Парадокс Ферми • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»

Поиск внеземного разума — или, как сегодня принято сокращенно называть это занятие по его английской аббревиатуре, SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence), — впервые был поставлен на повестку дня современной науки на конференции в радио-обсерватории в Грин-Бэнке (Green Bank), штат Западная Виргиния, США, в 1961 году. Было отмечено, что, получив в свое распоряжение мощные радиотелескопы, ученые могут теперь заняться отслеживанием сигналов, направляемых в нашу сторону внеземными цивилизациями из-за пределов Солнечной системы (при условии, что такие цивилизации существуют и стремятся к установлению контакта). В те оптимистичные ранние дни энтузиасты SETI предполагали, что во Вселенной существуют тысячи и тысячи цивилизаций, объединенных в «галактические клубы», и что мы находимся на пороге вступления в такое межзвездное сообщество нашей Галактики (см. Формула Дрейка).

Возможно, они проявили бы большую сдержанность, если бы прислушались к мнению, высказанному за одиннадцать лет до этого американским физиком итальянского происхождения, нобелевским лауреатом Энрико Ферми. Как-то раз за обедом в Лос-Аламосе (Los Alamos), выслушав доводы своих коллег в пользу существования в Галактике великого множества высокоразвитых технологических цивилизаций, он после некоторой паузы просто спросил: «Ну, и где они в таком случае?»

С тех пор этот аргумент, будучи сформулирован теми или иными словами, является главными вилами в бок сообщества SETI. Приведу пример одной из его развернутых формулировок: «Законы природы едины повсюду во Вселенной, поэтому любая высокоразвитая цивилизация располагает теми же научно-техническими и технологическими возможностями, что и человечество. Уже сейчас у нас имеются вполне реальные проекты межзвездных космолетов, способных развивать скорость порядка 10% скорости света, и такие корабли в обозримом будущем вполне могут доставить людей к ближайшим звёздам. Любая цивилизация, располагающая такими кораблями, могла бы расселиться по всей Галактике и колонизировать пригодные для жизни планеты всего за несколько миллионов лет — срок огромный с точки зрения человеческой истории, но по космической шкале это просто миг. Если бы в Галактике сегодня действительно существовали тысячи цивилизаций, первые из них добрались бы сюда миллионы лет тому назад. Майкл Харт (Michael H. Hart, р. 1932) в 1975 году выдвинул аргумент, что само по себе отсутствие инопланетян на Земле прямо сейчас является убедительным доказательством отсутствия высокоразвитых внеземных цивилизаций как таковых (поэтому этот парадокс иногда называют еще

парадоксом Ферми—Харта). Так действительно, где же они?

И от этого вопроса не отделаешься утверждениями наподобие того, что инопланетяне не склонны к путешествиям (гипотеза картофельных грядок) или исподволь наблюдают за нами со стороны (гипотеза зоопарка, где человечество является редким и оберегаемым экспонатом). Обе эти гипотезы — и многие другие — страдают одним неисправимым недостатком: они исходят из неоправданной предпосылки, что

всем внеземных цивилизациям присуще какое-либо общее качество: то ли все внеземные цивилизации склонны к патологическому домоседству, то ли у всех внеземных цивилизаций действует (и, к тому же, неукоснительно соблюдается!) один и тот же этический принцип невмешательства в инопланетные дела. Но ведь, если цивилизаций в обозримом космосе тысячи, такое их единообразие практически невозможно по теории вероятностей! В конце концов, человечество устраивает на Земле заповедники для охраны редкой дичи, однако это далеко не всегда мешает браконьерскому промыслу.

Могу привести пример, почему гипотеза зоопарка, с моей точки зрения, несостоятельна. Когда я состоял во втором браке, тестем мне доводился егерь из заповедника в округе Карбон, штат Монтана, — безлюднейший и живописнейший уголок Северной Америки представляет собой эта местность. На десятки миль вокруг там нет ни одного населенного пункта, практически отсутствуют подъездные пути, однако практически ежедневно моему тестю приходилось иметь дело с браконьерами, охотившимися на дичь и ловившими рыбу в местных горных озерах. Так велики ли шансы, что

все без исключения внеземные цивилизации не только запрещают своим представителям вступать в контакт с человечеством, но и способны обеспечить соблюдение этого запрета? По-моему, шансов мало.

Начиная с 1961 года, поиски радиосигналов от внеземных цивилизаций не раз прекращались, потом снова возобновлялись. Результаты же были неизменно отрицательными — свидетельств существования внеземного разума как не было, так и нет. Историю таких наблюдений можно использовать для очерчивания в дальнем космосе границ, за которыми существование технологически развитых цивилизаций всё ещё вероятно. Сегодня мы доподлинно знаем, например, что в радиусе 1000 световых лет от Земли в космосе нет ни одной цивилизации, которая генерировала бы сигналы каким-либо из известных нам способов.

Ученые, занимающиеся SETI, классифицируют цивилизации по их способности генерировать энергию. Цивилизации типа I генерируют энергию в объемах, примерно равных объемам энергии, получаемой их планетой от своей звезды, а цивилизации типа II — порядка энергии, излучаемой их звездой. (По этой классификации человечество относится к «типу 0,7» — на Земле вырабатывается 70% от количества энергии, необходимого, чтобы называться цивилизацией типа I.) Сегодня можно с уверенностью сказать, что цивилизаций типа I нет в радиусе десяти тысяч световых лет от Земли, а цивилизаций типа II — не только в пределах нашей Галактики, но и в сопредельных с нашей галактиках, составляющих с нею единое галактическое скопление. Предположительно эти пределы будут расширяться и далее.

Как вы, наверное, уже догадались, к перспективе обнаружения внеземных цивилизаций я отношусь весьма скептически. Тем не менее, я твердо уверен в необходимости продолжения их поиска. Это, пожалуй, единственное научное исследование, результаты которого окажутся фантастическими при любом его исходе.

Ученые предложили решение парадокса Ферми: Наука и техника: Lenta.ru

Американские ученые предложили свое решение знаменитому парадоксу Ферми. Их статья еще пока нигде не опубликована, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

Под парадоксом Ферми понимают противоречие между высокой вероятностью существования разумной жизни во Вселенной и отсутствием видимых признаков этого существования. Данный парадокс был сформулирован известным физиком Энрико Ферми в 50-х годах прошлого века в виде простого вопроса: «Если внеземных цивилизаций так много, то где они?»

В своей работе американские исследователи рассчитывали среднюю плотность распределения разумных цивилизаций в космическом пространстве, необходимую для установления контакта между двумя из них. В качестве одного из параметров ученые рассматривали так называемое время жизни разумной цивилизации — период, в течение которого существа посылают в космос радиосигналы. При этом исследователи учитывали, что с увеличением расстояния сила радиосигнала уменьшается, и он становится неотличим от фона.

В результате ученые установили, что при некоторых значениях параметров, входящих в задачу, получаются совершенно неожиданные результаты. Так, если положить среднее время жизни разумной цивилизации в нашей Галактике равным 1000 лет (земляне посылают радиосигналы в космос всего около 100 лет), то в Млечном Пути могут существовать, не зная друг о друге, более 200 цивилизаций.

Поводом для критики новой работы может послужить тот факт, что в своих вычислениях ученые используют значительно усложненный вариант хорошо известной формулы Дрейка. Эта формула, предложенная Фрэнком Дрейком (Frank Drake) в 60-х годах прошлого века, позволяет, исходя из некоторых предположений, определить количество цивилизаций в нашей Галактике, с которыми человечество потенциально может вступить в контакт. Эта формула уже неоднократно критиковалась за то, что в нее входят параметры, значение которых определить на данном уровне развития науки невозможно в принципе.

В настоящее время крупнейшим проектом по поиску внеземных цивилизаций является программа SETI@Home. С ее помощью любой желающий может скачать и установить программное обеспечение, которое, когда компьютер не используется, будет заниматься расшифровыванием радиосигналов, полученных системой телескопов Allen Telescope Array. Совсем недавно руководители этого проекта заявили, что планируют найти внеземную жизнь к 2025 году.

где все инопланетяне? / Хабр

Первая статья из серии, где подробно изучается известный «парадокс Ферми» — отсутствие видимых следов деятельности инопланетных цивилизаций, которые должны были бы расселиться по всей Вселенной за миллиарды лет её развития

«Одна из основных тем, на которой мы сконцентрировались – это понятие экзистенциального риска, и представление о вероятности вымирания человечества», — писал Эндрю Снайдер-Битти в материале «Великий фильтр», опубликованном в журнале Ars Technica. Материал рассказывал об открытии экзопланеты Кеплер-186f, находящейся в «зоне обитаемости».

«Великий фильтр» – это ответ на вопрос о том, почему мы до сих пор не увидели признаков деятельности инопланетных цивилизаций. «Великий фильтр» решает те же вопросы, что и уравнение Дрейка, определяющее вероятность связаться с внеземной цивилизацией, и парадокс Ферми, который спрашивает, а где все цивилизации.

Проще говоря, идея в следующем. Если цивилизация непрерывно расширяется (особенно на такой скорости технического прогресса, которую мы испытываем сегодня), то за время жизни Вселенной должны были бы появиться искусственные процессы, которые мы могли бы заметить в телескопы. Даже если принять ограничение максимальной скорости в виде скорости света. Возможно, что-то мешает этим цивилизациям проявить себя.

Вот несколько возможных вариантов работы фильтра – как от Снайдера-Битти, так и от человека, впервые придумавшего название «великого фильтра» в 1996, Робина Хэнсона.

Гипотеза «Редкой Земли»

Может, Земля одинока во Вселенной. Кто-то предполагает, что жизнь – относительно частое явление, поскольку она появилась здесь. Снайдер-Битти указывает на систематическую ошибку наблюдателя, усложняющую подобный анализ. Поскольку размер выборки ограничен только одной планетой, сложно оценить вероятность появления жизни. Может оказаться, что кроме нас никого нет. В каком-то смысле эта мысль может и успокаивать, поскольку тогда не обязательно должна существовать катастрофа, настигающая все цивилизации.

Астероид, летящий к Земле, в представлении художника

Передовым цивилизациям сложно возникнуть

Хэнсон в это не верит. Первый шаг – это перейти от более-менее интеллектуальных млекопитающих до возможностей современного человека. Второй шаг – от возможностей современного человека до передовых цивилизаций. На первый шаг ушло несколько миллионов лет. «Если уничтожить всех людей на Земле но оставить жизнь, интеллект достаточно быстро появится снова». Некоторые из шагов фильтра, ведущие к этому событию, могут занять больше времени – включая появление многоклеточных организмов и мозга. На каждый шаг может уйти примерно по миллиарду лет.

Сценарий берсерка

В данном сценарии могущественные инопланетяне скрытно ждут появления признаков чужого интеллекта, чтобы уничтожить его носителей. Хэнсон считает, что тогда могло бы появиться несколько подобных цивилизаций, которые пытались бы уничтожить друг друга.

Естественные процессы маскируют наличие внеземной жизни

Возможно, некие объёмные естественные процессы, происходящие в космосе, маскируют деятельность инопланетян. Хэнсон считает это маловероятным – было бы «удивительным совпадением», если бы за все астрономические явления, которые мы объясняем естественными процессами, отвечали передовые технологии – от пульсаров до тёмной материи.

Гамма-лучевой пульсар в представлении художника. Гамма-лучи тут фиолетовые, а радиоволны – зелёные.

Природная катастрофа

Для жителей Земли действительно существуют определённые риски. Один удар астероида, поток излучения от недалекой сверхновой, достаточно большой вулкан – всё это может уничтожить как цивилизацию, так и жизнь в целом. «Принято считать, что мы подобные катастрофы уже переживали. И что уничтожение всей жизни полностью и навсегда — маловероятно. „Если останутся живые люди, то на возвращение к цивилизации им потребуется 10 000 лет, что просто мгновение“, — сказал Хэнсон. Статистически подобные события происходят редко. „Маловероятно, что одно из этих событий произойдёт в следующие 100 или 300 лет“, — сказал Снайдер-Битти.

Фундаментальная технология, уничтожающая цивилизацию

Тут можно рассуждать сколько угодно. Катализатором может стать, к примеру, изменение климата – хотя было бы странно, если бы все цивилизации сталкивались с одинаковыми политическими проблемами, сказал Снайдер-Битти. Возможности более общего плана – появление искусственного интеллекта или распределённой биотехнологии, размножающей саму себя. Хэнсон указывает, что и у таких технологий есть ограничения – в таком случае сами роботы могли бы начать осваивать космос, оставляя следы наличия цивилизаций.

Решение

Хэнсон говорит, что нашей цивилизации нужно сосредоточиться на тех областях, которые мы способны контролировать. Нужно составить список вещей, способных нас убить – пусть и чисто теоретически – и работать с ними.

Однако вопрос отсутствия признаков других цивилизаций остаётся открытым.

Обречены ли разумные цивилизации?

Решений парадокса Ферми существует множество. Возможно, инопланетян не так уж много. Возможно, мы слишком далеко друг от друга. Возможно, они просто не хотят беседовать с нами, поскольку мы им противны. Возможно, мы живём в космическом зоопарке.

Возможно, что мы – первая разумная цивилизация, появившаяся во всей Вселенной. Мне эта идея никогда не нравилась. Если мы – это лучшее, на что способна Вселенная за миллиарды лет, мне придётся серьёзным образом изменить свои ожидания.

Есть ещё одна теория, хотя она вам может не понравится – Великий фильтр, не дающий формироваться разумным цивилизациям, и напоминающий нечто, пришедшее из работ Филиппа Дика.

Задумайтесь о длинной последовательности шагов, которые понадобились для того, чтобы привести Землю из первоначального состояния в текущее. Планете с правильной комбинацией атомов нужно было обладать жидкой водой достаточно долго для того, чтобы сформировались молекулы, которые каким-то образом должны были начать воспроизводиться, и стать в итоге первыми организмами. Из них затем получились многоклеточные организмы, которые научились половому размножению, в результате эволюции стали пользоваться инструментами, и в итоге стали разумной жизнью – параллельно пережив парочку вымираний планетарного масштаба. И в какой-то момент в будущем эта разумная жизнь продолжает существовать и колонизирует всю галактику.

Человечество прошло предыдущие шаги, следовательно, они не невозможны. Может, очень сильно маловероятны, но не невозможны. Никакие известные нам законы физики не запрещают нам в будущем создать машины, которые помогут нам колонизировать всю галактику. Красивые машины с мигающими огоньками – возможно, использующие и плоть будущих поколений людей. А если нам это удастся, то и любой другой расе тоже.

Если Вселенная существует около 14 млрд лет, а мы успели всё это за малую долю этого срока, то времени на подобные достижения было уйма. И всё же – никаких инопланетян. Может, нас всё-таки ждёт Великий фильтр. И как бы мы ни старались выйти за пределы Солнечной системы, что-то нас остановит.

Результат наблюдений Hubble Ultra Deep Field 2012 – улучшенный вариант наблюдения Hubble Ultra Deep Field с увеличенным временем съёмки. Впервые мы увидели дальние галактики с красным смещением от 9 до 12 единиц, включая и наиболее далёкие из наблюдаемых по сей день объектов. Так много мест, где могли бы появиться инопланетяне. Так где же они?

Чем может оказаться этот Великий фильтр? Идей на этот счёт много. Возможно, все цивилизации однажды открывают ужаснейшее оружие и самоуничтожаются. Они могут разработать технологию виртуальной реальности и решить провести своё время внутри неё. Они могут создать экзотическую материю, уничтожающую всю планету. Или сотворить роботов-слуг, которые в итоге свергают своих хозяев в планетарном робокалипсисе. Возможно, кто-нибудь создаёт сверхчуму, уничтожающую всю жизнь. Или цивилизация разрушает окружающую среду и её способность поддерживать жизнь, засорив океаны пластиком, а атмосферу – СО₂, превращая планету в скороварку. Или может они просто смотрят слишком много реалити-шоу и тупеют настолько, что разучиваются есть и умирают.

И за всем этим стоит навязчивая идея. Если Великий фильтр существует – он должен накрывать 100% цивилизаций. Потому что даже если 1% инопланетян выживет, они смогут колонизировать галактику. Но по сей день мы не увидели никаких инопланетян.

В будущем нас может ждать какое-либо разрушительное событие высокой вероятности, которое произойдёт незадолго до того, как мы могли бы стать космической цивилизацией. И мы никак не можем предсказать или избежать его. Идея того, что все развитые цивилизации обречены, заставляет тревожиться.

Надеемся, что теория Великого фильтра неверна. И либо мы – просто первая развитая цивилизация Млечного пути, или мы догадаемся о том, что нам грозит, и избежим катастрофы, уничтожившей всех инопланетян в галактике.

Парадокс Ферми / Хабр

В чудную звёздную ночь каждый ощущает нечто особенное, когда обращает свой взор в небо и видит подобную картину:

Как правило, многие люди поражены эпической красотой или даже обескуражены грандиозными масштабами Вселенной. Лично мною овладевает «экзистенциальная опустошённость» — удручающее состояние, не покидающее меня, по крайней мере, последующие полчаса. Каждый чувствует нечто.

Вот это самое нечто ощутил и физик Энрико Ферми, задавшийся резонным вопросом: «А где все?«.
________________

Что и говорить, картина ночного звездного неба — зрелище впечатляющее. Но мы ведь наблюдаем только ближайшие окрестности. В самую ясную ночь мы видим до 2500 звезд (то бишь, одну стомиллионную часть от общего количества звёзд Нашей Галактики). Практически все из них находятся ближе, чем в 1000 световых лет от нас (что составляет всего лишь 1% от диаметра Млечного Пути). И видим мы, на самом деле, всего лишь вот это:

Когда люди размышляют о звёздах и галактиках, они часто задаются вопросом: «Есть ли где-то там разумная жизнь?». Ну что ж, чтобы прикинуть возможный ответ на этот вопрос, приведём несколько цифр.

Подобно количеству звёзд в Нашей Галактике (100-400 миллиардов), примерно в такое же число оценивается количество галактик в видимой Вселенной. Другими словами, каждой звезде в Млечном Пути сопоставлено колоссальное количество звёзд в остальном космосе. Если исходить из общего количества звёзд (обычно речь о числе между 10²² и 10²⁴), то получается, что на каждую песчинку на всех пляжах Земли приходится порядка 10 тысяч звезд.

В научном сообществе придерживаются разных мнений о том, каков процент звезд, похожих на наше Солнце (т.е. сопоставимых по размеру, температуре и светимости) — по разным оценкам обычно составляет от 5% до 20% от общего числа звёзд. Если даже ограничиться самым скромным предположением (5%), а также взять нижнюю оценку по общему количеству звезд (10²²), то это даёт нам 500 квинтиллионов или 500 миллиардов миллиардов солнцеподобных звезд.

Также продолжаются дискуссии, каков процент из солнцеподобных звезд, вокруг которых вращаются землеподобные планеты (имеющие похожие температурные условия, позволяющие воде находиться в жидком состоянии, и, возможно, поддерживающие жизнь, подобную той, что есть на Земле). Некоторые оптимисты считают, что процент таких систем достаточно высок, 50%. Однако давайте примем более осторожную оценку в 22%, полученную в ходе недавнего исследования Национальной Академии наук США. Из этого следует, что потенциально обитаемые землеподобные планеты, вращаются по крайней мере вокруг 1% от общего количества звезд во Вселенной. В общей сложности это 100 миллиардов миллиардов планет земного типа.

Таким образом, на каждую песчинку на Земле приходится 100 землеподобных планет. Поразмышляйте об этом в следующем походе на пляж.

Продвигаясь вперёд, нам не остаётся ничего другого, как немного поспекулировать. Тем не менее, давайте рассуждать дальше. Представим, что через миллиарды лет своего существования, на 1% планет земного типа развилась жизнь (если это правда, каждая земная песчинка будет соотноситься с одной такой обитаемой планетой). И вот, допустим, на 1% из таких планет, жизнь выходит на разумный уровень, как это произошло здесь, на Земле. Это означает существование 10 квадриллионов или 10 миллионов миллиардов разумных цивилизаций в наблюдаемой Вселенной.

Вернёмся в родную галактику и произведём те же арифметические выкладки, исходя из нижней оценки для количества звезд в Млечном Пути (100 миллиардов). Мы насчитаем 1 миллиард землеподобных планет и 100 тысяч разумных цивилизаций в Нашей Галактике. Кстати, уравнение Дрейка как раз предоставляет формальный метод для получения схожих результатов.

Есть такой международный проект — SETI (от Search for Extraterrestrial Intelligence т.е. Поиск внеземного разума). В его рамках осуществляется поиск возможных радиосообщений от внеземной разумной жизни. Если мы посчитали всё верно, и действительно существует 100 тысяч разумных цивилизаций только в Нашей Галактике, и если даже лишь небольшая часть из них пытается связаться с другими посредством радиоволн, лазерных лучей или чего-то ещё — не должны ли SETI в свои астрономические сети поймать все разновидности этих сигналов?

Увы и ах. Сигналов нет. От слова «вообще».

И где же все?

Странно получается. Наше Солнце достаточно молодо по сравнению с возрастом Вселенной. Есть гораздо более старые звезды, вокруг которых обращаются древние землеподобные планеты. Теоретически, уже давным-давно существуют цивилизации, гораздо более продвинутые чем мы. В качестве примера, давайте сравним наш 4540000000-летнюю Землю и гипотетическую 8-миллиарднолетнюю планету «Икс».

Если планета «Икс» развивалась аналогично Земле, поглядим, на каком уровне развития их цивилизация окажется сегодня. Оранжевый отрезок проиллюстрирует, насколько велик зеленый временной параметр:

Технологии и знания цивилизации, которая всего-то на тысячу лет старше чем мы, повергнут нас в шок, как наш мир оказался бы шокирующим для жителя Средневековья. Цивилизация, старшая на миллион лет, может оказаться вообще недостижимой нашему пониманию, как понимание человеческой культуры недостижимо для шимпанзе. А что говорить о планете «Икс», старшей нас на 3,4 миллиарда лет…

Есть так называемая Шкала Кардашёва, которая разделяет разумные цивилизации на три обширные группы, исходя из количества потребляемой энергии.

Цивилизация I типа имеет возможность использовать всю энергию на собственной планете. Мы, между прочим, пока ещё не дотягиваем до данного уровня, но уже достаточно близки к нему. Карл Саган разработал формулу для этой шкалы. И если условный коэффициент цивилизации I типа взять за единицу, то наш показатель сейчас — 0,7.

Цивилизация II типа может задействовать всю энергию своей звезды. Как это могло бы выглядеть, нам, представителям недо-цивилизации I типа представляется пока слабо, но попытки заглянуть в будущее рисуют нам экстравагантные астросооружения, наподобие сферы Дайсона.

