 миллиардов лет назад; возможно, галактики уже существовали, и некий высший разум «щелкнул выключателем» и зажег все звезды точно в один и тот же момент. Как выглядела бы такая вселенная для наблюдателя на землеподобной планете примерно через 14 миллиардов лет после этого события творения? Было бы ночное небо ослепительно ярким, результатом света, достигающего планеты от бесконечного числа галактик? Те, кто не знаком с парадоксом Ольберса, могут удивиться, узнав, что эта бесконечная статическая вселенная выглядела бы похожей на ту, в которой мы живем. Важно помнить, что ничто не может двигаться быстрее света. Таким образом, никакое влияние — ни свет, ни гравитационные волны, ничто — не могло достичь наблюдателя из областей, находящихся дальше 14 миллиардов световых лет. Это расстояние — расстояние до горизонта частиц — является эффективным размером наблюдаемой вселенной. Ничто из-за горизонта не успело достичь наблюдателя.

Харт приводит следующий аргумент. Во-первых, предположим, наша вселенная бесконечна. Однако размер наблюдаемой вселенной определяется расстоянием до горизонта частиц, и оно конечно, потому что вселенная началась около 14 миллиардов лет назад. Во-вторых, предположим, что абиогенез — развитие жизни из неживого материала — чрезвычайно редкое явление. (Мы подробнее обсудим проблему абиогенеза в следующей главе, но на данный момент достаточно отметить, что Харт утверждает, что вероятность генерации характерных молекул жизни путем случайного перемешивания более простых молекул исключительно мала.) Отсюда следует, что в бесконечной вселенной обязательно будет бесконечное число планет с жизнью, но в пределах любого данного горизонта частиц может быть только одна планета с жизнью. Согласно этому аргументу, в определенном смысле в Земле нет ничего особенного: в бесконечной вселенной будет бесконечное число других Земель, кишащих жизнью. Но в пределах нашего горизонта частиц — в пределах нашей наблюдаемой вселенной — только на Земле спонтанно возникла жизнь.

Как указывает Харт, его идею можно опровергнуть различными способами. Например, инопланетяне могли бы посетить Землю, или SETI мог бы увенчаться успехом и обнаружить сигналы, или астробиологи могли бы показать, что жизнь возникла спонтанно на Марсе и независимо от Земли. Любое из этих событий опровергло бы представление об абиогенезе как о редком, однократном во вселенной событии. Однако в отсутствие этих событий, утверждает Харт, парадокс Ферми приводит к леденящему выводу: мы — единственная цивилизация в пределах нашего горизонта частиц. Хотя вселенная содержит бесконечное число развитых цивилизаций, для всех практических целей мы одиноки.

Знаменитый физик Алан Гут представил несколько иной космологический аргумент, чтобы показать, что мы одиноки. Аргумент основан на одной из ключевых концепций в космологии: инфляции. Гут и другие разработали концепцию инфляции в 1980-х годах, чтобы объяснить несколько наблюдаемых особенностей вселенной, которые являются загадками в рамках традиционной картины Большого взрыва. Основная идея заключается в том, что вселенная началась как своего рода вакуумная флуктуация, небольшой участок пространства-времени, который претерпел короткий период экспоненциального расширения — инфляции, — которая почти мгновенно превратила его из объекта субъядерного размера в объект размером с яблоко. Как только инфляция прекратилась, началась «традиционная» фаза расширения Большого взрыва. Инфляция объясняет, как вселенная стала такой большой, такой гладкой, такой плоской. В дополнение к объяснению этих наблюдений (и различных других свойств вселенной), инфляция убедительно предполагает, что наша вселенная является частью мультивселенной — существует бесконечное число «локальных вселенных» или «пузырьковых вселенных», одной из которых является наша. В конкретной пузырьковой вселенной, в которой мы живем, инфляционное расширение прекратилось после крошечной доли секунды; в других регионах этого обширного ландшафта расширение продолжается, порождая пузырьковые вселенные по мере своего продвижения. Другими словами, как только инфляция начинается, она никогда не прекращается; она вечна.

Существует много различных конкретных моделей инфляции, но трудно избежать общего вывода о том, что вечная инфляция создает огромное количество вселенных. Гут рассматривает одну модель, в которой есть веские основания полагать, что каждую секунду число пузырьковых вселенных умножается на коэффициент $e^{1037}$ — число, которое заставляет гугол выглядеть исчезающе малым. Это безумно большая скорость производства вселенных: вы начинаете с одной вселенной, через секунду их $e^{1037}$ , а еще через секунду вам нужно умножить на тот же самый фактор. Это поражает воображение, но это та картина, которую приходится рассматривать при обсуждении космологической инфляции. И в этой картине молодые вселенные значительно превосходят по численности старые вселенные. Предполагая, что этот сценарий верен, Гут задает вопрос: существует ли другая цивилизация в видимой вселенной (то есть в пузырьковой вселенной, в которой мы живем), столь же развитая, как наша?

Предположим, что для развития развитой цивилизации требуется определенное минимальное время $t_{c i v}$ . (На самом деле не имеет значения, как мы определяем здесь «развитый»; точно так же, хотя резкое минимальное время развития вряд ли реалистично, нам не нужно определять более убедительную меру. Вовлеченные числа перевешивают эти соображения.) Поскольку мы существуем, возраст $t_{0}$ нашей пузырьковой вселенной должен удовлетворять ограничению $t_{0} \geq t_{c i v}$ . Теперь предположим, что где-то в нашей пузырьковой вселенной существует ВЦ, и она на одну секунду более развита, чем мы. Тогда наша пузырьковая вселенная также должна была бы удовлетворять ограничению $t_{0} \geq t_{c i v} + 1$ с. Однако в рассматриваемом нами сценарии существует на $e^{1037}$ больше пузырьковых вселенных, удовлетворяющих первому ограничению, чем удовлетворяющих второму ограничению. Поскольку мы знаем, что живем в пузырьковой вселенной, которая удовлетворяет $t_{0} \geq t_{c i v}$ , мы с подавляющей вероятностью не обнаружим, что наша пузырьковая вселенная также удовлетворяет $t_{0} \geq t_{c i v} + 1$ с. Вывод таков: мы одиноки в нашей конкретной части мультивселенной.

Гут с иронией отмечает, что хотя этот аргумент может объяснить парадокс Ферми, более правдоподобная интерпретация заключается в том, что мы не до конца понимаем, как формулировать вероятности при обсуждении бесконечности пузырьковых вселенных, возникающих в вечной инфляции.

***

Космологические аргументы Харта и Гута предполагают, что в более широкой вселенной может быть бесконечно много ВЦ, но ни одной, с которой мы могли бы общаться.

Фактически, мы одиноки. Идея о том, что мы одиноки — третий класс решений парадокса Ферми — является темой следующей главы.

5 Их не существует

Последний класс решений парадокса Ферми основан на представлении о том, что по какой-то причине «они» — внеземные цивилизации, с которыми мы могли бы надеяться на общение, — не существуют.

Внутри этого класса решений можно выделить различные подходы к вопросу Ферми. Однако в конечном итоге эти решения зависят от того, что один или несколько членов уравнения Дрейка оказываются крошечными. Если один член близок к нулю, или если несколько членов малы, эффект один и тот же: когда все члены перемножаются, результат равен N = 0. Других нет. Единственная технологически развитая цивилизация в Галактике, а возможно, и во всей вселенной, — это наша собственная.

Пара членов в уравнении Дрейка относятся к подходящим средам. Может ли быть так, что действительно землеподобные планеты редки? Питер Уорд и Дон Браунли, ученые из Вашингтонского университета, написали стимулирующую и заставляющую задуматься книгу под названием «Редкая Земля». Они представили последовательный аргумент о том, почему сложная жизнь может быть необычным явлением. (Странно, но они не упоминают парадокс Ферми.) В этой главе я обсужу несколько идей, изложенных в «Редкой Земле». Поскольку каждая из этих идей была предложена индивидуально как решение парадокса Ферми, я обсуждаю их по отдельности. Однако я мог бы с таким же успехом сгруппировать их как единое решение парадокса «Редкая Земля».

Или, может быть, технологически развитые ВЦ не существуют потому, что сама жизнь — редкое явление? Возможно, возникновение жизни из неживого материала — это почти чудесная случайность. Или, возможно, одноклеточные организмы распространены, но эволюция сложных форм жизни маловероятна. Я обсужу несколько решений, основанных на этих идеях, но стоит иметь в виду, что обсуждения будут содержать существенное ограничение: я буду предполагать повсюду, что естественная жизнь основана на углероде и требует воды в качестве растворителя. Некоторые ученые утверждали, что вместо углерода можно использовать другие химические вещества, в частности кремний; некоторые даже утверждали, что вместо воды можно использовать другие растворители, возможно, метан. Лично мне — и это может быть недостатком воображения с моей стороны — трудно представить себе биохимию, в которой не было бы воды или углерода. Я уверен, что вода, в частности, необходима для жизни: найдите воду, и у вас есть шанс найти жизнь. Если вы считаете, что жизнь может принимать совершенно разные формы — возможно, как устойчивые узоры в плазменных облаках, или как несущие информацию вихри в вязких жидкостях, или что-то еще, — тогда эти обсуждения покажутся узколобыми.

Возможно, позже мы обнаружим, что некоторые из решений, которые я обсуждаю здесь, возникли из-за недостатка научного воображения. Но мы находимся в трудном положении, пытаясь обобщить на основе единственного примера — насколько нам известно, Земля — единственная планета с жизнью. Опасно делать выводы на основе выборки размером в один, но в данном случае что еще мы можем сделать? Неизбежно мы будем находиться под влиянием — возможно, предвзятость — более подходящее слово — тех факторов, которые кажутся необходимыми для нашего дальнейшего существования. Мы связаны Слабым Антропным Принципом (САП), который гласит, что то, что мы можем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего присутствия в качестве наблюдателей. Поскольку невозможно избежать САП при обсуждении парадокса Ферми, имеет смысл начать эту часть книги с Решения, основанного на антропных рассуждениях. Антропные аргументы довольно абстрактны; большинство последующих Решений будут основаны на более конкретных предложениях.

Решение 51

Вселенная здесь для нас

Человек — мера всех вещей.

Протагор

Замечательный аргумент, предшествующий основополагающему анализу парадокса Ферми Хартом, предполагает, что человечество, вероятно, одиноко. Аргумент опирается на существование ряда «трудных шагов» на пути к развитию технологически развитой цивилизации. Примерами потенциально «трудных шагов» могут быть зарождение жизни, эволюция многоклеточных животных и развитие символического языка. Я подробнее обсужу эти конкретные шаги позже, но для настоящего аргумента детали несущественны. Аргумент просто требует наличия некоторого числа n критических, но маловероятных шагов на пути к интеллекту, причем каждый шаг возможен только после того, как были сделаны более ранние шаги в последовательности. Выдающийся эволюционный биолог Эрнст Майр однажды перечислил более дюжины таких шагов; другие ученые предположили, что их число может быть еще больше, особенно если к списку добавить определенные физические и астрономические совпадения. Статус этих различных шагов, конечно, может оспариваться. Некоторые из эволюционных шагов, которые мы называем «трудными», могут вовсе не быть препятствиями. Мы считаем конкретный эволюционный шаг трудным, если он произошел только один раз в истории Земли, но некоторые шаги, вероятно, могли быть сделаны только один раз — конкуренция, которую они стимулировали, сделала бы второе возникновение излишним. С другой стороны, некоторые шаги, вероятно, были действительно маловероятными. Например, если конкретный критический шаг требовал одновременного возникновения нескольких в остальном бесполезных мутаций, то имело бы смысл рассматривать этот шаг как случайность.

Теперь рассмотрим замечательное совпадение, которое лежит в основе аргумента, представленного ниже.

С одной стороны, продолжительность жизни нашего Солнца составляет около 10 миллиардов лет. Период, в течение которого оно может поддерживать планеты, несущие жизнь, почти наверняка меньше этого — некоторые астрономы считают, что будущая эволюция Солнца приведет к тому, что Земля станет необитаемой примерно через миллиард лет, а общая «полезная» продолжительность жизни Солнца может составлять всего 6 миллиардов лет. Биосфера Земли находится в преклонном возрасте. С другой стороны, Homo sapiens появился на сцене, когда Солнцу было около 4,5 миллиардов лет. Эти два временных масштаба — продолжительность жизни Солнца и время появления разумной жизни вокруг Солнца — безусловно, находятся в пределах коэффициента 2 друг от друга и вполне могут находиться в пределах коэффициента 1,3 друг от друга. Близость этих временных масштабов примечательна. Два временных масштаба определяются факторами, которые, по-видимому, не имеют ничего общего друг с другом, ни по отдельности, ни в сочетании. Продолжительность жизни Солнца определяется сочетанием гравитационных и ядерных факторов, в то время как сочетание химических, биологических и эволюционных факторов определяет время появления разумной жизни. Мы живем во вселенной, в которой временные масштабы охватывают огромный диапазон: многие субатомные процессы происходят за временные масштабы порядка 10⁻¹⁰ секунд, в то время как многие астрономические процессы происходят за временные масштабы порядка 10¹⁵ секунд. Вероятность того, что два совершенно независимых временных масштаба имеют почти одинаковое значение, мала. Как мы можем объяснить это наблюдение, не прибегая к совпадению?

Одно решение заключалось бы в том, что эволюционный временной масштаб намного меньше 4,5 миллиардов лет. Предположим, типичное время для эволюции разумной жизни на землеподобной планете составляет всего 1 миллион лет. Совпадение временных масштабов уменьшилось бы — но за счет того, что вероятность недавнего появления человечества стала бы исчезающе малой. В конце концов, если бы мы могли появиться всего через 1 миллион лет после остывания Земли, то почему мы не наблюдаем, что нашей планете 1 миллион лет? По крайней мере, почему мы не наблюдаем, что ей 2 миллиона лет, или 3, или 4? Почему потребовалось 4,5 миллиарда лет, чтобы мы появились? Это нехорошее решение.

Другое решение требует, чтобы эволюционный временной масштаб был намного больше 4,5 миллиардов лет. Это согласуется с предположением Майра о ряде трудных шагов в развитии интеллекта — «трудный» в этом смысле означает, что на данной жизнепригодной планете типичное время для совершения шага велико (возможно, больше, чем нынешний возраст вселенной). Если необходимо сделать несколько трудных шагов, то мы вообще не ожидали бы здесь оказаться!

Большинство людей, услышав это второе решение, склонны отвергать его на тех же основаниях, что и первое: вероятность недавнего появления человечества мала. Но две ситуации не эквивалентны.

Рассмотрим ансамбль всех возможных вселенных. (Считаете ли вы эти вселенные каким-то образом «реальными» или своего рода математической идеализацией — решать вам.) В некоторых вселенных произойдут маловероятные вещи; произойдет цепь маловероятных событий. В некоторых вселенных, благодаря слепым действиям случая, произойдет набор трудных шагов, ведущих к интеллекту. И именно такую вселенную будет наблюдать разумный вид — с собой в ней. Другими словами, мы можем игнорировать возможные вселенные, в которых мы не существуем — поскольку по определению они не существуют для нас. Мы должны наблюдать в тех вселенных, в которых произошли трудные шаги и привели к нам. Теперь мы можем задать следующий вопрос. Из всех вселенных, которые существуют для нас, когда мы наиболее вероятно появимся, учитывая, что мы можем появиться только в течение 10-миллиардной общей продолжительности жизни Солнца? (Или, если так случилось, 6-7-миллиардной полезной продолжительности жизни Солнца?) Простой расчет показывает, что если есть 12 трудных шагов, то наиболее вероятное время появления — после того, как пройдет 94% доступной продолжительности жизни звезды.

Наши наблюдения, похоже, согласуются с результатами этого простого расчета. Если бы Солнце могло поддерживать жизнь на Земле в течение 10 миллиардов лет, то человечество появилось бы примерно после того, как истекло 50% доступного времени. Если Солнце может поддерживать жизнь еще всего около миллиарда лет, то человечество появилось примерно после 83% доступного времени. Это впечатляюще близко к ожидаемому времени прибытия.

Наиболее вероятное время появления внеземной цивилизации. Предположим, что на пути к развитию цивилизации, способной к межзвездной связи, существует n трудных шагов. И предположим, что эти шаги должны произойти в течение жизни L (в годах) звезды. Простой расчет показывает, что наиболее вероятное время появления общающейся цивилизации дается выражением L/(2^1/n)). Если существует дюжина трудных шагов, то n = 12, тогда наиболее вероятное время появления составляет 0,94L. Расчет точно не определяет, когда появится разумный вид. Он просто утверждает, что медианное время появления, если необходимо преодолеть 12 трудных шагов, составляет 94% продолжительности жизни звезды.

Наконец, мы подходим к ключевому моменту. Просто потому, что мы выбрали вселенную, в которой мы существуем (а как мы могли выбрать вселенную другого типа?), мы не можем сделать вывод о существовании других разумных видов. Мы должны быть здесь, потому что мы наблюдаем себя здесь; но существование инопланетян должно бороться с вероятностями, и шансы невелики. Другой расчет делает это ясным. Если на пути к высокому интеллекту необходимо преодолеть дюжину трудных шагов, то даже при щедрых предположениях шанс существования другого разумного вида во всей нашей вселенной составляет всего один на миллион миллиардов. Неудивительно, что мы их не наблюдаем!

Число разумных видов в нашей Вселенной. Предположим, существует n трудных шагов на пути к разуму, и каждый шаг обычно требует d лет. Кроме того, предположим, что существует p жизнепригодных планет, каждая из которых могла бы поддерживать жизнь в течение t лет. Число разумных видов там дается выражением p × [t/(n × d)]ⁿ. Будем щедры и предположим, что каждая звезда в каждой галактике обладает жизнепригодной планетой; так что p ≈ 10²². Будем еще щедрее и предположим, что каждая планета была жизнепригодной примерно в течение возраста вселенной, так что t ≈ 10¹⁰ лет. Однако d должно быть большим: в конце концов, именно это и делает шаг трудным. Так что предположим, d ≈ 10¹² лет — в 100 раз больше возраста вселенной. Наконец, предположим, как и раньше, что существует дюжина трудных шагов, так что n = 12. Если мы подставим эти числа в выражение выше, мы найдем, что число разумных видов там равно 10⁻¹⁵.

Этот тип аргумента в пользу несуществования ВЦ был впервые представлен Брэндоном Картером, который назвал его антропным аргументом. (Мы уже встречались с антропными идеями в этой книге: аргумент Судного дня Готта и предположение Харта относительно невероятности зарождения жизни имеют антропные оттенки. Мы встретим и другие примеры.) Картер первоначально пришел к выводу, что n = 1 или 2, другими словами, что существовало всего не более пары трудных шагов. Более недавний анализ Эндрю Уотсона показал, что n = 4. Использование Картером термина «антропный», возможно, было неудачным, поскольку оно подразумевает, что человечество каким-то образом необходимо. Все, что нужно для работы аргумента, — это чтобы разумные наблюдатели — любые разумные наблюдатели — самоотбирали свою вселенную. Просто в этой вселенной именно мы делаем наблюдения.

Статус антропных рассуждений в науке спорен. Некоторые рассматривают их как отказ ученого от ответственности давать объяснения. Например, идея Смолина о естественном отборе, действующем на целые вселенные (см. стр. 72), является попыткой отойти от антропных рассуждений. Тем не менее, многие уважаемые ученые использовали антропные идеи в попытке объяснить несколько особенностей вселенной, которые кажутся «как раз подходящими» для эволюции жизни. Например, если бы некоторые физические константы имели немного другие значения, то нас бы здесь не было: звезды не светили бы, или тяжелые элементы не могли бы образоваться, или вселенная схлопнулась бы сама в себя за долю секунды, и так далее. Сам факт нашего существования, возможно, может каким-то образом объяснить эти наблюдения (но я думаю, можно с таким же успехом утверждать, что эти «объяснения» по существу тривиальны). По крайней мере, осознание антропных рассуждений может помочь нам защититься от серьезного случая предвзятости наблюдений. Например, вы часто услышите, как астробиологи утверждают, что как только жизнь зарождается, она чрезвычайно устойчива — и они подкрепляют свое утверждение перечислением множества разнообразных потрясений, которые вселенная обрушивала на жизнь, от удара астероида до катастрофического изменения климата. Жизнь на Земле пережила все эти потрясения, поэтому она, безусловно, кажется устойчивой. Но как мы могли бы наблюдать иное? Любой разумный наблюдатель должен оглядываться на свою эволюционную историю и видеть события, которые не смогли уничтожить жизнь; если бы жизнь была уничтожена, не было бы разумных наблюдателей, которые могли бы оглянуться назад и сокрушаться по этому поводу. Мы мало что можем вывести об устойчивости жизни из нашего единственного наблюдения прошлой жизни на Земле. Действительно, когда я писал этот абзац, я осознаю, как я представил, что аргумент Картера о «трудных шагах» подчеркивает интеллект по сравнению с другими атрибутами, но выбор интеллекта в качестве фокуса произволен и сделан исключительно потому, что этот атрибут важен для человечества. Модель Картера на самом деле довольно общая и может быть применена к любой серии «трудных шагов» — например, к обладанию павлиньими перьями для демонстрации, если бы мы считали такие перья самым важным атрибутом организма. Если число трудных шагов для достижения павлиньих перьев такое же, как число трудных шагов для достижения интеллекта, то наиболее вероятное время появления перьев и интеллекта было бы одинаковым. Павлины, однако, не задумываются над этим вопросом.

В литературе встречается несколько типов антропных рассуждений, соответствующих нескольким антропным принципам, каждый с разными оттенками значения. Согласно Картеру, слабый антропный принцип (САП) заключается в том, что «то, что мы можем ожидать наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего присутствия в качестве наблюдателей». САП кажется почти тавтологичным. Сильный антропный принцип (СИП), с другой стороны, более спорен: «вселенная (и, следовательно, фундаментальные параметры, от которых она зависит) должна быть такой, чтобы допускать создание наблюдателей внутри нее на некотором этапе». Барроу и Типлер в классической книге также обсуждают финальный антропный принцип (ФАП), который они определяют как «разумная обработка информации должна возникнуть во вселенной, и, как только она возникнет, она никогда не умрет». Математик Мартин Гарднер, в своем неподражаемом стиле, назвал эту последнюю версию совершенно нелепым антропным принципом (СНАП).

Интересно отметить, что Типлер развил понятие финального антропного принципа в книге под названием «Физика бессмертия». Он рассматривал далекое будущее вселенной и пришел к концепции, не слишком отличающейся от Точки Омега Тейяра де Шардена. Анализ Типлера показал, что, если бы вселенная должна была схлопнуться в Большом Сжатии, то будущий разум нашел бы возможным выполнить бесконечное число вычислений. Каждое существо, когда-либо жившее, могло бы быть «воскрешено» как компьютерная симуляция. Согласно интерпретации Типлера ФАП, вселенная должна быть такой, чтобы допускать это бесконечное количество обработки информации. Теперь, хотя идеи Типлера подвергались нападкам как слишком спекулятивные (и слишком откровенно религиозные), его гипотеза, по крайней мере, обладала достоинством фальсифицируемости. Он сделал определенное, проверяемое предсказание: вселенная замкнута и схлопнется сама в себя. Однако через несколько лет после публикации его книги космологи обнаружили, что вселенная расширяется все быстрее по мере старения; она может закончиться Большим Разрывом, но она точно не закончится Большим Сжатием. Типлер, похоже, был неправ; его интерпретация ФАП кажется опровергнутой. Возможно, однажды скоро мы обнаружим сигналы от внеземных цивилизаций, или даже получим визит от них. Такое открытие поставило бы под сомнение САП и СИП. Я оставляю читателю решать, вероятно ли такое открытие.

Решение 52

Канонический артефакт

Интерес людей вызывает продукт, а не его авторство.

Джонатан Айв

Последние несколько десятилетий физики искали «теорию всего» — объединение фундаментальных сил и фундаментальных частиц, на которые действуют эти силы, выраженное в математической форме. После огромного количества исследований в этой области у нас все еще нет четкого представления о том, как выглядело бы такое объединение, но давайте предположим, что какой-то крупный прорыв позволил физикам записать уравнения окончательной теории — и таким образом фундаментальная физика завершена. Теория всего должна быть в состоянии ответить на такие вопросы, как: почему вселенная содержит около 10⁸⁰ нуклонов? Почему вселенная такая долгоживущая (4 × 10¹⁷ секунд и продолжает жить)? Вот еще один вопрос, на который теория всего могла бы ответить: какова вероятность того, что во вселенной, управляемой этой теорией всего, эволюционирует форма жизни, обладающая развитым интеллектом?

Этот вопрос был рассмотрен Джерардом Фоскини, ученым, который провел свою карьеру в Bell Labs — учреждении, исследования которого на данный момент привели к присуждению семи Нобелевских премий по физике. Рассматривая вопрос эволюции развитого интеллекта, Фоскини предполагает контекст существующей теории всего (точная форма которой не имеет отношения к его аргументу) и набор начальных условий, идентичных тем, которые были в наличии, когда нашей вселенной была одна секунда. Другими словами, он предполагает, что до 1 секунды после Большого взрыва все возможные вселенные эволюционируют одинаково. Это означает, что все вселенные имеют одинаковое число нуклонов (примерно 10⁸⁰), из которых строятся атомы, одинаковую плотность, так что вселенная становится большой и долгоживущей, и примерно одинаковую крупномасштабную структуру. Однако после этих заданных начальных условий вселенная может развиваться любым способом, совместимым с теорией всего. Повторим: в рамках этого развития, насколько вероятно, что эволюционирует развитый интеллект?

Даже самый стойкий детерминист, несомненно, согласился бы, что предполагаемый контекст Фоскини — теория всего плюс некоторые начальные условия — абсолютно ничего не говорит о вероятности того, что вселенная эволюционирует так, чтобы содержать автора, который напишет, например, «Гамлета». Мы не можем использовать «Гамлета» или что-либо еще, специфичное для нашего собственного культурного и эволюционного развития, как детерминант развитого интеллекта: конкретная история, приведшая к написанию Шекспиром «Гамлета», настолько непомерно сложна, что от теории всего невозможно ожидать ее предсказания. Однако Фоскини утверждает, что существует объект, или, скорее, класс объектов, который служил бы флагом наличия развитых разумных форм жизни. Действительно, Фоскини утверждает, что любые и все развитые формы жизни неизбежно захотели бы разработать этот объект — канонический артефакт — не только потому, что они могут, но и потому, что для них было бы интереснее подтвердить существование артефакта, чем его несуществование. Понятие развитой, разумной формы жизни, следовательно, становится синонимом формы жизни, которая конструирует канонический артефакт, и, поскольку неизбежно, что интеллект сконструирует канонический артефакт, актуальный вопрос становится таким: какова вероятность того, что во вселенной, управляемой предполагаемой теорией всего и данными начальными условиями, канонический артефакт появится? Это вопрос, который мы можем осмысленно обсуждать. (Обратите внимание, что люди еще не сконструировали канонический артефакт — но мы могли бы, и однажды мы можем.)

Итак — что такое канонический артефакт? Ну, давайте начнем с того, чем он не является. Это не может быть произведение литературы, музыки или искусства по причинам, упомянутым выше. Точно так же это не может быть технологическое чудо, такое как паровой двигатель (существа на планете Ксимфзик могут быть умными, но не иметь материалов для создания работающего парового двигателя) или кодификация некоторых передовых этических принципов (наши друзья на Ксимфзике могут разработать этику, которая совершенно неузнаваема и, в любом случае, могут не чувствовать необходимости ее закреплять). Вместо этого Фоскини утверждает, что канонический артефакт должен быть минимальным — чтобы совершенно разные истории после первой секунды вселенной все еще могли содержать объект — и в то же время быть настолько высоко отличительным, что практически нет шансов на появление объекта в результате естественных физических процессов. Такой артефакт можно было бы изготовить, создав простой объект из атомов (из начальных условий мы знаем, что атомы будут существовать), конструкция которого зависит от некоторого множества N положительных целых чисел, некоторого множества чисел, имеющего специфическое и глубокое значение в чистой математике. Более того, канонический артефакт должен иметь отчетливое присутствие; другими словами, он должен существовать в течение некоторого минимального периода времени, а атомы, из которых он состоит, должны отличаться от окружающего материала. Это требование помогает нам идентифицировать артефакт без двусмысленности. Насколько большим должен быть артефакт и как долго он должен существовать? Ну, если n бит информации требуется для выражения всех чисел N, то удобный выбор для η, минимального числа атомов в артефакте, — это η = n. Удобный выбор для τ, минимальной продолжительности жизни артефакта, — это время τ_y, которое требуется электрону в основном состоянии для обращения вокруг ядра атома водорода — так что τ = τ_y ≈ 10⁻¹⁶ с. Затем Фоскини приводит один возможный пример канонического артефакта.

Фоскини берет N как упорядоченный список порядков 26 спорадических простых групп (см. врезку для краткого объяснения, что это значит). Другими словами, N — это определенная последовательность из 26 положительных целых чисел, связанных с глубокой областью абстрактной математики. Это то, о чем знала бы и понимала развитая, разумная форма жизни. Первое число в списке — 7920, второе — 95040; 26-е число содержит 54 цифры, так что я не буду его выписывать. Для выражения этих целых чисел требуется около 1245 бит информации, поэтому, исходя из приведенного выше обсуждения, мы можем сказать, что канонический артефакт должен содержать минимум 1245 атомов. Если бы мы потребовали, чтобы эти целые числа были выражены в основании 10, мы были бы виновны в провинциализме; то, что человечество обычно использует основание 10 для своих вычислений, является следствием причуды эволюционной истории, которая наделила нас десятью пальцами. Фоскини утверждает, что лучшим выбором было бы следующее: для каждого из 26 целых чисел в списке вычислить наименьшее число, которое взаимно просто с этими целыми числами, затем выразить каждое из целых чисел в соответствующем основании. (Два целых числа «взаимно просты», если их единственный общий положительный множитель равен 1. Например, целые числа 4 и 5 взаимно просты, так как они делятся только на 1 и ни на что другое; целые числа 4 и 6 не взаимно просты, так как оба делятся на 2.) Например, 7920 — первое число в списке, а 7 — наименьшее число, взаимно простое с 7920. Поэтому мы выражаем 7920 в основании 7, что дает нам первое целое число для канонического артефакта: 32043. Остальные 25 чисел в списке обрабатываются аналогично.

Спорадические простые группы. Группа в математике имеет очень специфическое значение. Группа — это множество элементов и операция, которая может действовать на любые два из этих элементов; при этом должны выполняться четыре условия. Во-первых, это замкнутость — результат операции должен быть элементом, входящим в группу; операция сложения двух целых чисел, например, всегда порождает целое число. Во-вторых, это ассоциативность — примером этого может быть то, что $(1 + 2) + 3$ то же самое, что и $1 + (2 + 3)$ ; для ассоциативности порядок применения операции не имеет значения. В-третьих, существует тождественный элемент — уникальный элемент, такой, что когда оператор действует на него и какой-либо другой элемент, этот другой элемент остается неизменным; для целых чисел при сложении тождественным элементом является ноль (например, $1 + 0 = 0 + 1 = 1)$ . В-четвертых, существует обратимость — для каждого элемента в группе существует другой элемент в группе, такой, что после применения операции получается тождественный элемент; при сложении целых чисел, например, каждое положительное целое число имеет соответствующее отрицательное целое число, которое дает тождественный элемент (например, $1 + (- 1) = (- 1) + 1 = 0)$ . Таким образом, множество целых чисел образует группу по сложению. Однако множество целых чисел не образует группу по делению, потому что оно не проходит тест на обратимость.

Порядок группы — это просто количество элементов в ее множестве. Порядок может быть конечным, если существует счетное число элементов, или он может быть бесконечным.

Одним из достижений математики стала полная классификация объектов, называемых конечными простыми группами. Все эти группы следуют простой схеме — за исключением 26 так называемых спорадических групп. Наименьшая спорадическая группа называется $M_{11}$ и имеет порядок 7920. Самая большая спорадическая группа называется группой Монстра, и ее порядок составляет примерно $8 \times 1 0^{53}$ . Эти группы решают несколько глубоких проблем в математике.

Наконец, мы в состоянии сконструировать канонический артефакт, и мы вольны использовать любой предпочитаемый нами метод. Разные формы жизни будут иметь разные предпочтения в конструировании: живущие в океане, бесчлениковые существа Ксимфзика будут использовать совершенно иной метод, чем пустынные, многоногие существа планеты Кижпмикс, — но это не имеет значения; основное требование, которым должна обладать форма жизни (в дополнение к пониманию задействованной математики), — это достаточная манипулятивная способность для конструирования чего-то, что принадлежит классу канонических артефактов. Фоскини приводит следующее как одну из возможностей. Представьте себе нанизывание бусин на ожерелье, причем бусины идентичны, за исключением массы: они имеют массу 1 единицу (что представляет число 1), массу 2 единицы (представляющую число 2) и так далее до массы m единиц (представляющей основание m; это можно использовать, если нам нужно представить число 0). Материальное выражение числа 32043 (другими словами, версия первого числа в списке в основании 7) — это просто соответствующие пять бусин, зажатых между каким-то разделителем, возможно, бусиной, отличающейся по форме, веществу или размеру. Мы поступаем так же для оставшихся 25 целых чисел в списке, добавляя соответствующие бусины к ожерелью и разделяя их с помощью согласованного разделителя. В конце мы получаем нечто, что является каноническим артефактом. Повторюсь: этот метод конструирования не является единственным вариантом. Мы могли бы использовать жетоны вместо бусин с градуированной массой, например, при условии, что жетоны несут свое значение без опоры на историческую информацию. Три диска были бы адекватным представлением числа 3 в основании 7; но диск с надписью «3» на нем не подошел бы — символ имеет смысл только для тех, кто разделяет нашу конкретную историю.

У нас есть канонический артефакт — объект, который мы можем держать в руках. И что? Что ж, мы можем вычислить вероятность события, при котором Вселенная конструирует канонический артефакт. Во-первых, давайте оценим, сколько «места» доступно во Вселенной для конструирования канонического артефакта. Будем щедры и скажем, что возраст Вселенной составляет 20 миллиардов лет — около $1 0^{18}$ с. Однако секунда не является хорошей единицей для использования в этом контексте; более подходящей единицей был бы «атомный год», $τ_{y}$ , который, как мы сказали, составляет $1 0^{-16}$ с. В этих единицах возраст Вселенной составляет около $1 0^{34}$ атомных лет. Во Вселенной около $1 0^{80}$ нуклонов, поэтому максимальное «пространство», в котором может быть сконструирован канонический артефакт, составляет $1 0^{114}$ нуклон-атомных лет.

Теперь предположим, что постулированная теория всего, в сочетании с начальными условиями, безразлична к тому, возникнет ли канонический артефакт. Сделаем конструирование артефакта как можно более простым, предположив, что Вселенная полна бусин с градуированной массой — все, что нужно сделать, это расположить бусины в соответствующем порядке и чтобы этот порядок продержался минимум один атомный год. Учитывая, что нам нужно чуть более $1 0^{3}$ бит информации для представления 26 чисел N, Вселенная может содержать максимум около $1 0^{114} /1 0^{3} = 1 0^{111}$ таких бусин. Однако Вселенная может содержать множество последовательностей из 26 элементов, и мы заявили, что наша N не должна иметь преимуществ перед другими возможными последовательностями. Существует около $2^{1245} \approx 1 0^{375}$ вариантов последовательности; наша N — лишь одна из них. Таким образом, вероятность того, что Вселенная сконструирует канонический артефакт, равна $1 0^{111} /1 0^{375} = 1 0^{-264}$ .

Вероятность 1 к $1 0^{-264}$ практически равна нулю. Можно изменить аргумент так, чтобы изменить число $1 0^{-264}$ , но даже те модификации, которые увеличивают его, не могут повлиять на вывод — а некоторые разумные модификации делают конструирование канонического артефакта еще менее вероятным. Если теория всего, плюс начальные условия, безразлична к конструированию канонического артефакта, то можно с уверенностью сказать, что мы одни в нашей реализации Вселенной.

Вместо этого можно было бы утверждать, что теория всего, в сочетании с начальными условиями, каким-то образом сильно способствует появлению форм жизни, обладающих способностью и склонностью конструировать канонический артефакт. Но чтобы это было правдой, требуется эффект порядка 264 величины, совершенно неизвестный физике. Или можно было бы утверждать, что теория всего, если она существует, не может объяснить — даже в принципе — материальное выражение мысли, выраженное каноническим артефактом. Аргумент Фоскини необычен, но трудно избежать одного из этих трех выводов. Если верен первый вывод, мы одни.

Решение 53

Жизнь могла возникнуть только недавно

Всему свое время, и время всякой вещи под небом.

Экклезиаст 3:1

Астроном Марио Ливио оспаривает 298 идею, обсуждавшуюся в Решении 51, о том, что временная шкала эволюции разумной жизни полностью не зависит от продолжительности жизни звезды главной последовательности. Если бы две временные шкалы были связаны определенным образом — если бы эволюционная временная шкала увеличивалась по мере увеличения продолжительности жизни звезды, — то мы ожидали бы наблюдать примерное равенство этих двух временных шкал. Тогда мрачный вывод Картера о несуществовании внеземных цивилизаций (ВЦ) не следовал бы. Но как продолжительность жизни звезды может влиять на временную шкалу биологической эволюции?

Ливио рассматривает простую модель того, как планетарная атмосфера, подобная земной, развивается до стадии, на которой она может поддерживать жизнь. Это не серьезная модель развития атмосферы; скорее, она пытается продемонстрировать возможную связь между продолжительностью жизни звезд и биологически значимыми временными шкалами.

В своей модели Ливио выделяет два ключевых этапа в развитии атмосферы, поддерживающей жизнь. Первый включает выделение кислорода в результате фотодиссоциации водяного пара. На Земле этот этап длился около 2,4 миллиарда лет и привел к созданию атмосферы с уровнем кислорода около 0,1% от нынешних значений. Продолжительность этого этапа зависит от интенсивности излучения, испускаемого звездой в диапазоне длин волн 100–200 нм, поскольку только это излучение приводит к диссоциации водяного пара.

Второй этап включает увеличение уровней кислорода и озона примерно до 10% от их нынешних значений. На Земле этот этап длился около 1,6 миллиарда лет. Как только уровни кислорода и озона стали достаточно высокими, поверхность Земли оказалась защищена от ультрафиолетового (УФ) излучения в диапазоне длин волн 200–300 нм. Этот щит был важен, поскольку он защищал два ключевых компонента клеточной жизни: нуклеиновые кислоты и белки. Нуклеиновые кислоты являются сильными поглотителями излучения в диапазоне длин волн 260–270 нм, в то время как белки сильно поглощают излучение в диапазоне длин волн 270–290 нм; поэтому излучение в диапазоне 200–300 нм смертельно для клеточной активности. Жизненно важным условием для развития наземной жизни является то, что атмосфера развивает защитный слой для этих длин волн. И из вероятных кандидатов атмосферы планеты только озон эффективно поглощает в диапазоне длин волн 200–300 нм: планете нужен озоновый слой. Ливио утверждает, что, как и на Земле, временная шкала для развития озонового щита против УФ-излучения примерно эквивалентна временной шкале для развития жизни.

Различные типы звезд излучают разное количество энергии в УФ-диапазоне. Звезды большой массы горячее звезд малой массы и, следовательно, излучают больше УФ-излучения, но у них короче продолжительность жизни. Таким образом, для заданного размера и орбиты планеты временная шкала для развития озонового слоя зависит от типа излучения, испускаемого звездой, и, следовательно, от продолжительности жизни звезды. После подробного расчета Ливио утверждает, что время, необходимое для появления разумной жизни, увеличивается почти как квадрат продолжительности жизни звезды. Если такое соотношение имеет место, то мы, вероятно, будем наблюдать появление разумных видов в масштабе времени, сопоставимом с продолжительностью жизни звезды на главной последовательности.

Рис. 5.1 Планетарная туманность NGC 7027 находится примерно в 3000 световых годах от нас. Это особенно молодой объект, который начал расширяться всего около 600 лет назад. Планетарные туманности, подобные этой, производят большую часть углерода, который мы наблюдаем во Вселенной. (Фото: НАСА)

Цель модели Ливио, повторюсь, состоит просто в том, чтобы показать, существует ли возможное соотношение между продолжительностью жизни звезд и временной шкалой биологической эволюции. Даже с этой оговоркой можно не согласиться с частями аргумента Ливио. Например, его модель включает необходимое условие для эволюции наземной жизни (а именно, развитие озонового слоя), но это не является достаточным условием. На пути к эволюции разумной жизни есть много других шагов, поэтому, даже если существует связь между продолжительностью жизни звезд и временной шкалой для биологической эволюции, эта связь может играть лишь незначительную роль. Тем не менее, воодушевленный открытием связи между этими временными шкалами и, следовательно, возможностью того, что существование ВЦ не исключено, Ливио позволено задать следующий вопрос: в истории Вселенной, когда вероятное время для появления ВЦ?

Если жизнь на Земле типична для жизни в других местах, то большинство форм жизни будут основаны на углероде. Поэтому Ливио предполагает, что появление ВЦ совпадет с пиком космического производства углерода. И это то, что мы можем вычислить.

Основными производителями космического углерода являются планетарные туманности, которые возникают в конце фазы красного гиганта звезд средней массы. Планетарные туманности сбрасывают свои внешние слои в межзвездную среду, и материал перерабатывается для формирования последующих поколений звезд и планет. Поскольку астрономы полагают, что знают историческую скорость звездообразования (в прошлом она была выше, чем сейчас, с пиком, произошедшим миллиарды лет назад) ²⁹⁹ и соответствующие детали звездной эволюции, они могут вычислить скорость, с которой формировались планетарные туманности в прошлом, и, следовательно, скорость космического производства углерода. Согласно расчетам Ливио, скорость образования планетарных туманностей достигла пика чуть менее 7 миллиардов лет назад. Исходя из этого, он утверждает, что мы могли бы ожидать, что жизнь на основе углерода началась, когда возраст Вселенной составлял около 6 миллиардов лет. Поскольку время, необходимое для эволюции продвинутых ВЦ, составляет значительную долю продолжительности жизни звезды, мы ожидали бы, что ВЦ разовьются только тогда, когда возраст Вселенной составит около 10 миллиардов лет. Если это так, то ВЦ не могут быть старше нас более чем примерно на 3 миллиарда лет.

Вывод Ливио был предложен некоторыми авторами как разрешение парадокса Ферми. Эти авторы предполагают, что жизнь могла возникнуть только недавно. В настоящее время нет ВЦ, способных к межзвездным путешествиям или коммуникациям, потому что, как и у нас, у них было недостаточно времени для развития. Возможно, однажды Галактика будет кишеть межзвездной торговлей, путешествиями и сплетнями. Однако пока что царит тишина.

Более поздние измерения темпов звездообразования подразумевают, что предел в 3 миллиарда лет может быть значительной недооценкой. Но даже если вывод Ливио верен, и нет ВЦ старше нас более чем на 3 миллиарда лет, я не понимаю, как это разрешает парадокс. У ВЦ, у которой было 3 миллиарда лет на развитие своей технологии, было достаточно времени, чтобы колонизировать Галактику или, по крайней мере, заявить о своем присутствии во Вселенной. (В Универсальном Году ВЦ могли достичь нашего нынешнего уровня технологии примерно 1 октября.) Если не будет доказано, что разум только сейчас зарождается, и что жизнь на Земле является одной из самых «продвинутых» в Галактике, эти аргументы на самом деле не затрагивают основной сути парадокса.

Решение 54

Планетные системы редки

Придет время, когда люди устремят свои взоры.

Они увидят планеты, подобные нашей Земле.

Кристофер Рен, Вступительная лекция, Грешем-колледж

Аргументы, приведенные до сих пор в этой главе, были довольно абстрактными. Можно придумать более ощутимые причины, по которым ВЦ могут не существовать. Например, возможно, им негде развиваться.

Распространенным предположением является то, что сложная жизнь требует планеты — предпочтительно землеподобной — для зарождения и эволюции. Даже если технологически продвинутые виды в конечном итоге откажутся от жизни на планетах, эволюционные предки этих видов, предположительно, должны были начинать как обитатели планет. (Некоторые авторы научной фантастики исследовали возможность зарождения жизни в более экзотических местах, 300 включая поверхность нейтронной звезды и кольцо газа вокруг нейтронной звезды. Хотя эти вымышленные описания часто удивительно правдоподобны, гораздо проще представить такие возможности, чем убедительно и подробно продемонстрировать, как сложная жизнь могла зародиться и развиваться где-либо, кроме планеты.) Когда Саган пришел к своей цифре в 1 миллион ВЦ в Галактике, он предположил, что на каждую звезду может приходиться до 10 планет. Но, возможно, планетные системы редки, и член $f_{P}$ в уравнении Дрейка мал? Если бы $f_{P}$ был достаточно мал, это само по себе могло бы объяснить парадокс Ферми.

Не так давно это предположение было если не вероятным, то, по крайней мере, мыслимым. Сейчас я представляю его исключительно как исторический курьез. Феноменальные успехи, достигнутые наблюдательной астрономией за последние два десятилетия, означают, что мы точно знаем, что планетные системы не редки: на момент написания статьи подтверждено 1779 экзопланет, но к тому времени, как вы это прочитаете, их будет гораздо больше. Вероятно, что у большинства звезд есть планеты, вращающиеся вокруг них.

Итак, если планетные системы распространены, почему некоторые астрономы до относительно недавнего времени утверждали, что нехватка планет может объяснить парадокс Ферми? Ну, даже когда я был студентом — а я не так уж и стар — учебники по астрономии все еще могли представлять два конкурирующих сценария формирования планет. ³⁰¹ В первом планетная система, подобная нашей, представлялась как формирующаяся в результате катастрофического события. Во втором считалось, что планетные системы конденсируются из туманностей.

Небулярная гипотеза кажется более «естественным» объяснением, чем гипотеза катастрофы, но, похоже, она обладает фатальным недостатком. Если бы Солнце, например, сформировалось из коллапса вращающегося облака пыли и газа, то расчеты показывают, что оно должно было бы сейчас вращаться чрезвычайно быстро: Солнце должно было бы содержать большую часть углового момента Солнечной системы. Однако Солнце вращается довольно медленно — его экваториальные области вращаются один раз примерно за 24 дня, в то время как его полярные области вращаются один раз примерно за 30 дней. Большая часть углового момента Солнечной системы сосредоточена в планетах. Это наблюдение привело многих астрономов к предпочтению моделей формирования планет, основанных на катастрофических событиях. Самая популярная модель предполагала, что звезда почти столкнулась с Солнцем; приливные эффекты вытянули газовый филамент из Солнца, и филамент позже распался и сконденсировался, чтобы сформировать планеты. ³⁰²

Если бы планеты действительно формировались в результате столкновений звезд, то перспективы обнаружения ВЦ были бы мрачными. Плотность звезд в космосе довольно низкая, поэтому столкновения были бы нечастыми; одна ранняя оценка определяла количество планетных систем, сформированных таким образом, всего в десять на галактику! В лекции 1923 года знаменитый математик Джеймс Джинс сказал: «Астрономия не знает, важна ли жизнь в общей схеме вещей, но она начинает шептать, что жизнь должна быть несколько редкой». Джинс явно думал, что знает решение парадокса, а парадокс еще не был сформулирован.

Рис. 5.2 В 2014 году астрономы, используя Атакамскую Большую Миллиметровую/субмиллиметровую Решетку (ALMA) — один из самых впечатляющих телескопов на планете — обнаружили этот пылевой протопланетный диск вокруг молодой звезды под названием HD142527. Звезда находится примерно в 457 световых годах от Земли. Высокая плотность пыли (показана красным) в северной части диска предполагает, что там прямо сейчас формируются планеты. Возможно, через пару миллиардов лет планеты, которые формируются сейчас, станут домом для жизни. (Фото: ALMA/ESO/NAOJ/NRAO/Fukagawa et al.)

Однако небулярная гипотеза никуда не делась. Теории формирования планет, основанные на столкновениях, также имели проблемы. Теория столкновений не смогла объяснить многие наблюдаемые свойства нашей Солнечной системы. Более того, основная трудность небулярной гипотезы — а именно, объяснение того, как основная часть углового момента Солнечной системы находится в планетах — в конечном итоге была решена. Оказывается, молодое Солнце действительно вращалось с высокой скоростью, но вращение генерировало сильное магнитное поле. Магнитные силовые линии выходили в солнечную туманность, как спицы из ступицы, и увлекали газ за собой. Этот эффект «магнитного торможения» замедлил Солнце и передал угловой момент газовому диску. Астрономы наблюдают прямые доказательства этого: молодые звезды вращаются до 100 раз быстрее Солнца, тогда как старые звезды вращаются более медленно. Теперь мы можем быть уверены, что планеты в нашей Солнечной системе сформировались, когда маленькие планетезимали сконденсировались из дискообразного облака пыли и газа; в мягких столкновениях эти планетезимали слипались и постепенно формировали планеты, которые мы видим сегодня. Тот же процесс происходил и происходит вокруг других звезд. Планеты распространены, как и полагал Саган.

Рис. 5.3 Астрономы могут напрямую получать изображения некоторых экзопланет. В 2014 году Gemini Planet Imager увидел первый свет: это инфракрасное изображение Беты Живописца b. Излучение от центральной звезды, Беты Живописца, заблокировано маской, чтобы оно не заглушало отраженный свет от планеты. Бета Живописца b находится примерно в 63,4 световых годах от Земли, несколько больше Юпитера и сформировалась совсем недавно: ей около 10 миллионов лет. (Фото: Обработка Кристиана Маруа, NRC Canada)

Астрономы получили изображения протопланетных дисков (см., например, Рисунок 5.2). Они даже получили изображения планет вокруг далеких звезд (см., например, Рисунок 5.3, что является ошеломляющим техническим достижением: планеты светят только отраженным светом своей звезды, поэтому получение изображения экзопланеты похоже на попытку наблюдать свет светлячка рядом с бомбой. Открытие экзопланет в больших масштабах, однако, было достигнуто не путем прямого получения изображений, а путем наблюдения за эффектами, которые планеты оказывают на свою родительскую звезду. Например, гравитационное притяжение большой планеты к звезде заставляет траекторию звезды «колебаться» по мере завершения планетой своей орбиты; если орбитальная плоскость находится ребром к нашей линии зрения, то астрономы могут обнаружить регулярное движение звезды вперед-назад через доплеровское смещение ее спектральных линий. И если планета проходит перед звездой — другими словами, если она движется перед диском звезды, как видно с Земли, — то происходит крошечное, но тем не менее измеримое падение яркости. Эти методы обнаружения экзопланет 303 были чрезвычайно успешными; миссия NASA Kepler, в частности, была особенно плодотворной.

Таким образом, очевидно, что нельзя объяснить парадокс Ферми, утверждая, что планетные системы редки. Несколько десятилетий назад этот аргумент был правдоподобным; достижения в астрономии показали, что он ошибочен. Теперь ясно, что в Галактике сотни миллиардов планет. Существует множество потенциальных домов для жизни.

Решение 55

Каменистые планеты редки

Вот металл более привлекательный.

Уильям Шекспир, Гамлет, Акт III, Сцена 2

Благодаря космической миссии «Кеплер» и различным наземным инициативам по поиску экзопланет, мы теперь знаем, что планетные системы распространены. Большинство подтвержденных экзопланет намного больше нашей планеты, причем около трех четвертей из них имеют радиус как минимум вдвое больше земного, но это вряд ли удивительно, поскольку два наиболее распространенных метода обнаружения экзопланет — метод радиальной скорости (или «колебаний») и метод транзита (или «падения яркости») — более чувствительны к присутствию большой планеты, такой как Юпитер, чем маленькой планеты, такой как Земля. Однако маленькие представители любого класса физических объектов, как правило, превосходят по численности крупных представителей класса, поэтому кажется несомненным, что существует много планет размером с Землю — просто мы не так хорошо умеем их обнаруживать. Тем не менее, даже если Галактика содержит множество планет размером с Землю, обязательно ли эти планеты будут земного типа? Это важный вопрос, потому что для развития технологий, позволяющих совершать межзвездные путешествия или, по крайней мере, межзвездную связь, цивилизации, предположительно, требуется доступ к пригодным для разработки месторождениям металлической руды. (Некоторые авторы научной фантастики критически рассмотрели это предположение и создали заставляющие задуматься истории, действие которых происходит на планетах, лишенных руд, к которым мы имеем доступ, но трудно представить, как ВЦ могла бы изготовить радиотелескоп из камня, воды и органического материала.) Может ли быть так, что Земля особенная, потому что ее породы содержат много металла?

Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно подумать о том, как возникла наша Солнечная система, и рассмотреть, могло ли ее рождение быть каким-то образом особенным.

Насколько нам известно, единственными выжившими свидетелями рождения Солнечной системы является группа богатых металлами метеоритов, называемых хондритами. Внутри определенных типов хондритов можно найти кальциево-алюминиевые включения (CAI). Это карманы минералов размером от менее миллиметра до сантиметра. Также можно найти хондры. Это небольшие сферические включения, обычно диаметром от 1 до 2 мм, состоящие в основном из силикатных минералов оливина и пироксена. (Название «хондра», а следовательно, и «хондрит», происходит от их внешнего вида: греческое слово chondros означает «зерно» или «семя».) Используя известные скорости распада различных радиоизотопов, планетологи могут вычислить, когда образовались CAI и хондры. Наилучшие оценки показывают, что CAI и самые старые хондры образовались около 4,567 миллиарда лет назад — немного раньше формирования самой Земли.³⁰⁴

Хондриты время от времени падают на Землю, и когда это происходит, их интенсивно изучают. Действительно, хондриты изучались веками, и теперь многое известно об их химическом и физическом составе. Однако по крайней мере одна загадка остается: точная природа хондр. ³⁰⁵

Рис. 5.4 Хондры — это сферические включения силиката в хондритах; их происхождение остается предметом споров. Хондры хорошо видны на этой поверхности среза хондрита AH 77278. Этот образец шириной 8 см был найден на Аллан-Хиллс — группе в основном свободных ото льда холмов в Антарктиде. С тех пор как Холмы были впервые нанесены на карту в 1957 году, там было найдено много интересных метеоритов. (Фото: НАСА)

Кажется ясным, что хондры должны были быть мгновенно нагреты до температур 1000 К или выше, а затем быстро охлаждены. Но что могло вызвать нагрев? Ученые предложили поразительно большое количество гипотез для объяснения образования хондр, включая нагрев ударной волной, вызванный возмущениями в протопланетном диске, и разряды молнии через пылевые шары, но общепринятого объяснения пока нет. (Это не слишком удивительно. В конце концов, хондры образовались очень давно, и, поскольку они не встречаются ни в одном другом типе породы, у геологов нет других образцов для сравнения.) Другое предположение заключается в том, что 4,567 миллиарда лет назад короткая вспышка тепла распространилась по Солнечной системе, сплавив пыль и образовав хондры. Ирландские астрономы Брайан МакБрин и Лоррейн Хэнлон предполагают, что близлежащий гамма-всплеск³⁰⁶ (GRB) мог обеспечить тепло. Предположим, GRB произошел в пределах 300 световых лет от зарождающейся Солнечной системы. Он вкачал бы достаточно энергии в протопланетное кольцо пыли и газа, чтобы сплавить до 6 × 10²⁶ кг материала (в 100 раз больше массы Земли) в богатые железом капли, которые быстро охладились бы, образовав хондры. Затем хондры поглотили бы гамма-лучи и рентгеновские лучи от GRB.

В сценарии МакБрина-Хэнлона Солнечная система могла бы быть редкостью в обладании хондрами: для образования хондр потребовалось бы, чтобы GRB находился в относительной близости к протопланетному диску в критический момент его развития. Значение этого заключается в том, что хондры высокой плотности, которые могли быстро осесть в плоскость протопланетного диска, могли способствовать формированию каменистых планет в Солнечной системе. Другими словами, в этом сценарии планетные системы, подобные нашей — в комплекте с каменистыми планетами земного типа — были бы редкостью. И, имея лишь небольшое количество землеподобных планет для развития, ВЦ могли бы быть редки.

