28.06.2021 08:32
alizar 275 15500 Источник

Согласно мрачной гипотезе из книги «Тёмный лес», внеземные цивилизации вступают в контакт исключительно с одной целью. К счастью, это всего лишь художественный вымысел, хотя он объясняет парадокс Ферми

Наша маленькая галактика заброшена на окраине Вселенной, а звёздная система — скромный жёлтый карлик. Но раньше люди искренне верили, что звёзды вращаются вокруг, а мы — единственная разумная форма жизни в центре мироздания. С развитием научной мысли появилось понимание, что такое стечение обстоятельств крайне маловероятно. Благодаря уравнению Дрейка можно буквально на калькуляторе посчитать количество разумных цивилизаций, готовых вступить в контакт прямо сейчас — достаточно подставить в уравнение семь параметров. Конечно, это не точная формула, а лишь способ начать дискуссию на данную тему.

Давно пора скорректировать уравнение Дрейка с позиций современной науки. Об этом пишет Джон Герц в статье «Уравнение Дрейка через 60 лет: переосмысленное и отброшенное», опубликованной 19 мая 2021 года на сайте препринтов arXiv.org (arXiv:2105.03984v2). Статья принята к публикации в журнале Британского межпланетного общества (JBIS).

Если вспомнить историю, в 1961 году вскоре после эксперимента «Озма» состоялась первая конференция SETI по поиску внеземного разума (ET). На этой конференции сам автор эксперимента, астроном Фрэнк Дрейк, предложил коллегам посмотреть на следующее эвристическое уравнение:

$N=R_*\cdot f_{p}\cdot n_{e}\cdot f_{l}\cdot f_{i}\cdot f_{c}\cdot L$


Теперь его называют «уравнением Дрейка» — возможно, одна из самых известных формул в истории науки. Она включает следующие параметры:

  • $N$ — количество цивилизаций в нашей галактике, готовых вступить в контакт;
  • $R_{*}$ — средняя скорость формирования звёзд в нашей галактике;
  • $f_{p}$ — доля звёзд с планетарными системами;
  • $n_{e}$ — среднее количество планет, пригодных для жизни;
  • $f_{l}$ — вероятность зарождения жизни на планете с пригодными условиями;
  • $f_{i}$ — вероятность зарождения разума на планете с жизнью;
  • $f_{c}$ — доля цивилизаций, которые хотят выйти на связь, среди общего числа цивилизаций;
  • $L$ — время, в течение которого разумная жизнь существует, может вступить в контакт и хочет этого.

На рубеже шестидесятой годовщины этой формулы некоторые учёные предлагают подумать над уточнением знаменитого уравнения. В частности, своё предложение опубликовал Джон Герц, астроном-любитель, член правления проекта по поиску внеземной жизни BreakThrough Listen и бывший председатель правления Института SETI в течение трёх сроков.

Герц утверждает, что необходимо пересмотреть каждый член.

Как мы уже отметили выше, уравнение Дрейка — не строгая формула, а просто перевод дискуссий учёных на математический язык. Оно должно было стимулировать научный диалог между участниками первой в истории конференции SETI.

С тех пор уравнение Дрейка приобрело большую славу и большую известность. Но между учёными нет единого мнения. Одни превозносят его как важный вклад в научные исследования, а другие критикуют за очевидную неопределённость — мол, тут сплошные предположения. Критики подчёркивают, что при умножении неопределённых переменных уровень неопределённости растёт экспоненциально, до такой степени, что никакие твёрдые выводы невозможны.

И действительно, мы можем делать только предположения относительно параметров, заложенных в формулу. Например, вероятность зарождения жизни на планете с подходящими для этого условиями принято считать 1. Но какова вероятность, что жизнь разовьётся до разумной формы? Оценки разнятся от 0,5 до 0,001. То же самое и со временем жизни развитой цивилизации: оценки разнятся от 500 до 100 000 лет.

Поэтому и результат вычислений получается разным. Количество разумных цивилизаций сейчас в зоне контакта — от 0,000125 до 500. Согласитесь, разброс довольно большой.

В последние десятилетия в астрофизике сделаны важнейшие открытия, которые снизили уровень неопределённости в отношении некоторых переменных уравнения. Но этот факт ставит под вопрос саму полезность уравнения.

«Уравнение Дрейка было чрезвычайно полезной эвристикой в самом начале современного поиска внеземного разума в начале 1960-х годов, — говорит автор научной работы Джон Герц. — Оно сформировало первую повестку по этому вопросу. Но спустя 60 лет оно превратилось в скрипучую и стареющую конструкцию, которую следует смести в пользу нового, свежего мышления».