Цивилизация III типа имеет доступ к энергии, которую можно получить со всей галактики.

Если Вам в такой уровень сложно поверить, вспомните про планету «Икс», опередившую нас на 3,4 миллиарда лет. Если цивилизация на планете «Икс» была схожа с нашей (на раннем этапе развития), ей удалось выжить и она преодолела тернистый путь до уровня III, то вполне логично предположить, что они, наверное, освоили межзвездные путешествия и в настоящее время, очень даже может быть, колонизировали всю галактику.

Одна из гипотез о том, как могла бы происходить галактическая колонизация подразумевает создание специального космического корабля, самостоятельно посещающего другие планеты, на которых в течении 500 лет или около того из местного сырья строятся самовоспроизводящиеся реплики этого корабля, которые отправляются к следующим планетам делать то же самое. Даже не путешествуя с околосветовой скоростью, таким образом можно колонизировать всю галактику за 3,75 миллиона лет. Это мгновение, когда речь о масштабах в миллиарды лет.

Продолжаем рассуждать. Если всего 1% разумной жизни удастся прожить достаточно долго, чтобы стать колонизатором галактики, т.е. цивилизацией III типа, то наши расчеты показывают, что в Нашей Галактике уже должно быть не менее тысячи таких сверхцивилизаций. Учитывая их возможности, их присутствие, вероятно, было бы довольно заметно. И все же мы не видим ничего такого, не слышим, и вообще никто к нам пока не прилетел.

________________

Добро пожаловать в парадокс Ферми.

У нас нет ответа на этот парадокс. Лучшее, что мы можем предпринять — это придумывать возможные объяснения. И если спросите десять ученых, о том, что же на самом деле происходит, получите десять разных ответов. Вы ведь наслышаны о научных дискуссиях прошлого, когда учёные спорили, является ли Земля круглой, вращается ли Солнце вокруг Земли или вообще, о том, что молнии возникают, потому что их извергает Зевс. Что? То были тёмные времена, примитивные представления об окружающем мире? С парадоксом Ферми мы примерно на таком же уровне.

Разберём подробнее наиболее известные объяснения парадокса Ферми. Разделим их на две большие группы. В первой группе рассмотрим те гипотезы, которые предполагают, что мы не видим цивилизаций II и III типа, прежде всего потому, что таких цивилизаций нет. Во второй группе — те объяснения, которые предполагают, что сверхцивилизации есть, однако мы не видим следов их присутствия в силу тех или иных причин.

Те, кто придерживаются объяснений из первой группы налегают на так называемую проблему неэксклюзивности (non-exclusivity problem). Они отвергают любую теорию, которая утверждает примерно следующее: «Да, высшие цивилизации есть, но они не входят с нами в контакт, потому что все эти высшие расы ________». Адепты группы 1 ссылаются на беспристрастную математику, которая нам говорит, что должны быть тысячи (а то и миллионы) высших цивилизаций и по крайней мере одна из них будет исключением из правила. Даже если некое правило (почему они не вступают в контакт с человечеством) выполняется для 99,99% сверхразвитых инопланетных рас, оставшиеся 0.01% это правило нарушат и мы достоверно узнали бы, что не одиноки во Вселенной.

Поэтому, утверждают представители группы 1, суперпродвинутых цивилизаций попросту нет и по-другому молчание космоса объяснить нельзя. Математика показывает, что разумные расы должны существовать тысячами только в нашей собственной галактике. Значит есть ещё что-то, некий фактор, мешающий их переходу на высший уровень.

И это что-то называется Великим Фильтром.

Теория Великого Фильтра утверждает, что любая цивилизации в процессе своего развития натыкается на некий барьер, препятствующий её переходу на III уровень. Во время длительного эволюционного процесса разумная жизнь приходит к некоему этапу, преодолеть который крайне маловероятно или вообще невозможно. Этот этап и есть пресловутый Великий Фильтр.

Если эта теория верна, то важно узнать, когда же и при каких обстоятельствах цивилизации сталкиваются с Великим Фильтром?

Этот вопрос отнюдь не праздный, особенно если речь о судьбе человечества. В зависимости от того, каким образом случается Великий Фильтр, мы сталкиваемся с тремя возможными сценариями: мы особенные, мы первые или мы обречённые.

Мы особенные. Великий Фильтр уже позади нас

Некоторая надежда есть на то, что Великий Фильтр уже позади, нам удалось его преодолеть. Сие означает, что жизнь крайне редко достигает того уровня развития, которого уже достигли мы. На диаграмме ниже показано только два разумных вида, оставивших в прошлом Великий Фильтр и мы — один из них.

Этот сценарий объясняет, почему нет цивилизаций III типа и показывает, что мы могли бы быть одним из немногих исключений, сумевших преодолеть критический рубеж. Стало быть, есть надежда. На первый взгляд, мы недалеко уходим от людей, живших 500 лет назад, считавших Землю центром мироздания, а человека — венцом творения Божьего. Тем не менее, мы сталкиваемся с феноменом, который ученые называют «эффект выборочного наблюдателя» (

observation selection effect

). Если представители вида размышляют о собственной исключительности в контексте разумной жизни, то это прежде всего потому что на их планете с возникновением разумной жизни произошла «история успеха». А так ли это на самом деле, эволюционирует ли жизнь до разумного состояния на самом деле очень редко или достаточно часто, на мысли и выводы рассуждающих это не влияет. Но возможность того, что мы всё-таки особенные, по крайней мере есть.

(Прим. переводчика — «Антропный принцип», «Систематическая ошибка выжившего» — из той же темы)

И если мы особенные, то когда именно это проявилось? Какой решительный шаг нам удалось совершить, на котором спотыкаются остальные?

Как вариант: Великий Фильтр мог быть в самом начале. Не исключено, что само зарождение жизни является экстраординарным событием. Жизнь появилась только через миллиард лет после рождения Земли. Люди пытались воспроизвести это событие в лабораториях и у них ничего не вышло. Если это действительно был Великий Фильтр, это означает, что в глубинах космоса практически нет не только разумной жизни — там и просто жизнь днём с огнём не сыщешь.

Ещё вариант: Великим Фильтром мог быть переход от прокариотов к эукариотам. Когда прокариоты появилась на свет, они не развивались в течение почти двух миллиардов лет. И лишь по прошествии такого времени совершили эволюционный скачок, в результате которого они усложнились и приобрели клеточное ядро. Если это Великий Фильтр, то тогда Вселенная кишит примитивными клетками-прокариотами — и только.

Есть ряд других вариантов. К примеру, кто-то считает, что последний скачок мы сделали, обретя интеллект. По мнению большинства учёных переход от полуразумной жизни (шимпанзе), к разумной (человек) не является чем-то невозможным. Но, к примеру, Стивен Пинкер отвергает идею о неизбежности движения вверх по эволюционной лестнице. «Эволюция не стремится к некой цели. Если необходимо, она адаптирует вид, приспосабливая его с достаточной пользой в рамках экологической ниши. И тот факт, что на Земле, это привело к технологическому уровню вида лишь однажды, позволяет предположить, что подобный результат естественного отбора — редкость и, следовательно, ни в коем случае однозначно не определяет эволюционное развитие дерева жизни».

Большинство эволюционных скачков не квалифицируются как вероятные кандидаты в Фильтр. Потенциальный Великий Фильтр, это редкое событие а-ля «один-на-миллиард». И если событие произошло несколько раз, этого достаточно, чтобы исключить его из списка кандидатов. Переход от одноклеточных организмов к многоклеточным не подходит потому, что это происходило достаточно часто, не менее 46 раз в разных частях Земли. Из тех же соображений, если будут найдены окаменелые эукариоты на Марсе, переход от прокариотов к эукаритоам можно будет не рассматривать в качестве возможного Великого Фильтра (а также всё то, то случается до этого момента в эволюционной цепочке). Потому что, если это произошло и на Земле и на Марсе, это определенно не является исключением из разряда «один-на-миллиард».

Если мы действительно особенные, это необязательно может быть следствием неопределенного биологического события. Есть так называемая «Гипотеза уникальной Земли», предполагающая, что хотя в Галактике немало землеподобных планет, для зарождения жизни необходимы специфические условия, связанных с этой солнечной системой. Такой спутник как Луна достаточно необычен (если брать в расчёт такой крупный спутник для такой небольшой планеты, что обеспечивает нам определённые погодные условия и влияет на состояние океана). Или что-то ещё, что делает условия на планете благоприятными для жизни.

Мы первые

Некоторые из тех, кто предпочитает парадигму группы 1, считают что хотя мы не преодолевали Великий Фильтр, есть некоторая вероятность того, что во Вселенной только сейчас, впервые с момента Большого Взрыва, появились условия, способствующие появлению разумной жизни и её последующему развитию. В этом случае, мы и многие другие виды, пока ещё на пути к суперинтеллекту, и качественный скачок просто ещё нигде не произошёл. Мы появились в нужное время и у нас все шансы на то, чтобы стать одной из первых сверхразумных цивилизаций.

Одним из явлений, способствующих такому положению дел, могла бы быть достаточная распространённость гамма-всплесков. Это взрывы чудовищной силы, наблюдаемые в далеких галактиках. Точно также, на ранней Земле только спустя сотни миллионов лет прекратилась астероидная бомбардировка и поутихли древние супервулканы, благодаря чему жизнь наконец-то стала возможной. Быть может, это произошло впервые с начала существования Вселенной, которая насыщена катастрофическими событиями (те же гамма-всплески сжигают время от времени галактические окрестности и не допускали в прошлом развитие жизни до определенной стадии). Теперь, возможно, мы находимся в разгаре фазового перехода Вселенной к астробиологическому состоянию и только относительно недавно настали времена, когда жизнь имеет возможность развиваться в течении необходимого времени.

Мы обречены. Великий Фильтр ещё впереди

Если мы ни особенные, ни первые, то последователи из группы 1 предполагают, что Великий Фильтр ожидает нас в будущем. Жизнь возникает и развивается регулярно, но неизбежно происходит некое событие, мешающее жизни зайти достаточно далеко в своём развитии и достичь сверхинтеллекта. Это происходит практически во всех случаях, и мы вряд ли станем исключением.

На роль Великого Фильтра претендуют вышеупомянутые гамма-всплески — регулярно встречающееся катастрофическое событие. И это вопрос времени, когда всё живое на Земле будет внезапно уничтожено. Другим кандидатом, является гипотетическое неизбежное самоуничтожение, которое происходит с любой цивилизацией, как только она достигает определенного уровня развития своих технологий.

Именно поэтому профессор Оксфордского университета Ник Бостром утверждает, что «отсутствие новостей — наилучшая новость». Открытие даже примитивной жизни на Марсе фактически будет означать, что потенциальные Великие Фильтры не пройдены в прошлом. И если мы обнаружим окаменелости сложной формы жизни на Марсе, по мнению Бострома «это будет наихудшей новостью, которую когда-либо печатали на первых полосах газет». Ибо это означает, что для нас Великий Фильтр впереди и мы, в конечном счете, в будущем обречены на погибель. По поводу парадокса Ферми Бостром придерживается мнения, что «молчание неба — воистину золото».

В группе объяснений №2 предлагается избавиться от каких-либо предположений, что мы редкие и уникальные, самые первые и т.п. Напротив, за основу берётся принцип посредственности. Отправной точкой является то, что Наша Галактика, Солнечная система, планета Земля, уровень интеллекта человеческой расы и пр. — не являются чем-то уникальным и даже наоборот. Также утверждается, что отсутствие признаков деятельности высших существ вовсе не говорит об их несуществовании. В конце концов, диапазон нашего поиска охватывает всего-то около 100 световых лет (0,1% от всей галактики). Возможных объяснений предлагается множество. Приведём с десяток из них.

Объяснение 1. Представители сверхразумной цивилизации уже посещали Землю в далёком прошлом

Наша цивилизация как таковая развивается только последние 50 тысяч лет, небольшой всплеск в океане времени. Если контакт произошёл раньше, то в результате его, разве что напуганые утки по воде крыльями похлопали. Письменность изобретена вообще 5,5 тысяч лет назад. Может, древние охотники-собиратели и столкнулись с

НЁХ

(

crazy alien shit

), но вряд ли у них была возможность оставить для потомков адекватное описание произошедшего.

Объяснение 2. Галактика давным-давно колонизирована, просто мы обитаем в захолустье

О том что Америка колонизирована европейцами, племена инуитов на севере Канады узнали спустя много десятилетий. Возможно, имеет место своеобразная «урбанизация», и родные пенаты множества иных цивилизаций соседствуют в определённых местах галактики, где наблюдается повышенная плотность звёздно-планетных систем. И никому нет дела до отдалённой части спирального рукава, где проживаем мы.

Объяснение 3. Концепция колонизации Галактики неинтересна сверхразвитым расам

Помните сферу Дайсона, которую соорудила вокруг своей звезды цивилизация II типа? При таком доступе к энергии, они, возможно, создали идеальную среду для себя, удовлетворяющую абсолютно все их потребности. Ультрапередовыми способами они могли бы снизить потребности в ресурсах и счастливо жить в своей утопии. Вряд ли такая раса захочет выходить из своей зоны комфорта, отправляясь на исследование холодных и враждебных просторов неосвоенной Вселенной.

Более продвинутая цивилизация может вообще рассматривать физический мир, как ужасно примитивное место, имея соответствующие разработки в биологии, позволяющие загружать сознание в виртуальную реальность, где цветёт вечный рай. Жизнь в материальном мире, с его неизбежностью биологической смерти, желаниями и потребностями, может показаться им сродни жизни простейших организмов, прозябающих в тёмных глубинах холодного океана. Скажу по секрету, когда я размышляю о других формах жизни, сумевших победить смерть, душа моя наполняется завистью, оставляя меня в крайне расстроенных чувствах.

Объяснение 4. Во избежание встреч с ужасными цивилизациями-хищниками, разумные расы предпочитают вести себя тихо, не выдавая своё расположение

Это вполне поясняет неприятное для исследователей SETI отсутствие каких-либо сигналов. А также означает, что мы наивные новички, поступающие весьма глупо и рискованно, посылая вовне сообщения. До настоящего времени ведутся споры, следует ли участвовать в проекте METI (от

Messaging to Extra-Terrestrial Intelligence

т.е.

Послания внеземным цивилизациям

— SETI «наоборот») или нет. Большинство учёных склонны считать, что всё-таки не стоит этого делать. Стивен Хокинг предупреждает: «Если инопланетяне посетят нас, результат будет подобен тому, когда Колумб высадился в Америке, что, как мы знаем, оказалось не совсем хорошо для коренных американцев». Даже Карл Саган (который, в общем-то верил, что любая цивилизация, освоившая межзвездные перелёты, будет настроена скорее дружелюбно, чем враждебно)

называл

METI «глубоко неразумной и незрелой» практикой и рекомендовал следующее: «Новые дети в чужом и неизведанном космосе должны спокойно слушать в течение длительного времени, терпеливо изучать Вселенную и как следует удостовериться, прежде, чем кричать в неизвестных джунглях, которые пока не понимают». Как страшно жить.

(Прим. автора — Размышляя об этом, я думаю, что мы всё-таки должны проигнорировать предостережения пессимистов, если получим повторяющиеся сигналы извне. Если мы обратим на себя внимание сверхразвитых существ, то да, они могут нас уничтожить. Но это не сильно разнится от нашей нынешней судьбы — ведь каждый из нас и так умрёт в течение текущего столетия. А может статься, они приглашают нас, чтобы загрузить наше сознание в свою вечную виртуальную утопию, которая позволяет решить проблему смерти. Кроме того, я наконец-то смогу осуществить свою детскую мечту — прогуляться по облакам. Лично мне это всё представляется чертовски привлекательным.)

Объяснение 5. В Нашей Галактике есть разумная форма жизни, эдакий местный «суперхищник» (как люди на Земле), которая гораздо более развита чем остальные и заблаговременно истребляет цивилизации, в своём развитии достигающие определённого уровня

Это будет ещё тот облом (

This would suck

). Пожалуй, нет надобности уничтожать все возникающие формы разумной жизни. Вполне вероятно, большинство из них вымрут самостоятельно. Но когда молодая динамично развивающаяся цивилизация достигает определённого уровня, сверхраса делает свой ход, ибо для неё другой разумный вид — всё равно что вирус, который будет размножаться и заполонять собою всё вокруг. Эта теория предполагает, что тот, кто первым в галактике достиг сверхинтеллектуального состояния, тот и получает всё, а все остальные потенциальные конкуренты теперь не имеют шансов на выживание. Это объясняет отсутствие активности в Нашей Галактике — количество супер-разумных цивилизаций теперь всегда будет равно одному.

Объяснение 6. В космосе много сигналов от других цивилизаций, но наши технологии слишком примитивны, чтобы распознать и верно интерпретировать их

Вы же не ходите в современном офисном здании с включённой рацией, и на основании того, что не пеленгуете активности (ничего вы, конечно, не услышите, потому что всё друг с другом общаются обычным способом, не используя передатчиков) — не приходите же к выводу, что в здании никого нет? Да и, как заметил Карл Саган, наше сознание может работать экспоненциально быстрее или медленнее, чем другая форма интеллекта. Может, у них 12 лет проходит, пока мы произнесём слово «Привет». В этом случае, когда мы слышим их послания, для нас это просто звучит как белый шум.

Объяснение 7. Контакт с инопланетной разумной жизнью уже налажен, но власть имущие скрывает это от нас

Вы знаете, чем больше я слышу доводов в пользу этой конспирологической теории, тем более идиотской она мне представляется. Но, так как об этом судачат достаточно часто, приходится упомянуть и эту версию.

Объяснение 8. Высшие цивилизации в курсе о нашем существовании и наблюдает за нами («Гипотеза зоопарка»).

Насколько можно судить, если сверхразумные цивилизации существуют, то жизнь в Галактике будет регулироваться. В этом случае наша Земля может рассматриваться как часть общего контролируемого пространства и представлять из себя своего рода охраняемый заповедник. При этом в отношении планет, подобных нашей, будет действовать строгий принцип «

Смотри, но не трогай

». Мы не замечаем их, потому что, более развитые инопланетные наблюдатели присматривают за нами, без особого труда маскируя от нас своё присутствие. Быть может, есть некое правило, как в сериале «Звездный путь», такая себе «директива наиболее приоритетного уровня», запрещающая сверхразумным существам вступать в открытый контакт с низшими видами. Раскрытие карт происходит, когда молодые расы выходят на должный уровень развития.

Объяснение 9. Высшие цивилизации здесь, вокруг нас. Но мы слишком примитивны, чтобы воспринимать их

Мичио Каку

резюмирует

: «Допустим, у нас есть муравейник посреди леса. И прямо рядом с муравейником строятся десять ультрасовременных шоссе. И вопрос в том, поймут ли муравьи что рядом с ними пролагают дорогу, да и не одну? Осознают ли муравьи технологии и намерения существ, возводящих свои автобаны рядом с ними?

Речь не о том, что мы не сможем получить сигналы от планеты «Икс» с помощью наших технологий. Имеется в виду, что мы не сможем даже понять, что существа с планеты «Икс» хотят нам сказать. При этом даже если бы инопланетяне захотели, они всё равно не смогли бы просветить нас, это было бы все равно, что пытаться научить муравьев пользоваться Интернетом.

В русле этих рассуждений можно ответить на вопрос: «Ну хорошо, раз уж такая масса предположений про цивилизации III типа, почему же они так и не пообщались с нами?» Чтобы пояснить это, давайте спросим себя: когда Писарро пролагал свой путь в Перу, он останавливался рядом с каким-нибудь муравейником, чтобы пообщаться с его обитателями? Был ли он исполнен благородного великодушия, неся свет просвещения неразумным мурашкам? Или напротив, отнёсся враждебно и приостановил первоначальную миссию, дабы гневно растоптать обиталище презренных насекомых? Или же копошащиеся мелкие твари не представляли для Писарро ни малейшей ценности, ни даже мимолётного интереса? Возможно, сверхцивилизации по тем же причинам и игнорируют нас.

Объяснение 10. У нас совершенно превратные представления о реальности

Есть вероятность, что действительность вообще окажется совсем на такой, какой она нами воспринимается. Вселенная может оказаться чем-то совершенно иным, например

голограммой

. Или, может быть, мы сами инопланетяне, и нас заселили здесь в экспериментальных целях? А то и вовсе разводят для дальнейшего использования в качестве компоста? А может даже, мы все — часть компьютерного моделирования, которую изучает исследователь из другого мира, и другие формы жизни просто не запрограммированы в симуляции?

________________

И пока мы продолжаем наши (вполне может оказаться — тщетные) поиски внеземного разума, я не уверен до конца, хочу или не хочу, чтобы они увенчались успехом? Действительно, осознание того что мы всё-таки одиноки во Вселенной или же мы лишь одни из многих — может оказаться кошмаром, ибо данная тема предполагает множество сюрреалистических сценариев дальнейшего развития. В любом случае, то что в итоге окажется истиной — будет ошеломительным.

Помимо стресса от научно-фантастической составляющей, парадокс Ферми также учит глубочайшему смирению. Речь не только о том, что Вселенная навевает мысли, наподобие «О, да, я ничтожен и мое существование длится жалкое мгновение», что несколько унизительно. Парадокс Ферми наносит и более болезненный удар. Обидно, когда спустя много бесплодных часов исследований, внимая наиболее авторитетным ученым (предлагающих теории одну бредовее другой), снова и снова приходится менять свое мнение, принимая версии, дико противоречащие друг другу. И будущие поколения будут смотреть на нас так же, как мы смотрим сейчас на людей далёкого прошлого, которые были уверены, что звезды — это дырочки в куполе небосвода. И наши потомки поймут про нас: «Да уж, эти действительно понятия не имели, что происходит на самом деле!»

И все наши разговоры про цивилизации II-III типа только усугубляют удар по самооценке нашего вида. Тут, на Земле, мы выступаем в роли царьков в своих маленьких замках. Надменные правители и толпы безумцев все вместе делят друг с другом планету. В нашем мирке у нас нет конкурентов, за наши деяния некому судить нас, мы изредка задумываемся, насколько мы можем оказаться ничтожными по сравнению с кем-то. Будем надеяться, что проведя изрядное количестве времени в обсуждении цивилизаций II и III типа на ушедшей неделе, девидо-брентовской властной гордыни в нас поубавится.

Да, я придерживаюсь мнения, что человечество лишь одинокая сирота, приютившаяся на куске камня посреди пустынной Вселенной. И приходится смириться с тем фактом, что мы не так умны как мы думаем, да и вообще, многое из того, в чём мы свято уверены — на самом деле ломаного гроша не стоит. И тем не менее, это прекрасно! Хотя это не распахивает дверь, а лишь приоткрывает узенькую щёлочку — возможно, это начало истории, которая гораздо увлекательнее, чем мы можем представить.