Идея о том, что образование хондр было инициировано гамма-всплеском, интересна. Однако другие предположения, кажется, предлагают более правдоподобные механизмы для образования хондр. Более того, наиболее точное датирование³⁰⁷ радиоизотопов внутри хондритов предполагает, что CAI были сформированы в течение короткого интервала около 4567,3 миллиарда лет назад, а хондры были сформированы в течение трехмиллионного периода, начинающегося во время формирования CAI. Трехмиллионная временная шкала аналогична времени жизни протопланетных дисков, и поэтому кажется вероятным, что формирование CAI и хондр связано с некоторым внутренним процессом в развитии дисков. Результаты этого исследования, если они подтвердятся, подразумевают, что в рождении нашей Солнечной системы не было ничего особенно необычного. Так что, как решение парадокса Ферми, это, возможно, не входит в число главных претендентов.

Решение 56

Водное решение

Тысячи жили без любви, ни один — без воды.

У. Х. Оден, Первым делом

Жизнь требует воды. (По крайней мере, «жизнь, какой мы ее знаем» требует воды.) Это почти волшебная жидкость. Во-первых, почти все растворимо в воде: жидкость может транспортировать растворенные в ней вещества и, таким образом, переносить материалы по клеткам, организмам и экосистемам. Она обладает необычным свойством расширяться при замерзании, что означает, что лед плавает на воде; если бы вода вместо этого сжималась при замерзании, то моря и озера в холодных климатах постепенно заполнялись бы льдом, упавшим на дно — сценарий, который создал бы проблемы для водной жизни. Широкий температурный диапазон, в котором вода остается жидкой, в сочетании с большой теплоемкостью воды, означает, что океаны смягчают климат Земли. Ферменты — белки, катализирующие химические реакции, и без которых определенные биологические процессы происходили бы в масштабах времени, измеряемых тысячелетиями, а не миллисекундами — требуют воды в своих структурах. Можно продолжать и продолжать: вода необходима для земной жизни — и не будет большим преувеличением сказать, что это фундаментальное требование всей жизни. На Земле, конечно, есть океаны этой субстанции. Но на Луне нет океанов; реки могли когда-то течь по Марсу, но сейчас это довольно иссушенное место; и Венера, и Меркурий — засушливые планеты. Может ли быть так, что Земля исключительна в обладании таким количеством жидкой воды? Если окажется, что каменистая планета вряд ли будет домом для водных океанов, то у нас может быть частичное решение парадокса Ферми.

Как Земля получила свою воду? Это остается спорным вопросом. Одно из ведущих предположений заключается в том, что 3,85 миллиарда лет назад Земля подверглась интенсивной кометной бомбардировке; именно кометы Облака Оорта доставили воду на нашу планету — воду, которую мы до сих пор пьем каждый день. На первый взгляд, это предположение имеет смысл. Некоторые планетологи утверждают, что очень ранняя Земля была бы слишком горячей, чтобы удерживать большие океаны воды, поэтому вода, которую мы имеем сейчас, должна была быть доставлена из космоса; и поскольку мы знаем, что ядра комет содержат лед, и что Солнечная система содержит триллионы комет, нетрудно представить, как кометная бомбардировка могла напоить Землю. Если такая водоносная бомбардировка действительно имела место, возникает вопрос: что могло ее вызвать? Если бомбардировка возникла в результате какого-то разового катаклизмического события, то присутствие воды на Земле было бы случайностью. Переиграйте запись планетарной эволюции, и Земля могла бы оказаться сухой. Каменистые планеты с водой могли бы быть исключением.

Однако, прежде чем мы заключим, что наша планета — единственный дом с текущей водой, нам нужно рассмотреть пару проблем с представлением о том, что кометы напоили Землю.

Первая проблема заключается в том, что кометная вода, похоже, отличается от воды здесь, на Земле. Молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода — H₂O. Ядро атома водорода обычно содержит один протон; однако возможно, что ядро водорода содержит один протон и один нейтрон. Эта форма водорода называется дейтерием. Соотношение нормального водорода к дейтерию в образце воды действует как «отпечаток пальца» этой воды. Оказывается, содержание дейтерия в кометах, таких как Хейла-Боппа, Галлея и Хякутакэ, примерно вдвое превышает содержание, которое мы наблюдаем в океанах Земли. Если эти три тела типичны для комет Облака Оорта, то трудно понять, как они могли доставить Земле ее океаны. Однако содержание дейтерия в астероидах и планетезималях — небольших объектах, которые были многочисленны в ранней истории Солнечной системы и которые сталкивались и слипались, образуя прото-Землю, — такое же, как мы видим в наших океанах. Земля и планетезимали содержат один и тот же тип воды. Возможно, планетезимали являются более вероятным источником воды, чем кометы?

Рис. 5.5 Старейший фрагмент земной коры: крупинка циркона, извлеченная в 2001 году из песчаника из района Джек-Хиллс в Западной Австралии. Размер крупинки всего около 200 на 400 микрон — примерно с точку в конце этого предложения. Атомы урана в цирконе распадаются на атомы свинца со скоростью, которая известна точно. Если исследователи смогут измерить количество урана и свинца в цирконе, они смогут определить возраст кристалла. Этому 4,404 миллиарда лет. (Фото: Джон Вэлли, Университет Висконсин-Мэдисон)

Вторая проблема заключается в том, что у геологов теперь есть доказательства присутствия воды в очень ранние времена. Хронология ранней Солнечной системы становится все более уточненной. Мы знаем, что первые твердые тела в протопланетном диске, галька и валуны, которые столкнулись, чтобы сформировать Землю, сконденсировались 4,568 миллиарда лет назад. Всего через 164 миллиона лет после этого, во время 4,404 миллиарда лет назад, минерал под названием циркон ³⁰⁸ кристаллизовался в земной коре. Подробный анализ этих цирконов показывает, что они были созданы в присутствии воды. Таким образом, в самые ранние времена истории Земли — за сотни миллионов лет до события кометной бомбардировки и вскоре после удара, сформировавшего Луну — по-видимому, существовали континентальная кора и вода.

Таким образом, вырисовывается картина водосодержащих планетезималей, породивших влажную Землю. Молодая Земля пережила множество гигантских столкновений, но, похоже, эти столкновения не испарили воду в космос. Вода попала в атмосферу, а позже, по мере охлаждения атмосферы, она сконденсировалась, образовав океаны. Цикл кипения и конденсации мог происходить несколько раз. Тем не менее, эта картина является предметом споров и пересмотра, как и большинство интересных вопросов в науке. В 2011 году, например, астрономы использовали космический телескоп Гершель для измерения содержания дейтерия в комете Хартли 2; они обнаружили такое же соотношение дейтерия к водороду, как и в воде здесь, на Земле. В 2013 году они продолжили это аналогичным измерением кометы Хонда-Мркоса-Пайдушаковой; они увидели такое же содержание.³⁰⁹ Обе эти кометы происходят из пояса Койпера, так что это повышает вероятность того, что именно эти объекты, а не кометы Облака Оорта, принесли воду на Землю (или, что, возможно, более вероятно, доставили некоторую долю воды Земли). Геологи наверняка узнают больше о происхождении наших океанов в ближайшие несколько лет. В настоящее время, однако, можно правдоподобно утверждать, что водные океаны являются естественным результатом процесса формирования каменистых планет. Преждевременно заключать, что Земля уникальна в обладании океанами животворной воды.

Решение 57

Зоны непрерывной обитаемости узки

Дай мне больше любви или больше презрения;

жаркую или ледяную зону.

Томас Кэрью, «Посредственность в любви отвергнута»

Даже если каменистые планеты легко образуются вокруг звезд, и даже если эти планеты имеют обильные запасы H₂O, можно утверждать, что должно быть выполнено еще одно условие, прежде чем жизнь, какой мы ее знаем, сможет существовать в течение миллиардов лет, необходимых для развития технологической цивилизации: земная планета должна находиться в обитаемой зоне (ОЗ) ³¹⁰ системы — области вокруг звезды, в которой землеподобная планета могла бы поддерживать жидкую воду. Ее часто называют зоной Златовласки по очевидным причинам. Расположение внутреннего края ОЗ определяется точкой, в которой планета теряет воду из-за высоких температур вблизи звезды; внешний край определяется точкой, в которой вода замерзает. Это определение обитаемой зоны исключает объекты, представляющие законный астробиологический интерес. Например, внутреннее тепло планеты может поддерживать подповерхностную жидкую воду далеко от ОЗ; приливное нагревание может позволить существование жидких океанов на лунах больших планет; «наклоненный» земной мир ³¹¹, наклон оси вращения которого колеблется из-за гравитационного влияния его звезды и близлежащих планет-газовых гигантов, может обладать климатом, предотвращающим оледенение даже на больших расстояниях от звезды. Точно так же, как жизнь не ограничена поверхностью Земли, так и жизнь может быть возможна в этих необычных средах. Тем не менее, если нас интересует существование технологически развитых цивилизаций, то, по-видимому, имеет смысл сосредоточиться на традиционной обитаемой зоне. Современное мышление заключается в том, что мы также должны сосредоточиться на планетах, радиус которых менее чем в 1,5 раза превышает радиус Земли. Если планета намного больше этого, она имеет тенденцию накапливать плотную атмосферу из водорода и гелия, что означает, что она напоминает газового гиганта, а не земную планету.

Далеко не просто вычислить точное расположение границ ОЗ: внутренняя граница зависит от безудержного парникового эффекта, в то время как внешняя граница определяется образованием облаков CO₂, которые действуют как своего рода «одеяло», блокирующее звездное излучение. Таким образом, расчеты ширины ОЗ, и особенно расчеты расположения внешней границы, требуют использования сложных климатических моделей. Были сделаны различные оценки для ОЗ нашей Солнечной системы; одно недавнее исследование312 дало диапазон 0,77–0,87 а.е. для внутренней границы и 1,02–1,18 а.е. для внешней границы, но существуют и другие оценки.

Рис. 5.6 Если планета вращается слишком близко к звезде, то она будет слишком горячей, чтобы обладать жидкой водой. Если планета вращается слишком далеко от звезды, то она будет слишком холодной, чтобы обладать жидкой водой. Планета (с размером не слишком маленьким и не слишком большим) должна находиться в этой «самой подходящей» зоне Златовласки, чтобы иметь шанс сохранить жидкие океаны и, следовательно, иметь шанс обладать жизнью, какой мы ее знаем. (Фото: Petigura/UC Berkeley; Howard/UH-Manoa; Marcy/UC Berkeley)

Если принять эту конкретную оценку, то наша соседка Венера со средним расстоянием 0,723 а.е. от Солнца находится немного за пределами обитаемой зоны; Марс со средним расстоянием 1,524 а.е. от Солнца находится далеко за пределами обитаемой зоны. Только Земля, планета Златовласки, занимает как раз то самое место. ³¹³

Но это еще не все. Майкл Харт указал, что обитаемая зона вокруг звезды меняется со временем. Звезды главной последовательности становятся ярче и горячее по мере старения, поэтому ОЗ смещается наружу по мере старения звезды. Важно, по мнению Харта, зона непрерывной обитаемости (ЗНО).

Как правило, ЗНО определяется как область, в которой землеподобная планета может поддерживать жидкую воду в течение 1 миллиарда лет — временной шкалы, предположительно необходимой для эволюции для развития сложных форм жизни. В случае Солнечной системы ЗНО существует уже 4,5 миллиарда лет, и Земле повезло оказаться в середине этой зоны. Ясно, однако, что ЗНО должна быть уже, чем ОЗ. В конце 1970-х годов Харт опубликовал результаты компьютерных моделей314, которые, казалось, показывали, что ЗНО чрезвычайно узка. В моделях Харта ЗНО была самой широкой вокруг звезд главной последовательности G0 (Солнце — звезда G2) и сужалась до нуля у звезд K1 (которые холоднее Солнца) и звезд F7 (которые горячее). Звезда K1 обычно имеет массу в 0,8 раза больше массы Солнца, а звезда F7 может обычно обладать массой в 1,2 раза больше массы Солнца, поэтому, согласно Харту, существовал лишь ограниченный диапазон звезд, которые вообще обладают ЗНО. Кроме того, там, где ЗНО существовала, она всегда была уже 0,1 а.е. Для Солнечной системы, например, он рассчитал внутренний край ЗНО на 0,95 а.е. и внешний край на 1,01 а.е. При таком ограниченном количестве «недвижимости» ЗНО можно было бы ожидать, что землеподобные планеты — те, которые могут поддерживать жизнь в течение миллиардов лет — будут гораздо реже, чем обычно предполагается.

Хотя открытие Харта не доказывало отсутствия ВЦ, оно явно имело отношение к парадоксу Ферми. Если количество потенциально жизнеспособных планет намного меньше, чем предполагают большинство оценок, то и количество потенциальных ВЦ там должно быть меньше. В зависимости от значений других факторов в уравнении Дрейка, общее число общающихся цивилизаций может быть сведено к одной: нам.

Экзопланета в обитаемой зоне? Пока я пишу этот раздел, астрономы объявили об обнаружении самой землеподобной планеты ³¹⁵, обнаруженной до сих пор в обитаемой зоне. Kepler-186f имеет радиус всего на 10% больше земного и, хотя ее состав неизвестен, она, вероятно, является каменистым миром. Планета получает около трети тепловой энергии, которую Земля получает от Солнца, и она обращается вокруг своей звезды раз в 130 дней. Четыре другие планеты в системе находятся слишком близко к звезде, чтобы могла существовать жидкая вода. Kepler-186f находится в обитаемой зоне, но обитаема ли она? Звезда относится к спектральному классу M, поэтому планета, вероятно, подвергается сильным вспышкам. Также вполне возможно, что она находится в приливном захвате. Лично я бы поставил против того, чтобы это был дом для развитых форм жизни. Астрономы SETI, использующие Антенную решетку Аллена, уже искали радиосвязь от системы Kepler-186f. Они ничего не услышали.

Однако ситуация может быть не такой мрачной, как утверждал Харт. Если сегодня кто-то хочет исследовать обитаемые зоны, у него есть доступ к более мощным компьютерам, чем у Харта; можно использовать более сложные модели ранней атмосферы Земли; и можно учесть явления, неизвестные Харту, такие как рециркуляция CO₂ тектоникой плит. Результаты обнадеживают тех, кто верит в существование ВЦ (или, по крайней мере, в существование планетарных домов для ВЦ). Например, модели, разработанные Джеймсом Кастингом ³¹⁶ и его коллегами, предполагают, что 4,5-миллиарднолетняя ЗНО для Солнечной системы простирается от 0,95 а.е. до 1,15 а.е. — примерно в четыре раза шире, чем диапазон, рассчитанный Хартом. Другие ученые считают, что ЗНО Солнечной системы может быть еще шире. ЗНО вокруг других звезд также может быть шире, чем думал Харт. ³¹⁷

Итак: какова вероятность того, что в данной планетной системе будет планета, которая находится в пределах ЗНО? Не так давно такой вопрос был чисто теоретическим, на который можно было ответить исключительно на основе компьютерных моделей. Как упоминалось в Решении 54, одним из величайших достижений в астрономии за последние десятилетия стало развитие методов обнаружения экзопланет, и поэтому теперь мы можем добавить к этому наблюдательные данные. Ответ, по-видимому, заключается в том, что для звезд, подобных Солнцу, обнаружение планеты в зоне непрерывной обитаемости вовсе не будет необычным. Действительно, анализ данных миссии Кеплер и обсерватории Кека показывает, что примерно у каждой пятой звезды, подобной Солнцу ³¹⁸, будет планета размером с Землю в обитаемой зоне; это означает, что Галактика может содержать миллиарды планет размером с Землю в обитаемой зоне звезд, подобных Солнцу. Обратите внимание, что то, что планета находится в обитаемой зоне, не обязательно означает, что она обитаема: существует много причин, по которым планета в зоне Златовласки может испытывать недостаток жидкой воды. Но это открытие действительно предполагает, что наша звезда вряд ли является единственной звездой, подобной Солнцу, вокруг которой вращается планета, на которой вода может оставаться в жидком состоянии.

А как насчет звезд, не похожих на Солнце? Планеты вокруг горячих звезд типа O, B и A недолго останутся в обитаемой зоне, потому что сами звезды слишком быстро эволюционируют по светимости. Но подавляющее большинство звезд в Галактике — это маленькие, холодные звезды типа K и M; а как насчет них? Харт утверждал, что такие звезды не будут иметь обитаемых планет, потому что ОЗ находится так близко к звезде, что любые планеты в зоне окажутся в приливном захвате. (Одна сторона планеты в приливном захвате всегда обращена к жару своей звезды, а другая сторона всегда обращена к холоду открытого космоса.) Предполагалось, что условия на планете в приливном захвате не позволят существовать большим количествам жидкой воды, и, следовательно, планета будет необитаемой. Кроме того, ранние стадии жизни маленькой звезды отмечены огромной переменностью: иногда они тускнеют, в другое время испускают сильные вспышки. Считается, что эта переменность губительна для жизни. Однако некоторые климатические исследования показывают, что океаны или ветровые течения могут смягчать температурные экстремумы планет в приливном захвате, а активность вспышек может и не быть тем препятствием, которым мы ее считаем. Существует так много маленьких звезд, и они светят так долго, что, возможно, общее количество «недвижимости» ЗНО вокруг этих звезд больше, чем вокруг звезд, подобных Солнцу. Если это действительно так, то может существовать огромное количество планет в зоне непрерывной обитаемости.

При обсуждении обитаемых зон следует учитывать еще один момент. Как мы увидим в последующих Решениях, только определенные типы звезд имеют достаточную металличность для обладания земными планетами, и только определенные части Галактики достаточно защищены от буйства центральных областей. Возможно, нам нужно определить галактическую обитаемую зону ³¹⁹ (ГОЗ) — которая представляет собой кольцо, содержащее, возможно, всего 20% звезд в Галактике. Чтобы сложная жизнь могла развиться, ЗНО должна находиться в пределах ГОЗ — и это сужает возможности. Тем не менее, трудно понять, как можно уменьшить числа на фактор, который помог бы решить парадокс Ферми. Предположение должно быть таковым, что Галактика содержит множество планетарных домов для жизни.

Решение 58

Земля — первая

…«Королевская печать не может сделать металл лучше или тяжелее”.

Уильям Уичерли, «Прямодушный»

Вскоре после Большого взрыва Вселенная содержала в основном только водород и гелий (в соотношении 75% к 25%). Были небольшие количества лития и еще меньшие следы бериллия и бора, но это все. Для астронома Вселенная состоит из водорода, гелия и всего остального; все элементы тяжелее водорода и гелия — «все остальное» — называются металлами. Биохимия земных организмов и биохимия любых внеземных организмов, которые мы можем правдоподобно представить, критически зависит от шести элементов: водорода (H), серы (S), фосфора (P), кислорода (O), азота (N) и углерода (C). Следовательно, в астрономической терминологии жизнь зависит от водорода и пяти металлов SPONC. Однако ни одного из этих металлов, необходимых для жизни, не было в начале Вселенной. Откуда они взялись? Тяжелые элементы были «сварены» в ядерных реакциях внутри звезд и стали частью межзвездной среды только тогда, когда звезды достигли конца своей жизни, производящей энергию. Со временем концентрация металлов во Вселенной медленно увеличивается.

Одно из разрешений парадокса — часто предлагаемое и схожее по духу с предположением Ливио в Решении 53 — заключается в том, что тяжелые элементы только недавно стали достаточно концентрированными в межзвездной среде, чтобы позволить сформироваться жизни. Предполагается, что планетам вокруг более старых звезд не хватает металлов SPONC. Только вокруг довольно молодых звезд — таких как Солнце — может возникнуть жизнь. Так что человечество неизбежно является одной из первых технологических цивилизаций. Возможно, даже первой.

Предположение о том, что химическое обогащение Галактики само по себе разрешает парадокс Ферми, безусловно, слишком сильное. Как и многие другие предположения, это может играть определенную роль, но вряд ли оно может быть единственным разрешением парадокса. Одна из проблем этого предположения заключается в том, что мы не знаем, какая металличность может потребоваться звезде, чтобы у нее были жизнеспособные планеты. (Металличность звезды просто означает количество тяжелых элементов в ее химическом составе.) Достаточно ли будет обилия тяжелых элементов, составляющего три четверти от имеющегося на Солнце? Половина? Четверть? Мы действительно не знаем. Анализ экзопланет, обнаруженных миссией «Кеплер», подразумевает, что для формирования малых планет земного типа не требуется среда, богатая металлами: такие планеты с одинаковой вероятностью формируются как вокруг звезд с низкой металличностью, так и вокруг звезд с высокой металличностью. Если жизнь может развиваться на планетах с меньшим обилием тяжелых элементов, чем в нашей Солнечной системе, то древние звезды могли быть колыбелью цивилизаций.

Второй вопрос заключается в том, что связь между возрастом и металличностью звезд несколько сложнее, чем кажется на первый взгляд. Звезда может быть намного старше Солнца и при этом обладать таким же обилием тяжелых элементов. Рассмотрим, например, звезду HIP 102152. Она находится примерно в 250 световых годах от нас. Звезда относится к звездному классу G3V и имеет температуру поверхности 5723 К; для сравнения, Солнце относится к звездному классу G2V и имеет температуру поверхности 5778 К. Поставьте их рядом, и эти звезды будут выглядеть как близнецы. Более того, астрономы обнаружили присутствие 21 химического элемента в HIP 102152 и установили, что их содержание аналогично солнечному. Это действительно звездные близнецы. И все же HIP 102152 примерно на 3,6 миллиарда лет старше Солнца. Так что даже если высокая металличность является требованием для жизни, какой мы ее знаем, эти условия были доступны в течение долгого времени. Наше Солнце не первое.

Пока неизвестно, вращаются ли планеты земного типа вокруг HIP 102152, но двойник Земли может быть там. И разумные существа могли развиться на ней. Если бы эти существа посмотрели вверх днем, они увидели бы почти то же, что и мы: желтое солнце, доминирующее на небе. Эти существа могли бы быть намного старше нас; они могли наслаждаться этим видом миллиард лет или больше. За все это время, за эти океаны лет, разве они не двинулись бы дальше и не поискали бы другой вид? Разве существа с HIP 102152 не сообщили бы хотя бы другим о своем существовании?

Решение 59

Земля имеет оптимальный «насос эволюции»

При резонансе небольшая входная сила может вызвать большие отклонения в системе.

Отчет о разрушении моста Такома-Нэрроуз

Юпитер играет роль в различных предлагаемых разрешениях парадокса Ферми. Конкретное предположение, которое я обсуждаю здесь, принадлежит физику Джону Крамеру.

Мы знаем, что большие камни иногда падают на Землю. Но откуда они берутся? Одна из идей заключается в том, что они падают из Пояса астероидов и случайно ударяют Землю — но чтобы эта идея работала, большое количество астероидов должно быть выведено из своих стабильных орбит, а затем упасть во внутреннюю часть Солнечной системы. Почему астероиды должны быть вытеснены со своих стабильных орбит? Никакого правдоподобного механизма не было известно до тех пор, пока в 1985 году Джордж Уэзерилл не подчеркнул важность щели в Поясе астероидов на расстоянии 2,5 а.е.

Щели Кирквуда — области в Поясе астероидов, в которых можно увидеть относительно мало астероидов — уже были хорошо известны. Щели возникают из-за резонансных эффектов. В случае щели на 2,5 а.е. резонанс возникает потому, что любой астероид на этом расстоянии совершает оборот ровно за $1/3$ времени, которое требуется Юпитеру для оборота вокруг Солнца. Следовательно, каждый третий раз, когда астероид на 2,5 а.е. достигает определенного положения, Юпитер находится в том же относительном положении. Юпитер дает астероиду легкий гравитационный толчок, всегда в одном и том же направлении, и эффект накапливается. Это похоже на раскачивание качелей с точно правильной частотой: эффекты нарастают, и амплитуда качания увеличивается. Следовательно, со временем орбита астероида на 2,5 а.е. становится нестабильной, и он смещается — и Пояс астероидов в конечном итоге очищается от объектов в этой области. Любой астероид, забредающий в эту область извне, в конечном итоге выбрасывается тем же механизмом. Щель Кирквуда на 2,5 а.е. обусловлена резонансом 3:1; другие щели, основанные на других резонансах с Юпитером, также существуют.

Куда деваются астероиды после того, как их выбрасывает из щели Кирквуда на 2,5 а.е.? Расчеты показывают, что существует высокая вероятность пересечения их орбит с орбитой Земли. Другими словами, есть шанс, что эти астероиды ударят по Земле — с катастрофическими последствиями. Однако, хотя последствия удара астероида могут быть губительными для любых существ, которые случайно окажутся поблизости, в долгосрочной перспективе удары могут быть полезны для некоторых видов. В конце концов, если бы 65 миллионов лет назад не произошло падения метеорита, млекопитающие, возможно, все еще влачили бы жалкое существование на задворках мира, где доминируют ящерицы. Крамер указывает, что могут быть геологические периоды, когда с видами ничего особенного не происходит; эволюция, похоже, придерживается здравого смысла: «если не сломано, не чини». В основном в кризисные моменты, когда по какой-то причине меняется окружающая среда, эволюция работает быстро, и возникают новые виды, чтобы воспользоваться изменившимися условиями. Эволюция, по словам Крамера, кажется, «подкачивается» циклами кризисов и стабильности. И, предполагает он, идеальный насос — это тот, который подталкивает эволюцию через крупные кризисы каждые 20–30 миллионов лет. Астероиды из щели Кирквуда 3:1 могут «подкачивать» с точно правильной скоростью. Если идея Крамера верна — а он первым признает, что эта идея спекулятивна, — это представляет собой еще одну причину, по которой жизнь на Земле может быть особенной. Жизни может потребоваться не только среда, подобная Земле, но и среда должна существовать в системе с массами планет и орбитами, которые создают резонанс в Поясе астероидов с нужной скоростью. Если «насос эволюции» работает слишком быстро и астероиды слишком часто падают на планету с жизнью, то жизнь никогда не получит шанса развить разум. Если насос работает слишком медленно — и астероиды слишком редко падают на планету с жизнью, — то жизнь застревает в колее. Результатом является планета, полная трилобитов, тараканов или динозавров (или, что более вероятно, существ, отличающихся от земных существ мириадами захватывающих способов). Пока эти существа были успешны, в неизменной среде у них не было бы «необходимости» принимать новые модели поведения, не было бы «необходимости» развивать интеллект и, следовательно, радиотелескопы или звездолеты. Резонанс 3:1 в Поясе астероидов обусловлен Юпитером. Само существование Пояса также обусловлено Юпитером: астероиды — это остатки протопланеты, формирование которой было прервано из-за формирования самого Юпитера. Если существует такая вещь, как «насос эволюции», и если он настроен на нужную частоту в нашей планетной системе, то мы должны благодарить за это Юпитер.

Рис. 5.7 Монтаж изображений Эроса. Изображения были сделаны в течение трех недель по мере приближения космического аппарата NEAR к астероиду. Астероиды, сближающиеся с Землей, такие как Эрос, относительно немногочисленны. Большинство астероидов находятся в «главном поясе», вращаясь вокруг Солнца в торе между Марсом и Юпитером. Именно эти астероиды «пояса» могут быть выведены из своих орбит гравитационным влиянием Юпитера — с потенциально разрушительными результатами. (Предоставлено: НАСА)

Решение 60

Галактика — опасное место

Я стал смертью, разрушителем миров.

Бхагавадгита

Рис. 5.8 Художественное представление орбитального пути через Млечный Путь, пройденного микроквазаром XTE J1118+480 за последние 7 миллиардов лет. Микроквазар, подобный этому, питается черной дырой. Если бы его путь прошел близко к Солнцу, жизнь на Земле пострадала бы. (Предоставлено: И. Родригес и И. Ф. Мирабель, Научный институт космического телескопа, NRAO/AUI/NSF)

Насильственные явления распространены во Вселенной и представляют собой разнообразные угрозы для цивилизации. Например, по оценкам, миллион черных дыр может блуждать по межзвездному пространству. Если одна из них забредет в планетную систему, она может поглотить планеты (см. Рисунок 5.8). Магнетар (тип нейтронной звезды) представлял бы интересную угрозу, если бы подошел слишком близко. Например, летом 1998 года несколько орбитальных детекторов зафиксировали излучение от магнетара $SGR 1900 + 14$ . Излучение было настолько интенсивным, что вызвало отключение некоторых спутников; излучение достигло расстояния 30 миль от поверхности Земли. К счастью, наша атмосфера защитила нас, как она защищает от различных форм космического излучения. Но $SGR 1900 + 14$ находится на расстоянии десятков тысяч световых лет — спасла бы нас наша атмосфера, если бы магнетар был рядом? Галактическое ядро представляет еще одну угрозу. Любые цивилизации, живущие близко к центральной области своей галактики, должны бороться с различными рисками, но главная угроза исходит от активного ядра галактики. Даже центральная область нашей собственной Галактики, которая не особенно активна, тем не менее, довольно негостеприимна. Близко к центру звезды настолько скучены, что ночное небо было бы достаточно ярким, чтобы читать; еще ближе, и вы столкнетесь с аккреционным диском черной дыры массой в миллион солнц (см. Рисунок 5.9). Вот почему внутренний край ОЗГ (Обитаемой Зоны Галактики) определяется точкой, где бурные центральные регионы больше не представляют угрозы. Может ли это быть объяснением парадокса Ферми? Может ли случайное насилие безразличной Вселенной объяснить тишину? Уничтожаются ли цивилизации до того, как смогут добраться до нас?

Рис. 5.9 Художественное изображение активного галактического ядра. Считается, что в центральной области любой галактики находится сверхмассивная черная дыра. Иногда эти дыры поглощают окружающую материю с огромной скоростью и при этом излучают во всем электромагнитном спектре. Некоторые активные ядра галактик настолько яркие, что астрономы обнаружили их на самых дальних рубежах наблюдаемой Вселенной. (Предоставлено: ЕКА/НАСА, проект AVO и Паоло Падовани)

Три упомянутых выше механизма — блуждающие черные дыры, магнетары и активные ядра галактик — сами по себе или в совокупности не объясняют, почему наша Галактика молчит. Черные дыры и магнетары могут представлять угрозу для отдельных звезд или звездных групп в течение жизни Галактики, но они слишком локализованы, чтобы действовать как общегалактический стерилизующий агент; и хотя центр Галактики, вероятно, является местом, которого следует избегать, он не представляет угрозы для жизни здесь, в спиральных рукавах, примерно в 30 000 световых лет от центра событий. С другой стороны, два других типа астрономических объектов — сверхновые и гамма-всплески — могут разрешить парадокс Ферми.

Сверхновые

Сверхновая — это катастрофический взрыв стареющей звезды. Такие взрывы мощны и происходят довольно часто по астрономическим меркам: в Галактике в среднем происходит одна или две сверхновые в столетие.

Существует два типа сверхновых. Сверхновая типа Ia возникает, когда белый карлик в двойной системе достигает критической массы после всасывания материала со своего компаньона. Происходит мощный термоядерный взрыв, который разносит звезду на куски. Сверхновая типа II происходит на поздних стадиях жизни массивных звезд. Когда ядро массивной звезды больше не производит достаточно энергии, чтобы противостоять неумолимой силе гравитации, звезда коллапсирует под собственным весом. Ядро образует плотную нейтронную звезду или даже черную дыру; внешние слои звезды отскакивают от ядра с высокой скоростью и уносятся в космос, где становятся частью межзвездной среды. Такие взрывы могут быть смертельными, но они также необходимы для жизни: мы бы не существовали, если бы не древняя сверхновая типа II, которая засеяла космос тяжелыми элементами, «сваренными» в ее ядре. Детали двух типов взрывов различны, но оба типа излучают огромное количество энергии: за несколько недель сверхновая может высвободить до $1 0^{44}$ Дж в различных формах.

Близкая сверхновая может быть катастрофической для жизни на Земле. По одной оценке, сверхновая, взорвавшаяся в пределах 30 световых лет от Земли, может уничтожить поверхностную жизнь на нашей планете. Механизм разрушения тонок. Угроза исходит от огромного количества гамма-излучения, которое близкая сверхновая выбросит в атмосферу Земли. Прямое гамма-излучение от взрыва, вероятно, не причинит нам вреда, потому что верхняя атмосфера обеспечивает эффективный щит. Однако гамма-лучи вызовут диссоциацию атмосферного азота, азот затем вступит в реакцию с кислородом с образованием оксида азота, а оксид азота вступит в реакцию с озоном, тем самым быстро истощая озоновый слой. Уровень озона может быть снижен на 95% в течение нескольких лет. При разрушении озонового слоя Земли поверхностная жизнь останется без защиты от смертоносных ультрафиолетовых лучей Солнца. Смерть наступит от классического двойного удара: сначала гамма-излучение от сверхновой ослабит нашу защиту, затем ультрафиолетовое излучение от Солнца опустошит многоклеточную жизнь.

Как мы обсудим позже, с тех пор как многоклеточная жизнь вышла на сушу, произошло несколько событий массового вымирания. Можно ли винить в каком-либо из них последствия близкой сверхновой? Трудно сказать с уверенностью. Кажется все более вероятным, что последнее массовое вымирание — то, в котором погибли динозавры, — в значительной степени было вызвано последствиями падения метеорита. Возможно, другие великие вымирания были вызваны аналогичными ударами; или, возможно, они были вызваны изменением климата; или, возможно, это были просто хаотические события, которые могут происходить в сложных системах. Мы не видим очевидных доказательств, связывающих массовые вымирания с последствиями сверхновых. Даже если сверхновые могут вызывать массовые вымирания, неизвестно, представляют ли вымирания долгосрочную угрозу для возникновения разума. Возможно, сверхновые необходимы для разумной жизни: возможно, используя фразу Крамера, они представляют собой еще один «насос эволюции». Однако на данный момент давайте предположим, что близкая сверхновая может вызвать событие массового вымирания, и что такое событие замедляет развитие разумной жизни.

Поскольку все звезды движутся в пространстве, в течение эонов случайные звездные движения приблизят Солнце к сверхновой. В конце концов, сверхновая взорвется близко к Земле. (На случай, если кто-то из читателей обеспокоен: ни одна звезда, находящаяся в настоящее время в пределах 60 световых лет от нас, не станет сверхновой в ближайшие несколько миллионов лет.)

Рис. 5.10 Темное пятно над Антарктидой показывает область истощения озона в сентябре 2000 года. Озоновая «дыра» была вызвана накоплением разрушающих озон хлорфторуглеродов; к счастью, использование этих химических веществ было урегулировано, но полное восстановление антарктического озонового слоя ожидается не ранее 2050 года. Близкая сверхновая может снизить уровень озона по всему земному шару. (Предоставлено: НАСА)

Критический вопрос: как часто событие сверхновой может произойти достаточно близко к Земле, чтобы вызвать событие массового вымирания? Что ж, оценки разнятся, но средняя оценка такова, что событие сверхновой будет происходить в пределах 30 световых лет от Земли в среднем каждые 200 миллионов лет или около того. Если эта оценка точна, у нас есть еще один вопрос: почему мы здесь? Один из ответов на этот вопрос может заключаться просто в том, что расчеты частоты сверхновых неверны; или (что весьма вероятно), что мы, возможно, не до конца понимаем влияние близкой сверхновой на биосферу Земли. В этом случае нет никаких последствий для парадокса Ферми. Но, возможно, мы здесь потому, что Земле чрезвычайно повезло; возможно, Земля не видела действительно близкой сверхновой с момента появления жизни на суше. Если это правда, то мы могли бы разрешить парадокс Ферми, сказав, что любая другая планета, несущая жизнь, была менее удачливой, чем Земля.

Одна из трудностей этого предположения заключается в том, что нет астрофизических доказательств в поддержку идеи о том, что Земля была особенно удачлива в отношении сверхновых. Более того, если мы признаем, что разумная жизнь распространена, то сверхновые просто недостаточно эффективны, чтобы объяснить парадокс Ферми. Как только ВТЦ (внеземная технологическая цивилизация) колонизирует хотя бы небольшую часть своего звездного окружения, никакая сверхновая не сможет ее остановить. (Таким образом, угроза от сверхновых является еще одним мотивирующим фактором для ВТЦ заниматься межзвездной колонизацией. Как только цивилизация колонизирует звезды в радиусе около 30 световых лет от родного мира, она сможет пережить последствия сверхновой.)

Что нам нужно, если мы хотим объяснить парадокс Ферми, так это механизм, который может повлиять на жизнь на каждой планете Галактики без исключения. Если бы существовал какой-то механизм, генерирующий достаточно мощное общегалактическое стерилизующее событие, он мог бы действовать довольно нечасто (скажем, каждые несколько сотен миллионов лет) и оставаться объяснением парадокса Ферми. Многоклеточная жизнь была бы уничтожена до того, как у разума появился бы шанс возникнуть; цивилизация никогда не смогла бы продвинуться до стадии, на которой она могла бы разработать эффективные контрмеры против угрозы. Предполагаемые ВТЦ не имели бы миллиардов лет для колонизации Галактики; вместо этого у них были бы несколько сотен миллионов лет с момента последнего стерилизующего события. По сути, «Вселенские Часы» сбрасывались бы каждый раз, когда происходило стерилизующее событие. Кажется почти невероятным, что какое-либо природное явление может вызвать такое широкомасштабное опустошение. К сожалению, однако, астрономы теперь знают о потенциальном общегалактическом стерилизующем механизме: разрушительной силе гамма-всплеска (ГВ).

Гамма-всплески

Гамма-всплески были обнаружены случайно более 40 лет назад, но до недавнего времени их происхождение было совершенно неизвестно. Даже сейчас точное физическое происхождение ГВ является предметом дискуссий. Каким бы ни было событие-прародитель, важен следующий факт: огненный шар ГВ — самое мощное явление в известной Вселенной. ГВ изливает больше энергии за несколько секунд, чем Солнце выработает за всю свою жизнь. ГВ сияет так ярко, что наши детекторы могут видеть их с полпути через Вселенную. Все ГВ, которые мы обнаружили до сих пор, похоже, произошли в далеких галактиках; если бы один произошел в нашей Галактике, это были бы плохие новости. Нам нужно задать два вопроса. Во-первых, как часто ГВ происходят в нашей Галактике? Во-вторых, если бы в нашей Галактике произошло событие ГВ, насколько все было бы плохо? Вычисление частоты возникновения ГВ — типичная задача Ферми! Очень грубо можно сказать, что в галактике видимый ГВ происходит примерно раз в 100 миллионов лет. Интересно, что этот грубый временной масштаб примерно соответствует временному масштабу между событиями массового вымирания на Земле. Поэтому люди предположили, что ГВ могут быть ответственны за массовые вымирания.

Частота гамма-всплесков. В 1990-х годах орбитальная обсерватория комптоновского гамма-излучения обнаруживала примерно один ГВ каждый день. Спутник Swift был запущен в 2004 году для детального изучения ГВ; он наблюдает всплески и их послесвечения в гамма-лучах, рентгеновских лучах, ультрафиолете и видимом свете. На момент написания статьи он обнаружил 866 ГВ с начала своих наблюдений. Космический телескоп Ферми обнаружил некоторые всплески, не зафиксированные Swift, как и другие миссии. Вместе они обнаруживают около 100 ГВ каждый год. Таким образом, наши спутники наблюдают где-то от 100 до 365 ГВ каждый год. Давайте округлим и скажем, что каждый год во Вселенной примерно 1000 ГВ направлены в нашу сторону. В качестве грубой оценки предположим, что во Вселенной $1 0^{11}$ галактик, так что в среднем на одну галактику в год приходится $1 0^{-8}$ ГВ, направленных в нашу сторону. Другими словами, в первом приближении, которым Ферми мог бы быть доволен, типичная галактика будет принимать ГВ, который мы можем обнаружить, примерно раз в 100 миллионов лет. (Истинная частота, вероятно, намного выше, поскольку ГВ, предположительно, испускают свою энергию в виде луча. Общее количество ГВ, происходящих каждый год, зависит от степени коллимации, но оно, вероятно, в 100–1000 раз превышает наблюдаемую частоту.)

Огромная мощность, высвобождаемая ГВ, означает, что даже если бы один из них произошел на большом расстоянии от Земли, наша планета все равно была бы залита излучением (при условии, что всплеск был направлен в нашу сторону). Далекий ГВ мог бы нанести такой же ущерб озоновому слою Земли, как и близкая сверхновая. Следует сказать, что этот вывод является предметом споров. ГВ, несомненно, мощнее сверхновых, но они заканчиваются гораздо быстрее: они выбрасывают большую часть своей энергии менее чем за минуту. Следовательно, только половина планеты будет непосредственно затронута всплеском; другая половина защищена от взрыва массой планеты. Конечно, ущерб от затронутой стороны планеты может распространиться и вызвать всемирное разрушение, а вторичные эффекты могут вызвать дальнейшие проблемы, но при нашем нынешнем уровне знаний можно утверждать, что озоновый слой планеты защитил бы поверхностную жизнь от последствий ГВ — если только ГВ не произойдет слишком близко, конечно, и в этом случае планета поджарится. Однако, если придерживаться пессимистической точки зрения и согласиться с выводом, что ГВ могут влиять на биосферы планет на больших расстояниях, то у нас есть возможный стерилизующий агент для Галактики. Предположим, тогда, что ГВ действительно может уничтожать «высшие» формы жизни на огромных просторах космоса; объедините это с предсказанием некоторых теорий образования ГВ о том, что всплески были более частыми в прошлом, и вы получите разрешение парадокса Ферми, предложенное Джеймсом Эннисом. Предложение простое. В прошлом ГВ эффективно стерилизовали планеты до того, как любые формы жизни в Галактике имели шанс развить разум. Только теперь, когда частота событий уменьшилась и ГВ стали менее распространены, у цивилизаций появилось время для возникновения.

С предложением Энниса нет ничего особенного в Земле; люди здесь не потому, что нашей планете повезло избежать катастрофического события. В нашей Галактике могут быть десятки тысяч ВТЦ на той же или близкой стадии развития. У всех них было бы столько же времени на развитие, сколько было у жизни на Земле: время с момента последнего ГВ, взорвавшегося в Галактике. Неоспоримо, что ГВ происходят и обладают поразительной мощностью; они, безусловно, стерилизуют любую близлежащую планету, которой не повезет оказаться на линии огня. Оптимисты SETI — те, кто утверждает, что технологически развитые ВТЦ распространены — должны, таким образом, столкнуться с неприятным выводом: в течение Вселенского Года бесчисленные цивилизации оказывались в пределах досягаемости ГВ. Многие развитые цивилизации должны были быть поглощены огнем. Лично я, однако, считаю маловероятным, что ГВ способны стерилизовать целую галактику, и поэтому я не согласен с тем, что ГВ сами по себе разрешают парадокс Ферми.

Решение 61

Планетная система — опасное место

Человек никогда не бывает достаточно бдителен к опасностям, которые угрожают ему каждый час. Гораций, Оды, II.13 Разрушение может прийти из удручающе длинного списка галактических опасностей, но некоторые угрозы лежат гораздо ближе к дому. Мы уже упоминали самую очевидную проблему: падение метеорита. Крошечные метеориты падают на Землю каждый день; объекты среднего размера приземляются каждые несколько лет; крупные объекты — скажем, 20 км в ширину — падают каждые несколько сотен миллионов лет. Хотя крупные метеориты падают на Землю нечасто, когда они падают, они вызывают полное опустошение. Если бы астероид шириной 20 км ударил по Земле сегодня, он почти наверняка убил бы каждого человека. Умножьте небольшую вероятность события на количество людей, которое оно убьет, и вы получите вероятность смерти на человека для этого события. Оказывается, что в среднем за человеческую жизнь шанс погибнуть от падения метеорита примерно такой же, как погибнуть в авиакатастрофе. Странно тогда, что мы тратим огромные суммы на безопасность полетов и практически ничего на обнаружение объектов, сближающихся с Землей, которые могут уничтожить нашу цивилизацию. Предположительно, ВТЦ также должны бороться с угрозой, создаваемой падением метеоритов, поскольку эти объекты будут обычным явлением в планетных системах. Но существует много других опасностей, и ниже я обсужу еще несколько.

Рис. 5.11 Художественное представление падения астероида на Землю. Если бы такой объект упал на нашу планету сегодня, как мы знаем, такие объекты падали в прошлом, то человеческая жизнь почти наверняка была бы уничтожена. (Предоставлено: НАСА/Дон Дэвис)

Земля-снежок

Рис. 5.12 Тающие льдины в открытой воде в Антарктиде. На Земле-снежке условия на экваторе в лучшем случае были бы такими. Остальная часть земного шара была бы покрыта толстым льдом. Сложной жизни было бы трудно выжить. (Предоставлено: NOAA/Майкл ван Верт)

Угрозы цивилизации не обязательно исходят из космоса. Недавние данные — в частности, обнаружение ледниковых обломков вблизи уровня моря в тропиках — предполагают, что на протяжении геологической истории Земля неоднократно покрывалась слоем льда. Одно событие могло произойти 2,5 миллиарда лет назад, и за последние 800 миллионов лет могло быть четыре таких так называемых события Земли-снежка, причем каждый эпизод длился 10 миллионов лет или более. Не путайте эти события с изображениями последнего Ледникового периода из учебников; по сравнению с Землей-снежком последний Ледниковый период был прямо-таки тропическим. Во время Земли-снежка километровый слой льда покрывает океаны, и лед покрывает даже экваториальные океаны (хотя, возможно, не на такую глубину). Средние температуры падают до −50 °C. Большинство организмов неспособны справиться с такими условиями, и жизнь может держаться лишь на тончайшей нити — возможно, вокруг вулканов или подо льдом чистой тонкой толщины на экваторах.

Механизм, с помощью которого наша планета может погрузиться в состояние Земли-снежка, хорошо изучен. Ледяной покров может увеличиваться по разным причинам, и когда он увеличивается, лед отражает все большее количество солнечного света прямо обратно в космос. Это уменьшение солнечного нагрева поверхности приводит к падению температуры и образованию большего количества льда. Как только достигается критическая площадь ледяного покрова, происходит эффект «безудержного ледникового дома», и планета погружается в событие Земли-снежка. Что трудно понять, и что заставило ученых отвергать идею Земли-снежка в течение многих лет, так это то, как планета может освободиться от ледяного покрова. Как только Земля покрывается льдом, большая часть солнечного света, падающего на планету, отражается в космос, прежде чем он успеет нагреть поверхность. Решение пришло с осознанием того, что вулканическая активность не прекращается во время события Земли-снежка. Вулканы выбрасывают огромное количество углекислого газа — парникового газа. Конечно, сегодня вулканы все еще извергают углекислый газ, но в обычных условиях этот CO₂ поглощается падающим дождем, который в конечном итоге переносит его в океан, где он связывается в твердых карбонатных отложениях на дне океана. На Земле-снежке нет жидкой воды для испарения, и, следовательно, нет облаков, и, следовательно, нет дождя: в течение 10 миллионов лет, а может и больше, CO₂ из вулканов накапливался бы в атмосфере. В конце концов, атмосферного CO₂ стало бы примерно в тысячу раз больше, чем в сегодняшней атмосфере. Температуры поднялись бы и быстро растопили лед: от ледникового дома до парникового за геологическое мгновение.

Последствия гипотезы Земли-снежка глубоки, и некоторые из них мы рассмотрим позже.

Супервулканы

Если вулканы были спасителями жизни во время событий Земли-снежка в неопротерозойскую эру, то совсем недавно они оказались почти катастрофическими для разумной жизни: они почти уничтожили Homo sapiens. Недавние исследования показывают, что люди генетически удивительно схожи. Чтобы объяснить это отсутствие генетического разнообразия, некоторые биологи предположили, что наш вид прошел через «генетическое узкое место» около 75 000 лет назад. Узкое место возникает, когда размер популяции резко сокращается; в случае нашего вида общее число людей, живших на Земле, могло упасть до нескольких тысяч. Мы почти вымерли.

Если это узкое место действительно имело место, то нам не нужно далеко ходить за дымящимся пистолетом, который мог его вызвать. Вулкан Тоба на Суматре извергся 74 000 лет назад; извержение было настолько сильным, что заслужило звание «супервулкана». Извержение было гораздо более сильным, чем недавние вулканические взрывы, такие как Пинатубо и Сент-Хеленс. Климатологи предположили, что извержение супервулкана может вызвать вулканическую зиму — по эффекту похожую на ядерную зиму, но без радиации. Не исключено, что годы засухи и голода после такого взрыва могли довести дотехнологический человеческий вид до грани вымирания.

Массовые вымирания

Удар метеорита, глобальное оледенение, супервулканы. Даже на такой спокойной планете, как Земля, жизни приходится бороться со многим. Иногда, будь то один из трех упомянутых выше механизмов или один из небесных агентов разрушения, упомянутых ранее, жизнь едва держится.

С тех пор, как жизнь животных стала обильной на Земле, во время Кембрийского взрыва около 540 миллионов лет назад, жизнь на Земле пережила многочисленные массовые вымирания — событие массового вымирания определяется как период, в течение которого наблюдается значительное сокращение биоразнообразия. События вымирания различаются по своей серьезности. Во время пяти великих массовых вымираний погибло более половины всех существовавших тогда видов. Эти пять событий, в хронологическом порядке, — Ордовикское, Девонское, Пермское, Триасовое и Меловое.

Ордовикское вымирание 440 миллионов лет назад и Девонское вымирание 370 миллионов лет назад привели к исчезновению более пятой части морских семейств. О влиянии на наземную жизнь известно меньше, в основном из-за скудности палеонтологической летописи для этих эпох. Причина этих событий вымирания остается предметом дискуссий.

Пермское вымирание 250 миллионов лет назад было самым крупным из всех великих массовых вымираний. Возможно, вымерло более 90% морских видов; было потеряно восемь из 27 отрядов насекомых (насекомые пережили другие массовые вымирания); потери были разрушительными. Причина этого катастрофического события неясна; было предложено несколько механизмов, возможно, действующих синергетически, для объяснения этой глобальной катастрофы.

Триасовое вымирание 220 миллионов лет назад привело к значительному сокращению числа морских и наземных видов. Опять же, ученые спорят о причине этого сокращения биоразнообразия.

Меловое вымирание 65 миллионов лет назад — самое знаменитое и известное из всех массовых вымираний. Это событие положило конец эпохе динозавров и создало условия, которые привели к расцвету млекопитающих. Почти наверняка причиной этого вымирания стали последствия падения крупного метеорита. Есть несколько причин верить в теорию падения метеорита как причины этого вымирания. Во-первых, кратер Чиксулуб шириной 200 км на полуострове Юкатан в Мексике имеет точно соответствующий возраст. Во-вторых, независимо от того, откуда в мире взяты образцы горных пород с границы Мелового и Третичного периодов, они показывают высокую концентрацию иридия, чего и следовало ожидать, если бы крупный астероид ударил по Земле. В-третьих, многие из тех же мест содержат зерна ударного кварца — еще один признак сильного удара. В-четвертых, геологи часто находят мелкие частицы сажи в глинах с границы Мелового и Третичного периодов — частицы, которые могли образоваться только в результате горения растительности; подразумевается, что большая часть растительного покрова Земли была охвачена огнем. Непосредственные последствия удара, очевидно, убили бы большое количество организмов. Точный механизм уничтожения большого числа видов менее ясен; это могло быть изменение атмосферы, ядерная зима, крупномасштабные длительные пожары, кислотные дожди, комбинация этих эффектов или что-то совершенно другое. Последствия также зависели от того, когда и где метеорит ударил по Земле, а также от массы и скорости метеорита. Если бы метеорит ударил всего на несколько часов позже, последствия могли бы быть менее смертоносными; если бы метеорит был всего в два раза больше, вымирание жизни могло бы быть полным.

Вымирания и парадокс Ферми

Трудно сказать, какие уроки мы можем извлечь из этих событий вымирания. Они кажутся различными по характеру, причине и серьезности. Только в случае Мелового события существует определенный и установленный причинный механизм. Другие вымирания могли быть вызваны чем-то совершенно иным; в конце концов, в этой книге мы рассмотрели много потенциальных угроз. Формы жизни на других планетах, предположительно, сталкиваются с теми же опасностями, и они могут столкнуться с дополнительными рисками, которых избежала жизнь на Земле. Например, в некоторых планетных системах могут быть планеты с жизнью на орбитах, которые становятся хаотичными, и массовое вымирание было бы вероятным. Или изменение скорости вращения планеты могло бы спровоцировать массовое вымирание. Все, что вызывает обширное изменение климата — будь то глобальное похолодание или потепление за пределы температур, терпимых для жизни животных — может вызвать массовое вымирание. Возможно, урок просто в том, что планетные системы опасны: в течение миллиардов лет массовые вымирания неизбежны.

Небольшой шаг от утверждения, что массовые вымирания неизбежны, до утверждения, что они играют роль в разрешении парадокса Ферми. Фактически, люди использовали идею массовых вымираний, чтобы предложить два совершенно противоположных решения парадокса. Прямое предположение заключается в том, что события массового вымирания препятствовали развитию разумной жизни на других планетах. Более тонкое предположение заключается в том, что, в бессмертной капитализации Селларса и Йейтмана, массовые вымирания — это Хорошая Вещь, которая случается слишком редко на других планетах! (По крайней мере, правильный тип событий вымирания случается слишком редко.)

Легко понять, почему массовые вымирания могут быть Плохой Вещью. Многие люди утверждали бы, что жизнь — по крайней мере, жизнь, какой мы ее знаем — имеет только две защиты от массового вымирания. Первая защита — простота: это подход, принятый прокариотами (см. стр. 291), которые выживали миллиарды лет. Бактерии, по сути, сохранили свой одноклеточный план строения на протяжении эонов; действительно, возможно, хотя и трудно доказать окончательно, что современные бактерии генетически идентичны самым ранним живым клеткам 3,7 миллиарда лет назад. Их способность развивать биохимические реакции на новые экологические вызовы позволяет прокариотам справляться с большинством испытаний, которые может бросить им Природа. Только катастрофа огромного масштаба могла бы удалить всю прокариотную жизнь с Земли. С другой стороны, мы не можем общаться с бактериями. Рассматривая вопрос Ферми, нас интересуют сложные многоклеточные формы жизни. Как они переживают пращи и стрелы миллиардов лет фортуны?

Вторая защита от массового вымирания — это разнообразие — подход, принятый животными и растениями. Если тип содержит много разных видов, если у него есть разные способы зарабатывать на жизнь, то есть шанс, что один или два вида переживут событие вымирания. Позже разнообразие типа может быть восстановлено. Таким образом, хотя жизнь животных и растений менее вынослива, чем бактериальная жизнь, и гораздо более подвержена вымиранию, в долгосрочной перспективе она может выжить. (Это своего рода тема этой книги: не кладите все яйца в одну корзину.) У нас нет представления о том, как протекала эволюция на других планетах, но, возможно, Земля редка тем, что имеет типы с множеством различных видов. (См. Решение 62, где объясняется одна из причин, почему это может быть так.) Сложная жизнь на других мирах может быть менее вероятной для выживания в неизбежных событиях вымирания. Мы можем представить себе миры, населенные множеством различных, странно выглядящих, поистине чуждых существ — существ, обладающих разнообразными необычными планами строения тела. На таких мирах могло бы быть большое количество типов, на эволюцию которых до их нынешнего состояния ушли эоны. Но если эти типы представлены лишь несколькими видами — что ж, когда ударит метеорит, или климат потеплеет, или изменится наклон оси планеты, эти типы вполне могут вымереть. Может быть, Земле просто повезло (опять это слово «повезло»). Это мрачное разрешение парадокса Ферми.

