Как могло бы выглядеть расселение человечества по Галактике.
В прошлой статье, посвящённой так называемому «парадоксу Ферми» — а на самом деле, просто вопросу о том, почему мы до сих пор не нашли свидетельства существования инопланетян в нашей Галактике, учитывая её огромный размер – мы рассмотрели несколько гипотез, объясняющих причины отсутствия подобных сигналов. Сегодня продолжим этот нелёгкий труд.
Теория перколяции [просачивания]
Концепция «корабля поколений» DSTART, разрабатываемого при поддержке Европейского космического агентства
Эйнштейн опубликовал свою «специальную теорию относительности» в 1905 году, пытаясь связать между собой ньютоновские законы физики и уравнения Максвелла, чтобы объяснить природу света. Он доказывал, что скорость света является физическим пределом скорости, с которой может перемещаться массивный объект.
Согласно этой теории, чем сильнее скорость объекта приближается к скорости света, тем больше энергии нужно потратить, чтобы далее увеличивать его скорость. При достижении скорости света эта энергия станет бесконечной, как и масса самого объекта. По сути получается, что никакой материальный объект нельзя разогнать до скорости света.
А из всего этого следует, что для путешествий по Галактике со сколь-нибудь значимыми скоростями требуются чрезвычайно большие энергозатраты.
Отвечать на вопрос Ферми «где все», учитывая факторы гигантского размера Галактики и времени, необходимого на преодоление такого рода расстояний, пытались не раз. В 1981 году Карл Саган и Уильям Ньюман в работе «Галактические цивилизации: динамика популяций и межзвёздная диффузия» выдвинули предположение о том, что сигналы от других цивилизаций могли ещё просто не добраться до нас. Это будет справедливо, если Галактика ещё только начинает наполняться различными цивилизациями.
Развил и улучшил их идею Джоффри Лэндис в работе 1993 года «Парадокс Ферми: решение при помощи теории перколяции». Теория перколяции, относящаяся к математике и физической статистике, изучает, как изменяется сеть при удалении различных связей внутри неё. Если удалить достаточно связей, она неизбежно распадётся на отдельные кластеры. Лэндис считает, что подобным образом можно описать процесс миграции человеческих популяций.
С его точки зрения, в галактике с обилием различных форм жизни не обязательно все они будут стремиться к расширению. Некоторые из них будут пытаться колонизировать другие миры, иным же больше понравится «оставаться дома». Подобное разнообразие мотивов можно встретить даже у разных человеческих групп, не говоря уже о других видах разумных существ.
Кроме того, расширение жилых пространств связано с серьёзными затратами ресурсов, и поэтому не может происходить быстро или равномерно. В результате лишь некоторые из разумных существ будут медленно и постепенно распространяться по Галактике на ограниченные расстояния. Чем больше будут эти расстояния, тем сложнее будет организовать обмен информацией между колониями, в результате чего на них будут возникать собственные культуры – возможно, не склонные к колонизации.
Профессор Адам Фрэнк в работе 2019 года «Парадокс Ферми и эффект полярного сияния: расселение, расширение и стабильные состояния внеземных цивилизаций» с командой изучили вопрос вероятной экспансии внеземных цивилизаций по Галактике, заключив, что их расселение должно идти неравномерными кластерами, поскольку не все потенциально обитаемые планеты окажутся пригодными для жизни колонизаторов.
Попробуем понять, насколько затратно по ресурсам будет подобное расселение. По некоторым оценкам, человечеству, чтобы добраться до ближайшей к Солнцу звезды, Проксимы Центавра, расположенной в 4,24 световых годах от нас, понадобится от 1000 до 81 000 лет при использовании текущих технологий. Реалистичные технологии будущего уменьшают это время от нескольких десятилетий до столетия с небольшим. А когда колонисты доберутся до планет этой системы, умудрятся не погибнуть, обоснуются там и отправят нам сигнал, ему потребуется больше 4 лет, чтобы пройти в одну сторону. На получение ответа уйдёт ещё 4 года.
Кроме того, стоимость подобного проекта будет слишком большой. Программа «Аполлон», отправившая американских астронавтов на Луну, обошлась в $25,4 млрд с 1961 по 1973 годы, что с учётом инфляции сегодня составляет порядка $150 млрд. Осуществлению этой программы предшествовали космические программы «Меркурий» и «Джемини», обошедшиеся, с учётом инфляции, в $2,3 млрд и $10 млрд. Итого с 1958 по 1972 года на отправку человека на ближайший спутник ушло $163 млрд. На современный проект «Артемида» по доставке людей на Луну и возвращение их оттуда планируется потратить $35 млрд.
