Лебедь, рак и щука как решения парадокса Ферми

Что общего между стереотипными гиками 14 февраля и парадоксом Ферми? Вопль в пространство «почему мы одиноки?!» Стереотипы — штука глупая, но вот про парадокс Ферми стоит рассказать. Сформулировать его можно следующим образом:

1. Очевидно, человечество существует как относительно высокоразвитая технологическая цивилизация.
2. Человечество оставляет следы своего существования: радиомусор от обычных передач, специально отправленные к звездам радиосигналы, несколько межзвездных зондов. Если у нас появится возможность, мы наверняка отправимся колонизировать звездные системы. А если мы сможем зажигать или гасить звезды для пользы народного хозяйства, то займемся и этим.
3. Галактика большая. Логично предположить, что где-то ещё есть другие цивилизации, которые также должны были бы оставлять следы своего существования, как минимум, как результат обычного существования, а как максимум — создавая волны колонизации звездных систем или устраивая переговоры по местному аналогу Великого Кольца Ефремова. Однако, почему-то мы эти следы не обнаружили.

Но при чем же тут животные из басни Крылова?

Бестиарий Ферми-Семенова

Я не зря сформировал парадокс Ферми в трёх отдельных пунктах. В предельно сжатом виде он звучит как: «Есть цивилизации кроме нас, есть их заметные следы, мы видим эти следы. Что-то неверно.» И для того, чтобы решить его для себя, необходимо отказаться от одной из трёх составляющих парадокса. А триада Лебедь-Рак-Щука как мнемоническая формула была введена Алексом Семёновым ещё в 2008 году. Я несколько изменил формулировки, но оставил общий принцип. Итак, что это за составляющие:

Лебедь. Девиз: «Мы одни».



«Лебедь» готов поступиться частью «Есть цивилизации кроме нас». Ему тяжело представить отсутствие масштабных следов высокоразвитой цивилизации («Лебеди» любят мечтать о волнах колонизации галактических масштабов), и он не согласится с ограниченностью наших средств наблюдения. Сюда попадает, например, Шкловский, который прямо писал в журнале «Знание-сила»:

Самое простое, можно сказать, тривиальное объяснение феномена «молчащей Вселенной»: сверхвысокоразвитых внеземных цивилизаций в ближайших окрестностях Большой Вселенной (например, в Местной системе галактик) просто нет.

Особенно хорошо было быть Лебедем до начала активного открытия экзопланет. Возникала красивая цепочка перемножающихся малых вероятностей: «Планеты есть у крайне небольшого числа звезд; если есть планеты, то они непригодны для жизни; если вдруг условия подходящие, то жизнь возникает очень редко; если она возникает, то не рождает разум, а если вдруг таки разум рождается, то он самоуничтожается в ядерной войне или ещё каких ужасах». Перемножение очень малых вероятностей действительно может дать одну цивилизацию на всю галактику, Лебедю это комфортнее всего.
Специфическим подвидом Лебедей являются представители авраамических религий. У них парадокс решается просто — Земля уникальна, нигде больше жизни нет.

Щука. Девиз «Продолжай искать».



«Щука» верит в силу жизни. Эволюция движет вперед примитивные комочки слизи около вулканов подлёдных океанов спутников газовых гигантов, в тёплых морях планет «обитаемой зоны», штормовых атмосферах газовых гигантов. Щуки готовы поверить в разумных кремнийорганических существ, да, в принципе, каких угодно. И они не сомневаются в наших наблюдательных возможностях. Вывод — наиболее слабой является часть «есть заметные следы цивилизаций». Может быть, следы просто теряются. Кто знает, слышно ли наши обычные передачи уже на расстоянии одного светового года? Дойдут ли наши немногочисленные сигналы до планет с разумом, который их услышит? Или все разумные цивилизации не хотят сигналить о своём присутствии, опасаясь, что прилетит кто-то сильный и злобный? Зачем строить сферы Дайсона и тушить звёзды? А, может быть, вообще физика делает бессмысленными межзвездные перелеты? Может быть, по радио между звездами никто не общается? Или же за всего сто лет после изобретения радио мы просто ничего не успели услышать?
Щуки-оптимисты могут участвовать в проектах SETI, а большие оптимисты — в отправке межзвездных посланий. Пессимисты-параноики обсуждают вопросы межзвездных войн и способы обнаружения и защиты от агрессивных соседей.