Мы столкнулись с более тонким предположением относительно массовых вымираний — а именно, что они могут быть необходимы для развития разумной жизни — когда обсуждали предположение о «насосе эволюции». Конечно, было бы не весело находиться рядом, когда астероид шириной 20 км врезается в Землю или глобальные температуры резко падают. Но в долгосрочной перспективе — перспективе, измеряемой десятками миллионов лет — жизнь может извлечь выгоду из таких катастроф. После потопа у новых и радикально отличных форм появляется шанс эволюционировать; Природа может использовать изменившуюся среду для создания и экспериментирования с различными видами, а возможно, даже с различными планами строения тела. Несомненно, после событий массового вымирания биоразнообразие всегда в конечном итоге восстанавливало довымирающий уровень, а затем превышало его. Одно спорное предположение заключается в том, что два ключевых события в истории жизни на Земле — развитие эукариотической клетки и Кембрийский взрыв (подробнее об этом в последующих разделах) — были прямым результатом выхода из событий Земли-снежка. Само событие вызвало бы массовое вымирание. Но выход? Химические изменения, которые Земля-снежок вызвала бы в океанах, генетическая изоляция видов, огромное давление окружающей среды на жизнь, повышение температуры и быстрое таяние льдов — все эти факторы могли бы объединиться, чтобы создать время быстрой эволюционной активности. По мнению некоторых ученых, ни животные, ни высшие растения не существовали бы сегодня, если бы не прошлые события Земли-снежка.

Возможно, «правильные» события глобального оледенения редки на других планетах. Планета должна находиться в зоне обитаемости, у нее должны быть океаны воды, она должна погрузиться в ледниковый период, и у нее должны быть активные вулканы, извергающие парниковые газы, чтобы растопить лед. Возможно, нормой для большинства водных планет является погружение в состояние Снежного кома без возможности выхода. Массовые вымирания были бы тотальными.

Голоценовое вымирание

Было бы неправильно обсуждать прошлые события массового вымирания, не упоминая Голоценовое вымирание. Эпоха Голоцена охватывает последние десять тысячелетий, вплоть до наших дней. Другими словами, мы живем во время события массового вымирания. В данном случае причина ясна: деятельность человека. Мы охотимся на виды до их исчезновения; мы сеем хаос, интродуцируя чужеродные виды в экосистемы; и, что самое важное, мы разрушаем места обитания. Не кажется, что мы находимся в эпицентре массового вымирания, потому что в масштабах отдельного человека 10 000 лет — это долгий срок. Однако в геологическом масштабе это мгновение. По некоторым оценкам, скорость вымирания видов сейчас в 120 000 раз превышает «нормальную» или «фоновую» скорость. Многие виды, вымершие из-за уничтожения нами тропических лесов, даже не были задокументированы. Если нынешняя скорость вымирания сохранится, а уничтожение тропических лесов продолжится, то глобальные атмосферные и климатические эффекты кажутся неизбежными. Вполне возможно, что наш вид станет одним из тех, кто присоединится к вымиранию. Возвращаясь к предыдущему решению, рассмотренному в книге, возможно, общим эволюционным законом является то, что разум уничтожает сам себя.

Решение 62

Уникальная система тектоники плит Земли

Нам нужна история, которая начинается с землетрясения и достигает кульминации.

Сэмюэл Голдвин

В период 2000–2008 годов в среднем 50 184 человека погибали ежегодно из-за землетрясений. Цунами в День подарков 2004 года, вызванное подводным землетрясением у западного побережья Суматры, унесло жизни почти четверти миллиона человек. Поэтому кажется странным, что некоторые геологи считают существование тектоники плит — процесса, который вызывает землетрясения и извержения вулканов — необходимым для существования сложной жизни. Но есть серьезная причина полагать, что три явления — жизнь, водные океаны и тектоника плит — связаны между собой. И эта связь может быть уникальной для Земли. Аргумент таков. Различные планеты Солнечной системы имеют разные методы отвода внутреннего тепла. В случае Земли тепло, генерируемое радиоактивным распадом во внутренних слоях, переносится конвективным методом, который порождает тектонику плит (или, на более разговорном языке, дрейф континентов). Рассмотрим, что происходит вблизи срединно-океанического хребта — подводного горного хребта, где образуется новая кора. Горячий материал из глубокой мантийной области Земли поднимается на поверхность в конвекционной ячейке, а на поверхности он растекается и затвердевает в океаническую кору — становится частью литосферы. В геологических масштабах времени новый материал плавает на горячей мантии под ним и удаляется от места своего рождения. Во время этого процесса он остывает и накапливает массы магматических пород. Материал становится тяжелее, и через многие десятки миллионов лет он под собственным весом погружается обратно, глубоко в мантию, в местах, называемых зонами субдукции. В конце концов, цикл повторяется. В геологических масштабах времени внешние области нашей планеты напоминают одну из тех китчевых лавовых ламп.

Некоторые ученые утверждают, что тектоника плит может быть самым важным требованием для развития жизни животных. Есть несколько причин, по которым тектоника плит может быть жизненно важна. Давайте рассмотрим только три из них. (В Решении 67 мы рассмотрим четвертую возможность.)

Во-первых, механизм тектоники плит, по-видимому, играет важную роль в создании магнитного поля Земли. Теория планетарного магнетизма чрезвычайно сложна, но, по сути, планеты генерируют магнитное поле посредством внутреннего динамо. Такое динамо требует трех вещей: планета должна вращаться, она должна содержать область с электропроводящей жидкостью, и она должна поддерживать конвекцию в области проводящей жидкости. Трудно быть уверенным, но в случае Земли кажется вероятным, что без тектоники плит конвекционные ячейки перестали бы выносить тепло на поверхность, динамо перестало бы функционировать, и магнитное поле Земли составило бы крошечную долю его нынешнего значения. Актуальность всего этого ясна: магнитное поле Земли помогает предотвратить рассеяние высокоэнергетических частиц солнечного ветра атмосферных частиц в космос; со временем такое распыление могло бы привести к рассеянию атмосферы Земли. Короче говоря, без магнитного поля Земли поверхностная жизнь могла бы не развиться.

Во-вторых, тектоника плит создала континенты Земли и продолжает их обновлять. Континенты важны. Мир со смесью океанов, островов и континентов с большей вероятностью предложит эволюционные вызовы, чем мир, в котором преобладает исключительно вода или суша. Кроме того, тектоника плит вызывает изменение условий окружающей среды и, таким образом, способствует видообразованию. Например, предположим, что отделение участка суши от континентального массива приводит к тому, что определенный вид птиц живет как на новом острове, так и на первоначальном континенте. Со временем среда на острове будет отличаться от континентальной среды; птицы столкнутся с разными проблемами и будут развиваться по-разному. Со временем появятся два вида там, где раньше был один. Таким образом, тектоника плит способствует биоразнообразию, которое, как мы видели, важно во время событий массового вымирания.

В-третьих, и, возможно, самое важное, в течение миллиарда лет или более тектоника плит играла ключевую роль в регулировании температуры поверхности Земли. Климат на нашей планете долгое время балансировал на острие бритвы. Если температура слишком сильно падает и ледяные шапки начинают увеличиваться в размерах, может произойти безудержный эффект ледникового периода: Земля замерзает. Если температура слишком сильно повышается и океаны начинают кипеть, то дополнительный водяной пар в атмосфере может вызвать безудержный парниковый эффект: Земля закипает. Некоторые прокариоты могут выжить в этих экстремальных температурах, но сложные формы жизни процветают только в гораздо более узком диапазоне температур. Тектоника плит, как утверждают некоторые ученые, имеет механизм тонкой настройки, который поддерживает планетарный термостат «как раз» для жизни животных. Способ, которым тектоника плит контролирует температуру, довольно сложен, и в нем задействовано более одного механизма. Однако ключевую роль она играет в регулировании содержания углекислого газа в атмосфере. $C O_{2}$ является эффективным парниковым газом: если атмосфера содержит слишком много $C O_{2}$ , то глобальные температуры могут повыситься, что человечество, похоже, упорно демонстрирует экспериментально. С другой стороны, если атмосферного $C O_{2}$ слишком мало, то Земля не может воспользоваться парниковым эффектом, и планета остывает. Теперь $C O_{2}$ не остается в атмосфере навсегда. Углекислый газ реагирует с водой, образуя угольную кислоту; таким образом, дожди «вымывают» его из атмосферы. Эта угольная кислота выветривает горные породы на поверхности Земли, и химические продукты этого выветривания переносятся реками в океан. Продукты оказываются в виде карбоната кальция $(C a C O_{3})$ и кварца $(S i O_{2})$ на дне океана, как за счет образования горных пород, так и за счет образования раковин живых организмов. В конце концов, механизм тектоники плит заставляет этот $C a C O_{3}$ и $S i O_{2}$ погружаться в глубины Земли. Таким образом, атмосферный $C O_{2}$ удаляется. Но это еще не конец истории! Высокие температуры и давления глубоко внутри Земли преобразуют карбонат кальция обратно в $C O_{2}$ и CaO. Затем тектоника плит перерабатывает $C O_{2}$ — и множество других полезных материалов — создавая вулканы. (Вулканы выбрасывают огромное количество материала. В 2010 году труднопроизносимый исландский вулкан нанес ущерб международным авиаперевозкам. Хотя извержение Эйяфьядлайёкюдля было сравнительно небольшим, оно все же выбросило около 250 миллионов кубических метров пепла и шлака и порядка миллиона тонн $C O_{2}$ .)

Рис. 5.13 Небольшое извержение Сакурадзимы в 2009 году. На переднем плане город Кагосима. Сакурадзима — один из самых активных вулканов в мире; пока я пишу это, в апреле 2014 года, Сакурадзима — единственный вулкан с уровнем опасности 3 — активность такова, что людей предупреждают не посещать его. (Автор: Кимон Берлин)

Если бы атмосферный $C O_{2}$ не восполнялся, Земля подверглась бы глобальному похолоданию. Но что, если в атмосферу попадет слишком много $C O_{2}$ ? Не рискуем ли мы безудержным парниковым эффектом? Оказывается, по мере потепления планеты химическое выветривание горных пород усиливается, что приводит к удалению большего количества $C O_{2}$ из атмосферы, что приводит к охлаждению планеты (таким образом, замедляя скорость удаления $C O_{2}$ из системы, что приводит к потеплению планеты и так далее, в классическом механизме обратной связи). Этот $C O_{2}$ -силикатный цикл довольно сложен, и детали до сих пор не полностью поняты, но цикл, по-видимому, имеет решающее значение для долгосрочной стабилизации глобальной температуры.

Можно утверждать, что развитие животной жизни здесь, на Земле, требовало тектоники плит — для содействия биоразнообразию, для генерации магнитного поля, для стабилизации глобальной температуры и так далее. И все же в тектонике плит нет ничего неизбежного. Только Земля, насколько нам точно известно, использует этот механизм для отвода своего внутреннего тепла. Возможно, этот процесс редок, и на других планетах отсутствует животная жизнь, потому что у них нет тектоники плит.

Мы не знаем, как часто будет происходить тектоника плит, потому что у нас нет хорошей общей теории этого процесса. Тип вопросов, которые можно было бы задать — Как зависит существование тектоники плит от массы планеты? Как оно зависит от химического состава мантии? — на них нельзя ответить с помощью современных моделей, поэтому нелегко дать хорошую оценку того, сколько планет может развить и поддерживать тектонику плит. В отсутствие точных фактов, как из эксперимента, так и из теории, можно спорить в обе стороны. Некоторые ученые считают, что титаническое столкновение, сформировавшее Луну, заложило семена, из которых развилась тектоника плит; в этом случае тектоника плит может быть редкой. С другой стороны, основные условия для тектоники плит кажутся относительно простыми: планета должна иметь тонкую кору, плавающую поверх горячей, жидкой области, подвергающейся конвекции из-за поднимающегося тепла от ядра. Возможно, водные океаны также необходимы для «смягчения» коры и обеспечения субдукции. Такие условия, вероятно, не редки. Редки, возможно, но не очень редки. Другими словами, мы просто не знаем, является ли тектоника плит распространенным явлением.

Даже если тектоника плит редка, обязательно ли из этого следует, что животная жизнь редка? Хотя тектоника плит, по-видимому, сыграла (и продолжает играть) благоприятную роль в развитии жизни на Земле, является ли она единственным механизмом, который может обеспечить эти преимущества? Тектоника плит — чрезвычайно сложный процесс; само существование $C O_{2}$ -силикатного цикла стало известно лишь несколько десятилетий назад. В таких случаях, когда научное понимание все еще находится в зачаточном состоянии, часто оказывается, что существует более одного способа решения проблемы. Возможно, прямо сейчас ученые планеты, вращающейся вокруг какой-нибудь безымянной звезды M-класса, восхищаются механизмом охлаждения своего мира и тем, как он почти чудесным образом стабилизирует их глобальную среду. Мое предположение таково, что, как и многие факторы, которые мы обсуждали, возможная редкость тектоники плит сама по себе недостаточна для ответа на парадокс Ферми. Но это может быть еще одним фактором, делающим менее вероятным развитие внеземных цивилизаций на других планетах.

Решение 63

Луна уникальна

Как королева выходит одинокая Луна.

Джордж Кроли, Диана

В последний раз, когда я проверял, астрономы обнаружили 173 естественных спутника, вращающихся вокруг восьми планет Солнечной системы. (С тех пор как я написал первое издание этой книги, было открыто более ста лун. С другой стороны, количество планет уменьшилось на одну: в 2006 году Плутон был переклассифицирован в транснептуновую карликовую планету или плутоид.) Учитывая значительное количество планетарных спутников, существующих в Солнечной системе, кажется абсурдным предполагать, что наша Луна уникальна, тем более что она имеет какое-либо отношение к парадоксу Ферми. Тем не менее, на протяжении десятилетий у людей было навязчивое подозрение, что Луна — это то, что делает Землю особенной. Здесь уместны три вопроса. Во-первых, в чем необычность Луны? Во-вторых, насколько вероятно существование спутников, подобных земному, в других планетных системах? В-третьих, каким образом существование Луны могло быть необходимо для развития разумной жизни?

Ну, начиная с первого вопроса, Луна необычна тем, что она большая. Действительно, Земля уникальна тем, что обладает таким большим спутником. Заметьте, наша Луна не самая большая луна в Солнечной системе. Эта честь принадлежит Ганимеду, одной из лун Юпитера. Два других спутника Юпитера — Каллисто и Ио — также немного больше Луны; как и Титан, одна из лун Сатурна. Но Ганимед, Каллисто, Ио и Титан вращаются вокруг планет-гигантов. По сравнению со своими родительскими телами эти спутники — как пылинки. Наша Луна, с другой стороны, велика по сравнению с Землей: она имеет $1/81$ массы нашей планеты. Систему Земля-Луна справедливо называют «двойной планетой». И, переходя ко второму вопросу, двойные планеты могут быть редки.

Чтобы оценить редкость «двойных планет», нам нужно понять, как сформировалась Луна. В течение многих лет формирование Луны было одной из давних проблем планетологии. Было предложено несколько механизмов, включая совместную аккрецию (при которой Земля и Луна сформировались одновременно из газа и пыли солнечной туманности), деление (при котором Земля сформировалась первой, но вращалась так быстро, что большой кусок материала оторвался и сформировал Луну) и захват (при котором два объекта сформировались в разных местах солнечной туманности, а затем Луна оказалась захваченной на орбиту после того, как подошла слишком близко к Земле). Все эти механизмы испытывали трудности в объяснении нескольких важных особенностей системы Земля-Луна, но была надежда, что анализ лунных пород, доставленных миссиями «Аполлон», подтвердит один из них. Вместо этого стало ясно, что ни одна из этих идей не работает. Нужна была новая теория формирования Луны.

В 1975 году две группы независимо друг от друга предложили гипотезу столкновения для объяснения происхождения Луны. Они постулировали, что объект размером с Марс, которому с тех пор дали имя Тейя, ударил по молодой Земле под углом. Невообразимо сильное столкновение выбросило смесь земного материала и материала ударника на орбиту вокруг Земли, и этот материал быстро сконденсировался, образовав Луну. Теперь ученые не любят прибегать к катастрофическим событиям для объяснения своих наблюдений, но мы знаем, что Земля на протяжении своей истории подвергалась ударам различных объектов; и осевые наклоны планет предполагают, что действительно сильные столкновения не были редкостью в ранней Солнечной системе. Столкновение с объектом, таким как Тейя, безусловно, было бы возможно.

Рис. 5.14 Восход Земли, видимый из района Моря Смита на Луне. Фотография была сделана 20 июля 1969 года во время миссии «Аполлон-11». (Автор: НАСА)

Следует признать, что детали столкновения все еще оспариваются. Рассмотрим, например, тот факт, что лунные породы, доставленные миссиями «Аполлон», имеют точно такое же соотношение трех различных изотопов кислорода $(^{16} O,^{17} O$ и $^{18} O$ ), какое обнаруживается в земных породах; марсианские породы и метеориты показывают иное изотопное соотношение. Аналогично, соотношение двух изотопов титана $(^{47} T i$ и $^{50} T i$ ) идентично в земных и лунных породах и отличается от всех остальных мест в Солнечной системе. Это довольно загадочно в сценарии гигантского столкновения, потому что большая часть вещества Луны должна была поступить от Тейи, которая вряд ли имела такой же изотопный состав, как Земля. Еще одна проблема со сценарием Тейи заключается в том, что столкновение должно было создать поверхностный океан магмы — однако нет никаких доказательств того, что Земля когда-либо обладала магматическим океаном. Тем не менее, столкновение между Землей и Тейей является в настоящее время принятой гипотезой происхождения Луны.

Рис. 5.15 Земля и Луна: двойная планета. (Автор: ESA/AOES Medialab)

Если наша Луна действительно была следствием гигантского столкновения, то уникальность двойной планеты Земля-Луна в нашей Солнечной системе не должна вызывать особого удивления. Хотя сильные столкновения в ранней Солнечной системе были обычным явлением, катастрофические столкновения, формирующие луны, могли быть редкостью. Возможно, молодым Меркурию, Венере и Марсу просто посчастливилось увернуться от более крупных снарядов. Или, возможно, они были поражены, но пережили столкновение «не того типа» или на неправильной стадии развития. Столкновение, сформировавшее Луну, произошло в критический момент. Если бы оно произошло намного раньше, когда Земля была менее массивной, то большая часть обломков от столкновения оказалась бы в космосе, и Луна была бы небольшим объектом. Если бы столкновение произошло намного позже, то Земля была бы более массивной, и ее большая поверхностная гравитация помешала бы выбросу достаточной массы для формирования большой Луны. В то время как первоначальные сценарии формирования Луны подразумевали, что наша Луна была почти естественным побочным продуктом планетарного формирования, гипотеза столкновения намекает на то, что система Земля-Луна может быть исключительной. Представьте себе совокупность первичных звездных туманностей, каждая из которых идентична туманности, из которой сформировалась наша Солнечная система. Возможно, только 1 из 10, или 1 из 100, или 1 из 1000 породила бы землеподобную планету с Луной такой же большой, как наша. Возможно, эта цифра составляет 1 к 1 000 000. Мы понятия не имеем — и потребуются огромные успехи в наблюдательной астрономии, прежде чем мы сможем обнаружить, обладают ли внесолнечные земные планеты спутниками такими же большими, как Луна. С нашими нынешними знаниями вполне возможно полагать, что Земля необычна тем, что обладает таким большим спутником.

Даже если Луна редка, ну и что? Если бы Земля была безлунной, то поэты на протяжении веков потеряли бы источник вдохновения. Возможно, научное развитие человечества пострадало бы, поскольку исторически Луна играла большую роль в продвижении нашего понимания астрономии. Но была ли бы сама жизнь действительно какой-то другой?

Луна для Венеры? Предполагалось, что у Венеры когда-то был большой спутник, который сформировался так же, как Луна, но следовал по ретроградной орбите: другими словами, он вращался вокруг Венеры в «неправильном» направлении. Такая орбита, безусловно, могла бы возникнуть, если бы спутник был создан в результате столкновения. Однако, в то время как приливные силы заставляют нашу Луну удаляться от Земли, в случае ретроградной орбиты эти силы действовали бы в противоположном направлении. Спутник на ретроградной орбите движется к планете и в конечном итоге разрушается. Такова судьба Тритона, самого большого из спутников Нептуна.

Есть несколько способов, которыми Луна оказывала или действительно продолжает оказывать влияние на Землю. Например, Луна вызывает океанские приливы. Вскоре после того, как Луна сформировалась, она была гораздо ближе к Земле, чем сейчас, поэтому приливы 4 миллиарда лет назад были бы огромными — рай для серферов. Было высказано предположение, что эти большие приливы были фактором зарождения жизни, возможно, действуя как гигантский смеситель первичного бульона и создавая богатые питательными веществами водоемы, где могла зародиться жизнь. Даже без Луны у нас все равно были бы океанские приливы: Солнце вызывает приливы примерно вдвое меньше нынешних лунных приливов. Однако мы бы упустили сизигийные и квадратурные приливы, которые зависят от относительного положения Солнца и Луны.

Более тонкий лунный приливный эффект возникает из-за его влияния на земную кору. Эффект гравитации Луны мог усилить вулканическую активность на Земле и увеличить дрейф континентов. Так что возможно, хотя и не точно, что безлунная Земля была бы менее геологически активной; атмосфера Земли, образовавшаяся в результате вулканической дегазации, могла бы занять гораздо больше времени, чтобы достичь стадии, на которой могла бы возникнуть жизнь. Мы обсуждали важность тектоники плит в Решении 62.

Однако наиболее важным эффектом, который следует рассмотреть, является то, как Луна влияет на наклон оси вращения Земли. Восемь планет вращаются вокруг Солнца в одной плоскости или вблизи нее; наклон оси вращения — или осевой наклон — планеты — это угол наклона ее экватора к этой орбитальной плоскости. Наклон оси вращения Земли в 23,5° приводит к приятным временам года, которыми мы наслаждаемся. Другим планетам повезло меньше. У Меркурия наклон оси вращения 0°, поэтому его экваториальные области напоминают ад. Жизнь, какой мы ее знаем, не могла бы выжить. (Интересно, что наблюдатель на любом из полюсов Меркурия увидел бы Солнце всегда на горизонте. Относительно мало солнечной энергии может быть поглощено на полюсах, и действительно, полярные области Меркурия покрыты льдом.) Уран, имеющий наклон оси вращения 98°, почти лежит на боку. Один полюс получает солнечный свет в течение половины уранианского года, в то время как другой полюс находится в темноте. Опять же, это менее чем идеальные условия для жизни. Земля — с нашей предвзятой точки зрения — кажется «в самый раз».

Событие столкновения, сформировавшее Луну, привело бы к смещению оси вращения Земли от ее первоначального положения. Что еще более важно, как показали компьютерные симуляции, Луна играет роль в стабилизации осевого наклона Земли на протяжении многих миллионов лет. Это важно, потому что даже небольшие изменения наклона оси вращения могут вызвать резкие изменения климата планеты. Например, наклон оси вращения Земли колеблется примерно на ±1,5° с периодом колебаний 41 000 лет. Это лишь небольшое изменение, но оно, по-видимому, связано с чередой ледниковых периодов, которые Земля пережила за последние несколько миллионов лет. У Марса нет стабилизирующего влияния на его наклон оси вращения (Фобос и Деймос — всего лишь валуны, с недостаточной массой, чтобы оказать какое-либо влияние), поэтому, хотя осевой наклон Марса в настоящее время составляет 25°, это значение колеблется от 15° до 35° с периодом 100 000 лет. Расчеты показывают, что в более длительных временных масштабах наклон оси вращения Марса изменяется хаотически: за последние 10 миллионов лет он мог варьироваться от 0° до 60°. Наклон оси вращения Земли, без стабилизирующей Луны, также блуждал бы хаотически — до значений 90°. Даже объект с половиной массы Луны, который был бы относительно большим спутником, имел бы недостаточную массу для стабилизации наклона Земли. Нашей родной планете требуется большой спутник, чтобы предотвратить блуждание ее наклона оси вращения и изменение климата от одной крайности к другой. (Ситуация, однако, более тонкая, чем это, как мы обсудим в Решении 74.)

Рис. 5.16 Наклон оси вращения Земли — ее наклон относительно плоскости эклиптики (другими словами, плоскости ее орбиты вокруг Солнца) — порождает времена года. Для таких планет, как Земля, которая имеет «умеренный» наклон оси вращения, большая часть солнечной энергии падает в экваториальные области, где полуденное Солнце всегда высоко в небе. Полярные области находятся в постоянном освещении в течение 6 месяцев, но также и в постоянной темноте в течение 6 месяцев; даже когда Солнце находится в небе, оно никогда не бывает выше, чем позволяет наклон оси вращения (23,5° в случае Земли), поэтому земля никогда не нагревается очень сильно солнечным светом. Таким образом, полярные области холодные, а экваториальные — жаркие. (Диаграмма не в масштабе.)

Жизнь на Земле хорошо адаптировалась к изменениям климата в прошлом, но трудно представить, как могли бы процветать развитые наземные животные, если бы здесь повторилась марсианская схема изменений наклона оси вращения. Жизнь на Земле, безусловно, не развилась бы в те формы, которые мы видим сегодня. В приведенном выше обсуждении много «если», «но» и «возможно». Мы не знаем, необходим ли большой спутник для того, чтобы планета стала подходящим домом для сложных форм жизни. Наш эгоцентричный взгляд неизбежно предвзят. Мы считаем, что Луна была полезна для развития жизни здесь, но мы не знаем, была ли бы жизнь невозможна без нее. Возможно, если бы мы жили на безлунном мире, мы были бы благодарны, глядя вверх и не видя огромного куска скалы, висящего в небе. И все же это навязчивое подозрение остается. Возможно, двойные планеты, такие как наша система Земля-Луна, необходимы для жизни по ряду причин. И все же они, похоже, формируются в результате случайных событий. Возможно, уникальность нашего спутника объясняет, почему мы одиноки. Возможно, в этом и заключается трагедия Луны.

Решение 64

Зарождение жизни редко

Решение проблемы жизни видится в исчезновении проблемы.

Людвиг Витгенштейн, Логико-философский трактат

Ответ Харта на вопрос Ферми (см. Решение 50) заключался в том, что зарождение жизни почти чудесным образом редко. С практической точки зрения, мы одни: Земля обладает единственной разумной жизнью — единственной жизнью — в видимой части бесконечной вселенной. Это чудо теряет часть своего блеска в бесконечной вселенной, поскольку в этом случае бесконечное число планет обладает разумными формами жизни. Однако довольно трудно принять идею бесконечной вселенной с бесконечным числом обитаемых планет, не в последнюю очередь потому, что существовало бы бесконечное число вас и меня, размышляющих над вопросом Ферми. Это трудно принять. Не можем ли мы вместо этого принять часть идеи Харта? Можем ли мы отказаться от астрономического понятия бесконечной вселенной и рассуждать исключительно с точки зрения биологии? Возможно, жизнь — это не чудо, но тем не менее возникает лишь редко. Возможно, вселенная кажется стерильной, потому что — за исключением земного острова жизни — она и есть стерильна.

Абиогенез — процесс, посредством которого неживая материя порождает жизнь — может быть редким; а может и нет. Ученые в настоящее время не знают, как возникла жизнь, и поэтому никто не может надежно оценить вероятность того, что материя сделает шаг от неодушевленного к одушевленному. Сама по себе невероятность абиогенеза может действительно разрешить парадокс Ферми; или может оказаться, что землеподобные миры почти всегда развивают жизнь. Биологи добились успехов в последние десятилетия в попытках понять происхождение жизни, поэтому, хотя остаются два диаметрально противоположных мнения (как это обычно бывает с любым аспектом парадокса Ферми), с одной группой, утверждающей, что Природе трудно создать жизнь, и другой группой, утверждающей, что жизнь почти наверняка появится, как только позволят планетарные условия, мы можем надеяться, что вопрос будет решен до того, как пройдет еще много десятилетий. Тем временем стоит рассмотреть достоинства обеих позиций, чтобы увидеть, какой свет это проливает на парадокс Ферми. Однако сначала нам нужно сделать длинное отступление и рассмотреть, что мы подразумеваем под «жизнью» и как жизнь на Земле могла возникнуть.

Что такое жизнь?

В школе мой учитель всегда мог найти лазейки в попытках нашего научного класса дать определение жизни. Он указывал, что, согласно некоторым из наших определений, огонь жив (поскольку он растет, воспроизводит себя и так далее). С другой стороны, согласно нашим определениям, мул не жив (поскольку он не может воспроизводить себя). Для целей этого раздела я попробую представить другое определение земной жизни. Мой старый учитель, вероятно, все еще мог бы найти несколько лазеек в определении, и в любом случае определение может быть неуместным в будущем. (Через десять лет, возможно, ученые разработают самосознающий компьютер. Будет ли компьютер жив? Или через столетие, возможно, исследователь миссии Альтаира обнаружит дурно пахнущий розовый кристалл, который каждое утро превращается в слизь, цепляясь за борта космического корабля и поедая металл. Жива ли эта слизь? В обоих случаях, согласно моему определению, ответ был бы «нет» — хотя, возможно, ответ должен быть «да». Однако нам нужно с чего-то начать, и приведенное ниже определение, по крайней мере, составляет основу для обсуждения.)

Я определяю нечто как живое, если оно обладает следующими четырьмя свойствами.

Во-первых, живой объект должен состоять из клеток. Каждое живое существо на Земле состоит либо из одной клетки, либо из совокупности клеток. Если бы мы знали, как возникли клетки, то мы вполне могли бы быть на пути к пониманию того, как возникла сама жизнь.

Существуют два совершенно разных типа клеток: прокариоты и эукариоты. Прокариотические клетки лишены центрального ядра. Они простые, маленькие и существуют в различных типах. Прокариотические организмы чрезвычайно успешны, в значительной степени потому, что их простота означает, что они могут быстро размножаться. Относительно недавнее и глубокое открытие заключается в том, что существуют два разных типа прокариот: археи и эубактерии — или «настоящие» бактерии (или, как я буду писать для простоты, просто бактерии). Рисунок 5.17 иллюстрирует некоторые типичные археи. Два типа прокариотических клеток, по-видимому, не имеют значительно более тесной связи друг с другом, чем с эукариотическими клетками. Эукариотические клетки намного сложнее прокариотических; внутри внешней мембраны находится огромный набор биохимических механизмов и ядро, заключенное в собственные ядерные мембраны. Эта сложность требует, чтобы эукариотические клетки обычно имели в 10 000 раз больший объем, чем прокариотические клетки. Эукариоты способны собираться, образуя сложные многоклеточные организмы — растения, грибы и животных. Таким образом, в живом мире существует три домена: археи, бактерии и эукарии. По этому определению вирусы и прионы неживые.

Рис. 5.17 Четыре различных типа архей. Вверху слева: Nanoarcheum equitans. Этот организм был обнаружен в гидротермальном источнике у побережья Исландии и процветает при температурах 80°. Его клетки невероятно малы — всего 400 нм в диаметре. (Авторы: Р. Рэйчел и Х. Хубер) Вверху справа: Methanococcus maripaludis. Этот архей процветает в относительно умеренных условиях, но кислород для него ядовит. (Авторы: С.И. Айзава и К. Учида) Внизу слева: Thermococcus gammatolerans. Это самый устойчивый к радиации организм, известный науке. Он процветает при температурах от 55 до 95°C. (Автор: А. Тапиас) Внизу справа: Haloquadratum walsbyi. Этот архей процветает в чрезвычайно соленых средах и уникален тем, что имеет квадратную форму клетки. (Авторы: М.А.Ф. Нур, Р.С. Парнелл и Б.С. Грант)

Рис. 5.18 Сильно упрощенная схема древа жизни. Древо содержит три домена: археи, бактерии и эукариоты. Домен эукариот включает знакомые царства животных, растений и грибов. На такой диаграмме Homo sapiens выглядел бы как один листок среди бесчисленного множества других листьев. Диаграмму не следует воспринимать слишком буквально, но она показывает, что жизнь на Земле обладает огромным единством. (Автор: Мадлен Прайс Болл)

Во-вторых, живой объект должен обладать метаболизмом. Метаболизмом мы называем совокупность процессов, позволяющих клетке или совокупности клеток получать энергию и материалы, преобразовывать их для своих нужд и выделять продукты жизнедеятельности. Другими словами, все живые организмы нуждаются в каком-либо виде пищи, и все живые организмы производят отходы. (У огня есть метаболизм, как отметил бы мой старый учитель естествознания, но мы не должны считать огонь живым, так как он не соответствует другим критериям.) Метаболизм происходит благодаря каталитическому действию ферментов: без ферментов различные биохимические реакции, происходящие в клетках, просто не могли бы идти. В свою очередь, ферменты состоят из белков. Поэтому белки являются жизненно важным компонентом жизни, по крайней мере, здесь, на Земле. Как мы увидим позже, инструкции по созданию различных белков, необходимых для существования клетки, содержатся в ее дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК), в то время как биохимический аппарат синтеза белка основан на ее рибонуклеиновой кислоте (РНК). В краткой форме: ДНК создает РНК, РНК создает белки.

В-третьих, живой объект может размножаться или происходит от объектов, которые могли размножаться. Клетки могут размножаться либо поодиночке, либо половыми парами, и механизмом размножения является ДНК. Таким образом, очевидно, что ДНК играет центральную роль в живых организмах — насколько центральную, мы скоро выясним. Обратите внимание, что кристаллические структуры могут воспроизводиться; однако им не хватает вариативности, которая возникает при размножении живых организмов. Репликация, а не размножение, является лучшим термином для роста кристаллов, и, конечно, нам не нужно считать кристаллы живыми. С другой стороны, мулы и другие стерильные организмы произошли от существ, которые могли размножаться, и поэтому нам не нужно классифицировать мулов как неживых.

В-четвертых, жизнь эволюционирует. Дарвиновская эволюция — естественный отбор, действующий на наследственную изменчивость — является ключевым аспектом жизни.

Этих четырех свойств — клетки, метаболизм, размножение и эволюция — достаточно, чтобы на них основывать обсуждение жизни, даже если само определение можно было бы улучшить. Теперь мы можем задать вопрос: как зародилась жизнь?

Как зародилась жизнь?

Стоит сразу заявить, что никто не знает, как началась жизнь. Тем не менее, в последние годы был достигнут огромный прогресс в двух направлениях: с одной стороны, отслеживание родословной жизни как можно дальше в прошлое, а с другой — попытка понять химические пути, которые могли привести к самым ранним формам жизни. (Существуют и другие многообещающие подходы к проблеме абиогенеза, но недостаток места не позволяет нам их обсудить.)

Метод поиска происхождения жизни «сверху вниз» — это поиск LUCA (Last Universal Common Ancestor, Последнего универсального общего предка) — самого последнего организма, от которого вся существующая жизнь должна была унаследовать свои общие биохимические структуры. То, что жизнь происходит от LUCA, а не из множества источников, кажется весьма вероятным, поскольку существует огромное единство земной жизни: все организмы, за редкими исключениями, используют один и тот же генетический код, который позволяет последовательности ДНК определять полипептид; все организмы используют ДНК для переноса генетической информации; и так далее. Если LUCA был достаточно прост, если он существовал на очень ранней стадии истории Земли — и если мы сможем детально понять LUCA — тогда мы могли бы вывести, как он возник. К сожалению, биологи могут продвинуть этот подход лишь до определенного предела. Одна из часто рисуемых картин заключается в том, что LUCA уже был сложным организмом, который значительно эволюционировал со времени первого возникновения жизни, прежде чем разделился на домены архей и бактерий. Позже, согласно этой картине, эукариотический домен отделился от архей. Формирование сложной эукариотической клетки, вероятно, произошло, когда один прокариот «съел» другого (или, в зависимости от вашей точки зрения, один прокариот «заразил» другого — с такого расстояния трудно различить эти два случая). Такая договоренность, должно быть, приносила пользу обеим сторонам, и внутренние бактерии (были ли они изначально пищей или паразитами) передавались из поколения в поколение. Эта картина достаточно сложна, но поскольку многочисленные биохимические лаборатории мира почти ежедневно открывают новую информацию, картина становится еще более запутанной. Обычно мы думаем, что генетическая информация передается только вертикально — от родителя к ребенку. В начале истории жизни, однако, горизонтальный перенос генов между различными типами организмов, по-видимому, происходил часто. Этот горизонтальный перенос генетической информации означает, что простые линии происхождения запутываются.

Вместо того, чтобы увязнуть в деталях LUCA, мы можем рассмотреть подход «снизу вверх» к вопросу происхождения жизни. Мы можем спросить: как возникли универсальные химические вещества жизни — нуклеиновые кислоты и белки? Если мы сможем это понять, то, возможно, сможем заполнить пробел между подходами «снизу вверх» и «сверху вниз». Возможно, мы сможем понять, как неодушевленная материя стала живой.

Нуклеиновые кислоты

Если какая-либо молекула заслуживает звания «молекулы жизни», то это, безусловно, должна быть дезоксирибонуклеиновая кислота ³⁴⁴ — ДНК. Согласно определению, представленному ранее, два ключевых аспекта жизни заключаются в том, что она обладает метаболизмом и передает информацию через процесс размножения. Молекула ДНК является центральной для обоих этих аспектов. Ее роль в синтезе белков, которые, в свою очередь, обеспечивают метаболизм, описана ниже. Здесь давайте сосредоточимся на репродуктивном аспекте и кратко рассмотрим, как ДНК может реплицировать себя, обеспечивая при этом достаточное разнообразие, на которое может действовать естественный отбор.

Молекула ДНК представляет собой полимер нуклеотидов. Нуклеотид состоит из трех частей.

Во-первых, он содержит сахар дезоксирибозу. Сахар содержит пять атомов углерода, обычно нумеруемых штрихами — от $1^{'}$ до $5^{'}$ (произносится «один штрих», «два штрих» и так далее). Сахар похож на рибозу, но ему не хватает гидроксильной молекулы в положении $2^{'}$ .

Во-вторых, он содержит фосфатную группу. Нуклеотиды могут соединяться вместе, образуя длинные цепи посредством так называемых фосфоэфирных связей — связей между фосфатной группой одного нуклеотида и сахарным компонентом следующего нуклеотида. Сахарофосфатные цепи образуют остов ДНК; в знакомом представлении ДНК как «лестничной» молекулы сахарофосфатные цепи образуют «перила» лестницы. Цепь можно удлинять неограниченно, просто присоединяя больше нуклеотидов через большее количество эфирных связей; молекула ДНК может иметь длину от примерно 100 до нескольких миллионов нуклеотидов. Независимо от того, насколько длинной становится цепь, всегда есть два конца. Один конец имеет свободную группу -OH у $3^{'}$ углерода ( $3^{'}$ конец), а другой конец имеет фосфорную кислотную группу у $5^{'}$ углерода ( $5^{'}$ конец).

Рис. 5.19 Структура двойной спирали ДНК показана здесь в виде компьютерной иллюстрации. (Автор: Национальный институт исследований генома человека)

В-третьих, он содержит пару азотистых оснований. Они образуют «ступени» лестницы ДНК. Основание связано с сахаром дезоксирибозой у $1^{'}$ углерода. Основанием может быть либо один из пуринов, аденин (А) или гуанин (Г), либо один из пиримидинов, цитозин (Ц) или тимин (Т). Биохимики представляют нуклеотид как последовательность в цепи, начиная с $5^{'}$ -конца и определяя основания в том порядке, в котором они связаны; таким образом, типичную последовательность ДНК можно записать как -Г-Ц-Т-Т-А-Г-Г-.

Одним из ключевых достижений науки $2 0-^{го}$ века стало осознание того, что ДНК в ядерном материале клеток имеет две нити, скрученные друг вокруг друга, образуя двойную спираль, так что одна нить всегда связана с комплементарной нитью. Основание Г всегда находится напротив основания Ц, основание Т всегда находится напротив основания А. Эта комплементарность возникает потому, что только эти комбинации пар оснований могут образовывать между собой водородные связи и удерживать две нити вместе. Отдельная водородная связь слаба, но обычная молекула ДНК содержит так много пар оснований, что две нити крепко удерживаются вместе. Эта комплементарность также означает, что вся информация содержится в одной нити ДНК — и допускает возможность репликации и размножения. (До недавнего времени практически вся земная жизнь, когда-либо существовавшая, имела свою биологическую информацию, закодированную четырьмя буквами, двумя парами оснований: Г и Ц; Т и А. На момент написания этой статьи биологи объявили о создании полусинтетических бактерий, чья сконструированная ДНК содержит две дополнительные буквы,345 X и Y. Другими словами, у этих модифицированных клеток E. coli есть третья пара оснований — эти клетки представляют собой новый тип жизни. Кто знает, куда нас приведут достижения синтетической биологии?)

Рис. 5.20 Остов молекулы ДНК состоит из длинных цепей сахара дезоксирибозы и фосфатных групп. Азотистые основания в каждой спирали образуют связи, но они должны подчиняться правилам спаривания: аденин напротив тимина, а цитозин напротив гуанина. (Автор: Национальный институт исследований генома человека)

Процесс репликации ДНК начинается, когда фермент под названием ДНК-геликаза частично расплетает двойную спираль в области, известной как репликационная вилка. В репликационной вилке находятся две нити ДНК, одна из которых является матричной нитью. Когда основания теперь открыты, фермент, называемый ДНК-полимеразой, занимает позицию и начинает синтез нити ДНК, комплементарной матрице. Фермент считывает последовательность оснований на матричной нити в направлении от $3^{'}$ -конца к $5^{'}$ -концу и добавляет нуклеотиды к комплементарной нити по одному — всегда Г к Ц и А к Т. (Таким образом, последовательность на матричной нити -Г-Ц-Т-Т-А-Г-Г- станет -Ц-Г-А-А-Т-Ц-Ц- на синтезированной комплементарной нити, которая растет в направлении от $5^{'}$ к $3^{'}$ .) В конечном итоге образуется полная комплементарная нить; ДНК-полимераза катализирует образование водородных связей между нуклеотидами на двух нитях, и может образоваться новая двойная спираль. Пока весь этот процесс происходит, довольно более сложный процесс производит новую нить, комплементарную другой исходной нити (или отстающей нити). Чистый результат — создание двух идентичных копий исходной двойной спирали ДНК, и каждая новая спираль содержит одну нить исходной. У нас есть механизм репликации.

Рис. 5.21 Специфическое спаривание нуклеотидных оснований — А с Т, Ц с Г — позволяет ДНК реплицироваться; это основа наследственности. Когда двухцепочечная молекула ДНК реплицируется, две цепи разделяются в репликационной вилке. Ферменты (не показаны) затем добавляют новые основания к двум цепям, следуя правилам спаривания. В результате получаются две молекулы, обе идентичные исходной. (Автор: Мадлен Прайс Болл)

Описанный выше процесс представляет собой упрощенную версию того, что происходит на самом деле. Один из аспектов, который я опустил, — это роль РНК в репликации ДНК. Рибонуклеиновая кислота — это другой основной тип нуклеиновой кислоты, и она также выполняет ключевые функции для жизни на Земле. Между ДНК и РНК существует несколько различий. Структурное различие заключается в том, что РНК обычно появляется в клетках в виде одиночной цепи нуклеотидов, а не в виде двойной спирали ДНК; Молекулы РНК также обычно меньше молекул ДНК. Существуют также два химических различия между молекулами. Во-первых, нуклеотиды РНК содержат сахар рибозу, а не дезоксирибозу (отсюда разница в названиях двух молекул). Во-вторых, РНК использует основание урацил (У) вместо тимина. Существует также основное функциональное различие между двумя кислотами: ДНК существует исключительно для хранения генетической информации в последовательности своих нуклеотидных оснований, тогда как молекулы РНК выполняют действия. Существует несколько типов РНК, каждый из которых выполняет разные задачи, и ниже мы рассмотрим три из них — матричную РНК (мРНК), рибосомную РНК (рРНК) и транспортную РНК (тРНК).

Способность ДНК к репликации — это секрет способности жизни к воспроизводству. Эта способность объясняет, почему потомство похоже на родителей: змеи порождают змей, дятлы порождают дятлов, люди порождают людей. Но для того, чтобы жизнь эволюционировала и виды превращались в другие виды, наследственность должна быть несовершенной. Должна быть некоторая вариация среди потомства: естественный отбор не может адаптировать то, что не изменяется. К счастью, вариации могут возникать при репликации ДНК. Время от времени происходит мутация: происходит изменение в последовательности нуклеотидных оснований. Эти мутации происходят случайным образом из-за радиационного повреждения, химических агентов и просто из-за ошибок в процессе репликации ДНК. (Частота мутаций удивительно мала благодаря различным проверкам, которые происходят при репликации ДНК. После первой стадии репликации есть две стадии исправления ошибок: корректура и исправление несоответствий. Эти дополнительные стадии минимизируют частоту ошибок до 1 на $1 0^{9}$ .) Если ошибка происходит в части ДНК, кодирующей белок (подробнее об этом ниже), то мутировавшая ДНК будет производить другой белок. Обычно мутация будет вредной или, по крайней мере, нейтральной. Однако иногда новый белок будет лучше выполнять задачу, чем исходный белок, и мутация будет полезна для организма (и, возможно, увеличит вероятность выживания организма и, таким образом, благодаря увеличению числа потомков, его собственного дальнейшего существования). Мутации дают естественному отбору материал для работы.

Если бы все, что делали нуклеиновые кислоты, — это репликация, то они были бы лишь незначительно интереснее самореплицирующихся кристаллов. Хотя ДНК может хранить генетическую информацию, она была бы мало полезна, если бы информация не извлекалась и не использовалась. Это было бы похоже на публичную библиотеку, забитую книгами, но никому не разрешалось бы читать ни один из томов. Что делает нуклеиновые кислоты такими увлекательными, так это то, что они кодируют и конструируют белки. А белки — это то, что делает жизнь такой интересной. Белки позволяют жизни действовать.

Белки

Белки — это сложные макромолекулы, обладающие огромной универсальностью. Они функционируют как ферменты (которые делают возможным метаболизм клетки), они действуют как гормоны (таким образом, обеспечивая регуляторную функцию; инсулин — распространенный пример), и они обеспечивают структуру (наши ногти, волосы, мышцы и хрусталики глаз — все это белки).

Белок представляет собой длинную последовательность аминокислот, свернутую в трехмерную структуру. Определенная последовательность аминокислот сворачивается в определенную структуру. Измените последовательность, и вы измените способ сворачивания белка и, следовательно, задачу, которую белок может выполнять, поскольку биохимическая задача, которую может выполнять белок, критически зависит от его формы в трех измерениях. Белки используют двадцать различных аминокислот. Природа содержит много других аминокислот, и некоторые из них важны в биологии, но белки используют только двадцать. Все аминокислоты имеют общую структуру: аминогруппу $(H_{2} N)$ , остаток или R-группу (CHR) и карбоксильную группу (COOH). Общая структура записывается как $H_{2} N - C H R - COO H$ , и цепь образуется путем связывания аминоконца с карбоксильным концом пептидными связями. (Цепь аминокислот, таким образом, называется полипептидом; белок — это просто один или несколько полипептидов.) Что делает каждую аминокислоту уникальной, так это боковая цепь R: разные аминокислоты имеют разные R-группы и, следовательно, обладают разными свойствами. Например, некоторые боковые цепи создают гидрофобную аминокислоту; такие аминокислоты имеют тенденцию скапливаться внутри белка и, таким образом, играют роль в определении трехмерной структуры молекулы. Другие боковые цепи делают аминокислоту гидрофильной — другими словами, она легко реагирует с водой.

Каждая аминокислота кодируется набором из трех нуклеотидных оснований РНК, называемым кодоном. Поскольку существует четыре основания (А, Ц, Г, У), существует $4 \times 4 \times 4 = 64$ кодонов. Теоретически, таким образом, кодоны могли бы кодировать 64 аминокислоты, и все же только 20 различных аминокислот используются в синтезе белка. Генетический код, таким образом, вырожден: 3 кодона представляют собой команду «конец цепи», а остальные 61 кодон кодируют 20 аминокислот. Другими словами, почти все аминокислоты кодируются несколькими кодонами. Например, аминокислота цистеин кодируется кодонами УГУ и УГЦ; изолейцин кодируется кодонами АУУ, АУЦ и АУА; и так далее. Генетический код по сути универсален: за редкими исключениями и без учета недавних достижений синтетической биологии, упомянутых ранее, все организмы на Земле используют его. (Означает ли универсальность генетического кода, что это единственный возможный код? Возможно, изначально существовало несколько разных кодов, и этот просто победил остальные? Если нынешняя уникальность кода означает, что он возник только один раз в истории жизни, то, возможно, разработка эффективного кода представляет собой барьер для преодоления эволюцией — один из «трудных шагов» Картера? Мы бы узнали что-то о возможности внеземной жизни, если бы смогли найти примеры развития различных генетических кодов здесь, на Земле.)

Рис. 5.22 Молекула ДНК хранит генетическую информацию и реплицирует эту информацию при делении клетки. Экспрессия этой генетической информации не происходит напрямую. Вместо этого ДНК сначала транскрибируется в РНК. Информация, хранящаяся в «четырехбуквенном» алфавите нуклеотидов (алфавит, используемый РНК), затем транслируется в «двадцатибуквенный» алфавит аминокислот (которые используются для построения белков). Центральная догма биологии, впервые сформулированная Фрэнсисом Криком, заключается в том, что поток информации следует направлению стрелок на этой диаграмме. В частности, РНК может синтезировать белки посредством трансляции, но обратная трансляция никогда не происходит.

Способ, которым клетка синтезирует белок, одновременно и удивительно прост, и изумительно сложен. Сильно упрощенная версия процесса протекает следующим образом.

Информация о том, как строить белки организма и, следовательно, сам организм, содержится в его ДНК. Итак, во-первых, когда клетка получает сигнал с просьбой произвести определенный белок (и предположим, что белок представляет собой один полипептид), двойная спираль ДНК расплетается в области кодирующей цепи. Она похожа на матричную цепь, упомянутую выше, и содержит информацию для этого конкретного белка. Область ДНК, кодирующая полипептид (или, точнее, кодирующая некоторую форму РНК), известна как ген.

Копия гена в виде мРНК изготавливается в процессе транскрипции — так называемом потому, что каждый триплет в цепи ДНК транскрибируется в соответствующий кодон в мРНК. Затем мРНК перемещается из ядерного материала в цитоплазму клетки, неся с собой информацию о последовательностях аминокислот. В цитоплазме органеллы, называемые рибосомами, берут мРНК и используют информацию, содержащуюся в последовательности кодонов, для синтеза белка, добавляя аминокислоты к растущей цепи. Этот процесс называется трансляцией, поскольку рибосома использует генетический код для перевода последовательности кодонов в последовательность аминокислот. Ключевым ингредиентом здесь является тРНК — маленькие молекулы, каждая из которых может связываться только с определенной аминокислотой. Для катализа процесса связывания требуется ряд ферментов; каждый фермент распознает одну конкретную молекулу тРНК и соответствующую аминокислоту.

Синтез белка всегда начинается с метионина (с кодоном АУГ) и продолжается до тех пор, пока рибосома не встретит один из стоп-кодонов (УАА, УАГ или УГА), после чего белок высвобождается и синтез завершается. Это дает общее представление о синтезе белка, по крайней мере, для прокариотических клеток. В эукариотических клетках процесс дополнительно усложняется наличием последовательностей ДНК, которые ничего не кодируют. В эукариотических клетках требуется дополнительный шаг для удаления этой, казалось бы, бесполезной информации. Здесь слишком мало места, чтобы углубляться в детали синтеза белка, но существует множество отличных источников346 для дальнейшего чтения, и, к счастью, нам не нужны дополнительные детали для продолжения обсуждения.

Подведем итог: ДНК хранит генетическую информацию и реплицирует информацию при делении клетки. Грязная работа по фактической экспрессии информации возложена на более универсальную РНК; используя универсальный генетический код, информация транскрибируется с ДНК на РНК, а затем транслируется в синтез белка.

Как возникли ингредиенты жизни?

Предположим на мгновение, что многочисленные сложные шаги, ведущие от первых белков и ранних нуклеиновых кислот до LUCA, если не неизбежны, то, по крайней мере, могут быть поняты с использованием хорошо известных физических и химических процессов. У нас все еще остается вопрос: как возникли первые белки и нуклеиновые кислоты? Если переход от неорганической химии к ДНК и белкам является редким явлением, то у нас есть разрешение парадокса Ферми, поскольку без этих больших молекул эволюция не может начать переход к LUCA, а затем к разнообразию жизни, которое мы видим вокруг нас. Без белков и нуклеиновых кислот жизнь, по крайней мере, в том виде, в каком мы ее знаем, не может существовать.

Основные строительные блоки жизненно важных макромолекул, по-видимому, легко синтезируются. Мы находим аминокислоты, например, как в межзвездном пространстве347, так и в лабораторных экспериментах, имитирующих химию ранней Земли.³⁴⁸ В 1953 году Стэнли Миллер провел классический эксперимент, в котором он пропустил электрический разряд через сосуд, содержащий смесь воды, метана и аммиака. Эксперимент был предназначен для исследования влияния электрических токов, проходящих через атмосферу ранней Земли. В конце своего эксперимента Миллер обнаружил в сосуде множество органических соединений. Другие ученые не согласились с выбором Миллером модели атмосферы, но результаты были неоспоримо впечатляющими. Кажется вероятным, что аминокислоты могли образоваться на Земле вскоре после остывания нашей планеты; аминокислоты — это почти неизбежность органической химии и чудесных ассоциативных свойств углерода. Аналогично, сахара, пурины и пиримидины — компоненты, из которых развиваются нуклеиновые кислоты — могут образовываться в экспериментах типа Миллера (хотя следует признать, что выходы часто низки).

Хотя детали еще предстоит определить, у нас нет веских причин предполагать, что основные химические строительные блоки, необходимые для жизни, каким-либо образом исключительно редки. Однако мы можем быть менее уверены в вероятности того, что естественные процессы успешно свяжут эти компоненты в молекулы жизни — нуклеиновые кислоты и белки. Действительно, именно в этот момент многие креационисты (и несколько ученых) утверждают, что жизнь на Земле уникальна: они утверждают, что вероятность случайного создания нуклеиновой кислоты или белка ничтожно мала.

Рассмотрим, например, сывороточный альбумин (белок среднего размера, вырабатываемый в печени и секретируемый в кровоток, где он выполняет несколько необходимых задач). Сывороточный альбумин содержит цепь из 584 аминокислот, свернутых в сферу. В нашем организме синтез молекулы находится под управлением нуклеиновых кислот. Но представьте себе время до существования ДНК, так что молекула сывороточного альбумина должна была синтезироваться путем добавления одной аминокислоты случайным образом к концу растущей цепи. Шансы ничтожно малы — всего 1 из 20584 — что случайные процессы произведут этот белок. Аналогично, «ДНК зарождения» — примитивная цепь нуклеотидов, которую некоторые ученые предложили как необходимую для зарождения жизни, — имеет низкую вероятность быть созданной случайно.³⁴⁹

Создание белка случайными процессами. Поскольку на выбор есть 20 аминокислот, на каждом шаге вероятность того, что для добавления к концу растущей цепи будет выбрана правильная аминокислота, составляет 1 к 20. Следовательно, для сывороточного альбумина, который имеет 584 аминокислоты, вероятность того, что каждая аминокислота будет выбрана в правильном порядке, составляет 1 к 20584 — что то же самое, что 1 к 10760. Это невероятно малая вероятность. По сути, нет никаких шансов, что этот белок может быть синтезирован случайным процессом, описанным выше. Даже небольшой белок, такой как цитохром с, который состоит чуть более чем из 100 аминокислот, имеет лишь 1 шанс из 10130 быть синтезированным случайным образом. Опять же, для практических целей это число неотличимо от нуля.

Начало жизни, похоже, страдает от парадокса «курицы и яйца»: ДНК содержит инструкции, необходимые для сборки аминокислот в белки, но каждая молекула ДНК требует помощи ферментов (другими словами, белков) для своего существования. ДНК создает белки, создает ДНК, создает белки… что было первым?

Хотя на первый взгляд эти критические замечания могут показаться фатальными для утверждения, что жизнь возникла случайно, биохимики добились больших успехов в их опровержении. Детали далеки от завершения, но нет оснований полагать, что проблемы непреодолимы. Начнем с комбинаторных аргументов против изначального синтеза белков: действительно, практически нет шансов, что цитохром с, например, каким-то образом случайно собрался. Но если мы допустим период пребиотической молекулярной эволюции, то белки могли быть синтезированы благодаря действию случая.

