На протяжении более полувека учёные пытаются ответить на извечный вопрос Ферми: «Где все?» Ответить на этот вопрос чрезвычайно сложно, отчасти из-за недостатка данных в рамках программы «Поиск внеземного разума» (SETI), вызванного исторической нехваткой финансирования и ресурсов. Однако есть и другие факторы, которые затрудняют поиск простого ответа. В формулировке «парадокса Ферми», главными сторонниками которой являются Майкл Харт и Фрэнк Типлер, предполагается, что развитые цивилизации естественным образом будут стремиться выйти за пределы своей родной планеты и колонизировать другие звёздные системы.
Однако многие исследователи критикуют эту точку зрения, подчёркивая сложность создания плацдармов в совершенно «чуждой» для них среде (например, теория перколяции и гипотеза Авроры). Существует также проблема общей теории относительности (ОТО), которая устанавливает, что путешествие со скоростью, превышающей скорость света, невозможно, если не допустить существования экзотической физики, которая пока нам неизвестна. В недавней статье группа исследователей рассмотрела несколько сценариев, в которых цивилизация могла бы расширяться в релятивистской Вселенной, и пришла к выводу, что это возможно в течение (как можно разумно предположить) срока жизни цивилизации.
Исследование под названием «Красные смещения цивилизаций, галактические империи и парадокс Ферми» было проведено Крисом Рейсом, независимым исследователем, и Джастином Фенгом, постдокторантом Центральноевропейского института космологии и фундаментальной физики (CEICO) при Институте физики Чешской академии наук. Как они утверждают, правила общей теории относительности в сочетании с некоторыми элементами шкалы Кардашёва и другими теориями, связанными с исследованиями SETI, допускают существование цивилизации типа II, населяющей центральную область галактики, и могут также объяснить, почему мы о них ничего не слышали.
Ферми и Дрейк
Учитывая количество звёзд в Млечном Пути (от 100 до 200 миллиардов), количество галактик во Вселенной (по последним подсчётам, более двух триллионов!) и то, что у большинства звёзд есть по крайней мере одна планета на орбите (исходя из текущей переписи экзопланет), вполне естественно, что жизнь могла возникнуть и за пределами Земли. Учитывая возраст Вселенной (13,8 миллиарда лет) и тот факт, что Солнечная система существует только последнюю треть этого времени (4,6 миллиарда лет), также разумно предположить, что к настоящему моменту жизнь могла возникнуть много раз.
Согласно анализу Харта и Типлера (также известному как гипотеза Харта-Типлера), если в нашей галактике уже появились развитые цивилизации, то они наверняка разработали бы технологии для передовой связи, космических путешествий, а также самовоспроизводящиеся зонды (зонды фон Неймана). По их оценкам, цивилизации, достигшей такого уровня технического развития, понадобилось бы всего от 650 000 до 2 миллионов лет, чтобы колонизировать всю галактику и несколько раз посетить Землю. Учитывая полное отсутствие доказательств существования внеземных цивилизаций, они утверждали, что таких цивилизаций не существует.
Но, как известный астрофизик Карл Саган утверждал в статье, написанной им в соавторстве с коллегой Уильямом Ньюманом, «Солипсистский подход к внеземному разуму» (также известной как «Ответ Сагана»), «отсутствие доказательств не является доказательством отсутствия». Кроме того, Харт и Типлер предполагали, что как только цивилизации закрепились бы на других мирах, их колонии просуществовали бы миллионы или даже миллиарды лет. Помимо того, что это довольно смелое предположение, такое мышление несовместимо с тем, что предложил легендарный астроном SETI Фрэнк Дрейк в своём знаменитом уравнении Дрейка.
