Дерибон — все про Одессу

28.10.2020 21:50

Авторизация

По следам космических пришельцев 3

ФОРМУЛА ДРЕЙКА
Есть ли еще где-нибудь во Вселенной разумные существа? Или мы единственные и все разговоры о прилётах и контактах не более чем сказки для взрослых?
Сегодня к этой проблеме возможен лишь вероятностный подход.

Когда водитель-перегонщик впервые садится за руль нового, только-только сошедшего с конвейера и еще не ожившего автомобиля, то он, водитель, заранее не может точно знать, заведется машина или нет, поедет или не поедет. Потому что на этом автомобиле — именно на этом — никто никогда не ездил.

Однако если водитель рискнет предсказать, что машина заведется, то почти всегда будет прав. Предсказание его будет сделано на основании вероятностного подхода, До этого водитель сгонял с конвейера многие тысячи автомобилей. Почти все они сразу же заводились и уходили из цеха своим ходом. Значит, вероятность того, что и эта машина тоже заведется, достаточно велика.

Когда мы рассматриваем в телескоп далекую звезду, по всем внешним признакам похожую на наше Солнце, то заранее не можем точно знать, есть в окрестностях этой звезды разумная жизнь или нет. Потому что в окрестностях этой звезды — именно этой — никто никогда не бывал. Но в отличие от водителя-испытателя мы не можем даже сделать вероятностный прогноз, не можем оценить вероятность существования жизни на далекой планете.

У него был огромный опыт, огромная статистика, многие тысячи уже испытанных автомобилей, У нас же ничего этого нет; мы знаем лишь один экземпляр обитаемой планеты, собственную Землю.
Можно ли вообще в этих условиях делать какие-нибудь прогнозы?

Есть ли во Вселенной разумные существа

Давайте вернемся к предыдущему примеру. Что сделает наш водитель, если у него попросят вероятностный прогноз по новой партии машин («поедут или не поедут») и если у него при этом нет никакого предварительного опыта, никакой статистики, а есть лишь один-единственный работающий экземпляр машины, да и то совершенно другой марки?

В этом случае водитель, по-видимому, будет детально изучать свой единственный автомобиль, сравнивать его с неизвестными машинами, искать сходство с ними и опять-таки оценивать вероятность того, что «те» заработают так же, как и «эта».

Это тоже будет вероятностный подход, но уже основанный не на статистике, как того требует математика, не на исследовании большого числа объектов, а на глубоких знаниях деталей машин, их взаимодействия, на оценке типичности того или иного процесса («Если эта машина движется, когда вращаются колеса, то и те должны двигаться, когда вращаются колеса, если в двигателе этой машины при сгорании бензина…» и так далее).

Подобным же образом, детально изучая нашу собственную, земную цивилизацию и все этапы ее развития, можно оценить вероятность возникновения аналогичных цивилизаций «там», в других звездных системах. Такую оценку принято производить по формуле, которую часто называют формулой Дрейка.

(Мы воспользуемся формулой этого американского радиоастронома, осуществившего первую программу поиска радиосигналов от внеземных цивилизаций, хотя есть еще несколько аналогичных формул, предложенных другими авторами.) Выглядит эта формула так:

Формула Дрейка

N = п*Р1*Р2*Р3*Р4*t1/T.

Здесь: N — число звезд, у которых, вероятно, есть планеты с одновременно существующими высокоразвитыми цивилизациями;
п — общее число звезд во Вселенной;
Р— вероятность существования планетной системы у той или иной звезды;
Р2 — вероятность возникновения жизни в планетной системе;
Рз — вероятность появления разумных существ в процессе развития жизни;

Р4 — вероятность того, что разумные существа в процессе эволюции создадут науку, технику, технологию, научатся познавать законы природы, в широких масштабах преобразовывать энергию, вещество, информацию;
t1 — время жизни цивилизаций;
Т — возраст Вселенной.

Естественно, что наибольшая оценка той или иной составляющей Р — это единица. Она соответствует стопроцентной вероятности того или иного фактора, ну, скажем, стопроцентной вероятности зарождения жизни на планетах. Если бы все входящие в формулу Р были бы равны единице (последнюю составляющую t1/T пока отбросим — о ней речь пойдет особо), то оказалось бы, что N=n, то есть что у каждой звезды есть планеты, населенные разумными существами.