Например, представьте себе озеро где-то на еще молодой Земле. Предположим, что в этом озере было всего 10 различных аминокислот, способных образовывать пептиды; и предположим, что пептид длиной 20 аминокислот проявлял некоторую каталитическую функцию, делающую его предпочтительным для естественного отбора. Тогда Природе нужно было перепробовать всего 10²⁰ комбинаций, чтобы наткнуться на этот пептид — все еще огромное число, но число, которое вполне могло уместиться в доступные временные рамки. Как только пептид был создан, естественный отбор обеспечил бы увеличение количества пептида в озере. Предположим, что в озере было создано 1000 различных «полезных» пептидов, каждый длиной 20 аминокислот. Если бы два таких пептида могли соединиться, образовав единую цепь, то могло бы образоваться 1 миллион различных пептидов длиной 40 аминокислот. Опять же, у Природы было бы достаточно времени, чтобы перепробовать все комбинации. Таким же образом могли быть синтезированы пептиды, содержащие 60 аминокислот, и 80, и 100… короче говоря, было время для возникновения белков в том древнем озере. И на ранней Земле были многие миллионы озер. (Конкретные возникшие белки, безусловно, были бы исторической случайностью. Перемотайте пленку истории назад, и белки, которые мы используем, могли бы быть совсем другими.)

Подобные аргументы, включающие пребиотическую молекулярную эволюцию, можно использовать для опровержения утверждения о том, что «ДНК генезиса» была чудесной случайностью. Однако такие аргументы могут быть излишними. Кажется правдоподобным, что исходной самореплицирующейся молекулой была не ДНК, а одна из разновидностей гораздо более простой молекулы РНК. Более того, РНК дает ответ на парадокс «курицы и яйца». В начале 1980-х годов Сидни Альтман и Томас Чех продемонстрировали, что некоторые типы молекул РНК также могут действовать как катализаторы; они могли играть роль ферментов. Эти РНК-ферменты — или рибозимы — привели к идее «мира РНК» — времени в ранней истории жизни, когда каталитическая РНК обеспечивала все химические реакции, необходимые для примитивных клеточных структур. В некотором смысле, ни курица, ни яйцо не появились первыми: каталитическая РНК действовала и как генетический материал, и как ферменты.350

Кажется, нет фундаментальной причины предполагать, что основные молекулы жизни не могли возникнуть в результате естественных процессов, имевших разумные шансы произойти. (Хотя, честно говоря, приходится признать, что химические пути, ведущие к первым молекулам РНК, все еще туманны. Последующая эволюция клеточных структур до LUCA столь же неясна. Существует несколько конкурирующих сценариев, каждый со своими преимуществами и недостатками. Кроме того, несколько вопросов — например, почему жизнь использует только левовращающую форму аминокислот, и является ли генетический код неизбежным или просто одним из множества возможных кодов — остаются нерешенными. Но прогресс в этих областях стремителен,351 и можно ожидать, что картина станет более ясной в течение нескольких лет. Даже если окажется, что жизнь имеет совершенно иное происхождение, чем описанное выше, — а существует несколько других конкурирующих гипотез — нас еще не принуждают к гипотезе о том, что жизнь была какой-то странной случайностью.) Однако есть еще один последний аргумент, который следует рассмотреть относительно вероятности того, что ранняя Земля была местом зарождения жизни: парадоксально, но жизнь, похоже, возникла здесь слишком легко!

Когда на Земле возникла жизнь?

Рис. 5.23 Строматолитовая формация на Багамах. Строматолиты, подобные изображенному здесь, являются древнейшими известными окаменелостями. Самые старые из них, найденные в Западной Австралии, имеют возраст 3,5 миллиарда лет. (Автор: Винсент Пуарье)

Похоже, жизнь без особых проблем возникла на Земле. Мы знаем, что наша планета сформировалась около 4,55 миллиарда лет назад. Максимум через 700 миллионов лет после образования Земли — 3,85 миллиарда лет назад — похоже, что жизнь уже эволюционировала. Мы считаем, что это так, потому что некоторые осадочные породы в Исуа, Гренландия — породы, которые являются одними из старейших на этой планете — содержат изотопы углерода в соотношении, которое является признаком биологических процессов. Интерпретация этих измерений не лишена противоречий. Возможно, что небиологические процессы могут генерировать аналогичное изотопное соотношение углерода. Тем не менее, многие биологи признают, что жизнь существовала в это время.³⁵² Самые ранние окаменелости не намного моложе пород Исуа; строматолиты — холмы, сложенные слоями цианобактерий и захваченного осадка — сохранились в виде окаменелостей в Западной Австралии. Этим строматолитам 3,5 миллиарда лет.

Поспешность, с которой возникла жизнь, почти слишком быстра для комфорта. Временной интервал, упомянутый выше для возникновения жизни, а именно 700 миллионов лет, является верхним пределом: этот временной интервал сжимается с обеих сторон. С одной стороны, предположительно существовал некоторый эволюционный процесс, приведший к формам жизни, которые могли существовать в тех древних гренландских породах; безусловно, цианобактерии древней Западной Австралии обладали биохимией столь же сложной, как и более поздние формы жизни, и эта сложность должна была развиваться со временем. (Другими словами, если бы было возможно найти еще более древние породы, то мы вполне могли бы найти свидетельства жизни в этих породах — возможно, более простые формы жизни, но тем не менее жизнь. Жизнь могла возникнуть до того, как Земле исполнилось 700 миллионов лет.) С другой стороны, жизнь, предположительно, не могла выжить в условиях, которые существовали на самой ранней Земле. Начальный период после образования Земли, примерно от 4,55 до 3,9 миллиарда лет назад, называется Гадейской эрой. Недавние исследования предполагают, что земная кора сформировалась353 всего через 160 миллионов лет после образования самой Солнечной системы. Однако, хотя существование коры, предположительно, означает, что условия на Земле не были слишком суровыми, ранняя часть Гадейской эры видела нашу планету усеянной большими быстро движущимися камнями, и некоторые из этих ударов имели бы огромную силу. Трудно осознать насилие буквально разрушившего Землю удара, который выбил материал, ставший нашей Луной. Конечно, удар должен был стерилизовать Гадейскую Землю — если какая-либо форма жизни существовала до удара, трудно представить, как она могла выжить. Таким образом, период в 700 миллионов лет, постулированный для возникновения жизни, является верхним пределом: фактический период, вероятно, был намного меньше этого.

Хотя несколько сотен миллионов лет могут показаться достаточным временем для эволюции жизни, стоит помнить, что разрыв между жизнью и нежизнью огромен, и что эволюция может быть медленным процессом. Как знаменито выразилась биолог Линн Маргулис: «Разрыв между нежизнью и бактерией намного больше, чем разрыв между бактерией и человеком». И все же этот разрыв был преодолен относительно быстро. Некоторым ученым трудно смириться с тем, что жизнь могла зародиться так рано на Земле без посторонней помощи, и они прибегли к гипотезе панспермии (см. стр. 59). Если жизнь пришла на Землю из глубин межзвездного пространства, то, предположительно, бесчисленное количество планет в Галактике было бы засеяно аналогичным образом; жизнь была бы повсюду, и парадокс Ферми остается таким же сильным, как и прежде. Однако если жизнь пришла на Землю с Марса, то это может указывать на то, что жизнь редка: эта возможность обсуждается далее в Решении 66.

Поиск жизни на других мирах

Конечно, есть прямой способ определить, может ли жизнь возникнуть в естественных условиях: мы могли бы попытаться найти ее на других планетах. Деятельность SETI — один из способов сделать это, но современная дисциплина астробиологии³⁵⁴ подчеркивает другую возможность: мы могли бы искать примитивную жизнь в других местах Солнечной системы или попытаться наблюдать биосигнатуры — молекулы или явления, указывающие на прошлое или настоящее присутствие жизни — на далеких экзопланетах. Если бы мы нашли жизнь где-нибудь еще, даже простейшего микроба, то мы, по крайней мере, знали бы, что жизнь не уникальна для Земли. Обнаружение жизни всего лишь на одном другом мире почти наверняка рассказало бы нам что-то о том, как она возникла на этом. Это также сказало бы нам что-то о вероятном распространении жизни в Галактике.

Рис. 5.24 Если под льдом Европы есть океан, то для его исследования, вероятно, будет использоваться гидробот, подобный этому художественному изображению. Ученые НАСА в настоящее время изучают детали того, как отправить гидробот на Европу, заставить его проникнуть сквозь лед и достичь океана, не внося загрязнений, а затем заставить его отправить информацию обратно на Землю. (Автор: НАСА)

Ключевым ингредиентом жизни, по-видимому, является вода: найдите воду, и есть шанс найти жизнь. Мы знаем, что в прошлом Марс почти наверняка обладал водой; так что есть шанс — каким бы отдаленным он ни был — найти ископаемые остатки прошлой марсианской жизни. Энцелад, шестой по величине спутник Сатурна, наблюдался космическим аппаратом НАСА «Кассини» как обладающий большим подповерхностным океаном³⁵⁵ жидкой воды — и луна, вероятно, также обладает источником энергии и питательными веществами. Это хорошее место для поиска жизни. Титан, самый большой спутник Сатурна, также может обладать подповерхностным океаном аммиачно-водного раствора. И два спутника Юпитера — Европа и Каллисто — потенциально могут обладать жидкой водой. Эти тела далеки от тепла Солнца, конечно, и на поверхности этих лун находятся толстые ледяные щиты, но геотермального и приливного нагрева может быть достаточно для поддержания жидкой воды глубоко под поверхностью. Эти четыре тела, возможно — просто возможно — являются домом для инопланетной жизни. Это не была бы жизнь, с которой мы могли бы общаться, но если бы мы знали, что жизнь возникла независимо в нашей Солнечной системе более одного раза, то как мы могли бы разумно утверждать, что жизнь редка во всей Галактике? Конечно, тогда миссия по исследованию этих лун — и особенно Энцелада — должна быть приоритетной. Астрономы, тем временем, настаивают на строительстве телескопов, которые могут искать биосигнатуры на планетах далеко за пределами нашей Солнечной системы. Если зарождение жизни является обычным явлением, то однажды, возможно, в не столь отдаленном будущем, наука найдет пример инопланетной жизни.

Решение 65

Зарождение жизни редко (пересмотрено)

Законы вероятности, такие верные в общем, такие ошибочные в частности…

Эдвард Гиббон, Воспоминания о моей жизни и сочинениях

Лучший способ узнать, изобилует ли жизнь во Вселенной, — это выйти и посмотреть. Если бы мы обнаружили инопланетные формы жизни на множестве экзопланет, то мы могли бы быть достаточно уверены, что абиогенез — развитие жизни из пребиотических сред — является обычным явлением. Распространенность разумных форм жизни осталась бы неизвестной, но, по крайней мере, мы бы знали, что парадокс Ферми не может быть разрешен утверждением о редкости абиогенеза. Однако трудно провести соответствующие наблюдения, и неясно, как быстро астробиологи добьются прогресса в этом отношении. Учитывая трудности наблюдения, не можем ли мы попробовать теоретический подход? К сожалению для теоретиков, нам не хватает критически важной информации: мы не знаем скорости абиогенеза в единицу времени и в единицу объема как функции пребиотических химических и физических условий. В отсутствие этой информации один из способов продолжить — использовать наши знания о том, что жизнь возникла по крайней мере один раз на ранней Земле, и использовать эти знания, чтобы попытаться оценить вероятность абиогенеза на землеподобной планете.

Если абиогенез маловероятен, то — по определению — пройдет много времени между тем, как планета достигнет условий, подходящих для жизни, и тем, как жизнь действительно разовьется. Однако на нашей планете прошел относительно короткий период времени между остыванием Земли и появлением жизни. Указывает ли поспешность, с которой клетки появились на Земле, на то, что зарождение жизни из неживой материи — это простой процесс? Можем ли мы заключить из примера Земли, что вероятность абиогенеза вряд ли мала356 — и, следовательно, что жизнь, вероятно, распространена во Вселенной? Я должен признать, что долгое время я считал, что это почти наверняка так, но является ли это разумной точкой зрения, учитывая имеющиеся у нас доказательства?

Если мы собираемся обсуждать вероятность абиогенеза, концепцию, о которой у нас крайне мало информации, то мы должны использовать правильный подход к вероятности. Существуют две системы взглядов на вероятность.

Первая — интерпретировать вероятность как частоту, с которой результат происходит при многократном повторении эксперимента. Если вы подбросите идеальную честную монету миллиард раз, то, плюс-минус несколько бросков, монета выпадет орлом полмиллиарда раз. Таким образом, вероятность выпадения орла равна 0,5. С этим все могут согласиться. Проблема этого подхода в том, что в большинстве ситуаций вы не можете повторить эксперимент. Если вас просят выступить в качестве присяжного заседателя и вы должны решить вопрос о виновности подсудимого вне всяких разумных сомнений, то вероятность становится вопросом «степени уверенности», а не частоты возникновения. Этот второй подход к вероятности — степень уверенности в исходе, а не частота, с которой исход происходит, — имеет дело с запутанными реалиями мира, в котором мы живем. Он количественно определяет степень уверенности, которую вы должны иметь в гипотезе при наличии некоторых доказательств; по мере изменения доказательств должна меняться и степень уверенности. (Знаменитого экономиста Джона Мейнарда Кейнса однажды упрекнули за то, что он изменил свое мнение по ключевым вопросам. Он вполне резонно ответил: «Когда моя информация меняется, я меняю свои выводы. А что делаете вы, сэр?»)

Уравнение, которое нам нужно использовать при обсуждении вероятности, следующее: $P (H ∣ E) = P ( E ) P ( E ∣ H ) P ( H )$ Это одно из самых важных уравнений в науке. Вполне возможно, оно даже более полезно, чем $F = ma$ или $E = m c^{2}$ . Однако, в отличие от уравнения Ньютона для второго закона движения или уравнения Эйнштейна, показывающего эквивалентность массы и энергии, это уравнение — несмотря на свою важность — как правило, неизвестно широкой аудитории. Даже некоторые ученые не до конца понимают формулу или применяют ее правильно, и тем не менее подход к вероятности, воплощенный в формуле, незаменим³⁵⁷ во всех отраслях экспериментальной науки и в медицине, технике, бизнесе, военном деле… действительно, в любой области, где приходится принимать решения на основе неполных знаний. Люди сидят в тюрьме прямо сейчас, потому что судьи и адвокаты не смогли понять это уравнение; люди умирали от рака, потому что их врачи не смогли правильно применить вероятностное мышление; эта формула имеет значение.

Формула выше является наиболее распространенным представлением теоремы Байеса, математического труда, названного в честь английского священника Томаса Байеса,358 который записал конкретное утверждение более общей теоремы в эссе, опубликованном после его смерти в 1761 году. Формула позволяет рассчитать $P (H ∣ E)$ , так называемую апостериорную вероятность гипотезы при наличии некоторых доказательств. Чтобы рассчитать эту вероятность, вам нужно знать или уметь оценить априорную вероятность $P (H)$ , правдоподобие $P (E ∣ H)$ и вероятность свидетельства $P (E)$ . Прежде чем я обсужу, какое отношение эта формула имеет к парадоксу Ферми (или, вернее, как оказалось, какое она не имеет отношения к парадоксу Ферми), мне нужно немного подробнее объяснить теорему Байеса. Если вы уже понимаете, что преподобный Байес сказал о вероятности, то смело пропустите следующие пару страниц.

Давайте рассмотрим пример рассуждений в стиле Байеса в научно-фантастическом контексте. Предположим, правительственные агенты раскрыли заговор инопланетян с целью захвата мира: инопланетные оборотни, которые могут принимать облик мужчины или женщины, смешиваются с населением. Их пока не так много — у агентов есть веские основания полагать, что только 1% населения на самом деле являются замаскированными инопланетянами. Существует приложение для определения, является ли данный человек инопланетянином, и оно эффективно: 80% инопланетян будут правильно показаны как обладающие инопланетной ДНК. Но тест не идеален: 9,6% людей ложно окажутся инопланетными самозванцами. Агент использует приложение на случайном прохожем, и приложение показывает положительный результат. Учитывая этот сценарий, какова вероятность того, что прохожий действительно инопланетянин?

Прежде чем читать дальше, подумайте над сценарием и сделайте оценку вероятности.

Если вы оценили вероятность в пределах 70%–80%, вы в хорошей компании. Исследование за исследованием показывает, что³⁵⁹ когда врачам дают эту задачу (заменив язык рака груди и маммографии на язык инопланетян и приложений для обнаружения оборотней), примерно 6 из 7 из них дают оценку в диапазоне 70%–80%. Правильный ответ — 7,76%. Другими словами, даже несмотря на то, что точность теста составляет 80%, положительный результат теста означает лишь 7,76% вероятность того, что человек является инопланетянином (или болен раком груди, если проблема сформулирована на этом языке). Если вы хотите увидеть, как складываются числа, в рамке ниже применяется формула Байеса с числами, приведенными в сценарии.

Байес и проблема оборотней. Мы хотим знать $P (H ∣ E)$ — вероятность того, что гипотеза об инопланетном оборотне верна, учитывая свидетельство положительного результата теста. Нам дана вероятность $P (E ∣ H)$ — вероятность получения положительного теста, если человек является инопланетянином, что в данном случае составляет 80%. Байес говорит нам, что мы также должны учесть $P (H)$ , то есть вероятность того, что случайно выбранный человек является инопланетянином — в данном случае 1%. Кроме того, нам также необходимо учесть $P (E)$ , то есть вероятность получения любого положительного теста — либо истинно положительного, либо ложноположительного. В данном случае вероятность истинно положительного результата составляет 1% × 80% или 0,008. Вероятность ложноположительного результата составляет 99% × 9,6% или 0,09504.

Таким образом, $P (E)$ равна 0,008 + 0,09504 или 0,10304. Подставьте эти числа в формулу Байеса, и вы обнаружите, что $P (H ∣ E) = 7, 76%$ .

Почему так много людей ошибаются в решении подобных задач? Основная причина, по-видимому, заключается в том, что они мысленно заменяют вопрос («какова вероятность того, что человек является инопланетянином, если у него положительный тест») данной информацией («какова вероятность того, что инопланетянин даст положительный результат теста»). Одно из ключевых преимуществ теоремы Байеса, помимо того, что это правильный подход к рассуждениям, заключается в том, что она напоминает нам о необходимости учитывать всю релевантную информацию при расчете вероятностей. Байес заставляет нас быть честными.

Еще один пример того, как Байес может помочь разобраться в вероятностях и подсказать, как нам нужно пересматривать наши оценки в свете меняющейся информации, — это печально известная проблема Монти Холла.³⁶⁰ Задача была вдохновлена американским телевизионным игровым шоу под названием «Давай заключим сделку», которое шло с 1963 по 1976 год. Ведущим шоу был Монти Холл.

Монти показывает вам три закрытые двери, за одной из которых находится блестящий новый Bugatti Veyron Grand Sport Vitesse; за двумя другими дверями прячутся лимоны. Вам предоставляется возможность выбрать одну из дверей и выиграть то, что находится за ней. Очевидно, если вы не очень любите лимоны, вы захотите выиграть Bugatti. Вы выбираете дверь. Монти, который знает, что находится за каждой из дверей, затем открывает одну из оставшихся дверей и показывает лимон. Затем он предлагает вам выбор: вы можете либо остаться при своем первоначальном выборе, либо выбрать другую неоткрытую дверь. Следует ли вам переключиться или остаться при своем первоначальном выборе? Имеет ли значение, переключитесь ли вы?

Как и в случае с проблемой оборотней выше, подумайте над сценарием и примите решение, прежде чем читать дальше. Когда я впервые услышал этот вопрос, моей реакцией³⁶¹ было то, что не может иметь значения, останетесь вы или переключитесь. Машина с равной вероятностью может находиться за любой из дверей, так что мой шанс на выигрыш будет 50:50. С таким же успехом можно остаться. Оказывается, у вас в два раза больше шансов выиграть, если вы смените дверь. Если вы хотите увидеть, как байесовский подход приводит к правильному ответу и как он демонстрирует, что мы должны изменять свои выводы, когда меняется наша информация, смотрите рамку ниже.

Байес и проблема Монти Холла. Давайте обозначим три двери A, B и C и пусть эти буквы обозначают событие, что Bugatti находится за этими дверями. Неважно, какую дверь вы выберете, но предположим, что вы выбираете A. Поскольку Монти не откроет дверь, за которой находится Bugatti, то, если машина находится за дверью A, Монти случайным образом выберет дверь B или дверь C.

Априорные вероятности легко понять, потому что в начале игры вы можете быть одинаково уверены в том, что Bugatti находится за любой из трех дверей:

$P (A) = P (B) = P (C) = 1/3$ .

Теперь давайте посмотрим на правдоподобие. Вы должны быть в состоянии понять, почему вероятности принимают такие значения.

Вероятность того, что Монти откроет дверь B, если приз находится за дверью A, равна:

$P (Монти открывает B ∣ A) = 1/2$ .

Вероятность того, что Монти откроет дверь B, если приз находится за дверью B, равна:

$P (Монти открывает B ∣ B) = 0$ .

Вероятность того, что Монти откроет дверь B, если приз находится за дверью C, равна:

$P (Монти открывает B ∣ C) = 1$ .

Теперь мы можем рассчитать вероятность того, что Монти откроет дверь B:

$P (A) \times P (Монти открывает B ∣ A) + P (B) \times P (Монти открывает B ∣ B)$

$+ P (C) \times P (Монти открывает B ∣ C) = 1/6 + 0 + 1/3 = 1/2$ .

Наконец, примените теорему Байеса:

$P (A ∣ Монти открывает B) = 1/6 \div 1/2 = 1/3$ .

$P (C ∣ Монти открывает B) = 1/3 \div 1/2 = 2/3$ .

Простыми словами: если вы случайно выбрали дверь A, и Монти открывает дверь B, чтобы показать лимон, то вероятность того, что Bugatti находится за дверью C, равна 2/3. Если вы когда-нибудь окажетесь в такой ситуации, вы удвоите свои шансы, переключившись.

Эти примеры показывают, что если мы хотим говорить о вероятности абиогенеза, нам нужно использовать байесовский язык. Мы наблюдаем, что жизнь возникла быстро на Земле, но мы не можем просто заключить из этого наблюдения, что абиогенез легок. Он может быть легким — но только байесовский анализ может количественно определить степень уверенности, которую мы должны иметь, когда говорим, что абиогенез легок. Два астрофизика, Дэвид Шпигель и Эдвин Тернер, провели именно такой байесовский анализ.³⁶²

Для разработки анализа Шпигель и Тернер предложили простую модель (или гипотезу, используя язык выше) абиогенеза. В их модели условия на молодой планете препятствуют созданию жизни; в определенный момент жизнь становится возможной, и затем существует постоянная вероятность в единицу времени развития жизни; и после определенного момента, возможно, из-за эволюции ее звезды, планета снова становится непригодной для создания жизни. Модель упрощенная; можно утверждать, что абиогенез — это не единичное событие, которое происходит в определенный момент, и возможно, что вероятность абиогенеза в единицу времени изменяется со временем, а не является постоянной. Тем не менее, у нас нет веских оснований предлагать какую-либо другую, более сложную модель — так что модель Шпигеля и Тернера является такой же хорошей отправной точкой, как и любая другая. Это гипотеза. Доказательства, которые нам нужно принять во внимание, заключаются в том, что жизнь возникла на Земле по крайней мере один раз, около 3,8 миллиарда лет назад, и что это дало достаточно времени для появления космологически любопытных существ, способных размышлять над такими вопросами, как формула Байеса и возможное существование космологически любопытных существ в других частях Вселенной.

Байес говорит нам, что мы также должны указать априорные вероятности различных терминов в модели. (Этими терминами являются скорость абиогенеза, времена до и после которых планета не может породить жизнь, и минимальное время, необходимое для развития интеллекта.) Нет теории, которая предсказывала бы значения различных временных рамок в модели, поэтому Шпигель и Тернер просто выбирают несколько различных интересных случаев. Аналогично, нет основополагающей теории, которая дала бы нам априорную информацию о скорости абиогенеза, поэтому Шпигель и Тернер исследуют три различные формы для этой скорости.

Математика, задействованная в анализе, несколько сложнее, чем в обсуждавшихся выше задачах об «инопланетном оборотне» и Монти Холле, поэтому я не буду повторять ее здесь. Но логика во всех трех случаях одинакова: вероятность вычисляется с использованием всей доступной информации. Результат? Что ж, оказывается, на результаты гораздо сильнее влияют выборы априорных вероятностей, чем доказательства того, что жизнь возникла рано на Земле. Выберите один набор параметров модели, и жизнь будет распространена; выберите другой, столь же правдоподобный набор параметров, и жизнь будет исключительно редкой. Другими словами, с имеющимися у нас доказательствами тот факт, что мы здесь, полностью согласуется с низкой вероятностью абиогенеза. Тот факт, что жизнь возникла здесь рано, дает нам мало уверенности в том, что жизнь должна быть распространена в других местах. Важно подчеркнуть следующий момент: анализ не показывает, что жизнь редка. «Жизнь распространена» остается нашей лучшей догадкой; просто мы не можем быть уверены в этой позиции.

Когда появилась статья Шпигеля и Тернера, некоторые комментаторы предложили ее как разрешение парадокса Ферми. Однако это было основано на неправильном прочтении статьи. Она не доказывала, что жизнь, а следовательно, и разумная жизнь, должны быть редки. Повторюсь: анализ просто показал, что мы не можем быть уверены, учитывая имеющуюся у нас информацию, что абиогенез распространен. Так что это не разрешение парадокса. Однако это подчеркивает важность поиска внеземной жизни: открытие одного случая возникновения жизни независимо от Земли дало бы нам гораздо более веские основания полагать, что Вселенная кишит жизнью — и это, в свою очередь, могло бы увеличить наши надежды на обнаружение разума.

Решение 66

Близнецы Златовласки редки

Для танго нужны двое.

Эл Хоффман и Дик Мэннинг

Каждое лето ученые путешествуют с международной конференции на международную конференцию, словно стаи каких-то экзотических перелетных птиц. Информационные службы, прикрепленные к этим конференциям, просматривают тезисы в поисках работ, которые, по их мнению, могут привлечь внимание общественности. Они выпускают пресс-релизы на основе этих докладов на конференциях; в свою очередь, эти релизы часто подхватываются средствами массовой информации; а затем эти истории появляются в Твиттере и блогосфере, при этом социальные сети на мгновение увеличивают их видимость. (Я виновен в этом не меньше других. Вы не единственный, Уважаемый Читатель, чье внимание было укорочено интернетом.) В августе 2013 года интересное астробиологическое исследование подверглось такой обработке: в течение нескольких дней газеты и веб-сайты задавались вопросом: все ли мы марсиане? Несмотря на все комментарии, честный ответ на вопрос: мы не знаем. Но, возможно, мы ими являемся. И если это так, то это может иметь последствия для парадокса Ферми.

Доклад на конференции, который привел к этому всплеску интереса³⁶³, был сделан Стивеном Беннером, выдающимся химиком, который провел важные исследования в нескольких областях, включая синтетическую биологию. Беннер взял за отправную точку тот факт, что, как обсуждалось на стр. 278, мы до сих пор не знаем, как атомы впервые объединились, чтобы создать те ключевые элементы жизни на Земле — РНК, ДНК и белки. Предположим, что действительно первой возникла РНК: что ж, как обнаружили химики за десятилетия, прошедшие после новаторского эксперимента Миллера, облучение первичного «супа» органических химических веществ, существовавшего на ранней Земле, порождает не рибонуклеиновую кислоту, а густые смолоподобные вещества. Одно из предположений заключается в том, что существовал катализатор — неорганическая минеральная поверхность, — который обеспечивал каркас, на котором основные строительные блоки могли собираться в структуры РНК. Лучшие каркасы содержали бы бор и окисленный молибден: минералы, содержащие бор, способствуют образованию пребиотических химических веществ из углеводных колец, а затем минералы, содержащие молибден, помогают перестроить эти пребиотические химические вещества для образования рибозы, из которой следует РНК. Это отличное предположение, но с ним связаны по крайней мере две трудности. Во-первых, соединения бора растворились бы в океанах ранней Земли. Во-вторых, молибден должен был быть сильно окислен, чтобы выполнять свою каркасную функцию, но тогда поверхность Земли содержала очень мало кислорода. Таким образом, один, казалось бы, критический элемент отсутствовал, а другой был в неправильной форме. Как же тогда могли возникнуть каркасы?

Беннер указал, что ранняя марсианская поверхность могла иметь те элементы, которых не хватало на поверхности Земли: Марс был суше и содержал больше кислорода. Химия каркаса могла иметь больше шансов произойти на красной планете, чем здесь. Основные строительные блоки жизни, другими словами, могли быть созданы на Марсе. Предположение Беннера — не единственный подход — возможно, например, что предшественники РНК действительно были созданы на Земле, но был задействован совершенно другой катализатор — но если его предположение верно, то идея заключается в том, что содержащие жизнь камни были отправлены в космос после ударов астероидов. Затем эти камни нашли свой путь на Землю. По мере изменения условий на Марсе жизнь там, предположительно, умерла; а по мере изменения условий на Земле жизнь процветала.

Идея о том, что жизнь может передаваться с одной планеты на другую, далека от фантастики; действительно, мы уже рассматривали эту возможность в Решении 6 при обсуждении панспермии. Мы знаем, что камни перемещаются с планеты на планету после удара метеорита. Из десятков тысяч метеоритов, найденных на Земле, ученые идентифицировали чуть более ста из них как имеющие марсианское происхождение.³⁶⁴ За века, возможно, до миллиарда тонн породы переместилось с Марса на Землю. Некоторые камни даже пошли в другую сторону; хотя орбитальная динамика сообщает нам, что путешествие Марс-Земля примерно в сто раз энергетически выгоднее, чем путешествие Земля-Марс, расчеты показывают, что удар Чиксулуб, убивший динозавров, был достаточно сильным, чтобы выбросить³⁶⁵ 360 000 потенциально содержащих жизнь камней на Марс. (Горстка камней, выброшенных ударом, могла даже достичь спутника Юпитера Европы!)

Повторюсь: мы не знаем, зародилась ли земная жизнь на Марсе. Мы не знаем, все ли мы марсиане. Но это возможно. А какое значение это имеет для парадокса Ферми? Что ж, возможно, для процветания жизни требуются две планеты: одна для обеспечения начальных условий, а другая — для предоставления долгосрочного дома. Возможно даже, что перемешивание этих пребиотических супов требует многократного переноса материала между двумя планетами. Землю иногда называют планетой «Златовласки», потому что условия были «в самый раз» так долго. Может ли быть так, что жизнь требует «близнецов Златовласки»? Если это так, то количество планет, несущих жизнь, может быть невелико. Возможно, это объясняет отсутствие ВЦ?

Насколько мне известно, это решение парадокса Ферми принадлежит мне. Однако, я бы не советовал вам его принимать — нам нужно гораздо больше узнать о происхождении жизни, прежде чем это решение нужно будет воспринимать всерьез.

Решение 67

Переход от прокариот к эукариотам редок

Жизнь может измениться.

Перси Биши Шелли, Эллада

В течение значительной части истории Земли единственными существовавшими организмами были одноклеточные прокариоты. Потребовался по крайней мере миллиард лет, чтобы возник сложный биохимический аппарат эукариотической клетки. Развитие крупных многоклеточных организмов заняло еще больше времени. Это неудивительно: эукариотические клетки неизмеримо сложнее прокариотических клеток, и потребовалось несколько эволюционных достижений, прежде чем различные эукариотические клетки смогли научиться сотрудничать и эффективно функционировать в группах. Но, возможно, эоны ожидания появления эукариот здесь, на Земле, подразумевают, что развитие сложной ступени жизни следует извилистым, трудным путем. Поскольку сложная жизнь любой формы, предположительно, должна эволюционировать из более простой одноклеточной микробной жизни, возможно, сложная многоклеточная жизнь — и, следовательно, в конечном итоге жизнь, способная общаться на межзвездных расстояниях — еще не возникла на других планетах. Возможно, переход от прокариот к эукариотам является одним из «трудных шагов» Картера. Возможно, это объясняет наблюдаемое нами молчание: Галактика заполнена планетами, на которых жизнь застопорилась на прокариотической стадии.

Что привело к переходу от прокариотической ступени жизни, которая так долго доминировала на Земле, к эукариотической ступени жизни, которую мы видим повсюду вокруг нас сегодня? Чтобы ответить на это — и попытаться понять, может ли эукариотическая ступень жизни быть редким явлением — нам нужно понять кое-что о различиях между двумя типами клеток.

Различия между прокариотическими и эукариотическими клетками

Как ни посмотри, бактерии всегда были самыми успешными формами жизни на Земле. Даже человеческое тело содержит гораздо больше микробных клеток, чем человеческих; бактерии кишат на нашей коже и в кишечнике (и во многих случаях необходимы для хорошего здоровья). Простота бактерий в сочетании с их способностью быстро размножаться — почти гарантия успеха. Они развивают биохимические реакции на вызовы окружающей среды, поэтому, хотя все они, как правило, выглядят одинаково, разные виды бактерий обладают разным метаболизмом и могут населять самые разные ниши. Они также чрезвычайно выносливы, и некоторые виды, похоже, выжили без изменений миллиарды лет.

Сложные эукариотические формы жизни, такие как животные, гораздо менее устойчивы. Они подвержены массовым вымираниям, и даже в естественном ходе вещей типичная продолжительность жизни вида животных измеряется миллионами, а не миллиардами лет. Тем не менее, эукариотический уровень жизни гораздо интереснее прокариотического. Эукариоты развивают морфологические реакции на вызовы окружающей среды — другими словами, они развивают новые формы тела и части тела, — что приводит к разнообразию и свежести, отсутствующим у прокариот.

Основное различие между эукариотическими и прокариотическими клетками заключается в том, что у последних есть жесткие клеточные стенки или очень жесткие клеточные мембраны, тогда как эукариотические клетки либо не имеют клеточных стенок, либо обладают очень гибкими стенками. Эта гибкость позволяет эукариотическим клеткам изменять форму, а также участвовать в цитозе — процессе, при котором клеточная мембрана вдавливается внутрь, образуя внутриклеточную вакуоль. Многие клеточные процессы используют цитоз, но, возможно, его основная роль заключается в фагоцитозе. При фагоцитозе эукариотическая клетка поглощает частицу пищи в пищевую вакуоль, где ферменты затем ее переваривают. Получение пищи таким способом, путем хищничества, является гораздо более эффективным процессом, чем тот, который используют бактерии, которые выделяют пищеварительные ферменты в окружающую среду, а затем поглощают образующиеся молекулы.

Еще одна отличительная черта заключается в том, что эукариотическая клетка имеет ядро, содержащее ДНК клетки. Две мембраны отделяют ядро от цитоплазмы — места, где происходит большая часть клеточной активности. Эукариотические клетки также содержат органеллы — «маленькие органы», — которые отделены от остальной части цитоплазмы мембранами. К органеллам относятся митохондрии (которые играют жизненно важную роль в энергетическом обмене) и пластиды (которые играют роль в фотосинтезе у растений и водорослей). В начале 1970-х годов Линн Маргулис утверждала, что органеллы должны были возникнуть в результате симбиоза. Она рассуждала, что миллиарды лет назад очень примитивные эукариотические клетки использовали бы фагоцитоз для поглощения более мелких прокариотических клеток в пищу. Некоторые прокариотические клетки могли быть неперевариваемыми и оставались бы в более крупных эукариотических клетках некоторое время. И некоторые из этих прокариот выполняли бы функции — такие как преобразование энергии — более эффективно, чем их хозяева. Обе клетки извлекли бы выгоду из партнерства, и обе имели бы селективное преимущество, когда дело доходило до передачи своих генов. Изначально неперевариваемый кусочек пищи стал бы незаменимым для бесперебойной работы эукариотической клетки. Маргулис пришлось упорно бороться за признание своей идеи, но поддержка пришла со стороны секвенирования ДНК. Митохондрии и пластиды имеют собственную ДНК, которая отличается от ДНК в ядре клетки. Оказывается, митохондриальная ДНК и пластидная ДНК гораздо ближе к прокариотической, чем к эукариотической ДНК. Митохондрии, например, вероятно, имеют наиболее близкого общего предка с современными симбиотическими пурпурными несерными бактериями.

Существует еще одно важное различие между двумя типами клеток: в отличие от прокариот, новые эукариоты могут образовываться путем слияния гамет от двух родителей — другими словами, может происходить половое размножение. Кроме того, количество генетической информации, хранимой эукариотами (и передаваемой либо половым путем, либо посредством партеногенеза), намного больше, чем у прокариот.

Наконец, эукариоты обладают цитоскелетом. Цитоскелет состоит из актиновых филаментов, которые противостоят любым растягивающим силам, которые могут действовать на клетку, и микротрубочек, которые противостоят любым силам сдвига или сжатия, которые могут действовать на клетку. Таким образом, даже в отсутствие жесткой клеточной стенки эукариотическая клетка может сохранять свою форму и целостность. Но цитоскелет может делать гораздо больше: он может придавать клетке разнообразные временные формы, он распределяет органеллы по различным позициям, и он позволяет эукариотической клетке увеличиваться в размерах. Актин и тубулин — структурные белки, из которых формируется цитоскелет, — таким образом, являются одними из самых важных белков для развития сложной жизни.

Итак, насколько вероятным было появление эукариотической клетки? Был ли этот переход от примитивной прокариотической клетки к поразительной сложности современной эукариотической клетки неизбежным, или это была случайность? На эти вопросы трудно ответить, не в последнюю очередь потому, что многие шаги, связанные с переходом, произошли так давно. Одним из первых шагов, должно быть, была потеря жесткой клеточной стенки, хотя это было бы фатально для большинства организмов, которые пытались это сделать. (Пенициллин, например, действует, блокируя образование клеточных стенок бактерий. Без жесткой стенки для защиты большинство одноклеточных организмов уязвимы для атак из окружающей среды.) Избавление от клеточной стенки в конечном итоге было полезным, поскольку это позволило возникнуть фагоцитозу, но фагоцитоз развился позже и, таким образом, не мог принести немедленной пользы организму, потерявшему стенку. У эволюции нет предвидения; если организм не может выжить здесь и сейчас и передать свои гены потомству, любой потенциал, которым он мог бы обладать, будет потерян. Каким-то образом, еще не до конца понятным, какой-то организм сумел использовать новые структурные белки — актин и тубулин — и развить цитоскелет, который помог смягчить потерю стенки. Насколько вероятным было это событие? Мы не знаем, но вполне возможно, что эукариотическая клетка возникла в результате редкого и случайного события — причуды природы. А как насчет происхождения, возможно, самой важной инновации из всех: сотрудничества между клетками?

Многоклеточные организмы

Некоторые прокариоты перешли к многоклеточному образу жизни. Строматолиты, например, состоят из бактериальных колоний. В целом, однако, прокариотические клетки ведут одиночный образ жизни (и даже в случае строматолитов спорно, оправдано ли использование термина «организм»). Большую часть истории Земли эукариотические клетки также вели изолированную жизнь. Затем произошла замечательная трансформация. Некоторые эукариотические клетки обнаружили преимущества объединения. Поскольку клетки не имели внешних стенок, изолирующих их от окружающей среды и друг от друга, они могли свободно обмениваться информацией и делиться материалами. Результатом стал мир, который мы видим сегодня: три царства организмов, чрезвычайно сложных и разнообразных — грибы, растения и, самые сложные из всех, животные.

Что заставило эукариотические клетки объединить свои ресурсы, неизвестно. Не совсем ясно даже, когда произошел переход к многоклеточности. Кембрийский взрыв 540 миллионов лет назад, когда были заложены различные планы строения животных, безусловно, был решающим событием в истории жизни на этой планете — и, похоже, это был ключевой шаг на пути к разумной жизни. Но детали далеко не ясны. Мы знаем, что существует мало свидетельств ископаемых животных в породах старше 540 миллионов лет, тогда как Кембрийский взрыв ознаменовался окаменением широкого ассортимента животных. Однако все, что мы можем твердо вывести из этого наблюдения, это то, что крупные животные с твердыми частями тела стали обычными в Кембрийский период; вполне возможно, что мелкие мягкотелые животные существовали до Кембрийского периода и умерли, не оставив следов. (Нематоды, возможно, самый многочисленный тип животных в мире сегодня. Они должны были существовать по крайней мере со времен Кембрийского взрыва, но не оставили следов в палеонтологической летописи.) Секвенирование генов приводит некоторых биологов к мысли, что животные возникли около миллиарда лет назад, что, если это правда, означает, что палеонтологическая летопись относится только к половине истории жизни животных на Земле. Однако, возникли ли животные миллиард лет назад, полмиллиарда лет назад или когда-то между этими датами, факт остается фактом: они — новички в истории нашей планеты. Одноклеточные существа существовали вскоре после остывания Земли; потребовалось 3 миллиарда лет, чтобы эволюция создала сложных существ. Почему так долго ждали многоклеточности?

Одна из возможностей заключается в том, что повышение содержания кислорода в атмосфере спровоцировало Кембрийский взрыв. В ранней истории Земли практически не было свободного кислорода, что не представляло трудностей для примитивных прокариот, потому что для тех первых живых организмов контакт с кислородом означал верную смерть. (Даже некоторые современные бактерии считают кислород смертельным ядом.) Однако организмы, такие как цианобактерии, производили кислород как побочный продукт своего метаболизма. В течение 2 миллиардов лет — примерно с 3,7 миллиарда лет назад до примерно 1,7 миллиарда лет назад — эти организмы выбрасывали кислород в окружающую среду. Большую часть этого времени было достаточно поглотителей, таких как растворенное в океанах железо, чтобы улавливать кислород. В конце концов, однако, поглотители насытились — и содержание кислорода в атмосфере начало расти. Для многих организмов это событие означало гибель; «кислородный кризис», должно быть, вызвал самое большое из всех массовых вымираний, при этом многие прокариотические виды просто не смогли адаптироваться к крупномасштабному выбросу такого яда. Некоторые организмы, однако, процветали: они развили метаболизм, основанный на кислороде, расщепляя пищу на углекислый газ и воду. Этот кислородный метаболизм генерировал больше энергии, чем анаэробные метаболизмы, и организмы процветали; эукариоты процветали больше всех. Однако даже примерно до 550 миллионов лет назад количество кислорода в атмосфере и растворенного в океанах было намного меньше, чем сегодня. Любые животные, существовавшие до этого периода, должны были получать кислород для своих тканей путем диффузии, что является медленным процессом. У этих животных не было бы сердца — по крайней мере, насоса — и у них не было бы кровеносной системы. Они были бы крошечными, паутиноподобными существами, поэтому неудивительно, что они не оставили следов в палеонтологической летописи. Но затем, по какой-то не совсем ясной причине, уровень кислорода в атмосфере снова поднялся в Кембрийский период. Произошло несколько ключевых эволюционных событий — жабры, сердца, гемоглобин в крови, — позволивших морским животным гораздо эффективнее использовать кислород и транспортировать газ к различным тканям. Животные стали крупнее и массивнее и смогли развить различные специализированные органы. Возможно, появление хищника заставило другие виды развить защиту в виде твердых панцирей — и, наконец, животные смогли стать ископаемыми.

Таким образом, предположение состоит в том, что Кембрийский взрыв был вызван повышением уровня кислорода в атмосфере. И, возможно, это было не совсем неизбежное событие. Возможно, на большинстве планет развитие крупных многоклеточных организмов не происходит.

Другое предположение, не обязательно противоречащее изложенным выше идеям, заключается в том, что эволюция «застопорилась» примерно на миллиард лет из-за длительного периода тектонической стабильности. Предполагается, что около 1,8 миллиарда лет назад большая часть суши Земли существовала в виде суперконтинента под названием Родиния. Однако, вместо того чтобы распасться через несколько десятков миллионов лет (что является временным масштабом для существенных изменений из-за дрейфа континентов), Родиния оставалась в средних широтах, пока не распалась около 750 миллионов лет назад. Стабильность Родинии, по-видимому, возникла потому, что в то время мантия Земли была еще настолько горячей, что размягчала океаническую кору; зоны субдукции не могли затянуть вниз большие участки родинийской коры, как они это делают сегодня. Примерно 750 миллионов лет назад мантия достаточно остыла для начала современной тектонической активности, после чего дни (или, по крайней мере, эпохи) Родинии были сочтены: она была разорвана на части. Геологи Питер Кэвуд и Крис Хоуксворт обнаружили, что уровень кислорода менялся до образования Родинии и после ее распада, но был стабильным в течение миллиарда лет существования суперконтинента; крупные оледенения происходили до рождения Родинии и после ее гибели, но не во время ее жизни; в течение миллиарда лет Земля была скучным местом. Возможно, появление эукариотической клетки, которая является чудом биохимической сложности, потребовало этого длительного периода стабильности? Возможно, развитие сложной животной жизни было ответом на новые экологические вызовы, связанные с распадом долгое время стабильного суперконтинента?

Другое предположение, таким образом, заключается в том, что сложная жизнь является продуктом геологических условий, которые «в самый раз». Возможно, на большинстве планет развитие сложных многоклеточных организмов подавляется слишком активной или слишком статичной геологией.

Энергетические соображения

Даже если появление эукариотической клетки — редкое и случайное событие — и мы рассмотрели несколько причин, почему это могло быть так — кто сказал, что миллиарды лет эволюции не произведут более крупных и сложных прокариот? Правда, четыре миллиарда лет эволюции не смогли произвести крупные, сложные прокариотические формы жизни здесь, на Земле, но, возможно, на других мирах все могло сложиться иначе? Что ж, это маловероятно: как мы увидим ниже, энергетические соображения означают, что прокариоты будут стремиться оставаться маленькими и простыми. Прежде чем мы перейдем к другим темам, вот еще один аргумент, почему возможно причудливый характер перехода прокариот-эукариот может объяснить парадокс Ферми.

Ранее мы рассматривали различные химические и биохимические требования для жизни, но мы забыли упомянуть еще один фактор, жизненно важный для жизни: энергию. Все живые организмы нуждаются в поступлении энергии для выполнения различных процессов, поддерживающих жизнь организма. Организмы используют различные методы получения энергии, но прежде чем они смогут использовать энергию, ее необходимо преобразовать в форму, с которой они могут справиться. Вся жизнь на Земле использует одно и то же топливо: молекулу аденозинтрифосфата (АТФ). Жизнь требует огромного количества энергии. Среднее человеческое тело содержит около 250 г АТФ, но наша ненасытная потребность в энергии означает, что мы постоянно перерабатываем эту молекулу; каждый из нас ежедневно перерабатывает эквивалент своего веса в АТФ. Но как клетки могут производить это топливо?

Что ж, в 1961 году британский биохимик Питер Митчелл предложил, что клетки питаются разностью электрических потенциалов, которая может существовать между двумя сторонами мембраны; разность потенциалов возникает из-за того, что определенные белки действуют как «протонные насосы», создающие разные концентрации протонов по обе стороны мембраны. Предложение Митчелла в конечном итоге оказалось верным: клетка подобна крошечной батарейке. Разница в концентрации протонов может создавать разность потенциалов 150 мВ через мембрану, и, поскольку это происходит на расстоянии всего 5 нм, напряженность поля составляет около 30 миллионов вольт на метр. Как будто в живых клетках работают молнии. Этот электрический потенциал используется клетками для производства топлива АТФ.

Универсальность этого механизма концентрации протонов в живых клетках предполагает, что он возник рано; детали того, как он возник, остаются неясными, но пока нет оснований полагать, что это было связано с каким-то чудесным событием. Однако мы знаем, что не было постепенного перехода от простой к сложной жизни: как обсуждалось выше, прошло много времени, прежде чем возникла эукариотическая клетка — событие, которое, по-видимому, произошло только один раз в истории нашей планеты (хотя возможно, что первое возникновение исключает последующие). Кроме того, нет никаких доказательств существования промежуточных клеток, которые существовали бы, если бы простые прокариотические клетки постепенно эволюционировали в сложные эукариотические клетки. Вместо этого мы видим великое разделение в жизни на Земле. С одной стороны разделения находятся прокариоты: малые по объему клетки и малые по размеру генома. С другой стороны разделения находятся эукариоты: в тысячи раз больше как по размеру, так и по геному.

Так почему же прокариоты остались маленькими и простыми? Биохимики Ник Лейн и Уильям Мартин исследовали этот вопрос с точки зрения энергетических потребностей клеток разного размера. Они обнаружили, что если клетки питаются градиентом через свои мембраны, то с точки зрения энергии клетке чрезвычайно выгодно оставаться маленькой. Предположим, вы могли бы взять типичного прокариота и раздуть его до размера типичного эукариота: каждый ген в теперь уже гигантском прокариоте имел бы в десятки тысяч раз меньше доступной энергии, чем каждый ген в эукариоте. Гигантский прокариот не мог бы функционировать, потому что гены нуждаются в энергии — большом количестве энергии — для производства белков (а именно белки выполняют различные функции жизни). Тот факт, что некоторые действительно гигантские бактерии существуют, только подтверждает эту точку зрения: все эти гигантские бактерии имеют тысячи копий своих полных геномов, поэтому каждая копия гена имеет примерно столько же доступной энергии, сколько и у бактерий нормального размера.

Почему это так? Что ж, проблема для клеток заключается в огромной разности потенциалов, существующей через их мембраны. Потенциал позволяет клетке выполнять полезную работу, но если потенциал выйдет из-под контроля, он может убить клетку — как будто клетку ударила молния. Похоже, что геномы управляют мембранным потенциалом, направляя производство белков; геномы, расположенные вблизи мембраны, реагируют соответствующим образом, если потенциал выглядит так, будто выходит из-под контроля. В этом, таким образом, и заключается затруднительное положение простых клеток, питающихся мембранным потенциалом. Чтобы стать больше и приобрести больше генов и, следовательно, большую сложность, требуется генерация большего количества энергии; больше энергии может поступать только за счет увеличения площади мембраны; но для контроля большей мембраны требуются дополнительные копии генома. Энергия, доступная каждой копии гена, остается примерно одинаковой. Ничего не выигрывается. Бактерии прекрасно работают при небольшом размере, но существует энергетический барьер, который мешает им стать больше. Если мы когда-нибудь обнаружим внеземную жизнь и обнаружим, что она питается простым мембранным потенциалом, то шансы кажутся высокими, что жизнь будет состоять из малых, простых форм: эти клетки не смогут развить сложность, которая позволяет существовать животным и, в конечном итоге, разуму.

Эукариоты не имеют такого же ограничения. Почему нет? Что ж, у них есть митохондрии — маленькие структуры, функция которых теперь заключается в том, чтобы действовать как генераторы энергии; митохондрии содержат мембрану, производящую АТФ, и геном для контроля потенциала через мембрану. Поскольку их энергетические потребности удовлетворяются митохондриями, остальная часть эукариотической клетки свободна для роста сложности. Так обстоят дела сейчас, но так было не всегда на протяжении большей части истории Земли. Клетки были маленькими. Однако в один роковой день в далеком прошлом одна простая клетка поглотила другую простую клетку (или одна клетка заразила другую). Однако вместо того, чтобы одна из клеток умерла, им каким-то образом удалось сосуществовать и иметь потомство. Меньшая клетка становилась все меньше и стала митохондриями, которые мы видим сегодня; это позволило клетке-хозяину накапливать все больше ДНК. Родилась эукариотическая клетка. Но рождение эукариотической клетки, похоже, было случайностью, причудливым событием, которое произошло здесь, на Земле, один раз. Нет никакой гарантии, что это произойдет где-либо еще.

Может ли быть так, что только Земля пережила правильную последовательность биологических и экологических событий, которые делают возможной эволюцию животной жизни? Кажется, по крайней мере, правдоподобным разрешением парадокса Ферми то, что жизнь в других местах Галактики застряла на одноклеточной стадии. Возможно, однажды мы посетим далекие планеты и повсюду обнаружим океаны, кишащие странными микроскопическими организмами — много жизни, но не той жизни, с которой мы можем общаться.

Решение 68

Виды, изготавливающие орудия труда, редки

Человек — животное, изготавливающее орудия труда.

Бенджамин Франклин (приписывается Джеймсом Босуэллом, «Жизнь Джонсона»)

Предположим, что как только эукариотическая клетка развилась, сложная животная жизнь в конечном итоге появится. Следует ли из этого, что разовьется вид животных, способный построить радиотелескоп?

Люди давно стремились определить одну определяющую характеристику человечества — один атрибут, отличающий Homo sapiens от других видов. Черта, часто предлагаемая на эту роль, — использование и изготовление орудий труда. «Человек-умелец» — мощный образ. Если изготовление орудий труда уникально для людей, если среди миллиардов видов, когда-либо живших на Земле, только H. sapiens овладел тонкостями орудий труда, то у нас может быть разрешение парадокса Ферми: возможно, использование и изготовление орудий труда редки где-либо в Галактике. Без инструментов для строительства космических кораблей или маяков, предположительно, биологическому виду невозможно заявить о своем присутствии в глубинах космоса.

С этим предположением связана серьезная трудность: многие виды используют орудия труда, а некоторые виды их изготавливают.

Например, несколько видов птиц используют веточки, чтобы выковыривать личинок из коры деревьев. Морские выдры кладут на грудь камни-наковальни и используют их, чтобы разбивать панцири крабов. Осы используют маленькие камешки, чтобы замаскировать входы в норы, где они отложили яйца. Египетские стервятники подбирают камни когтями и бросают их на страусиные гнезда, чтобы разбить яйца. Список использования орудий труда животными длинный.

Конечно, можно усомниться, являются ли эти примеры истинным использованием орудий труда. Все эти виды поведения животных крайне стереотипны; это специфические, повторяющиеся реакции на определенные проблемы. Измените характер проблемы, и эти существа растеряются. Нигде эти животные не проявляют проницательности. Эти сложные проявления — разумный результат безмозглой эволюции.

Если нам нужны более изощренные примеры использования орудий труда, то мы вынуждены обратиться к приматам. На этом этапе H. sapiens начинает казаться несколько особенным, поскольку даже среди приматов относительно немного «настоящих» примеров использования орудий труда. Помимо человекообразных обезьян, к которым мы вернемся чуть позже, единственным приматом, который спонтанно использует орудия труда в дикой природе, является капуцин (тип обезьян, которых использовали шарманщики). Полевые исследователи наблюдали, как капуцины используют камни и палки для различных целей; среди прочего, обезьяны используют их для добычи пищи и отпугивания хищников. В лабораторных условиях капуцины учатся использовать палки для добычи орехов из различных экспериментальных установок. Однако кажется, что у капуцинов нет реального понимания принципов использования орудий труда, ни понимания того, почему та или иная техника может сработать или потерпеть неудачу. Наблюдая за ними, становится ясно, что они занимаются методом проб и ошибок, тыкая и ковыряя.

Рис. 5.25 Это зазубренное каменное лезвие, изготовленное неизвестным человеком много тысячелетий назад, имеет длину около 9 см. Это простой инструмент, но изготовление такого лезвия или скребка совершенно недоступно животным. (Автор: Совет графства Дерби)

Из всех животных, похоже, шимпанзе наиболее творчески используют орудия труда в дикой природе. Шимпанзе Западной Африки, например, используют камень-молот и камень-наковальню, чтобы раскалывать орехи (и они справляются с раскалыванием орехов лучше, чем я на Рождество). Подходящие камни могут быть в дефиците, и шимпанзе часто приходится носить их на большие расстояния к источнику орехов. Эти шимпанзе планируют заранее. Шимпанзе Танзании используют различные веточки для различных целей, и веточки модифицируются заранее, если это необходимо. Эти шимпанзе изготавливают орудия труда. Они также используют различные предметы листвы для различных функций — банановые листья используются как зонтики, меньшие листья используются для вытирания грязи, а пережеванные листья используются как губки. Еще более впечатляющими являются достижения Канзи, бонобо. (Бонобо, наряду со своим родственным видом, шимпанзе, является нашим ближайшим родственником в животном царстве.) Среди многих других достижений, Канзи, похоже, овладел основами производства каменных орудий труда.