Где все? Парадокс Ферми и одиночество землян — T&P

Согласно подсчетам, в доступном для наблюдений с Земли космическом пространстве должны существовать другие технологически развитые цивилизации. И все же мы не знакомы ни с одной из них. Какие гипотезы объясняют это? T&P изучили уравнение Дрейка, парадокс Ферми и антропный принцип.

Уравнение Дрейка: вероятность встречи

Уравнение Дрейка — созданная в 1960 году профессором астрономии и астрофизики Фрэнком Дрейком математическая формула, которая позволяет в теории определить число внеземных цивилизаций Млечного пути. Выглядит эта формула следующим образом: N = R х Fp х Ne х Fl х Fi х Fc х L. Уравнение Дрейка учитывается множество факторов:

• количество разумных цивилизаций, готовых вступить в контакт (N),

• число звезд, образующих год в Млечном пути ^®,

• долю светил с планетами (Fp),

• среднее количество планет и спутников с подходящими для зарождения цивилизации условиями (Ne),

• вероятность зарождения жизни (Fl),

• вероятность возникновения разумных форм жизни (Fi),

• отношение количества планет, жители которых ищут себе подобных, и планет, жители которых этого не делают (Fc)

• продолжительность существования цивилизации (L).

По современным оценкам, число контактеров в нашей галактике составляет 0,002275, — то есть, их попросту нет. Тем не менее, это не означает, что их нет и в соседней галактике Андромеды, для которой использовать такую формулу мы пока не можем.

Фрэнк Дрейк не предполагал, что его детище обеспечит сторонникам поиска внеземной жизни SETI финансированием на десятилетия вперед, однако именно так и произошло. Автор знаменитого парадокса Ферми, итальянский физик и создатель первого в мире ядерного реактора Энрико Ферми тоже вплотную подошел к созданию подобной формулы, — однако прославился благодаря высказанному случайно парадоксальному наблюдению, лишь опосредованно связанному с ней.

Парадокс Ферми: вселенское одиночество

Парадокс Ферми — удивительное утверждение: он описывает сомнение в существовании инопланетян и при этом сам долго подвергался сомнению. Никому доподлинно неизвестно, в какой именно форме имело место высказывание, позже ставшее парадоксом: Мишель Ферми произнес эту фразу в университетском кафетерии, в компании нескольких коллег, и для записи она не предназначалась.

Чтобы выяснить, что сказал Ферми и сказал ли он это вообще, в 1985 году даже пришлось провести журналистское расследование. Тогда одному из участников разговора — коллеге итальянского физика, Эмилю Конопинскому, — удалось вспомнить, что в ходе жаркого обсуждения инопланетян вообще и серии необъяснимых исчезновений мусорных урн, которая в тот момент взволновала весь Нью-Йорк, в частности, Ферми спросил: «Вы не задумывались над тем, где все?». Затем ученый добавил, что доказать существование других цивилизаций можно по наличию трех «улик»: радиопередач, зондов и кораблей. С момента его высказывания прошло уже 64 года, однако у нас до сих пор нет данных ни о чем из перечисленного Ферми.

Уникальная Земля: судьбоносная математика

Сторонники гипотезы уникальной Земли, склонные считать землян одинокими, апеллируют к единичному схождению естественных факторов, сделавших возможным появление разумной жизни на нашей планете. Один из главных аргументов — то, что Солнечная система находится на особенной орбите внутри Млечного пути, представляющей из себя почти идеальную окружность. Это позволяет нам двигаться внутри галактики практически с той же скоростью, что и ее спиральные витки, полные радиоактивных новорожденных сверхновых звезд. Сегодня считается, что их излучение делает невозможным развитие высших форм жизни, однако наша система от него защищена.

Популярная сегодня гипотеза гигантского столкновения, которая объясняет появление Луны, тоже выглядит как судьбоносный момент. Согласно этому предположению, спутник Земли сформировался на ее орбите после того, как 4,45 млрд. лет назад в молодую планету врезалось другое небесное планетарное тело размером с Марс — Тейя. Угол столкновения оказался идеальным: ведь прямое попадание уничтожило бы Землю, а более пологий угол наклона заставил бы Тейю срикошетить. Однако «космическое ДТП» привело к тому, что часть земной массы выбросило на орбиту; это позволило стабилизировать планетарную ось и привело к формированию системы приливов и отливов, которые сегодня управляют массами воды и климатом на Земле.

Гипотеза уникальной Земли предполагает очень низкую вероятность развития другой разумной жизни где-либо еще. Однако ее сторонников обвиняют в углеродном шовинизме: пристрастии к теории универсальности водно-углеродной жизни. Противники этого подхода предполагают, что в нашей Вселенной возможна кремниево-кислородная, азотно-фосфорная и азотно-борная жизнь.

Антропный принцип: вероятность наблюдателя

Антропный принцип тоже настаивает на одиночестве. Он опирается на предположение, что законы природы, которые мы наблюдаем, не являются единственными в мире: то есть, возможно, существуют другие Вселенные или даже места в нашей Вселенной, где эти законы выглядят по-другому. Всемирно известный британский физик-теоретик Стивен Хокинг в своей книге «Краткая история времени» сформулировал его так: «Мы видим Вселенную так, как мы ее видим, потому что мы существуем».

«Антропный принцип существует в двух вариантах — слабом и сильном, — пишет Хокинг. — Слабый антропный принцип утверждает, что во Вселенной, которая велика или бесконечна в пространстве или во времени, условия, необходимые для развития разумных существ, будут выполняться только в некоторых областях, ограниченных в пространстве и времени. Поэтому разумные существа в этих областях не должны удивляться, обнаружив, что та область, где они живут, удовлетворяет условиям, необходимым для их существования. Так богач, живущий в богатом районе, не видит никакой бедности вокруг себя.

Мало кто возражает против справедливости и применимости слабого антропного принципа. Некоторые же идут значительно дальше, предлагая его сильный вариант. Он заключается в том, что существует либо много разных вселенных, либо много разных областей одной вселенной, каждая из которых имеет свою собственную начальную конфигурацию и, возможно, свой собственный набор научных законов. В большей части этих вселенных условия были непригодны для развития сложных организмов; лишь в нескольких, похожих на нашу, вселенных смогли развиваться разумные существа, и у этих разумных существ возник вопрос: «Почему наша Вселенная такая, какой мы ее видим?» Тогда ответ прост: «Если бы Вселенная была другой, здесь не было бы нас!»».

По сути, антропный принцип лежит на границе физики и метафизики. Американский физик-теоретик, автор терминов «черная дыра» и «кротовая нора» Джон Уиллер отмечал, что «наблюдатели необходимы для обретения Вселенной бытия», — то есть, Вселенные без наблюдателей не обретают статус реальности. Однако нельзя отрицать, что в «другой» Вселенной вместо нас вполне могла бы сформироваться «другая» разумная жизнь (и здесь мы вновь утыкаемся в понятие «шовинизма»).

Молчание Вселенной: все ищут, но никто не излучает

Как же найти обитаемую планету, если она находится по-настоящему далеко? Ведь на данном этапе развития техники мы не сможем ни рассмотреть ее в телескоп, ни отправить к ней зонд или экспедицию. Сегодня единственный вариант поиска в пространстве — это изучение радиоволн. Однако в этом плане окружающий нас космос пока выглядит пустым.

Сегодня существуют предположения, что если цивилизации-соседи ведут себя так же, как мы: вкладывают больше сил в поиски, а не в отправление радиопосланий. Так что объяснение звучит довольно просто: «Все ищут, но никто не излучает». С Земли, и правда, пока было отправлено всего несколько сообщений в разных форматах: радиопослание внеземным цивилизациям «„Мир“, „Ленин“, „СССР“» в 1962 году, пластинки «Пионера» в 1973 (две одинаковые пластинки из анодированного алюминия с информацией о человеке и Земле), радиосигнал «Аресибо» в 1974 и золотая пластинка «Вояджера» во второй половине 70-х (позолоченная пластинка с записью звуковых и видеосигналов, упакованная в алюминиевый футляр и закрепленная на корпусе космического аппарата). Ни на одно из них пока, как мы знаем, не последовало ответа. При этом радиоизлучение Земли падает из-за того, что мы в последние годы стали использовать кабельные и спутниковые сигналы, а первые радиопередачи, созданные в 1895 году, прошли расстояние всего в 119 световых лет.

Слепота землян: нейтрино вместо радиоволн

«Одиночество» человеческой расы может объясняться еще и тем, что люди ищут в космосе чужие сообщения в форме радиоволн, в то время как прочие цивилизации, возможно, используют для связи другие средства: лазеры, нейтрино или даже другие частицы, неизвестные нам. Также есть предположения, что неизвестные нам жители Вселенной уже достигли этапа технологической сингулярности, когда прогресс науки и техники становится настолько быстрым и сложным, что мы на данном этапе развития не можем его понять. Признаки присутствия такой цивилизации могут быть неотличимы от природных явлений, так что она остается незамеченной.

Кроме того, в вопросах поиска братьев по разуму человек, увы, неизбежно «спотыкается» о свойства своего собственного мозга. Дело в том, что в основе нашей системы восприятия лежит механизм интерпретации исходящих от рецепторов сигналов с помощью нейронной сети, — а в этом случае распознавание образов невозможно без обучения. Для того, чтобы разумное существо с Земли могло опознать нечто как сигнал присутствия существа с другой планеты, на что нечто нужно прямо указать. И здесь, конечно, тоже существуют свои трудности: ведь когда образ уже имеет значение в традиционной культуре (как, например, пирамиды Гизы или достижения цивилизации майя), это значение еще нужно побороть, сменив привычный «код» на новый и нарушив устоявшийся порядок восприятия истории, культуры и даже самоидентичности человечества.

Физики предложили теорию происхождения темной материи из шаров Ферми

Физики-теоретики из Центра теоретической физики при Сеульском национальном университете в Южной Корее предположили, что загадочная и неуловимая темная материя может состоять из так называемых шаров Ферми, оставшихся со времен Большого взрыва. Свою статью они опубликовали на сайте электронных препринтов arXiv.org.

Шары Ферми (Fermi balls) — это гипотетические космологические объекты, которые могли появиться в условиях самой ранней Вселенной за счет спонтанного нарушения симметрии и последовавшего затем фазового перехода. Их не следует путать с пузырями Ферми (Fermi bubbles) — гигантскими структурами в Млечном Пути, названными в честь космического гамма-телескопа Fermi и образовавшимися в результате активности центральной сверхмассивной черной дыры.

Темная материя — загадочная субстанция, взаимодействующая с обычным веществом лишь посредством гравитации и не взаимодействующая со светом. Когда-то уже высказывались гипотезы, согласно которым темная материя может состоять из крошечных черных дыр, пронизывающих Вселенную, однако числовые оценки исключали подобную возможность: количество таких черных дыр, а также черных дыр звездной массы слишком мало, чтобы сошелся «бюджет Вселенной», известный из разных экспериментальных данных (от космической обсерватории Planck, из наблюдений за сверхновыми и др.): должно быть всего 5% обычной (барионной) материи, 27% темной материи и 68% темной энергии. За всю историю Вселенной не образовалось столько звезд, чтобы они после своей гибели породили достаточное количество черных дыр, масса которых объяснила бы все количество имеющейся темной материи. На сегодняшний момент стандартной считается теория холодной темной материи, а наиболее вероятными кандидатами на роль составляющих ее частиц — пока еще не обнаруженные WIMPs — weakly interacting massive particles.

Согласно новой теории, искомые черные дыры все же могли когда-то возникнуть из шаров Ферми или квантовых «мешков» субатомных частиц — фермионов, — которые смешивались в плотных «карманах» во время зарождения Вселенной. Эта теория претендует на объяснение того факта, почему темная материя стала доминировать во Вселенной над обычной, видимой материей.

«Мы обнаружили, что в некоторых случаях шары Ферми могли быть настолько плотно упакованы, что фермионы в них оказывались слишком близко друг к другу, это вызывало коллапс шара Ферми и превращение его в черную дыру», — сказал исследователь из Центра теоретической физике при Сеульском национальном университете Ке-Пан Се в интервью Live Science.

Се и его коллега Киёхару Кавана из того же Центра теоретической физики разработали сценарий, объясняющий, как темная материя стала доминировать в космосе. В то время, когда Вселенной было меньше секунды, в ней происходили невероятные трансформации физических законов. Частицы попадали в ловушки, соединяясь в столь компактные структуры, что могли лишь коллапсировать и превращаться в черные дыры. Затем эти черные дыры заполнили всю Вселенную, обеспечивая тот самый установленный экспериментальными методами «бюджет» — явное доминирование над обычной, барионной материей, двух прочих пока еще необнаружимых компонент.

Черные дыры, как и темная материя, не излучают свет, поэтому они, в принципе, могут стать источником скрытой массы. «Так как черные дыры — это несветящиеся и компактные объекты, их кандидатура на темную материю должна быть рассмотрена самым естественным образом», — говорит Се.

Экстремальные условия, которые существовали в самой ранней Вселенной, допускают изменение физических процессов, уже невозможных в нормальных условиях современного космоса. Первый ингредиент новой теории — это скалярное поле вроде поля Хиггса, что пронизывает все пространство и придает частицам их массу. Когда Вселенная расширилась и охладилась, это скалярное поле претерпело фазовый переход, перейдя в другое квантовомеханическое состояние. Этот фазовый переход не коснулся одновременно сразу всей Вселенной. Первоначально возникли лишь отдельные участки, в которых переход уже начался, а затем это все распространялось дальше, сродни тому, как закипает вода в кастрюле, образуя все более крупные пузыри. «Этот процесс называется фазовым переходом первого рода: вода переходит из жидкой фазы в газообразное состояние, однако первоначально газ появляется лишь в виде растущих пузырьков», — пояснил Се.

Новое состояние скалярного поля, становящегося теперь основным состоянием, распространяется из этих точек сродни потоку кипящих пузырей. В конце концов пузыри полностью сливаются между собой, и скалярное поле завершает свой фазовый переход.

03 сентября 11:43

Однако чтобы получить первичные черные дыры, представляющие собой темную материю, Се и Каване понадобился еще один ингредиент. Они добавили в свою модель фермион нового типа. Фермионы — это частицы с полуцелым значением спина, в число которых входят электроны, протоны и нейтроны, из которых состоят все обычные атомы.

В очень ранней Вселенной эти фермионы свободно перемещались в скалярном поле, однако они не могли проникнуть в маленькие вспенивающиеся «пузыри» нового основного состояния космоса во время вышеописанного фазового перехода. По мере того, как пузыри росли, фермионы скапливались в оставшихся «карманах», становясь шарами Ферми. Однако между этими фермионами действовала дополнительная сила, известная как взаимодействие Юкавы, вызываемая тем же самым скалярным полем, предложенным южнокорейскими теоретиками в их статье. Обычно фермионы избегают попадания в одно и то же квантовое состояние и в небольшие объемы, однако скалярное поле добавляло им ту силу взаимодействия, что подавляла это естественное расталкивание. Скажем, протоны и нейтроны состоят из еще более мелких частиц, называемых кварками. Кварки — это тоже фермионы, избегающие попадать в одно и то же состояние, однако дополнительная ядерная сила (сильное взаимодействие) склеивает их вместе. Аналогом подобной силы является взаимодействие Юкавы, действующее в модели Се и Каваны.

Согласно теории южнокорейцев, как только фазовый переход завершился, судьба шаров Ферми была предрешена. Втиснувшись в маленькие «карманы» быстро меняющейся Вселенной, сгустки фермионов катастрофически схлопывались, образуя огромное количество крошечных черных дыр. Эти черные дыры пережили конец фазового перехода и заполнили Вселенную уже в виде темной материи.

Значимые научные проекты предложат поддержать законом

  © пресс-служба Совета Федерации

Около 39 процентов научных работников в нашей стране — женщины. В мире, кстати, эта цифра ниже — всего 30 процентов. Совсем скоро самые яркие и известные представительницы мира науки соберутся в Санкт-Петербурге, чтобы вместе найти ответы на глобальные вызовы современности. О повестке научной площадки форума «Парламентской газете» рассказала глава Комитета Совета Федерации по науке, образованию и культуре Лилия Гумерова.

— Лилия Салаватовна, ваш комитет отвечает за площадку «Женщины-учёные и глобальные вызовы современности».  Кто из приглашённых женщин-исследователей уже подтвердил своё участие в сессии? Какие темы планируете обсудить?

— Среди новых глобальных вызовов человечеству — угрозы пандемий, старение населения, проблемы экологии и продовольственной безопасности. Своё участие в тематической сессии подтвердили женщины-учёные с мировым именем. Они как раз ищут ответы на все эти вызовы и создают технологии, продукты и услуги, необходимые для повышения качества жизни.

Среди экспертов, которые примут участие в работе нашей площадки, заместитель генерального директора ЮНЕСКО по естественным наукам (ЮАР) Шамила Нэйр-Бедуэль; вице-президент РАН Ирина Донник; почётный постоянный секретарь Академии наук Франции Катрин Брешиньяк; генеральный директор Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН), иностранный член РАН Фабиола Джанотти; руководитель советов по научно-исследовательской работе Академии наук, исследований и технологий Египта Джина Сами Абдельхаким аль-Фики; экс-президент Центра Энрико Ферми профессор факультета физики и астрономии Болонского университета (Италия) Луиза Чифарелли и другие известные женщины-учёные. Считаю, что вместе мы сможем выработать предложения по развитию и укреплению международного научного и гуманитарного сотрудничества женщин Евразии.

— Какое место занимает наша страна по количеству женщин  — научных работников по сравнению с другими странами? Какие социальные и проблемы волнуют сегодня россиянок, продвигающих науку?

— В российской науке около 39 процентов женщин-учёных, а в мире — менее 30 процентов. Уверена, науке нужны женщины. Результаты научно-технологического прогресса могут быть более значительным, если в полной мере задействовать талант, творческие способности и научный потенциал девушек и женщин.

В некоторых странах участие женщин в науке, политике и экономике квотируется. В нашей стране квоты не устанавливают, но стараются создать необходимые для увеличения представительства женщин условия. Например, вводят гибкий график работы для мам — молодых исследовательниц, создают детские группы, возможно даже на рабочем месте, используют другие формы поддержки.

Задолго до форума в рамках Всероссийской открытой академии «Территория женского счастья» в Уфе мы обсудили вопросы продвижения талантливых девушек — победительниц олимпиад. По итогам дискуссии выявили актуальные для них проблемы. Сейчас совместно с профильными ведомствами работаем над их законодательным решением. Считаю интересным предложение о возможной поддержке значимых проектов молодых женщин — учёных в течение пяти лет после защиты диссертаций в форме грантов или других механизмов. Эти вопросы планируем обсудить на сессии «Женщины-учёные» вместе с зарубежными коллегами.

Читайте также:

• Молодых учёных хотят обеспечить жильём и предоставить им свободу творчества • Вузы хотят оценивать по пользе для общества, а не по стандартам

— Как пройдёт неформальная встреча женщин-делегатов форума? Какие темы, по вашему мнению, могут объединить женщин-учёных из разных стран, даже если на правительственном уровне государства не поддерживают сотрудничество?

— Мы предложили включить в деловую повестку форума SCIENCE-party в Доме учёных имени Максима Горького, во время которого участницы смогут пообщаться в неформальной обстановке, установить личные контакты для продолжения сотрудничества. Ведь, несмотря на все различия, у нас много общего. Женщины всегда выступают за мирную повестку и семейные ценности, они несут в мир прекрасное, разумное и вечное. Поэтому мы обязательно найдём точки соприкосновения.

Парадокс Ферми

Парадокс Ферми Парадокс Ферми (т.е. где они?) : История гласит, что однажды, в 1940-х годах, группа ученых-атомщиков, включая знаменитого Энрико Ферми, сидели и разговаривали, когда Тема обратилась к внеземной жизни. Предполагается, что Ферми тогда спросил: «Итак? Где все?» Он имел в виду: если есть все эти миллиарды планет во Вселенной, способных поддерживать жизнь, и миллионы разумных видов там, тогда почему никто не побывал на Земле? Этот стал известен как парадокс Ферми.Ферми понял, что любая цивилизация со скромным количеством ракетных технологий и нескромное количество имперских стимулов могло быстро колонизировать всю Галактика. Хотя межзвездные расстояния огромны, возможно, слишком велики, чтобы их можно было преодолеть. живые существа с конечным сроком жизни, это должно быть возможно для продвинутых цивилизация для создания самовоспроизводящихся автономных роботов для колонизации Галактика. Идея самовоспроизводящегося автомата была предложена математиком Джон фон Нейман в 1950-х годах.Идея в том, что устройство может 1) выполнять задачи в реальном мире и 2) копировать себя (как бактерии). В Самый быстрый и дешевый способ исследовать и узнать о Галактике — это построить зонды Брейсвелла-фон Неймана. Зонд Брейсвелла-фон Неймана просто полезная нагрузка, представляющая собой самовоспроизводящийся автомат с интеллектуальным программа (AI) и планирует построить больше себя. Прикреплен к базовой силовой установке, такой как Bussard RamJet (показано выше), такой зонд мог путешествовать между звездами на очень медленный темп.Когда он достигает целевой системы, он находит подходящий материал (например, астероиды) и делает копии сам. Рост числа зондов будет происходить экспоненциально, и Галактику можно будет исследовать через 4 миллиона лет. Хотя на этот раз промежуток времени кажется длинным по сравнению с эпохой человеческой цивилизации, помните, что Галактике более 10 миллиардов лет, и любое прошлое внеземная цивилизация могла исследовать Галактику 250 раз больше. В течение нескольких миллионов лет каждая звездная система могла попасть под крыло империи.Несколько миллионов лет могут звучат долго, но на самом деле довольно коротко по сравнению с возрастом Галактики, которой примерно десять миллиардов лет. Колонизация Млечного Пути должна быть быстрым упражнением.

Ферми сразу понял, что у пришельцев было больше, чем достаточно времени, чтобы наполнить Галактику своим присутствием. Но оглядываясь вокруг, он не видел никаких явных указаний на то, что они на свободе. Это побудило Ферми, чтобы спросить, что было (для него) очевидным вопросом: «где все?»

Кроме того, если учесть количество времени, в течение которого Галактика находилась рядом (более 10 миллиардов лет) и скорость технического прогресса в нашей культуры, то более важным моментом является то, где находятся все сверхпродвинутые инопланетные цивилизации.Русский астрофизик Николай Кардашев предложил полезная схема для классификации продвинутых цивилизаций, он утверждает, что инопланетяне обладает одним из трех уровней технологии. Цивилизация I типа — это похожий на наш, тот, который использует энергетические ресурсы планеты. А Цивилизация II типа будет использовать энергетические ресурсы звезды, такие как Сфера Дайсона. Цивилизация III типа будет использовать энергетические ресурсы целой галактики. Цивилизацию III типа было бы легко обнаружить, даже на огромных расстояниях.