Хо��я это уравнение часто интерпретируется как метод расчёта количества внеземных цивилизаций в нашей галактике (с которыми человечество могло бы общаться в любой момент времени), на самом деле оно представляет собой мысленный эксперимент, который обобщает проблемы, с которыми сталкиваются исследователи SETI. И оно выглядит примерно так:
N = R x fp x ne x fl x fi x fc x L*
Где N — количество цивилизаций в нашей галактике, с которыми мы могли бы установить связь, R — средняя скорость образования звёзд в нашей галактике, fp — доля звёзд, у которых есть планеты, ne — количество планет, на которых действительно может существовать жизнь, fl — количество планет, на которых может развиться жизнь, fi — количество планет, на которых может развиться разумная жизнь, fc — количество цивилизаций, которые могут разработать технологии передачи сигналов, а L* — период времени, в течение которого эти цивилизации могут передавать свои сигналы в космос.
По словам доктора Ребекки Шарбонно, историка науки и стипендиата Янски в Национальной радиоастрономической обсерватории, Фрэнк Дрейк считал L самым важным параметром в своём уравнении. Во время лекции, прочитанной на симпозиуме SETI в Пенсильванском государственном университете в 2023 году под названием «Фрэнк Дрейк и его место в истории», она кратко изложила контекст, в котором появилось уравнение Дрейка, и его последствия.
«Внезапно, с появлением атомной бомбы и началом холодной войны, мы впервые получили возможность не просто уничтожить нашу цивилизацию, — сказала она. — Речь идёт не о падении Рима, а о конце всего нашего вида и, во��можно, всей нашей планеты. И именно поэтому Д действительно изменил характер нашего отношения к SETI. И я думаю, что Фрэнк согласился бы с этим».
Д-р Шарбонно подробнее остановился на этом моменте в интервью для подкаста «Истории из космоса»:
Мы разработали эти инструменты, это оружие, ядерные бомбы, способные уничтожить весь наш мир, каким мы его знаем. И поэтому это становится экзистенциальной проблемой, буквально экзистенциальной. Наше существование находится под угрозой. И я думаю, что этот сдвиг изменил наше отношение к проблеме общения и поиска внеземной жизни. И это большая инновация Фрэнка: он включает переменную L в своё уравнение о долговечности, потому что мы впервые сталкиваемся с [возможностью того, что] цивилизации, возможно, не существуют вечно.
Эта проклятая относительность!
Одним из самых больших камней преткновения для SETI и парадокса Ферми является вопрос о путешествиях со скоростью, превышающей скорость света. Проще говоря, это невозможно, если только всё, что мы узнали о физической Вселенной до сих пор, не является неправильным (или, по крайней мере, неполным). В соответствии с теорией относительности Эйнштейна (E=mc2), которая лежит в основе нашего понимания Вселенной, объекты, ускоряющиеся до скорости света, испытывают увеличение своей инерционной массы. По сути, это означает, что по мере приближения к скорости света объекты становятся тяжелее и требуют все больше энергии для дальнейшего ускорения.
В результате энергия, необходимая для достижения даже небольшой доли скорости света, является чрезвычайно высокой и выходит за пределы возможностей обычных двигателей. С начала космической эры было предложено множество теоретических концепций новых двигателей. К ним относятся ядерные импульсные двигатели, термоядерные реакции и аннигиляция антиматерии, но все они имеют одинаковые недостатки. В частности, все они требуют абсурдного количества топлива для поддержания непрерывного ускорения, а это означает, что сами корабли должны быть огромными.
Это означает, что такие корабли будут непомерно дорогими и чрезвычайно сложными в строительстве. Кроме того, физическая нагрузка на экипаж от всего этого ускорения будет значительной. Как пишут Рейсс и Фенг, проблемы релятивистских путешествий многочисленны и накладывают свои последствия для парадокса Ферми:
Время межзвёздных путешествий превышает продолжительность жизни современного человека, если только путешествие не осуществляется с ультрарелятивистскими скоростями (или скоростями, очень близкими к скорости света). Непереносимость человеческой биологией высоких ускорений увеличивает время, необходимое для достижения таких ультрарелятивистских скоростей. Кроме того, количество энергии, необходимое для разгона корабля до таких ультрарелятивистских скоростей, чрезвычайно велико и намного превышает энергию покоя корабля. Эти проблемы, возможно, являются антропоцентрическими и возникают из-за нашей ограниченной продолжительности жизни и ограниченной переносимости высоких ускорений и длительных периодов социальной изоляции.
