Что такое Парадокс Ферми: где спрятались пришельцы?
Здравствуйте, дорогие друзья!
Учитывая, что наша Солнечная система довольно молодая по сравнению с остальной Вселенной — примерно 4,5 миллиарда лет против 13,8 миллиарда — и что межзвездные путешествия могут быть достаточно легко осуществимы при наличии достаточного времени, Землю уже должны были бы посетить инопланетяне, как утверждает эта идея.
Парадокс получил свое название от имени лауреата Нобелевской премии физика Энрико Ферми (Enrico Fermi), который якобы высказал вышеупомянутые соображения во время случайного разговора за обедом в 1950 году.
И последствия этого заставили астробиологов и других ученых чесать затылки в течение десятилетий.
Что такое Парадокс Ферми — отец парадокса, ученый Энрико Ферми.
Что такое Парадокс Ферми
«Ферми понял, что любая цивилизация со скромным количеством ракетных технологий и нескромным количеством имперских стимулов может быстро колонизировать всю галактику», — написали представители Института поиска внеземного разума (SETI — Search For Extraterrestrial Intelligence) в Маунтин-Вью, Калифорния, в объяснении парадокса Ферми.
«В течение нескольких десятков миллионов лет каждая звездная система может быть взята под крыло империи».
«Десятки миллионов лет могут показаться долгим проектом, но на самом деле это довольно короткий срок по сравнению с возрастом галактики, который примерно в тысячу раз больше».
Ферми умер в 1954 году, поэтому исследовать и объяснять эту идею пришлось другим людям, таким как Майкл Харт (Michael Hart), который написал статью под названием «Объяснение отсутствия инопланетян на Земле» в Ежеквартальном журнале Королевского астрономического общества (RAS — Royal Astronomical Society) в 1975 году.
Некоторые считают, что это первая подобная статья, в которой исследуется парадокс Ферми, хотя это утверждение трудно доказать.
«Мы наблюдаем, что никакие разумные существа из космоса сейчас не присутствуют на Земле», — писал Харт в аннотации к статье.
«Предполагается, что этот факт лучше всего можно объяснить гипотезой о том, что в нашей галактике нет других развитых цивилизаций».
Однако он отметил, что для более точного ответа необходимы дополнительные исследования в области биохимии, формирования планет и атмосферы.
Харт утверждает, что разумные инопланетяне уже могли посетить Землю в какой-то момент истории нашей планеты, если только они не начали свое путешествие менее двух миллионов лет назад.
Он считал, что очевидное отсутствие таких визитов, скорее всего, связано с отсутствием разумных инопланетян.
Но он также очертил четыре других потенциальных объяснения:
- Пришельцы никогда не прилетали сюда из-за физических трудностей, «которые делают космические путешествия невыполнимыми», что может быть связано с астрономией, биологией или техникой;
- Пришельцы просто решили никогда не посещать нас;
- Развитые цивилизации за пределами Земли возникли слишком недавно, чтобы пришельцы могли добраться до нас;
- Пришельцы посещали Землю в прошлом, но мы их не наблюдали.
Фрэнк Типлер (Frank Tipler), профессор физики из Университета Тулейн, продолжил аргументацию Харта в 1980 году в статье под названием «Внеземные разумные существа не существуют», также опубликованной в «Ежеквартальном журнале РАН».
Основная часть его статьи была посвящена тому, как получить ресурсы для межзвездных путешествий, чего, по его мнению, можно было бы достичь с помощью некоего самовоспроизводящегося искусственного интеллекта, движущегося от звездной системы к звездной системе, создавая копии самого себя во время путешествия.
Поскольку на Земле никогда не было найдено доказательств существования такой совершенной техники, Типлер утверждал, что мы, вероятно, являемся единственным разумом во Вселенной.
В статье 1980 года он также писал, что те, кто верит во внеземной разум, похожи на энтузиастов НЛО (неопознанных летающих объектов), поскольку оба лагеря верят, что «мы будем спасены от самих себя каким-то чудесным межзвездным вмешательством».