Сначала это звучит немного глупо. Тот факт, что пришельцы не кажутся прогулка по нашей планете очевидно подразумевает отсутствие инопланетян где угодно на огромных просторах Галактики. Многие исследователи считают это быть радикальным выводом из такого простого наблюдения. Конечно есть прямое объяснение тому, что стало известно как Ферми Парадокс. Должен быть способ объяснить наше кажущееся одиночество в Галактика, которую мы предполагаем, заполнена другими умными существами.

---

Решения парадокса Ферми : Таким образом, возникает вопрос, так ли легко построить Брейсвелла-фон Неймана? зонды, и они были так давно в прошлом, где инопланетяне или по крайней мере, свидетельства их прошлых исследований (старые зонды). Итак, парадокс Ферми становится не только там, где Они, но и почему мы не можем их слышать и где их зонды Брейсвелла-фон Неймана? Возможные решения парадокса Ферми делятся на следующие категории:

• Они здесь
• Они были здесь и оставили улики
• НЛО, древние космонавты, инопланетные артефакты: все подпадают под заголовок предложений, что инопланетяне здесь сейчас (и они называют себя республиканцами) или были здесь в недавнем прошлом.Проблема: свидетельство инопланетян не существует.
• Они мы
• Люди — потомки древних инопланетных цивилизаций. Проблема: где же настоящие инопланетяне? Где все остальные инопланетные цивилизации
• Зоопарк / Сценарий запрета
• Пришельцы здесь, и они держат нас в хорошо спроектированном зоопарке (отрезанные от всех контактов) или существует договор о запрете контактов с молодыми расами (нами).Проблема: в сценарии отсутствует возможность быть протестированным. Требуется только один инопланетянин, чтобы нарушить эмбарго.
• Они существуют, но еще не обменивались данными
• Они не успели связаться с нами
• Скорость света снижает уровень коммуникации, относительность делает космические путешествия долгими. Сообщение ET не может добрались до нас. Проблема: Галактика существует уже миллиарды лет, даже если одна инопланетная цивилизация сформировала За несколько миллионов лет до нас Галактика будет заполнена зондами Брейсвелла-фон Неймана.
• Они сигнализируют, но мы не умеем слушать
• ЭМ излучение, гравитационные волны, экзотические частицы — все это примеры методов передачи сигналов. Проблема: они могут использовать методы, которые мы еще не изучили, но если существует много цивилизаций, кто-то будет использовать методы ЭМ.
• Берсерки
• Галактика заполнена роботами-убийцами, ищущими сигналы. ET держится на низком уровне. Проблема: где берсерки, идущие за нами?
• У них нет желания общаться
• Инопланетянин не заинтересован в разговорах с низшими существами.Проблема: с миллионами возможных цивилизаций у кого-то есть любопытство.
• Они развивают другую математику
• Математика — универсальный язык. Но человечество может иметь уникальную математическую систему, которую инопланетяне не может понять. Проблема: где же тогда их непонятные сигналы?
• Катастрофы
• Цивилизации имеют ограниченный срок жизни. Все они мертвы.
• Перенаселение
• Наноботы -> Проблема с серой слизью
• Физика опасных частиц
• Их не существует
• Мы первые, в Галактике жизнь нова
• Жизнь в Галактике нова, эволюция требует времени, мы первая цивилизация.Проблема: Солнце средняя звезда, если бы другие звезды сформировались на миллион лет раньше нас, то они были бы на миллион лет впереди нас в технология.
• Планеты с подходящими условиями редки
• Редкие планетарные системы
• Жилые зоны, подходящие для жидкой воды от звезды, узкие
• Галактика — опасное место (гамма-барстеры, удары астероидов и т. Д.)
• Система Земля / Луна уникальна (для молекулярной эволюции необходимы большие приливы)
• Жизнь редка
• Life’s Genesis — редкость
• Разведка / Инструментальное производство — редкость
• Язык уникален для людей
• Технологии / Наука не неизбежны

В общем, решение парадокса Ферми сводится к 1) трудному началу жизни и развиваться (либо сложно для процесса, либо трудно найти подходящие условия) или 2) продвинутый цивилизации уничтожают себя в короткие сроки.Другими словами, это важный проблему решать в надежде, что это 1, а не 2.

---

Общая картина :

Очень мало экспериментальных доказательств нашего нынешнего взгляда на структуру Вселенной, поэтому мы зависят от нашего чувства прекрасного. Где красота здесь подразумевает не эстетику, а скорее лаконичность, экономия понятий, краткость математического выражения, широта применения.

Центральное место в красоте наших теорий о том, как устроена Вселенная, занимает симметрия, выраженная Теорема Неотера, утверждение, что для любой непрерывной симметрии существует сохранение закон.Инвариантность законов природы к пространственному перемещению, перемещению во времени и вращению означает сохранение энергии, массы и углового момента. Одна симметрия, которая * не * сохраняется зеркальная симметрия. CP-нарушение показывает нам, что Вселенная хиральна, причудливое слово, означающее равенство или удобство. Итак, Вселенная действительно различает левшей и правшей. взаимодействия, Природа выглядит иначе в зеркале. Обнаружение симметрии в теории важно. Находя симметрии, которыми теория не обладает, нарушенная симметрия становится еще больше. важный.

Имея дело с частицами и их взаимодействиями, глобальная симметрия не имеет смысла (почему поведение частиц здесь, на Земле, имеет какое-либо влияние на наблюдения за частицами на далеких звезды). Вместо этого мы восстанавливаем симметрию с помощью калибровочного поля, которое несет в себе информация о симметрии Вселенной. Например, требуя, чтобы электромагнетизм подчиняться локальной калибровочной симметрии, мы вынуждены признать существование электромагнитных полей и безмассовый калибровочный бозон — это фотон.Аналогичные требования ко всем квантовым полям производят квантовая электродинамика (КЭД). Объекты, движущиеся равномерно или ускоряющиеся, также должны подчиняться законы природы, тем самым накладывая локальную симметрию на движение, вынуждают новое поле, гравитационное поле, описываемое общей теорией относительности.

Стандартная модель является неполной, так как в ней не указаны значения фундаментальных констант и сочетается ли это с гравитацией. Два возможных пути расширения Стандартной модели: теории великого объединения (GUT) и суперсимметрия (SUSY).Чтобы объединить слабость и электромагнетизм, мы просто напишите теорию с достаточной калибровочной симметрией, чтобы вместить четыре медиаторных бозона (фотон, W +, W- и Z _o ). За счет использования механизма Хиггса (когда общее поле заполняет Вселенная, в которой частицы могут взаимодействовать и приобретать массу), мы нарушаем симметрию, чтобы получить три массивных бозона (W +, W-, Z _o ) и один безмассовый бозон (фотон). Чтобы объединить глюоны с другие субатомные носители силы, нам нужна новая, большая калибровочная симметрия, чтобы все вместе.Новая симметрия устранит различие между кварками и лептонами (на по крайней мере, пока не нарушится симметрия, до тех пор у нас есть материя GUT).

Одним из следствий кварк / лептонной симметрии является то, что протоны, которые когда-то считались стабильными, должны распадаться. под GUT. Однако это проблема для GUT, поскольку текущие эксперименты не позволяют детектировать распад протона, и его период полураспада должен быть больше 10 ³² лет. Мы тоже невозможно экспериментировать на уровне GUT, так как нам нужно было бы заставить кварки в радиусе 10 ^-31 метров для замены бозона GUT.Это потребует энергии на порядка 10 ¹⁵ ГэВ, что в 10 ¹³ раз больше нашего текущего технология. Но, в конечном итоге, GUT терпит неудачу из-за проблемы калибровочной иерархии, того факта, что различие между точками нарушения электрослабой симметрии и симметрии GUT подразумевает два различия массы для бозона Хиггса (10 ² ГэВ против 10 ¹⁵ ГэВ) означает, что GUT недостаточный.

Чтобы иметь полный набор всех возможных симметрий пространства-времени, одна симметрия отсутствует в Стандартная модель.Это была бы способность преобразовывать частицы в разные частицы, с разным вращением. Эта симметрия, называемая суперсимметрией, превращает фермионы в бозоны и наоборот. Таким образом, различие между частицами материи (фермионы) и частицы силы (бозоны) расплывутся. Свидетельства суперсимметрии показали бы нам, что Природа использовал все математически согласованные пространственно-временные симметрии.

Суперсимметрия (SUSY) имеет начальное преимущество решения проблемы калибровочной иерархии при SUSY GUT за счет введения целого набора суперсимметричных партнеров каждому известному частица.Требование локальной симметрии для суперсимметрии приводит к появлению двух калибровочных полей, одно из которых передает информацию о преобразованиях, а второй передает информацию о перевод в пространстве-времени с использованием безмассовых частиц со спином 2. Безмассовая частица со спином 2 — это одна который несет дальнодействующую силу, которая является только притяжением, то есть гравитация, и частица является гравитон. Таким образом, суперсимметрия автоматически содержит теорию гравитационного поля. Таким образом, местные суперсимметрия называется супергравитацией, поскольку общая теория относительности возникает естественным образом, когда SUSY сделал местным.Когда супергравитация разрушается, остается суперсимметричный гранд с низкой энергией. единая теория (GUT).

Первой попыткой исследовать другие измерения, выходящие за рамки четырех пространств-времени, был Калуца-Клейн. теория, описание пространства-времени с использованием пяти измерений. Согласно теории 5D, 4D формы обоих электромагнетизм и общая теория относительности возникают естественно. Дополнительное измерение связано с субатомным миром, чтобы объяснить, «где» это измерение. Оригинал формулировка теории Калуцы-Клейна имела 5-е измерение как круговое, так что нам нужно четыре координаты для описания нормального события (три пространственных и одно временное) плюс дополнительные координата, чтобы указать положение на окружности.Представьте себе садовый шланг на расстоянии. выглядит как линия, но вблизи мы видели муравья, двигающегося вперед и назад по шлангу плюс вокруг шланга. Если это дополнительное измерение меньше радиуса атома, то мы бы не обнаружили и не измерили его присутствие. Небольшой размер этого дополнительного измерения составляет объясняется инфляцией, вселенная 4D раздулась, оставив позади 5-е измерение, чтобы сжать в очень маленький размер.

Теория Калуцы-Клейна не решает несколько проблем, особенно в квантовой сфере, но Идея использования дополнительных измерений была пересмотрена в начале 1980-х годов.Новый поворот вместо рассматривая одно дополнительное измерение, современная теория предполагает, что в каждой точке пространства-времени есть компактное пространство с множеством измерений, многообразие в каждой точке. Минимальное количество размерность, которая на компактном многообразии может обладать и при этом сохранять симметрию, равна семи, что делает минимум измерений для пространства-времени должен быть 11. Интересно, что максимальное количество размерностей, которые можно записать для непротиворечивой теории супергравитации, также равно 11. К сожалению, 11D супергравитация не совсем работает.Хотя это может быть эффективная теория, которая работает при низких энергии, это не может быть окончательной теорией всего, в основном из-за проблемы с бесконечности. Квантовая теория поля рассматривает такие объекты, как кварки и лептоны, как точечные. Но вычисления, имеющие дело с гравитонами, в конечном итоге наталкиваются на бесконечности, что является признаком того, что теория ошибочна. Один из подходов к решению этой дилеммы — отказаться от точечных частиц и рассмотрим одномерные струны.

Строки бывают двух типов: открытые (как сегмент линии) и закрытые (как петли).Открытая струна движение в пространстве-времени отслеживает лист. Замкнутая струна проведет по трубке. Объединение Теория струн с суперсимметрией породила теорию суперструн, которая представляла собой 10D пространство-время (одно если не считать супергравитации). Суперструна должна быть встроена в более крупную теорию, называемую М-теорией. М-теория содержит объекты, называемые бранами, которые не соответствуют колебательным состояниям струны. Брана может иметь любое количество измерений, 2D-брана может быть листом или мембраной. Энергия браны сосредоточена на ее поверхности, а плотность энергии — это ее натяжение.Под Согласно этой точке зрения, браны образуют структуру Вселенной, и все поля Стандартной модели являются ограничиваются браной, но замкнутые струны (например, гравитация) могут свободно перемещаться между бранами. Совокупность бран образовала бы большую часть многих стенок бран.

Таким образом, окончательная версия структуры Вселенной представляет собой серию бран, каждая из которых содержит 4-мерный макроскопический мир и компактифицированное 6-мерное многообразие, которое Стандартная модель оперирует в микроскопический мир. Совокупность бран образует массив в 11-мерном пространстве-времени, только гравитоны могут путешествовать между бранами (объясняя, почему он такой слабый как сила, поскольку он « распространяется » по масса).Таким образом, в прямом смысле слова, есть много параллельных вселенных поблизости в основном на других браны. Когда браны сталкиваются, вы можете осознать энергию (например, Большой взрыв) и инфляция с образованием множества мультивселенных в бране.

---

Парадокс Ферми и уравнение Дрейка: где…

Что такое уравнение Дрейка?

Уравнение Дрейка названо в честь Фрэнка Дрейка, астронома, который в 1960 году возглавил первый официальный поиск внеземных радиосигналов в Национальной радиоастрономической обсерватории в Грин-Бэнк, Западная Вирджиния.

Во время последующей встречи с группой эклектичных мыслителей в Грин-банке в 1961 году, в которую входил соучредитель Планетарного общества Карл Саган, Дрейк представил формулу, которая могла бы предположительно подсчитать количество цивилизаций, передающих в настоящее время сигналы в Млечный Путь:

N = R _* × f _p × n _e × f _l × f _i × f _c 96175 × L N , количество цивилизаций, передающих в настоящее время сигналы, зависит от семи факторов:

R _* — это годовая скорость образования звезд, благоприятных для планет, на которых могла развиваться жизнь

f _p — доля тех звезд с планетами

n _{e 901 30} — количество планет в солнечной системе с условиями, подходящими для жизни

f _l — доля пригодных для жизни планет, на которых действительно появляется жизнь

f _i — это доля планет с жизнью, на которых возникает разумная жизнь

f _c — это доля планет с разумной жизнью, на которой развиваются такие технологии, как радиопередачи, которые мы может обнаруживать

L — средний период времени в годах, в течение которого цивилизации производят такие знаки.

«Уравнение Дрейка идет от самого простого к сложному», — сказала Кейтлин Расмуссен, астрофизик из Мичиганского университета.Хотя такие переменные, как L, остаются чисто умозрительными, теперь ученые могут с уверенностью ответить на такие вещи, как средняя скорость звездообразования в Млечном Пути и доля звезд с планетами.

Хотя некоторые исследователи пытались оценить количество пригодных для жизни планет, используя статистику, Расмуссен надеется, что грядущие поколения больших телескопов позволят нам вглядываться в атмосферы планет размером с Землю, что даст нам более точные оценки количества планет на солнечная система с условиями, подходящими для жизни.

Парадокс Ферми — подождите, но почему

PDF: Мы сделали модный PDF-файл этой публикации для печати и просмотра в автономном режиме. Купите здесь. (Или просмотрите превью.)

___________

Каждый что-то чувствует, когда находится в действительно хорошем звездном месте в действительно хорошей звездной ночи, смотрит вверх и видит это:

Некоторые люди придерживаются традиций, чувствуя себя пораженными эпической красотой или безумными масштабами вселенной.Лично я иду на старый «экзистенциальный крах, за которым последующие полчаса буду вести себя странно». Но каждый чувствует что-то .

Физик Энрико Ферми тоже кое-что почувствовал: «Где все?»

________________

По-настоящему звездное небо кажется огромным — но все, что мы видим, — это наши самые местные окрестности. В самые лучшие ночи мы можем видеть до 2500 звезд (примерно стомиллионную часть звезд в нашей галактике), и почти все они находятся на расстоянии менее 1000 световых лет от нас (или 1% диаметра нашей галактики). Млечный путь).Итак, на самом деле мы смотрим на это:

Изображение галактики: Ник Райзингер

Когда мы сталкиваемся с темой звезд и галактик, большинство людей мучает вопрос: «Есть ли там другая разумная жизнь?» Давайте добавим к нему несколько цифр —

.

Столько звезд, сколько в нашей галактике (100–400 миллиардов), примерно одинаковое количество галактик находится в наблюдаемой Вселенной — поэтому на каждую звезду в колоссальном Млечном Пути приходится целая галактика .В итоге получается типичный диапазон между 10 ²² и 10 ²⁴ всего звезд , что означает, что на каждую песчинку на каждом пляже на Земле приходится 10 000 звезд .

В научном мире нет единого мнения о том, какой процент этих звезд «подобен солнцу» (схожий по размеру, температуре и светимости) — мнения обычно колеблются от 5% до 20%. Если следовать наиболее консервативной стороне этого (5%) и нижнему пределу общего количества звезд (10 ²² ), получаем 500 квинтиллионов, или 500 миллиардов миллиардов звезд, похожих на Солнце.

Также ведутся споры о том, какой процент этих солнечных звезд может вращаться вокруг планеты земного типа (планеты с аналогичными температурными условиями, которая может иметь жидкую воду и потенциально поддерживать жизнь, аналогичную земной). Некоторые говорят, что оно достигает 50%, но давайте оставим более консервативные 22%, полученные в результате недавнего исследования PNAS. Это говорит о том, что существует потенциально пригодная для жизни планета, похожая на Землю, на орбите по крайней мере 1% всех звезд во Вселенной — всего 100 миллиардов миллиардов планет земного типа.

Итак, 100 планет земного типа на каждую песчинку в мире. Подумайте об этом в следующий раз, когда будете на пляже.

Двигаясь вперед, у нас нет другого выбора, кроме как полностью погрузиться в спекуляцию. Представим себе, что после миллиардов лет существования на 1% планет земного типа развивается жизнь (если это правда, каждая песчинка представляет собой одну планету с жизнью на ней). И представьте, что на 1% из этих планет жизнь достигает разумного уровня, как это произошло здесь, на Земле.Это означало бы, что в наблюдаемой Вселенной было 10 квадриллионов, или 10 миллионов миллиардов разумных цивилизаций.

Возвращаясь только к нашей галактике и выполняя те же вычисления для самой низкой оценки звезд в Млечном Пути (100 миллиардов), мы оцениваем, что в нашей галактике миллиард планет земного типа и 100 тысяч разумных цивилизаций. 1

SETI (Поиск внеземного разума) — это организация, занимающаяся прослушиванием сигналов от другой разумной жизни.Если мы правы в том, что в нашей галактике 100000 или более разумных цивилизаций, и даже часть из них излучает радиоволны, лазерные лучи или другие способы попытки связаться с другими, не должна ли спутниковая антенна SETI улавливать все? виды сигналов?

Но это не так. Не один. Всегда.

Где все?

Становится страннее. Наше Солнце относительно молодо на протяжении всей жизни Вселенной. Есть гораздо более старые звезды с гораздо более старыми планетами, похожими на Землю, что теоретически должно означать, что цивилизации намного более развиты, чем наша собственная.В качестве примера сравним нашу Землю возрастом 4,54 миллиарда лет с гипотетической Планетой X возрастом 8 миллиардов лет.

Если Планета X имеет историю, похожую на Землю, давайте посмотрим, где была бы их цивилизация сегодня (используя оранжевый временной интервал в качестве ориентира, чтобы показать, насколько велик зеленый временной интервал):

Технологии и знания цивилизации, опередившей нас всего на тысячу лет, могут быть столь же шокирующими для нас, как наш мир был бы для средневекового человека. Цивилизация, опережающая нас на 1 миллион лет, может быть для нас столь же непостижимой, как человеческая культура для шимпанзе.А Планета X опережает нас на 3,4 миллиарда лет…

Существует нечто, называемое шкалой Кардашева, которая помогает нам сгруппировать разумные цивилизации в три широкие категории по количеству потребляемой ими энергии:

A Цивилизация типа I имеет возможность использовать всю энергию на своей планете . Мы не совсем Цивилизация Типа I, но мы близки (Карл Саган создал формулу для этой шкалы, которая помещает нас в Цивилизацию Типа 0.7).

A Цивилизация типа II может использовать всю энергию своей звезды-хозяина .Наш слабый мозг типа I с трудом может представить, как кто-то мог бы это сделать, но мы изо всех сил старались представить себе такие вещи, как Сфера Дайсона.

Цивилизация типа III сдувает два других, получая доступ к мощности, сопоставимой с мощностью всей галактики Млечный Путь .

Если в этот уровень развития трудно поверить, вспомните приведенную выше Планету X и их 3,4 миллиарда лет дальнейшего развития. Если бы цивилизация на Планете X была похожа на нашу и смогла выжить до уровня Типа III, естественная мысль состоит в том, что они, вероятно, уже освоили межзвездные путешествия, возможно, даже колонизировали всю галактику.

Одна из гипотез о том, как может произойти галактическая колонизация, заключается в создании механизмов, которые могут путешествовать на другие планеты, тратить около 500 лет на самовоспроизведение, используя сырье на своей новой планете, а затем отправлять две копии, чтобы сделать то же самое. Даже не путешествуя со скоростью, близкой к скорости света, этот процесс колонизирует всю галактику за 3,75 миллиона лет, что составляет относительное мгновение ока, если говорить в масштабе миллиардов лет:

Источник: Scientific American: «Где они?»

Продолжая размышлять, если 1% разумной жизни проживет достаточно долго, чтобы стать потенциально колонизирующей галактику Цивилизацией Типа III, наши вычисления выше предполагают, что только в нашей Галактике должно быть не менее 1000 Цивилизаций Типа III — и с учетом силы таких цивилизаций. цивилизация, их присутствие, вероятно, было бы довольно заметно.И все же мы ничего не видим, ничего не слышим, и нас никто не посещает.

Так где все?

_____________________

Добро пожаловать в парадокс Ферми.

У нас нет ответа на парадокс Ферми — лучшее, что мы можем сделать, это «возможные объяснения». И если вы спросите десять разных ученых, что они думают о правильном, вы получите десять разных ответов. Вы знаете, когда вы слышите о людях прошлого, которые спорят о том, была ли Земля круглой или вращалось ли Солнце вокруг Земли, или думают, что молния произошла из-за Зевса, и они кажутся такими примитивными и в темноте? Вот где мы находимся с этой темой.