Если же хоть одна из составляющих будет признана равной нулю (скажем, если зарождение жизни на других планетах, кроме Земли, вообще невероятно), то будет равно нулю и их произведение, а значит, и величина N. В этом случае мы должны будем признать свое полное одиночество во Вселенной.

По следам космических пришельцев 3 Вселенной

 

Вселенной по формуле Дрейка

Вряд ли стоит доказывать, что подсчет вероятного числа населенных миров по формуле Дрейка — задача несравнимо более сложная, чем та, что стояла перед нашим вымышленным водителем-перегонщиком в последнем примере. Объекты, по которым нужно давать прогноз— звезды, недосягаемо далеки.

Процессы, типичность которых нужно определять — образование планет Солнечной системы, возникновение жизни, появление разумных существ,— происходили давно, воспроизвести их невозможно.

И все же с каждым годом появляется все большая ясность относительно величин отдельных составляющих формулы Дрейка. А значит, и относительно величины N в целом. О том, как сегодня оценивается вероятность существования внеземных цивилизаций, мы просим рассказать доктора физико-математических наук Н. С. Кардашова, автора многих фундаментальных астрофизических исследований, в том числе нескольких известных исследований по проблеме СЕТI.

— Поясните, пожалуйста, Николай Семенович, смысл составляющих формулы Дрейка. Какой величиной оценивается сейчас каждая из них? И какова, таким образом, вероятностная оценка общего числа населенных звездных систем?
— Прежде чем называть цифры, хотелось бы сделать два общих и, как мне кажется, принципиальных замечания.

Замечание А. Столкнувшись с проблемой СЕТI, пытаясь оценивать вероятность существования внеземных цивилизаций, мы поняли, как мало знаем сами о себе. О том, как возникла жизнь на Земле, как появился и эволюционизировал разум, какими иными путями могли бы развиваться сообщества разумных существ.

Живые существа во Вселенной

Речь идет не об общих рассуждениях и гипотезах — их имеется достаточно. Даже в избытке. Речь идет о конкретных, точных знаниях, какие добываются лишь в серьезных научных исследованиях. Обо всем этом, кстати, очень хорошо рассказал в февральском номере журнала «Вопросы философии» член-корреспондент АН СССР Иосиф Самойлович Шкловский.

Замечание Б. Количественные оценки некоторых составляющих формулы Дрейка очень субъективны и, как это следует из замечания А, могут сильно различаться у разных исследователей, у разных научных школ.

Теперь о конкретных цифрах

Значение составляющей Р1 еще недавно считалось довольно близким к нулю. По известной гипотезе Джинса, планеты Солнечной системы образовались в результате очень редкого, редчайшего явления «пролета» вблизи от Солнца другой звезды. Однако фундаментальные теоретические исследования последних лет показали, что механизм образования планет совсем иной, Они возникают из газово-пылевых туманностей вместе со звездой, и процент звезд с планетными системами очень велик.

Эта точка зрения получила ряд убедительных наблюдательных подтверждений. В частности, тонкие наблюдения позволили обнаружить планетную систему у Летящей звезды Бернарда. Количественная оценка Рсейчас колеблется в пределах от 0,01 до 0,1, то есть вероятность того, что у звезды есть планеты, составляет от 1 до 10 процентов.

Особо важно, что это не субъективные, а объективные оценки и к ним практически не относится примечание Б.
Пропустив временно составляющую Р2, рассмотрим сразу две следующие — Ри Р4.

К ним уже замечание Б относится в полной мере, и, приводя цифры, я выскажу мнение людей, настроенных наиболее оптимистически, к числу которых отношу и себя. Думаю, что обе составляющие можно считать равными единице, то есть считать, что появление разума и развитие «технологического» общества в процессе эволюции происходят со стопроцентной вероятностью.
— Основания?
— Сделав замечания А и Б, нужно признать, что для столь высоких оценок Рз и Р4 нет бесспорных оснований. Так же, впрочем, как их нет и для низких оценок. Считаю возможным оценить Р3=1 и Р4=1 в связи с тем, что и появление разума и развитие науки, техники, технологии согласуются с действием основных механизмов эволюции, всегда направленных на сохранение вида.