Сегодня тема внеземного разума является популярной, и каждый год появляется множество работ от различных исследовательских групп.
А идея о том, что за пределами Земли могут существовать развитые цивилизации, была поддержана продолжающейся революцией в открытии экзопланет.
Что такое Парадокс Ферми: где спрятались пришельцы?
Вероятность возникновения жизни: экзопланеты
Мы узнали, что такое Парадокс Ферми, но какова вероятность возникновения внеземной жизни?
Вселенная невероятно большая и старая.
Данные, собранные различными телескопами, показывают, что ширина видимой Вселенной составляет около 92 миллиардов световых лет (и все время растет все быстрее и быстрее).
А отдельные измерения показывают, что ей около 13,82 миллиардов лет.
Следовательно, инопланетные цивилизации имели достаточно времени, чтобы возникнуть и распространиться — но они также, вероятно, должны пересечь огромную космическую пропасть, чтобы добраться до нас.
Когда Ферми сделал свое знаменитое замечание, единственные планеты, о которых знали ученые, находились в нашей собственной Солнечной системе.
Но в 1992 году астрономы заметили миры, вращающиеся вокруг сверхплотного звездного тела, известного как пульсар.
А через несколько лет было подтверждено существование первой экзопланеты вокруг звезды, подобной Солнцу.
Сейчас известно более 5 000 подтвержденных экзопланет, и с каждым годом их находят все больше.
Огромное количество чужих миров свидетельствует о том, что жизнь может быть распространена по всему космосу.
Со временем, с помощью более совершенных телескопов, ученые смогут исследовать химический состав атмосфер некоторых соседних экзопланет.
Однако «поблизости» — это относительный термин; ближайшая известная экзопланета, Проксима b, находится на расстоянии около 4,2 световых лет, что составляет примерно 25 триллионов миль (40 триллионов километров) от нас.
Конечная цель — понять, как часто каменистые планеты образуются в «зоне пригодности для жизни» своих родительских звезд, которая традиционно определяется как диапазон орбитальных расстояний, на которых на поверхности планеты может существовать вода.
Однако пригодность для жизни зависит не только от воды.
Необходимо учитывать и другие факторы, такие как активность звезды-хозяина и состав атмосферы планеты.
Существуют и другие причины, почему традиционное определение пригодной для жизни зоны все чаще рассматривается как слишком упрощенное.
Например, ледяные спутники нашей Солнечной системы, такие как Европа (Europa) Юпитера и Энцелад (Enceladus) Сатурна, лежат далеко за пределами пригодной для жизни зоны и могут сохранять жизнь в своих подземных морях.
Несмотря на такие предостережения, кажется, что там действительно есть много пригодной для жизни недвижимости.
Например, исследование, проведенное в ноябре 2013 года с использованием данных космического телескопа НАСА «Кеплер», показало, что каждая пятая солнцеподобная звезда имеет планету примерно земного размера, которая вращается в пригодной для жизни зоне.
Художественная иллюстрация космического телескопа НАСА «Кеплер», охотящегося за экзопланетами.
Через несколько месяцев ученые Кеплера опубликовали «планетарный бомонд» из 715 новооткрытых миров.
Многие из этих планет были подтверждены с помощью новой методики под названием «проверка множественностью», которая частично работает на логике вероятности.
Объекты, которые пересекают поверхность звезды или гравитационно притягиваются к ней, скорее всего, являются планетами, а не звездами-спутниками, поскольку звезда-спутник, находящаяся на близком расстоянии, со временем может дестабилизировать всю систему.
Однако солнцеподобные звезды составляют меньшинство населения нашей галактики — около трех четвертей звезд Млечного Пути — это маленькие, тусклые горелки, известные как красные карлики.
Астрономы обнаружили несколько каменистых миров, вращающихся в пригодной для жизни зоне красных карликов — Проксима b, например, и три планеты в системе TRAPPIST-1, которая лежит примерно в 39 световых годах от Земли и содержит в общей сложности семь каменистых миров.