Рак. Девиз «Они здесь».



Ну а для «Рака» самым приемлемым является отказ от части «мы видим следы цивилизаций». Почему не видим? Ну, например, потому что они уже здесь и, если поскребёшь астронома, найдёшь рептилоида. НЛО, похищения, близкие контакты третьей степени, всё это — маргинальные аспекты мышления Рака. В более адекватном состоянии рождаются гипотезы типа «сценария Зоопарка», где умные и продвинутые инопланетяне за нами пристально наблюдают, не открывая нам своего присутствия.

Уравнение Дрейка

Сложно найти что-то красивее корабля на полном ходу, скачущего коня и девушки, читающей уравнение Дрейка:

Уравнение Дрейка было придумано в 1960 году для оценки количества цивилизаций в нашей галактике и, следовательно, вероятности контакта с ними. Оно имеет следующий вид:



Несмотря на несколько недружелюбный вид, оно несложное, и его можно запомнить:
N — количество цивилизаций в нашей галактике.
R_* — количество звезд, образующихся в нашей галактике за год. R — от «rate», в данном случае «интенсивность».
f_p — вероятность появления планет у звезды. «f» это «fraction» — «доля», «p», очевидно, «planets», «планеты».
n_e — среднее значение потенциально обитаемых планет. «n» — стандартное обозначение количества, «e», скорее всего, от «environment» — «окружающая среда».
f_l — доля потенциально обитаемых планет, на которых зарождается жизнь. «l», очевидно, от «life» — «жизнь».
f_i — вероятность развития разумной жизни на планетах, где уже есть жизнь. «i», судя по всему, образовано от «intelligence», «разум».
f_c — доля разумных цивилизаций, которые желают вступить в контакт. «c» — «contact», «контакт».
L — длительность жизни цивилизации. «L» от «length», длительность.

Сам Дрейк в 1961 году выбрал следующие значения коэффициентов:

• R=10 (10 звезд образуются в год).
• f_p=0,5 (у половины звезд есть планеты).
• n_e=2 (две планеты в системе пригодны для жизни).
• f_l=1 (если планета пригодна для жизни, то она обязательно возникнет).
• f_i=0,01 (на одной планете из сотни жизнь развивается до появления разума).
• f_c=0,01 (одна цивилизация из сотни хочет и может вступить в контакт).
• L=10 000 лет (цивилизация живет в среднем 10 000 лет).

Считаем:
N = 10*0,5*2*1*0,01*0,01*10 000 = 10. Кроме нас, в галактике ещё 9 цивилизаций. Галактика очень большая, неудивительно что мы их не видим.

Главная проблема уравнения Дрейка — большинство параметров устанавливаются субъективно, потому что нет возможности точно оценить их величину. Очевидно, Дрейк в 60-х был Щукой, потому что из 10 цивилизаций даже в большой галактике хоть кто-то может увидеть другого. А статью «уравнение Дрейка» в Википедии писали явные Лебеди, потому что у них получается 0,002275 цивилизаций в галактике.

Я попробовал прикинуть количество цивилизаций, исходя из своих взглядов:

• R=7. Здесь всё просто — это последняя по времени оценка NASA и ESA.
• f_p=0,6. Развитие средств наблюдения даёт минимальную оценку 0,3 а максимальную уже близкую к 1. Пусть будет середина — две трети.
• n_e=1. Оценка базируется исключительно на Солнечной системе, причем, она несколько пессимистичная, потому что жидкая вода достоверно была на Марсе и достоверно есть на спутниках Юпитера и Сатурна. С некоторой вероятностью на Венере в течение целых 2 млрд. лет мог быть водяной океан.
• f_l=0,5. На мой взгляд, мы ещё не очень много знаем о возникновении жизни, уж больно давно это было. Мне кажется, нет оснований думать, что возникновение жизни вещь очень редкая, в то же время нельзя утверждать, что оно закономерно и обязательно.
• f_i=0,7. То, что я знаю об эволюции, говорит, что усложнение организмов закономерно, а три десятых оставим на катастрофы планетарного масштаба, типа того, что случилось с Венерой или Марсом.
• f_c=0,2. Одна цивилизация — альтруист, одна — параноик. В результате получается 0,5. Делим на два, чтобы учесть неэффективность межзвездного сообщения (ленимся отправлять сигналы, шлём их не туда, сигналы блокируются и т.п.)
• L=10 000 лет. Самая субъективная оценка. Пусть останется оригинальная оценка Дрейка.