Межзвёздные перелёты обойдутся гораздо дороже. В 1950-1960-х годах в США разрабатывали проект пилотируемого ядерно-импульсного космического корабля («взрыволёта») «Орион». Предполагалось, что корабль будут разгонять взрывы ядерных боеголовок. Подобная система позволила бы кораблю достичь 5% от скорости света. Однако с учётом инфляции на постройку подобного корабля в текущих ценах ушло бы около $2,75 трлн – это 78% от доходов бюджета США в 2019 году и 10% от ВВП страны.
Как мог бы выглядеть корабль «Орион»
Ещё одним подобным проектом был «Дедал», разрабатывавшийся с 1973 по 1977 годы. Проект предусматривал строительство на орбите Юпитера мощного двухступенчатого беспилотного корабля с термоядерными двигателями. По расчётам, «Дедал» должен был за 50 лет долететь до звезды Барнарда (одна из ближайших звёзд), не тормозясь пройти мимо неё по пролётной траектории, собрать сведения о звезде и планетах и затем по радиоканалу передать результаты исследований на Землю.
Проект «Дедал» в представлении художника (рядом для масштаба показана ракета «Сатурн-5».
Двухступенчатый корабль разгонялся бы при помощи высокоэнергетической плазмы. Первая ступень могла разогнать его всего за два года до 7,1% от скорости света, а вторая – до скорости в 12% от световой за 1,8 года. Подобный монстр весил бы 60 000 мегатонн и обошёлся бы в $5 267 млрд в 2012 году.
Ещё одна идея межзвёздного корабля основана на использовании антиматерии в качестве движущей силы. Аннигиляция материи и антиматерии выделяет огромное количество энергии, а полученные субатомные частицы, пионы и мюоны, можно выбрасывать назад при помощи магнитного сопла, разгоняя ракету.
К сожалению, на сегодня для получения всего лишь одного грамма антиматерии потребовалось бы потратить порядка триллиона долларов. А для двухступенчатой ракеты на антиматерии потребовалось бы более 815 000 тонн этой субстанции – и это только для того, чтобы долететь до Проксимы Центавра за 40 лет.
Поскольку топливо составляет большую часть массы ракеты, существуют идеи космических кораблей, способных генерировать собственное топливо. Таков, например, межзвёздный прямоточный двигатель Бассарда – по сути, корабль, собирающий при помощи гигантской электромагнитной воронки межзвёздный водород, и сжимающий его до состояния, в котором происходит ядерный синтез.
Ещё одна концепция, Vacuum to Antimatter Rocket Interstellar Explorer System (VARIES), позволяет кораблю создавать собственное топливо из межзвёздной среды при помощи мощных лазеров, питающихся от огромных солнечных батарей. Лучи лазеров теоретически должны порождать частицы антиматерии.
Однако подобные проекты пока нельзя назвать достижимыми ни с точки зрения технологий, ни с точки зрения финансов.
Гипотеза трансцендентности
В 1958 году Станислав Улам, польский и американский математик, коллега фон Неймана, писал о разговоре, однажды произошедшем между ними, и касающемся ускорения прогресса. Тогда они впервые рассмотрели вопрос достижения предельной скорости развития человечества, или сингулярности.
Популяризовал это понятие Вернор Виндж, писатель-фантаст и профессор математики. В 1993 году в эссе «Грядущая технологическая сингулярность». Автор считал, что человечество стоит на пороге создания технологии, способной породить существа, превосходящие человека по интеллекту. Виндж предположил, что подобная технология возникнет в период с 2005 по 2030 года благодаря одному из следующих факторов:
- «пробуждению» компьютеров с превосходящим человека интеллектом;
- появлению крупных компьютерных сетей;
- появлению интерфейсов мозг-компьютер, благодаря чему интеллект пользователей вырастет;
- биологическому усилению человеческого интеллекта.
Ему вторит автор и изобретатель Рэймонд Курцвейл, считающий, что технологический прогресс развивается экспоненциально, и боле того – каждый новый прорыв уменьшает время до следующего прорыва.
О подобного рода трансцендентности живых существ рассуждал ещё Константин Циолковский в эссе 1932 года «Есть ли бог?»:
Миллионы миллиардов планет существуют давно и потому их животные достигли зрелости, которой достигнем и мы через миллионы лет ожидающей нас жизни на Земле.
Зрелость эта проявляется в совершенном разуме, глубоком познании природы и техническом могуществе, делающим для обитателей космоса доступными иные небесные тела.
Циолковский считал, что космос – это будущее и судьба человечества, поэтому, задолго до Ферми задавался вопросом о том, почему мы до сих пор не встретили других живых существ. Ответить на этот вопрос он попытался в эссе 1933 года «Планеты заселены живыми существами»:
Нам говорят: если бы они были, то посетили бы Землю. Мой ответ: может быть, и посетят, но не настало еще для того время. Дикие австралийцы и американцы древних веков дождались посещения европейцев, но прошло много тысячелетий, прежде чем они появились. Так и мы когда-нибудь дождемся. Другие планеты, возможно, давно взаимно посещаются своими могущественными жителями.