Как будто этого было недостаточно, существует ещё и проблема замедления времени: разница в измеренном времени между двумя системами отсчёта. Как показал Эйнштейн, это явление возникает либо из-за разницы в относительной скорости между ними (специальная теория относительности), либо из-за разницы в гравитационном потенциале (общая теория относительности). Как утверждают Рейсс и Фенг в своей статье, это же явление делает межзвёздное исследование непривлекательным.
Парадокс близнецов
Для примера: космический корабль, движущийся со скоростью 20% от скорости света, отправляется к ближайшей к нам звезде (Проксима Центавра) и обратно, перевозя пассажиров. Звезда находится в 4,25 световых годах от Земли, и поездка туда и обратно заняла бы не менее 42,5 лет (21,25 x 2) при такой скорости и потребовала бы нескольких лет ускорения и замедления между пунктами назначения. Если округлить эти цифры, можно с уверенностью предположить, что с точки зрения тех, кто живёт на Земле, космическому кораблю понадобится более полувека, чтобы вернуться на Землю. Но для пассажиров корабля пройдёт всего около 10 лет. И эта разница во времени касается только ближайшей звёздной системы!
Это приводит к так называемому «парадоксу близнецов», который известный астроном Карл Саган проиллюстрировал в своей статье 1963 года «Прямой контакт между галактическими цивилизациями посредством релятивистских межзвёздных космических полётов». Как объяснили Рейсс и Фенг:
Карл Саган предложил простую модель движения, в которой путешественник ускоряется с постоянным ускорением 1g в течение некоторого времени (в линейном движении), а затем замедляется с ускорением 1g до состояния покоя (относительно галактической системы отсчёта). Таким образом, путешественник с Земли может, например, достичь центра Млечного Пути и вернуться на Землю за несколько десятилетий корабельного времени. Однако Земля и всё, что на ней находится, состарятся на десятки тысяч лет, что намного превышает продолжительность жизни человека (парадокс близнецов). Даже если продолжительность жизни человека можно продлить, можно представить, что такие крайние временные различия (десятилетия против десятков тысячелетий) будут довольно проблематичными.
Центр Галактики
В своём предыдущем исследовании Рейсс представил, как развитая цивилизация могла бы быть мотивирована переместиться в систему отсчёта с замедлением времени. По его словам, жизнеспособным вариантом (возможно, единственным) является ближняя орбита к сверхмассивной чёрной дыре, такой как Стрелец A* в центре нашей галактики. Он утверждал, что в этой «красной системе отсчёта» релятивистские эффекты чёрной дыры приведут к тому, что цивилизация будет воспринимать время гораздо медленнее, чем оно течёт во внешней Вселенной.
Жизнь в такой среде даст много преимуществ: цивилизация, живущая в условиях замедленного времени, сможет наблюдать за развитием и эволюцие�� Вселенной в гораздо более быстром темпе. Если бы релятивистские эффекты были таковы, что часы за пределами красной границы шли бы в 100 раз быстрее, то внешние расстояния также сокращались бы в 100 раз. Это сделало бы такую цивилизацию гораздо более способной к исследованиям, поскольку любые зонды, отправленные за «синюю границу», пересекали бы всю галактику за время, которое для тех, кто находится внутри красной границы, казалось бы долей секунды.
Другие преимущества включают ускоренные темпы добычи ресурсов, строительство мегаструктур, терраформирование, передовые исследования и другие виды деятельности, которые может захотеть осуществлять внеземная цивилизация. Разместив аванпосты в пределах синей границы, цивилизация, находящаяся внутри красной границы, сможет за несколько лет получить преимущества, равные вековым достижениям. Более того, как утверждает гипотеза трансценденции, близость чёрных дыр также обеспечивает неограниченную энергию (через процесс Пенроуза) и может позволить проводить всевозможные экстремальные физические исследования.