Канзи: Эдисон животного царства? В начале 1990-х годов археологи Ник Тот и Кэти Шик начали исследовать способности к изготовлению орудий труда у содержащихся в неволе бонобо. Они показали Канзи, как использовать остроконечные каменные отщепы для доступа к пище, хранящейся в различных контейнерах. Канзи освоил этот навык в кратчайшие сроки. Затем они показали ему основы скалывания: они показали ему, как сделать остроконечный отщеп, ударив по блоку камнем-молотом. Канзи потребовался месяц, чтобы изготовить свой первый инструмент; в течение года он спонтанно внес несколько улучшений и усовершенствований в свою первоначальную технику изготовления отщепов.

Однако мастерство Канзи как каменотеса не следует переоценивать. Во-первых, бонобо не изготавливают таких орудий в дикой природе; Канзи, с другой стороны, воспользовался интенсивным обучением. Во-вторых, каменные отщепы Канзи были небольшими предметами, и, похоже, у него не было понимания того, как лучше всего раскалывать камень для получения больших, полезных отщепов. Наконец, хотя Канзи является лучшим в мире бонобо-скалывателем, его усилия грубы при сравнении с орудиями, изготовленными гомининами около 2,5 миллионов лет назад.

Урок, который можно извлечь из этих примеров, возможно, таков: животные используют орудия труда, потому что могут. Использование орудий труда — это не столько показатель природного «интеллекта» животного, сколько отражение манипулятивных способностей (и эволюционных адаптаций, которые его вид приобрел для соответствия определенной экологической нише). Птица может использовать свой клюв для различных целей, слон может использовать свой хобот, а шимпанзе повезло обладать рукой, которая может манипулировать объектами несколькими способами. Однако верблюд, или корова, или гепард никогда не станет естественным пользователем орудий труда — не потому, что эти существа по своей сути уступают птицам или менее умны, чем шимпанзе, а просто потому, что им не хватает необходимой манипулятивной способности. Предположительно, если бы они могли использовать орудия труда, они бы это делали.

Нашему виду повезло: у нас есть руки, которые позволяют выполнять поразительный диапазон действий. (Подсчитайте, сколькими разными способами вы конфигурируете свою руку для выполнения задач в течение обычного дня. Вы будете удивлены.) Тогда мы должны спросить: какова вероятность того, что внеземной вид пойдет по тому же эволюционному пути, что и люди? Дело не в том, что внеземляне должны обладать руками с четырьмя пальцами и противопоставленным большим пальцем; ход эволюции не обязательно должен быть идентичным. Но любой разумный вид будет нуждаться в какой-то способности к точной манипуляции (будь то с помощью когтей, щупалец или чего-то за пределами нашего воображения), чтобы изготавливать орудия труда и, таким образом, начать путь к высоким технологиям. Даже если это не единственное решение парадокса Ферми, развитие орудийной деятельности, возможно, является еще одним препятствием, которое необходимо преодолеть, прежде чем вид сможет общаться. Это еще один способ, которым мир, полный жизни, может не произвести форму жизни, способную общаться с нами.

Решение 69

Высокие технологии не неизбежны

Любая достаточно развитая технология неотличима от магии.

Артур Кларк, «Черты будущего»

Мы рассмотрели возможность в Решении 41, что все внеземные цивилизации могут застрять на нашем нынешнем технологическом уровне. Таким образом, общающиеся цивилизации существовали бы, но у них была бы такая же способность общаться на межзвездных расстояниях, как и у нас, — то есть у них была бы настолько ограниченная способность, что мы вряд ли услышали бы от них. Немного иной взгляд на эту идею заключается в том, что даже «развитые» формы жизни не обязательно развивают сложные технологии. Возможно, они застревают на технологическом уровне, который гораздо менее сложен, чем наш. Может ли быть так, что разумные формы жизни своего рода существуют, но они «работают с оборудованием, которое едва ли ушло далеко вперед от каменных ножей и медвежьих шкур» (как однажды пожаловался мистер Спок капитану Кирку). Может ли быть так, что мы — единственный вид, обладающий технологией, пусть и грубой в настоящее время, которая позволяет осуществлять межзвездную связь?

Мы затронули возникновение технологии в предыдущем Решении, но нам нужно более подробно рассмотреть развитие технологии, если мы надеемся использовать это как решение парадокса Ферми.

Более 2,5 миллионов лет назад представители Australopithecus garhi научились брать камень в одну руку и откалывать конец камня, удерживаемого в другой руке. Многократно откалывая или скалывая камни, наши предки смогли создать острые края, которые были чрезвычайно полезны в охоте. Изготовление острых каменных краев таким способом было впечатляющим достижением — как упоминалось ранее, даже при интенсивном обучении наши ближайшие живые родственники не могут сравниться с этим простым подвигом изготовления орудий наших давно умерших предков. Изготовление каменных краев требовало не только проницательности (чтобы понять, что один объект можно использовать для изготовления второго, более полезного объекта), но и большой степени ловкости и контроля над телом. Мозг сыграл большую роль в этом. Открытие изготовления каменных орудий A. garhi, возможно, даже положило начало эволюции интеллекта и сознания у наших предков. (Может ли быть так, что необходимым условием для интеллекта является планета с большим количеством камня, поддающегося скалыванию?)

Но технологический прогресс остановился примерно на миллион лет. Только с появлением Homo ergaster («человека работающего») были разработаны более сложные каменные орудия: H. ergaster изобрел технологию ашельских ручных рубил. Изготовление хорошего ручного рубила требует подготовки и планирования; изготовитель должен понимать, какую силу прикладывать к разным частям камня и в каком порядке, чтобы создать полезный инструмент. Интересно, что исследования показали, что части современного человеческого мозга, которые «загораются» во время такого рода изготовления орудий, — это те области, которые необходимы для тонкого моторного контроля губ и языка — части мозга, участвующие в вокализации. При изготовлении более тонких типов орудий среди областей, которые «загораются», находится зона Брока — часть мозга, связанная с производством речи и распознаванием глаголов. Конечно, нейронная схема, необходимая для контроля точных манипуляций человеческой руки и для управления такими действиями, как метание снарядов в движущуюся добычу, феноменальна — и совершенно недоступна для любого современного робота. Может ли быть так, что технология не только положила начало высокому интеллекту у людей, но и стимулировала дальнейшее развитие интеллекта? Возможно, мы не лучшие изготовители орудий, чем другие животные, потому что мы умнее; возможно, мы умнее других животных, потому что мы были лучшими изготовителями орудий. Если инопланетные существа остаются застрявшими на уровне «каменных ножей и медвежьих шкур», то, возможно, они никогда не разовьют высокий интеллект.

Можно утверждать, что с технологией связан неизбежный прогресс. В конце концов, в течение примерно миллиона лет ашельская технология медленно, но неуклонно совершенствовалась, с усовершенствованиями в изготовлении рубил, разработкой рубящих орудий и изобретением наконечников копий. А затем гоминидные виды вызвали взрыв темпов технологического прогресса … верно? Что ж, история не так проста.

Рис. 5.26 Две стороны ручного рубила. Рубило было найдено в Испании и изготовлено из кварцита. Ему около 350 000 лет. (Автор: Х.-М. Бенито Альварес)

Сейчас на Земле существует только один вид гоминид, но до недавнего времени — около 40 000 лет назад — мы делили планету по крайней мере с двумя другими видами гоминид. Конечно, 40 000 лет — это долгий срок по сравнению с историей нашей цивилизации, но это всего лишь мгновение в Универсальном Году; даже в истории нашего вида это составляет лишь около четверти времени нашего существования. Наш вид вырос, сосуществуя с Homo neanderthalensis и с Homo denisova. (Земля была домом для дюжины или более видов гоминид в разное время, и некоторые из этих видов должны были сосуществовать. Простая и широко разрекламированная картина эволюции гоминид — обезьяноподобное существо постепенно эволюционирует в «более продвинутые» виды и триумфально завершается Человеком — неверна. Скорее, H. sapiens — последняя оставшаяся веточка на запутанной ветви эволюционного древа. В этом свете мы кажемся гораздо менее успешной историей.)

Существование неандертальцев хорошо исследовано и задокументировано, но денисовцы были «открыты» только в 2010 году. В горах Алтая в Сибири есть пещера под названием Денисова, в честь русского отшельника Дениса, который сделал ее своим домом в XVIII веке. В 2008 году ученые нашли фрагмент кости мизинца девочки-подростка, а два года спустя команда под руководством Сванте Пээбо, который, возможно, является ведущим мировым авторитетом в области древней человеческой ДНК, извлекла митохондриальную ДНК из части фрагмента. Им повезло, что средняя годовая температура в Денисовой пещере находится на уровне точки замерзания; это помогло сохранить ДНК. Анализ митохондриальной ДНК девочки показал, что она не была ни современным человеком, ни неандертальцем; она принадлежала к родственному, но другому виду. (На момент написания статьи фрагменты костей и пара зубов — это все, что осталось от всего этого вида. Денисовцев назвали геномом в поисках ископаемого.) Что примечательно в Денисовой пещере, так это то, что есть явные свидетельства заселения неандертальцами и столь же явные свидетельства человеческой деятельности в пещере. Пещера уникальна тем, что это единственное место, о котором мы точно знаем, что там жили все три вида людей, но можно с уверенностью сказать, что люди, неандертальцы и денисовцы были по крайней мере близкими соседями в разных местах земного шара. Действительно, есть свидетельства скрещивания: если вы не африканец, то от 2 до 4% вашего генома, вероятно, имеют неандертальское происхождение, в то время как от 4 до 6% генома меланезийцев и австралийских аборигенов происходят от денисовцев.

Рис. 5.27 Вход в Денисову пещеру в горах Алтая в Сибири. Десятки тысяч лет назад пещера служила убежищем для людей, неандертальцев и денисовцев. (Автор: Новосибирский институт археологии и этнографии)

Наши знания об образе жизни денисовцев практически отсутствуют, но мы больше знаем о наших ближайших родственниках, неандертальцах. Поучительно вспомнить способности и достижения наших двоюродных братьев. Отдельные неандертальцы, должно быть, жили короткой, тяжелой жизнью, но как вид они выживали гораздо дольше, чем существует человечество; они населяли большую территорию Земли; они справлялись с серьезными колебаниями климата; короче говоря, они успешно заполнили биологическую нишу. Есть некоторые свидетельства того, что неандертальцы хоронили своих умерших (хотя вопрос о том, была ли эта практика связана с ритуалом, сопровождающим современные человеческие захоронения, является предметом споров), и они, должно быть, проводили долгие часы за изготовлением одежды. Особенно интересно, что у неандертальцев была форма технологии изготовления орудий, называемая мустьерской (в честь французской пещеры Ле-Мустье, где такие орудия были впервые обнаружены). Мустьерские орудия изготовлены из камня и имеют различные базовые формы. Мустьерские мастера, таким образом, предположительно были способны удерживать в уме несколько образцов конструкций орудий и, в сочетании с их глубоким пониманием свойств камня, производить довольно красиво изготовленные орудия. Неандертальцы, возможно, не сравнялись с достижениями людей, но они не были дураками.

Однако за время своего существования на Земле неандертальцы продемонстрировали мало инноваций. Их технология, хотя и эффективная, не подвергалась такому прогрессу, который мы привыкли считать неизбежным. Поздние мустьерские орудия не были значительно лучше ранних мустьерских. (Возможно, это несправедливо по отношению к неандертальцам. В 2013 году команда археологов под руководством Мари Соресси опубликовала данные об обнаружении костяных орудий, называемых лиссуарами, в скальном укрытии под названием Пеш-де-л’Азе на юго-западе Франции. Современные работники кожевенной промышленности до сих пор используют лиссуары, но орудия из Пеш-де-л’Азе датируются 41 000–51 000 лет назад. Одна из интерпретаций этого открытия заключается в том, что неандертальцы независимо изобрели орудие, которое мы используем до сих пор. Однако вопрос далек от разрешения. Неопределенность в датировке настолько велика, что вполне возможно, что неандертальцы в этом районе встретили первую волну современных людей, вошедших в Европу. Было бы большим совпадением, если бы неандертальцы так долго обходились без этих орудий, а затем внезапно изобрели их как раз в то время, когда современные люди прибывали со своим передовым набором инструментов.) Хотя некоторые археологи не согласились бы, я думаю, можно рассматривать неандертальцев как разумный вид, изготавливающий орудия, который выживал более 100 000 лет, не совершая значительных технологических достижений. Наши знания о денисовцах фрагментарны, но нет никаких доказательств того, что их технология была более развитой. Наши двоюродные братья вымерли — по не совсем ясным причинам — не изобретя трещотки, не говоря уже о радиотелескопе. Возможно, эта ситуация повторяется и на других мирах.

Предположение, таким образом, заключается в том, что по какой-то причине (отсутствие языка, отсутствие «творческой искры», отсутствие координации рук и глаз, отсутствие чего-либо) инопланетные виды достигают определенного уровня изготовления орудий, а затем остаются на этом уровне. Возможно, Галактика изобилует видами, которые являются экспертами в обращении с деревом, камнем или костью, но которые никогда не развиваются дальше. Мы не слышим от внеземных цивилизаций, потому что ни одна из них не обладает необходимой технологией: другими словами, общающиеся внеземные цивилизации не существуют.

Одна слабость этого предположения заключается в том, что оно требует, чтобы все виды, изготавливающие орудия, развивались одинаково. Оно не убеждает, точно так же, как «социологические» объяснения не убеждают, когда они предполагают, что все внеземные цивилизации будут вести себя одинаково. В конце концов, даже если гоминидные виды в целом были плохими технологическими новаторами, один член семейства гоминид исключительно инновационен. Это соотношение примерно один к десяти — не так уж плохо. Если существует много внеземных видов, изготавливающих орудия, и всего 10% из них обнаруживают преимущества постоянных инноваций, то шансы найти внеземные цивилизации не показались бы такими уж плохими.

Прежде чем полностью отвергнуть это предположение, однако, стоит отметить, что на протяжении большей части нашей истории мы были ненамного лучше неандертальцев, когда дело касалось технологических инноваций. Только около 40 000 лет назад наши технологии и искусство начали поражать. Пещерное искусство кроманьонцев поистине прекрасно, узнаваемо человечно и способно говорить с нами через тысячелетия. Оно не похоже ни на что, появившееся до этой даты. До этого взрыва творчества три существовавших вида гоминид, похоже, были одинаково застойными. Почему внезапное изменение для нас, людей? Есть несколько возможных объяснений. Возможно, развитие языка вызвало творческий взрыв. Возможно, взрыв произошел намного раньше, но артефакты до 40 000 лет назад плохо сохранились. Возможно, люди более 40 000 лет назад были анатомически современными, но не имели современного мозга. Возможно, культурные знания накапливались медленно, пока 40 000 лет назад не преодолели критический порог. Возможно, исключительно долгая стадия детского развития человека и игры, в которые играют дети, позволили людям представить свою среду новыми и творческими способами. Возможно, была задействована совокупность факторов. Мы не знаем. Но если то, что вызвало этот взрыв творчества, было случайностью, несчастным случаем, то мы могли бы ожидать, что число общающихся внеземных цивилизаций будет невелико.

Решение 70

Разум на человеческом уровне редок

Многие трудности, которые природа ставит на нашем пути, могут быть сглажены проявлением разума.

Ливий, Истории, Книга XXV, Раздел 11

Когда Ферми спросил «где все?», «все» относилось к разумным внеземным существам. Хотя открытие любой жизни в другом месте было бы глубоко важным, именно разумную жизнь мы ищем со страстью. Именно (предположительно) только разумная жизнь может путешествовать между звездами и с кем мы можем общаться, взаимодействовать и учиться. Но, возможно, разум — тот тип, который может исследовать и понимать законы физики — редок во вселенной?

На Земле жило до 50 миллиардов видов, но только один развил такой разум, который может определить существование бозона Хиггса. Может ли быть так, что развитие разума — это случайность, так что член fᵢ в уравнении Дрейка мал?

В этом вопросе много аспектов, и здесь недостаточно места, чтобы рассмотреть их все. Давайте обсудим только пару. Во-первых, как мы должны определять разум? Во-вторых, насколько вероятно развитие разума — разума человеческого уровня?

Что такое разум, в конце концов?

С точки зрения деятельности SETI хорошим рабочим определением разума является: это способность управлять радиотелескопом. К сожалению, согласно этому определению, люди стали разумными только в прошлом веке! Существуют ли другие определения, которые могут лучше отразить суть разума?

Распространенный подход заключается в определении разума с точки зрения способности выполнять определенные умственные задачи, которые мы считаем трудными, например, играть в приличную партию в шахматы. Однако написать программу, играющую в шахматы, не намного сложнее, чем играть в саму игру, и немногие стали бы утверждать, что дешевое шахматное программное обеспечение обладает разумом. Оказывается, что те виды деятельности, которые люди и другие животные выполняют не задумываясь, гораздо сложнее запрограммировать. Никто еще не запрограммировал робота, способного самостоятельно ориентироваться во внешнем мире, справляясь с постоянными вызовами повседневной жизни. Если поиск пропитания и избегание опасности являются мерилом разума, то средний грызун гораздо умнее самого умного робота.

Так что если мы хотим понять, что на самом деле означает разум, и уникальны ли люди в этом отношении, возможно, нам поможет понимание чего-то об интеллекте животных. К сожалению, если трудно определить разум у людей, то еще труднее определить разум у других существ.

Большинство людей, если их попросить ранжировать неморских животных по уровню интеллекта, вероятно, оценили бы человека как самое умное животное, за которым, возможно, следуют обезьяны, затем собаки и кошки, еще ниже — мыши и крысы, еще ниже — птицы, и так далее. Это удобная картина для человеческого эго: мы находимся на вершине древа интеллекта, наши ближайшие родственники умны, наши домашние животные довольно сообразительны, а животные, которые нам не особенно нравятся, глупы. Однако в этой картине неявно заложено представление об эволюции как о прогрессе от «менее развитого» состояния (скажем, крыс) к «высокоразвитому» состоянию (мы), причем интеллект является шкалой, по которой можно измерить прогресс. Это просто неверно.

Во-первых, у нас нет оснований полагать, что интеллект (как бы мы его ни определяли) является единственным критерием, по которому мы можем ранжировать животных. Почему бы вместо этого не использовать остроту зрения, или скорость, или силу? Действительно, зачем вообще пытаться ранжировать животных таким образом? Мы не должны рассматривать эволюцию как лестницу, с нами на вершине и всеми остальными животными ниже нас, потому что они еще недостаточно «эволюционировали», чтобы обладать разумом. Обезьяны, медведи, кошки, собаки, мыши и люди — все одинаково «эволюционировали», потому что у нас есть общий предок, живший около 65 миллионов лет назад. Различные виды адаптировались к своей среде по-разному; наш вид обладает определенными характеристиками, которые делают его успешным, но так же и любой другой вид на планете. Эти виды все одинаково успешны, поскольку они прошли критический тест: все они выжили. Если мы хотим присвоить разные уровни интеллекта разным животным, то нам нужен лучший показатель, чем наши предрассудки.

Биологи сталкиваются с почти невыполнимой задачей при попытке измерить интеллект животных. Измерить IQ людей без культурных предубеждений достаточно сложно. Но если тесты на людях предвзяты, как мы можем проверить интеллект разных видов животных? Как мы можем учесть различия в перцептивных способностях, манипулятивных способностях, темпераменте, социальном поведении, мотивации и всех других различиях между видами? Проваливает ли обезьяна прохождение лабиринта, потому что она безмозглая или потому что ей скучно? Если кошка не нажимает на рычаг, который дает пищевое вознаграждение, должны ли мы заключить, что кошка глупая или просто не голодна? Проваливает ли крыса тест на интеллект, потому что она тупая или потому что тест требовал визуального различения (в чем крысы плохи), а не различения запахов (в чем крысы преуспевают)? Эти вопросы делают чрезвычайно трудным быть уверенным в том, что мы проверяем когнитивные способности животного.

Предположим, мы пытаемся учесть как можно больше межвидовых переменных в этих когнитивных тестах. (Например, биологи могут захотеть исследовать, сколько элементов списка может запомнить животное, или может ли животное распознать лицо; любая из этих задач может что-то рассказать нам о когнитивных процессах у животных. Исследователю придется убедиться, что детали теста различны для разных животных. Тесты для голубей и для шимпанзе должны быть разными, хотя бы для учета их различных физических способностей.) Предположим далее, что мы определяем интеллект, общий интеллект, как меру того, насколько хорошо животные справляются с такими фундаментальными когнитивными тестами. Тогда выясняется удивительный факт: большинство животных показывают примерно одинаковый уровень! Конечно, между видами есть некоторые различия, но различия намного меньше, чем можно было бы ожидать. Шимпанзе могут запомнить около семи элементов из списка за один раз — но так же могут и голуби (так что больше никаких шуток про «птичьи мозги»). Обезьяны могут быстро определить, содержит ли куча А больше пищевых лакомств, чем куча Б — но так же могут и кошки. Фактически, если интеллект определяется как способность выполнять эти основные невербальные задачи, то можно утверждать, что в первом приближении все птицы и млекопитающие, включая людей, примерно одинаково умны!

Этот вывод остается спорным, но если он окажется верным, мы не должны удивляться. В конце концов, каждый вид, включая человечество, должен ориентироваться в одном и том же опасном мире; мы все должны есть, пить и находить партнеров. Базовые когнитивные навыки, позволяющие животным выполнять эти задачи, вполне могут быть общими для всех видов.

С другой стороны, можно в равной степени придерживаться противоположного подхода: возможно, интеллект у животных заключается именно во всех тех факторах, которые мы намеренно опускаем в когнитивных тестах. Используя компьютерную аналогию, мы должны учитывать не только процессор (мозг), но и подключенные устройства ввода и вывода (органы чувств и манипулятивные способности животного). В конце концов, у шимпанзе есть руки, которые позволяют ему выполнять задачи, которые корова просто не может попытаться выполнить. С этой точки зрения в мозге может быть мало общего интеллекта; скорее, интеллект следует определять с точки зрения специализированного интеллекта — адаптаций, которые позволяют определенным видам преуспевать в их конкретных экологических нишах.

Поддержкой этой точки зрения является то, что способность к обучению, которая, безусловно, составляет большую часть интеллекта, кажется специализированной. Многие животные могут легко выучить определенную задачу, но находят невозможным выучить логически эквивалентную задачу. Похоже что способность животного к обучению зависит от жестко запрограммированных моделей поведения, уже присутствующих в его мозгу. С этой точки зрения, все животные по-разному умны. Просто бессмысленно спрашивать, умнее ли бонобо почтового голубя: оба существа обладают специализированным интеллектом, позволяющим им преуспевать в своей конкретной среде.

Эти два кажущихся противоположными взгляда на интеллект — что важным фактором является либо общий интеллект, либо специализированный интеллект — возможно, являются лишь двумя сторонами одной медали. Урок заключается в том, что в когнитивном плане животные одновременно похожи и различны. В случае человечества, как бы нам ни хотелось думать иначе, наши сходства с другими животными очевидны: мы просто не намного лучше многих других животных в задачах, исследующих фундаментальное, невербальное познание.

Тем не менее, невозможно отрицать довольно глубокое различие, существующее между человечеством и любым другим видом. Мы можем не находиться на вершине какой-то эволюционной лестницы интеллекта, но мы — единственный вид, способный размышлять над тонкостями интегрального исчисления. Только член нашего вида может размышлять о своих собственных мыслях и мыслях других представителей вида. Только люди хоть сколько-нибудь заинтересованы в определении понятия интеллекта, попытках его измерить или размышлениях о том, что именно он означает.

Если этот уникальный интеллект возник из редкого сочетания многих факторов, то мы можем быть одиноки в Галактике. Может ли быть так, что Галактика полна разумных инопланетных видов — но видов, обладающих разумом в том же смысле, в каком животные обладают разумом? Могут ли они все быть по-разному умными?

Насколько вероятно развитие интеллекта человеческого уровня?

Большинство энтузиастов SETI, которых я встречаю, имеют естественнонаучное образование. Почти без исключения они утверждают, что в геологических временных масштабах эволюция вызвала монотонное увеличение уровней интеллекта, и они далее утверждают, что этого и следовало ожидать, поскольку, как однажды заметил Карл Саган, «при прочих равных условиях лучше быть умным, чем глупым». Какие доказательства существуют для этого общепринятого предположения, что глупые существа в конечном итоге развивают ум?

Конечно, невозможно измерить IQ давно умерших существ, поэтому физики склонны подкреплять свой аргумент, выбирая показатель интеллекта, такой как отношение объема черепа к размеру тела, а затем рисуя график, показывающий увеличение этого отношения со временем. Конечно, если вы нарисуете график относительного размера мозга для позвоночных, например, вы увидите, что у низших позвоночных был маленький мозг по отношению к телу; архаичное млекопитающее отделилось от этой линии и развило больший мозг; насекомоядные впоследствии тделились от этой линии, и у них развился еще больший мозг; полуобезьяны отделились от насекомоядных и развили еще большие мозги; и так далее во времени, пока мы не дойдем до современных людей. Это история непрерывного роста мозговитости, кульминацией которой являемся мы. Мои друзья из SETI, которые не хотят казаться тщеславными, указывают, что это увеличение относительного размера мозга — и, предположительно, следовательно, интеллекта — повторялось бы в гораздо более длительных временных масштабах на планетах старше нашей. Так что, хотя люди находятся на вершине интеллекта здесь, на Земле, по сравнению с некоторыми внеземными видами мы будем интеллектуальными пигмеями.

Кажется, это чрезвычайно сильный аргумент. За исключением …

Как указал Чарльз Лайнуивер, когда мы решаем нарисовать график эволюции размера мозга, мы решаем построить график свойства, которое определяет нас, людей: здесь действует предвзятость отбора. Любой вид обладает какой-то уникальной особенностью; у людей это просто связано с мозгом. Но если вы выберете крайнюю черту, характеризующую вид, а затем построите график того, как эта черта развивалась со временем, вы неизбежно увидите график, описанный в предыдущем абзаце. Например, если бы современные слоны могли думать о таких вещах, они, вероятно, выбрали бы отношение длины хобота к длине тела как самую важную особенность животного; конечно, если вы построите такой график для различных видов с течением времени, вы увидите постоянно растущую тенденцию, кульминацией которой являются слоны. Такая тенденция ничего не говорит о жизни в целом.

Чтобы быть убедительным, график, упомянутый выше, должен учитывать, что произошло с линией после того, как мы от нее отделились. Если бы мы могли показать, что насекомоядные, например, увеличили свой интеллект после того, как отделились от линии, ведущей к нам, то это могло бы быть доказательством в поддержку точки зрения Сагана о том, что умный лучше глупого. Но нет никаких доказательств того, что насекомоядные, после того как отделились от линии, ведущей к нам, увеличили свой интеллект.

Лайнуивер указывает на еще один источник предвзятости в графике размера мозга с течением времени: линии на графике представляют совершенно разные вещи. В некоторых случаях линия представляет только один вид (в частности, самая верхняя линия представляет людей), тогда как в других случаях линия представляет многие тысячи видов. Это ненадежный способ анализа данных. Если мы ищем эволюционные тенденции, то нам нужно смотреть на все данные. И если бы мы это сделали, мы бы увидели, что иногда один вид становится умнее, а иногда другой вид становится глупее. Направленности нет. Все зависит от того, как вид реагирует на действующие на него давления с течением времени. Для многих видов окупилось стать более сложными; для некоторых видов, таких как паразитические сосальщики и ленточные черви, окупилось стать менее сложными.

Существует ли тогда какое-либо свидетельство эволюционной конвергенции интеллекта? В конце концов, птицы, динозавры, рыбы, насекомые, млекопитающие и рептилии — все независимо развили способность летать — другими словами, после того, как их эволюционные линии разошлись, разные виды развили механизмы для подъема в воздух (как средство спасения от хищников или для охоты на добычу). Действительно ли нет примеров того, как виды развивали возрастающие уровни интеллекта после того, как они отделились от нашей собственной линии?

Что ж, вот один пример: последний общий предок птиц и людей жил около 310 миллионов лет назад. Это было существо с малым отношением мозга к телу. Независимо это отношение увеличилось у птиц и людей. Второй пример: последний общий предок дельфинов и людей более поздний, но мы снова обнаруживаем, что объем мозга увеличивался независимо в обеих линиях.

Пример с птицами особенно интересен. Наш последний общий предок был бы размером примерно с бордер-колли, но значительно глупее. Однако внутри его маленького мозга была область, называемая паллиумом; она эволюционировала в префронтальную кору у млекопитающих и в нидопаллиум каудолатерале у птиц. Таким образом, человеческий мозг и птичий мозг совершенно различны, но области мозга, которые развились из этого начального паллиума, в обоих случаях участвуют в обработке рабочей памяти, обучении, предсказании. В 2013 году ученые показали, как вороны могут справляться с абстрактным мышлением, и исследователи наблюдали за срабатыванием нейронов в нидопаллиуме каудолатерале, когда вороны выполняли эту задачу на мышление. Этот пример интеллекта ворон, вероятно, является самым близким к изучению инопланетного интеллекта, которого достигли ученые: птицы могут прийти к тому же ответу на абстрактную головоломку, что и люди, но они используют для этого совершенно другую структуру мозга.

Разве это не доказывает, тогда, что интеллект является конвергентной чертой эволюции? Даже если это так, я бы сделал пару замечаний. Во-первых, мы считаем, что все организмы в конечном счете имеют общего предка. Следовательно, до того, как два организма разошлись, они должны были иметь общую миллиардолетнюю эволюционную историю, что дало им общий биохимический и генетический инструментарий, с которым могла играть последующая эволюция. Например, глаза эволюционировали независимо много раз, но генетическая система сигнализации для глаз может работать между видами: конкретным примером этого является то, как ген мыши может контролировать развитие глаза мухи. Когда организм реагирует на давление окружающей среды, его прошлая эволюционная история ограничивает доступные ему в настоящем варианты; не должны ли мы рассматривать независимое развитие глаз или интеллекта как параллельную эволюцию, ограниченную долгой общей историей? Эволюция играет вариации на существующие темы.

Во-вторых, даже если мы решим считать ворон и дельфинов разумными, ни одно из этих существ, похоже, не склонно строить радиотелескоп.

Посмотрим на это с другой стороны. Предположим, завтра метеорит ударит по Земле и вызовет массовое вымирание, стерев все следы человечества. Возникнет ли какой-нибудь другой вид с человекоподобным интеллектом в течение нескольких десятков миллионов лет? Лайнуивер называет это представление, эту идею о том, что глупые вещи становятся умнее, гипотезой Планеты обезьян. Она названа, конечно, в честь «Планеты обезьян» — романа Пьера Буля, опубликованного в 1963 году и ставшего известным благодаря голливудскому фильму 1968 года с тем же названием. В фильме астронавты каким-то образом путешествуют в будущее, и их космический корабль затем терпит крушение на странной планете. Выжившие сталкиваются с обществом, в котором обезьяны развили речь (к счастью, английскую) и человекоподобный интеллект. Обезьяны являются доминирующим видом. В конце фильма астронавты обнаруживают, что планета — это (внимание, спойлер!) постапокалиптическая Земля. Известный биолог Эрнст Майр утверждал, что история жизни на Земле опровергает эту идею. После почти 4 миллиардов лет эволюции интеллект не появился у архей или бактерий; в пределах эукариот интеллект не появился у грибов или растений; в пределах животных интеллект не появился у … ну, вы поняли. Люди представляют собой лишь одну крошечную веточку на огромном кусте жизни. Если смотреть на это таким образом, развитие вида с интеллектом для общения на межзвездных расстояниях кажется чем угодно, но не неизбежным.

Миллиарды лет общей биологической эволюции породили всего один вид — Homo sapiens, — который может построить такой радиотелескоп. Почему мы должны ожидать, что существа, с которыми у нас нет общей эволюционной истории, будут обладать интеллектом (и другими факторами, такими как символический язык, использование орудий труда и т. д.), необходимым для общения на межзвездных расстояниях? Человекоподобный интеллект, как следует из названия, является видоспецифической характеристикой.

Решение 71

Язык уникален для людей

… Я изучил язык иного мира.

Лорд Байрон, Манфред, Акт III, Сцена 4

Людвиг Витгенштейн однажды знаменито заметил, что «если бы лев мог говорить, мы бы его не поняли». Легко увидеть рассуждения философа: львы должны воспринимать мир способами, совершенно чуждыми нам. Они обладают влечениями, чувствами и способностями, которых у нас нет. С другой стороны, утверждение совершенно неверно. Если бы лев говорил по-английски, то, предположительно, англоговорящие могли бы его понять — но разум этого льва больше не был бы разумом льва. Лев больше не был бы львом. Люди говорят; львы — нет.

Многие будут утверждать, что люди уникальны тем, что являются единственным видом в истории Земли, использовавшим язык. Если язык развился только у одного из примерно 50 миллиардов видов, когда-либо существовавших, то, возможно, вероятность развития языка мала. Возможно, он развился у людей просто по чистой случайности — случайное сочетание нескольких маловероятных физических и когнитивных адаптаций. Мы уникальны на Земле, и мы можем быть уникальны в Галактике: возможно, люди — единственные существа, которые могут говорить. А поскольку язык открывает так много возможностей — так много из того, что мы делаем индивидуально и социально, иначе бы не произошло — существа без языка, безусловно, были бы неспособны построить радиотелескопы. Независимо от того, насколько умными могли бы быть эти существа, если бы у них не было языка, мы бы не услышали от них.

Может ли это объяснить парадокс Ферми — только на Земле вид научился говорить?

Пытаясь ответить на этот вопрос, мы должны сначала рассмотреть, действительно ли наш вид — единственный, обладающий языком. В конце концов, некоторые птицы общаются с помощью сложных песен; пчелы общаются с помощью танца; дельфины общаются с помощью свистов, щебетаний и щелчков. Возможно, все животные обладают врожденными языковыми способностями в большей или меньшей степени? Одна из трудностей при рассмотрении этого вопроса — наше собственное использование языка: мы, кажется, вынуждены антропоморфизировать. Даже описывая неодушевленные предметы, мы антропоморфизируем: гены «эгоистичны», машина «ведет себя странно», моя шахматная программа «придумывает» лучший ход. Конечно, нет ничего плохого в использовании метафоры — приписывание интенциональности неодушевленным объектам позволяет нам быстро передать соответствующую мысль — но иногда мы можем забыть, что антропоморфные утверждения не обязательно описывают то, что происходит на самом деле. Мы должны быть осторожны, описывая действия животного с точки зрения наших собственных сознательных мыслей и мотивов. Когда мы описываем животное как передающее какое-то слово или идею — фактически, когда мы говорим, что животное «говорит» — мы можем ошибаться.

Вот всего один пример, когда первоначальная интерпретация событий может быть неверной. Некоторые виды сусликов, живущих на открытой местности, страдают от двух основных хищников: ястребы, полагаясь на скорость, атакуют с воздуха, а барсуки, полагаясь на скрытность, атакуют с земли. Когда суслик замечает хищника, он выбирает (вот антропоморфное использование!) одну из двух защитных стратегий. Если он замечает барсука, суслик отступает к входу в свою нору и сохраняет вертикальное положение. Барсук, увидев это положение, знает, что суслик его заметил, и, таким образом, атака была бы пустой тратой времени и энергии. Если суслик замечает ястреба, он бежит со всех ног к ближайшему укрытию. Суслики также издают два разных тревожных звука. Если они замечают барсука, они издают грубый трескучий звук; если они замечают ястреба, они издают высокий свист. Другие суслики поблизости реагируют, когда слышат звуки, отступая в свои норы, когда слышат тревогу барсука, или бегут в укрытие, когда слышат тревогу ястреба. Первоначальное и вполне естественное побуждение — думать, что суслики разговаривают друг с другом, что они говорят, по сути: «Осторожно, здесь барсук; лучше отправляйся домой» или «О-о, ястреб; убирайся отсюда!» Но так ли это?

Как ясно показывают его действия при обнаружении хищника, любой отдельный суслик заинтересован в спасении собственной шкуры. Действительно, теория эволюции говорит нам, что так и должно быть: суслика нисколько не волнует судьба его знакомых. Но если тревожные сигналы сусликов несут семантическую информацию — если они кричат «барсук!» или «ястреб!» на сусличьем языке — мы сталкиваемся с парадоксом. Отбор будет благоприятствовать тем сусликам, которые молчат, тихонько уходят и позволяют съесть других лохов; быть некричащим в группе кричащих селективно выгодно, и суслик передает свои гены. Однако вскоре вы получаете сообщество молчаливых сусликов. Откуда берется инстинкт кричать?

Поведение сусликов имеет смысл только в том случае, если их крики не передают семантической информации. Рассмотрим «ястребиную тревогу» суслика. Во-первых, это высокий свист, который, как показали эксперименты, ястребам трудно локализовать. Таким образом, суслик мало что раскрывает о своем положении ястребу. Во-вторых, бегство в укрытие в одиночку делает суслика заметным; гораздо лучше быть одним из группы сусликов, которые мечутся вокруг, потому что шансы быть выбранным ястребом уменьшаются. Аналогично, суслики, которые бегут в укрытие, когда слышат высокий свист, с меньшей вероятностью будут съедены ястребом, чем суслики, которые стоят на месте. Таким образом, отбор будет благоприятствовать сусликам, которые кричат, когда видят ястреба, а также тем, которые бегут в укрытие, когда слышат высокий свист. Когда мы, люди, смотрим на ситуацию, мы интерпретируем ее как обмен информацией между сусликами. Но это не то, что происходит. Поведение — это просто черта, передаваемая из поколения в поколение, потому что она эффективна. Сусликам даже не нужно осознавать друг друга, чтобы такой тип поведения развился. Нет слов; нет языка; просто силы эволюции.

Животные, безусловно, общаются. Но так же поступают и бактерии. Даже клетки общаются. Однако общение — это не то же самое, что язык. Несмотря на годы исследований, нет никаких доказательств того, что какое-либо существо — даже бонобо, шимпанзе или дельфин — обладает системой общения, которая может делать все то, что может делать человеческий язык. Люди могут ссылаться на абстрактные понятия; на объекты в своей среде; на события, которые произошли в прошлом и которые произойдут или могли бы произойти в будущем. Люди могут комбинировать небольшие значащие элементы в более крупные значащие элементы, и они могут запоминать сотни тысяч понятий и сопоставлять их с конкретными комбинациями голосовых паттернов. Люди могут производить бесконечную комбинацию значений из систематической грамматики. Только люди обладают такого рода символической логикой.

Ничто из этого не означает, что, поскольку только люди обладают языком, мы каким-то образом «лучше». Птицы могут выполнять навигационные подвиги, которые ни один человек не может повторить без вспомогательных средств. Некоторые морские животные могут, в отличие от людей, чувствовать электрические токи. Собаки могут слышать звуки за пределами нашего восприятия и чувствовать запахи, к которым наши носы мертвы. Летучие мыши используют невероятную систему эхолокации. Известно, что лошади улавливают сигналы, которые люди полностью пропускают. И так далее. У каждого вида есть способности, выкованные эволюцией, которые позволяют им добывать пропитание в мире, которому все равно, выживут они или нет. Это разнообразие замечательно, и его следует ценить. Высокомерно измерять способности животных с точки зрения наших возможностей. Определение других видов с точки зрения того, насколько хорошо или плохо они используют человеческие черты, — значит унижать эти виды.

Тем не менее, только люди обладают языком. И язык открыл нам мир. Язык поистине замечателен. Хорошо образованный человек, тот тип человека, который будет читать эту книгу, знает около 75 000 слов. Это означает, что вы, Дорогой Читатель, должны были в юности выучить в среднем одно слово в час в течение 13 лет (предполагая 8 часов в день на сон). Произнося слова вслух, вы выполняете механические движения высочайшей сложности: вы должны координировать и регулировать движения различных органов с точностью до доли миллиметра и соблюдать временные интервалы с точностью до десятых долей секунды. Когда вы слушаете речь другого человека, ваш мозг постигает информацию с впечатляющей скоростью. Удивительно во всем этом то, что работа со сложностями производства речи, понимания речи, грамматики, которая позволяет произносить бесконечное число различных предложений, — все это так… ну, легко. Если я попрошу вас умножить 267 на 384 в уме, ваше лицо исказится от сосредоточенности. Но речь просто происходит. Как мы развили эту почти чудесную способность?

Вопрос о происхождении языка, безусловно, один из самых сложных в науке, не в последнюю очередь потому, что соответствующие наблюдательные данные так ограничены. Голоса не оставляют ископаемых. Окаменелые черепа не говорят нам, на что были способны мозги, которые они когда-то вмещали. Практически единственное веское доказательство — это анатомия голосового тракта; современные звуки речи не могли быть изданы существами, жившими более 100 000 лет назад. (Анализ окаменелой подъязычной кости неандертальца, структуры, поддерживающей корень языка и чье положение имеет решающее значение для сложной вокализации, предполагает, что неандертальцы могли иметь физическую способность к речи — хотя вопрос о том, могли ли они общаться так, как мы, остается неопределенным.) Язык вполне мог начаться раньше, но он по необходимости использовал бы ограниченный диапазон звуков.

Столкнувшись с этими трудностями, ученые предложили множество различных теорий для объяснения происхождения языка и того, как люди пришли к обладанию этим удивительным достоянием. Возможно, наиболее влиятельный подход к этому вопросу принадлежит философу и лингвисту Ноаму Хомскому, который утверждает, что язык врожденный. Ребенку не нужно учить язык; скорее, язык растет в сознании ребенка. Другими словами, ребенок генетически запрограммирован с помощью плана — набора правил обработки и простых процедур, которые делают овладение языком неизбежным. Все мы обладаем «языковым органом» — не чем-то, что хирург может вырезать ножом, а набором связей в мозгу, посвященных языку так же, как части мозга посвящены зрению. С этой точки зрения, овладение языком происходит с ребенком во многом так же, как волосы на теле внезапно начинают расти у подростка в период полового созревания; это часть взросления. Язык — часть нашего генетического наследия.

Хотя идеи Хомского подвергались нападкам со стороны приверженцев стандартной модели социальных наук (которые утверждают, что человеческие практики в социальной группе формируются культурой группы), лингвистов (которые предложили множество конкурирующих моделей эволюции человеческого языка) и компьютерных ученых (которые используют совершенно иной подход к изучению языка), его теория определяла рамки дебатов на протяжении нескольких десятилетий и действительно затрагивает несколько загадок, касающихся овладения языком.

Одна из загадок заключается в том, что, как уже упоминалось, язык — это бесконечная система: можно построить бесконечное число предложений из конечного числа слов. Если бы я произнес это предложение вслух, то с большой долей вероятности я был бы первым человеком за всю историю Вселенной, произнесшим именно это сочетание слов в именно этом порядке; это уникальная комбинация. Чтобы справиться с этим бесконечным множеством, мозг должен следовать правилам, а не обращаться к хранилищу ответов. А если учесть, что слышит ребенок, когда с ним разговаривают родители, братья и сестры — просто последовательность звуков, включая бессмысленные «эм», «ага» и «ку-ку», перемежающиеся с плохо сформулированными и неполными предложениями, которые мы все неизбежно произносим, — то удивительно, что дети так быстро развивают и используют сложные грамматики, и все это без обучения и часто без обратной связи от взрослых об ошибках, которые они делают. (Следует отметить, что грамматика в этом смысле относится к структуре языка, а не к тривиальным правилам, которые пытаются навязать педанты. Грамматика — это основные паттерны языка, а не споры о том, как правильно: «смело идти» или «идти смело».) Однако, если дети изначально оснащены устройством овладения языком (language acquisition device – LAD), которое позволяет им извлекать соответствующие синтаксические паттерны из тарабарщины, обрушивающейся на их уши, то загадка исчезает. Вместо того чтобы иметь одно устройство для албанского, другое для баскского и еще одно для чешского, существует только одно LAD, общее для всего человечества. Любой ребенок — при условии, что он или она получает достаточные стимулы для запуска LAD в правильном возрасте — может научиться говорить на любом языке. Стимул даже не обязательно должен быть слуховым. Если в правильном возрасте они познакомятся с языком жестов, слышащие дети глухих родителей могут овладеть языком жестов.

Если он существует, то работа человеческого LAD может быть аналогична врожденному устройству визуального овладения (visual acquisition device – VAD) многих животных. Ученые проводили эксперименты на котятах, завязывая им глаза сразу после рождения. Если повязку снять в любое время до первых 8 недель, нормальное развитие зрительной системы котенка возобновляется, и взрослая кошка будет видеть нормально. Если повязка остается на глазах дольше 8 недель, кошка получит необратимые нарушения зрения. По-видимому, существует критический период, в течение которого VAD должен получать внешние зрительные стимулы для установления соответствующих нейронных связей в определенных заранее запрограммированных участках мозга котенка. Если связи не установлены в этот период, шанс развить полностью функционирующую зрительную систему теряется. Другие части мозга не могут выступать в качестве дублеров зрительной системы. Тот же эффект наблюдался в тех трагических случаях, когда детям в критический период до полового созревания не предоставлялся языковой ввод: их способность говорить грамматически правильно серьезно нарушается. Существование критического периода для овладения языком не обязательно является загадочным: это, предположительно, просто часть того же генетически контролируемого процесса созревания, который заставляет исчезать наш сосательный рефлекс, прорезываться молочные зубы и все другие изменения, происходящие с человеческим телом. С эволюционной точки зрения имело бы смысл, чтобы LAD включался рано, так как таким образом у нас есть максимальное время, чтобы пользоваться значительными преимуществами языка. Также имело бы смысл, чтобы LAD отключался, когда его работа выполнена, поскольку поддержание такого устройства, предположительно, повлекло бы за собой значительные затраты с точки зрения энергетических потребностей.

Хотя разные языки различаются в деталях, языку присуща универсальность. Именно эти универсальные принципы, по мнению Хомского и его последователей, являются врожденными. Когда ребенок осваивает язык, процесс следует внутреннему, предопределенному курсу. Ребенок, осваивающий голландский язык, настроит параметры этой предопределенной системы одним образом; ребенок, осваивающий английский, настроит параметры другим образом; а ребенок, осваивающий французский, настроит параметры системы еще одним образом. Но основополагающие принципы одинаковы. Используя аналогию с программным обеспечением, овладение языком больше похоже на макрос с аргументами — по одному аргументу для каждого языка. (Словарь, конечно, необходимо выучить: если бы отдельные слова были врожденными, то неологизм вроде «пульсар» должен был бы ассимилироваться в генофонде, прежде чем астрономы смогли бы его использовать! Культурная эволюция двигалась бы с той же ледниковой скоростью, что и генетическая эволюция. Определенные грамматические конструкции также необходимо выучить. Например, хотя существует правило для образования правильного прошедшего времени английского глагола — а именно, добавить -ed — прошедшее время неправильных глаголов необходимо выучить в каждом конкретном случае.)

Клинические данные, по крайней мере, согласуются с представлением о том, что язык является врожденным. У некоторых несчастных пациентов травма или болезнь повреждают определенные участки мозга — участки, которые, по-видимому, отвечают за обработку языка. Последствия могут быть удручающими.

Например, пациентам, у которых повреждена область Вернике, трудно понимать речь, происходящую вокруг них. Что еще более странно, они страдают афазией Вернике: их собственная речь быстрая, беглая, наполнена грамматически правильными фразами, но их высказывания содержат мало или совсем не содержат смысла. Они часто заменяют одно слово другим и придумывают новые слова; когда их просят назвать предметы, они называют семантически связанные слова или слова, искажающие звучание правильного слова. Записи их речи могут быть тревожным чтением — как чтение бреда психотика. С другой стороны, пациенты с повреждением области Брока страдают афазией Брока — речь медленная, прерывистая и неграмматичная. Они часто могут понимать речь, происходящую вокруг них, или, по крайней мере, делать обоснованные предположения о значении речи благодаря своим предварительным знаниям о мире и встроенной избыточности речи. (Эти страдальцы могут понять такое предложение, как «кошка преследовала мышь», потому что они знают, что кошки преследуют мышей.) Пациенты, у которых повреждена связь между областями Вернике и Брока, страдают формой афазии, которая делает их неспособными повторять предложения. Еще хуже афазия, поражающая пациентов, у которых области Вернике и Брока, а также связь между ними, не повреждены, но изолированы от остальной коры головного мозга. Пациенты могут повторять то, что слышат, но не понимают, что говорят; они никогда не начинают разговор. В других случаях повреждение определенных частей мозга — часто в результате инсульта — вызывает удивительно специфические языковые проблемы. Некоторые афазики могут распознавать цвета, но не называть их; другие не могут называть продукты питания, хотя знают, что им нравится есть; другие без труда одеваются, но не могут назвать предметы одежды. В настоящее время нейробиологи все еще не могут составить карту мозга и выделить различные области как отвечающие за разные аспекты языка. Однако есть свидетельства того, что язык локализован. И хотя сама по себе локализация не означает, что язык является врожденным, для некоторых исследователей это наводит на мысль о наличии языкового органа.

Если у нас действительно есть врожденная языковая способность, возникает очевидный вопрос: как мы получили такой сложный и запутанный орган? Ответ столь же очевиден: он развился путем естественного отбора наследственных вариаций. ³⁸⁵

Если не прибегать к вмешательству создателя, естественный отбор — единственный известный процесс, способный порождать такие чудесные структуры. Критики утверждали, что если наш языковой орган является результатом эволюции, то мы должны видеть его следы у обезьян. В конце концов, мы потомки обезьян, не так ли? Ну, нет, не так. Люди и обезьяны связаны общим предком, который, возможно, жил еще 7 миллионов лет назад. Вполне возможно, что LAD развился когда-то за последние 7 миллионов лет, так что он не является общим с эволюционной ветвью, ведущей к современным обезьянам. Действительно, некоторые ученые предположили, что разум ранних современных людей около 100 000 лет назад содержал несколько отдельных «модулей»: модуль для языка, модуль для технического интеллекта, модуль для социального интеллекта, модуль для естественной истории и так далее. Возможно, эти изолированные модули начали взаимодействовать только 50 000 лет назад; и только тогда люди смогли собираться в группы и обсуждать, например, достоинства новой конструкции инструмента для охоты. Только тогда мы стали полностью людьми.

Членораздельная речь жизненно важна для успеха нашего вида. Не лишено оснований предположение, что ни один вид не может развить способность путешествовать или общаться на межзвездных расстояниях, если у него отсутствует какой-либо столь же сложный метод коммуникации. И все же, в случае эволюции человеческой речи, мы, кажется, вынуждены заключить, что членораздельная речь является результатом серии случайных изменений окружающей среды и эволюционных реакций; это была просто удача. Рассмотрим, например, что произошло с телами наших предков: они претерпели реструктуризацию диафрагмы, гортани, губ, носовых ходов, ротовой полости и языка, все из которых были жизненно важны для развития членораздельной речи, но ни одно из которых не произошло для того, чтобы развилась речь. Изменения в этих органах изначально были совершенно не связаны со способностью к речи; это были небольшие изменения, которые приносили немедленные селективные преимущества. По крайней мере, одно из изменений — расположение гортани глубоко в горле — кажется странным. Низкое расположение гортани в горле дает языку достаточно места для движения и произнесения большого количества гласных звуков, но любая пища и питье, которые мы глотаем, должны проходить над трахеей: удушье становится вполне реальной возможностью. Преимущества велики, но и издержки тоже. Если бы пленка жизни была перемотана, возможно, люди не развили бы язык.

На Земле из 50 миллиардов видов, которые существовали, только люди обладают языком. Язык позволяет нам не только думать, но и размышлять о своих мыслях, пробовать новые модели мышления и записывать свои мысли. Язык — это то, что делает нас людьми. Если мы когда-нибудь посетим другие миры, возможно, мы найдем миллиарды других видов — каждый хорошо приспособлен к своей конкретной нише, но ни один из них не обладает той единственной адаптивной чертой, которую мы ищем: языком.

Решение 72

Наука не является неизбежной

Ибо наука, как и добродетель, сама по себе является величайшей наградой.

Чарльз Кингсли, «Здоровье и образование»

Внеземная цивилизация, предположительно, должна будет обладать высоким уровнем научных способностей и мастерства, чтобы общаться с нами, ибо только через науку она может получить знания, которые позволили бы ей построить радиотелескоп (или другое устройство, позволяющее осуществлять межзвездную связь). Но даже если разумный внеземной вид научится изготавливать инструменты, разовьет технологию и овладеет языком, разовьет ли он затем неизбежно методы естествознания? Возможно, Галактика кишит видами более разумными, чем мы, — существами, преуспевающими в искусстве и философии, — но лишенными методов науки. Мы не получаем известий от этих видов, потому что они не могут заявить о себе на межзвездных расстояниях.

Это предположение неявно присутствует в тысячах научно-фантастических историй, и те, кто предлагает его в качестве решения парадокса, предположительно, исходят из исторического развития естествознания на Земле. Многие цивилизации развили математику и медицину, но истоки естествознания исторически были гораздо более ограничены. Рассмотрим, например, аборигенов. Они прибыли в Австралию еще 50 000 лет назад386 — знаковое достижение в исследовании человеком, которое слишком часто недооценивается. Культура коренных народов Австралии, возможно, является самой старой непрерывно сохраняющейся культурой в мире; их истории и системы верований — самые древние на Земле. Они с большим успехом выживали в самых разных условиях на протяжении невообразимо долгого времени. Однако за все это время они так и не создали методов современной науки. Заря современной науки началась всего около 2500 лет назад с греков. Несмотря на наличие некоторых из самых блестящих ученых всех времен, эллинистическая наука была ограничена и скована всепроникающим интеллектуальным снобизмом, который ценил созерцание выше эксперимента. Потребовалось почти 2000 лет, чтобы наука в том виде, в каком мы ее понимаем сейчас, действительно начала развиваться, с такими учеными, как Галилей и, в частности, Ньютон, первыми применившими количественный подход к научному мышлению. Почему потребовалось так много времени, чтобы семена, посеянные греками, расцвели в наши современные научные начинания? И хотя наука сейчас является глобальной деятельностью, почему расцвет произошел в такой ограниченной географической области?

После упадка древнегреческой цивилизации многие другие цивилизации развили сложные технологии и системы математики. Арабские цивилизации в Северной Африке и на Ближнем Востоке обладали выдающимися математиками (большая часть наших знаний о греческой астрономии была сохранена ими). Цивилизации Южной Америки обладали архитекторами, способными строить фантастические сооружения. Китайская цивилизация на протяжении многих сотен лет была самой передовой на Земле. Однако ни одна из них — ни одна из других цивилизаций по всему миру — не разработала методов современной науки и ни одна из них не разработала научный подход к изучению Природы, который оказался столь мощным. Почему?

Возможно, свою роль сыграли культурные факторы. Например, некоторые авторы считают, что преобладающая философия китайской цивилизации поощряла «холистический» взгляд на мир, поэтому им было труднее принять западный «аналитический» подход к науке. Ньютон был готов рассматривать систему в изоляции от остальной вселенной и применять свои методы к этой идеализированной, упрощенной системе; если бы он попытался дать полное описание Природы во всей ее беспорядочной холистической сложности, он, безусловно, не преуспел бы. А в 1709 году, когда мир все еще осмысливал влияние великих научных трудов Ньютона, началась промышленная революция, а вместе с ней ускорился темп превращения науки в технологию. Искра, которая зажгла промышленную революцию — использование Абрахамом Дарби кокса вместо древесного угля для плавки железа — произошла в Айронбридже, Англия. В то же время в Китае многовековой чугунолитейный завод находился в процессе закрытия. Китайцы считали, что он им больше не нужен.