Смысл составляющей t1/T таков: чем больше t1, тем дольше живут цивилизации, тем больше шансов за то, что они будут существовать одновременно. Требование одновременности, которое входит в определение величины N. вполне понятно: только одновременно существующие цивилизации могут установить друг с другом контакты.

Цивилизации во Вселенной

Как ни парадоксально, но прогнозы относительно нашего долголетия, относительно времени, также вызывают острые дискуссии. Некоторые их участники, удрученные, по-видимому, острыми конфликтами, страшными войнами, потрясавшими нашу планету, примерами варварского отношения человека к среде, в которой он живет, считают время жизни цивилизаций tочень небольшим. Вплоть до сотен и даже десятков лет.

Напомню, в проблеме СЕТI возраст цивилизации исчисляется от момента изобретения радио, то есть от момента, когда у цивилизации появляется возможность заявить о себе Вселенной. Так что нам, с точки зрения инопланетян, в мае этого года исполнилось всего 78 лет. К сожалению, при прогнозировании tво всю свою силу действуют примечания А и Б.

Если быть предельным оптимистом в отношении перспектив рода человеческого, то можно считать, что время жизни цивилизаций в районе данной звезды ограничивается лишь ее «сроком службы» и, как правило, составляет несколько миллиардов лет. Исходя из этого, будем считать, что половина времени Т уходит на образование цивилизации и что отношение к Т равно 0,5.

Ну и, наконец, несколько слов о самом сложном — о значении составляющей Р2, то есть о вероятности самопроизвольного зарождения жизни на мертвых до этого небесных телах. Как живой организм может образоваться из набора молекул? Этого пока не знает никто… И не случайно некоторые специалисты главную роль в сотворении живого отводят сверхслучаю — редчайшему совпадению множества случайных событий.

При этом Р2, естественно, приходится считать близким к нулю. Другие же, напротив, полагают, что зарождение жизни — естественный, типичный этап эволюции материи, то есть считают, что Р очень близко к единице. В пользу и той и другой крайности слов сказано немало, по факты, эксперименты, строгая теория пока не позволяют принять какое-либо одно решение.

Признаки жизни во Вселенной

Пессимисты, правда, считают, что в их пользу говорят веские факты. Например, такие: пока не удалось обнаружить признаков жизни на планетах, достаточно удобных для ее зарождения. Например, на Марсе. Далее, никому пока не удалось наблюдать в лабораторных условиях зарождение хотя бы самых примитивных живых структур. И еще, биологи не могут предложить никакой разумной гипотезы для объяснения участка эволюции от молекулы до клетки.

Против этих возражений, однако, тоже есть возражения: с жизнью на планетах еще нет ясности, эксперименты по синтезу живого, по сути, еще только начинаются, а с разумными гипотезами начальных этапов зарождения жизни тоже не все так уж безнадежно. Но против этих возражений можно возражать… Одним словом, ситуация, типичная для примечании А и Б.

— Какому же из двух крайних мнений отдать предпочтение? Какую принять количественную оценку Р?
— Была сделана трудная попытка определить эту величину, не вступая в бесплодные дискуссии, ее вычислили как среднюю из оценок большого числа опрошенных специалистов. Получилось примерно 0,1. Такое значение примем и мы, то есть будем считать, что жизнь может возникнуть лишь на одной из планет с подходящими для этого условиями, в одной из 10 планетных систем.
С учетом всех сделанных вероятностных оценок в итоге получим
N=n 0,1*1*1*0,1*0,5 = п.0,005=N*5*10-3.

Это значит, что общая вероятность равна пяти тысячным, или, иными словами, высокоразвитые, технологические цивилизации одновременно существуют в районе одной звезды из каждых двухсот звезд. Согласно такой оценке, в нашей Галактике должно быть около 5*108 (пятьсот миллионов) цивилизаций, так как в ней насчитывается 10 в 11 степени звезд. Всего же во Вселенной 10 в 21 степени звезд, и число цивилизаций должно быть около пять миллиардов миллиардов.