Скорость формирования новых звёзд — в топку


В своей научной работе Герц пересмотрел каждую из переменных уравнения Дрейка: насколько они сегодня актуальны в качестве ограничителей на вероятность существования разумных цивилизаций. Для начала он сразу отбросил бесполезный параметр $R_{*}$. Во-первых, скорость образования новых звёзд меняется со временем. Во-вторых, Дрейк предполагал учитывать только звёзды, подобные Солнцу (довольно редкие по сравнению с некоторыми другими типами).

В-третьих, существует вероятность того, что сигналы внеземной цивилизации могут иметь внегалактическое происхождение (есть другие способы передачи сигналов между звёздными системами и галактиками, кроме радиосвязи). Поэтому количество цивилизаций не связано с рождением новых звёзд.


Ускорители частиц вокруг нейтронной звезды в конструкции галактического маяка. Источник: A Neutrino Beacon. A. A. Jackson, arXiv:1905.05184

Таким образом, автор предлагает заменить $R_{*}$ на $n_{s}$ — количество звёзд-кандидатов в Млечном Пути в нашем поле зрения. Это очень большая цифра: сейчас наука считает хорошими кандидатами на обитаемость звёзды G-типа, K-типа и M-типа (более 80% звёзд), а также кажущиеся мёртвыми белые карлики (ещё 10% всех звёзд).

Почти у всех звёзд есть планеты


Далее следует количество звёзд с планетами (параметр $f_{p}$), который во времена Дрейка был практически неизвестен. Но за последние два десятилетия число подтверждённых экзопланет растёт в геометрической прогрессии (на сегодня уже 4422 планеты — счётчик увеличивается почти каждый день!), во многом благодаря космическому телескопу «Кеплер».



Если экстраполировать эти открытия, можно предположить, что практически у всех звёзд есть планеты. Так что данный параметр в значительной степени неактуален.

Следующий параметр — количество землеподобных планет в пределах обитаемой зоны родительской звезды $n_{e}$. Как показали многочисленные исследования, простое нахождение планеты на орбите в пределах обитаемой зоны — не единственный критерий. Важны ещё размер планеты, её атмосфера, наличие воды и тектоническая активность.

Определение обитаемой зоны также ограничено планетами, хотя теперь мы знаем, что жизнь может возникнуть и на луне — в условиях «океанического мира», как на Ганимеде, Европе, Энцеладе, Титане и других. Есть примеры Марса и Венеры, где в своё время была вода и относительно стабильная температура. Таким образом, Герц заменил $n_{e}$ на $n_{tb}$, обозначающее общее количество тел (планет, лун, планетоидов), которые могут поддерживать жизнь либо на своей поверхности, либо под ней.

Неопределённые параметры


Параметр $f_{l}$ (планеты, на которых будет развиваться жизнь) также безнадёжно неопределённый. Учёные не уверены в том, как зародилась жизнь даже на Земле. Существующие теории варьируются от первобытных бассейнов и гидротермальных источников до занесения жизни из космоса (литопанспермия) с передачей биоматериала между звёздными системами и галактиками (панспермия). Также нет единого мнения о том, является ли жизнь вездесущей на подходящих планетах, или же она там редко встречается. Информации об этом крайне мало.

Особая проблема — вероятность зарождения разума на планете с жизнью, $f_{i}$. В этом случае вопрос сводится к эволюции. Мы должны решить, путь сапиенса уникален или типичен? Но в целом мы понятия не имеем, является ли эволюция конвергентной (благоприятствующей интеллекту) или неконвергентной.

Кто вообще захочет с нами общаться?


Предпоследний параметр — доля разумных видов, которые хотят выйти на связь, среди общего числа цивилизаций. Очевидно, что не все технологически продвинутые виды смогут или захотят с нами общаться.

Согласно депрессивной гипотезе «Тёмного леса», инопланетная цивилизация может вступить в контакт только с одной целью: убийство и уничтожение. Или по «гуманному» сценарию боргов — подчинение и ассимиляция.

Кроме того, этот параметр не принимает во внимание два очень важных соображения.

Во-первых, не учитывается время на передачу сигнала. Если сигнал не транслируется постоянно во всех направлениях с высокой энергией, то шансы на его приём очень малы.


Конструкция передатчика на основе нейтронной звезды. Источник: A Neutrino Beacon. A. A. Jackson, arXiv:1905.05184

Во-вторых, у Дрейка не учитывается возможность, что техносигнатура цивилизации будет обнаружена случайно.