Но неясно, насколько такие планеты на самом деле пригодны для жизни, ведь красные карлики невероятно изменчивы, особенно в молодости.
Поэтому звездные извержения могут быстро разрушить зарождающуюся атмосферу молодых планет с «пригодной для жизни зоной» красных карликов, сделав жизнь на них крайне сложной для закрепления.
Ученые говорят, что для лучшего понимания этих звезд и способности жизни сохраняться вокруг них нужны дополнительные исследования.
Как исследователи ищут внеземную жизнь?
Чтобы найти ответ на Парадокс Ферми, исследователи получают все больше инструментов для такой работы.
Например, в апреле 2018 года состоялся успешный запуск транзитного спутника НАСА для исследования экзопланет (TESS — Transiting Exoplanet Survey Satellite), который вскоре перенял эстафету от «Кеплера», выведенного из эксплуатации в конце того же года.
Долгожданный космический телескоп Джеймса Уэбба стоимостью 10 миллиардов долларов, запуск которого был запланирован на декабрь 2021 года, среди многих других задач будет искать потенциальные биосигнатурные газы в воздухе соседних экзопланет.
Ожидается, что миссия Европейского космического агентства PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) будет запущена в 2026 году.
Три огромные наземные обсерватории, достаточно мощные, чтобы вынюхивать воздух экзопланет — Чрезвычайно большой телескоп (Extremely Large Telescope), Гигантский телескоп Магеллана (Giant Magellan Telescope) и Тридцатиметровый телескоп (Thirty-Meter Telescope) — также планируется ввести в эксплуатацию в конце этого десятилетия.
А один очень амбициозный проект, известный как Breakthrough Starshot, имеет целью изучить Проксиму b и другие соседние миры вблизи с помощью роя крошечных нанозондов, плавающих на лазерных парусах.
Если развитие технологий пойдет хорошо, первый такой межзвездный роботизированный корабль может стартовать около 2050 года.
Такие миссии и инструменты помогут ученым углубить свое понимание астробиологии, которое остается относительно примитивным.
Например, мы даже не знаем, существуют ли миры, пригодные для жизни в нашей территории космоса.
Исследования на Земле показали, что микробы могут выживать в экстремальных условиях, а это означает, что микробная жизнь вполне может существовать на Марсе, Европе, Энцеладе и/или гигантском спутнике Сатурна Титане.
Но мы не исследовали ни одного из этих миров настолько хорошо, чтобы знать это наверняка.
Однако парадокс Ферми мыслит гораздо шире, чем о микробах.
Чтобы решить его, нам нужно знать не только, как часто жизнь развивается на чужих планетах, но и как часто она приобретает способность и желание общаться с другими разумными формами жизни или путешествовать среди звезд.
Уравнение Дрейка
Что такое Парадокс Ферми: Уравнение Дрейка
Количество разумных инопланетных цивилизаций, которые можно обнаружить, оценивается с помощью уравнения Дрейка.
По словам Института SETI, уравнение — записанное как «N = R* — fp — ne — fl — fi — fc — L» — имеет следующие переменные:
- N: количество цивилизаций в галактике Млечный Путь, электромагнитное излучение которых можно обнаружить;
- R*: Скорость образования звезд, пригодных для развития разумной жизни (количество в год);
- fp: Доля звезд, имеющих планетные системы;
- ne: Количество планет в каждой солнечной системе со средой, пригодной для жизни;
- fl: Доля пригодных планет, на которых действительно появляется жизнь;
- fi: Доля пригодных для жизни планет, на которых зарождается разумная жизнь;
- fc: Доля цивилизаций, которые развивают технологию, позволяющую обнаружить признаки их существования;
- L: Средняя продолжительность времени, в течение которого такие цивилизации производят такие признаки (годы).
Ни одно из этих значений пока не известно с какой-либо достоверностью, что затрудняет прогнозы.