Пятьсот млн. цивилизаций во Вселенной

Напоминаю, что цифры эти получены на основании более или менее оптимистических оценок. Но если даже пойти навстречу пессимистам и уменьшить полученную величину N в 100 или в 1 000 раз, то все равно количество — точнее, вероятное количество — технологических цивилизаций окажется очень большим.

— Как можно, исходя из полученной оценки, представить себе пространственную плотность обитаемых миров? Каково среднее расстояние между ними? На каком расстоянии от Земли есть надежда обнаружить обитаемую планету?

— Упрощенные расчеты показывают, что в нашей Галактике среднее расстояние между звездами — около 4 световых лет. Если принять полученную нами оценку N = п * 5 * 10 в степени -3, то окажется, что среднее расстояние между цивилизациями — около 30 световых лет. При более оптимистических оценках некоторых составляющих в формуле Дрейка цивилизации должны «сближаться», при более пессимистических — «удаляться».

Расстояния между галактиками измеряются миллионами и миллиардами световых лет, и поэтому цивилизации, расположенные в разных галактиках, мягко говоря, трудно досягаемы друг для друга.

Теперь попробуем вести отсчет расстояний от Земли. Вот расстояние до некоторых из десятка ближайших к нам звезд — до α-Центавра — 4,3 светового года, до Звезды Бернарда — 6, до Вольфа № 359— 7,7, до Сириуса — 8,5, до ε-Эридана— 10,8, до 61-Лебедя—11,1, до τ-Кита — 12,2 светового года. В радиусе 10 световых лет от Земли находится около 12 звезд, в радиусе 25 световых лет — 200 звезд, в радиусе 50 световых лет— 1600 звезд, в радиусе 100 световых лет — около 13 тысяч звезд. Вообще же число звезд возрастает пропорционально кубу расстояния.

Разделите на 200 приведенные количества звезд для того или иного расстояния от Земли — и вы получите вероятное число обитаемых миров, соответствующее нашей вероятностной оценке N = п * 5 * 10 в -3 степени. Окажется, в частности, что на расстоянии в 25 световых лет от нас есть вероятность встретить высокоразвитую цивилизацию.

А для такого расстояния в принципе возможен обмен инфомацией (а может быть, и делегациями!) за время жизни одного земного поколения — 25 лет сигнал будет идти «туда» и 25 лет «обратно».

Правдоподобно ли это

— И еще один вопрос… Может быть, самый неприятный… Как вы лично, Николай Семенович, относитесь к формуле Дрейка, как оцениваете правдоподобность полученного с ее помощью результата?

— Откровенно говоря, отношусь скептически… Нет, нет, совсем не потому, что считаю сделанный прогноз слишком смелым, а вычисленную нами вероятность зарождения внеземных цивилизаций завышенной. Просто, на мой взгляд, формула Дрейка запоздала. И надолго— на несколько миллиардов лет…

Потому что сама наша цивилизация появилась на белый свет с огромным опозданием. Когда родилось Солнце, то Вселенной было уже примерно 5 миллиардов лет. В это время огромное множество звезд прошло большой жизненный путь и, как следует из наших вероятностных оценок, на многих планетах этих звезд уже успела возникнуть жизнь, успели появиться цивилизации. А это значит, что в наше время подавляющее большинство цивилизаций уже имеет стаж в миллиарды лет.

В эту цифру нужно вдуматься. Чтобы понять, что такое для цивилизации миллиард лет, вспомните, например, какой путь успела пройти наша земная техника всего лишь за последние 50—100 лет. Даже самые смелые футурологи не рискуют прогнозировать развитие земной цивилизации на 1000 лет вперед. А ведь миллиард лет — это миллион тысячелетий! Что же произошло с множеством цивилизаций за такой огромный срок — миллиарды лет? Как они развивались?

Я уверен, что подавляющая масса цивилизаций нашей Галактики давно уже «съехалась», объединилась в каком-то районе в одну сверхцивилизацию.
— «Съехались» при таких огромных расстояниях?!