Можно утверждать, таким образом, что развитие науки далеко не является неизбежным. Существует множество причин — культурные предпочтения, экологические препятствия, философские склонности, простая удача — по которым внеземные цивилизации (ВЦ) могут не открыть для себя методы науки. Однако трудно принять это как правдоподобное объяснение парадокса Ферми. Да, разрыв между возникновением эллинистической науки и подъемом современной науки ³⁸⁷ составил почти 2000 лет — несомненно, долгое время по человеческим меркам. Но это не та временная шкала, с которой следует рассматривать эти вопросы. В Универсальном Году 2000 лет соответствуют менее чем 5 секундам. В космических масштабах совершенно неважно, что естествознание было разработано западноевропейской цивилизацией, а не инками, османами или китайцами. Займет ли изобретение науки 2000 лет или 20 000 лет, мало что меняет с точки зрения парадокса. Для человечества научный метод нужно было изобрести только один раз: его эффективность означала, что он быстро распространился, и теперь он является общим достоянием нашего вида. Разве то же самое не будет верно и для ВЦ?

Решение 73

Сознание не является неизбежным

В чем разница между тем, чтобы быть мертвым, и просто не знать, что ты жив?

Питер Уоттс, «Ложная слепота»

Если вы добрались до этого места — что ж, я восхищаюсь вашей настойчивостью. Я уверен, что некоторые читатели временами хотели выбросить книгу в расстройстве, когда сталкивались с пробелами в логике (я уверен, что эти пробелы существуют; но попробуйте изложить такой большой объем технической информации для широкой аудитории — это нелегко) или с не очень изящным оборотом речи (что ж, вкусы разные). Если мне повезет, кто-нибудь укажет на ошибки и разработает лучшие предложения для решения парадокса Ферми. Если мне действительно повезет, я спровоцирую кого-нибудь на разработку совершенно нового решения парадокса. Какой бы ни была ваша реакция на книгу — от скуки и разочарования на одном конце спектра до волнения и удовольствия на другом — сам факт того, что вы потратили время на взвешивание и критику различных спекулятивных идей, которые я представил, и что вы способны на эмоциональную реакцию на эти идеи, действительно поразителен. У всех нас есть внутренний «театр», в котором мы не только регистрируем чувства и эмоции, но и размышляем над сложными вопросами, такими как возможное существование внеземных цивилизаций. Почему мы обладаем этим чудесным явлением, известным как сознание (или разумность, или осознанность, или как вы предпочитаете его называть; трудно дать определение сознанию, хотя все мы знаем из собственного субъективного опыта, что это значит)?

Сознание, безусловно, делает жизнь стоящей, и это явление, безусловно, выгодно для нас в нашем сложном современном мире, потому что оно позволяет нам выполнять так много разных задач. Но у эволюции нет предвидения. Как сознание могло быть преимуществом для людей, влачивших существование в Африке 50 000 лет назад? Действительно, разве сознание не было бы для них явным недостатком? Если бы один из наших предков заметил льва, то правильной реакцией было бы удрать, а не останавливаться и размышлять о грации, с которой большие кошки преследуют свою добычу. Даже сегодня спортсмены говорят о важности нахождения «в зоне», состоянии, когда все просто течет, а не является результатом сознательных усилий. Потратьте время на размышления о том, как поймать быстро летящий мяч, и вы его пропустите; позвольте телу делать свое дело, и вы, вероятно, его поймаете. Во многих случаях сознание просто мешает. Возможно, тогда разумные существа могут прекрасно обходиться без сознания?

Когда мы ищем внеземной разум, мы надеемся найти не только интеллект, но и сознание; мы хотим поговорить с существами, с которыми мы можем поделиться прозрениями в науке, искусстве и философии. Может ли быть, что этот поиск обречен, потому что разумные виды обычно не развивают такой недостаток, как сознание? Ибо без сознания, предположительно, у них не было бы побуждения общаться, исследовать или устанавливать контакт с другими разумными, сознательными видами. Им было бы все равно.

Представление о том, что решение парадокса Ферми кроется в концепции сознания, принадлежит канадскому писателю-фантасту Питеру Уоттсу. Как мы видели в Решении 44, его соотечественник Карл Шредер предположил, что интеллект и, следовательно, сознание — это преходящая фаза; Уоттс, с другой стороны, предполагает, что сознание вряд ли вообще эволюционирует. Оно просто не важно. По мнению Уоттса, интеллект может существовать без сознания. Уоттс и Шредер идут совершенно разными путями, но приходят к одному и тому же конечному пункту назначения: разумные и сознательные существа редки.

Уоттс драматизирует свою идею в поистине леденящем кровь научно-фантастическом романе ³⁸⁸ под названием «Ложная слепота». Название романа происходит от жуткого явления, связанного с некоторыми пациентами, страдающими поражениями первичной зрительной коры. У этих пациентов нормально функционирующие глаза, но тем не менее они кортикально слепы: их объявляют слепыми по всем обычным тестам на слепоту. Несмотря на свой недостаток, некоторые кортикально слепые пациенты могут видеть, не зная, что они могут видеть. Они каким-то образом ощущают присутствие объектов и даже могут ловить брошенные им предметы, но у них нет сознательного опыта восприятия объектов. В одном случае мужчину, полностью ослепшего в результате двух инсультов в разных областях мозга, психологи попросили пройти по коридору без помощи белой трости. Пациент опасался, но поскольку психологи сказали ему, что коридор пуст, и они будут рядом, если ему понадобится помощь, он попытался выполнить задание. Исследователи засняли эксперимент на пленку. ³⁸⁹ На видео видно, как мужчина осторожно маневрирует вокруг ряда препятствий; он избегал мусорных баков, подносов и различных других офисных принадлежностей, хотя и не осознавал, что объекты там находятся или что он направляет свое тело вокруг них.

Так что же происходит? Как можно видеть, не видя? Исследователям трудно изучить этот вопрос. Одна из трудностей заключается в том, что лишь относительно небольшое число пациентов страдают изолированной кортикальной слепотой; часто она сопровождается серьезным повреждением других частей мозга. Кроме того, большинство пациентов с кортикальной слепотой вряд ли осознают, что могут обладать бессознательной зрительной функцией, именно потому, что это явление недоступно сознательному осознанию. Наконец, из этого небольшого размера выборки исследователи полагаются на субъективные отчеты. Все это затрудняет выяснение того, что может происходить. Тем не менее, одно довольно широко принятое объяснение этого явления заключается в том, что человеческий глаз посылает информацию в две совершенно разные зрительные системы мозга: развитую систему млекопитающих, расположенную в затылочной доле, и более старую, более примитивную систему рептилий, расположенную в среднем мозге. Повреждение затылочной доли может остановить поступление сигналов в зрительную систему млекопитающих, но не остановит поступление этих сигналов в зрительную систему рептилий в среднем мозге. Если сознание может получить доступ к развитой зрительной системе, но не к примитивной системе, и если примитивная система связана с базовыми формами поведения, такими как распознавание движения и позиционирование тела, то это объяснило бы, как возникает ложная слепота. Возможно, это самое близкое, что мы можем испытать, чтобы понять, каково это — быть рептилией. Ящерице не нужно распознавать муху или думать о том, что представляет собой муха, чтобы поймать свой обед; ей просто нужно заметить движение. Это распознавание движения заставляет язык ящерицы выстреливать и ловить муху: все происходит автоматически. Сознание не нужно ящерице для выживания. На самом деле, сознание было бы для ящерицы помехой.

Если это действительно объяснение ложной слепоты, то оно имеет значение для нашего понимания сознания. Это подразумевает, что сознание существует не во всех частях мозга. Что еще более важно, это снова поднимает поставленный выше вопрос: если наш мозг не зависит от сознания, что именно привнесло сознание на вечеринку, когда человечество еще охотилось и собирало в Африке? Почему мы обладаем сознанием? Какова цель этого рассказчика от первого лица, которого мы все носим с собой в головах?

Я не встречал убедительного объяснения развития сознания человеческого уровня, того, как материя может каким-то образом осознать саму себя. Насколько я смог выяснить из прочитанного, ,390 природа человеческого сознания остается загадкой для науки. Может ли быть, что сознание, эта способность размышлять, обдумывать и рефлексировать, которая в конечном итоге приводит к славе человеческой цивилизации, является просто случайным и далеко не необходимым побочным продуктом эволюции? Возможно, однажды мы покинем Землю, исследуем Галактику и найдем разумных существ. Но может случиться так, что они не будут сознательными, не поймут, почему мы можем захотеть поговорить с ними. Свет горит, но дома никого нет.

Решение 74

Гея, Бог или Златовласка?

Счастлив тот, кто должен восхвалять удачу.

Иоганн Вольфганг фон Гете, «Торквато Тассо»

Как упоминалось во введении к главе 5, Питер Уорд (геолог и палеонтолог) и Дональд Браунли (астроном и астробиолог) предприняли широкомасштабное исследование того, почему наша планета может быть особенной. В книге «Редкая Земля» Уорд и Браунли описали несколько факторов, начиная от размера галактической обитаемой зоны и заканчивая частотой событий вымирания, которые могут ограничивать количество планет, на которых возникает сложная жизнь. Совсем недавно британский геофизик Дэвид Уолтхэм в своей книге «Счастливая планета» сосредоточился на одной детали, которая может сделать Землю особенным местом для жизни: ее четырехмиллиардная история благоприятной погоды. 391

С тех пор как впервые появилась жизнь, на Земле был относительно стабильный климат. Средние температуры поверхности неизбежно колебались на протяжении эонов — наша планета переживала эпизоды оледенения и эпизоды жары — но мы можем измерить эти перепады температур десятками, а не сотнями градусов. И эта стабильность была важна. Ледяная Земля, с водой, запертой в виде льда, была бы негостеприимной. Жизнь, если бы она существовала, находилась бы в спячке и не могла бы многое делать — именно способность жидкой воды выполнять различные функции делает жизнь такой, какая она есть. Земля-парник была бы еще хуже, потому что высокие температуры имеют тенденцию разворачивать белки из их нативного состояния. Разворачивание белков может быть полезным занятием для людей — денатурация белков путем применения тепла — это причудливый термин для «кулинарии» (по крайней мере, для человека моего уровня кулинарных способностей) — но это мало способствует биоразнообразию. Организмы, безусловно, могут выживать в экстремальных условиях. Methanopyrus kandleri штамм 116, например, может выживать при $12 2^{\circ} C$ (на больших глубинах океана, где высокое давление означает, что вода не кипит). В карманах очень соленой воды, окруженных морским льдом, можно найти организмы, процветающие в холоде.Methanogenium frigidum, например, живет на дне антарктического озера, где ему не нужен ни кислород, ни солнечный свет. Однако, если бы Земля пошла по пути Венеры (средняя температура поверхности около $46 2^{\circ} C$ ) или Марса (средняя температура поверхности около $- 5 5^{\circ} C$ ), жизнь бы не выжила. Кроме того, хотя экстремофилы приспособились к экстремальным температурам, они не могут хорошо переносить колебания температуры: M. kandleri, например, с трудом выживает при температурах ниже примерно $8 0^{\circ} C$ , в то время как M. frigidum прекращает расти, когда ртуть достигает комнатной температуры. Эволюция предоставила более сложным организмам различные механизмы для борьбы с изменениями температуры окружающей среды — от перьев и меха до дрожи и потоотделения — но любой организм чувствует себя комфортно только в ограниченном диапазоне температур. За последние полмиллиарда лет климат Земли был подходящим для сложной многоклеточной жизни.

Непрерывный период хорошей погоды на Земле весьма удивителен, поскольку множество факторов — астрономических, биологических и геологических — независимо друг от друга контролируют температуру поверхности, и все они изменялись в течение жизни Земли. Изменился состав океана, изменился состав атмосферы, изменилось количество суши… Давайте немного подробнее рассмотрим один конкретный фактор, влияющий на температуру поверхности. Когда Земля родилась, Солнце было меньше, чем сегодня. Постепенно наша звезда расширялась — это связано с гелиевым «пеплом», образующимся в результате ядерного синтеза водорода: гелий опускается в ядро Солнца, заставляя ядро сжиматься и нагреваться, что, в свою очередь, увеличивает количество сгорающего водорода. По сути, со временем Солнце стало большим радиатором, способным выделять больше тепла. Когда на Земле зародилась жизнь, Солнце излучало лишь около 70% тепла, которое оно излучает сегодня. Если бы атмосфера Земли тогда была такой же, как сейчас, то жидкие океаны были бы невозможны, и все же мы знаем, что эти океаны существовали. Если бы температура поверхности Земли следовала за растущей теплоотдачей Солнца, то биоразнообразие Земли теперь могло бы ограничиваться несколькими видами теплолюбивых экстремофилов, и все же мы все здесь — животные, растения, грибы — наслаждаемся приятным климатом, который, если уж на то пошло, демонстрировал легкую тенденцию к похолоданию. Похоже, что различные изменения более или менее уравновесили друг друга. Например, атмосфера молодой Земли содержала большое количество парниковых газов, и они обеспечивали согревающий эффект, который компенсировал слабое Солнце; и по мере увеличения светимости Солнца атмосфера Земли теряла достаточно парниковых газов (благодаря механизмам, описанным в предыдущих разделах), чтобы поддерживать температуру.

Уолтхэм излагает три возможных объяснения этого счастливого обстоятельства, этого многовекового периода установившегося климата, который позволил развиться сложной многоклеточной жизни. Он называет эти объяснения Гея, Бог и Златовласка.

Объяснение «Бог» не требует дальнейших пояснений. Если кто-то верит, что благосклонное божество точно настроило набор параметров, чтобы позволить жизни в целом процветать, и людям в частности, то так тому и быть. Больше нечего сказать.

Объяснение «Гея» основано на гипотезе, выдвинутой Джеймсом Лавлоком, ³⁹² согласно которой различные механизмы обратной связи позволяют самой жизни создавать, поддерживать и развивать условия, необходимые для выживания и процветания жизни: Землю можно рассматривать как единый, живой, саморегулирующийся организм. Жизнь, несомненно, оказала значительное влияние на Землю — атмосфера выглядела бы совсем иначе, если бы наша планета была безжизненной, например, — но гипотеза Геи не лишена критиков. Хотя идея Лавлока послужила толчком для большого количества биологических исследований, ей все еще не хватает четкой наблюдательной поддержки. Гея может существовать; а может и нет.

Объяснение «Златовласка» — это еще один способ сказать, что нам невероятно повезло. Рассмотрим обсуждение температуры, упомянутое выше: все более яркое Солнце оказывало согревающее воздействие, а какой-то другой механизм оказывал охлаждающее воздействие, и в совокупности наблюдалась легкая тенденция к похолоданию. Сторонники Геи утверждают, что охлаждение в конечном счете связано с биологическими петлями обратной связи. Однако есть и другой взгляд на это, точка зрения, которая не требует обратной связи. Возможно, жизнь действительно сыграла важную роль, удалив парниковые газы из атмосферы, и, возможно, определенные геологические эффекты также произвели охлаждающий эффект, но вместо того, чтобы приписывать все это петлям обратной связи, мы можем приписать это совпадению. Общий согревающий эффект, вызванный эволюцией нашего Солнца, просто случайно примерно компенсируется общим охлаждающим эффектом, вызванным биологией и геологией. Чистым результатом является общая тенденция к похолоданию с фоновыми колебаниями в несколько десятков градусов, и все это благодаря случайности. Удача. Компенсация на большинстве других землеподобных планет будет менее эффективной, эти планеты замерзнут или закипят, и сложная жизнь будет невозможна. Компенсация на некоторых других землеподобных планетах будет лучше, но приведет к чистой тенденции потепления, что также сделает развитие сложной жизни маловероятным. Нам просто посчастливилось жить на удачливой планете, где компенсация как раз такая, чтобы позволить развиться сложной жизни — и в конечном итоге разуму.

Должно ли научное объяснение полагаться на удачу? Что ж, мы снова сталкиваемся с антропным принципом. Как указал Картер, история Земли должна быть совместима с нашим присутствием в качестве разумных наблюдателей. Мы здесь. Мы можем объяснить этот факт, предположив, что механизмы обратной связи Геи существуют, или, как предлагает Уолтхэм, предположив, что мы живем на планете, где температурные тенденции из разных источников случайно скомпенсировались таким образом, что позволили развиться жизни. Вряд ли мы могли бы оказаться на планете, где прошлый климат был таким, что не позволял развиться жизни.

Есть ли способ отличить Гею от Златовласки? Для большинства факторов, влияющих на обитаемость Земли, будет почти невозможно решить постфактум, был ли данный результат следствием чистой удачи или какого-то определенного свойства жизни. Уолтхэм, однако, обсуждает один фактор, который действительно позволяет нам различать Гею и Златовласку, жизнь и удачу: Луну.

Решение 63 рассматривало способы, которыми Луна может быть необходима для жизни, и обсуждало, как Луна, по-видимому, играет роль в стабилизации осевого наклона Земли: уберите Луну, и наклон Земли начнет дико меняться. А дикие изменения наклона приводят к изменениям климата, губительным для жизни. Однако Уолтхэм указывает, что вместо того, чтобы спрашивать: «Что бы произошло, если бы мы убрали Луну прямо сейчас?» — более уместным вопросом будет: «Что бы произошло, если бы столкновение, сформировавшее Луну, создало Луну намного больше той, которую мы имеем на самом деле?» — и ответ на это удивителен.

Луна вызывает приливные вздутия в океанах (и, в гораздо меньшей степени, на континентальных массивах суши), и это действует как фрикционный тормоз на вращение Земли. Каждые 50 000 лет или около того день удлиняется примерно на 1 секунду. Кроме того, поскольку приливные вздутия находятся немного впереди Луны, а не прямо под ней, Луна притягивается вперед и таким образом переходит на немного более высокую орбиту. Каждый год Луна удаляется от Земли примерно на 4 сантиметра. Эта эволюция системы Земля-Луна, увеличение земного дня и увеличение расстояния между Землей и Луной — это просто проявление ньютоновской динамики. Одним из следствий этой орбитальной эволюции является то, что прецессия Земли — изменение направления ее оси вращения, которая движется подобно оси гироскопа — замедлится. В настоящее время Земля прецессирует один раз каждые 26 000 лет. Этот период прецессии будет увеличиваться по мере замедления вращения Земли и по мере того, как все более удаленная Луна будет вызывать меньшие приливы. В конце концов, примерно через 1,5 миллиарда лет, период прецессии станет около 50 000 лет. К несчастью для наших преемников, планетные орбиты также колеблются с периодом около 50 000 лет. Земля входит в «зону нестабильности». Я говорю, что эта зона «неудачна», потому что, когда периоды колебаний совпадают, возникает резонанс: это похоже на толкание качелей — толкайте в правильный период, и амплитуда нарастает. (Мы видели нечто подобное в Решении 59, с резонансными эффектами от Юпитера, вызывающими разрыв в Поясе астероидов.) Итак, примерно через 1,5 миллиарда лет в будущем эффекты планетных орбит заставят осевой наклон Земли начать хаотично колебаться. Результирующие экстремальные температуры заставят жизнь бороться за существование. (По правде говоря, у любой земной жизни через 1,5 миллиарда лет будут другие проблемы. Например, трудности, вызванные осевой нестабильностью, только усугубят эффекты гораздо более яркого Солнца.)

Уолтхэм разработал компьютерные модели для изучения эволюции систем Земля-Луна. Прелесть компьютерных моделей в том, что вы можете исследовать, что бы произошло, если бы Луна была чуть меньше или чуть больше; или что бы произошло, если бы день молодой Земли был немного длиннее или на несколько минут короче. Оказывается, обладание большой Луной — это смешанное благословение. Большая Луна увеличивает осевую стабильность планеты за счет усиления приливных сил, что хорошо, но большая Луна также увеличивает скорость, с которой планета входит в эту зону нестабильности. Оказывается, наша Луна почти настолько велика, насколько это возможно, чтобы не вызвать для нас нестабильность. Модели Уолтхэма предполагают, что если бы столкновение, сформировавшее Луну, породило спутник с радиусом всего на 10 километров больше, чем у нашей Луны, и если бы молодая Земля вращалась так, что ее день был всего на 10 минут длиннее, чем у нашей Земли, то мы бы входили в зону нестабильности прямо сейчас. Или представьте себе систему Земля-Луна, идентичную нашей во всем, кроме того, что приливное торможение увеличено на несколько процентов; опять же, мы были бы на грани входа в зону нестабильности. Наши дни были бы сочтены.

Это довольно странное совпадение, что у нас есть Луна, которая почти настолько велика, насколько это возможно, не подталкивая нас к зоне осевой нестабильности. Но обладание такой Луной — это то, чего мы могли бы ожидать, если бы большая Луна способствовала существованию сложной жизни по какой-то другой причине, не имеющей ничего общего с осевой стабильностью. Уолтхэм сравнивает ситуацию со средними скоростями, наблюдаемыми на британских автомагистралях. Ограничение в 70 миль в час устанавливает предел допустимой скорости; но мы все торопимся, и поэтому мы склонны ехать близко к пределу. Выберите случайный автомобиль на британской автомагистрали, и он, вероятно, будет ехать со скоростью около 70 миль в час — так быстро, как только возможно, не входя в зону незаконности. Так есть ли какие-либо причины, по которым наличие большой Луны полезно для сложной жизни? Что ж, мы рассмотрели некоторые предположения в Решении 63. Уолтхэм добавляет свое собственное предположение. Наша Луна заставляет ось Земли медленно прецессировать, и она делает день Земли относительно длинным. Уолтхэм убедительно доказывает — хотя в настоящее время это все еще предположение — что эти два эффекта означают, что Земля страдает от относительно мягких и нечастых ледниковых периодов.

Мы можем представить себе миллиарды столкновений, формирующих Луну, каждое из которых неуловимо отличается. В большинстве случаев результирующая система Земля-Луна погружается в оледенение или же попадает в климатический хаос; в большинстве случаев жизнь борется за выживание. Наша собственная система Земля-Луна попала в это «золотое сечение». Размер Луны, продолжительность дня, угол наклона оси — все это вместе дает нам хорошую погоду. И ключевой момент в том, что все это не имеет ничего общего с Геей. Мы не можем утверждать, что каким-то образом были задействованы петли биологической обратной связи, или что ключевую роль сыграла чистая приспособляемость и устойчивость жизни. Это просто ньютоновская механика, действующая на Златовласку.

Не слишком ли трудно проглотить эту дозу удачи? Не обязательно: это снова антропный аргумент. Если жизнь зависит от различных планетарных факторов (таких как существование магнитного поля, правильное количество горных пород, наличие большой, но не огромной Луны и так далее), и эти факторы объединяются способом, напоминающим уравнение Дрейка, чтобы сделать сложную жизнь шансом один на триллион… что ж, жизнь наверняка где-то возникнет просто потому, что там много триллионов планет. И если эта жизнь порождает разумных наблюдателей, то эти наблюдатели неизбежно окажутся на планете, на которой эти факторы сочетаются правильным образом. Эти наблюдатели могут искать объяснение в Гее (или Боге), но все, что потребуется, — это объяснение Златовласки.

По мере того, как планетологи узнают больше об экзопланетах и различных способах построения планетной системы, они смогут лучше понять, действительно ли Земля является исключением. В настоящее время еще слишком рано говорить об этом. Но, безусловно, возможно, что мы живем на Счастливой Планете.

6 Заключение

Я раскритиковал 74 предложенных решения парадокса Ферми, поэтому будет справедливо, если я предложу свое собственное. Меня не устроило изложение, представленное в первом издании этой книги, поэтому на этот раз я использую другой подход. Вывод тот же, но путь, которым я к нему прихожу, несколько иной. Это ни в коем случае не оригинальное предложение, но оно суммирует то, что, по моему мнению, парадокс может рассказать нам о нашей вселенной.

Американский писатель-фантаст Дэвид Брин в своем превосходном анализе Великого Молчания 1983 года писал, что “немногие важные темы столь бедны данными, столь подвержены необоснованным и предвзятым экстраполяциям и так тесно связаны с конечной судьбой человечества, как эта”. Спустя более трех десятилетий после того, как Брин опубликовал свой обзор, мало что изменилось.

Тема по-прежнему бедна данными. Безусловно, сейчас у нас больше релевантных знаний, чем даже на рубеже веков. В отдельных областях произошли колоссальные сдвиги. Развитие вычислительной техники и астрономических технологий сделало возможным создание разнообразных мощных программ SETI; астрономы больше понимают о формировании планетных систем, а открытие экзопланет стало рутиной; биологи раскрывают фундаментальные механизмы жизни на Земле (хотя, как это обычно бывает в науке, новые открытия, кажется, создают расширяющуюся оболочку незнания). Тем не менее, мы едва приступили к поиску ответов на многие глубокие вопросы в этой области. Тема по-прежнему подвержена необоснованным, предвзятым экстраполяциям. Однако, учитывая глубокую важность темы, должен ли наш недостаток достоверных данных заставлять нас молчать? Несомненно, лучшее, что мы можем сделать в данных обстоятельствах, — это быть откровенными в отношении наших предубеждений и открытыми в отношении наших экстраполяций. По крайней мере, тогда может состояться дискуссия, даже если на данный момент такая дискуссия будет генерировать больше тепла, чем света. Тема по-прежнему важна. Что может быть важнее? Либо мы одни, либо мы делим вселенную с существами, с которыми однажды сможем общаться. В любом случае, это ошеломляющая мысль.

Решение 75

Парадокс Ферми разрешен…

Когда фактов мало, предположения, скорее всего, отражают индивидуальную психологию.

Карл Густав Юнг

Парадокс разрешен? Что ж, нет. Конечно, нет. Тема остается настолько неуловимой, что честные люди могут прийти к совершенно противоположным выводам. Читатель волен выбрать одно или несколько из представленных ранее решений или предложить свое собственное. Здесь я представляю решение, которое кажется мне наиболее осмысленным. Однако, прежде чем представить свой взгляд на парадокс, я хотел бы кратко обсудить, почему так много людей верят в существование разумных внеземных существ.

Мои друзья, не являющиеся учеными, склонны защищать свою веру во внеземной разум, приводя то, что можно было бы назвать ответом Дугласа Адамса: «Космос большой. Действительно большой. Вы просто не поверите, насколько он необъятно, гигантски, умопомрачительно большой». Неужели мы можем быть единственным разумным видом в такой большой вселенной? Когда смотришь на то, какой незначительной кажется Земля на рисунке 1, на фотографии, сделанной с соседней планеты, трудно заключить, что во всей этой необъятности нет других цивилизаций. И все же аргумент размера на самом деле имеет мало значения, потому что оказывается, что большая часть нашей вселенной пуста. Ну, это не совсем так. Вселенная кажется наполненной «материей», но это «материя» — темная энергия и темная материя, о которых мы почти ничего не знаем, кроме того факта, что она не подходит для построения жизни. Даже 5% массово-энергетического содержания вселенной, которое мы понимаем — атомы, нейтрино и излучение — распределены редко, и большая его часть не находится в форме, которая позволила бы существовать жизни. Вселенная может быть большой, но сам по себе размер мало что говорит нам о том, есть ли дома для таких существ, как мы.

Мои друзья-физики склонны защищать свою веру во внеземной разум, указывая на цифры. Важен не размер вселенной как таковой, а тот факт, что она достаточно велика, чтобы содержать огромное количество землеподобных планет. Мы не знаем точно, сколько таких планет существует, но одна недавняя оценка предположила (возможно, оптимистично), что Галактика может содержать до 100 миллиардов обитаемых, землеподобных планет. Во вселенной около 500 миллиардов галактик, и поэтому может существовать до 50 секстиллионов потенциальных домов для жизни. Это 5 с 22 нулями. Неужели мы можем быть единственным разумным видом, когда существует так много мест, где разумные виды могли бы развиться? Секстиллион — это большое число, верно?

Проблема с этим аргументом в том, что мы не знаем, является ли секстиллион (или 50 секстиллионов, или 100 секстиллионов, или какое бы число вы ни считали подходящим) большим в этом контексте. Может быть. А может и нет. Большие числа возникают довольно легко в самых простых контекстах. Позвольте привести только один пример; это проблема над которой стоит задуматься в следующий раз, когда вы будете на каком-нибудь скучном заседании комитета. Перечислите все возможные подкомитеты, которые могут быть сформированы из людей на вашем собрании, и рассмотрите каждую возможную пару подкомитетов. Распределите каждую пару в одну из двух групп. Каково наименьшее число людей в исходном комитете, которое гарантирует, независимо от того, как сделано распределение, что найдутся четыре подкомитета, в которых все пары находятся в одной группе, и все люди принадлежат к четному числу подкомитетов? Ладно, полагаю, на первый взгляд это не самая интересная из проблем. Я тоже несправедлив, потому что это сложная проблема: она еще не решена. Математик Рональд Грэм, однако, однажды доказал, что существует решение этой проблемы — или, точнее, эквивалентной проблемы — и он доказал, что решение лежит между 6 и неким числом, которое мы назовем G (что означает число Грэма). Суть, которую я хочу донести, заключается в том, что число Грэма, возникающее из достаточно простой проблемы, велико. Очень, очень велико. G настолько велико, что его представление требует специальной нотации. Широко используемая нотация для представления очень больших чисел принадлежит Дону Кнуту, известному по TEX, но, как мы увидим, даже эта нотация нелегко справляется с целым числом размером с число Грэма. Кнут ввел оператор ↑. Одиночная ↑ — это то же самое, что возведение в степень:

$m ↑ n = m \times m \times \cdot \cdot \cdot \times m = m^{n} .$

Таким образом, у нас есть $2 ↑ 2 = 2 \times 2 = 2^{2} = 4$ и $3 ↑ 4 = 3 \times 3 \times 3 \times 3 = 3^{4} = 81$ и так далее. Все становится интереснее, когда у вас есть пара стрелок, ↑↑. Это представляет собой башню степеней:

$m ↑↑ n = m^{m \dots m}$

где башня имеет высоту n рядов. Это позволяет очень быстро генерировать большие числа. Например:

$3 ↑↑ 2 = 3^{3} = 27$

$3 ↑↑ 3 = 3^{33} = 3^{27} = 7625597484987$

Поиграйте с нотацией двойной стрелки, чтобы почувствовать ее. Попробуйте понять, насколько велико число $3 ↑↑ 4 = 3^{333} = 3^{7625597484987}$ . Если сможете, вы справляетесь лучше меня. Это число уже значительно больше, чем число частиц в известной вселенной. Но мы еще даже не начали. Рассмотрим оператор

↑↑↑, который генерирует башню из башни степеней. Давайте посмотрим на 3↑↑↑3:

$3 ↑↑↑ 3 = 3 ↑↑ (3 ↑↑ 3) = 3 ↑↑ 7625597484987 = 3^{3 \dots3}$

где общая высота башни содержит 7625597484987 уровней. Это безумно большое число. Но мы все еще не приблизились к числу Грэма. Давайте рассмотрим оператор ↑↑↑↑, который генерирует башню из башни из башни степеней. Подумайте о числе 3↑↑↑↑3, которое… ну, оно настолько велико, что его очень трудно записать. Попробуйте, и вы увидите. Размышляя о числе Грэма, мы начинаем с этого числа, которое обозначается $g_{1}$ . Другими словами, $g_{1} = 3 ↑↑↑↑ 3$ . Число $g_{2}$ абсурдно огромно:

$g_{2} = 3 ↑↑ \dots ↑↑ 3$ ,

с $g_{1}$ стрелками между тройками.

Всего четыре оператора стрелки вверх между тройками генерируют число, которое слишком велико, чтобы его было удобно записывать. Здесь мы думаем о числе с $3 ↑↑↑↑ 3$ операторами стрелки вверх между тройками. Это $g_{2}$ . Число $g_{3}$ имеет $g_{2}$ операторов стрелки вверх между тройками. И так далее. Число Грэма — это $g_{64}$ .

Почти невозможно постичь абсолютную чудовищность числа Грэма. Оно затмевает все, что ваш разум (ну, по крайней мере, мой разум) может постичь. По сравнению с числом Грэма, 50 секстиллионов — возможное число обитаемых, землеподобных планет — смехотворно мало. Так является ли 50 секстиллионов большим числом, когда мы обсуждаем возможность существования внеземного разума? Возможно, если, например, окажется, что жизнь присутствует на большинстве этих планет. Но если развитие разумной жизни из неживой материи окажется событием типа 1-из-G, то число планет будет нерелевантным.

Некоторые большие числа. Число Грэма безумно велико, и его цифры невозможно записать (вселенная недостаточно велика, чтобы вместить десятичное представление числа, как бы мелко вы ни писали), но мы знаем, каковы последние несколько цифр. К слову, число Грэма заканчивается на …2464195387.

Другие числа, даже большие, чем число Грэма, появлялись в серьезной математической литературе. Математики, работающие в области комбинаторики или информатики, оперируют поразительно большими числами, которые требуют специальных обозначений для их представления. Математики, работающие над теоремой Крускала о деревьях, например, сталкиваются с числом, которое заставляет число Грэма выглядеть ничтожным: они используют функцию под названием TREE, которая начинается с $TREE (1) = 1$ и $TREE (2) = 3$ , но $TREE (3)$ настолько безумно велико, что нотация Кнута со стрелками вверх с трудом справляется. Число Грэма намного ближе к $TREE (2)$ , чем к $TREE (3)$ .

Мои друзья-биологи, в отличие от тех, кто изучал физические науки (или даже тех, кто не изучал никакой науки), склонны быть гораздо более скептичными в отношении перспектив разума — или, по крайней мере, в отношении перспектив разума, который развивается в цивилизацию, способную общаться с нами.

Биологи склонны соглашаться с тем, что другие формы жизни будут существовать (в конце концов, число планет, на которых может зародиться жизнь, велико), но они не принимают детерминистский аргумент «высокий интеллект развился на Земле, поэтому он должен в конечном итоге развиться и на других планетах». Они склонны видеть неправдоподобие, а не неизбежность интеллекта.

Мое собственное мнение? Что ж, я на стороне своих друзей-биологов.

Дискуссия о внеземном разуме содержит лишь один блестящий, неопровержимый факт: нас не посещали внеземные цивилизации, и мы не получали от них никаких сигналов. Пока что Вселенная для нас молчит. Те, кто отрицает этот факт, конечно, имеют готовое решение парадокса Ферми (и, предположительно, прекратили читать эту книгу после первых нескольких страниц). Задача для остальных из нас — интерпретировать этот единственный факт.

Как предполагает цитата, начинающая этот раздел, когда у нас есть только одно свидетельство, наши предубеждения выходят на первый план. Мои собственные предубеждения, насколько я могу их определить, включают оптимизм в отношении нашего будущего. Мне нравится думать, что наши научные знания будут продолжать расширяться, а наши технологии — совершенствоваться; мне нравится верить, что человечество однажды достигнет звезд — сначала отправляя сообщения, а затем, возможно, отправляя корабли. Мне нравится надеяться, что нечто похожее на охватывающую Галактику цивилизацию, описанную Азимовым в его классических рассказах «Основание», однажды может осуществиться. Но эти предубеждения сталкиваются с парадоксом Ферми: если мы собираемся двинуться в Галактику, почему они еще этого не сделали? У них были средства, мотив и возможность основать колонии, но они, похоже, этого не сделали. Почему? Что ж, я считаю, что это потому, что «они» — чувствующие, разумные, мыслящие существа, которые строят цивилизации и с которыми мы можем общаться — не существуют.

Я согласен, что когда смотришь на небо ясной безлунной ночью и видишь невооруженным глазом мириады звезд и необъятность космоса, трудно поверить, что мы можем быть одни. Мы слишком малы, а Вселенная слишком велика, чтобы это имело смысл. Но внешность может быть обманчива: даже в идеальных условиях наблюдения вряд ли можно увидеть более 3000 звезд, и немногие из них обеспечили бы условия, благоприятные для нашей формы жизни. Интуитивная реакция, которую мы, возможно, все испытываем, глядя на ночное небо — что где-то там должна быть разумная жизнь — не является хорошим ориентиром. Мы должны руководствоваться разумом, а не интуитивной реакцией. Что ж… разум говорит нам, что в нашей Галактике миллиарды землеподобных планет, а в ближайшем галактическом соседстве — триллионы таких планет, так разве физики и астрономы не правы? Разве сама сила чисел не означает, что разум, и, возможно, разум, значительно превосходящий наш, неизбежен? Я так не думаю. Я думаю, что этот аргумент попахивает высокомерием. Позвольте мне объяснить, что я имею в виду.

Во-первых, в нашем поиске разумных, мыслящих внеземных существ мы предполагаем, что абиогенез — возникновение жизни из нежизни — не является маловероятным. Это предположение может быть необоснованным; возможно, жизнь на Земле возникла в результате какой-то случайности, неповторимого события. Однако, поскольку многие химические ингредиенты для жизни присутствуют в космической пыли, и поскольку существует так много планет, давайте согласимся, что существует множество случаев зарождения жизни.

Мы ищем, таким образом, планеты, на которых зародилась жизнь и на которых условия оставались благоприятными на протяжении миллиардов лет — достаточно долго, чтобы эволюция смогла сотворить свое волшебство. Но сколько планет будет обладать таким уровнем стабильности? Условия были подходящими для жизни на протяжении всей истории Земли, но мы не можем использовать это для аргументации о вероятной стабильности условий в других местах: мы здесь, поэтому мы должны оглядываться на историю, которая была подходящей для развития разумной жизни. У других планет может отсутствовать большая луна, или они могут быть без защитного магнитного поля, или вращаться вокруг слишком переменной звезды, или обладать климатом, который уходит в парниковый или ледниковый период, или их атмосфера может быть сорвана близким гамма-всплеском, или… ну, мы видели, насколько опасной может быть вселенная. Не каждая планета, порождающая жизнь, сможет защитить свое потомство.

Мы ищем те планеты, которые не только обеспечивают долгосрочный дом для жизни, но и на которых появились сложные, многоклеточные организмы. Но почему мы должны ожидать, что жизнь разовьется дальше прокариотического уровня? Кажется, в этом нет ничего неизбежного. На тех планетах, где сложные формы жизни действительно возникают, мы ищем формы жизни, которые развили те же или схожие органы чувств, что и у нас, чтобы могло состояться общение. Но почему мы должны ожидать, что это будет распространено? Возможно, обоняние, или магниторецепция, или терморецепция — или, что более вероятно, чувства, о которых мы даже не мечтаем — более полезны для существ, пытающихся выжить в условиях, встречающихся на других планетах.

Мы ищем формы жизни, в которых развился высокий интеллект. Но почему мы должны ожидать, что интеллект будет широко распространен? На Земле он определенно не распространен. Археи и бактерии не развили интеллект после того, как наша линия отделилась от их. Грибы и растения не развили интеллект после того, как линия животных отделилась от их. Из различных типов животных только хордовые развили интеллект; и из хордовых только позвоночные развили интеллект; и из позвоночных только млекопитающие; и из млекопитающих только люди развили тот высокий интеллект, который мы ищем. Мы оглядываемся назад и видим лестницу интеллекта, ведущую к нам на вершине. Но это предвзятый взгляд. Если мы посмотрим вокруг, а не назад, мы увидим, что высокий интеллект просто не так важен: миллионы видов прекрасно обходятся без него.

Мы ищем разумные формы жизни, которые также развили сознательное самосознание. Мы ищем разумные, сознательные формы жизни, которые имеют как доступные ресурсы, так и потребность в преобразовании сырья в инструменты. Мы ищем разумных, сознательных, создающих инструменты существ, которые развили язык, который мы способны понять. Мы ищем разумных, сознательных, создающих инструменты, общающихся существ, которые живут в социальных группах (чтобы они могли пожинать плоды цивилизации) и которые развивают инструменты науки и математики.

Мы ищем себя…

Вот в каком смысле я имею в виду, что аргумент в пользу существования внеземного разума несет в себе оттенок высокомерия. Когда мы смотрим в ночное небо, почему мы должны ожидать найти существ, обладающих именно теми качествами, которые определяют человечество? Миллионы видов, с которыми мы делим нашу планету, все так же «эволюционировали», как и мы: все они зарабатывают на жизнь в суровом мире, которому все равно, живут они или умирают. Им удается выживать впечатляющим числом различных способов. Нет никакого эволюционного стремления к тому типу интеллекта, который определяет наш вид.Если мы не находим интеллект здесь, почему, черт возьми, мы должны найти его там?

Если мы, однако, заняты поиском самих себя, то эта деятельность приобретает огромное значение. Что бы для нас значило, если бы мы узнали, что мы действительно единственный сознательный вид во Вселенной? Ответственность была бы поразительной.

Знаменитый французский биолог Жак Моно однажды написал, что «Человек наконец знает, что он одинок в бесчувственной необъятности Вселенной, из которой он возник лишь случайно». Это меланхоличная мысль. Я могу представить себе только одно печальнее: если единственный вид, обладающий сознанием, единственный вид, который может озарить Вселенную актами любви, юмора и сострадания, уничтожит себя актами глупости или невежества. Различные «Решения», обсуждаемые в главе 4, я считаю, не решают парадокс Ферми; но они описывают ряд возможных будущих для наших потомков. Мы можем выбрать, какое будущее мы хотим. Если мы выживем, у нас будет Галактика для исследования и освоения. Если мы уничтожим себя, если мы разрушим Землю до того, как будем готовы покинуть нашу родную планету… что ж, может пройти очень, очень много времени, прежде чем существо другого вида посмотрит на ночное небо своей планеты и спросит: «Где все?»

Примечания

Где все?

¹ чтение произведений Айзека Азимова Американский писатель Айзек Азимов (1920–1992) был одним из самых плодовитых авторов XX века. Он писал на огромное количество тем — от Библии до Шекспира, — но именно его научные книги, как художественные, так и научно-популярные, оказали на меня наибольшее влияние. Мемуары, написанные к концу его жизни, см. Азимов (1994).

² появлялись в последовательных выпусках Статья «про-Ферми», написанная американским геологом и писателем-фантастом Стивеном Ли Джиллеттом (1953–), появилась в августовском номере журнала Asimov’s за 1984 год. Опровержение американского ученого и писателя Роберта А. Фрейтаса-младшего (1952–) появилось в сентябрьском номере. Несколько лет спустя Джиллетт расширил свою первоначальную статью и указал на иную интерпретацию «парадокса леммингов», введенного Фрейтасом и обсуждаемого здесь на стр. 2. Если бы Земля была пуста, за исключением леммингов, то эти существа были бы повсюду; но Земля кишит другими живыми существами, которые вытесняют леммингов и ограничивают их распространение. Правильный вывод, который следует сделать из ненаблюдения леммингов, заключается в том, что на Земле имеется изобилие живых видов, конкурирующих за ресурсы (что мы и так знали, потому что видим жизнь повсюду вокруг нас). Однако, когда мы смотрим в космос, мы не видим ничего, что указывало бы на присутствие жизни.

³ последние космологические измерения Космические миссии WMAP и Planck уточнили ключевые числа, описывающие нашу вселенную. Подробности см., например, NASA (2012) и ESA (2014).

Физик Энрико Ферми

⁴ выдающиеся способности к математике Для получения сведений о жизни Ферми я обратился к двум источникам: биографии, написанной его женой Лаурой (Ферми, 1954); и читабельному отчету о жизни Ферми в физике, написанному Эмилио Сегре (1905–1989), другом, студентом и сотрудником Ферми (Сегре, 1970). Сам Сегре получил Нобелевскую премию по физике в 1959 году. Симпозиум, состоявшийся в Чикаго в 2001 году в ознаменование столетия со дня рождения Ферми, подчеркнул широту его влияния на физику; материалы были позже опубликованы (Кронин, 2004).

⁵ быстро превзошел своих учителей Луиджи Пуччианти (1875–1952), учитель Ферми, был директором физической лаборатории Высшей нормальной школы в Пизе. Согласно рассказу Лауры (Ферми, 1954), Пуччианти попросил молодого Ферми научить его теории относительности. «Вы ясно мыслите, — сказал Пуччианти, — и я всегда могу понять то, что вы объясняете».

⁶ реактор стал критическим Общим руководителем проекта, целью которого было достижение первой самоподдерживающейся ядерной реакции, был Артур Холли Комптон (1892–1962), американский физик, получивший Нобелевскую премию за свою работу в области субатомной физики. Когда стало ясно, что Ферми достиг цели, Комптон позвонил Джеймсу Брайанту Конанту (1893–1978), президенту Гарвардского университета. Телефонный разговор был загадочным: «Джим, тебе будет интересно узнать, что итальянский мореплаватель только что высадился в новом мире». Подробности проекта см. в Комптон (1956).

Парадокс

⁷ слово парадокс происходит от См. Паундстоун (1988) для занимательной и читабельной книги, посвященной различным парадоксам. Помимо тех, что я обсуждаю здесь, вы можете прочитать о парадоксе брадобрея Рассела, парадоксе предсказателя Ньюкомба и многих других, но не о парадоксе Ферми.

⁸ Рапопорт однажды заметил Биоматематик российского происхождения Анатоль Рапопорт (1911–2007) известен своими работами в различных областях, включая анализ известного математического парадокса: дилеммы заключенного. Краткое, читабельное введение в этот парадокс см. в Рапопорт (1967).

⁹ умышленная неопределенность Наше слово «сорит» происходит от греческого слова soros, означающего «куча», поскольку оно впервые было использовано в типе рассуждений, описанном в тексте. (Другими словами, одна песчинка не образует кучи; если одна песчинка не образует кучи, то и две песчинки не образуют; и так далее до бесконечности.) См. Уильямсон (1994) для всестороннего описания парадокса сорита.

¹⁰ парадокс ворона Парадокс ворона был разработан философом немецкого происхождения Карлом Густавом Гемпелем (1905–1997), одним из лидеров движения логического позитивизма. Парадокс впервые появился в Hempel (1945a, b).

¹¹ породил обширную литературу Парадокс неожиданной казни был впервые замечен шведским математиком Леннартом Экбомом, когда он услышал следующее объявление Шведской радиовещательной компании во время войны: «На этой неделе пройдут учения по гражданской обороне. Чтобы убедиться, что подразделения гражданской обороны должным образом подготовлены, никто заранее не будет знать, в какой день пройдут эти учения». Подробнее об этом парадоксе см. Gardner (1969). Хотя Мартин Гарднер (1914–2010) был наиболее известен своими колонками по математике в Scientific American, он получил образование философа и публиковал научные статьи о парадоксах.

¹² факт межзвездных путешествий Хотя парадокс близнецов включает специальную теорию относительности Эйнштейна, сам Эйнштейн, конечно, достаточно хорошо понимал свою собственную теорию, чтобы не представлять это явление как парадокс. Однако, хотя Эйнштейн также был одним из основателей квантовой теории, он был менее уверен в себе в этой области. Он и его соавторы Борис Подольский (1896–1966) и Натан Розен (1909–1995) построили удивительно тонкий аргумент (теперь называемый парадоксом ЭПР), предназначенный для доказательства неполноты квантовой физики. Опять же, полный анализ показывает, что парадокса нет, но за счет введения «жуткого» (собственное слово Эйнштейна) явления, называемого запутанностью. Результат ЭПР говорит нам, что все, к чему мы когда-либо прикасались, невидимо связано с нами странными правилами квантовой теории. Ясные изложения парадокса ЭПР можно найти в Mermin (1990) и Gribbin (1996). Парадокс был первоначально описан в Einstein et al. (1935).

¹³ впервые предложен в 2012 году Статья, предложившая парадокс файрвола, была доступна в виде препринта в 2012 году и появилась в печати в следующем году. См. Almheiri et al. (2013).

¹⁴ предложил идею См., например, Webb (2004).

¹⁵ назван в честь Генриха Ольберса Парадокс темного неба был назван в честь немецкого астронома Генриха Вильгельма Маттеуса Ольберса (1758–1840), но несколько других астрономов, включая, в частности, Иоганна Кеплера (1571–1630) и Эдмонда Галлея (1656–1742), рассматривали эту проблему до того, как Ольберс опубликовал свой анализ в 1826 году. См. Харрисон (1987) для подробного, элегантно написанного обсуждения парадокса Ольберса, включая раннюю историю вопроса о том, почему небо темное ночью.

Парадокс Ферми

¹⁶ чей отчет я широко использую Эрик Джонс, астроном, большую часть своей карьеры проработавший в Лос-Аламосе, связался с Эмилем Джоном Конопински (1911–1990), Эдвардом Теллером (1908–2003) и Гербертом Фрэнком Йорком (1921–2009), обеденными компаньонами Ферми в день, когда он задал свой знаменитый вопрос, и попросил их записать свои воспоминания об этом инциденте. Он опубликовал их отчеты в Jones (1985). В начале 1950-х годов американцы Конопински и Йорк оба были вовлечены в теоретическую работу по разработке ядерного оружия, как и венгерский уроженец Теллер (которого называют «отцом водородной бомбы»). Все трое из них оценили бы вклад Ферми в их дискуссии по ядерной физике.

¹⁷ в честь радиоастронома Американский астроном Фрэнк Дональд Дрейк (1930–) был первым человеком в истории, использовавшим радиотелескоп для поиска внеземных цивилизаций. Увлекательный рассказ о том, что привело его к жизни в астрономии, и о перспективах поиска внеземного разума можно найти в Drake and Sobel (1991).

¹⁸ сформулировать аргумент как парадокс См., например, Haqq-Misra and Baum (2009) или Prantzos (2013).

¹⁹ научный провидец Русский писатель и философ Константин Эдуардович Циолковский (1857–1935) родился в бедной семье в восточном городе Ижевске. С девяти лет он страдал почти полной глухотой после стрептококковой инфекции. Тем не менее, он занимался самообразованием и изучал химию и физику. Еще в 1898 году он объяснил необходимость жидкотопливных ракет для космических полетов, а в своем научно-фантастическом романе 1920 года «Вне Земли» он описал, как люди будут жить в орбитальных колониях. Он продвигал свои идеи о внеземной жизни в двух эссе под названием «Есть и планеты вокруг других солнц» (датировано 1934 годом) и «Планеты населены живыми существами» (датировано 1933 годом). Описание философии Циолковского и его предвидения парадокса Ферми см. в Lytkin et al. (1995).

²⁰ четко изложил дилемму См. Viewing (1975).

²¹ статья 1975 года См. Hart (1975). Именно эта статья, я полагаю, больше, чем любая другая, вызвала широкий интерес к парадоксу Ферми.

²² Палата лордов Лорд Дуглас из Барлоха (1889–1980) предположил (Douglas 1977), что число эволюционных шагов, ведущих от примитивной жизни к разуму, было настолько велико, что вероятность того, что это произойдет где-либо еще, была бесконечно мала.

²³ Типлер рассуждал Американский математический физик Фрэнк Дженнингс Типлер III (1947–) опубликовал несколько популярных статей об использовании зондов для колонизации Галактики. См., например, Tipler (1980).

²⁴ самое крутое и лучшее резюме Глен Дэвид Брин (1950–) получил образование астронома, но гораздо более известен как удостоенный наград писатель-фантаст. Его статья о «Великом молчании» (Brin 1983) остается одним из самых ясных изложений предмета. В популярной статье (Brin 1985) он кратко рассматривает 24 возможных решения парадокса Ферми.

²⁵ материалы были опубликованы См. Zuckerman and Hart (1995). Обновленное второе издание этой очень читабельной книги легче достать, чем первое.

²⁶ вероятность внеземной жизни равна 1 См. Aczel (1998) для легкомысленного изложения, предполагающего, что само число звезд во Вселенной означает, что где-то еще должна быть жизнь: дайте чему-то достаточно шансов произойти, и в конце концов это произойдет. Однако многие читатели могут счесть аргументы, ведущие к этому выводу, неубедительными.

²⁷ Смолин писал, что См. Smolin (1997).

²⁸ Гулд писал, что См. Gould (1985).

²⁹ и экономист Упоминание экономистов напоминает мне о доказательстве несуществования путешественников во времени, использующем рассуждения, подобные парадоксу Ферми (Reinganum 1986–7): если бы существовали путешественники во времени, то процентные ставки не были бы положительными! Фактически, если бы люди могли путешествовать назад во времени, то процентные ставки должны были бы быть 0% — иначе вкладчики могли бы использовать банки как бездонные банкоматы. Вкладчики могли бы просто отправиться назад во времени на несколько тысяч лет, внести несколько долларов, а затем вернуться в настоящее; сложные проценты даже на небольшую сумму гарантировали бы богатство.

³⁰ кислотный тест эксперимента Хорошим примером необходимости эксперимента был аргумент Типлера о том, что в далеком будущем мы все будем воскрешены в программном обеспечении богоподобным разумом (Типлер, 1994). Его аргумент основывался на том, что Вселенная обладает определенными космологическими свойствами; современные наблюдения, похоже, исключают эти свойства и, таким образом, по крайней мере, первоначальную версию теории Типлера. Мы бы этого не знали, однако, если бы астрономы не посмотрели.

Они Здесь и Называют Себя Венграми

³¹ Шутка возникла Макфи (1973) приписывает «теорию» о том, что венгры являются потомками марсиан, Лео Силарду, который был бы одним из марсиан. Однако посмертно опубликованное письмо (Моррисон, 2011) предоставляет несколько иную — и более вероятную — версию этой истории.

³² грозное скопление интеллекта Пятеро «марсиан», упомянутых в тексте, действительно представляли собой необычайное скопление талантов. Эдвард Теллер уже упоминался в предыдущей заметке. Лео Силард (1898–1964) внес вклад в молекулярную биологию, а также в ядерную физику — а также изобрел новый тип домашнего холодильника; его соизобретателем был Эйнштейн! (См. Ланут (1994) для хорошей биографии Силарда.) Юджин Пол Вигнер (1902–1995) был одним из ведущих экспертов в квантовой теории. Джон фон Нейман (1903–1957) оказал огромное влияние и внес огромный вклад в ряд областей. Теодор фон Карман (1881–1963) был одним из ведущих мировых инженеров-аэронавтов. Все пятеро родились в Будапеште. Еще один физик, родившийся в Будапеште примерно в то же время, хотя он никогда не работал в Лос-Аламосе, был Деннис Габор (1900–1979); он был удостоен Нобелевской премии за изобретение голографии. Радиохимик Георг де Хевеши (1885–1966) был удостоен Нобелевской премии по химии 1943 года; он тоже родился в Будапеште. Такое скопление талантов редко, но, вероятно, не уникально. Другие очаги гениальности возникали время от времени. Например, лауреаты Нобелевской премии по физике 1979 года теоретики элементарных частиц Шелдон Ли Глэшоу (1932–) и Стивен Вайнберг (1933–), которые независимо работали над электрослабым объединением, учились в одном классе в Высшей школе наук Бронкса. Также в классе был Джеральд Фейнберг (1933–1992), который развил идею тахиона. В дополнение к Глэшоу и Вайнбергу, Высшая школа Бронкса выпустила еще трех лауреатов Нобелевской премии по физике! Несколько более зловещая констелляция людей произошла в 1913 году в Вене, столице Австро-Венгерской империи: Адольф Гитлер, Иосиф Сталин, Иосип Тито, Лев Троцкий и Зигмунд Фрейд жили в паре миль друг от друга. Совпадения случаются.

Они Здесь и Называют Себя Политиками

³³ Согласно Айку См., например, Айк (1999). Айк когда-то был хорошо известным лицом на английском телевидении, поэтому, когда я узнал о его убеждениях, я почувствовал себя обязанным прочитать одну из его книг. Книга, которую я выбрал, началась плохо, быстро скатилась до того любопытного уровня, когда что-то настолько плохо, что хорошо, но, к сожалению, продолжила свое падение, так что через несколько страниц я больше не мог выдержать.

³⁴ члены администрации президента Обамы См. Гражданские слушания по раскрытию информации (2013) для подробностей показаний Хеллиера, а также показаний 39 других свидетелей.

³⁵ успех на местных выборах На момент написания Паркс представляет округ Стейксби городского совета Уитби. Подробности результатов выборов 2012 года см. в Совете округа Скарборо (2012). Поиск в Интернете по фамилии Паркс предоставит ссылки на несколько телевизионных выступлений, в которых он обсуждает свои отношения с инопланетянами-«богомолами».

³⁶ относиться к ним серьезно См. Насар (1994) для заставляющей задуматься биографии математика Джона Форбса Нэша-младшего (1928–), опубликованной примерно в то же время, когда Нэш был удостоен Нобелевской премии по экономике. Они Бросают Камни в Радивое Лаича

³⁷ книга по материаловедению См. Миодовник (2013). Я знаю только одну другую популярную книгу по материаловедению, которая лучше, чем «Материя имеет значение» Миодовника, и это классическая «Новая наука о прочных материалах, или Почему вы не проваливаетесь сквозь пол» (Гордон, 1991).

