13.04.2015. - Как появился парадокс Ферми

Как появился парадокс Ферми

Это своего рода легенда, как с Ньютоном и яблоком. Однажды в 1950 году великий физик Энрико Ферми обедал с коллегами в Fuller Lodge в Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико и пришел к мощному аргументу о существовании внеземного разума, так называемому «парадоксу Ферми». Но как и многие легенды, эта верна лишь отчасти. Роберт Грей в журнале Astrobiology рассказал настоящую историю.

Энрико Ферми получил Нобелевскую премию по физике 1938 года и руководил командой, которая разработала первый в мире ядерный реактор в Университете Чикаго. Он внес важный вклад в Манхэттенский проект по разработке атомной бомбы во время Второй мировой войны. Лос-Аламосская лаборатория, в которой он работал, была штаб-квартирой проекта.

Рассуждения Ферми за обедом обычно представляют так: в галактике Млечный Путь есть много похожих на Землю планет. Если разумная жизнь и технологическая цивилизация возникает на одной из них, в конечном счете она изобретает межзвездные путешествия. Колонизирует ближайшие звездные системы. Колонии посылают собственные колонизационные экспедиции, и этот процесс будет продолжаться, пока каждая подходящая планета в галактике не станет обитаемой.

Тот факт, что на Земле пришельцев нет, являет собой убедительные доказательства, что в галактике их тоже нет. Этот аргумент конкретно не принадлежит Ферми и был опубликован спустя 25 лет астрономом Майклом Хартом. Позже раскрыт в статье, опубликованной космологом Фрэнком Типлером в 1980 году.

Разговор за обедом действительно имел место. Хотя всего спустя четыре года он умер от рака, физик Эрик Джонс опубликовал воспоминания о ланче компаньонов, который состоялся более 35 лет назад. Среди них были Эдвард Теллер, Эмиль Конопинский и Герберт Йорк, все — выдающиеся физики и ветераны Манхэттенского проекта. Теллер играл центральную роль в разработке водородной бомбы. Конопинский изучал структуру атомного ядра, а Йорк стал директором Ливерморской национальной лаборатории.

Во время прогулки к Fuller Lodge, физики обсуждали недавнюю волну знаков НЛО, а также снимок в New Yorker Magazine с изображением инопланетян и летающей тарелки. Хотя тема разговора сменилась, когда группа остановилась на ланч, Эдвард Теллер вспоминает, что «в середине беседы Ферми неожиданно задал вопрос: где все?». Ответом на его вопросы был смех, потому что несмотря на то, что вопрос всплыл совершенно внезапно, все сразу поняли, что тот говорит о внеземной жизни».

Вспоминая знаменитый ланч, Теллер писал: «Я не очень верю, что многое выплыло из того разговора, кроме, пожалуй, заявления, что расстояния до следующего места проживания живых существ могут быть слишком велики, а мы можем находиться где-то на отшибе галактики, далеко от городского центра, центра галактики».

Йорк вспоминал и более широкое обсуждение, в котором Ферми «представил серию расчетов вероятности землеподобных планет, вероятности возникновения жизни на Земле, вероятности развития человеческой жизни, вероятности развития и распространения высоких технологий и так далее. На основе этих расчетов он пришел к выводу, что нас должны были посетить много раз».

По мнению Йорка, Ферми предположил, что причина того, что нас не посетили, «может быть в невозможности межзвездного полета, или, если он возможен, он не стоит затраченных усилий, или же технологическая цивилизация не просуществовала достаточно долго, чтобы это произошло».

Получается, Ферми, в отличие от Харта, не был настроен скептически в отношении существования инопланетян и не рассматривал их отсутствие на Земле как парадоксальное. Нет парадокса Ферми, есть просто вопрос Ферми: где все? И на этот вопрос есть много возможных ответов. Ответ, который предпочел сам Ферми, сложился в том, что либо межзвездное путешествие не представляется возможным из-за огромных расстояний, либо странники чужих миров просто никогда не достигали Земли.

Межзвездные расстояния воистину огромны. Если всю Солнечную систему до орбиты Нептуна сжать до размеров небольшого квартала, ближайшая звезда Проксима Центавра все равно будет на расстоянии футбольного поля. На практике корабль должен либо двигаться очень быстро, набрав значительную долю от скорости света, или иметь возможность поддерживать свою команду в течение очень долгого времени. Будучи возможными в теории, межзвездные путешествия кажутся современному человеку чересчур грандиозной перспективой, потому непонятно, пойдет ли какая-нибудь цивилизация на трату чрезвычайного количества ресурсов ради такого путешествия.