Таким образом, рассуждения о том, что такое парадокс Ферми является плодородной почвой для спекуляций, и ученые и неспециалисты за эти годы выдвинули буквально сотни возможных объяснений.
Попытки найти ответ на Парадокс Ферми
Эти идеи охватывают очень широкий спектр.
Например, в 2015 году ученые, проанализировав данные космических телескопов «Хаббл» и «Кеплер», пришли к выводу, что Земля, вероятно, была, условно говоря, «ранним цветком».
Лишь 8% всех потенциально пригодных для жизни миров, которые когда-либо будут существовать во Вселенной, были рядом, когда Земля образовалась около 4,5 миллиардов лет назад, определили исследователи.
Так что это одно из возможных объяснений парадокса: пришельцы прилетят, но еще не скоро.
Или, возможно, жизнь слишком хрупкая, чтобы существовать долго.
Исследование 2016 года предположило, что ранняя часть истории каменистой планеты может быть очень благоприятной для жизни, которая обычно появляется примерно через 500 миллионов лет после того, как планета остынет и станет доступной для жидкой воды.
История нашей Земли, кажется, подтверждает этот вывод: существуют (спорные) доказательства того, что жизнь зародилась здесь примерно 4,1 миллиарда лет назад, а 3,8 миллиарда лет назад она уже точно существовала.
Но эти хорошие времена могут продлиться недолго благодаря парниковому эффекту (как это уже давно произошло на Венере) или другим климатическим изменениям.
«Между ранними тепловыми импульсами, замерзанием, колебаниями содержания летучих веществ и стремительной положительной обратной связью поддержание жизни на изначально влажной каменистой планете в пригодной для жизни зоне может быть похожим на попытку оседлать дикого быка. Большинство форм жизни падает», — пишут исследователи Адитья Чопра (Aditya Chopra) и Чарли Лайнвивер (Charley Lineweaver) в своем исследовании, которое было опубликовано в журнале Astrobiology.
«Жизнь может быть редкой во Вселенной не потому, что ее трудно зародить, а потому, что пригодную для жизни среду трудно поддерживать в течение первого миллиарда лет».
Или, возможно, узкое место появляется гораздо позже.
Некоторые мыслители предполагают, что цивилизации могут иметь тенденцию к самоуничтожению вскоре после того, как станут технологически компетентными.
Опять же, Земля оказывает определенную поддержку этой гипотезе: человечество подошло тревожно близко к ядерной войне во время Карибского кризиса 1962 года, и мы, возможно, находимся в процессе уничтожения себя и большей части другой жизни на планете прямо сейчас из-за антропогенных изменений климата.
Существует много других факторов, которые следует учитывать.
Например, планетолог Алан Стерн (Alan Stern), руководитель миссии НАСА «Новые горизонты» к Плутону, недавно предположил, что самой распространенной средой, пригодной для жизни в галактике Млечный Путь, могут быть погребенные океаны, такие как моря Энцелада и Европы.
Организмы, которые эволюционируют в таких местах, вряд ли разрабатывают космические корабли — более того, многие из них могут даже не знать, что существуют другие миры, которые можно исследовать.
Психология пришельцев также может играть определенную роль.
Возможно, существует много развитых инопланетных цивилизаций, но большинство из них не имеют желания общаться с нами или посещать Землю.
Возможно, Земля и ее жители просто недостаточно интересны для них, чтобы шутить с ними — и не будут интересны, пока человечество не продемонстрирует достаточно ума и заслуг, чтобы быть принятым в «галактический клуб».
А может, большинство разумных инопланетян, как правило, отмалчиваются, опасаясь, что контакт с космическими соседями может привести к их собственному порабощению или уничтожению.
Ряд исследователей, включая покойного Стивена Хокинга (Stephen Hawking), ссылались на такие возможности, утверждая, что человечеству не стоит активно афишировать свое присутствие.
Кроме того, существуют логистические трудности поиска разумных инопланетян.