Считаем:
N = 7*0,6*1*0,5*0,7*0,2*10 000 = 2940. Ну, я давно классифицировал себя как Щуку, ничего удивительного. Галактика большая, вполне есть шансы кого-нибудь таки найти.

50 оттенков решений парадокса Ферми

В 2002 году вышла книга Стефана Уэбба «50 решений парадокса Ферми». Она не претендует на максимально полное изложение вариантов решения парадокса, но хороша репрезентативностью гипотез. Гипотезы группированы не строго по схеме «Лебедь/Рак/Щука», но делятся на три похожие группы, что, наверное, говорит об удачности классификации Семёнова. Итак:

Группа первая. «Они уже здесь»:

1. Они уже здесь и называют себя Венграми. Шутка.
2. Они уже здесь и вмешиваются в человеческие дела. НЛО, пришельцы, все дела. Автор видел НЛО в детстве, но скептически относится к ним.
3. Они когда-то были здесь. Палеоконтакт. Пришельцы прилетели, поохотились на динозавров и улетели. Или оставили зонды-наблюдатели — Солнечная система большая, зонд при желании можно спрятать.
4. Они существуют, и мы являемся инопланетянами: все мы инопланетяне! Гипотеза панспермии. На мой взгляд, главный минус — даже намеренная панспермия слабо похожа на колонизацию. И где наши «родители»?
5. Сценарий Зоопарка. Они здесь, и наблюдают за нами. Но не вмешиваются по каким-то своим причинам. А если вмешиваются — то скрывают.
6. Сценарий Запрета. Галактика давно колонизирована, и те инопланетяне, которые владеют нашим участком пространства используют нас как реалити-шоу.
7. Гипотеза о планетарии. «Матрица» Вачовски или что-то подобное.
8. Бог существует. Сверхтехнология неотличима от магии, сверхцивилизация — от Бога. Антропный принцип. Создание Вселенных при создании черных дыр. Вопрос: если человечество сумеет сделать черную дыру, станем ли мы формально богами, и как с этой новой Вселенной коммуницировать?

Группа вторая. «Они существуют, но ещё не вступили с нами в контакт»:

9. Звёзды очень далеко. Межзвезные путешествия невозможны. Но это не объясняет отсутствия сигналов.
10. У них просто не хватило времени до нас долететь. Скорость возможной колонизации галактики неизвестна, как тут можно посчитать, должны ли были к нам прилететь?
11. Теория перлокации. Достаточно сложная теория распространения цивилизаций, которые создают колонии. Колонизация может замереть или образовать фрактальную поверхность с пустотами, или же сформировать сплошное заполнение с небольшими пустотами.
12. Зонды Брэйсвелла-Фон Неймана. Это саморазмножающиеся автоматы, которыми можно было бы колонизировать или готовить к колонизации солнечные системы. Или строить армию на задворках системы противника. Впрочем, зондов мы тоже не наблюдаем.
13. Мы являемся солнечными шовинистами. А может быть инопланетянам интересны не звезды типа Солнца, а голубые гиганты? Впрочем, звезд главной последовательности типа нашего Солнца относительно больше других.
14. Они остаются дома… Человечество слетало на Луну и уже больше сорока лет не может туда вернуться. Разве у инопланетян должно быть по-другому?
15. И бродят в интернете. «Планетарий» наоборот — цивилизация сама уходит в виртуальность. Не так уж и невозможно, если поглядеть на распространение компьютеров и интернета.
16. Они посылают сигналы, но мы не знаем, как слушать. Обсуждаются разные экзотические виды связи. Но почему бы не пользоваться простым радио?
17. Они сигналят, но мы не знаем, на какой частоте слушать. А мы точно слушаем на нужных частотах? Как и по каким причинам их выбирали?
18. Наша стратегия поисков неверна. Мы слушаем не тот регион неба. Или не те звезды. Может быть, имеет смысл искать очень ярко сигналящие сверхцивилизации?
19. Сигнал уже здесь. Какова вероятность что сигнал уже поймали, но неправильно поняли или вообще забыли в архивах?
20. Мы просто слушаем недостаточно долго. Но автор считает, что сигналы уже должны бы были быть здесь и давно.
21. Все слушают, но никто не передаёт. Передавать сигнал дорого.
22. Берсеркеры. Зонды Фон Неймана, которые уничтожают всё живое. Все, кто живы — молчат от страха. А к нам ещё не успели прилететь.
23. У них нет желания вступать в коммуникацию. Серьезно, а им это вообще надо?
24. Они развили другую математику. Мы не поймем их, а они — нас, даже если услышим друг друга случайно.
25. Они посылают сигналы, но мы не можем их распознать. Вариант предыдущей гипотезы.
26. Они где-то есть, но Вселенная более странная, чем мы думаем. Параллельные миры, телепатия и тому подобное.
27. Выбор катастроф. Войны, техногенные катастрофы, серая слизь, черная дыра в коллайдере. Все погибли, и нас тоже скоро не будет.
28. Они достигают Сингулярности. Оптимистичный вариант предыдущей гипотезы. Все уже ушли в Сингулярность, и нас тоже скоро не будет на этом жалком уровне существования.
29. Облачное небо широко распространено. Никто не думает об инопланетянах. Массаракш!
30. Бесконечно много внеземных цивилизаций существует, но только одна из них находится в нашем световом конусе – это мы. Потому что происхождение жизни — очень редкая вещь.