Рассматривая некоторые из наиболее обсуждаемых возможных объяснений парадокса Ферми, давайте разделим их на две широкие категории — те объяснения, которые предполагают, что нет никаких признаков цивилизаций типа II и типа III, потому что не ни одно из них там, и те, которые предполагают, что они там, и мы ничего не видим и не слышим по другим причинам.

Группа объяснения 1: Нет никаких признаков высших цивилизаций (Тип II и III), потому что — это более высоких цивилизаций не существует.

Те, кто присоединяется к объяснениям Группы 1, указывают на то, что называется проблемой неисключительности, которая опровергает любую теорию, которая гласит: «Есть высшие цивилизации, но ни одна из них не вступила с нами в контакт, потому что все они _____». Люди из группы 1 смотрят на математику, которая гласит, что должно быть , значит, должно быть многих тысяч (или миллионов) более высоких цивилизаций, что по крайней мере из из них будут исключением из правила. Даже если теория держится за 99.99% высших цивилизаций, остальные 0,01% вели бы себя иначе, и мы узнали бы об их существовании.

Следовательно, скажем, объяснения Группы 1, должно быть, что не существует сверхпродвинутых цивилизаций. И поскольку математика предполагает, что только в нашей галактике их тысячи , должно происходить что-то еще в .

Это нечто другое называется Великий фильтр.

Теория Великого фильтра гласит, что в какой-то момент от преджизненного до интеллекта типа III существует стена, в которую попадают все или почти все попытки жизни.В этом долгом эволюционном процессе есть этап, преодолеть который жизнь крайне маловероятна или невозможна. Эта стадия — Великий фильтр.

Если эта теория верна, большой вопрос: Где на временной шкале находится Великий фильтр?

Оказывается, когда дело касается судьбы человечества, этот вопрос очень важен. В зависимости от того, где происходит Великий фильтр, мы остаемся с тремя возможными реальностями: Мы редкие, мы первые или нас трахают.

1. Мы редки (Великий фильтр позади нас)

У нас есть одна надежда, что «Великий фильтр» уже позади — нам удалось на превзойти его , что означает, что крайне редко, для жизни, дойдут до нашего уровня интеллекта. На диаграмме ниже показано, что только два вида прошли мимо, и мы — один из них.

Этот сценарий объяснил бы, почему нет цивилизаций типа III … но это также означало бы, что мы могли быть одним из немногих исключений сейчас, когда мы зашли так далеко.Значит, у нас есть надежда. На первый взгляд, это немного похоже на то, как люди 500 лет назад предполагали, что Земля является центром Вселенной — это означает, что мы особые . Однако то, что ученые называют «эффектом выборочного наблюдения», предполагает, что любой, кто задумывается о своей собственной редкости, по своей сути является частью «истории успеха» разумной жизни — и независимо от того, являются ли они на самом деле редкими или довольно распространенными, мыслями, которые они обдумывают, и выводами, которые они делают. будет идентичным. Это заставляет нас признать, что быть особенным — по крайней мере, возможность.

И если мы особенные, когда именно мы стали особенными, т.е. какую ступень мы превзошли, на которой застревают почти все остальные?

Одна возможность: Великий фильтр может быть в самом начале — вообще может быть невероятно необычным для жизни. Это кандидат, потому что потребовалось около миллиарда лет существования Земли, чтобы, наконец, произошло, и потому что мы много пытались воспроизвести это событие в лабораториях, но никогда не могли этого сделать.Если это действительно Великий Фильтр, это будет означать, что не только там нет разумной жизни, может вообще не быть другой жизни.

Другая возможность: Великий фильтр мог быть прыжком от простой прокариотической клетки к сложной эукариотической клетке. После того, как прокариоты возникли, они оставались такими в течение почти двух миллиардов лет, прежде чем совершить эволюционный скачок и стать сложными и иметь ядро. Если это Великий фильтр, это будет означать, что Вселенная изобилует простыми клетками прокариот и почти ничем кроме этого.

Есть ряд других возможностей — некоторые даже думают, что самый последний скачок, который мы совершили к нашему текущему интеллекту, — это кандидат в Великий фильтр. Хотя скачок от полуразумной жизни (шимпанзе) к разумной жизни (людям) поначалу не кажется чудесным шагом, Стивен Пинкер отвергает идею неизбежного «подъема вверх» эволюции: «Поскольку эволюция не стремится к цель, но просто происходит, он использует адаптацию, наиболее полезную для данной экологической ниши, и тот факт, что на Земле это привело к технологическому интеллекту только однажды, может предполагать, что такой результат естественного отбора является редким и, следовательно, никоим образом определенное развитие эволюции древа жизни.”

Большинство прыжков , но не квалифицируются как кандидаты в Великий фильтр. Любой возможный Великий фильтр должен быть чем-то вроде одного из миллиарда, в котором должно произойти одно или несколько общих случайных явлений, чтобы обеспечить сумасшедшее исключение — по этой причине управляется что-то вроде скачка от одноклеточной к многоклеточной жизни. из-за того, что это происходило 46 раз в отдельных инцидентах только на этой планете. По той же причине, если бы мы нашли окаменелую эукариотическую клетку на Марсе, это исключило бы появление вышеупомянутой клетки от простого к сложному как возможного Великого фильтра (как и все, что было до этой точки в эволюционной цепочке). — потому что, если это произошло на и на Земле , и на Марсе, это почти определенно не один случай на миллиард.

Если мы действительно редки, то это могло быть из-за случайного биологического события, но это также может быть связано с так называемой гипотезой о редкой Земле , которая предполагает, что, хотя может быть много Земли-, например, планет, конкретных условий на Земле — связаны ли они со спецификой этой солнечной системы, ее отношениями с Луной (такая большая луна необычна для такой маленькой планеты и вносит свой вклад в наши особые погодные условия и состояние океана) или что-то о планете сам по себе — исключительно дружелюбен к жизни.

2. Мы первые

Для Мыслителей Группы 1, если Великий Фильтр находится на , а не на позади нас, , одна надежда, которая у нас есть, состоит в том, что условия во Вселенной совсем недавно, впервые после Большого Взрыва, достигли места, которое позволило бы разумным жизнь развиваться. В этом случае мы и многие другие виды могут быть на нашем пути к сверхразуму, а этого просто еще не произошло. Мы оказались здесь в нужное время, чтобы стать одной из первых сверхразумных цивилизаций.

Одним из примеров явления, которое может сделать это реалистичным, является распространенность гамма-всплесков, безумно огромных взрывов, которые мы наблюдали в далеких галактиках. Точно так же, как ранней Земле потребовалось несколько сотен миллионов лет, прежде чем астероиды и вулканы погасли и стала возможной жизнь, возможно, что первый кусок существования Вселенной был полон катастрофических событий, таких как гамма-всплески, которые могли время от времени сжигайте все, что находится поблизости, и не позволяйте любой жизни развиваться дальше определенной стадии.Теперь, возможно, мы находимся в разгаре астробиологического фазового перехода, и это первый раз, когда какая-либо жизнь смогла развиваться так долго и непрерывно.

3. Нас трахнули (Великий фильтр на впереди нас )

Если мы не являемся ни редкими, ни ранними, мыслители Группы 1 заключают, что Великий фильтр должен быть в нашем будущем. Это говорит о том, что жизнь регулярно развивается туда, где мы находимся, но что что-то не дает жизни продвинуться дальше и почти во всех случаях достичь высокого интеллекта — и мы вряд ли будем исключением.

Один из возможных будущих Великих фильтров — это регулярно происходящие катастрофические природные явления, такие как вышеупомянутые гамма-всплески, за исключением того, что они, к сожалению, еще не закончены, и это всего лишь вопрос времени, когда вся жизнь на Земле внезапно исчезнет с лица земли. один. Другой кандидат — это возможная неизбежность того, что почти все разумные цивилизации в конечном итоге уничтожат себя при достижении определенного уровня технологий.

Вот почему философ Оксфордского университета Ник Бостром говорит, что «отсутствие новостей — это хорошая новость.«Открытие даже простой жизни на Марсе было бы разрушительным, потому что оно исключило бы ряд потенциальных Великих Фильтров позади нас. И если бы мы нашли окаменелую сложную жизнь на Марсе, говорит Бостром, «это была бы самая худшая новость, когда-либо напечатанная на обложке газеты», потому что это означало бы, что Великий фильтр почти определенно на опережает нас — в конечном итоге обречение вида. Бостром считает, что когда дело доходит до парадокса Ферми, «тишина ночного неба золотая.”

Группа объяснения 2: Интеллектуальные цивилизации типов II и III существуют — и есть логические причины, по которым мы могли не слышать о них.

Объяснения Группы 2 избавляются от всякого представления о том, что мы редкие, особенные или первые в чем-либо — напротив, они верят в Принцип Посредственности, отправной точкой которого является то, что в нашей галактике, Солнечной системе нет ничего необычного или редкого. , планета или уровень интеллекта, пока доказательства не докажут обратное.Они также гораздо менее поспешны предполагать, что у отсутствие свидетельств существования высших разумных существ свидетельствует об их отсутствии — подчеркивая тот факт, что наш поиск сигналов простирается всего на 100 световых лет от нас (0,1% по всей галактике). и предлагая ряд возможных объяснений. Вот 10:

Возможность 1) Сверхразумная жизнь вполне могла уже побывать на Земле, но до того, как мы были здесь. По сути, разумные люди существуют всего около 50 000 лет, небольшой отрезок времени.Если бы контакт случился до этого, это могло бы заставить некоторых уток выскочить и броситься в воду, и все. Кроме того, зарегистрированная история насчитывает всего 5 500 лет — группа древних племен охотников-собирателей, возможно, испытала на себе сумасшедших инопланетных дерьмов, но у них не было хорошего способа рассказать об этом кому-либо в будущем.

Возможность 2) Галактика была колонизирована, но мы просто живем в какой-то пустынной сельской местности галактики. Америка могла быть колонизирована европейцами задолго до того, как кто-либо из небольшого племени инуитов на далеком севере Канады осознал, что это произошло.В межзвездных жилищах высших видов может присутствовать компонент урбанизации, в котором все соседние солнечные системы в определенной области колонизированы и находятся в общении, и было бы непрактично и бессмысленно, чтобы кто-либо имел дело с тем, чтобы добраться до самой Земли. случайная часть спирали, в которой мы живем.

Возможность 3) Вся концепция физической колонизации является до смешного отсталой концепцией по сравнению с более развитыми видами. Помните изображение Цивилизации Типа II выше со сферой вокруг звезды? Со всей этой энергией они могли бы создать для себя идеальную среду, удовлетворяющую все их потребности.У них могут быть безумно продвинутые способы уменьшить свою потребность в ресурсах и нулевой интерес к тому, чтобы оставить свою счастливую утопию и исследовать холодную, пустую, неразвитую вселенную.

Еще более развитая цивилизация могла бы рассматривать весь физический мир как ужасно примитивное место, давным-давно покорившие свою биологию и загрузившие свои мозги в виртуальную реальность, рай вечной жизни. Жизнь в физическом мире биологии, смертности, желаний и потребностей может показаться им так, как мы смотрим на примитивные океанические виды, живущие в холодном темном море.К вашему сведению, мысль о том, что другая форма жизни превзошла смертность, заставляет меня невероятно ревновать и расстраиваться.

Возможность 4) Существуют страшные цивилизации хищников, и самая разумная жизнь знает лучше, чем транслировать любые исходящие сигналы и рекламировать их местоположение. Это неприятная концепция, которая поможет объяснить отсутствие каких-либо сигналов, принимаемых спутниками SETI. Это также означает, что мы можем быть супер-наивными новичками, невероятно глупыми и рискованными, когда-либо транслируя внешние сигналы.В настоящее время ведутся дебаты о том, должны ли мы участвовать в METI (обмен сообщениями с внеземным разумом — противоположность SETI) или нет, и большинство людей говорят, что мы не должны этого делать. Стивен Хокинг предупреждает: «Если инопланетяне посетят нас, результат будет таким же, как при высадке Колумба в Америке, что не принесло пользы коренным американцам». Даже Карл Саган (в целом убежденный в том, что любая цивилизация, достаточно развитая для межзвездных путешествий, будет альтруистической, а не враждебной), назвал практику METI «глубоко неразумной и незрелой» и рекомендовал, чтобы «новейшие дети в странном и неопределенном космосе тихо слушали долго терпеливо изучая вселенную и сравнивая записи, прежде чем кричать в неизвестные джунгли, которых мы не понимаем.Страшно.1

Возможность 5) Есть только один пример высокоразвитой жизни — цивилизация «суперхищников» (как люди здесь, на Земле), которая на намного более развита, чем все остальные, и удерживает ее таким образом, уничтожая любого разумная цивилизация, когда они преодолеют определенный уровень. Это было бы отстой. Это может сработать так, что это неэффективное использование ресурсов для уничтожения всех появляющихся разумных существ, возможно, потому, что большинство из них вымирают сами по себе.Но после определенного момента сверхсущества делают свой ход, потому что для них появляющийся разумный вид становится подобен вирусу, поскольку он начинает расти и распространяться. Эта теория предполагает, что победил тот, кто был первым в галактике, достигшим интеллекта, и теперь ни у кого больше нет шансов. Это объяснило бы отсутствие активности там, потому что это уменьшило бы количество сверхразумных цивилизаций до одной.

Возможность 6) Здесь много активности и шума, но наша технология слишком примитивна, и мы прислушиваемся к неправильным вещам. Как войти в современное офисное здание, включить рацию, и когда вы не слышите никакой активности (которую, конечно, вы не услышите, потому что все пишут текстовые сообщения, а не используют рации), вы определяете, что здание должно быть пустой. Или, может быть, как указал Карл Саган, наш разум может работать экспоненциально быстрее или медленнее, чем другая форма интеллекта, например. им требуется 12 лет, чтобы сказать «Привет», и когда мы слышим это сообщение, для нас это звучит как белый шум.

Возможность 7) Мы получаем контакт от другой разумной жизни, но правительство скрывает это. Чем больше я узнаю об этой теме, тем больше это кажется идиотской теорией, но мне пришлось упомянуть ее, потому что о ней так много говорится.

Возможность 8) Высшие цивилизации знают о нас и наблюдают за нами (также известное как «Гипотеза зоопарка»). Насколько нам известно, сверхразумные цивилизации существуют в строго регулируемой галактике, и наша Земля рассматривается как часть обширного и охраняемого национального парка со строгим правилом «Смотри, но не трогай» для планет, подобных нашей. .Мы бы не заметили их, потому что, если бы гораздо более умный вид захотел наблюдать за нами, он бы знал, как это легко сделать, даже если мы этого не осознаем. Может быть, существует правило, подобное «Главной Директиве» из «Звездного пути» , которое запрещает сверхразумным существам вступать в какие-либо открытые контакты с меньшими видами, такими как мы, или раскрывать себя каким-либо образом, пока меньшие виды не достигнут определенного уровня интеллекта.

Возможность 9) Высшие цивилизации здесь, вокруг нас.Но мы слишком примитивны, чтобы их воспринимать. Мичио Каку резюмирует это так:

Допустим, посреди леса у нас муравейник. А рядом с муравейником строят десятиполосную супермагистраль. И вопрос: «Смогут ли муравьи понять, что такое супер-шоссе с десятью полосами?» Смогут ли муравьи понять технологию и намерения существ, строящих шоссе рядом с ними? »

Так что дело не в том, что мы не можем улавливать сигналы с Планеты X с помощью нашей технологии, дело в том, что мы даже не можем понять, что такое существа с Планеты X , или что они пытаются сделать.Это , так что выше нас, что даже если бы они действительно хотели просветить нас, это было бы все равно, что пытаться научить муравьев об Интернете.

В этом смысле это также может быть ответом на вопрос: «Ну, если существует так много причудливых цивилизаций типа III, почему они еще не связались с нами?» Чтобы ответить на этот вопрос, давайте спросим себя: когда Писарро пробирался в Перу, останавливался ли он на время у муравейника, чтобы попытаться пообщаться? Был ли он великодушен, пытаясь помочь муравьям в муравейнике? Он стал враждебным и замедлил свою первоначальную миссию, чтобы разбить муравейник? Или муравейник был для Писарро полной, абсолютной и вечной нерелевантностью? Это может быть наша ситуация здесь.

Возможность 10) Мы совершенно не правы относительно нашей реальности. Есть много способов, которыми мы могли бы быть полностью со всем, что мы думаем. Вселенная может казаться одной стороной и быть чем-то совершенно другим, например, голограммой. Или, может быть, мы — пришельцы, и нас посадили сюда в качестве эксперимента или в качестве удобрения. Есть даже шанс, что все мы являемся частью компьютерной симуляции, выполненной каким-то исследователем из другого мира, а другие формы жизни просто не были запрограммированы в симуляции.

________________

Пока мы продолжаем наши, возможно, бесполезные поиски внеземного разума, я не совсем уверен, за что болею. Откровенно говоря, узнать, что мы официально одни во Вселенной, или что к нам официально присоединились другие, было бы жутко, что является темой всех сюрреалистических сюжетных линий, перечисленных выше — какой бы ни была правда на самом деле, это потрясающе.

Помимо шокирующей научной фантастики, «Парадокс Ферми» вызывает у меня глубокое смирение.Не просто обычное смирение «О да, я микроскопический, и мое существование длится три секунды», которое всегда запускает Вселенная. Парадокс Ферми вызывает более резкое и личное смирение, которое может произойти только после того, как проведут несколько часов исследований, слушая, как самые известные ученые вашего вида представляют безумных теорий, снова и снова меняют свое мнение и дико противоречат друг другу, напоминая нам. что будущие поколения будут смотреть на нас так же, как мы видим древних людей, которые были уверены , что звезды были изнанкой небесного купола, и они подумают: «Ух ты, у них действительно было нет представления о том, что происходит. .”

Все это усугубляет удар по самооценке нашего вида, который сопровождает все эти разговоры о цивилизациях II и III типов. Здесь, на Земле, мы — король нашего маленького замка, гордый правитель огромной группы имбецилов, которые делят с нами планету. И в этом пузыре, в котором нет конкуренции и некого судить, мы редко когда-либо сталкиваемся с концепцией того, что мы являемся значительно более низшим видом по сравнению с кем-либо. Но после того, как на прошлой неделе мы провели много времени с цивилизациями типа II и III, наша сила и гордость кажутся немного похожими на Дэвида Брента.

Тем не менее, учитывая, что мое обычное мнение таково, что человечество — одинокая сирота на крошечном камне посреди пустынной вселенной, унизительный факт, что мы, вероятно, не так умны, как мы думаем, и возможность того, что многое из того, в чем мы уверены, может быть неправильным, звучит замечательно. Это приоткрывает дверь, может быть, , может быть, , в этой истории может быть больше, чем мы думаем.

Еще трое ждут, но почему загибают разум:

Как (и почему) SpaceX колонизирует Марс — Пост, над которым я работал с Илоном Маском, и тот, который переосмыслил мою мысленную картину будущего.

Революция искусственного интеллекта: путь к суперинтеллекту — Почему любые пришельцы, которые действительно посещают нас, скорее всего, будут искусственными, а не биологическими. Мы не можем быть королем нашего замка надолго…

What Makes You — Это более сложный вопрос, чем вы думаете.

Некоторые другие популярные сообщения «Подождите, но почему»:

Почему прокрастинаторы откладывают дела на потом
Как выбрать спутника жизни
В хвосте
Ваша жизнь в неделях
Религия для нерелигиозных

Если вы заинтересованы в поддержке Wait But Why, вот наш Patreon.

Источники:
PNAS: Распространенность планет размером с Землю, вращающихся вокруг звезд, подобных Солнцу
SETI: Уравнение Дрейка
НАСА: Отчет семинара о будущем разума в Космосе
Кейт Уайли: Парадокс Ферми, самовоспроизводящиеся зонды , и пропускная способность межзвездного транспорта
NCBI: Астробиологический фазовый переход: к разрешению парадокса Ферми
Андре Кукла: Инопланетяне: философская перспектива
Ник Бостром: Где они?
Science Direct: галактические градиенты, постбиологическая эволюция и очевидный провал SETI
Nature: Моделирование подтверждает теорию о том, что Вселенная является голограммой
Робин Хэнсон: Великий фильтр — мы почти прошли?
Джон Дайсон: Поиск искусственных звездных источников инфракрасного излучения

Парадокс Ферми: почему мы еще не нашли инопланетян?

Однажды летней ночью, когда я был ребенком, мы с мамой рыскали по ночному небу в поисках звезд, метеоров и планет.

Внезапно мой взгляд привлек объект со светом, который непрерывно пульсировал от яркого к тусклому. У него не было обычных красных указателей поворота, как у самолета, и он летел слишком медленно, чтобы быть падающей звездой.

Очевидно, это были пришельцы.

Мое волнение было недолгим, поскольку моя мать объяснила, что это был спутник, ловящий солнце, когда оно падало по своей орбите. Я лег спать разочарованный: Секретные материалы тогда показывали по ТВ два раза в неделю, и мне очень хотелось в это поверить.

Сегодня эта надежда все еще жива и здорова в голливудских фильмах, в воображении публики и даже среди ученых. Ученые впервые начали поиск инопланетных сигналов вскоре после появления радиотехнологий на рубеже 20-го века, а команды астрономов по всему миру принимают участие в формальных поисках внеземного разума (SETI) с 1980-х годов.

И все же вселенная продолжает казаться лишенной жизни.

Команда исследователей из Оксфордского университета по-новому взглянула на эту загадку.В начале июня Андерс Сандберг, Эрик Дрекслер и Тоби Орд из Института будущего человечества (FHI) опубликовали документ, который может разрешить парадокс Ферми — несоответствие между нашим ожидаемым существованием инопланетных сигналов и очевидным их отсутствием во Вселенной. и для всех.

Используя свежие статистические методы, статья повторно задает вопрос: «Мы одни?» и делает некоторые новаторские выводы: мы, земляне, не только, вероятно, являемся единственным разумом в Млечном Пути, но есть примерно 50-процентная вероятность, что мы одни во всей наблюдаемой Вселенной.

Хотя полученные данные полезны для размышлений о вероятности появления инопланетян, они могут оказаться даже более важными для переосмысления нашего подхода к риску исчезновения, с которым жизнь на Земле может столкнуться в ближайшем будущем.

Где все?

В 1950 году, работая в Лос-Аламосской национальной лаборатории, физик Энрико Ферми за обедом воскликнул своим коллегам: «Где все?»

Он размышлял об удивительном отсутствии свидетельств существования другой жизни за пределами нашей планеты.Ферми полагал, что во Вселенной, которая существовала около 14 миллиардов лет и за это время образовалось более миллиарда триллиона звезд, просто должны быть другие разумные цивилизации. Так где они?