— Расстояние действительно большое, но и время немалое… От центра Галактики до ее окраин — 30 тысяч световых лет. Даже за один миллиард лет, если летать со световой скоростью, можно 15 тысяч раз успеть «туда-обратно».
— Но ведь человек живет-то всего 70—80 лет…

Возможна ли сверхцивилизация во Вселенной

— Это уже начало новой сложной дискуссии, для которой придется делать примечание В, о недооценке силы знания. Познав секреты горения, человек шагнул от чахлого охотничьего костра к ракетным двигателям в миллионы лошадиных сил. Трудно даже представить себе, какой может стать продолжительность человеческой жизни, когда мы разберемся в механизмах старения, о которых сегодня знаем очень мало. Кроме того, стоит задуматься о возможностях кибернетики хотя бы через столетие, не говоря уже о миллиарде лет.

— Если сверхцивилизация действительно существует, то почему же она до сих пор не установила связь с Землей? Или вы тоже считаете, что «им» неинтересно разговаривать с нами, как человеку неинтересно разговаривать с муравьем?

— Во-первых, человеку все же интересно было бы поговорить с муравьем, если бы такая возможность представилась. Но дело вовсе не в интересности. «Они» пока просто не знают о нас. Как с огромных космических расстояний можно узнать, что на какой-нибудь планете появилось технологическое общество? Очевидно, только по мощному радиоизлучению, которое создают тысячи радиопередатчиков и телецентров.

В частности, искусственное радиоизлучение Земли в миллиарды раз превышает ее естественное радиоизлучение, вызываемое некоторыми физическими процессами. После изобретения радио яркость всей Солнечной системы в диапазоне, скажем, средних волн возросла в сотни раз! Однако такая повышенная радиояркость Земли существует все-го каких-нибудь 40—50 лет. Это очень небольшой срок, и первые земные радиосигналы — они, естественно, идут с конечной скоростью 300 тысяч километров в секунду — еще не успели далеко распространиться. Письмо еще, по-видимому, не пришло к адресату…

Оптимистические картинки

Любые оптимистические картинки развития населенных миров, и в частности сверх-цивилизаций, основаны в итоге на предположении, что само появление в космосе высокоразвитых разумных сообществ — процесс типичный и распространенный. А это как раз и следует из вероятностного прогноза, сделанного по формуле Дрейка с оптимистических позиций.

Доверившись интуиции, легко признать такой прогноз правдоподобным. Интуиция практически не протестует против высокой оценки всех составляющих формулы Дрейка. Всех, кроме одной — кроме Р2, характеризующей, как вы помните, вероятность зарождения жизни.

Действительно, как могло само собой, из беспорядочного набора атомов образоваться такое чудо, как человек? Как он был создан природой, этот шедевр, с его триллионами согласованно работающих клеток, с непостижимой по своему совершенству вычислительной машиной — мозгом, со сверхчувствительными локаторами света, звука, запахов, с миллионами химических реакторов, трубопроводных магистралей, химико-механических двигателей и со способностью в точности воспроизводить все это из поколения в поколение?

Инопланетяне на Земле

Да что там человек! Как мог из набора атомов образоваться папоротник, с его сложнейшими циклами преобразования энергии, вещества, информации? Как сама по себе сложилась из атомов первая примитивная живая клетка, состоящая из множества огромных молекул? И даже не клетка — как появились и начали воспроизводиться гигантскими тиражами сами эти молекулы — биологические полимеры — или хотя бы их сравнительно простые представители, такие, например, архитектурные шедевры, как молекула миоглобина, показанная на схематическом рисунке в начале нашего рассказа.

Вот, оказывается, к каким вопросам сводятся споры о населенных мирах, сверхцивилизациях, о прилетавших на Землю инопланетянах. Задумываясь над этими вопросами, проще всего, конечно, недоуменно развести руками. Тем более что для этого есть достаточно серьезные основания.

Но мы, пожалуй, отложим на некоторое время эту эмоциональную реакцию и попытаемся представить себе, хотя бы в самых общих чертах, те фрагменты великого таинства зарождения жизни, на которые уже пролила свой свет наука.
Начать, пожалуй, лучше всего с открытий, которые были сделаны в самое последнее время при исследовании уже знакомых нам космических пришельцев — метеоритов.

Часть 1

Часть 2

Комментарии к записи «По следам космических пришельцев 3»

Комментариев пока нет, но вы можете стать первым