Когда же вопрос Ферми начали путать с аргументом Харта? Карл Саган упоминал вопрос Ферми в примечаниях к статье 1963 года. После публикации работы Харта в 1975 году, вопрос Ферми и спекулятивный ответ Харта стали ассоциироваться в умах многих. Вопрос Ферми, казалось, просил ответа Харта, и так родился «парадокс Ферми». По мнению Роберта Грея, этот термин придумал Д. Стивенсон в работе, опубликованной спустя два года после работы Харта.

Что важного в том, что аргумент Харта никогда не выводил физики Энрико Ферми? Какой вклад внесли Майкл Харт и Фрэнк Типлер? Ответим и на эти вопросы.

«Парадокс Ферми»: вопросы к гипотезе Харта-Типлера

В общем и целом легенда космической эры получается неплохая. Выдающийся физик Энрико Ферми во время обеденного перерыва в Лос-Аламосской национальной лаборатории в 1950 году серьезно озадачился отсутствием внеземных цивилизаций.

Если инопланетяне, путешествующие в космосе, существуют, то согласно аргументу, они должны были распространиться в галактике и колонизировать каждый обитаемый мир. И даже Землю. Они должны быть здесь, но поскольку их нет, то, значит, и не существует вовсе.

Этот аргумент стал известен как «парадокс Ферми». Проблема в том, что, как мы узнали выше, Ферми никогда его не выводил. Как вспоминают его компаньоны по ланчу (сам Ферми умер от рака всего четыре года спустя и никогда ничего не публиковал на тему внеземного разума), он просто поднял вопрос: где все?

Ферми не сомневался в том, что внеземные цивилизации могут существовать, но допустил, что межзвездные путешествия могут быть неосуществимы или же инопланетяне просто не нашли Землю на просторах галактики.

Аргумент, утверждающий, что инопланетян не существует, на самом деле выдвинул астроном Майкл Харт в документе, опубликованном в 1975 году. Харт предположил, что если бы внеземные цивилизации появились в галактике, они бы изобрели межзвездные путешествия и начали колонизацию ближайших звезд. Эти колонии, в свою очередь, тоже начали колонизацию, пока вся галактика не наполнилась бы жизнью.

Сколько нужно времени, чтобы одна волна распространилась по галактике? Если предположить, что корабли будут путешествовать на одной десятой скорости света и что по прибытии не будет уходить время на строительство новых кораблей, по расчетам Харта, одна волна пересекает галактику за 650 000 лет.

Даже если увеличить время укрепления каждой колонии до строительства новых кораблей, галактику можно пересечь за 2 миллиона лет, а это мизерный интервал в космических или эволюционных масштабах времени. Харт утверждает, что поскольку здесь, на Земле, инопланетян нет, то и в галактике их тоже нет.

Аргумент Харта был расширен космологом Франком Типлером в 1980 году. Типлер предположил, что инопланетные колонисты должны заручиться помощью самовоспроизводящихся роботов. Его выводы были опубликованы в статье «Внеземных разумных существ не существует».

Почему так важно, что аргумент Харта был сформулирован не Энрико Ферми? Потому что имя Ферми может придавать аргументу степень доверия, которой он не заслуживает. Сторонники поиска внеземных цивилизаций (SETI) ищут доказательства того, что инопланетяне существуют, прослушивая радиоэфир радиотелескопами в поисках сообщений, которые могут транслироваться. Передача межзвездных сигналов будет куда дешевле, чем отправка корабля, да и технология уже существует.

Харт обратил внимание государственной политики на свой аргумент об отсутствии внеземной жизни. Его документ заключил, что «обширный поиск радиосообщений других цивилизаций, вероятно, является пустой тратой времени и денег».

Политические лидеры прислушались к совету Харта. Сенатор Уильям Проксмир успешно закрыл финансирование программы SETI в 1981 году, использовав аргумент Харта-Типлера. Вторая попытка NASA в плане SETI была утоплена Конгрессом в 1993 году, и с тех пор государственного финансирования поиска внеземных цивилизаций как такового в США нет.