Вселенная огромна и невероятно стара.
Человечество существует всего 200 000 лет, а мы слушаем возможные радиосигналы от внеземных существ только с 1960 года.
Поэтому вероятность того, что мы пересекаемся во времени и пространстве с обнаруженной инопланетной цивилизацией, не кажется большой.
Большинство исследователей считают, что, вероятно, не существует единого решения парадокса Ферми.
Комбинация факторов — включая, возможно, некоторые из тех, о которых говорилось выше, — вероятно, ответственна за «великую тишину», которая сейчас стоит перед нами.
И природа этих факторов может начать проясняться относительно скоро.
Например, скажем, ученые найдут доказательства прошлой или настоящей микробной жизни на Марсе, Европе или другом теле в нашей Солнечной системе, и что эти организмы представляют «второй генезис» — нечто совершенно отличное от жизни на Земле.
Такое открытие убедительно свидетельствует о том, что жизни не так уж сложно распространиться по всему космосу, позволяя исследователям вычеркнуть одно из возможных объяснений парадокса Ферми из длинного списка.
Несколько вопросов профессору Хайди Джо Ньюберг из Политехнического института Ренсселера о парадоксе Ферми.
Хайди Джо Ньюберг (Heidi Jo Newberg)
Профессор физики, прикладной физики и астрономии Политехнического института Ренсселера.
Хайди Джо Ньюберг — астрофизик, в настоящее время изучающая структуру нашей галактики.
Она проводила разнообразные исследования в области астрофизики, в том числе о звездах, сверхновых, наших галактиках и других.
Недавно она получила грант от НАСА на работу над альтернативой обычным телескопам для обнаружения экзопланет, на которых могла бы поддерживаться жизнь.
Склонны ли современные исследователи принимать предпосылку парадокса Ферми — то есть, если разумная жизнь за пределами нашей планеты существует, то вполне вероятно, что они уже вступили бы в контакт с Землей или достигли бы ее к настоящему времени?
Я не могу говорить за всех остальных, но нет, я не верю в эту предпосылку.
Поскольку Земля — единственная планета, где, как мы знаем, существует жизнь, мы можем строить только догадки, основываясь на том, как жизнь здесь эволюционировала.
Земля сформировалась около 4,6 миллиарда лет назад.
Жизнь на Земле зародилась по меньшей мере 3,5 миллиарда лет назад, поскольку были найдены окаменелости этого возраста, но ожидается, что более простые клетки сформировались раньше.
Возможно, жизнь на Земле зародилась очень быстро после того, как условия позволили сделать жидкую воду общедоступной.
С другой стороны, жизнь, в которой было более одной клетки, возникла примерно 1 миллиард лет назад, а люди не эволюционировали 0,2 миллиарда лет назад.
Насколько нам известно, люди — единственная форма жизни на Земле, которая думает о том, что происходит во Вселенной, и потенциально может общаться с другой жизнью.
Первые телескопы были изобретены около 400 лет назад, а первые космические зонды были запущены менее 100 лет назад.
Что я выношу из этого, так это то, что простую жизнь (например, одноклеточные организмы) может быть легко создать, но сложную жизнь сложнее, и жизнь, которая пытается общаться с жизнью в другом месте во Вселенной, может быть чрезвычайно редкой.
Хотя технология поиска внеземной жизни и связи с ней, однажды запущенная, по-видимому, развивается чрезвычайно быстро на временной шкале Вселенной, мы не знаем, как долго современные люди выживут как биологический вид.
Существует ли общепринятый способ разрешения парадокса Ферми?
Я сомневаюсь, что существует общепринятый способ разрешения парадокса Ферми, кроме как указать на тот факт, что у нас очень мало информации о высокоразвитой разумной жизни.
Мы не знаем, насколько это редкость, как долго существует цивилизация, насколько вероятно, что она захочет или не захочет общаться с нами, насколько вероятно, что она распространится по Галактике, или как мы узнаем и поймем друг друга.