Поэтому Герц заменил $f_{c}$ на параметр $f_{d}$, более широкий по своей природе. В дополнение к попыткам цивилизации общаться, он также учитывает возможность случайно обнаружить их техносигнатуры. Ведь цивилизация может и не делать никаких попыток общаться. В конце концов, какой толк от передачи сигнала, если адресат не способен получить сообщение?

Как быстро цивилизации самоликвидируются?


И последний параметр $L$ — количество времени, которое технологически развитая цивилизация тратит на попытки связаться с Землёй. Или в упрощённой формулировке, продолжительность жизни цивилизации. Сколько она способна находиться в развитом состоянии, прежде чем подвергнуться самоуничтожению или экологическому коллапсу?

Ещё Карл Саган признавал, что из всех параметров этот самый неопределённый. У нас просто нет возможности узнать, как долго цивилизация может существовать цивилизация. Некоторые вообще сомневаются, что человеческая цивилизация протянет ещё 100 или 200 лет!

Другие говорят, что цивилизации могут жить миллионы лет после прохода через точку сингулярности, когда ИИ начинает развиваться по своим законам, не понятным для животных.

Гипотеза короткого окна


Следует учитывать и гипотезу короткого окна, что развитые цивилизации неизменно подвергаются экзистенциальным угрозам до того, как другая цивилизация сможет принять и ответить на их сигналы. Другими словами, цивилизация может умереть, а её сигналы продолжат путешествие в космосе.


Такие скульптуры остались от неизвестной цивилизации на острове Пасхи в Тихом океане (1250?1500 гг)

Уравнение Дрейка основано на том, что существует конечное число ныне существующих инопланетных цивилизаций, некоторые из которых будут сигнализировать нам о своём присутствии с помощью радиолучей или оптических лазеров. При этом игнорируется мнение многих специалистов, что гораздо лучшей стратегией инопланетян было бы послать физические зонды в нашу Солнечную систему, чтобы наблюдать за нами и/или установить с нами контакт.

Такие зонды могут содержать информацию от бесчисленного количества цивилизаций, многие из которых, возможно, давно погибли. Если это так, то параметр $L$ не имеет никакого значения, поскольку зонд может намного пережить своего родоначальника, а $N$ сводится к одному-единственному зонду, который даёт знать о своем присутствии, и только через него мы можем общаться с остальной галактикой.

Новая формула



Варианты уравнения для вычисления количества разумных цивилизаций, которые в данный момент готовы вступить в контакт (увеличенная версия)

Итак, с учётом всех этих соображений уравнение Дрейка преобразуется в новую формулу, приближённую к современным реалиям науки:

$N=n_s\cdot f_{p}\cdot n_{tb}\cdot f_{l}\cdot f_{i}\cdot f_{d}\cdot L$


  • $n_{s}$ — количество звёзд в поле нашего зрения;
  • $f_{p}$ — доля звёзд с планетами;
  • $n_{tb}$ — среднее количество планет и других тел, пригодных для жизни, в звёздной системе;
  • $f_{l}$ — вероятность зарождения жизни на планете с пригодными условиями;
  • $f_{i}$ — вероятность зарождения разума на планете с жизнью;
  • $f_{d}$ — доля цивилизаций, которые можно каким-то образом обнаружить;
  • $L$ — время, в течение которого цивилизацию можно обнаружить.

Увы, когда все параметры (и их соответствующие уровни неопределённости) рассмотрены, мы остаёмся с некоторыми неудобными последствиями. Эмпирически проще заключить, что человечество в настоящее время является единственной технологически развитой цивилизацией в наблюдаемой Вселенной.

Если вы не удовлетворены эмпирическими предположениями, а хотите узнать реальное положение вещей, то нужно уменьшить неопределённость в уравнении и реально вычислить значение $N$ в удовлетворительном приближении.

Но определить неизвестные параметры в уравнении можно только одним способом — установить контакт с внеземной цивилизацией и получить информацию от них.

«Провал уравнения Дрейка парадоксальным образом делает программу SETI ещё более важной, поскольку никакие теоретические рассуждения не смогут определить значение $N$, только реальный контакт», — объясняет Джон Герц.


На правах рекламы


Наша компания предлагает облачные vps серверы для любых задач и проектов, будь то серьёзные вычисления или просто размещение блога на Wordpress. Создавайте собственный тарифный план в пару кликов и за минуту получайте готовый сервер, максимальная конфигурация бьёт рекорды — 128 ядер CPU, 512 ГБ RAM, 4000 ГБ NVMe!

Подписывайтесь на наш чат в Telegram.