³⁸ около 100 000 метеоритов См. Браун и др. (2002) для оценки скорости, с которой малые объекты ударяются о Землю. Хотя любой конкретный квадратный метр Земли вряд ли будет поражен метеоритом в течение любого данного года, есть по крайней мере один хорошо задокументированный случай удара внеземного объекта в человека. Метеорит Силакога упал в Алабаме 30 ноября 1954 года; фрагмент пробил крышу, отскочил от деревянного радиоприемника и ударил Энн Ходжес по бедру, когда она спала на диване.

³⁹ потеряли свой билет См. Guardian (2001) для истории о паре, которая не смогла вовремя заявить о своем выигрыше.

⁴⁰ студент по имени Мартин Эндрюс Одно из самых ранних упоминаний фальшивой истории Гормана см. в Digital Spy (2013). Быстрый поиск в Интернете будет достаточным, чтобы продемонстрировать, как история мутировала.

Они Наблюдают за Нами с НЛО

⁴¹ странные огни в небе Иезекииль 1:4–28 содержит описание колеса в небе, которое некоторые решили интерпретировать как летающую тарелку. Интерпретация апокалиптических писаний общеизвестно трудна, но, вероятно, справедливо сказать, что пророк Иезекииль не описывал физическое событие. В зависимости от взгляда на эти вещи, он мог описывать послание от Бога или мог съесть какие-то странные грибы.

⁴² управляя своим частным самолетом Кеннет Арнольд (1915–1984) написал о своем наблюдении в «Пришествии тарелок» (Арнольд, 1952).

⁴³ Как постоянно показывают опросы Многие опросы изучали отношение людей к НЛО за последние несколько десятилетий. В зависимости от точного характера задаваемого вопроса, процент американцев, заявляющих о вере в существование НЛО — что, предположительно, равносильно вере в существование внеземных космических кораблей — обычно колеблется от 30 до 50%. Результаты недавнего опроса см., например, в Harris Interactive (2013).

⁴⁴ придуман Эдвардом Руппельтом Относительно ранняя смерть Эдварда Дж. Руппельта (1922–1959) от сердечного приступа, к сожалению, но неизбежно, породила не одну теорию заговора. Биография Руппельта и обсуждение феномена НЛО 1950-х годов с точки зрения «уфологов» даны в Hall and Connors (2000).

⁴⁵ отметил скептик Роберт Шиффер Много книг было написано в поддержку тезиса о том, что НЛО являются инопланетными космическими кораблями; скептические подходы встречаются гораздо реже. Одно из самых ясных скептических эссе о феномене НЛО находится в Sheaffer (1995).

⁴⁶ мы должны использовать бритву Оккама Закон экономии — принцип, гласящий, что сущности не следует умножать без необходимости, — должно быть, применялся многочисленными философами и учеными до XIV века. Но Уильям Оккам (1284–1347) применял этот принцип так часто и так резко, что он стал известен как бритва Оккама. Они Были Здесь и Оставили Свидетельства Своего Присутствия

⁴⁷ следы инопланетных технологий См. Davies (2012) для обсуждения «астрокриминалистики» и трудностей, связанных с поиском следов прошлой инопланетной деятельности. Помимо своих технических работ по физике, Пол Дэвис является выдающимся автором научно-популярной литературы; см., например, Davies (2010) для некоторых прекрасно ясных объяснений Великого Молчания.

⁴⁸ следы, которые еще могут сохраниться Мы можем попытаться оценить нынешние следы возможной прошлой технологической деятельности, задав вопрос, какие элементы нашей нынешней цивилизации могли бы сохраниться в далеком будущем. Если бы каждый человек умер завтра, какие свидетельства того, что наш вид когда-то ходил по Земле, сохранились бы на миллион лет? Или десять миллионов лет? Или дольше? См. Weisman (2007) для популярного изложения вопроса; более научное изложение, написанное геологом, можно найти в Zalasiewicz (2009).

⁴⁹ реактор Окло См. Meshik (2005) для ясного, нетехнического обсуждения реактора Окло.

⁵⁰ знаменит серией книг Эрих Антон фон Дэникен (1935–), швейцарский автор, написал свою самую известную книгу «Колесницы богов», когда работал управляющим отелем. Он продолжил ее такими названиями, как «Золото богов» и «Возвращение богов» (см. фон Дэникен 1969, 1972, 1997). Отличное и занимательное обсуждение того, почему эти книги ошибочны, см. в Story (1976).

⁵¹ покрыли их См. Crawford et al. (2008) для связанной проблемы: выживаемости и обнаруживаемости земных метеоритов на Луне.

⁵² прошлые внеземные посещения См. Davies and Wagner (2013) для стратегии, которая могла бы быть использована для поиска инопланетных артефактов на Луне.

⁵³ мост Шесть десятилетий спустя нам кажется странным, что кто-то мог утверждать, что наблюдал мост на Луне, но валлийский астроном Хью Перси Уилкинс (1896–1960) был прекрасным наблюдателем. Он создал несколько отличных карт ближней стороны Луны, и в 1961 году в его честь был назван лунный кратер диаметром 57 км.

⁵⁴ где мы могли бы их найти Для рассмотрения того, как мы могли бы искать земные наблюдательные зонды, см. Freitas and Valdes (1980) и Freitas (1983a, b).

⁵⁵ наблюдать всю планету из космоса Идея о том, что зонд может наблюдать Землю в течение тысячелетий, не так уж и фантастична. Даже при нашем нынешнем уровне технологий проект KEO планирует вывести пассивный спутник на орбиту в 1400 км над поверхностью Земли и оставить его на орбите на 50 000 лет. Проект был детищем французского художника Жан-Марка Филиппа (1939–2008), который придумал эту идею в 1994 году. Филипп надеялся отправить сообщение нашим потомкам, точно так же, как пещерные художники Ласко отправили сообщение нам. Информация должна была быть закодирована на радиационно-стойких DVD-дисках, и там были бы символические инструкции в нескольких форматах, чтобы показать любым будущим находчикам, как построить подходящий считыватель. Текущая запланированная дата запуска — 2015 год, хотя на момент написания далеко не ясно, будет ли это достигнуто (запуск первоначально планировался на 2003 год, но несколько раз откладывался). См. KEO (2014).

⁵⁶ наиболее известны точки Лагранжа Итало-французский математик Жозеф-Луи Лагранж (1736–1813) был, несомненно, одним из величайших математиков 18 века. Возможно, его наиболее важные астрономические исследования касались расчетов либрации Луны и орбит планет. Краткую биографию Лагранжа см. в Rouse Ball (1908).

⁵⁷ не обеспечивают стабильной точки обзора Lissauer and Chambers (2008) провели серию численных симуляций, которые показали, как гравитационное влияние планет в сочетании с гораздо большим влиянием Солнца достаточно для дестабилизации орбит в масштабе нескольких миллионов лет.

⁵⁸ Стр. 48 Более прозаическое объяснение Объяснение ДВЭ (долговременных эхо-сигналов) было дано Лоутоном и Ньютоном (1974). Их статья отвечала на гипотезу, подробно изложенную Лунаном (1974), о том, что ДВЭ являются свидетельством зондов ВЦ (внеземных цивилизаций) в точках L4 или L5. См. Файзуллин (2010) для другого взгляда на этот вопрос.

⁵⁹ долгое время считался домом для жизни Отличный отчет о наблюдениях Марса см. в Шихан (1996).

⁶⁰ в серии наблюдений, начавшихся в 1877 году Итальянский астроном Джованни Вирджинио Скиапарелли (1835–1910), директор обсерватории во дворце Брера в Милане, провел важные наблюдения метеоров и комет, прежде чем обратить свое внимание на планеты. Он не был первым, кто зафиксировал каналы на Марсе; первая настоящая карта Марса, опубликованная в 1830 году немецкими астрономами Вильгельмом Бером (1797–1850) и Иоганном Генрихом фон Медлером (1794–1874), содержит по крайней мере одну деталь, которая кажется каналом. Тем не менее, Скиапарелли настолько популяризировал идею каналов, что они стали определяющей темой Марса. Возможно, самой известной из историй, которая затронула последующее увлечение публики красной планетой, была «Война миров» (Уэллс, 1898) английского автора Герберта Джорджа Уэллса (1866–1946).

⁶¹ Лоуэлл также видел Персиваль Лоуэлл (1855–1916) происходил из богатой бостонской семьи и занялся астрономией всерьез лишь в относительно позднем возрасте 40 лет. Он многого достиг в науке, несмотря на свой поздний старт: у него хватило решимости инициировать поиск планеты за Нептуном, и в его честь названа обсерватория Лоуэлла в Аризоне. Однако он всегда будет ассоциироваться со своими идеями относительно Марса. Интересную статью о Лоуэлле см. в Занле (2001).

⁶² в начале 1960-х годов Украинский астрофизик Иосиф Самуилович Шкловский (1916–1985) наиболее известен своим объяснением непрерывного излучения Крабовидной туманности, но он также внес важный вклад в астрономию космических лучей и в шкалу расстояний для планетарных туманностей. Его популярная книга «Разумная жизнь во Вселенной», которую Карл Саган перевел с русского, а затем расширил, является классикой в этой области (Шкловский и Саган, 1966). Американский астроном Беван П. Шарплесс (1904–1950), на чьих наблюдениях Шкловский основал свое предположение относительно Фобоса, работал в Военно-морской обсерватории США; плохое здоровье мешало его работе на протяжении всей его карьеры, и он умер рано. Пятый по величине кратер на Фобосе назван в его честь.

⁶³ Солсбери указал Немецкий астроном Генрих Луи д’Аррест (1822–1875), ставший директором Копенгагенской обсерватории, предпринял тщательный поиск марсианских лун в 1862 году. Однако именно американский астроном Асаф Холл (1829–1907) открыл луны в 1877 году (подробнее см. Шихан, 1996). Причина, по которой Холл нашел их, а д’Аррест нет, проста: марсианские спутники находятся гораздо ближе к планете, чем считал д’Аррест. Холл искал в правильном месте; д’Аррест — нет. Таким образом, предположение американского биолога Фрэнка Бойера Солсбери (1926–) о том, что Фобос и Деймос были искусственными спутниками, запущенными между 1862–1877 годами, излишне.

⁶⁴ но не человеческое лицо На «лицо» в Кидонии впервые указал в 1977 году американский инженер-электрик Винсент ДиПьетро. Мнение о том, что лицо является искусственным, наиболее решительно отстаивал американский писатель Ричард К. Хогланд (1945–). См., например, Хогланд (1987). См. Хэнкок и др. (1998) для еще одной книги в том же духе. Освежающе здравомыслящую статью о лице см. в Гарднер (1985).

⁶⁵ Папаяннис утверждал Греко-американский астроном Майкл Деметриус Папаяннис (1932–1998) был первым президентом комиссии Международного астрономического союза по биоастрономии. См. Папаяннис (1978) для его предположения относительно укрытий для колоний в Поясе астероидов. Кечкеш (2002) предлагает причины, по которым человечество может в конечном итоге стать «жителями астероидов». Является ли это еще одним решением парадокса: ВЦ решают колонизировать не космос, что сложно, а Пояс астероидов своей родной системы?

⁶⁶ добывать астероиды для получения природных ресурсов Обсуждалась возможность добычи различных минералов на астероидах; однако может оказаться, что такая деятельность будет непомерно дорогой. См. Элвис (2014).

⁶⁷ результат проекта астроинженерии См. Стивенсон (1978).

⁶⁸ Леб и Тернер показали См. Леб и Тернер (2012) для обсуждения того, как можно было бы искать искусственно освещенные объекты во внешней Солнечной системе.

⁶⁹ профессор электротехники Первой статьей, рассчитавшей минимальное расстояние для гравитационной линзы Солнца, была фон Эшлеман (1979).

⁷⁰ Макконе, который, возможно, больше, чем кто-либо другой Подробнее о возможности использования Солнца в качестве гравитационной линзы см. Макконе (1994, 2000, 2009, 2011, 2013) и Макконе и Пьянта (1997).

⁷¹ бельгийский астрофизик Микаэль Жийон Подробности аргумента о том, что SETI мог бы сделать хуже, чем сосредоточиться на солнечном фокусе, см. Жийон (2014).

⁷² впечатляющие обсерватории В Webb (2012) я привожу отчет о многих обсерваториях, которые недавно были введены в строй или находятся на стадии планирования.

⁷³ нельзя исключать возможность См. Haqq-Misra and Kopparapu (2012) для подробного обсуждения того, почему трудно утверждать, что в Солнечной системе нет малых (скажем, 1–10 м) зондов. Они утверждают, что поиск в Солнечной системе с пространственным разрешением, необходимым для обнаружения зонда размером 1–10 м, аналогичен поиску иголки в 1000-тонном стоге сена.

⁷⁴ еще не обнаружено См. Freitas (1983, 1985). ⁷⁵Стр. 58 встроить какой-то сигнал См. Щербак и Макуков (2013) для утверждения, что сигнал встроен в земной генетический код.

⁷⁶ было проведено несколько исследований См. Yokoo and Oshima (1979).

Они Существуют, и Они – Мы. Мы Все – Пришельцы!

⁷⁷ восходит к Анаксагору. Анаксагор (ок. 500–428 до н. э.), один из величайших греческих философов и учитель Сократа, говорил о «семенах жизни», из которых произрастают все организмы. См. О’Лири (2008).

⁷⁸ книга Аррениуса Шведский химик Сванте Август Аррениус (1859–1927) наиболее известен как человек, который помог заложить основы современной физической химии. Его книга «Миры в становлении» популяризировала идею о том, что жизнь на Земле могла прийти из космоса. См. Аррениус (1908).

⁷⁹ массовые вспышки заболеваний Астрономы Фред Хойл (1915–2001) и Налин Чандра Викрамасингхе (1939–) внесли исключительный вклад в науку, но они также предложили несколько гипотез, идущих вразрез с общепринятым мнением. Это одна из таких гипотез. Тем не менее Хойл, Викрамасингхе и их сотрудники опубликовали множество работ на эту тему. См., например, Хойл и Викрамасингхе (2000) и ссылки в ней. Физик Томас Голд (1920–2004) был еще одним ученым, который любил предлагать неортодоксальные идеи. Он в шутку предложил сценарий «мусора» для происхождения земной жизни: ВЦ приземлились здесь, выбросили свои отходы, и загрязнение от мусора стало семенем жизни!

⁸⁰ способность некоторых экстремофилов Расчеты, как правило, показывают, что жизни было бы трудно выжить в радиационной среде, обнаруженной в космосе; см., например, Secker, Wesson and Lepock (1996). Тем не менее, Lage (2012) демонстрирует замечательные способности к выживанию экстремофилов в условиях, имитирующих условия космической среды.

⁸¹ инактивированные вирусоподобные организмы См. Wesson (2010) для интересной идеи некропанспермии.

⁸² направленная панспермия См. Crick and Orgel (1973) и Crick (1981). Английский биофизик Фрэнсис Гарри Комптон Крик (1916–2004) прославился своим открытием, вместе с американским биохимиком Джеймсом Дьюи Уотсоном (1928–), структуры двойной спирали ДНК. Английский биохимик Лесли Элиезер Оргел (1927–2007) внес крупный вклад в изучение происхождения жизни. Идея направленной панспермии Крика-Оргела возникла на первой конференции по связи с внеземным разумом, организованной в 1971 году Саганом и Кардашевым и проходившей в Бюраканской астрофизической обсерватории в Армении. На этой конференции присутствовали многие светила в области SETI. Сценарий Зоопарка

⁸³ предложен сценарий зоопарка Американский астроном Джон Аллен Болл (1935–) много писал о парадоксе Ферми. О гипотезе зоопарка см. Ball (1973).

⁸⁴ контролировать вселенную Хэйр (2011) утверждает, что если самая старая цивилизация, все еще присутствующая в Галактике, имела «фору» в сто миллионов лет перед следующей старейшей цивилизацией, то они могли бы установить гегемонию, которая направляет развитие молодых цивилизаций; в этом случае, предполагает он, модифицированный сценарий зоопарка является привлекательным ответом на парадокс Ферми. См. Форган (2011) для критики идеи о том, что могла бы быть установлена тотальная гегемония, которая позволила бы осуществиться сценарию зоопарка.

⁸⁵ под редакцией Джона Кэмпбелла Знаменитая «только человеческая» Галактика Азимова была реакцией на настойчивость Кэмпбелла в том, что люди всегда должны побеждать инопланетян. Азимов считал, что человеческая цивилизация будет менее развитой, чем любые внеземные цивилизации, с которыми мы могли бы столкнуться, и он не мог заставить себя писать истории, в которых примитивная земная технология одерживала победу над превосходящей инопланетной технологией (см. Азимов, 1979). С другой стороны, он хотел продавать рассказы Кэмпбеллу. Поэтому он устранил потенциальный источник конфликта, и его трилогия «Основание» описала Галактику, населенную только людьми. Если парадокс Ферми подразумевает, что мы одни, то, возможно, империя, нечто вроде того, что неохотно описал Азимов, осуществится.

⁸⁶ чтобы медленно подготовить нас Гипотеза «протекающего эмбарго» была предложена Джеймсом Уорнером Дирдорффом (1928–2014), отставным атмосферным физиком; подробности предложения см. в Дирдорфф (1986, 1987). Хотя Дирдорфф имел научное образование, его гипотеза «протекающего эмбарго» ненаучна. Хорошее введение в научный метод, использующее гипотезу Дирдорффа в качестве примера для критики, см. в Кэри (1997).

Сценарий Запрета

⁸⁷ расширенная форма сценария зоопарка См. Фогг (1987) для первоначального представления гипотезы запрета; Фогг (1988) — более популярный отчет. Мартин Дж. Фогг (1960–) изначально получил образование стоматолога. Сейчас он один из ведущих авторов по «спекулятивным» инженерным техникам, таким как терраформирование.

⁸⁸ Как указал Азимов См. Азимов (1981) для устаревшего, но все еще читабельного введения в предмет. Азимов был оптимистом и утверждал, что полмиллиона планет в нашей Галактике являются домом для технологических цивилизаций.

⁸⁹ установлен Codex Galactica Понятие Codex Galactica обсуждается в Ньюман и Саган (1981); заметьте, однако, что это еще одна идея, которая появилась на страницах научно-фантастических журналов, прежде чем получить признание на страницах рецензируемого журнала.

Гипотеза Планетария

⁹⁰ Бакстер предложил Британский писатель Стивен Бакстер (1957–) известен своей «твердой» научной фантастикой. Подробности его гипотезы планетария см. в Бакстер (2000a).

⁹¹ фальшивый город Существует множество примеров этого параноидального тропа в НФ. Самый ранний такой рассказ, о котором мне известно, — «Владельцы Земли» Эдмонда Гамильтона (1904–1977), описывающий Землю, захваченную замаскированными инопланетянами; инопланетяне, конечно же, заняты манипулированием нами. Рассказ Гамильтона появился в августовском номере 1931 года журнала Weird Tales. Историки научной фантастики, несомненно, могли бы указать на еще более ранние примеры. Рассказ Азимова назывался «Идеи умирают с трудом» (Galaxy, октябрь 1957). Рассказ Винера «Новости с улицы Д» появился в сентябрьском номере 1986 года журнала IASFM. Философские соображения, лежащие в основе гипотезы планетария, хорошо обсуждаются в Дойч (1998); см. также Типлер (1994).

⁹² Бекенштейн показал Граница Бекенштейна названа в честь мексиканско-американо-израильского физика Якоба Давида Бекенштейна (1947–), который ввел это понятие в терминах термодинамики черных дыр.

⁹³ большинство читателей поставили бы на то, что это так Идея о том, что наша вселенная является симуляцией, довольно серьезно обсуждается весомыми философами, поэтому, возможно, нам не следует слишком быстро сбрасывать эту идею со счетов. См., например, Бостром (2003) и Бостром и Кульчицкий (2011). Физическая статья, которая серьезно относится к этому предложению (Бин и др., 2012), заключает, что в принципе всегда будет возможность для симулируемых обнаружить симуляторов.

Бог Существует

⁹⁴ думать о них как о богах Запоминающийся короткий рассказ под названием «Последний вопрос» (см. Азимов, 1959) рассказывает о том, как пара пьяных техников однажды ночью спрашивает суперкомпьютер, есть ли способ обратить вспять увеличение энтропии и тем самым остановить смерть вселенной. Компьютер отвечает, что данных для осмысленного ответа недостаточно. Тот же вопрос задается компьютеру шесть раз на протяжении многих различных эпох. Я не буду портить рассказ, сообщая вам окончательный ответ компьютера!

⁹⁵ эволюционные идеи в космологию См. Смолин (1997) для обсуждения того, почему мы могли бы захотеть применить дарвиновское мышление к проблеме вселенной в целом.

⁹⁶ конкретный прогноз Австрийско-британский философ Карл Раймунд Поппер (1902–1994) выдвинул идею о том, что научные гипотезы должны быть фальсифицируемыми. Стремление фальсифицировать гипотезы является сущностью науки. Если гипотеза не может быть проверена и, возможно, признана ложной, то она не является действительной частью научного процесса. См., например, Поппер (1963). Хотя его взгляды на научный прогресс подвергались нападкам, они остаются влиятельными. Идея Смолина, безусловно, фальсифицируема, поскольку она делает конкретные проверяемые предсказания; новизна заключается в том, что ее нужно проверять расчетами, а не экспериментом.

⁹⁷ спекуляция еще на шаг дальше См. Харрисон (1995). Бил (1996) критикует спекуляцию Харрисона как постфактумную, непроверяемую и по существу более сложную версию теистического или антропного принципов. Для дальнейшего чтения о понятии мультивселенной см. Гриббин (2010) для популярного изложения и Карр (2007) для более технических аспектов. См. Вайдья (2007) для упоминания парадокса Ферми в контексте мультивселенной. Они Существуют, Но Мы Еще Не Видели и Не Слышали о Них

⁹⁸ гипотеза эстивации На момент написания подробности доступны только в виде препринта (Сандберг и др., 2014).

Звезды Далеко

⁹⁹ Вояджер займет Для информации о Вояджерах 1 и 2 см. Вояджер (2013). Полезный материал о нескольких передовых концепциях двигателей, обсуждаемых в этом разделе, см. в NASA (2013).

¹⁰⁰ скорость света Согласно специальной теории относительности, безмассовые объекты, такие как фотоны, всегда движутся со скоростью света c, в то время как объекты с ненулевой массой неизбежно движутся медленнее. Конечно, можно ускорить медленно движущееся тело до большей скорости, воздействуя на него силой. К сожалению для перспектив космических путешествий, специальная теория относительности говорит нам, что чем быстрее движутся вещи, тем массивнее они становятся. На скоростях, близких к c, ускоряющая сила имеет тенденцию делать тело более массивным, а не заставлять его двигаться быстрее. Скорость света — это барьер, который не может быть достигнут ни одним объектом с массой — включая космические корабли. Хорошее введение в эти концепции см. в French (1968).

¹⁰¹ ближайшая к нашему Солнцу звезда См. Webb (1999) для подробного обсуждения астрономических расстояний.

¹⁰² Бернал предложил идею Джон Десмонд Бернал (1901–1971), ирландский физик, опубликовал идею корабля поколений в визионерской книге (см. Бернал, 1929). Его книга содержит следующую цитату, которая имеет отношение к любому обсуждению парадокса Ферми. «Однажды акклиматизировавшись к жизни в космосе, маловероятно, что человек остановится, пока не избродит и не колонизирует большую часть звездной вселенной, или что даже это будет концом. Человек в конечном счете не удовлетворится тем, чтобы быть паразитом на звездах, но вторгнется в них и организует их для своих собственных целей». Вместо «человека» читайте «ВЦ». Так где же они?

¹⁰³ Рассказ Хайнлайна «Вселенная» Короткий роман «Вселенная», написанный американским автором Робертом Энсоном Хайнлайном (1907–1988), появился в майском номере 1941 года журнала Astounding Science Fiction. (Его легче найти в Бова (1973).) Этот рассказ — одна из многих классических научно-фантастических произведений, написанных Хайнлайном.

¹⁰⁴ вещи, которые мы можем узнать Кроуфорд (2009) приводит научные аргументы в пользу межзвездных космических полетов. Телескопические наблюдения могут дать лишь ограниченные знания. Для достижения прогресса в астрономии, астробиологии и планетологии существует веский аргумент в пользу того, что мы должны развивать межзвездные космические полеты.

¹⁰⁵ возможно в течение человеческой жизни Эта возможность была драматизирована американским писателем Полом Уильямом Андерсоном (1926–2001) в его романе «Тау Ноль» (Андерсон, 2000). Роман рассказывает историю прямоточного двигателя, который разгоняется до скоростей, настолько близких к c, что становится возможным облететь Вселенную.

¹⁰⁶ могли бы их обнаружить О возможном дополнении к стратегии поиска SETI см. Гарсия-Эскартин и Чаморро-Посада (2013). Авторы предлагают искать отраженный свет от объектов, движущихся с релятивистскими скоростями.

¹⁰⁷ проблема навигации Интересное обсуждение проблем, присущих навигации к конкретной звезде, см. в Хемри (2000).

¹⁰⁸ Ойгеном Зенгером Помимо разработки идеи антиматериальной ракеты, австрийский ученый Ойген Зенгер (1905–1964) был пионером нескольких практических идей в ракетостроении. Превосходные введения во многие различные предложения по межзвездным путешествиям см. в Маллов и Матлофф (1989) и Кроуфорд (1995).

¹⁰⁹ термоядерный прямоточный воздушно-реактивный двигатель Идея Бассарда о прямоточном двигателе появилась более полувека назад (Bussard 1960). С тех пор различные авторы вносили предложения и предложения по усовершенствованию первоначальной конструкции прямоточного двигателя.

¹¹⁰ Форвард начал рассматривать Роберт Лулл Форвард (1932-2002), как и многие ученые, упомянутые в этой книге, также был успешным писателем-фантастом. Техническое обсуждение лазерного паруса и того, как его можно использовать в межзвездной миссии туда и обратно, см. в Forward (1984).

¹¹¹ разработали схемы См. Дайсон (1982) для обсуждения того, как лазерные паруса могут быть использованы в методах колонизации; см. Райт (1992) для общего обсуждения космического парусного спорта.

¹¹² парус будет дорогим Обсуждение затрат и необходимых технологий, связанных с различными типами парусов, см. в Andrews (2004).

¹¹³ гигантское массивное зеркало Шкадов (1987) представил идею двигателя. См. Forgan (2013) о том, как мы могли бы обнаружить использование двигателя Шкадова внеземной цивилизацией. Бенфорд и Нивен (2012) дают вымышленное описание звездного двигателя.

¹¹⁴ околосветовая скорость Станислав Марцин Улам (1909–1984), математик польского происхождения, внес вклад в несколько областей. Его автобиография (Ulam 1976) увлекательна. (Улам изображен на рис. 4.9 на стр. 116.) Физик английского происхождения Фримен Джон Дайсон (1923–) — один из самых изобретательных физиков своего поколения, внесший вклад во многие темы, упомянутые в этой книге. Статьи о гравитационной силе см. в Ulam (1958a) и Dyson (1963).

¹¹⁵ отрицательная масса Обсуждение отрицательной массы см. в Forward (1990).

¹¹⁶ нет доказательств существования таких частиц В сентябре 2011 года эксперимент OPERA шокировал физиков, объявив, что они наблюдали мюонные нейтрино, движущиеся быстрее c (OPERA Collaboration 2011). Несколько месяцев спустя они отозвали свое заявление, заявив, что на первоначальные результаты повлияли сбои в оборудовании.

¹¹⁷ роман «Контакт» Карл Эдвард Саган (1934–1996) основывал науку в своем романе «Контакт» (Sagan 1985) на работе американского теоретика Кипа Стивенf Торнf (1940–), который занимал видное место в исследовании свойств червоточин. (Популярное изложение этой работы см. в Thorne (1994).) В 1997 году по роману Сагана был снят одноименный фильм с Джоди Фостер в главной роли.

¹¹⁸ определенный класс червоточин Подробности о трубке Красникова см. в Krasnikov (1998).

¹¹⁹ скользит по волне пространства-времени Мигель Алькубьерре Мойя (1964-), мексиканский физик-теоретик, в настоящее время является директором Института ядерных наук Национального автономного университета Мексики. См. Alcubierre (1994) его статью, описывающую варп-двигатель.

¹²⁰ нереалистичные особенности Подробности о возможности использования червоточин для транспортировки см. в Krasnikov (2000). Подробности о варп-двигателе Ван Ден Брука см. в Van Den Broeck (1999). Эти вопросы подробно и на нематематическом уровне освещены в колонках Джона Крамера «Альтернативный взгляд» в Analog.

¹²¹ Эффект Казимира В 1948 году голландский физик Хендрик Бругт Герхард Казимир (1909–2000) предсказал, что квантовые флуктуации электромагнитного поля вызовут небольшую силу притяжения между двумя близкими параллельными незаряженными проводящими пластинами. Первое измерение силы Казимира между параллельными пластинами состоялось в 2002 году (см. Bressi et al. 2002). Эксперимент подтвердил предсказания Казимира. Статьи, пропагандирующие идею о том, что человечество однажды сможет добывать энергию нулевой точки, см., например, Haisch et al. (1994) и Puthoff (1996).

¹²² благополучно до Сатурна и обратно Возможно, будущее освоения человеком Солнечной системы в ближайшие несколько десятилетий заключается в сочетании человеческих и роботизированных элементов. Например, высадка людей на Энцелад, спутник Сатурна, который вызывает интерес по разным причинам, была бы рискованной и дорогостоящей. Возможно, лучшим вариантом было бы, чтобы астронавты вращались вокруг Энцелада, используя телеуправление для управления вездеходами и роботами на поверхности. См. Schmidt et al. (2012).

У них не было времени добраться до нас

¹²³ темпоральное объяснение парадокса Одним из первых ответов на статью Харта был ответ Кокса (1976). Кокс утверждал, что темпоральное объяснение парадокса действительно верно.

¹²⁴ Несколько авторов разработали См., например, Jones (1975, 1981). В Jones (1995) автор написал особенно занимательное обсуждение различных процессов колонизации, от прошлых человеческих экспансий до возможного заселения человеком Солнечной системы и близлежащих звезд. См. также Finney and Jones (1985).

¹²⁵ требования роста населения См. Newman and Sagan (1981).

¹²⁶ подробная модель галактической разведки См. Bjørk (2007) для получения подробной информации о его алгоритме разведки.

¹²⁷ расширил модель Бьорка См. Cotta and Morales (2009).

¹²⁸ модели были проанализированы См. Crawford (2000) для хорошо написанного отчета о моделях галактической колонизации и их связи с парадоксом Ферми. См. Fogg (1987) для получения подробной информации об одной конкретной модели галактической колонизации.

¹²⁹ Пранцос подкрепил этот вывод См. Prantzos (2013) для интересной основы для размышлений о парадоксе Ферми.

Подход теории перколяции

¹³⁰ основывает свою модель Джеффри Алан Лэндис (1955–), американский физик, работающий в НАСА, — еще один ученый, который, возможно, более известен как писатель-фантаст. Подробности его подхода см. в Landis (1998).

¹³¹ ключевая задача в проблеме перколяции Теория перколяции была разработана в 1957 году британским математиком Джоном Майклом Хаммерсли (1920-2004) и его коллегами. См. Stauffer (1985) для лучшего введения в идеи теории перколяции; однако, хотя эта превосходная книга является занимательным чтением, читатели должны знать, что она неизбежно содержит элемент математики.

¹³² вывод аналогичен См. Kinouch (2001) для получения подробной информации о «решении устойчивости» парадокса Ферми.

¹³³ с точки зрения экономиста См. Hanson (1998) для интересной модели колонизации. Чтобы полностью оценить аргумент, требуется некоторая математика, но выводы четко изложены в терминах непрофессионала. См. также Bainbridge (1984).

¹³⁴ простые расширения модели См. Wiley (2011) для подробной критики модели перколяции, а также различных других моделей колонизации.

Подождите минутку

¹³⁵ Мартин Гарднер популяризировал Игру «Жизнь» разработал британский математик Джон Хортон Конвей (1937-) как ответвление его размышлений о попытке фон Неймана построить математическую модель самовоспроизводящейся машины. Игра сразу же стала хитом среди публики, когда Мартин Гарднер (1914–2010) обсудил ее в своей колонке «Математические игры» в Scientific American (Gardner 1970).

¹³⁶ Ферми был первым, кто попробовал См. Metropolis (1987) для ранней истории метода Монте-Карло, включая ранние эксперименты Ферми и Улама.

¹³⁷ к изучению парадокса Ферми См., например, Forgan (2009).

¹³⁸ сложные клеточные автоматы См. Vukotić and Ćirković (2012).

Предел световой клетки

¹³⁹ модель миграции См. McInnes (2002) для обсуждения того, как внеземные цивилизации могут быть ограничены пределом световой клетки. Основная идея была кратко упомянута гораздо раньше фон Хёрнером (1975).

¹⁴⁰ Бакстер называет этот радиус См. Baxter (2000b) для интересного вымышленного взгляда на одно возможное решение парадокса Ферми.

Они меняют свое мнение

¹⁴¹ планеты должны быть перестроены Фогг (1995), возможно, является наиболее полным ресурсом по терраформированию и тому, как можно спроектировать планету так, чтобы она стала пригодной для жизни.

¹⁴² некоторые простые уравнения См. Gros (2005) для получения подробной информации об уравнениях скорости, которые управляют динамикой популяций цивилизаций, которые, как предполагается, способны изменять характер и приоритеты.

Мы — солнечные шовинисты

¹⁴³ просто неприменимо Это разрешение парадокса Ферми обсуждалось в Rood and Trefil (1981), книге, которая, к сожалению, сейчас не издается.

¹⁴⁴ окружает звезду Концепция сферы Дайсона впервые появилась в Dyson (1960). (Сфера Дайсона — это рыхлое скопление тел, движущихся по независимым орбитам вокруг звезды; жесткая сфера была бы нестабильной.) Эта идея вдохновила на создание двух великих научно-фантастических романов: «Мир-Кольцо» (Niven 1970) и «Орбитсвиль» (Shaw 1975). Ученые предложили множество других мегаинженерных проектов, за которые могли бы взяться технологически развитые внеземные цивилизации. Например, Рой и др. (2013) обсуждают возможность создания «миров-оболочек». Мир-оболочка образуется путем окружения безвоздушного, стерильного тела оболочкой из материала для создания уютного дома для жизни.

¹⁴⁵ лучшая аналогия для колонизации Кечкеш (1998, 2002) описывает возможную «траекторию» развития технических цивилизаций: они переходят от обитателей планет к обитателям астероидов, к межзвездным путешественникам, к обитателям межзвездного пространства. В этой картине мы не встречаем инопланетян, потому что наши среды обитания разные.

Инопланетяне — зеленые

¹⁴⁶ Хакк-Мисра и Баум предлагают См. Haqq-Misra and Baum (2009) для обсуждения «решения устойчивости» парадокса Ферми.

Они остаются дома …

¹⁴⁷ произошло 20 июля 1969 года Американские астронавты Нил Олден Армстронг (1930-2012) и Эдвин Юджин Олдрин-младший (1930-) приземлились на краю Моря Спокойствия 20 июля 1969 года; Армстронг ступил на Луну в 22:56 (по восточному летнему времени). Последним человеком, ступившим на Луну, был Юджин Эндрю Сернан (1934–), и, к сожалению, похоже, он будет носить эту честь еще довольно долго. Сернан рассказывает о своем опыте программы «Аполлон» в Cernan and Davis (1999). Smith (2005) — это вызывающий воспоминания рассказ об эпохе «Аполлона».

¹⁴⁸ Китай расширил свою империю Два императора, упомянутые в тексте, — Хунъу (1328-1398) и Юнлэ (1359-1424). Невероятные путешествия адмирала Чжэн Хэ (ок. 1371 – ок. 1435), придворного евнуха и дипломата, стали известны сравнительно недавно. Читаемый отчет о семи эпических путешествиях Чжэн Хэ см. в Levathes (1997).

¹⁴⁹ вызвать у нас серьезные проблемы «Непостоянная Луна», один из лучших рассказов американского писателя Лоуренса (Ларри) ван Котта Нивена (1938–), описывает события одной ночи, когда полная луна сияет ярче, чем когда-либо прежде. Это жемчужина рассказа, и он заслуженно получил премию Хьюго 1972 года за лучший короткий рассказ; он доступен в Niven (1973).

¹⁵⁰ Цукерман показал См. Zuckerman (1985).

… и сидят в Интернете

¹⁵¹ правдоподобное будущее для человечества Действие романа «Город и звезды» (Clarke 1956), происходящее через миллиард лет в будущем, передает чувство чуда и великолепного размаха, с которым могут сравниться немногие романы. В романе Артур Кларк представляет по крайней мере два объяснения парадокса Ферми, включая идею о том, что существа могут предпочесть остаться в «Городе» — в безопасности от суровых реалий вселенной.

Против Империи

¹⁵² Чиркович указывает См. Cirković (2008) и ссылки в нем.

¹⁵³ уже обсуждается См., например, Rummel (2001) для размышлений о проблемах загрязнения, когда мы занимаемся планетарными исследованиями.

¹⁵⁴ термин Бострома Определение термина «синглтон» см. в Bostrom (2005). См. также Caplan (2008) для обсуждения проблем с синглтонами.

Зонды Брейсвелла-фон Неймана

¹⁵⁵ Еще в 1980 году Раннее обсуждение межзвездной разведки с помощью зондов см. в Freitas (1980). Как упоминалось в главе 2, актуальность технологии самовоспроизводящихся зондов для парадокса Ферми была рассмотрена Типлером (1980). Можно утверждать, что отправной точкой для обсуждения является еще более ранняя дата, с девизом Крика для направленной панспермии (см. стр. 60): «бактерии идут дальше». Крик и Оргел утверждали, что небольшой зонд, заполненный полезной нагрузкой из бактерий, будет легко построить, дешево запустить и позволит внеземной цивилизации засеять Галактику. Однако зонд, заполненный бактериями, мало полезен внеземной цивилизации, желающей исследовать и узнать о Галактике. Для успеха в этом деле лучше подошел бы зонд Брейсвелла-фон Неймана.

¹⁵⁶ Первым предложил Инженер-электрик австралийского происхождения Рональд Ньюболд Брейсвелл (1921-2007) в течение многих лет был ведущим специалистом в SETI. См. Bracewell (1960).

¹⁵⁷ более поздние исследования См., например, Forgan et al. (2013) и Nicholson and Forgan (2013) для обсуждения того, как разумное использование эффекта рогатки могло бы сократить время галактической разведки с помощью зондов; в частности, если самовоспроизводящиеся зонды используют эффект рогатки, то время колонизации может быть аналогично рассчитанному Типлером. См. Barlow (2013) для еще одного анализа галактической колонизации в контексте зондов Брейсвелла-фон Неймана. Cartin (2013) обсуждает другой подход к колонизации, который не включает самовоспроизводящиеся зонды.

¹⁵⁸ зонды для межпланетных исследований и эксплуатации Мэтьюс (2011) утверждает, что зонды являются естественным продолжением наших аппаратов для исследования планет. Мы будем отправлять роботов, а не людей, для исследования Солнечной системы. Возможно, развитие этой технологии приведет нас к созданию самовоспроизводящихся зондов, обсуждаемых в тексте.

¹⁵⁹ не совсем безрисковая технология Критику галактической разведки с помощью зондов Брейсвелла-фон Неймана и почему она может не сработать см. в Chyba and Hand (2005). Уайли (2011), однако, заключает, что критика подхода самовоспроизводящихся зондов к галактической колонизации не имеет под собой серьезных оснований.

¹⁶⁰ значительно обострил парадокс См. Armstrong and Sandberg (2013).

Информационная панспермия

¹⁶¹ интересная гипотеза Подробности аргумента о том, что вселенная может быть полна битовых строк низкой сложности, см. в Gurzadyan (2005). См. Scheffer (1993) для более ранней и тщательной защиты идеи о том, что «передача информации» является гораздо более дешевым вариантом для межзвездных путешествий, чем физическое путешествие. Шеффер разрешает парадокс Ферми, утверждая, что первая цивилизация, колонизировавшая свою галактику, выполнит всю тяжелую работу; для любого возникающего общества будет чрезвычайно привлекательно присоединиться к существующей цивилизации, а не пытаться физически колонизировать галактику. Будет единая, объединенная цивилизация. Если эта первая цивилизация в нашей Галактике не удосужилась связаться с Землей по какой-либо причине, то и последующие общества не удосужились бы.

¹⁶² Колмогоровская сложность Идея о том, что мерой сложности системы может быть длина алгоритма, порождающего эту систему, принадлежит Андрею Николаевичу Колмогорову (1903-1987), который был одним из выдающихся математиков двадцатого века. Оценку лишь некоторых результатов Колмогорова см., например, в Parthasarathy (1988).

¹⁶³ наши вымершие двоюродные братья, неандертальцы В декабре 2013 года ученые опубликовали высококачественную последовательность генома неандертальской женщины, жившей 130 000 лет назад на территории современной Сибири. ДНК была получена из одной из костей ее пальца ноги. См. Prüfer et al. (2013).

Берсеркеры

¹⁶⁴ знаменитые истории о берсеркерах Американский писатель Фред Томас Саберхаген (1930-2007) написал много историй о берсеркерах, первый сборник появился в «Берсеркере» (Saberhagen 1967). Концепция оружия Судного дня была блестяще высмеяна Стэнли Кубриком в «Докторе Стрейнджлаве», а в оригинальном телесериале «Звездный путь» был эпизод под названием «Машина Судного дня», в котором драматизировалась идея неразрушимой машины, убивающей миры (хотя Кирк и Ко сумели ее уничтожить, конечно). Машина в «Звездном пути» была единичным, большим, медленно движущимся объектом. Мое мысленное представление о берсеркерах несколько иное: я представляю рои маленьких, быстро движущихся машин. Роман под названием «Неразумная маска» американского писателя Филипа Хосе Фармера (1918-2009) — еще один, в котором рассматривается понятие убийц миров (Farmer 1981). Но, возможно, идея злобных машин-убийц была наиболее полно рассмотрена американским астрофизиком Грегори Бенфордом (1941–), который также является одним из лучших современных писателей-фантастов; см., например, Benford (1977).

Они посылают сигналы, но мы не знаем, как слушать

¹⁶⁵ нет правдоподобных сигнатур См. Jugaku and Nishimura (1991). Они продолжили поиски в окрестностях Солнца, но не смогли найти кандидатов; см. Jugaku and Nishimura (1997, 2000)

¹⁶⁶ не обнаружили ничего необычного См. Mauersberger et al. (1996)

¹⁶⁷ Карриган провел См. Carrigan (2009). Занимательное эссе о возможности межзвездной археологии см. в Carrigan (2010, 2012).

¹⁶⁸ Райт и его коллеги Обсуждение поиска цивилизаций Кардашева с помощью G-HAT см., например, в Battersby (2013).

¹⁶⁹ Мински указал Именно на основополагающей Бюраканской конференции по связи с внеземным разумом американский ученый-компьютерщик Марвин Ли Мински (1927-) указал, что действительно продвинутая, энергосберегающая внеземная цивилизация может излучать при температуре чуть выше космического фона. См. Minsky (1973).

¹⁷⁰ маяки могут передаваться Уитмайр и Райт (1980) не были первой статьей, предложившей использовать сами звезды для передачи сигналов. Филип Моррисон (1915-2005) предложил метод «затмения» 20 лет назад, и Дрейк делал подобные предложения раньше. Но их статья, пожалуй, первая, в которой приводятся подробные расчеты того, как модифицировать звездные спектры для отправки сигнала.

¹⁷¹ исключить естественное явление См. стр. 245 Sullivan (1964). См. также Arnold (2013).

¹⁷² детище Рэя Дэвиса Американский химик Раймонд Дэвис-младший (1914-2006) проводил свой эксперимент по солнечным нейтрино более трех десятилетий и был удостоен Нобелевской премии 2002 года за свои исследования. См. Bahcall and Davis (2000) для ранней истории нейтринной астрономии.

¹⁷³ нейтринные пучки для связи Обсуждение поисков внеземного разума на основе нейтрино см., например, в Learned et al. (1994), Silagadze (2008) и Learned et al. (2009).

¹⁷⁴ проблема обнаружения гравитационных волн Теория общей относительности Эйнштейна предсказывала существование гравитационных волн — ряби в пространстве-времени. Такие волны были косвенно продемонстрированы американскими физиками Джозефом Хутеном Тейлором-младшим (1941–) и Расселом Аланом Халсом (1950–) посредством чрезвычайно точных наблюдений PSR $1913 + 16$ . Этот пульсар является частью двойной системы, его партнером является другая нейтронная звезда. По мере того как две звезды вращаются друг вокруг друга, они теряют энергию точно так, как предсказывает общая теория относительности: двойная система излучает гравитационную энергию в виде волн. См. Weisberg and Taylor (2005) для получения дополнительной информации. Современное поколение детекторов представлено LIGO (Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория). Если LIGO не обнаружит гравитационные волны, то астрономы возложат свои надежды на следующее поколение детекторов, из которых Обсерватория Эйнштейна, пожалуй, наиболее продвинута.

Они посылают сигналы, но мы не знаем, на какой частоте слушать

¹⁷⁵ первым рассмотрел этот вопрос Итальянский физик Джузеппе Коккони (1914-2008) работал в Корнельском университете с Моррисоном, прежде чем вернуться в Европу для работы в ЦЕРНе, где он в конечном итоге стал директором. Их статья (Cocconi and Morrison 1959) является одной из классических в SETI.

¹⁷⁶ он пошлет узкополосный сигнал Хотя существуют веские причины для концентрации на узкополосных сигналах, все больше внимания уделяется возможности широкополосных сигналов. Поиск широкополосных сигналов намного сложнее, чем поиск узкополосных сигналов; с другой стороны, широкополосный маяк может нести гораздо больше информации, чем узкополосный маяк. Дополнительную информацию о широкополосном SETI см., например, в статьях Benford, Benford and Benford (2010a, b); Harp et al. (2011); Messerschmitt (2012); Morrison (2012).

¹⁷⁷ изучать другие частоты Предложения о некоторых других вероятных частотах SETI см. в Kardashev (1979), Mauersberger et al. (1996) и Kuiper and Morris (1977).

¹⁷⁸ новая стратегия поиска Хэйр (2013) рассматривает некоторые трудности в применении статистических методов к любой стратегии «долгого наблюдения», которая надеется создать архив провокационных радиопереходных процессов.

¹⁷⁹ из какого-то неизвестного земного источника См. Gray (2011) для занимательного и подробного обсуждения сигнала «Wow!» и попытки одного человека лучше его понять.

¹⁸⁰ со временем усложнялись См. Tartar (2001) и Bowyer (2011) для получения дополнительной информации о проектах SETI.

¹⁸¹ разработан в 1985 году Полом Горовицем Пол Горовиц (1942–), астроном из Гарварда, в течение нескольких лет был на переднем крае исследований SETI. Большая часть финансирования META поступила от Стивена Спилберга (1947–), режиссера фильма «Инопланетянин». См. Lazio, Tarter and Backus (2002) для обсуждения проекта META.

¹⁸² паразитирует на радиотелескопах Идея SERENDIP возникла у американских астрономов К. Стюарта Бойера (1934–) и Джилл Тартер (1944–) в 1978 году. Тартер, которая в 2012 году объявила о своем уходе с поста директора по исследованиям в Институте SETI, является иконой в этой области. Широко распространено мнение, что она послужила вдохновением для героини Сагана в «Контакте». См., например, Korpela et al. (2011) для получения дополнительной информации о SERENDIP и других проектах, связанных с SETI.

¹⁸³ имеет большой потенциал Историю и статьи о массиве телескопов Аллена см., например, в Welch et al. (2009), Siemion et al. (2010) и Tarter et al. (2011).

¹⁸⁴ также играют роль Контрастные точки зрения на то, как SKA может быть релевантен SETI, см., например, в Penny (2004), Loeb and Zaldarriaga (2007), Forgan and Nichol (2011), Rampadarath et al. (2012).

¹⁸⁵ Оптический SETI не так развит Медленное внедрение OSETI, возможно, связано с относительной новизной технологии. Авторство изобретения лазера является предметом некоторых споров (см., например, Hecht (2010)). Американские физики Артур Леонард Шавлов (1921–1999) и Чарльз Хард Таунс (1915–2015) оба были удостоены Нобелевской премии за работы, связанные с лазерами (Таунс в 1964 году и Шавлов в 1981 году). Таунс был дальновидным в отношении потенциала лазеров. Предложение о том, что SETI следует рассмотреть оптические поиски, почти так же старо, как и статья Коккони-Моррисона: см. Schwartz and Townes (1961).

¹⁸⁶ начинают развивать крупномасштабные проекты Два ранних примера оптических поисков см. в Eichler and Beskin (2001) и Reines and Marcy (2002). См. Korpela et al. (2011) для получения дополнительной информации о проекте SEVENDIP.

¹⁸⁷ Болл однажды предположил См. Ball (1995).

¹⁸⁸ играют роль «синхронизаторов» См. Corbet (1999) для обсуждения роли, которую гамма-всплески могут играть в синхронизации сигналов; по сути, они будут действовать как универсальные временные маркеры.

¹⁸⁹ Местная группа галактик См. LePage (2000).

Они посылают сигналы, но мы не знаем, где искать

¹⁹⁰ приняли этот подход См. Turnbull and Tarter (2003a, b) для получения подробной информации о хабзвездах Hipparcos.

¹⁹¹ признаны наиболее поддающимися Симион и др. (2013) обсуждают целенаправленный поиск 86 представляющих интерес объектов Кеплера; они искали радиоизлучение от внеземных цивилизаций, но не нашли его.

¹⁹² легче обнаружить См. Nussinov (2009) для интересного предложения о предпочтительных направлениях для SETI.

¹⁹³ прямолинейные выравнивания Подробности этого предложения и один из способов использования пульсаров в качестве маяков см. в Edmondson and Stevens (2003) и Edmondson (2010).

¹⁹⁴ как можно больше звезд См. Hohlfeld and Cohen (2000) и Cohen and Hohlfeld (2001).

¹⁹⁵ универсальная частота «Универсальный» стандарт частоты впервые обсуждался Дрейком и Саганом (1973). См. также Gott (1995).

Сигнал уже есть в данных

¹⁹⁶ зарегистрировано несколько импульсов Из примерно 60 триллионов событий исследователи META обнаружили только 11 хороших сигналов-кандидатов. Однако, если эти сигналы действительно были попытками связи, почему астрономы не смогли наблюдать их снова? Одно из предположений заключалось в том, что межзвездные плазмы или гравитационные микролинзы, проходящие между источниками и Землей, заставляли то, что было устойчивым сигналом, похожим на маяк, «мерцать» — и временно становиться достаточно сильным, чтобы мы могли его обнаружить. Однако детальный анализ данных исключил эту возможность, и результат, казалось, указывал на то, что Галактика содержит не более одной другой цивилизации с сопоставимым уровнем технологии с нашей, которая намеренно пытается связаться с нами. См. Lazio, Tarter and Backus (2002).

Мы слушали недостаточно долго

¹⁹⁷ глубоко изменит мир Дрейк написал это в предисловии к «Есть ли кто-нибудь там?» (Drake and Sobel 1991).

¹⁹⁸ придется набраться терпения На рубеже тысячелетий 39% из почти 75 000 респондентов онлайн-опроса заявили, что верят, что обнаружение сигнала внеземной цивилизации произойдет в течение 10 лет (SETI@home 2000). Четырнадцать лет спустя мы все еще ждем.

Они посылают сигналы, но мы не принимаем

¹⁹⁹ ученый-любитель Хотя Смит является ученым-«любителем», он публиковался в различных авторитетных и рецензируемых журналах в различных областях. Что касается его вклада в дебаты о парадоксе Ферми, см. Smith (2009).

Все слушают, никто не передает

²⁰⁰ никто не передает Эта идея о том, что мы можем жить во вселенной, где много ищущих, но нет отправителей, была названа парадоксом «SETI» Зайцевым (2006).

²⁰¹ обнаружить наши непреднамеренные Если бы внеземные цивилизации могли обнаружить наши телевизионные передачи, то они могли бы многое узнать о нашей планете, даже не декодируя программы. Астрономы показали, как внеземная цивилизация могла бы определить скорость вращения Земли, оценить ее размер, продолжительность нашего года, расстояние Земли от Солнца и температуру поверхности Земли! См. Sullivan, Brown and Wetherill (1978).

²⁰² были некоторые преднамеренные передачи Деннинг (2010) приводит частичный список преднамеренных трансляций в небо, но эта ссылка представляет больший интерес для рассмотрения дебатов о том, должны ли мы передавать в небо.

²⁰³ более экономично слушать Биллингем и Бенфорд (2011) обсуждают затраты традиционного SETI по сравнению с активным SETI.

²⁰⁴ миссия Hipparcos Дополнительную информацию о миссии ESA Hipparcos см. в Webb (1999).

²⁰⁵ мыслители против Не все убеждены, что активный SETI — хорошая идея. Биллингем и Бенфорд (2011) призывают к мораторию на активный SETI, а Хакк-Мисра и др. (2013) призывают к осторожности. Деннинг (2010) и Муссо (2012) дают хорошие обзоры дебатов «передавать или не передавать». Вакоч (2011) более оптимистично относится к активному SETI. Он утверждает, что если мы передаем, то бремя декодирования и интерпретации сообщения ложится на них; поскольку они, вероятно, старше и, предположительно, более развиты, задача будет для них проще, и, таким образом, общение будет облегчено. Пенни (2012) указывает, что передача может быть опасной, но таким же может быть и прослушивание (как показано в «А для Андромеды» Хойла и Элиота (1963)); действительно, даже возможно, что в некоторых случаях даже не слушать может быть опасно. Мы просто не знаем.

²⁰⁶ способы сигнализации Идея о том, что мы могли бы послать сигнал внеземным цивилизациям, существует почти 200 лет. В 1820 году немецкий математик Иоганн Карл Фридрих Гаусс (1777–1855), один из величайших математиков всех времен, предложил посадить леса из сосен таким образом, чтобы они иллюстрировали теорему Пифагора. Идея была развита Йозефом Иоганном фон Литтровом (1781–1840), директором Венской обсерватории, который предложил вырыть большие канавы геометрической формы, наполнить их керосином и поджечь. Он считал, что свет от этих явно искусственных огней будет виден во всей Солнечной системе. В 1869 году французский физик Шарль Кро (1842–1888) предположил, что отражение солнечного света в сторону Марса с помощью подходящим образом расположенных зеркал будет лучшим способом сигнализировать о нашем присутствии марсианским астрономам. Сравнение старых и новых попыток общения см. в Cerceau and Bilodeau (2012).

²⁰⁷ другие сообщения См. Zaitsev (2012) для списка всех космических сообщений, отправленных до этой даты.

²⁰⁸ содержание сигнала См. Atri et al. (2011) для предложенного протокола для активного SETI.

²⁰⁹ этические трудности Обсуждение этого предложения, а также общие вопросы SETI см. в SetiLeague (2013).

²¹⁰ анализ теории игр Подход теории игр к проблеме пассивного и активного SETI см. в de Vladar (2013).

У них нет желания общаться

²¹¹ осторожность — общая черта Дрейк рассказывает историю о том, как английский астроном Мартин Райл (1918–1984), Королевский астроном, удостоенный Нобелевской премии по физике, был в отчаянии, узнав о передаче Аресибо 1974 года в сторону M13. Райл беспокоился, что развитые внеземные цивилизации могут охотиться на нас. Совсем недавно Стивен Хокинг предостерег человечество от попыток инициировать контакт с инопланетным разумом; см. Hawking (2010). Корхонен (2013) анализирует риск того, что внеземные цивилизации инициируют атаку, делая выводы из сценариев холодной войны и взаимно гарантированного уничтожения. Мое любимое вымышленное описание вида, определяющей чертой которого является крайняя осторожность — доведенная до трусости — это «Кукловоды». Они появляются в рассказах Ларри Нивена «Известный космос», включая удостоенный наград «Мир-Кольцо» (Niven 1970).