В этом последнем исследовании Рейсс и Фэн изучили различные среды красной границы, чтобы определить, какая из них будет наиболее выгодной. Среди них были орбита вокруг сверхмассивной чёрной дыры, синхронизированная сеть линейных траекторий по модели Сагана и траектория, изогнутая в замкнутый путь под действием гравитации кольца чёрных дыр. Они определили, что наиболее выгодным является первый вариант. Как они объяснили, это было бы в пределах возможностей цивилизаций, которые ещё не освоили всю свою галактику, то есть цивилизаций типа III по шкале Кардашёва:
Из рассмотренных нами случаев орбита вокруг сверхмассивной чёрной дыры требует наименьшего количества энергии и мощности для достижения и поддержания. Мы обнаружили, что цивилизация, находящаяся где-то между цивилизациями типа I и II по шкале Кардашёва, в принципе может поддерживать такую орбиту. Недостатком является то, что степень замедления времени ограничена человеческой переносимостью приливных сил (несколько десятых гравитационного ускорения в течение длительных периодов). Для орбит вокруг Sgr A* этот предел составляет коэффициент замедления времени около 100. С таким коэффициентом замедления времени можно преодолеть 100 световых лет за несколько лет корабельного времени — по нашим оценкам, в пределах 100 световых лет от Sgr A* находится около миллиона звёзд, поэтому в такой конфигурации нет недостатка в пунктах назначения.
Однако 100 световых лет — это всё ещё мало по сравнению с диаметром Млечного Пути, поэтому можно задаться вопросом, может ли цивилизация с более высокой мощностью добиться лучших результатов — именно поэтому мы рассмотрели другие случаи. Мы обнаружили, что цивилизация типа II может реализовать случай 2) с коэффициентом замедления времени 10 000, а цивилизация, находящаяся «на полпути» (по порядкам величины) между типом I и типом II, может реализовать случай 3) (также с коэффициентом замедления времени 10 000). Таким образом, можно представить себе цивилизацию, развивающуюся от случая 1) к случаю 3) по мере продвижения по шкале Кардашёва.
Гипотеза «тёмного леса»
Ещё один важный вывод из этого исследования (и предыдущих работ Рейсса) заключается в том, что оно предлагает возможное решение парадокса Ферми. В частности, идея о цивилизации, обитающей в среде с замедленным течением времени вокруг сверхмассивного чёрной дыры, согласуется с гипотезой «тёмного леса». Эта гипотеза предполагает, что развитые цивилизации невозможно обнаружить, поскольку они прилагают все усилия, чтобы избежать обнаружения. Гипотеза получила своё название от романа «Тёмный лес», написанного Лю Цисинем, автором серий «Задача трёх тел» и «Воспоминания о прошлом Земли».
Как Лю проиллюстрировал через одного из персонажей романа, мы можем предположить, что если галактика состоит из цивилизаций, то они будут иметь общие мотивации, главными из которых являются потребность в выживании и стремление к росту. Однако, поскольку ресурсы в нашей Вселенной ограничены, рано или поздно возникнет конкуренция. В то же время жизнь в релятивистской Вселенной означает, что любая коммуникация между цивилизациями будет сопровождаться значительными временными задержками. Это, вероятно, приведёт к «цепочке подозрений», когда обе стороны будут опасаться того, что другая сторона может замышлять в это время.
Точно так же, даже если большинство цивилизаций являются доброжелательными и благонамеренными, страх перед тем, что другие могут быть злонамеренными, может привести некоторых к выводу, что лучше «сначала стрелять, а потом задавать вопросы». Однако, учитывая природу релятивистских космических путешествий, флоту кораблей потребуется очень много времени, чтобы добраться до другой звёздной системы, что даст местной цивилизации сотни (или, возможно, тысячи) лет для дальнейшего развития. В то время как развитость флота будет такой же, как в момент его отправления, местная цивилизация переживёт «технологический взрыв».