В отсутствие какой-либо реальной информации, позволяющей разобраться во всем этом, просто кажется, что есть много возможностей решить эту проблему.
При оценке парадокса Ферми важно учитывать огромные космические расстояния в Млечном Пути.
Время, за которое свет достигает ближайшей звезды, составляет более четырех лет.
Если космический корабль движется со скоростью 32 000 километров (20 000 миль) в час, то ему потребуется более 33 000 лет, чтобы добраться туда.
Время прохождения света от Солнца до центра нашей галактики составляет 30 000 лет.
Время полета ракеты составляет 170 миллионов лет.
Совершенно неясно, захочет ли жизнь или сможет преодолеть такие расстояния, чтобы заселить Галактику.
Если это будет предпринято, неясно, найдутся ли подходящие места для его приземления и процветания.
Распространение жизни по галактике может оказаться намного сложнее, чем предполагал Ферми.
Обычно ли исследователи, изучающие экзопланеты, особенно потенциально обитаемые, рассматривают парадокс Ферми?
Современные исследователи, ищущие потенциально пригодные для жизни планеты, обычно используют уравнение Сигера, когда они думают о вероятности обнаружения жизни.
Это обновление уравнения Дрейка, которое представляло собой краткое изложение того, что люди искали в 1961 году.
Обратите внимание, что одно из ключевых отличий заключается в том, что уравнение Сигера спрашивает, сколько планет мы можем найти с жизнью, которая преобразовала атмосферу (например, путем фотосинтеза), в то время как уравнение Дрейка вычисляет количество цивилизаций, которые посылают обнаруживаемые радиоволны.
В 20 веке программа SETI искала эти цивилизации и не обнаружила никаких сигналов о них.
Итак, вы можете видеть, что разговор перешел к поиску жизни, которая не обязательно является разумной — чего-то, что, как показала история Земли, с гораздо большей вероятностью будет найдено.
Я время от времени провожу занятия по экзопланетам и жизни, и в учебнике, которым я пользуюсь, не говорится о парадоксе Ферми.
Я ожидаю, что большинство исследователей в настоящее время не задумываются об этом.
В настоящее время ведутся поиски экзопланет, пригодных для жизни экзопланет с жидкой водой и признаков жизни, которая не обязательно является разумной.
Какими способами текущие исследования могут в конечном итоге разрешить парадокс Ферми?
По мере того, как мы узнаем больше об экзопланетах, становится все более возможным делать статистические заявления о вероятности существования жизни и возможности ее распространения.
В основе парадокса лежит идея о том, что в Млечном Пути сотни миллиардов звезд, и при таком количестве на одной из них должна быть другая разумная жизнь.
Но на самом деле у нас нет способа оценить, так ли это.
В шести тоннах песка содержатся сотни миллиардов песчинок.
Таким образом, может показаться разумным предположить, что по крайней мере одна из них состоит из урана.
Но мы не ищем уран на пляже, потому что если бы он там был, он растворился бы в воде и был бы смыт.
Простое наличие большого количества объектов не означает, что, следовательно, должны существовать все возможности для того, что это за объекты.
Текущие эксперименты показывают нам, сколько существует экзопланет, каковы условия на этих планетах, насколько часто температура поверхности экзопланет позволяет иметь жидкую воду и, возможно, на скольких экзопланетах наблюдается обилие атмосферы, благоприятствующей существованию жизни.
Мы работаем над тем, чтобы действительно найти другую жизнь любого вида, которая есть на другой планете.
Эта информация дала бы нам некоторую основу для последующей экстраполяции на вероятность того, что технологические цивилизации сформируются где-то еще, и сказала бы нам, как далеко им, возможно, придется пройти, чтобы найти ближайшую обитаемую планету, где они могли бы основать колонию.
Если у вас остались вопросы или вы хотите оставить комментарий по этой статье - напишите его в разделе комментариев ниже.
До скорых встреч! Заходите!