Мы до сих пор не знаем, и парадокс Ферми со временем только усилился. С 1950-х годов люди ходили по Луне, отправляли зонд за пределы нашей солнечной системы и даже для развлечения отправили электрический спортивный автомобиль на орбиту вокруг Солнца. Если бы мы могли перейти от элементарных деревянных инструментов к этим инженерным достижениям менее чем за миллион лет, у нас, несомненно, были бы широкие возможности.Вселенная возрастом 8 миллиардов лет, чтобы другие цивилизации уже достигли такого же уровня — и далеко за его пределами?

И затем, конечно, были бы некоторые затяжные радиосигналы или визуальные признаки их расширения, достигающие наших телескопов.

Как ученые пытаются решить парадокс Ферми и почему эта статья отличается от других

Космос — большое место, и задача точно оценить вероятность появления маленьких зеленых человечков не совсем проста.

В 1961 году астроном Фрэнк Дрейк предложил формулу, которая умножила семь «параметров» вместе, чтобы оценить N, количество обнаруживаемых цивилизаций, которые мы должны ожидать в нашей галактике в данный момент времени:

Мин Сюй

Уравнение Дрейка было задумано только как приблизительный инструмент для стимулирования научных дискуссий о вероятности внеземной жизни.Однако в отсутствие каких-либо разумных альтернатив он остался единственным методом астрономов для расчета вероятности появления внеземного разума. Это проблематично, потому что, хотя некоторые параметры, такие как R * — скорость нового звездообразования в год — относительно хорошо известны, другие остаются крайне неопределенными.

Возьмите L, средняя продолжительность жизни обнаруживаемой цивилизации. Если мы посмотрим на среднюю продолжительность существования прошлых цивилизаций здесь, на Земле, было бы разумно принять низкое значение.Если судить по римлянам, инкам или египтянам, то, кажется, трудно пережить несколько сотен лет. С другой стороны, вы можете возразить, что как только цивилизация станет достаточно технологически развитой, чтобы осуществить межзвездные путешествия, она предположительно может просуществовать многие миллиарды лет.

Эта огромная неопределенность делает уравнение Дрейка уязвимым для оптимизма или пессимизма тех, кто им владеет. И это отражено в предыдущих научных статьях, результаты которых дают значения N от 10 до многих миллиардов.

Как красноречиво выразилась астроном и соучредитель SETI Джилл Тартер в интервью National Geographic в 2000 году: «Уравнение Дрейка — прекрасный способ упорядочить наше невежество».

Искренние попытки преодолеть эту уязвимость ранее предпринимались путем выбора нескольких консервативных, средних и оптимистичных оценок для каждого значения параметра и последующего усреднения по ним.

В своей новой статье, озаглавленной «Растворение парадокса Ферми», исследователи FHI оспаривают этот метод, демонстрируя, как этот метод обычно дает значение N намного выше, чем должно, создавая иллюзию парадокса.

Это потому, что простой выбор нескольких точечных оценок и включение их в уравнение Дрейка искажает состояние наших знаний. В качестве примера представьте трех ученых, которые имеют разные мнения о ценности L:

.

Если вы возьмете нормальное линейное среднее всех возможных целочисленных значений от 1 до 1000, вы неявно усложните множитель в мнении ученого C в 90 раз больше, чем мнение ученого A, потому что диапазон их убеждений в 90 раз больше.Если вы используете логарифмическую шкалу для представления вышеизложенного, чтобы диапазон каждого ученого соответствовал одному порядку величины, все три мнения будут представлены более равномерно.

Таким образом, исследователи представили полный диапазон возможных значений в логарифмической шкале и выполнили миллионы симуляций, чтобы получить более статистически надежные оценки для N. Затем они применили к этим результатам метод, известный как байесовское обновление. Это означает математическое включение информации о том, что мы еще не обнаружили внеземной разум (потому что отсутствие доказательств существования инопланетян само по себе является доказательством!).

Этот двухэтапный процесс дал поразительные результаты: исходя из текущего состояния астробиологических знаний, существует вероятность от 53 до 99,6 процента, что мы являемся единственной цивилизацией в этой галактике, и с вероятностью от 39 до 85 процентов, что мы единственные в наблюдаемой Вселенной. .

Это означает, что жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, непостижимо редка, и, если существуют другие разумные существа, они, вероятно, находятся далеко за пределами космологического горизонта и, следовательно, навсегда невидимы для нас.

Но жизнь не может быть такой редкой, не так ли?

Для ясности: авторы статьи, похоже, не делают каких-либо окончательных утверждений о том, существуют ли инопланетяне; просто наши текущие знания по семи параметрам предполагают высокую вероятность того, что мы останемся одни.По мере появления новой информации они соответствующим образом обновят эту вероятность. Например, если мы обнаружим второй случай абиогенеза — процесс зарождения рудиментарной жизни из неживой материи — на комете или другой планете, то это значительно уменьшит неопределенность по параметру fl .

Тем не менее, их результаты, безусловно, вызвали ажиотаж, особенно после того, как генеральный директор SpaceX Илон Маск написал им в Твиттере:

Вот почему мы должны сохранить свет сознания, став космической цивилизацией и распространяя жизнь на другие планеты https: // t.co / UDDP8I1zsS

— Илон Маск (@elonmusk) 25 июня 2018 г.

Многие отреагировали на выводы статьи, назвав ее антропоцентрической и узколобой, утверждая, что любой вывод о том, что мы, земляне, какие-то особенные люди, является просто человеческим высокомерием.

Это в некоторой степени понятно, потому что идея о том, что разумная жизнь чрезвычайно редка во Вселенной, кажется совершенно нелогичной. Мы существуем вместе с другими разумными существами, такими как дельфины и осьминоги, поэтому мы предполагаем, что то, что мы видим, должно быть экстраполировано за пределы Земли.

Но это само по себе не доказывает, что разумные цивилизации, следовательно, повсеместны. Независимо от того, является ли истинная вероятность равной одной из двух или столь же невероятной, как одна из триллиона триллионов триллионов, простая способность сознательно задавать себе этот вопрос зависит от того факта, что жизнь уже успешно зародилась.

Это явление известно как эффект выбора наблюдателя — предвзятость, которая может возникнуть при размышлениях о вероятности события, потому что наблюдатель должен присутствовать, чтобы наблюдать событие в первую очередь.Поскольку у нас есть только одна точка данных (нас), у нас нет надежного способа предсказать истинную вероятность разумной жизни. Единственный вывод, который мы можем с уверенностью сделать, это то, что может существовать.

Итак, если мы одни, это хорошие новости или плохие?

Независимо от того, на чьей вы стороне, идея о том, что мы можем быть одни во Вселенной, поднимает серьезные научные и философские вопросы. Есть ли повод для радости или разочарования в нашей редкости? Что будет значить для людей быть единственными сознательными существами во Вселенной?

Этот последний вопрос имеет огромное значение.Мы не только истощаем наши ресурсы окружающей среды неустойчивыми темпами, но и впервые в истории человечества достигли технологической стадии, когда все будущее нашего вида находится в наших руках. За несколько лет мы создали достаточно ядерного оружия, чтобы многократно истребить каждого человека на Земле, и сделали это оружие доступным для наших лидеров. Каждое десятилетие приносило нам новые технологии с постоянно растущим потенциалом как огромного блага, так и огромного разрушения.

Когда мы встретили новый год, Бюллетень ученых-атомщиков переместил Часы Судного дня как можно ближе к полуночи. Между тем, оценки различных специалистов по экзистенциальному риску предполагают, что вероятность полного вымирания человечества к концу этого столетия составляет от 5 до 19 процентов — неприемлемо большая вероятность, учитывая ставки.

Эта мрачная авантюра влияет не только на 7 миллиардов из нас, живущих сегодня; если учесть моральный вес миллиарда миллиардов будущих людей, которым также никогда не удастся прожить свою жизнь, становится ясно, что нам срочно необходимо объединить наши коллективные действия.

Как сказал Карл Саган в своей речи «Бледно-голубая точка» в 1990 году: « Во всей этой необъятности нет ни малейшего намека на то, что помощь придет откуда-то еще, чтобы спасти нас от нас самих. На данный момент Земля — ​​единственный известный мир, где есть жизнь. … Земля — ​​это то место, где мы стоим ».

Он не ошибается, особенно в свете результатов этой статьи. Если человечество действительно является единственной цивилизацией, которая может когда-либо существовать во Вселенной, тогда мы берем на себя ответственность поистине астрономического масштаба.

Лив Бори — научный коммуникатор и телеведущая, специализирующаяся на астрофизике, рациональном мышлении и покере.

За пределами «парадокса Ферми» XV: Что такое гипотеза теории перколяции?

Добро пожаловать в нашу серию статей о Fermi Paradox, где мы рассмотрим возможные решения знаменитого вопроса Энрико Ферми «Где все?» Сегодня мы исследуем возможность того, что Землю не посещали инопланетяне, потому что межзвездные путешествия не очень практичны!

В 1950 году итало-американский физик Энрико Ферми сел обедать с некоторыми из своих коллег в Лос-Аламосской национальной лаборатории, где он работал пять лет назад в рамках Манхэттенского проекта.По разным данным, разговор зашел об инопланетянах и недавней волне НЛО. По этому поводу Ферми сделал заявление, которое войдет в анналы истории: « Где все? “

Это стало основой парадокса Ферми , который указывает на несоответствие между оценками высокой вероятности существования внеземного разума (ETI) и очевидным отсутствием доказательств. Со времен Ферми было предложено несколько решений его вопроса, которые включают вполне реальную возможность того, что межзвездная колонизация следует основному правилу теории перколяции .

Одно из ключевых предположений, лежащих в основе парадокса Ферми, состоит в том, что, учитывая обилие планет и возраст Вселенной, развитая экзо-цивилизация должна была бы, , к настоящему времени колонизировать значительную часть нашей галактики. Это, конечно, не лишено достоинств, учитывая, что в одной только галактике Млечный Путь (возраст которой более 13,5 миллиардов лет), по оценкам, от 100 до 400 миллиардов звезд.

Еще одно ключевое предположение состоит в том, что разумные виды будут заинтересованы в колонизации других звездных систем как часть естественного стремления исследовать и расширять границы своей цивилизации.И последнее, но не менее важное: предполагается, что межзвездные космические путешествия будут возможны и даже практичны для развитой экзоцивилизации.

Но это, в свою очередь, сводится к предположению, что технический прогресс предоставит решения величайшей проблемы межзвездных путешествий. Короче говоря, количество энергии, которое потребуется космическому кораблю для перехода от одной звезды к другой, недопустимо велико, особенно когда речь идет о больших космических кораблях с экипажем.

Относительность — суровая госпожа

В 1905 году Эйнштейн опубликовал свою основополагающую статью, в которой развил свою Специальную теорию относительности.Это была попытка Эйнштейна примирить законы движения Ньютона с уравнениями электромагнетизма Максвелла, чтобы объяснить поведение света. Эта теория по существу утверждает, что скорость света (помимо того, что она постоянна) является абсолютным пределом, за которым объекты не могут перемещаться.

Это резюмируется знаменитым уравнением E = mc ² , которое иначе известно как «эквивалентность массы и энергии». Проще говоря, эта формула описывает энергию ( E ) частицы в ее системе покоя как произведение массы ( m ) на скорость света в квадрате ( c ² ) — прибл.300000 км / с; 186000 миль / с. Следствием этого является то, что по мере приближения объекта к скорости света его масса неизменно увеличивается.

Следовательно, чтобы объект достиг скорости света, на его ускорение должно быть затрачено бесконечное количество энергии. Как только будет достигнуто значение c , масса объекта также станет бесконечной. Короче говоря, достичь скорости света невозможно, не говоря уже о ее превышении. Таким образом, за исключением некоторой колоссальной революции в нашем понимании физики, двигательная установка, работающая быстрее света (FTL), никогда не может существовать.

Таковы последствия жизни в релятивистской Вселенной, где путешествие даже со скоростью, составляющей часть скорости света, требует огромного количества энергии. И хотя некоторые очень интересные и новаторские идеи были созданы на протяжении многих лет физиками и инженерами, которые хотят, чтобы межзвездные путешествия стали реальностью, ни одна из концепций экипажа не является тем, что вы могли бы назвать «рентабельным».

Принципиальные вопросы

Это поднимает очень важный философский вопрос, связанный с парадоксом Ферми и существованием ETI.Это не что иное, как принцип Коперника, названный в честь знаменитого астронома Николая Коперника. Чтобы разрушить его, этот принцип является продолжением аргумента Коперника о Земле, о том, что она не находилась в уникальном и привилегированном положении для наблюдения за Вселенной.

Распространенный на космологическую сферу, принцип в основном утверждает, что при рассмотрении возможности разумной жизни не следует предполагать, что Земля (или человечество) уникальна. Точно так же этот принцип утверждает, что Вселенная в том виде, в каком мы ее видим сегодня, является представителем нормы — иначе говоря.что он находится в состоянии равновесия.

Противоположная точка зрения, что человечество находится в уникальном и привилегированном положении для наблюдения за Вселенной, — это то, что известно как Антропный Принцип. Вкратце, этот принцип гласит, что сам акт наблюдения за Вселенной на предмет признаков жизни и разума требует, чтобы законы, управляющие ею, способствовали жизни и разуму.

Если мы примем принцип Коперника как руководящий принцип, мы вынуждены признать, что любой разумный вид столкнется с теми же проблемами при межзвездном полете, что и мы.И поскольку мы не предвидим способа обойти это, если не считать серьезного прорыва в нашем понимании физики, возможно, ни один другой вид не нашел его. Не в этом ли причина «Великой тишины»?

Происхождение

Представление о том, что расстояние и время могут быть фактором (по отношению к парадоксу Ферми), со временем получило немало внимания. Карл Саган и Уильям И. Ньюман в своем исследовании 1981 года «Галактические цивилизации: динамика населения и межзвездная диффузия» предположили, что сигналы и зонды ETI, возможно, просто еще не достигли Земли.Это было встречено критикой со стороны других ученых, которые утверждали, что это противоречит принципу Коперника.

По собственным оценкам Сагана и Ньюмана, время, которое потребуется ETI, чтобы исследовать всю галактику, равно или меньше возраста самой нашей галактики (13,5 миллиардов лет). Если зонды или сигналы экзо-цивилизации еще не достигли нас, это будет означать, что разумная жизнь начала появляться в более недавнем прошлом. Другими словами, галактика находится в состоянии неравновесия, переходя из необитаемого состояния в необитаемое.

Однако именно Джеффри А. Лэндис выдвинул, пожалуй, самый убедительный аргумент об ограничениях, налагаемых законами физики. В своей статье 1993 года «Парадокс Ферми: подход, основанный на теории перколяции» он утверждал, что в результате теории относительности экзоцивилизация сможет расшириться только до определенного предела по всей галактике.

Центральным аргументом Ландиса была концепция математической и физической статистики, известная как «теория перколяции», которая описывает поведение сети при удалении узлов или ссылок.В соответствии с этой теорией, когда удаляется достаточное количество ссылок в сети, она распадается на более мелкие связанные кластеры. По словам Ландиса, этот же процесс полезен для описания того, что происходит с людьми, вовлеченными в миграцию.

Короче говоря, Лэндис предположил, что в галактике, где разумная жизнь статистически вероятна, не будет «единообразия мотивов» среди внеземных цивилизаций. Вместо этого его режим предполагает широкий спектр мотивов: одни предпочитают выходить на улицу и колонизировать, а другие предпочитают «оставаться дома».Как он объяснил:

«Поскольку это возможно, учитывая достаточно большое количество внеземных цивилизаций, одна или несколько, безусловно, предприняли бы это действие, возможно, по неизвестным нам мотивам. Колонизация займет очень много времени и будет стоить очень дорого.

«Вполне разумно предположить, что не все цивилизации будут заинтересованы в таких больших расходах для получения вознаграждения в далеком будущем. Человеческое общество состоит из смеси культур, которые исследуют и колонизируют, иногда на очень больших расстояниях, и культур, которые не заинтересованы в этом.”

Подводя итог, продвинутый вид не будет колонизировать галактику быстро или последовательно. Вместо этого он будет «просачиваться» вовне на конечное расстояние, где растущие затраты и запаздывание между коммуникациями накладывают ограничения и колонии развивают свои собственные культуры. Таким образом, колонизация не будет однородной, а будет происходить кластерами с большими территориями, остающимися неколонизированными в любой момент времени.

Аналогичный аргумент был выдвинут в 2019 году проф.Адам Франк и группа исследователей экзопланет из Центра изучения экзопланетных систем НАСА (NExSS). В исследовании под названием «Парадокс Ферми и эффект полярного сияния: поселение, расширение и устойчивые состояния экзоцивилизаций» они утверждали, что заселение галактики также будет происходить в скоплениях, потому что не все потенциально пригодные для жизни планеты будут гостеприимны для колонизации. разновидность.

Конечно, модель Лэндиса содержит некоторые собственные допущения, которые он изложил заранее.Во-первых, было предположение, что межзвездное путешествие затруднено из-за законов физики и что существует максимальное расстояние, на котором могут быть непосредственно созданы колонии. Следовательно, цивилизация будет колонизировать только на разумном расстоянии от своего дома, за пределами которого вторичная колонизация произойдет позже.

Во-вторых, Лэндис также делает предположение, что родительская цивилизация будет иметь слабую власть над любыми колониями, которые она создает, и время, необходимое для того, чтобы они развили свою собственную колонизирующую способность, будет очень долгим.Следовательно, любая основанная колония со временем разовьет свою собственную культуру, и ее люди будут иметь чувство самости и идентичности, отличное от чувства родительской цивилизации.

Концепция корабля разных поколений, разрабатываемая командой TU Delft Starship (DSTART) при поддержке ESA. Предоставлено: Нильс Фабер и Анджело Вермёлен

Как мы исследовали в предыдущей статье, с использованием современных технологий, чтобы достичь Проксимы Центавра (4,24 световых года), потребуется от 1000 до 81000 лет .Хотя существуют концепции, которые допускают релятивистские путешествия (составляющие часть скорости света), время путешествия по-прежнему может составлять от нескольких десятилетий до более века. Более того, стоимость будет чрезвычайно высокой (подробнее об этом ниже).

Но перемещение колонистов в другую звездную систему — это только начало. После того, как они заселят соседнюю обитаемую планету (и не все вымерли) и получат инфраструктуру для межзвездной связи, все равно потребуется 8 с половиной лет, чтобы отправить сообщение на Землю и получить ответ.Это просто непрактично для любой цивилизации, надеющейся поддерживать централизованный контроль или культурную гегемонию над своими колониями.

Космос — дорогое удовольствие!

Чтобы рассмотреть ситуацию в перспективе, подумайте о затратах, связанных с историей освоения космоса человечеством. Отправка астронавтов на Луну в рамках программы «Аполлон» в период с 1961 по 1973 год обошлась в огромные 25,4 миллиарда долларов, что сегодня составляет около 150 миллиардов долларов (с учетом инфляции). Но «Аполлон» возник не на пустом месте, и сначала потребовались «Проекты Меркурий» и «Близнецы» в качестве ступеней.

Эти две программы, которые вывели первых американских астронавтов на орбиту и позволили получить необходимый опыт для полета на Луну, стоили около 2,3 миллиарда долларов и 10 миллиардов долларов США (с учетом корректировок). Сложите их все, и вы получите в общей сложности около 163 миллиардов долларов, потраченных с 1958 по 1972 год. Для сравнения, проект Artemis, который вернет астронавтов на Луну впервые с 1972 года, будет стоить 35 миллиардов долларов всего за следующие четыре. годы!

Аполлон 10 Сатурн V во время развертывания.Предоставлено: NASA

. Это не включает затраты на доведение всех различных компонентов до этого этапа игры, такие как разработка SLS на данный момент, космическая капсула Orion и исследования Лунных ворот, посадка человека. системы (HLS) и роботизированные миссии. Это большие деньги, чтобы добраться до единственного спутника Земли. Но это ничто по сравнению с затратами на межзвездные миссии!

Going Interstellar?

С самого начала космической эры было сделано много теоретических предложений по отправке космических аппаратов к ближайшим звездам.В основе всех этих предложений лежала одна и та же забота: сможем ли мы достичь ближайших звезд в нашей жизни? Чтобы решить эту проблему, ученые разработали ряд передовых стратегий движения, которые позволили бы разгонять космические корабли до релятивистских скоростей.

Из них самым простым определенно был проект Орион (с 1958 по 1963 год), который основывался на методе, известном как Nuclear Pulse Propulsion (NPP). Этот проект, возглавляемый Тедом Тейлором из General Atomics и физиком Фрименом Дайсоном из Института перспективных исследований при Принстонском университете, предусматривал создание огромного космического корабля, который будет использовать взрывную силу, создаваемую ядерными боеголовками, для создания тяги.

Эти боеголовки будут выпущены позади космического корабля и взорваны, создавая ядерные импульсы. Они будут поглощаться установленной сзади прижимной пластиной (также известной как «толкатель»), которая преобразует взрывную силу в поступательный импульс. Несмотря на неэлегантность, система была чрезвычайно простой и эффективной, и теоретически могла достигать скорости до 5% от скорости света (5,4 × 10 ⁷ км / ч, или 0,05 c ).

Концепция проекта «Орион» для космического корабля с ядерной энергетикой.Кредит: silodrome.co

Увы, стоимость. По оценкам, произведенным Дайсоном в 1968 году, космический корабль Орион будет весить от 400 000 до 4 000 000 метрических тонн. По самым консервативным оценкам Дайсона стоимость постройки такого корабля также оценивается в 367 миллиардов долларов (2,75 триллиона долларов с поправкой на инфляцию). Это около 78% годового дохода правительства США за 2019 год и 10% ВВП страны.

Другая идея заключалась в создании ракет, которые основывались бы на термоядерных реакциях для создания тяги.В частности, концепция Fusion Propulsion была исследована Британским межпланетным обществом в период с 1973 по 1978 год в рамках технико-экономического обоснования, известного как Project Daedalus. В результате был разработан двухступенчатый космический аппарат, который создавал бы тягу путем сплавления гранул дейтерия / гелия-3 в реакционной камере с использованием электронных лазеров.

Это создаст высокоэнергетическую плазму, которая затем будет преобразована в тягу с помощью магнитного сопла. Первая ступень космического корабля проработает чуть более 2 лет и разгонит космический корабль до 7.1% скорости света (0,071 c ). Затем эта ступень будет выброшена, а вторая ступень возьмет на себя управление и разгонит космический корабль примерно до 12% скорости света (0,12 c ) в течение 1,8 года.

Двигатель второй ступени будет остановлен, и судно перейдет в 46-летний период круиза. По оценкам проекта, миссии потребуется 50 лет, чтобы достичь звезды Барнарда (менее 6 световых лет от нас). С поправкой на Проксиму Центавра тот же корабль может совершить путешествие за 36 лет.Но помимо технологических барьеров, выявленных в рамках проекта, были также сопряжены с чистыми расходами.