А на вопрос о том, почему мы не видим результатов деятельности инопланетян, Циолковский отвечает так:
Наши средства очень слабы, чтобы воспринять эти знаки. Наши небесные соседи понимают, что при известной степени развития знаний люди и сами с несомненностью докажут себе населенность иных планет. Кроме того, низшим земным животным нет смысла давать знать об этой населенности планет, но и большинству человечества — также, ввиду низкой степени его развития. Не принесло ли бы даже это знание вред? Не возникнут ли вследствие этого погромы и варфоломеевские ночи?
В работе 1995 года «Циолковский, русский космизм и внеземной разум» Лыткин, Финни и Алепко подробно описали рассуждения и вдохновение Циолковского. По сути, он предположил, что инопланетяне могли развиться слишком сильно для того, чтобы мы могли распознать результаты их деятельности.
Уже упоминавшийся в цикле этих статей Кардашёв считал, что при росте цивилизаций их развитие будет сопровождаться увеличением потребления энергии и созданием структур всё большего размера (мегаструктур). Физик Джон Барроу, наоборот, заметил, что прогресс человека куда как сильнее идёт в сторону уменьшения масштабов, чем в сторону их увеличения. Свои наблюдения он изложил в исследовании 1998 года «Невозможность: границы науки и наука о границах». Барроу предложил классификацию цивилизаций, обратную шкале Кардашёва:
- Тип I-минус: цивилизация, способная оперировать объектами, масштаб которых совпадает с масштабом отдельных индивидов.
- Тип II-минус: работа с генетическим кодом.
- Тип III-минус: работа с материей на молекулярном уровне.
- Тип IV-минус: работа на атомном уровне (нанотехнологии).
- Тип V-минус: работа на субатомном уровне (ядра и нуклоны).
- Тип VI-минус: манипулирование элементарными частицами (кварки, лептоны).
- Тип Омега-минус: манипулирование основой структуры пространства и времени.
Прогнозы о техническом прогрессе человечества и поиск ответа на вопрос Ферми пока лучше всех сопоставил футурист Джон Смарт в работе 2002 года «Ответ на парадокс Ферми: изучение механизмов универсальной трансцендентности». Дополнил он эту работу в эссе 2011 года «Гипотеза трансцендентности: достаточно развитые цивилизации неизбежно покидают нашу Вселенную».
По его мнению, «Великое молчание», или отсутствие признаков жизнедеятельности инопланетян, можно объяснить техническим прогрессом. Он писал, что «гипотеза трансцендентности состоит в том, что универсальный процесс эволюционного развития уводит все достаточно развитые цивилизации в некое «внутреннее пространство», оптимальную с точки зрения вычислений область постоянно увеличивающейся плотности пространства, времени, энергии и материи».
Смарт предположил, что трансцендентные инопланетяне неизбежно проникнут в чёрные дыры, поскольку последние представляют собой идеальные источники энергии для вычислений и проведения всяческих экстремальных физических экспериментов. Идею (недавно подтверждённую), что чёрные дыры могут быть использованы в качестве источников энергии, впервые выдвинул физик и математик Роджер Пенроуз.
Сходную идею выдвинул астроном и астрофизик Милан Циркович в работе 2008 года «Аргументы против Империи». Он строил две модели поведения внеземной цивилизации – «Империя», стремящаяся к экспансии, и «Город», стремящийся к оптимизации использования имеющегося пространства.
Он заключил, что высокоразумные существа предпочтут оптимизировать уже имеющееся у них пространство расширению и колонизации соседних миров. В этом им помогут разработка и улучшение передовых технологий нано-, пико- и фемтомасштаба.
Сюда же вписываются и придуманные фон Нейманом самовоспроизводящиеся автоматы, упомянутые нами ранее в «гипотезе берсеркера». Только в данном случае они будут собирать копии себя всё меньшего и меньшего масштаба – такой вариант развития событий физик Ричард Фейнман описал в лекции 1959 года «Внизу ещё много места».
Совсем недавно профессор Абрахам Леб из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в статье «Социальное дистанцирование космических масштабов» выдвинул свои аргументы в пользу того, что в процессе развития технологически продвинутая цивилизация становится всё менее заметной.
Земля активно испускает мощные радиосигналы чуть менее сотни лет, и мы уже переходим на более «тихие» формы передачи информации вроде оптоволоконных кабелей. И чем лучше у цивилизации будет получаться оптимизировать своё основное место обитания под себя, тем меньше будет необходимость выходить за его пределы. Возможно, даже, снаружи место обитания такой цивилизации будет выглядеть, как кокон, содержащий сложную систему жизнеобеспечения для представителей её вида.
Автор: Вячеслав Голованов