Но насколько убедительна гипотеза Харта-Типлера? Как и Харт, Карл Саган был оптимистом по поводу перспектив межзвездных путешествий и опубликовал свой анализ последствий межзвездных путешествий внеземного разума на десять лет раньше, чем Харт, в 1963 году. Саган и его соавтор, русский астроном Иосиф Шкловский, посвятили целую главу этой теме в своей классике 1966 года «Разумная жизнь во Вселенной».

Как и Харт, Саган пришел к выводу, что «если взять колонизацию за правило, то даже одна покоряющая космос цивилизация быстро бы распространилась, гораздо быстрее, чем развивается галактика, по Млечному Пути. Появились бы колонии колоний колоний…». Почему же Саган, подобно Харту, не считает, что инопланетян не существует только потому, что они не посетили Землю?

Ответ в том, что Саган, в отличие от Харта, считал неограниченную колонизацию только одним из способов, которым может пользоваться внеземная цивилизация. Он писал, что «потенциально обитаемые планеты без технологических цивилизаций будут часто захватываться космическими путешественниками. Пока непонятно, каким будет их ответ… Может быть, строгие запреты на колонизацию населенных, но технически неразвитых планет войдут в некий Галактический Кодекс. Мы не в том положении, чтобы судить внеземную этику. Возможно, попытки колонизировать все потенциально обитаемые планеты уже предпринимались. Может быть великое множество промежуточных случаев».

Помимо предположения о том, что межзвездные путешествия осуществимы, у аргумента Харта есть конкретная и рискованная идея о том, как инопланетяне должны себя вести. Он предположил, что они должны проводить политику неограниченной экспансии, экспансировать быстро и, как только колонии установятся, существовать миллионы или даже миллиарды лет. Если какая-либо часть его рассуждений о том, как инопланетяне должны себя вести, будет ошибочна, то аргументация существования инопланетян будет разрушена.

Эволюционный биолог Стивен Джей Гоулд резко критиковал рассуждения Харта. Он писал, что «должен признаться, я просто не знаю, как реагировать на такие аргументы. Мне сложно прогнозировать планы и реакции близких мне людей. Меня сбивают с толку мысли и достижения людей разных культур. Будь я проклят, если могу с уверенностью рассуждать о том, что может делать некий внеземной источник интеллекта».

В 1981 году Саган и планетолог Уильям Ньюмен опубликовали ответ Харту и Типлеру. Хотя Харт использовал весьма простой математический аргумент, предполагая, что внеземная цивилизация должна распространяться со скоростью движения ее кораблей, Ньюмен и Саган использовали математическую модель, подобную тем, которую используют популяционные биологи для анализа распространения популяций животных, и попытались построить модель межзвездной колонизации.

Они пришли к выводу, что темпы экспансии, предложенные Хартом, крайне нереалистичны. Экспансия будет протекать в разы медленнее, например, если цивилизация будет контролировать рост популяции на конкретной планете с целью избежания экологического коллапса, если у колоний будет ограниченный срок жизни и если инопланетные сообщества в конечном итоге перерастут экспансионистские тенденции. Предположение Харта о том, что инопланетяне будут захватывать галактику со скоростью кораблей, просто не выдерживает критики. Можно пройти Рим за день, отмечали Ньюмен и Саган, но Рим возводился гораздо дольше и рос медленнее.

Если эволюция разумной жизни — это правило, другие цивилизации могут зародиться до того, как первая гипотетическая волна экспансии прокатится через галактику. Если несколько миров будут порождать волны колонизации, они могут столкнуться. Что тогда произойдет? Никто не знает. История галактики не может быть предсказана по двум уравнениям.

Для Ньюмена и Сагана отсутствие инопланетян на Земле не означает, что они не существуют в другом месте в галактике и что они никогда не запускали космические корабли. Это просто означает, что они ведут себя не так, как ожидал Харт. Ученые пришли к выводу, что «за исключением того, что мы, возможно, в самом начале жизни галактики, в ней нет старых галактических цивилизаций с установленной политикой касательно населенных миров; нет Галактической Империи».

Получается, Энрико Ферми никогда не приводил мощный аргумент о том, что внеземного разума, вероятно, не существует. И Майкл Харт этого не делал. Простая истина заключается в том, что никто не знает, существуют ли инопланетяне в этой галактике. Если они существуют, то вполне возможно, что обнаруженные радиосообщения предоставят нам нужные доказательства. И тогда мы прекратим спорить и начнем что-то исследовать.

http://hi-news.ru/space/razgovor-za-obedom-kak-poyavilsya-paradoks-fermi.html