Художественный концепт космического корабля Project Daedalus с ракетой Saturn V, стоящей рядом для масштабирования. Кредит: Адриан Манн, .

Даже по скромным стандартам беспилотного концепта, полностью заправленный «Дедал» будет весить до 60 000 тонн и стоить более 5267 миллиардов долларов (по оценкам 2012 года). С поправкой на 2020 долларов, цена на полностью собранный Дедал будет стоить около 6 триллионов долларов.Icarus Interstellar, международная организация добровольных гражданских ученых (основанная в 2009 году) с тех пор попыталась оживить эту концепцию с помощью проекта Icarus.

Еще одна смелая и смелая идея — это Antimatter Propulsion , основанная на аннигиляции вещества и антивещества (водород и антиводородные частицы). Эта реакция высвободила столько же энергии, сколько термоядерный взрыв, а также ливень субатомных частиц (пионов и мюонов). Эти частицы, которые затем будут двигаться со скоростью, равной одной трети скорости света, направляются магнитным соплом для создания тяги.

К сожалению, стоимость производства даже одного грамма топлива из антивещества оценивается примерно в один триллион долларов. Согласно отчету Роберта Фрисби из группы Advanced Propulsion Technology Group (NASA Eagleworks), двухступенчатой ​​ракете на антивеществе потребуется более 815 000 метрических тонн (900 000 тонн США) топлива, чтобы совершить путешествие к Проксиме Центавра примерно за 40 лет.

Более оптимистичный отчет д-ра Даррела Смита и Джонатана Уэбби из Университета аэронавтики Эмбри-Риддл утверждает, что космический корабль весом 400 метрических тонн (441 тонна США) и 170 метрических тонн (187 тонн США) топлива из антивещества может достичь нуля.5 скорость света. При такой скорости аппарат может достичь Проксимы Центавра чуть более 8 лет, но нет экономически эффективного способа сделать это, и никаких гарантий там никогда не будет.

Впечатление художника от концепта Bussard Ramjet. Кредит: i4is

Во всех случаях топливо составляет значительную часть общей массы этой концепции. Чтобы решить эту проблему, были предложены варианты, которые могли генерировать собственное топливо. Что касается термоядерных ракет, то это Bussard Ramjet , в котором используется огромная электромагнитная воронка для «выкапывания» водорода из межзвездной среды и магнитные поля, чтобы сжимать его до такой степени, что происходит термоядерный синтез.

Точно так же существует межзвездная исследовательская система Vacuum to Antimatter Rocket (VARIES), которая также создает собственное топливо из межзвездной среды. Предложенный Ричардом Обуси из Icarus Interstellar, корабль VARIES будет полагаться на большие лазеры (питаемые огромными солнечными батареями), которые будут создавать частицы антивещества при запуске в пустое пространство.

Увы, ни одна из этих идей не возможна с использованием современных технологий, и они не находятся в сфере экономической эффективности (далеко не всегда).В данных обстоятельствах и за исключением нескольких крупных технологических разработок, которые снизили бы связанные с этим затраты, было бы справедливо сказать, что любая идея межзвездных миссий с экипажем просто непрактична.

Отправка зондов к другим звездам в пределах нашей жизни все еще в пределах возможностей, особенно тех, которые полагаются на Directed-Energy Propulsion (DEP). Как показывают такие предложения, как Breakthrough Starshot или Project Dragonfly , эти паруса можно было разогнать до релятивистских скоростей и иметь все необходимое оборудование для сбора изображений и основных данных о любых экзопланетах, находящихся на орбите.

Project Starshot, инициатива, спонсируемая Фондом прорыва, призвана стать первым межзвездным путешествием человечества. Кредит: breakthroughinitiatives.org

Однако такие зонды — потенциально надежное и экономичное средство межзвездных исследований, а не колонизации. Более того, временная задержка, связанная с межзвездной связью, по-прежнему будет накладывать ограничения на то, как далеко эти зонды могут исследовать, продолжая сообщать о Земле. Следовательно, экзо-цивилизация вряд ли отправит зонды далеко за пределы своей территории.

Критика

Возможная критика теории перколяции состоит в том, что она допускает множество сценариев и интерпретаций, которые позволили бы контакту произойти в этот момент. Если мы предположим, что разумному виду потребуется 4,5 миллиарда лет, чтобы появиться (время между формированием Земли и современными людьми), и учесть, что наша галактика существует уже 13,5 миллиардов лет, остается окно в 9 миллиардов лет.

За 9 миллиардов лет могло появиться и исчезнуть множество цивилизаций, и хотя ни один вид не мог колонизировать всю галактику, трудно представить, что эта активность осталась бы незамеченной.При таких обстоятельствах можно сделать вывод, что помимо того, что они ограничивают возможности цивилизации, здесь действуют и другие ограничивающие факторы (Великий фильтр, кто-нибудь?)

Однако важно напомнить себе, что ни одно предлагаемое решение парадокса Ферми не обходится без дыр. Кроме того, ожидать от теории или теоретика всех ответов на столь сложный (но с недостаточным количеством данных) предмет, как существование инопланетян, примерно так же нереально, как ожидать последовательности в поведении самих ETI!

Логарифмическая карта наблюдаемой Вселенной.Предоставлено: Пабло Карлос Будасси

В целом, эта гипотеза очень полезна, поскольку она разрушает многие из предположений, присущих «факту А». Это также представляет собой вполне логичную отправную точку для ответа на фундаментальный вопрос. Почему мы ничего не слышали от ETI? Потому что нереально делать вывод, что они должны были к настоящему времени колонизировать лучшую часть галактики, особенно когда законы физики (в том виде, в каком мы их знаем) исключают такое.

---

Мы написали много интересных статей о парадоксе Ферми, уравнении Дрейка и поисках внеземного разума (SETI) здесь, в «Вселенная сегодня».

Хотите подсчитать количество внеземных видов в нашей галактике? Перейдите к калькулятору инопланетной цивилизации!

Вот где пришельцы? Как «Великий фильтр» может повлиять на технический прогресс в космосе, почему искать инопланетную жизнь было бы плохо. Великий фильтр, как мы можем найти инопланетян? Поиски внеземного разума (SETI), Фрейзер и Джон Майкл Годье обсуждают парадокс Ферми.

И обязательно ознакомьтесь с остальной частью нашей серии Beyond Fermi’s Paradox:

У

Astronomy Cast есть несколько интересных эпизодов на эту тему.Вот серия 24: Парадокс Ферми: Где все пришельцы?, Эпизод 110: В поисках внеземного разума, Эпизод 168: Энрико Ферми, Эпизод 273: Решения парадокса Ферми.

Источники:

• Sagan, C. & Newman, N.I. «Галактические цивилизации: динамика населения и межзвездная диффузия». Икар, том 46, выпуск 3 (1981)
• Саган, К. и Ньюман, Н. «Солипсистский подход к внеземному разуму.”Ежеквартальный журнал Королевского астрономического общества, Vol. 24 (1983)
• Брин Г.Д. «Великое молчание — полемика относительно внеземной разумной жизни, ». Ежеквартальный журнал Королевского астрономического общества, Vol. 24 (1983)
• Джонс, Э.М. «Где все?» Изложение вопроса Ферми ». Управление научно-технической информации, технические отчеты (1985)
• Landis, G.A. «Парадокс Ферми: подход, основанный на теории перколяции.”Журнал Британского межпланетного общества, Vol. 51, No. 5 (1993)

Вот так:

Like Loading …

Золотое правило Ферми и второй закон термодинамики

Приложение

Вывод скоростных уравнений (2) и (3)

Простые, хотя и нелинейно связанные скоростные уравнения (2), (3) лежат в основе знаменитого вывода Эйнштейном закона Планка для излучения черного тела [10]. В этом разделе мы описываем приближения и статистические допущения, приводящие к замкнутой системе уравнений.(2), (3).

Начнем с описания квантового состояния отдельной системы в статистическом ансамбле. Набор из M двухуровневых систем с расщеплением энергии \ (\ hbar \ Omega \) взаимодействует с модами излучения \ (a_j \), характеризующимися их частотами в диапазоне \ ([\ Omega — \ Delta / 2, \ Omega + \ Delta / 2] \) и дополнительные параметры, такие как импульс и поляризация, суммированные в индексе j . Полное квантовое состояние многих тел \ (| \ Psi (t) \ rangle \) в момент времени t затем описывается как

$$ \ begin {align} | \ Psi (t) \ rangle = | s_1, \ ldots s_M; \ {n_j \} \ rangle, \ end {align} $$

(25)

, где \ (s_l = 0,1 \) соответствуют основному и возбужденному состоянию \ (| g_l \ rangle \) и \ (| e_l \ rangle \) l -го TLS и \ (n_j \ ) — количество фотонов в моде j .{\ dagger} _j a_j. \ end {align} $$

(26)

Взаимодействие между TLS и излучением через гамильтониан (1) включено как стохастический процесс с использованием золотого правила. Он дает вероятности перехода из состояния \ (| \ Psi (t) \ rangle \) в состояния \ (| \ Psi ‘(t + \ delta t) \ rangle \) (выброс) или \ (| \ Psi’ ‘( t + \ delta t) \ rangle \) (поглощение),

$$ \ begin {align} & | s_1, \ ldots, 1_l, \ ldots s_M; \ {n_j \} \ rangle \ rightarrow | s_1, \ ldots, 0_l, \ ldots s_M; \ {n_ {j \ ne k} \}, n_k + 1 \ rangle, \ end {align} $$

(27)

$$ \ begin {align} & | s_1, \ ldots, 0_ {l ‘}, \ ldots s_M; \ {n_j \} \ rangle \ rightarrow | s_1, \ ldots, 1_ {l’}, \ ldots s_M ; \ {n_ {j \ ne k} \}, n_k-1 \ rangle.{-1} _ \ text {em} = \ gamma ‘(\ bar {n} (t) +1) \) (см. [13] и «Вывод уравнений скорости (17) — (19) для открытого Система»). Поскольку мы не знаем, в каком режиме происходит излучение, мы можем упростить описание \ (| \ Psi (t) \ rangle \), данное в (25), как

$$ \ begin {align} \ Psi (t ) = | s_1, \ ldots s_M; \ bar {n} \ rangle, \ end {align} $$

(29)

, который уже является формой крупнозернистой процедуры, применяемой к микросостоянию (25). Следующим и важным приближением является предположение, что радиационные процессы нескольких ДУС независимы, хотя связь с полем излучения вводит между ними статистические корреляции.e_l (t) P (\ bar {n}, t), \ end {align} $$

(31)

, что следует из того же аргумента, что и статистическая независимость TLS, т.е. наличие макроскопически множества различных мод поля излучения в частотном интервале \ ([\ Omega — \ Delta, \ Omega + \ Delta] \ ), что делает среднюю занятость \ (\ bar {n} \) статистически независимой от состояния отдельного TLS. e (t)) \ langle n \ rangle (t).M_ {l = 1} s_l + \ sum _j n_j, \ end {align} $$

(33)

, но содержит другую константу скорости \ (\ gamma \) для учета непрерывной плотности состояний вокруг резонансной частоты, \ (\ gamma = \ gamma ‘/ \ mathcal {N} \) (см. Уравнение (70) в «Выводе соотношений ставок (17) — (19) для открытой системы»). Вектор состояния (25) удовлетворяет гораздо более сложному главному уравнению, чем (32), и его стохастическая эволюция показывает отклонения фактического значения m ( t ) от его среднего значения \ (\ langle m (t) \ rangle \) вычисляется по формулам (2), (3).Но можно утверждать, что типичное состояние для будет иметь временную эволюцию, которая лишь незначительно отклоняется от своего среднего значения за все время, \ (| m _ {\ text {типичный}} (t) — \ langle m (t) \ rangle | / M \ rightarrow 0 \) для \ (M \ rightarrow \ infty \) [16, 53]. Это утверждение может быть показано аналитически для простых стохастических моделей, таких как модель Эренфеста [17], а также для чисто детерминированных игрушечных моделей, например модель кольца Каца [55]. Более того, существует множество численных свидетельств такого поведения типичных состояний в более реалистичных моделях [18].

В нашем случае окончательное обоснование (2), (3) основывается на том факте, что они приводят к закону Планка для излучения черного тела, одному из краеугольных камней современной физики. Трудно утверждать, что эти уравнения неверны, но полностью согласуются со всеми экспериментами из-за некоторого неизвестного исключения ошибок.

Вывод скоростных уравнений (17) — (19) для открытой системы

Начнем с вычисления скорости потери фотонов с частотой \ (\ omega _j \) из резервуара A через канал 1 открытый волновод (см. рис.1). В гамильтониане связи (11) процесс имеет первый порядок. Начальное состояние:

$$ \ begin {выровнено} | \ psi _ \ text {in} \ rangle = | \ {n_A \} n_ {Aj}, \ {n_B \}, \ {0_1 \} 0_ {1k }, \ {0_2 \}, \ {s \} \ rangle, \ end {align} $$

(34)

для определенной конфигурации занятий \ (\ {n_A \} \) для режимов \ (j ‘\) в A с \ (j’ \ ne j \). Здесь \ (n_ {Aj} \) — число занятий моды j . Точно так же \ (\ {n_B \} \) обозначает конфигурацию в резервуаре B .2 \ rho _ {wg} (\ hbar \ omega), \ end {align} $$

(40)

при условии \ (\ rho _1 = \ rho _2 = \ rho _ {wg} \). Добавляя вклад распада в канал 2, основное уравнение для \ (\ langle n_ {A} \ rangle (\ omega) \), описывающее процесс потерь, выглядит так:

$$ \ begin {выровнено} \ frac {\ text { d} \ langle n_ {A} \ rangle (\ omega)} {\ text {d} t} = — 2 \ gamma _ \ text {dec} (\ omega) \ langle n_ {A} \ rangle (\ omega) + \ ldots \ end {align} $$

(41)

Аналогичное выражение справедливо для коллектора B с той же постоянной дебита \ (\ gamma _ \ text {dec} \).\ dagger a_ {1k} + \ text {h.c.} \ right). \ end {align} $$

(43)

Мы обозначаем начальное состояние как

$$ \ begin {align} | \ psi _ \ text {in} \ rangle = | \ {n_A \} n_ {Aj}, \ {n_B \} n_ {Bl}, \ {0_1 \} 0_ {1k}, \ {0_2 \}, \ {s \} \ rangle. {\ dagger} _ { Bl} a_ {1k}.2 (\ hbar \ omega) \ rho _A (\ hbar \ omega) \ langle n_ {B} \ rangle (\ omega) (\ langle n_ {A} \ rangle (\ omega) +1). \ end {align} $$

(54)

Наконец, основное уравнение для коллектора A , характеризующее прямые переходы между A и B через волновод, задается формулой

$$ \ begin {выровнено} \ frac {\ text {d} \ langle n_ { A} \ rangle (\ omega)} {\ text {d} t} = — \ frac {1} {\ tau _ {A \ rightarrow B} (\ omega)} + \ frac {1} {\ tau _ { B \ rightarrow A} (\ omega)} = \ gamma _0 (\ omega) (\ langle n_ {B} \ rangle (\ omega) — \ langle n_ {A} \ rangle (\ omega)), \ end {выровнено } $$

(55)

, где мы предположили одинаковые плотности состояний в A и B , \ (\ rho _A = \ rho _B = \ rho \).2 \ rho _ {wg} (\ hbar \ omega) \ rho (\ hbar \ omega). \ end {align} $$

(57)

Далее рассмотрим поглощение излучения от водоема A l -ым ТЛС. { t_0} (\ hbar \ Omega — \ hbar \ omega _j) \ rho _ {wg} (\ hbar \ omega _j) \ sqrt {n_ {Aj}}, \ end {align} $$

(61)

, где \ (\ bar {g} _1 \) — значение \ (g_ {1k} \) для \ (\ omega _k = \ omega _j \).2 (\ hbar \ Omega) \ rho (\ hbar \ Omega) \ langle n_ {B} \ rangle (\ Omega) + \ ldots \ end {align} $$

(63)

С другой стороны, выброс от TLS в сторону резервуара A должен проходить через левый канал 2. Начальное состояние теперь

$$ \ begin {выровнено} | \ psi _ \ text {in} \ rangle = | \ {n_A \} n_ {Aj}, \ {n_B \}, \ {0_1 \}, \ {0_2 \} 0_ {2k}, \ {s \} e_l \ rangle, \ end {выровнено} $

(64)

промежуточное состояние

$$ \ begin {align} | \ psi _ \ text {im} \ rangle = | \ {n_A \} n_ {Aj}, \ {n_B \}, \ {0_1 \}, \ {0_2 \} 1_ {2k}, \ {s \} g_l \ rangle, \ end {align} $$

(65)

и конечное состояние

$$ \ begin {align} | \ psi _ \ text {fin} \ rangle = | \ {n_A \} n_ {Aj} +1, \ {n_B \}, \ {0_1 \ }, \ {0_2 \} 0_ {2k}, \ {s \} g_l \ rangle.2 (\ hbar \ Omega) \ rho (\ hbar \ Omega) (\ langle n_ {A} \ rangle (\ Omega) +1) + \ ldots \ end {align} $$

(67)

В этом выражении член, пропорциональный \ (\ langle n_ {A} \ rangle \), связан со стимулированным излучением TLS. Примечательно, что стимулированное излучение TLS не вызвано фотонами, которые были испущены A , а затем столкнулись с TLS, чтобы создать фотоны в том же режиме. Здесь, напротив, стимулированное излучение TLS индуцируется фотонами, которые принимаются A после того, как они были излучены TLS.2 (\ hbar \ Omega) \ rho (\ hbar \ Omega) \ end {align} $$

(68)

для \ (r = 1,2 \) получаем основное уравнение для \ (\ langle m \ rangle \),

$$ \ begin {align} \ frac {\ text {d} \ langle m \ rangle } {\ text {d} t} & = — [\ tilde {\ gamma} _ {11} (\ Omega) + \ tilde {\ gamma} _ {12} (\ Omega)] \ langle m \ rangle + \ тильда {\ gamma} _1 (\ Omega) \ left [\ langle n_ {A} \ rangle (M- \ langle m \ rangle) — (\ langle n_ {B} \ rangle +1) \ langle m \ rangle \ right ] \ nonumber \\ & \ quad + \ tilde {\ gamma} _2 (\ Omega) \ left [\ langle n_ {B} \ rangle (M- \ langle m \ rangle) — (\ langle n_ {A} \ rangle +1) \ langle m \ rangle \ right], \ end {align} $$

(69)

, что является уравнением.(19) в основном тексте. Чтобы вычислить члены, соответствующие процессам поглощения и излучения в уравнениях скорости для \ (\ langle n_ {A} \ rangle \) и \ (\ langle n_ {B} \ rangle \), отметим, что скорости \ (\ тильда {\ gamma} _r \) содержат суммирование по начальному, соответственно конечному режимам в резервуарах. Коэффициенты \ (\ gamma _r \), описывающие временное изменение среднего числа занятых на режим, \ (\ langle n_q \ rangle \), поэтому \ (\ tilde {\ gamma} _r \), деленные на количество режимов в соответствующем интервале частот.{\ Omega + \ Delta / 2} \ text {d} \ omega \ rho (\ hbar \ omega), \ quad \ gamma _r = \ tilde {\ gamma} _r / \ mathcal {N}. \ end {align} $$

(70)

Вместе с (41) и (55) это следует для \ (\ omega = \ Omega \),

$$ \ begin {align} \ frac {\ text {d} \ langle n_ {A} \ rangle } {\ text {d} t} & = -2 \ gamma _ \ text {dec} \ langle n_ {A} \ rangle + \ gamma _0 (- \ langle n_ {A} \ rangle + \ langle n_ {B} \ rangle) — \ gamma _1 (M- \ langle m \ rangle) \ langle n_ {A} \ rangle \ nonumber \\ & \ quad + \ gamma _2 \ langle m \ rangle (\ langle n_ {A} \ rangle + 1), \ end {align} $$

(71)

$$ \ begin {align} \ frac {\ text {d} \ langle n_ {B} \ rangle} {\ text {d} t} & = -2 \ gamma _ \ text {dec} \ langle n_ { B} \ rangle + \ gamma _0 (- \ langle n_ {B} \ rangle + \ langle n_ {A} \ rangle) — \ gamma _2 (M- \ langle m \ rangle) \ langle n_ {B} \ rangle \ nonumber \\ & \ quad + \ gamma _1 \ langle m \ rangle (\ langle n_ {B} \ rangle +1), \ end {align} $$

(72)

, которые являются уравнениями.{\ text {ext}} = — \ frac {\ text {d}} {\ text {d} t} \ big (\ langle H_A \ rangle + \ langle H_B \ rangle + \ langle H _ {\ text {TLS} } \ rangle \ big)> 0, \ end {align} $$

(73)

, потому что когерентность TLS не важна, а волновод в среднем не содержит фотонов. Мы рассматриваем в следующих только количествах (энтропию и энергию), соответствующие интервалу \ ([\ hbar (\ Omega — \ Delta / 2), \ hbar (\ Omega + \ Delta / 2)] \), потому что другие моды фотонов не взаимодействовать с TLS.{-1} = \ frac {k_B} {\ hbar \ Omega} \ ln \ left (\ frac {M- \ langle m \ rangle} {\ langle m \ rangle} \ right). \ end {align} $$

(76)

Энтропия системы всегда уменьшается из-за исчезающей температуры ванны. Хотя производство энтропии в системе плюс ванна, таким образом, формально положительно и бесконечно, фактическая потеря энтропии в системе остается конечной и, конечно, совместима со вторым законом, который требует, чтобы локальное производство энтропии в системе было неотрицательным.{-1}), \ end {align} $$

(78)

, что является уравнением. (22). Уравнения. Соответственно выводятся (23), (24) для теплообмена между резервуарами и ДУС. В качестве альтернативы можно вычислить изменение энтропии в каждой подсистеме напрямую с помощью выражений (14) для энтропии TLS и (96) для энтропии мод излучения. Это показывает, что изменение энтропии каждой подсистемы не сопровождается дополнительным производством энтропии, а происходит исключительно из-за теплопередачи между подсистемами, что является следствием локального теплового равновесия в A , B и TLS.