Группа «Они не существуют»:

31. Вселенная существует только для нас. Антропный принцип. Возникновение жизни очень сложное, и только нам повезло.
32. Они возникли только недавно. И это мы будем прогрессорами или высокотехнологичными пришельцами-поработителями.
33. Планетные системы редки. Уже доказано, что это неверно.
34. Мы являемся первыми. Более строгий вариант одной из предыдущих гипотез.
35. Каменные планеты редки. Каменные хондриты, которые могли стать первыми песчинками для формирования планеты, возможно, требуют близкого гамма-всплеска.
36. Непрерывная обитаемая зона является узкой. По мере развития звезды, она обычно становится ярче, а обитаемая зона сдвигается. Зона, которая является обитаемой всё время существования звезды, называется непрерывной обитаемой зоной. И, возможно, эта зона очень узкая или вообще отсутствует у большинства звезд. Если жизнь и появляется, то не успевает развиться.
37. Юпитеры редки. Юпитер — полезная планета, защищает нас от комет, и возможно, поучаствовал в создании планетозимали, которая столкнулась с прото-Землей и породила Луну.
38. Земля имеет оптимальную эволюционную помпу. Юпитер расшатывает астероиды через орбитальный резонанс и бросает их на Землю. Динозавры вымирают, млекопитающие счастливы.
39. Галактика – это опасное место. Сверхновые, гамма-всплески, прочие опасности. Если где жизнь и завелась, её быстро простерилизуют.
40. Планетарная система – это опасное место. Астероиды, супервулканы, изменения орбит планет и скорости их вращения — всё это убивает слабые ростки жизни.
41. Земная система тектоники плит – уникальна. Магнитное поле защищает нас от Солнца, континенты помогают эволюции, выделение углекислого газа стабилизирует климат.
42. Луна уникальна. А без Луны — никакой жизни.
43. Возникновение жизни – событие крайне редкое.
44. Переход от прокариотов к эукариотам является редким.
45. Виды, создающие орудия труда, являются редкими.
46. Технологический прогресс не является неизбежным. Как вариант, дальше, чем сегодняшний уровень, он невозможен. Насладитесь последними десятилетиями перед гибелью цивилизации, когда нефть кончится, а термоядерные электростанции так и не появятся.
47. Интеллект человеческого уровня является редким.
48. Язык уникален для людей.
49. Наука уникальна.
50. Решение парадокса Ферми. Мнение автора — либо один из коэффициентов уравнения Дрейка равен нулю, либо все коэффициенты близки к нулю. Мы одни, а автор — Лебедь.

Заключение

В качестве источника информации использовались очень хорошие статьи Википедии, ЖЖ Семёнова и тема «50 решений парадокса Ферми» Астрофорума. Там 119 страниц, если хочется длительного чтения, могу рекомендовать.

А мне была бы интересна статистика Лебедей, Раков и Щук на Гиктаймс, сколько цивилизаций в галактике по вашим параметрам уравнения Дрейка, и каково, по-вашему, решение парадокса Ферми?