²¹² происходящее в Галактическом Клубе Кайпер и Моррис (1977) утверждают, что «Полный контакт с высшей цивилизацией (в которой их запас знаний становится доступным нам) прервет [наше] дальнейшее развитие».

²¹³ разные для обществ См. стр. 210 Drake and Sobel (1991).

Они разрабатывают другую математику

²¹⁴ как выразился Вигнер См. Wigner (1960) для источника этой цитаты.

²¹⁵ антиплатоническая позиция Критику платонического взгляда на математику см., например, в Chaitin (1997), Dehaene (1997), Hersh (1997), Davies (2007) и Abbott (2013).

²¹⁶ элементарные числовые суждения Критику того, что могут делать животные, когда мы говорим, что они считают, см. в Budiansky (1998). Будянски дает превосходный вводный отчет о когнитивных процессах животных.

²¹⁷ Почему они должны? Мощный аргумент в пользу того, почему мы должны быть в состоянии общаться с инопланетянами, используя нашу систему математики и, возможно, язык, такой как ЛИНКОС, см. в Minsky (1985).

²¹⁸ разные системы не могут существовать Одним из авторов, который мог бы представить себе инопланетную математику, был Хорхе Луис Борхес (1899–1986), возможно, величайший испаноязычный писатель прошлого века. Borges (1998) содержит несколько рассказов на математическую тему; Bloch (2008) исследует математические идеи в одном из самых известных рассказов Борхеса.

²¹⁹ если сама математика универсальна Лемаршан (2008) предполагает, что золотое сечение $ϕ$ , которое возникает в задаче $a / b = b / (a + b)$ , может быть когнитивной универсалией и обладать потенциалом для использования в межзвездных кодах связи, семантике и межзвездных художественных произведениях. Однако о золотом сечении написано много чепухи. Это не та универсалия, которой ее объявляют в человеческой сфере, не говоря уже о внеземной; см., например, Devlin (2007).

Они зовут, но мы не распознаем сигнал

²²⁰ можно представить различные варианты Можно представить себе попытку общаться с инопланетянами с помощью иконок, например. Как упоминалось в Решении 31, Гаусс предложил этот подход: например, гигантские геометрические фигуры, нарисованные в сибирской тундре и построенные из соснового леса и таких культур, как пшеница, сигнализировали бы о нашем интеллекте наблюдателям на Марсе. Возможно, что-то более сложное можно было бы предпринять для межзвездной связи. Муссо (2011) предлагает нечто более интересное: космический язык, основанный на аналогии.

²²¹ «Астроглосса» Хогбена В «Астроглоссе», разработанной британским математиком Ланселотом Хогбеном (1895–1975), счетные числа представлены радиоимпульсами. Например, три импульса представляли бы число три. Математическое понятие, такое как «равно», было бы представлено радиоглифом — узором из более длинных импульсов. Схема была изложена в Hogben (1963). Филип Моррисон развил идею радиоглифа; см. Morrison (1962).

²²² или Фройденталя Язык ЛИНКОС был разработан немецким математиком Хансом Фройденталем (1905–1990). Существует несколько веб-сайтов, посвященных ЛИНКОС, но если вы действительно хотите выучить язык, я считаю, что есть только один источник: оригинальная, но вышедшая из печати книга (Freudenthal 1960). Книга Фройденталя касалась только математики. Хотя он планировал вторую часть, которая рассматривала бы проблему передачи нематематических понятий, он потерял интерес к этой теме. Его коллега Александр Оллонгрен (1928–) принял вызов и развил ЛИНКОС несколькими способами; см., например, Ollongren (2011, 2013).

²²³ рукопись Войнича Лучшим печатным ресурсом по таинственной рукописи Войнича является книга небольшого издательства (D’Imperio 1978), которую трудно найти. Однако многие веб-сайты описывают различные интригующие аспекты загадки рукописи Войнича.

²²⁴ начала XV века. См. Hodgins (2012).

²²⁵ средневековая мистификация Было много предположений о том, кто мог создать поддельную рукопись и почему они могли это сделать. И теория мистификации объясняет, почему мы не нашли смысла в рукописи Войнича: смысла там нет. С другой стороны, различные ученые считают, что они нашли закономерности в рукописи Войнича, которые предполагают, что слова не случайны, что в предложениях содержится смысл. См., например, Amancio et al. (2013).

²²⁶ было бы разочарование Эллиотт (2011) обсуждает протокол того, как после обнаружения сигнала, но еще не расшифрованного, ученые могли бы распространять своевременную и точную информацию ожидающему миру. См. также Elliott and Baxter (2012) и Elliott (2012).

²²⁷ неотличимо от излучения черного тела Если электромагнитное излучение используется для передачи информации, наиболее эффективный формат для данного сообщения неотличим от излучения черного тела (для приемника, незнакомого с форматом). Впервые это было показано Кейвсом и Драммондом (1994). Тот же результат, используя другие аргументы, был получен Лахманом и др. (2004).

Послание в бутылке

²²⁸ ясно, но контринтуитивно Их работа (Rose and Wright 2004) появилась в виде письма в Nature и вызвала настоящий ажиотаж в сообществе SETI. Для теоретической статьи она на удивление легка для понимания.

Упс… Апокалипсис!

²²⁹ «дом следующей сверхновой» Руководство Фермилаба настолько раздражали протесты Диксона, что они обсудили этот вопрос в своем информационном бюллетене FermiNews (FNAL 1998).

²³⁰ коллапс квантового вакуумного состояния Курт Воннегут (1963) в своем романе «Колыбель для кошки» дает вымышленное описание последствий фазового перехода (хотя фазового перехода, включающего не квантовое вакуумное состояние, а воображаемый «лед-девять» — форму H$_2$O, которая более стабильна, чем обычная вода при комнатной температуре).

²³¹ предполагая, что это может быть так Идея о том, что наша вселенная может не находиться в «истинном» вакууме, возникла не у чудаков! Мартин Джон Рис (1942–), английский астрофизик, был назначен Королевским астрономом в 1995 году и в период с 2005 по 2010 год был президентом Королевского общества. Лорд Рис — один из ведущих ученых Великобритании. Его голландский коллега Пит Хут (1952–) работает в Принстонском институте перспективных исследований. См. Hut and Rees (1983) для подробностей их предложения.

²³² выше всего, чего могут достичь физики 15 октября 1991 года детектор Fly’s Eye в Юте обнаружил космический луч с энергией 320 ЭэВ. (Эта энергия настолько велика, что редко используемый префикс СИ «Экза» был введен в действие; префикс представляет собой множитель $1 0^{18}$ .) Частица, обнаруженная Fly’s Eye, несла ошеломляющее количество энергии: около 50 Дж. Другими словами, эта единственная субатомная частица несла больше кинетической энергии, чем теннисный мяч, летящий со скоростью 180 миль в час. Ее энергия была более чем в 10 миллионов раз больше максимальной достижимой энергии самого большого ускорителя, когда-либо запланированного. Как эта частица приобрела столько энергии — загадка. Ни один очевидный процесс не может произвести частицу с такой большой кинетической энергией; тем не менее, что бы ее ни произвело, оно должно было находиться относительно близко, потому что если бы она прошла космологические расстояния, ее взаимодействия с микроволновым фоном замедлили бы ее. См. Bird (1995).

²³³ обычное расположение кварков Существование странных кварков известно десятилетиями (см. Webb 2004). Их ключевые свойства впервые были выделены Джорджем Цвейгом (1937–) и Мюрреем Гелл-Манном (1929–) в 1964 году. Однако их присутствие впервые проявилось в экспериментах с космическими лучами, проведенных Клиффордом Чарльзом Батлером (1922–1999) и Джорджем Рочестером (1909–2001) в 1947 году; несправедливо, что им не присудили Нобелевскую премию за их работу.

²³⁴ окружающее электронное облако Эти расчеты были работой американского физика Роберта Лорена Джаффе (1946–) и других. Нетехническое изложение см. в Matthews (1999). Более глубокий анализ см. в Jaffe et al. (2000).

²³⁵ статья двух юристов См. Johnson and Baram (2014).

²³⁶ терпеливо отвечали на опасения См., например, Ellis et al. (2008).

²³⁷ исследовать ядро земли См. Stevenson (2003).

²³⁸ довольно опасное занятие См. Cirković and Cathcart (2004).

²³⁹ разные предметные области Термин «нанотехнология» был популяризирован американским физиком К. Эриком Дрекслером. Во влиятельной книге (Drexler 1986) он представил свое видение грядущей революции в наноразмерной инженерии. Дрекслер ввел термин «нанотехнология» для обозначения молекулярного производства (создания объектов со сложными атомными спецификациями с использованием последовательностей химических реакций, управляемых небиологическими молекулярными механизмами) вместе с его методами, продуктами, их проектированием и анализом. В последнее время этот термин стал обозначать любую технологию, имеющую наноразмерные эффекты — например, субмикронную литографию (или травление). Чтобы отличить свою первоначальную концепцию от работы, которая в настоящее время ведется в лабораториях, Дрекслер теперь ссылается на «молекулярную нанотехнологию». Можно сказать, что сама область нанотехнологии началась с лекции, прочитанной Фейнманом (1959), в которой он рассмотрел прямое манипулирование отдельными атомами.

²⁴⁰ потенциал для улучшения здравоохранения Сборник научно-фантастических рассказов, посвященных медицине, а также обсуждение науки, лежащей в основе рассказов, см. в Aiken (2014). Многие рассказы так или иначе затрагивают нанотехнологии.

²⁴¹ самовоспроизводящаяся машина В отчете Королевского общества (2004) обсуждался потенциал нанотехнологий и делался вывод, что регулирующим органам не нужно беспокоиться о самовоспроизводящихся машинах, по крайней мере, пока. Их разработка лежит слишком далеко в будущем.

²⁴² проблема серой слизи Одно из лучших вымышленных описаний проблемы серой слизи — замечательный рассказ Грега Бира «Музыка крови», который был опубликован в 1983 году — за три года до книги Дрекслера. Рассказ доступен в сборнике (Bear 1989).

²⁴³ менее трех часов См. Freitas (2000) для подробной математической оценки экологических рисков нанотехнологий.

Ой, Апокалипсис!

^{$^{244}$}на грани демонстрации Дрейк и Собель (1991) сообщают, как Шкловский, который, как мы видели ранее, был одним из первых, кто обнародовал парадокс Ферми, потерял веру в предприятие SETI в годы перед своей смертью. Шкловский был убежден, что ядерная война неизбежна, и такой же неизбежный холокост постигнет и другие технологические цивилизации.

^{$^{245}$}губительно для нашего вида Смотрите Turco et al. (1983) для обсуждения последствий ядерной зимы.

^{$^{246}$}знание сохраняется Уолтер Майкл Миллер-младший (1923–1996) был американским радистом и хвостовым стрелком на 53 бомбардировочных налетах над Италией и Балканами во Второй мировой войне. Его отмеченная наградами «Песнь для Лейбовица» (Миллер 1960) — один из классических пост-апокалиптических научно-фантастических романов. Он написал роман в ответ на атаку союзников на Монте-Кассино — рейд, в котором он принимал участие и который почти наверняка повлиял на него психологически. (Подробные эффекты ядерной зимы были определены совсем недавно, поэтому, хотя пост-холокостный мир Миллера ярко описан, ему неизбежно не хватает научной точности. Тем не менее, роман настоятельно рекомендуется.)

^{$^{247}$}Купер предлагает биотерроризм Смотрите Купер (2013) для обсуждения биотерроризма и его связи с парадоксом Ферми.

Тепловая волна

^{$^{248}$}Чарльз Килинг начал измерять Американский химик Чарльз Дэвид Килинг (1928-2005) работал в Океанографическом институте Скриппса более четырех десятилетий и в течение этого периода поддерживал прекрасные наблюдения за атмосферным диоксидом углерода. Для подробных биографий Килинга см. Weart (2008) или Bowen (2006).

^{$^{249}$}средняя температура поверхности IPCC (2013) содержит подробности об увеличении температуры поверхности Земли, усредненной по суше и океанам.

^{$^{250}$}последние исследования предполагают Голдблатт и Уотсон (2012) утверждают, что человечеству, вероятно, невозможно вызвать необратимый парниковый эффект путем сжигания ископаемого топлива. Они также указывают, что их работа не дает утешения отрицателям изменения климата: они четко заявляют, что антропогенные выбросы парниковых газов являются серьезной угрозой для человеческой цивилизации. Они также указывают, что, даже если их работа верна и неконтролируемый парниковый эффект невозможен, ничто в их моделях не исключает резкого перехода к состоянию “горячего, влажного парника”: это не будет неконтролируемым процессом, но это был бы поистине ужасный исход.

Апокалипсис Когда?

^{$^{251}$}рассуждал следующим образом Дж. Ричард Готт III (1947–) — профессор астрофизики Принстонского университета. Его оригинальная статья об Аргументе Судного Дня (Готт 1993) претендовала на то, чтобы показать, среди прочего, что человечество вряд ли колонизирует Галактику; см. Готт (1997) для упрощенного изложения аргумента. Статья породила чрезвычайно интересную переписку (Buch et al. 1994). Философ Джон Лесли независимо разработал Аргумент Судного Дня (Лесли 1996). Возможно, первым человеком, оценившим силу такого рода рассуждений, был австралийский физик Брэндон Картер (1942–); антропные аргументы Картера изложены в главе 5.

^{$^{252}$}хитроумным способом Смотрите Уэллс (2009) для увлекательного взгляда на вопрос выживания человека через призму зафиксированной продолжительности жизни театральных постановок и бизнесов! Уэллс был одним из немногих студентов, которых наставлял Фейнман, и я нахожу что-то от фейнмановского непочтения и бесстрашного вопрошания в этой книге.

Облачные небеса обычны

^{$^{253}$}планета в системе из шести звезд На момент написания этой книги мы еще не нашли планетную систему столь же экстремальную, как в «Приходе ночи». Однако в 2012 году астрономы обнаружили пример планеты в системе четырех звезд; см. Schwamb et al. (2013). Художественное изображение планеты представлено на рис. 4.25.

^{$^{254}$}замечательная история «Приход ночи», написанный в 1941 году, регулярно признается лучшим научно-фантастическим рассказом всех времен. Его можно найти во многих сборниках, включая Азимова (1969).

Лучше не бывает

^{$^{255}$}последний элемент стандартной модели Для ясного описания открытия бозона Хиггса и почему оно было так важно, см. Кэрролл (2013).

^{$^{256}$}телескопы совершенно поразительной мощности См. Уэбб (2012) для обсуждения новых и планируемых обсерваторий.

Они учатся дистанционно

^{$^{257}$}Лэмптон, ученый Лэмптон участвует в деятельности SETI в Калифорнийском университете в Беркли, и в частности в программе оптического SETI, которую я изложил в Решении 26. Для получения дополнительной информации о его предложенном решении парадокса см. Лэмптон (2013).

^{$^{258}$}нам не нужно было бы посылать астронавтов Идея о том, что мы могли бы воспроизвести марсианскую жизнь на Земле, заставив зонд для секвенирования генома на Марсе передать генетическую информацию сюда, а затем использовать биопринтеры для их «построения», обсуждается в Вентер (2013).

Они где-то есть, но Вселенная страннее, чем мы себе представляем

^{$^{259}$}вселенная А и вселенная Б Американский физик Хью Эверетт III (1930-1982) разработал многомировую интерпретацию квантовой механики для своей докторской диссертации в Принстоне. См. Эверетт (1957) для краткого изложения диссертации. К сожалению, его идеи не были восприняты всерьез во время публикации, и он разочаровался и покинул академические круги. См. Бирн (2010) для хорошо исследованного рассказа о довольно печальной истории жизни Эверетта.

^{$^{260}$}действительно интересные места Альфред Бестер (1913–1987) впервые опубликовал свой знаменитый роман «Звезды — моя цель» под названием «Тигр! Тигр!» (Бестер 1956). Самая амбициозная работа Артура Кларка — это, пожалуй, «Конец детства» (Кларк 1953). Однако кажущиеся диковинными спекуляции не ограничиваются научной фантастикой. Физики-теоретики также находят удовольствие в придумывании диких идей; см., например, Тегмарк и Уилер (2001).

^{$^{261}$}перемещаться через «балк» Эта идея появляется в Gato-Rivera (2006); это кажется искренним предложением, но мне трудно воспринимать его серьезно.

Интеллект не вечен

^{$^{262}$}философские спекуляции Смотрите Шредер (2002).

^{$^{263}$}«адаптационистское» решение См. Чиркович (2005) и Чиркович, Драгичевич и Берич-Бьедов (2005).

Мы живем в постбиологической Вселенной

^{$^{264}$}отмеченный историк науки См. Дик (2003, 2008) для ясных объяснений последствий для SETI, если мы живем в постбиологической вселенной. Его книга «Биологическая Вселенная» (Дик 1996) также настоятельно рекомендуется.

^{$^{265}$}Стэплдон был британским философом Научно-фантастические романы Стэплдона повлияли на таких писателей, как Брайан Олдисс, Артур Кларк, Станислав Лем и Вернор Виндж. В дополнение к упомянутым здесь романам «Последние и первые люди» и «Создатель звезд» (Стэплдон 1930, 1937), он написал другие влиятельные романы, включая «Сириус» и «Странный Джон».

^{$^{266}$}плюс-минус 37 миллионов лет Лучшая оценка возраста вселенной получена из комбинации данных со спутника ESA Planck и предыдущих миссий, таких как спутник NASA WMAP; и Planck, и WMAP работали путем измерения реликтового излучения. Мне кажется невероятным, что астрономы могут определять фундаментальные космологические параметры с такой точностью. Когда я был студентом, реалистичные оценки возраста вселенной различались на миллиарды лет! См. Уэбб (2012) для обсуждения этих космических миссий.

^{$^{267}$}используя аргумент, основанный на звездной эволюции См. Норрис (2000). Статья Норриса появляется в очень интересном томе под редакцией Аллена Тафа.

^{$^{268}$}Мартин однажды написал «Песнь для Лии» появилась в журнале Analog в 1974 году и получила премию Хьюго за лучшую повесть. Она входит в одноименный сборник рассказов (Мартин 1976).

Они тусуются вокруг черных дыр

^{$^{269}$}шкала внутренней манипуляции См. Барроу (1998).

^{$^{270}$}внизу полно места См. Фейнман (1959). Он прочитал лекцию под названием «Внизу полно места» на собрании Американского физического общества в Калтехе 29 декабря 1959 года. В ней Фейнман рассмотрел возможность прямого манипулирования отдельными атомами — это лекция, которая во многом предвосхитила область нанотехнологий.

^{$^{271}$}Видаль утверждает Докторская диссертация Видаля называется «Начало и конец: смысл жизни в космологической перспективе» (Видаль 2013).

^{$^{272}$}ничто не может ускользнуть Мы не можем заглянуть внутрь черной дыры — даже свет не может достичь нас из-за горизонта событий, который окутывает дыру — но если бы мы могли заглянуть внутрь определенного типа черной дыры, могли бы мы увидеть там живущую внеземную цивилизацию? В 2011 году российский физик показал, что внутри черной дыры могут существовать стабильные периодические орбиты, и он предположил, что цивилизации KIII могли бы безопасно жить внутри сверхмассивной черной дыры. Такая цивилизация по определению была бы невидима для наших телескопов. Может ли это быть решением парадокса? Что внеземные цивилизации предпочитают жить внутри черных дыр и поэтому не могут общаться с нами? См. Докучаев (2011).

^{$^{273}$}хранить или извлекать энергию Иноуэ и Йокоо (2011) предполагают, что цивилизации KIII могут построить то, что по сути было бы сферой Дайсона вокруг сверхмассивной черной дыры. Однако они не ссылаются на шкалу Барроу: это по сути усовершенствованная версия «традиционной» сферы Дайсона.

Они достигли Сингулярности

^{$^{274}$}Еще в 1965 году Гордон Эрл Мур (1929–) стал соучредителем Intel в 1968 году и быстро стал одним из самых богатых людей в мире. См. Мур (1965) для первого изложения его «закона».

^{$^{275}$}некоторое время до 2030 года Американский математик Вернор Стеффен Виндж (1944-) исследовал идею Сингулярности в нескольких научно-фантастических романах и рассказах. Нехудожественное изложение этой идеи можно найти в Vinge (1993). Обсуждение кажущегося неумолимым развития вычислительной мощности можно найти в Moravec (1988).

^{$^{276}$}называет такое событие Термин «сингулярность» использовался в 1950-х годах фон Нейманом, которому приписывают слова: «Постоянно ускоряющийся прогресс технологии… создает видимость приближения к некоторой существенной сингулярности в истории расы, за пределами которой человеческие дела, какими мы их знаем, не могли бы продолжаться». См. Улам (1958).

^{$^{277}$}трансцендентное событие Виндж не был первым, кто исследовал идею о том, что интеллектуальное развитие человечества может глубоко изменить наше глобальное общество. Французский священник-иезуит Пьер Тейяр де Шарден (1881-1955) считал, что индивидуальные умы каким-то образом сольются, чтобы сформировать ноосферу — расширяющуюся сферу человеческого знания и мудрости; духовное и материальное в конечном итоге сольются, чтобы сформировать новое состояние сознания, которое он назвал точкой Омега. Его аргумент, хотя и мистический и расплывчатый, приходит к выводу, который кажется похожим на Сингулярность Винджа. Существуют два основных различия между Винджем и Тейяром де Шарденом. Во-первых, Виндж экстраполировал реальные тенденции, чтобы предложить конкретные механизмы, которые могли бы привести нас к Сингулярности. Во-вторых, органической эволюции требуются миллионы лет, чтобы построить ноосферу; мы (и наши преемники) строим Сингулярность за несколько десятилетий. Для понимания такого рода мышления см., например, Тейяр де Шарден (2004).

^{$^{278}$}небиологический субстрат См. Серль (1984) и Пенроуз (1989) для двух стимулирующих книг, критикующих идею о том, что «искусственный» интеллект человеческого уровня может существовать. Я не согласен с выводами этих весьма выдающихся мыслителей, но две упомянутые здесь ссылки представляют собой чрезвычайно интересное чтение.

^{$^{279}$}верстать эту книгу TEX был разработан американским ученым-компьютерщиком Дональдом Эрвином Кнутом (1938-). См. Кнут (1984). Он написал TEX (вместе с программой для проектирования шрифтов) просто для того, чтобы он мог сверстать свою многотомную «Искусство программирования» к своему собственному удовлетворению!

Гипотеза трансценденции

^{$^{280}$}статья, опубликованная в 2012 году См. Смарт (2012). В этой статье Смарт развивает десятилетие размышлений о трансценденции и ее связи с парадоксом Ферми.

^{$^{281}$}Всемирная организация здравоохранения Подробности о росте городского населения см. ВОЗ (2013).

^{$^{282}$}новые идеи эволюционной биологии развития Для удобочитаемого изложения эволюционной биологии развития см. Кэрролл (2006).

Гипотеза миграции

^{$^{283}$}футуролог Роберт Брэдбери См. Чиркович и Брэдбери (2006) для деталей гипотезы миграции. Роберт Дж. Брэдбери (1956–2011) интересовался различными неортодоксальными научными изысканиями, включая варианты радикального продления жизни. К сожалению, он не дожил до того, чтобы лично воспользоваться технологиями продления жизни, которыми он интересовался.

Существует бесконечное число цивилизаций, но только одна в пределах нашего горизонта частиц: Мы

^{$^{284}$}сделал так много для продвижения Харт — особенно ясный и убедительный автор. Для описания его предложения о том, как существует бесконечное число планет, несущих жизнь, но мы одни в наблюдаемой Вселенной, см. Харт (1995). Столь же ясное рассмотрение предмета космологом появляется в Уэссон (1990).

^{$^{285}$}Гут представил См. Гут (2007).

^{$^{286}$}одна из ключевых основополагающих концепций См. Уэбб (2014) для обсуждения инфляции и того, как возможно, что наблюдательные результаты, обнародованные в 2014 году, могли бы предоставить подтверждение инфляции.

Их не существует

^{$^{287}$}стимулирующая и заставляющая задуматься книга Книга «Редкая Земля» (Уорд и Браунли 1999) сформулировала растущее подозрение ряда астробиологов в том, что Земля необычна, возможно, уникальна, в приюте сложных форм жизни.

^{$^{288}$}покажется узколобым Для творческой, неортодоксальной и вызывающей книги о возможных формах жизни см. Файнберг и Шапиро (1980). Авторы обсуждают понятия плазменной жизни в звездах, лучистой жизни в межзвездных облаках, силикатной жизни, низкотемпературной жизни и многие другие возможности. Одна из самых ранних и восхитительных научно-фантастических историй об инопланетных биохимиях — «Марсианская одиссея» Стэнли Г. Вейнбаума (в Wonder Stories, июль 1934). Эту историю можно найти в нескольких антологиях, включая Азимов (1971).

Вселенная здесь для нас

^{$^{289}$}дюжина таких шагов См., например, Майр (1995).

^{$^{290}$}некоторые астрономы считают Светимость Солнца увеличилась примерно на 25% с момента образования Солнечной системы. Температура поверхности Земли, однако, была довольно стабильной в течение этого времени, в основном благодаря отрицательным обратным связям, которые уменьшают парниковый эффект CO$_{2}$. Эти петли не смогут поддерживать температуру поверхности Земли на уровне, подходящем для сложной жизни, еще примерно миллиард лет. См., например, Bergman et al. (2004).

^{$^{291}$}представленный Брэндоном Картером См. Картер (1974).

^{$^{292}$}недавний анализ См. Уотсон (2008) для расширения работы Картера. См. также Маккейб и Лукас (2010).

^{$^{293}$}наблюдательное искажение См. Бостром (2002) для подробного обсуждения антропного искажения.

^{$^{294}$}никогда не вымрут См. Барроу и Типлер (1986) — замечательная и стимулирующая книга, которая подробно охватывает различные типы антропного принципа.

^{$^{295}$}развил идею См. Типлер (1994)

Канонический Артефакт

^{$^{296}$}в поисках «теории всего» Для прекрасного изложения мотивов этой охоты см. Вайнберг (1993).

^{$^{297}$}рассмотренный Джерардом Фоскини Фоскини получил множество наград за свой вклад в инженерную связь. См. Фоскини (1994) для интригующего понятия канонического артефакта.

Жизнь могла возникнуть только недавно

^{$^{298}$}не согласен с См. Ливио (1999).

^{$^{299}$}произошли миллиарды лет назад Работа Собрала и др. (2013) предполагает, что пик скорости звездообразования пришелся примерно на 11 миллиардов лет назад, что несколько раньше в истории вселенной, чем считалось ранее.

Планетные системы редки

^{$^{300}$}происходящие в более экзотических местах Упомянутые в тексте романы — «Интегральные деревья» (Нивен 1984) и «Яйцо дракона» (Форвард 1980).

^{$^{301}$}конкурирующие сценарии планетарного образования Французский натуралист Жорж-Луи Леклерк, граф де Бюффон (1707-1788), предложил в 1749 году, что планеты образовались, когда комета столкнулась с Солнцем. Немецкий философ Иммануил Кант (1724-1804) предложил небулярную теорию планетарного образования в 1754 году. См. Уильямс и Кремин (1968) для сравнительного обзора различных идей, которые были предложены для объяснения происхождения Солнечной системы.

^{$^{302}$}сконденсировались, чтобы сформировать планеты Первые модели планетарного образования через звездные столкновения были разработаны американскими учеными Томасом Краудером Чемберлином (1843-1928) и Форестом Рэем Моултоном (1872-1952). Модели были усовершенствованы британскими математиками Джеймсом Хопвудом Джинсом (1887-1946) и Гарольдом Джеффрисом (1891-1989). См. Тейлор (1998) для увлекательного тура по Солнечной системе, включая ее формирование. Тейлор приходит к выводу, что жизнь на Земле может быть результатом случая; и, возможно, это означает, что жизнь вряд ли возникнет где-либо еще.

^{$^{303}$}открытие экзопланет Для получения более подробной информации о новейших открытиях планет посетите Энциклопедию внесолнечных планет (Exoplanet Team 2014). Для трогательного, прекрасно написанного рассказа об ученых, которые ищут экзопланеты, см. Биллингс (2013).

Каменистые планеты редки

^{$^{304}$}образование самой Земли Принятый возраст Земли, рассчитанный геохимиками с использованием радиоизотопных методов датирования, составляет $4.54 \pm 0.05$ миллиарда лет. Значение, близкое к этому, было впервые представлено в 1956 году американским геохимиком Клэром Кэмероном Паттерсоном (1922-1995); исследования с тех пор уточнили значение Паттерсона, но существенно не пересмотрели его. Для получения более подробной информации о том, как ученые определили возраст Земли, см., например, Далримпл (2001).

^{$^{305}$}точная природа хондр Ссылки на то, что мы теперь знаем как хондры, делались в научной литературе еще в 1802 году. Они были названы в 1864 году немецким минералогом Густавом Розе (1798-1873). Английский геолог Генри Клифтон Сорби (1826-1908), один из великих ученых-любителей, использовал петрографический микроскоп — прибор, который он изобрел, — чтобы провести первое детальное исследование хондр. Он предположил, что хондры, которые он описал как «капли огненного дождя», могут быть кусочками Солнца, выброшенными в солнечных протуберанцах. См. Сорби (1877).

^{$^{306}$}близкий гамма-всплеск См. МакБрин и Хэнлон (1999). См. также Дагган и др. (2003).

^{$^{307}$}наиболее точное датирование Для получения дополнительной информации см. Коннелли и др. (2012).

Решение на основе воды

^{$^{308}$}минерал под названием циркон Уран (U) распадается до свинца (Pb) по двум разным цепочкам (238U распадается до 206Pb с периодом полураспада 4,47 миллиарда лет; 235U распадается до 207Pb с периодом полураспада 0,704 миллиарда лет). Циркон сильно отторгает свинец, поэтому любой свинец, обнаруженный в минерале, должен был произойти от радиоактивного распада. Это дает возможность механизма уран-свинцового датирования, и Вэлли и др. (2014) показали, что уран-свинцовые «часы» в цирконе надежны. Они подтвердили, что обломок циркона из региона Джек Хиллс в Западной Австралии образовался 4,4 миллиарда лет назад.

^{$^{309}$}видели такое же обилие См. Hartogh et al. (2011) для деталей наблюдений Хартли 2; см. Lis et al. (2013) для деталей наблюдений Хонда–Мркос–Пайдушакова.

Постоянно обитаемые зоны узки

^{$^{310}$}обитаемая зона системы Одна из первых книг, обсуждающих условия, которые могут потребоваться для того, чтобы сделать планету обитаемой, была Dole (1964). Хотя сейчас она сильно устарела, она остается хорошим руководством. Книга была результатом исследования RAND и довольно техническая. Популярная версия, также рекомендуемая, — Dole and Asimov (1964). Seager (2013), опубликованная почти через полвека после исследования Доула, предоставляет подробное резюме факторов, которые могут влиять на обитаемость экзопланеты.

^{$^{311}$}«наклоненный» земной мир См. Armstrong et al. (2014) для обсуждения того, как колеблющийся наклон оси вращения не обязательно исключает существование жизни, а в некоторых случаях может быть даже благом для жизни.

^{$^{312}$}одно недавнее исследование См. Vladilo et al. (2013), которое рассматривает влияние атмосферного давления на обитаемую зону.

^{$^{313}$}точно в нужном месте В нескольких расчетах границ обитаемой зоны видно, что Земля находится на пределе. Легко принять «землецентричный» взгляд на возможности для жизни, но все чаще ученые обнаруживают, что жидкая вода может существовать в самых разных ситуациях. Heller и Armstrong (2014) указывают, что некоторые планеты могут быть более пригодными для жизни, чем Земля.

^{$^{314}$}результаты компьютерных моделей См. Харт (1978, 1979).

^{$^{315}$}самая землеподобная планета Подробности открытия Kepler-186f см. в Quintana et al. (2014).

^{$^{316}$}модели, разработанные Джеймсом Кастингом Американский геолог Джеймс Фрейзер Кастинг (1953–) внес несколько вкладов в наше понимание долгосрочной стабильности климата Земли. Модели, которые используют он и его коллеги, гораздо более детализированы, чем оригинальная модель Харта. См., например, Кастинг, Рейнольдс и Уитмайр (1992) и Селсис и др. (2007) для дальнейших подробностей.

^{$^{317}$}может быть шире, чем думал Харт Рашби и др. (2013) рассматривают простую модель того, как обитаемая зона эволюционирует со временем, и показывают, что некоторые экзопланеты могут проводить многие миллиарды лет в обитаемой зоне своей звезды.

^{$^{318}$}каждая пятая звезда, подобная Солнцу Петигура, Ховард и Марси (2013) проанализировали данные Kepler и Keck по экзопланетам, чтобы заключить, что 22% звезд, подобных Солнцу, имеют планеты размером с Землю, вращающиеся в их обитаемых зонах.

^{$^{319}$}галактическая обитаемая зона См. Гонсалес, Браунли и Уорд (2001) для первоначального определения галактической обитаемой зоны, и Лайнуивер, Феннер и Гибсон (2004) для детального обсуждения размера и временной эволюции зоны. Гованлок, Паттон и Макконнелл (2011) описывают модель ГОЗ в терминах пространственных и временных измерений Галактики, которые могут способствовать развитию сложной жизни.

Земля – первая

^{$^{320}$}анализ экзопланет См. Буххаве и др. (2012).

^{$^{321}$}звезда HIP 102152 Детальное исследование этого солнечного близнеца приведено в Монро (2013).

Земля имеет оптимальный «Насос эволюции»

^{$^{322}$}физик Джон Креймер См. Креймер (1986) для популярного изложения идеи о том, что Юпитер может влиять на эволюцию на Земле.

^{$^{323}$}пробел в Поясе астероидов Американский геолог Джордж Уэст Уэзерилл (1925–2006) был хорошо известен своими исследованиями роли, которую Юпитер играет в Солнечной системе. То, что резонансные эффекты должны вызывать существование пробелов в Поясе астероидов, впервые было предложено в 1866 году американским астрономом Дэниелом Кирквудом (1814–1895). Джек Лич Уиздом (1953–), американский физик, был одним из первых ученых, применивших современные методы нелинейной динамики к изучению орбит в Солнечной системе. Уиздом подробно изучил резонанс 3:1 в Поясе астероидов. Авторитетный и актуальный рассказ о многих из этих идей, а также более общее обсуждение происхождения и эволюции Солнечной системы см. в Yeomans (2012).

Галактика – опасное место

$^{324}$ представляют интересную угрозу Магнетары — это нейтронные звезды с исключительно сильными магнитными полями. Поле SGR1900+14 оценивается в $5 \times 1 0^{10}$ тесла — сравните это с самым сильным неразрушающим магнитным полем, созданным учеными, которое составляет чуть более 100 тесла. Магнитное поле магнетара настолько сильное, что оно могло бы вытащить ключи из вашего кармана на расстоянии более 100 000 миль. Конечно, если бы вы стояли так близко к магнетару, то излучение и ветер заряженных частиц, которые он извергает, убили бы вас мгновенно. На момент написания этой статьи было обнаружено 21 магнетар. См. Mereghetti (2008) для получения дополнительной информации.

^{$^{325}$}30 световых лет от Земли Гехрелс и др. (2003), например, рассчитывают, что сверхновая типа II, произошедшая в пределах 8 пк, могла бы удвоить «биологически активный» ультрафиолетовый поток на поверхности Земли.

$^{326}$ происхождение было совершенно неизвестно Астрономы впервые обнаружили гамма-всплески в 1969 году, используя данные со спутников VELA, которые находились на орбите для поиска гамма-лучей от возможных ядерных взрывов, но только в 1997 году астрономы получили доказательства того, что всплески происходят на космологических расстояниях. Даже сейчас детальная природа порождающих событий является предметом дискуссий. См. Ведренн и Аттейя (2009).

^{$^{327}$}ответственны за массовые вымирания Мелотт и др. (2004) предполагают, что гамма-всплеск мог инициировать позднеордовикское массовое вымирание около 440 миллионов лет назад. Для дальнейших подробностей этого предположения см. Томас (2009).

$^{328}$ предложенный Джеймсом Эннисом См. Эннис (1999).

^{$^{329}$}поглощены огнем Рассказ Артура Кларка «Звезда» описывает, как люди находят останки цивилизации, уничтоженной астрономическим взрывом. Свет от взрыва достиг бы Земли около двух тысяч лет назад — факт, который придает рассказу его трогательное качество. Мне кажется трогательным, что в течение нескольких часов после смерти Кларка в 2008 году спутник Swift обнаружил GRB 080319B — взрыв настолько мощный, что, несмотря на то, что он произошел 7,5 миллиардов лет назад, был потенциально виден невооруженным глазом в течение полминуты. «Звезда» появляется во многих антологиях. См., например, Азимов (1972).

Планетная система – опасное место

$^{330}$ гораздо ближе к дому Для углубленного взгляда на планетарные угрозы см. Бостром и Чиркович (2008).

$^{331}$ события «Земли-снежка» Идея о том, что Земля пережила глобальное оледенение в неопротерозойскую эру, не нова: английский геолог Уолтер Брайан Харланд (1917–2003) постулировал именно это еще в 1964 году. В то же время российский геолог Михаил Будыко (1920–2001) показал, как может произойти неуправляемый эффект ледяного дома. Однако только недавно эта идея была воспринята всерьез — в значительной степени благодаря работе групп под руководством американских геологов Джозефа Киршвинка и Джеймса Кастинга, которые исследовали путь выхода из «Земли-снежка». Для раннего введения см. Харланд и Рудвик (1964). Ясно написанное введение в теории «Земли-снежка» появляется в Хоффман и Шраг (2000). Более технические статьи включают Хоффман и др. (1998) и Киршвинк (1992).

^{$^{332}$}сокращение биоразнообразия Вполне возможно, что в истории Земли было гораздо больше вымираний, особенно во время событий «Земли-снежка», но только за последние полмиллиарда лет существа с твердыми скелетами стали обычным явлением; только относительно недавно существа могли стать окаменелостями. Действительно, мы сейчас живем в геологическом эоне, известном как фанерозойская эра, название происходит от греческих слов, означающих «видимая жизнь». Природа начала экспериментировать с современными типами животных в Кембрийском взрыве, 540 миллионов лет назад; 4 миллиарда лет до Кембрийского взрыва известны как криптозойская эра, от греческих слов, означающих «скрытая жизнь». На протяжении большей части истории Земли практически все организмы жили и умирали, не оставляя следов. Для получения дополнительной информации о взрыве животной жизни в Кембрии см. Гулд (1986).

^{$^{333}$}великие массовые вымирания См. Рауп (1990).

^{$^{334}$}удар крупного метеорита Идея о том, что удар метеорита убил динозавров, стара. Ключевой статьей является Alvarez et al. (1980). Однако за годы до появления этой статьи в научно-фантастическом журнале была опубликована удивительно пророческая статья (см. Эневер 1966). В ней описывались последствия падения крупного метеорита на Землю. Увлекательный взгляд на доказательства того, что удар метеорита вызвал мел-третичное вымирание, представлен в Альварес (1997); книга так же хороша, как и ее название!

^{$^{335}$}виды вымирают См. Лики и Левин (1995).

Система тектоники плит Земли уникальна

^{$^{336}$}погибают каждый год из-за землетрясений См. МакКлин (2010).

$^{337}$ порождает тектонику плит Первым, кто собрал доказательства в пользу предположения о движении континентов, был немецкий метеоролог Альфред Лотар Вегенер (1880–1930). Он опубликовал свои идеи о дрейфе континентов в 1915 году, но они были встречены насмешками. Одним из кажущихся недостатков его теории было то, что ни один известный механизм не мог объяснить дрейф континентов. Вегенер погиб в метель во время арктической экспедиции, незадолго до того, как британский геолог Артур Холмс (1890–1965) предположил, что конвекция может обеспечить подходящий механизм для объяснения дрейфа континентов. Холмс был уважаемым геологом; он был первым, например, кто предложил разумную временную шкалу для геологических процессов — его оценка возраста Земли в 4 миллиарда лет в 1913 году была намного лучше любой предыдущей оценки. Но прошло еще почти 20 лет, прежде чем идея дрейфа континентов утвердилась. В 1960 году американский геолог Гарри Хаммонд Хесс (1906–1969) показал, что морское дно расширяется от рифтов в срединно-океанических хребтах. По мере того как магма поднималась и остывала, она отодвигала существующее морское дно от обеих сторон рифтов. Именно эта сила перемещала континенты. См. Орескес (2003) для подробного изложения того, как возникла теория тектоники плит. Маршак (2009) — превосходный учебник, объясняющий детали концепций, обсуждаемых в этом разделе.

$^{338}$ тектоника плит контролирует температуру Первое описание геологического термостата диоксида углерода Земли появилось в Walker, Hays and Kasting (1981). Этот механизм не учитывает влияния, которое биологические организмы могли оказать на стабилизацию глобальной температуры поверхности. Несколько видных ученых придерживаются мнения, что сама жизнь сыграла ключевую роль в поддержании температуры на приемлемом уровне.

Луна уникальна

^{$^{339}$}гипотеза столкновения Две группы американских ученых независимо пришли к идее формирования Луны в результате столкновения с объектом размером с Марс. Одну группу возглавляли американские астрономы Уильям Кеннет Хартманн (1939–) и Дональд Рэй Дэвис (1939–), которые работают в Институте планетарных наук в Аризоне. Другую группу возглавлял канадско-американский астроном Аластер Грэм Уолтер Кэмерон (1925–2005) из Гарвардского университета. См. Хартманн и Дэвис (1975) и Кэмерон и Уорд (1976).

^{$^{340}$}идентичны в породах Земли и Луны Подробности об изотопных соотношениях кислорода в образцах лунных пород см. Wiechert et al. (2001). Подробности об изотопных соотношениях титана в образцах лунных пород см. Zhang et al. (2012).

^{$^{341}$}неправильная стадия развития Якобсон (2014) относит событие формирования Луны к 95 миллионам лет (плюс-минус 32 миллиона лет) после образования Солнечной системы. Это несколько позже, чем многие предыдущие оценки, но высокоэнергетическое столкновение, произошедшее относительно поздно в развитии Солнечной системы, согласуется с наблюдением, что Луна и Земля имеют идентичный изотопный состав (см. текст).

^{$^{342}$}было бы иначе Для занимательного рассмотрения важности Луны, предназначенного для неспециалистов, см. Коминс (1993).

Происхождение жизни редко

$^{343}$ существуют два разных типа прокариот Классификация живых организмов на домены архей, бактерий и эукариот относительно недавняя. Предложение возникло в конце 1980-х и начале 1990-х годов у американского биофизика Карла Ричарда Вёзе (1928–2012), который обнаружил микроорганизмы, живущие в экстремальных условиях (экстремальная жара, соленость, кислотность — места, ранее считавшиеся враждебными для жизни). Сначала считалось, что эти организмы — бактерии, которым удалось адаптироваться к экстремальным условиям; конечно, клеточное ядро этих организмов не было заключено в ядерную мембрану, что делало их похожими на бактерии. Однако Вёзе и его сотрудники приступили к изучению рибосомной РНК этих экстремофилов. (В клетках рибосомная РНК является местом синтеза белка — местом, где аминокислоты собираются в белки. Таким образом, она встречается во всех живых клетках, и изучение нуклеотидной последовательности рРНК предоставляет идеальный «эволюционный хронометр».) Они обнаружили, что рРНК экстремофилов довольно радикально отличается от рРНК бактерий. Эти и другие фундаментальные различия прояснили Вёзе, что жизнь состоит из трех доменов. Знаковой работой является Woese, Kandler and Wheelis (1990).

^{$^{344}$}дезоксирибонуклеиновая кислота История нуклеиновых кислот уходит корнями далеко в прошлое. Первым, кто исследовал химическую структуру молекулы нуклеиновой кислоты, был Альбрехт Коссель (1853–1927), немецкий биохимик. Коссель выделил азотистые основания и назвал их аденин, гуанин, цитозин и тимин. Ему была присуждена Нобелевская премия 1910 года за его работу. Сорок лет спустя роль, которую ДНК могла играть в наследственности, была одним из животрепещущих вопросов биологии. В 1953 году Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон совершили один из ключевых прорывов во всей науке, предложив модель двойной спирали молекулы ДНК. Подробности истории и вовлеченных личностей см. Уотсон (2010) и Ридли (2011).

^{$^{345}$}две дополнительные буквы Работа по расширению генетического «алфавита» описана в Malyshev et al. (2014).

^{$^{346}$}доступно множество отличных источников Если у вас есть доступ к хорошей библиотеке, Брукер (2011) — популярный вводный учебник по генетике.

^{$^{347}$}в межзвездном пространстве Элиза, Главин и Дворкин (2009), например, сообщают о существовании аминокислоты глицина в материале, доставленном на Землю с кометы Wild 2 космическим аппаратом Stardust. Ряд полициклических ароматических углеводородов — молекул, которые могут быть важны как исходный материал для жизни, — были обнаружены в межзвездной среде. Основные строительные блоки, образующие сложные органические вещества, распространены в космосе.

^{$^{348}$}химия ранней Земли История научных исследований вопроса происхождения жизни длинна и увлекательна. Она началась в 1924 году с русского биолога Александра Ивановича Опарина (1894–1980), который предположил, что небольшие комки органического вещества могли образоваться естественным путем и стать предшественниками современных белков. Вместе с британским биологом Джоном Бердоном Сандерсоном Холдейном (1892–1964) он выдвинул яркую идею первичного бульона, из которого возник живой материал. Лишь в 1953 году американский биолог Стэнли Ллойд Миллер (1930–2007), аспирант, работавший в лаборатории лауреата Нобелевской премии по химии Гарольда Клейтона Юри (1893–1981), подверг эти идеи экспериментальной проверке. Результаты экспериментов Миллера показали, что по крайней мере основные строительные блоки жизни могли образоваться естественным путем на первичной Земле. Тем не менее, существует много шагов, ведущих от этих строительных блоков к самой жизни, и путь остается окутанным туманом. Это увлекательная и активная область исследований. См. Димер (2012) для рассказа человека, работающего в этой области.

$^{349}$ созданный случайно Аргумент в пользу того, почему возникновение жизни может быть редким явлением, см. Харт (1980). Я считаю, что аргументы в статье неверны, но, как обычно, Харт излагает свою точку зрения ясно и убедительно.

^{$^{350}$}как генетический материал и как ферменты Первые рибозимы — ферменты, состоящие из РНК, — были независимо открыты в 1983 году американским биохимиком Томасом Робертом Чеком (1947–) и канадским биохимиком Сидни Альтманом (1939–), которые разделили Нобелевскую премию по химии 1989 года за эту работу. Хороший обзор мира РНК дан Бернхардтом (2012).

^{$^{351}$}прогресс в этих областях быстр Существует множество предложений относительно генезиса жизни. Следующие ссылки, которые дают лишь представление о широком спектре предлагаемых идей, появились в течение времени написания этой книги. Шаров и Гордон (2013) придерживаются, как я считаю, крайне спекулятивного подхода и утверждают, что происхождение жизни лежит 9,7 миллиарда лет назад; сравните это с возрастом Земли в 4,5 миллиарда лет. Довольно смелое заявление! Ингланд (2013) придерживается гораздо более традиционного подхода, но тем не менее приходит к столь же ошеломляющему утверждению: он считает, что выявил фундаментальные физические принципы, которые движут происхождением жизни. Если Ингланд прав, жизнь возникает совершенно естественно. Дикон (2013) говорит об «автогенезе» — физическом процессе взаимного катализа и самосборки, который может не только создавать порядок, но и сохранять порядок и воспроизводить его; это те свойства, которые мы ищем, когда говорим о жизни. Мартинс и др. (2013) обсуждают возможность того, что химические вещества, необходимые для жизни, были созданы при ударах ледяных комет о скалистые тела или при ударах скал о ледяные поверхности. Как вы могли бы заключить из этого краткого обзора статей, увлекательный вопрос происхождения жизни является предметом продолжающихся дебатов. Действительно, Голлихар, Леви и Эллингтон (2014) указывают, что происхождение жизни остается загадочным отчасти, парадоксальным образом, потому что ученые знают о множестве возможных механизмов, которые могли бы привести к самовоспроизведению нуклеиновых кислот и созданию клеток!

^{$^{352}$}существовала в это время См. Понс и др. (2011) для предположения, что жизнь началась в грязевых вулканах в Исуа, Гренландия, около 3,85 миллиарда лет назад.

^{$^{353}$}образовалась земная кора Как упоминалось в обсуждении Решения 56, исследователи датировали крошечный кристалл циркона из Западной Австралии возрастом 4,4 миллиарда лет. Эта частица является самой старой известной частью нашей планеты. См. Вэлли и др. (2014).

^{$^{354}$}современная дисциплина астробиологии Сейчас существует много введений и учебников по относительно новой науке астробиологии. Три, которые я могу рекомендовать, — это Дартнелл (2007), Салливан и Баросс (2007) и Кэтлинг (2014).

^{$^{355}$}большой подповерхностный океан См. Витце (2014).

Происхождение жизни редко (пересмотрено)

^{$^{356}$}вряд ли будет малым См. Лайнуивер и Дэвис (2002).

^{$^{357}$}формула незаменима Для обсуждения истории формулы Байеса и ее важности в современном мире см. МакГрейн (2011).

^{$^{358}$}священник Томас Байес О жизни Томаса Байеса известно не так уж много. Его формула появляется в Байес (1763).

^{$^{359}$}исследование показывает, что Для исследования того, как медицинские работники часто не используют байесовское рассуждение, см., например, Касселлс, Шенбергер и Грабойс (1978); Эдди (1982); Гигеренцер и Хоффраге (1995).

^{$^{360}$}печально известная проблема Монти Холла Проблема Монти Холла стала известной в 1990 году, когда обозреватель журнала Parade (см. вос Савант, 1990) утверждал, что менять выбор выгодно. Обозревателем была Мэрилин вос Савант, которая явно очень умная женщина: с 1986 по 1989 год она была внесена в Книгу рекордов Гиннесса как обладательница «Самого высокого IQ (женщины)»; она перестала появляться не потому, что какая-то другая женщина была сочтена обладающей более высоким IQ, а потому, что редакторы в Гиннессе одумались и поняли, что приписывание числа интеллекту таким образом по сути бессмысленно. Ее предложенное решение проблемы Монти Холла тем не менее вызвало возмущение у нескольких профессоров математики; по крайней мере один академик утверждал, что, публикуя такой бред, она наносит ущерб общественному пониманию математики. И все же ее анализ был совершенно верным.

^{$^{361}$}моя реакция В том, что я не разгадал ответ на проблему Монти Холла, я был в хорошей компании. Пал Эрдёш был одним из самых плодовитых математиков двадцатого века. Математики и ученые любят хвастаться своим «числом Эрдёша». Если вы были соавтором статьи с ним, у вас число Эрдёша 1; если вы были соавтором статьи с кем-то, у кого число Эрдёша 1, то у вас число Эрдёша 2; и так далее. (См. Хоффман (1998) для биографии Эрдёша.) Мое собственное число Эрдёша довольно скромное — 5. Так или иначе, даже великий Пал Эрдёш принял правильный вывод только после того, как увидел компьютерные симуляции. $^{362}$ Стр. 288 именно такой байесовский анализ Полные технические детали анализа см. в Spiegel and Turner (2012).

Близнецы Златовласки редки

^{$^{363}$}всплеск интереса Упомянутое исследование было представлено на конференции Гольдшмидта во Флоренции; см. Беннер (2013).

^{$^{364}$}имея марсианское происхождение См., например, Бельбруно и др. (2012).

^{$^{365}$}достаточно сильный, чтобы выбросить См. Уорт, Сигурдссон и Хаус (2013).

Переход от прокариот к эукариотам редок

^{$^{366}$}зажег Кембрийский взрыв См. Нолл и Кэрролл (1999).

^{$^{367}$}период тектонической стабильности В течение миллиарда лет тектоническая активность на Земле была минимальной. Кавуд и Хоксворт (2014) описывают временные рамки, в которых действовал механизм тектоники плит.

^{$^{368}$}биохимик Питер Митчелл Питер Деннис Митчелл (1920–1992) был удостоен Нобелевской премии по химии 1978 года за предложение хемиосмотической гипотезы — идеи о том, что синтез АТФ происходит благодаря разности потенциалов через мембрану. Идея Митчелла была встречена с огромным скептицизмом, когда он предложил ее (Митчелл 1961); потребовалось много лет, прежде чем вес экспериментальных наблюдений доказал правильность его гипотезы.

^{$^{369}$}клетки разного размера Для прекрасно ясного обсуждения развития эукариотической клетки и множества других тем в эволюционной биологии см. Лейн (2010).

Виды, изготавливающие инструменты, редки

^{$^{370}$}некоторые виды их изготавливают Существует обширная литература по использованию инструментов животными, хотя нет единого определения того, что представляет собой использование инструментов — использует ли собака стену как инструмент, когда чешет спину? В зависимости от определения, многие животные были замечены в использовании инструментов. Что касается шимпанзе, например, см. Бош и Бош (1984, 1990). Что касается капуцинов, см. Визальберги и Тринка (1989). Что касается слонов, см. Шевалье-Скольников и Лиска (1993). Три хорошие общие книги по теме использования инструментов (включая развитие использования инструментов человеком) — это Кельвин (1996), Гибсон и Инголд (1993) и Гриффин (1992).

^{$^{371}$}Канзи, бонобо Об истории этого замечательного бонобо, Канзи (1980–), см. Сэвидж-Рамбо и Левин (1996).

Высокие технологии не неизбежны

^{$^{372}$}но денисовцы История наших денисовских кузенов все еще пишется. Об открытии Homo denisova было объявлено в Krause (2010). С тех пор последовательность митохондриального генома древнего гоминина (Meyer, 2013) привела к предположению, что денисовцы скрещивались с еще не идентифицированным видом гоминид. На момент написания этой статьи хроника эволюции человека трудна для прочтения, но невероятные достижения, делаемые генетиками, несомненно, внесут некоторую ясность.

^{$^{373}$}они не были простаками Вводная статья, описывающая, как различные виды гоминид должны были когда-то сосуществовать, приведена в Tattersall (2000). Четыре отличные книги об использовании инструментов ранними людьми см. в Tattersall (1998), Schick and Toth (1993), Leakey (1994) и Kohn (1999). Современный синтез этих идей и того, что могло отличать современных людей от неандертальцев, — это Stringer (2012). Сванте Пээбо — «мастер ДНК неандертальцев»; см. Пээбо (2014) для увлекательной истории о том, как современные технологии преобразуют наше понимание как людей, так и неандертальцев.

^{$^{374}$}незаслуженно плохо о неандертальцах См. Соресси и др. (2013) для деталей костяных гладилок, найденных на неандертальских стоянках в современной Дордони. Аппенцеллер (2013) представляет две стороны дебатов вокруг предполагаемых достижений неандертальцев.

^{$^{375}$}начали поражать Обсуждение пещерного искусства см., например, в Сивкинг (1979).

Интеллект человеческого уровня редок

^{$^{376}$}интеллект у других существ Херцинг (2014) предлагает попытку оценить и сравнить различные нечеловеческие интеллекты как часть более широкой цели подготовки к оценке интеллекта у жизни на других планетах. Возможно, нам понадобится гибкий подход, если мы когда-нибудь встретим внеземные виды. Например, если бы мы столкнулись с видом, который мог бы построить структуру с культурными садами, внутренним контролем температуры и вентиляцией, сочли бы мы этот вид разумным? Что ж, термиты строят такие структуры, и мы обычно не приписываем отдельному термиту высокий уровень интеллекта. Или интеллект следует искать в «ульевом разуме» термитов? Эта возможность обсуждалась во многих научно-фантастических историях; возможно, ученым и философам однажды придется всерьез столкнуться с этим вопросом.

^{$^{377}$}жил около 65 миллионов лет назад См. О’Лири и др. (2013) для деталей исследования вероятного внешнего вида предка всех млекопитающих.