Вывод соотношений ставок для закрытой системы

В этой главе обсуждается вариант открытой системы, описанный в «Выводе уравнений ставок (17) — (19) для открытой системы». В этом варианте, который представляет собой замкнутую систему, волновод удовлетворяет периодическим граничным условиям, соответствующим петле длиной L , где L намного больше, чем расстояние между резервуарами A и B , см. Рис. 6. Мы показываем, что описание, предполагающее реальные процессы поглощения и излучения, удовлетворяет детальному условию баланса до первого порядка в связи.Процессы второго порядка, аналогичные описанным в уравнениях. (58) — (67) нарушают условие детального баланса для случая, когда когерентное поглощение и излучение возможно только на коротком пути между резервуарами и TLS, в то время как дефазировка происходит для волновых пакетов, излучаемых TLS и распространяющихся на большие расстояния. петлю до достижения одного из резервуаров. Последний случай уже объясняется членами первого порядка, описывающими уравновешивание между резервуарами / TLS и волноводом.Конечно, если динамику замкнутой системы считать унитарной, соответствующей полностью когерентной эволюции, энтропия не изменится. Эту ситуацию можно аппроксимировать, рассматривая все процессы второго порядка как когерентные, в том числе на длинном пути между TLS и резонаторами. Тогда будет выполнено условие детального баланса, что приведет к стабилизации состояния с максимальной энтропией. Однако, если когерентность ограничена процессами, происходящими на коротком пути, последующее установившееся состояние не будет иметь максимальной энтропии.

Рис. 6

Система, полученная путем закрытия открытого волновода системы, показанной на Рис. 1 основного текста. Числа заполнения киральных каналов 1 и 2 не исчезают из-за уравновешивания с резервуарами A и B

В закрытой системе заполненность волновода больше нельзя считать нулевой, поскольку фотоны не может уйти в бесконечность. Мы описываем занятость канала q как \ (\ langle n_q \ rangle \) для \ (q = 1,2 \).{-1} = \ gamma _ {\ text {dec}} \ langle n_ {1} \ rangle (n_ {Aj} +1), \ end {align} $$

(81)

, где в этом случае необходимо выполнить суммирование по начальным состояниям, чтобы получить скорость излучения в фиксированном режиме j из A . Таким образом, члены главного уравнения для \ (\ langle n_ {A} \ rangle \) равны

$$ \ begin {align} \ frac {\ text {d} \ langle n_ {A} \ rangle} {\ text {d} t} = \ gamma _ {\ text {dec}} (\ langle n_ {1} \ rangle — \ langle n_ {A} \ rangle) + \ ldots, \ end {align} $$

(82)

и для \ (\ langle n_ {1} \ rangle \)

$$ \ begin {align} \ frac {\ text {d} \ langle n_ {1} \ rangle} {\ text {d} t} = \ gamma _ {\ text {dec}} ‘(\ langle n_ {A} \ rangle — \ langle n_ {1} \ rangle) + \ ldots, \ end {align} $$

(83)

с константой скорости \ (\ gamma _ \ text {dec} ‘= (\ rho / \ rho _ {wg}) \ gamma _ \ text {dec} \). {\ Omega + \ Delta / 2} \ text {d} \ omega \ rho _ {wg} (\ hbar \ omega).\ end {align} $$

(86)

Все эти условия первого порядка удовлетворяют условию детального баланса. Они естественным образом приводят к тепловому равновесию между резервуарами и волноводом. Для членов второго порядка мы имеем сначала процесс, описываемый формулой. (69),

$$ \ begin {align} \ frac {\ text {d} \ langle m \ rangle} {\ text {d} t} & = \ tilde {\ gamma} _1 (\ langle n_ {1 } \ rangle +1) \ left [\ langle n_ {A} \ rangle (M- \ langle m \ rangle) — (\ langle n_ {B} \ rangle +1) \ langle m \ rangle \ right] \ nonumber \ \ & \ quad + \ tilde {\ gamma} _2 (\ langle n_ {2} \ rangle +1) \ left [\ langle n_ {B} \ rangle (M- \ langle m \ rangle) — (\ langle n_ { A} \ rangle +1) \ langle m \ rangle \ right] + \ ldots, \ end {align} $$

(87)

, который также зависит от чисел заполнения \ (\ langle n_ {r} \ rangle \) волновода.Этот член сопровождается соответствующими членами в уравнениях дебита для пластов. Он не удовлетворяет подробному балансу, потому что мы рассмотрели только короткий путь между резервуарами и TLS (единственный доступный в открытой системе). Включение также длинного пути вокруг круглого волновода снова восстановило бы условие детального баланса. Мы предполагаем, что этот второй процесс не является когерентным из-за расфазировки фотона при движении по петле. Такая расфазировка может быть вызвана, например, процессами рассеяния, индуцированными в длинном участке контура.Член второго порядка, данный в формуле. (55) изменяется в закрытой системе следующим образом:

$$ \ begin {выровнено} \ frac {\ text {d} \ langle n_ {A} \ rangle} {\ text {d} t} = \ gamma _0 \ big ((\ langle n_ {2} \ rangle +1) (\ langle n_ {A} \ rangle +1) \ langle n_ {B} \ rangle — (\ langle n_ {1} \ rangle +1) (\ langle n_ {B} \ rangle +1) \ langle n_ {A} \ rangle \ big) + \ ldots, \ end {align} $$

(88)

вместе с эквивалентным термином для \ (\ langle n_ {B} \ rangle \). 2 \) связывает два канала волновода через резервуар.2 \). Этим членом можно пренебречь, если одна из киральных связей \ (g_r \) близка к нулю, как мы предполагали при численной оценке. Собирая все члены, мы получаем уравнения скорости для чисел заполнения фотонов,

$$ \ begin {align} \ frac {\ text {d} \ langle n_ {A} \ rangle} {\ text {d} t} & = \ gamma _ {\ text {dec}} (\ langle n_ {1} \ rangle + \ langle n_ {2} \ rangle -2 \ langle n_ {A} \ rangle) — \ gamma _1 (M- \ langle m \ rangle) \ langle n_ {A} \ rangle (\ langle n_ {1} \ rangle +1) \ nonumber \\ & \ quad + \ gamma _2 \ langle m \ rangle (\ langle n_ {A} \ rangle + 1) (\ langle n_ {2} \ rangle +1) + \ gamma _0 \ big ((\ langle n_ {2} \ rangle +1) (\ langle n_ {A} \ rangle +1) \ langle n_ {B } \ rangle \ nonumber \\ & \ quad — (\ langle n_ {1} \ rangle +1) (\ langle n_ {B} \ rangle +1) \ langle n_ {A} \ rangle \ big), \ end { выровнено} $$

(90)

$$ \ begin {align} \ frac {\ text {d} \ langle n_ {B} \ rangle} {\ text {d} t} & = \ gamma _ {\ text {dec}} (\ langle n_ {1} \ rangle + \ langle n_ {2} \ rangle -2 \ langle n_ {B} \ rangle) — \ gamma _2 (M- \ langle m \ rangle) \ langle n_ {B} \ rangle (\ langle n_ {2} \ rangle +1) \ nonumber \\ & \ quad \ quad + \ gamma _1 \ langle m \ rangle (\ langle n_ {B} \ rangle +1) (\ langle n_ {1} \ rangle +1) + \ gamma _0 \ big ((\ langle n_ {1} \ rangle +1) (\ langle n_ {B} \ rangle +1) \ langle n_ {A} \ rangle \ nonumber \\ & \ quad — (\ langle n_ {2} \ rangle +1) (\ langle n_ {A} \ rangle +1) \ langle n_ {B} \ rangle \ big), \ end {align} $$

(91)

$$ \ begin {align} \ frac {\ text {d} \ langle n_ {1} \ rangle} {\ text {d} t} & = \ gamma _ \ text {dec} ‘(\ langle n_ { A} \ rangle + \ langle n_ {B} \ rangle -2 \ langle n_ {1} \ rangle) — \ gamma _ {11} \ big ((M- \ langle m \ rangle) \ langle n_ {1} \ rangle — \ langle m \ rangle (\ langle n_ {1} \ rangle +1) \ big) \ nonumber \\ & \ quad + \ gamma _3 (\ langle n_ {A} \ rangle + \ langle n_ {B} \ rangle +2) (\ langle n_ {2} \ rangle — \ langle n_ {1} \ rangle), \ end {align} $$

(92)

$$ \ begin {align} \ frac {\ text {d} \ langle n_ {2} \ rangle} {\ text {d} t} & = \ gamma _ \ text {dec} ‘(\ langle n_ { A} \ rangle + \ langle n_ {B} \ rangle -2 \ langle n_ {2} \ rangle) — \ gamma _ {12} \ big ((M- \ langle m \ rangle) \ langle n_ {2} \ rangle — \ langle m \ rangle (\ langle n_ {2} \ rangle +1) \ big) \ nonumber \\ & \ quad + \ gamma _3 (\ langle n_ {A} \ rangle + \ langle n_ {B} \ rangle +2) (\ langle n_ {1} \ rangle — \ langle n_ {2} \ rangle).\ end {align} $$

(93)

Среднее количество возбужденных TLS определяется как

$$ \ begin {align} \ frac {\ text {d} \ langle m \ rangle} {\ text {d} t} & = \ sum _ {r = 1,2} \ tilde {\ gamma} _ {1r} [(M- \ langle m \ rangle) \ langle n_ {r} \ rangle — \ langle m \ rangle (\ langle n_ {r} \ rangle +1) ] \ nonumber \\ & \ quad — \ langle m \ rangle \ big (\ tilde {\ gamma} _1 (\ langle n_ {B} \ rangle +1) (\ langle n_ {1} \ rangle +1) + \ тильда {\ gamma} _2 (\ langle n_ {A} \ rangle +1) (\ langle n_ {2} \ rangle +1) \ big) \ nonumber \\ & \ quad + (M- \ langle m \ rangle) \ big (\ tilde {\ gamma} _1 \ langle n_ {A} \ rangle (\ langle n_ {1} \ rangle +1) + \ tilde {\ gamma} _2 \ langle n_ {B} \ rangle (\ langle n_ {2} \ rangle +1) \ big).\ end {align} $$

(94)

Рис. 7

Решения скоростных уравнений (90) — (94) как функция времени, начиная с начального теплового равновесия. Панель a отображает \ (\ langle n_ {A} \ rangle (t) \), \ (\ langle n_ {B} \ rangle (t) \) и панель b \ (\ langle n_ {1} \ rangle (t) \), \ (\ langle n_ {2} \ rangle (t) \). Средние занятия \ (\ langle n_q \ rangle (t) \) в каждом режиме достигают нового устойчивого состояния с \ (\ langle n_ {A} \ rangle \ ne \ langle n_ {B} \ rangle \).Плотность фотонов в резервуаре A, и канале 1 падает до нуля, тогда как канал 2 остается занятым, а резервуар B заполнен. Отображаемый временной интервал соответствует шкале времени, установленной подключением к TLS. Используемые параметры: \ (\ gamma _ \ text {dec} = \ gamma _ \ text {dec} ‘= \ gamma _0 = \ gamma _3 = 10 \) кГц, \ (\ tilde {\ gamma} _1 = \ tilde { \ gamma} _ {11} = 10 \) МГц, \ (\ gamma _1 = \ gamma _ {11} = 100 \) кГц, \ (\ tilde {\ gamma} _2 = \ tilde {\ gamma} _ {12 } = \ gamma _2 = \ gamma _ {12} = 0 \) и \ (\ mathcal {N} = \ mathcal {N} ‘= 100 \), \ (\ hbar \ Omega / k_BT (0) = 1 \ )

Чтобы вычислить полную энтропию системы, сначала отметим, что

$$ \ begin {align} S_M = -k_BM \ big (p_e \ ln p_e + (1-p_e) \ ln (1-p_e) \ большой), \ end {align} $$

(95)

— энтропия TLS, определяемая уравнением.l _ {\ text {rad}} (\ omega) = \ frac {\ hbar \ omega} {T} \ langle n_l (\ omega) \ rangle + k_B \ ln (1+ \ langle n_l (\ omega) \ rangle) , \ end {align} $$

(96)

для \ (l = A, B, 1,2 \). Поскольку температура зависит от \ (\ langle n_l \ rangle \), как описано уравнением. (16) в основном тексте энтропия является функцией только от \ (\ langle n_l \ rangle \). Эффективные энтропии и температуры в резервуарах и волноводе вычисляются в предположении, что фотоны в каждом резервуаре / канале термализуются обычным образом быстро, как идеальный бозе-газ.{wg} (\ Omega, т). \ end {align} $$

(99)

Временная эволюция закрытой системы, начиная с теплового равновесия, изображена на рис. 7 для тех же параметров, что и в открытой системе. Невзаимное взаимодействие с TLS опустошает резервуар A и активный (связанный) канал 1, в то время как заполнение резервуара B увеличивается. На инертный канал 2 это не повлияет в эти короткие сроки. Он взаимодействует через слабые связи \ (\ gamma _ \ text {dec} ‘\) и \ (\ gamma _3 \) с B , что проявляется только в гораздо более длительных временных масштабах, как показано на рис.8. Такое разделение шкал времени имеет одинаковое происхождение в закрытой и открытой системе.

Рис. 8

Асимптотическое поведение коллектора во времени B (панель a ) и инертного канала 2 (панель b ). Занятость в , и канале 1 практически нулевая. Новое установившееся состояние имеет неодинаковую занятость во всех фотонных подсистемах и, следовательно, более низкую энтропию, чем исходное состояние. Используются параметры, представленные на рис.7

Детальный баланс для системы со встроенной полостью

Теперь мы продемонстрируем, что член в (67), соответствующий излучению, стимулированному приемным резервуаром, приводит к детальному условию баланса в случае, если одна полость встроена в другую.Здесь также достигается подробный баланс в членах второго порядка, в отличие от хиральной системы, рассмотренной в предыдущем разделе. Рассмотрим замкнутую полость C с адиабатическими стенками. Внутри C есть меньшая полость A , которая соединена с C через небольшое отверстие. Помимо A , набор из двухуровневых систем M находится в C (рис. 9).

Рис. 9

Система полостей. Маленькая полость A обменивается излучением с окружающей закрытой полостью C .+ _l + \ text {h.c.} \ end {align} $$

(103)

Уравнения скорости вычисляются, как указано выше, но теперь обмен между A и C задается членами первого порядка в связи \ (h_ {jk} \),

$$ \ begin {align} \ frac {\ text {d} \ langle n_ {A} \ rangle} {\ text {d} t} & = \ gamma _4 \ left [- \ langle n_ {A} \ rangle (\ langle n_ {C} \ rangle +1) + \ langle n_ {C} \ rangle (\ langle n_ {A} \ rangle +1) \ right] + \ ldots, \ end {align} $$

(104)

$$ \ begin {выровнено} \ frac {\ text {d} \ langle n_ {C} \ rangle} {\ text {d} t} & = \ gamma _4 ‘\ left [- \ langle n_ {C} \ rangle (\ langle n_ {A} \ rangle +1) + \ langle n_ {A} \ rangle (\ langle n_ {C} \ rangle +1) \ right] + \ ldots \ end {align} $$

(105)

с \ (\ gamma _4 ‘= (\ rho _A / \ rho _C) \ gamma _4 \), (сравните уравнение.(83)). Взаимодействие между TLS и C приводит к следующим условиям:

$$ \ begin {align} \ frac {\ text {d} \ langle n_ {C} \ rangle} {\ text {d} t} = — \ гамма _5 \ langle n_ {C} \ rangle (M- \ langle m \ rangle) + \ gamma _5 (\ langle n_ {C} \ rangle +1) \ langle m \ rangle + \ ldots, \ end {align} $ $

(106)

, которые имеют первый порядок по \ (g_ {k} \) и соответствуют стандартному излучению черного тела. Помимо этих членов первого порядка, есть также члены второго порядка в связях \ (h_ {jk} \) и \ (g_k \), описывающих взаимодействие малого резонатора A с TLS через промежуточные состояния, принадлежащие С .2 \ langle n_ {A} \ rangle \ langle m \ rangle \), не связано с излучением, выходящим из полости A в C , которое могло бы иметь неправильное направление (см. Рис. 9), но исходит от оккупации А -режим в конечном состоянии. Уравнения скорости для A и C , таким образом, следующие:

$$ \ begin {align} \ frac {\ text {d} \ langle n_ {A} \ rangle} {\ text {d} t} & = \ гамма _4 \ left [- \ langle n_ {A} \ rangle + \ langle n_ {C} \ rangle \ right] + \ gamma _6 (\ langle n_ {C} \ rangle +1) ^ 2 \ left [- \ langle n_ {A} \ rangle (M- \ langle m \ rangle) + (\ langle n_ {A} \ rangle +1) \ langle m \ rangle \ right], \ end {align} $$

(108)

$$ \ begin {align} \ frac {\ text {d} \ langle n_ {C} \ rangle} {\ text {d} t} & = \ gamma _4 ‘\ left [- \ langle n_ {C} \ rangle + \ langle n_ {A} \ rangle \ right] — \ gamma _5 \ langle n_ {C} \ rangle (M- \ langle m \ rangle) + \ gamma _5 (\ langle n_ {C} \ rangle +1 ) \ langle m \ rangle.\ end {align} $$

(109)

Эти уравнения удовлетворяют условию детального баланса и приводят к тепловому равновесию между A , C и M . Результат согласуется с законом Кирхгофа, который гласит, что внутренняя часть термически изолированного хольраума не влияет на окончательное установившееся состояние удерживаемого излучения. Это излучение демонстрирует спектр черного тела, обнаруженный М. Планком.

Парадокс Ферми: где все пришельцы?

Б.Уитмор (STScI) —NASA / ESA

Ясной ночью пристальный взгляд на звезды вызывает чувство одновременного удивления и незначительности. Человечество снова и снова теряется среди необъятности вселенной, которую мы все еще пытаемся понять. Когда мы смотрим в небо, мы задаем себе много вопросов, но один из них всегда кажется вне досягаемости: можем ли мы быть единственной жизнью через все миллиарды световых лет звездного неба над нами?

Ученые изучали этот вопрос годами.В 1961 году физик Фрэнк Дрейк разработал математическое уравнение, которое помогло его решить:

N = R _* f _p n _{e f} f _i f _c L

Уравнение направлено на нахождение числа ( N ) разумных цивилизаций в границах, удерживаемых последующими факторами — в нашем случае , Галактика Млечный Путь. R _* — скорость образования звезд, которые потенциально могут способствовать развитию разумной жизни на близлежащих планетах; f _p — доля упомянутых звезд, которые на самом деле имеют планетные системы; n _e — это количество планет в солнечной системе с окружающей средой, способной поддерживать жизнь; f _l — доля указанных планет, на которых существует жизнь; f _i — доля поддерживающих жизнь планет, на которых есть разумная жизнь; f _c — часть разумных цивилизаций, которые выжили достаточно долго, чтобы разработать коммуникационные технологии, чтобы посылать сигналы об их существовании в космос; и L — это промежуток времени, в течение которого эти цивилизации испускают эти сигналы, прежде чем прекратить свое существование.Обычно приводимые числа для этих переменных упрощают уравнение до N = 10 × 0,5 × 2 × 1 × 0,1 × 0,1 × L , что еще больше упрощается до N = L /10. Мы, как цивилизация, транслируем в космос с 1974 года, поэтому, согласно этому уравнению, даже если мы перестанем существовать как вид в 2074 году, только в нашей галактике будет 10 разумных цивилизаций.

Чтобы разбить эти числа дальше, ученые используют шкалу Кардашева, которая разделяет разумную жизнь на три категории.Цивилизации типа I могут использовать всю энергию, доступную на их родной планете (мы приближаемся к этому; большинство ученых согласны с тем, что в настоящее время мы имеем 0,7 по шкале Кардашева, а полный тип I находится примерно в столетии). Цивилизации типа II могут контролировать и направлять всю энергию своей звезды-хозяина, а цивилизации типа III имеют доступ к силе, эквивалентной мощности их галактики-хозяина.

Еще до уравнения Дрейка и шкалы Кардашева многие ученые были убеждены, что по всей галактике должно быть множество разумных цивилизаций.Лишь во время обеденного разговора между астрофизиками старые теории были подвергнуты сомнению, и исход этого разговора продолжает бросать вызов даже современному мышлению. История гласит, что в 1950 году Энрико Ферми и его коллеги обсуждали существование инопланетной жизни за обедом. Вопрос, который Ферми задал столу, стал печально известным своей простотой: «Где все?» В комнате воцарилась тишина, потому что никто не ответил. Первоначально вопрос был направлен против идеи межзвездных путешествий, в возможности которой Ферми не был уверен.Но остается вопрос: если существовали цивилизации, разбросанные по звездам миллиардами, почему мы ничего о них не слышали? Именно из этих вопросов, уравнения Дрейка и шкалы Кардашева родился настоящий парадокс. Возраст Млечного Пути составляет около 10 миллиардов лет, а диаметр — 100 000 световых лет. Если бы у инопланетян были космические корабли, которые могли бы путешествовать со скоростью 1 процент от скорости света, галактика уже могла бы быть колонизирована 1000 раз. Почему мы ничего не слышали из другой жизни?

Именно этот вопрос и есть парадокс Ферми.Это вызвало множество объяснений тишины, которую мы переживаем. Некоторые ученые думают, что тишина является продуктом того, что они придумали — Великого фильтра, эволюционной стены, непроницаемой для большинства форм жизни. Для этих ученых есть две основные возможности относительно Великого фильтра: он либо позади нас, либо перед нами. Если это уже позади, ученые предполагают, что это могло произойти при создании самой жизни или при переходе от одноклеточных прокариот к многоклеточным эукариотам.В любом случае это означает, что мы редкость и что общения не происходит, потому что мы одни из очень немногих выживших, если таковые вообще имеются. С другой стороны, если Великий фильтр впереди нас, тогда мы не получаем связи, потому что развитые цивилизации натолкнулись на стену и прекратили свое существование, а это означает, что мы тоже рано или поздно столкнемся с этой стеной. Другие ученые придумали другие объяснения этого буквального радиомолчания. Возможно, большая часть Вселенной колонизирована и общается, но мы застряли в пустынной местности вдали от действий.Или, может быть, цивилизации III типа просто не заботятся об общении с такими низшими людьми, как мы. Если у них есть вся мощь целой галактики, возможно, они не будут беспокоиться о нас и наших портативных сотовых телефонах. Некоторые ученые даже думают, что отсутствие связи может быть связано с существованием хищников, которых опасаются разумные цивилизации, и поэтому они воздерживаются от передачи, чтобы не раскрывать свое местонахождение. Однако по общему мнению, если есть другие, передающие сигналы, мы, вероятно, просто неправильно слушаем: у нас пока нет соответствующей технологии или понимания Вселенной, чтобы получать или декодировать какие-либо сообщения.

Однако есть шанс, что это только мы. Согласно уравнению Дрейка, если бы цивилизация могла жить хотя бы столетие после развития технологии передачи, в одной только нашей галактике могло бы быть 10 цивилизаций.