В этих условиях цивилизации могут прийти к выводу, что лучшая политика — это избегать контактов. Как отметили Рейсс и Фэн, эта дилемма имеет поразительное сходство с парадоксом близнецов:
Предполагая, что другие цивилизации имеют такие же биологические ограничения, как и наша, можно представить, что они также мигрируют в систему с замедленным течением времени. Корабль в системе с замедленным течением времени довольно уязвим для разрушения. Мы подсчитали, что для быстро движущегося корабля с коэффициентом замедления времени 10 000 объект весом 100 кг, помещённый на его пути, при столкновении будет иметь энергию удара, сопоставимую с ударом Чиксулуб, который вызвал массовое вымирание 65 миллионов лет назад. Особую озабоченность вызывает тот факт, что в настоящее время мы имеем возможность помещать объекты весом 800 кг (зонды «Вояджер») в межзвёздное пространство.
Цивилизация, движущаяся к нам с вышеупомянутым коэффициентом замедления времени, увидела бы, как человеческая цивилизация (предположительно существующая менее 10 000 лет) появляется и развивает эту способность менее чем за год. Возможно, мы уже представляем собой экзистенциальную угрозу для цивилизаций с высоким коэффициентом замедления времени. Можно было бы ожидать, что быстрое появление таких экзистенциальных угроз заставит цивилизацию с замедленным временем сохранять тишину.
Однако выводы исследователей также поднимают вопрос о том, что внеземные цивилизации, расположенные вблизи центра Млечного Пути, могут решить уничтожить цивилизации, находящиеся за пределами их красной границы. Это напоминает ещё одно предлагаемое решение парадокса Ферми: ужасающую гипотезу Берсеркера! Эта теория утверждает, что причиной «Великого молчания» является то, что развитая цивилизация, столкнувшись с перспективой конкуренции со стороны других видов, решила бы наводнить Вселенную самовоспроизводящимися зондами, которые бы искали другие внеземные цивилизации и уничтожали их.
Но, как заявили Рейсс и Фенг во время презентации своего исследования на 9-м Межзвёздном симпозиуме, который состоялся 15 октября в Остине, штат Техас, в предложенном ими сценарии не всё так мрачно:
Даже если всё это действительно так, такая ситуация не нова. На протяжении всей истории мы часто оказывались слабыми, уязвимыми людьми в среде, враждебной нашему существованию. И благодаря этому опыту мы научились ценить мужество перед лицом крайней опасности. Поэтому я бы предложил продолжать передавать информацию о нашем существовании этим цивилизациям, находящихся внутри красной границы (предполагая, что они существуют), полностью осознавая нашу угрозу для них и их угрозу для нас, и в надежде, даже вере, что они могут разделить нашу храбрость перед лицом экзистенциальны�� угроз и что эта же храбрость может побудить их связаться с нами.
Как авторы исследовали в этой (и предыдущей) статье Рейсса, могут также существовать способы определить, есть ли какие-либо цивилизации, проживающие в центре нашей галактики. «Корабли на орбитах вокруг сверхмассивной чёрной дыры должны будут противостоять сопротивлению аккреционного газа, и мощность, необходимая для этого (в зависимости от размера корабля), может достигать ~1019 ватт, что примерно соответствует светимости коричневого карлика», — сказали они. «Мы рассмотрели простую модель, в которой эта мощность излучается изотропно в виде электромагнитных волн, и обнаружили, что характерной особенностью получаемого сигнала является дрейф частоты вниз за одну орбиту».
Они также рассматривают, как несколько цивилизаций могли бы поселиться вблизи сверхмассивной чёрной дыры, чтобы воспользоваться преимуществами системы отсчёта с замедленным течением времени. В таком случае орбитальные траектории могли бы стать дефицитным ресурсом, что повысило бы вероятность конфликта. Открытая война между цивилизациями оставила бы следы, которые, вероятно, было бы трудно не заметить.
Из этого исследования можно извлечь много выводов, и оно открывает множество потенциальных возможностей для последующих исследований и будущих опросов SETI.
