Существует ли во Вселенной разумная жизнь? И если да, то насколько она распространена? Или, возможно, вопрос должен звучать так: какова вероятность того, что те, кто занимается поиском внеземного разума (SETI), когда-нибудь с ним столкнутся? На протяжении десятилетий учёные горячо обсуждали эту тему, и на неё было пролито немало чернил. Из множества работ и исследований, написанных на эту тему, выделились два основных лагеря: те, кто считает, что жизнь распространена в нашей галактике (оптимисты SETI), и те, кто утверждает, что внеземной разум либо редок, либо вообще не существует (пессимисты SETI).
В своей недавней работе Дэвид Киппинг (профессор лаборатории Cool Worlds, «Крутые миры») и Джерейнт Льюис более внимательно изучили эти дебаты и предложили новую точку зрения, основанную на форме анализа вероятностей, известной как эксперимент Джейна. Применив этот метод к астробиологии и уравнению Дрейка, они пришли к выводу, что существование разумной жизни в нашей галактике можно охарактеризовать как «всё или ничего». Цитируя покойного и великого учёного и автора научной фантастики Артура К. Кларка, можно сказать следующее: «Существует две возможности: либо мы одиноки во Вселенной, либо нет. Оба варианта одинаково пугающие».
Дэвид Киппинг — доцент астрономии в Колумбийском университете и стипендиат Карла Сагана в обсерватории Гарвардского колледжа. Он также является главным исследователем лаборатории Cool Worlds Lab в Колумбийском университете, которая занимается изучением и описанием экзопланетных систем. Джерейнт Льюис — профессор астрофизики в Сиднейском институте астрономии, входящем в состав Школы физики Сиднейского университета. Их статья «Есть ли у оптимистов SETI проблемы с тонкой подстройкой?» недавно появилась в Интернете и в настоящее время рассматривается для публикации в Международном журнале астробиологии.
Уравнение Дрейка
В 1961 году знаменитый астроном Фрэнк Дрейк провёл первую в истории встречу SETI в обсерватории Гринбэнк в Западной Вирджинии. Готовясь к этому событию, он составил уравнение, обобщающее проблемы, с которыми сталкиваются исследователи SETI. Оно стало известно как уравнение Дрейка и математически выражается следующим образом:
N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L
Где:
-
N — количество активных, общающихся цивилизаций в нашей галактике.
-
R* — скорость образования звёзд в нашей галактике.
-
fp — доля звёзд с планетами.
-
ne — количество планет, на которых потенциально может существовать жизнь, в расчёте на одну звезду с планетами.
-
fl — доля вышеперечисленных планет, на которых действительно развивается жизнь.
-
fi — доля вышеперечисленных планет, на которых развивается разумная жизнь.
-
fc — доля вышеупомянутых, которые развивают способность к межзвёздной коммуникации.
-
L — продолжительность времени существования таких коммуникативных цивилизаций.
Уравнение Дрейка предназначалось не для оценки количества внеземных цивилизаций (ВЗЦ) в нашей галактике, а для стимулирования диалога о SETI. С тех пор как Дрейк впервые сформулировал его, уравнение подвергалось критике, дополнениям и пересмотру, и часто в процессе этого его искажали. Как объяснил профессор Киппинг в интервью Universe Today по электронной почте, часть проблемы заключается в том, что к параметрам часто произвольно присваиваются значения:
«Поскольку мы не знаем большинства параметров, это всего лишь чистая спекуляция, и её необходимо чётко обозначить как таковую. Ещё один момент, который часто упускают из виду, заключается в том, что оно представляет собой среднее число цивилизаций и, таким образом, является ожидаемым значением некоторого базового распределения. В наши дни критика уравнения Дрейка стала чем-то вроде спорта. Конечно, любой, кто использует его в качестве калькулятора, должен быть подвергнут справедливой критике, но основная идея не является ошибочной. Должно существовать какое-то количество цивилизаций, и мы, в принципе, можем собрать соответствующие параметры для его расчёта. Проблемы возникают в точной формулировке, в том, какие параметры включать, что они на самом деле означают и как быть с такими нюансами, как изменчивость времени».
Эксперимент Джейнса
Эдвин Джейнс (1922-1998) был заслуженным профессором физики Уэймана Кроу в Вашингтонском университете в Сент-Луисе. В 1968 году он придумал эксперимент, в котором человеку в лаборатории вручают банку с неизвестным и немаркированным соединением (химическое вещество X). Вдоль лабораторного стола стоит большое количество мензурок, наполненных водой, и эксперимент заключается в том, чтобы проверить, как часто химическое вещество X будет растворяться в них. Джейнс утверждал, что следует ожидать, что соединение будет растворяться либо почти в каждом случае, либо почти никогда.
При построении график распределение вероятностей будет иметь форму чаши, со значениями 0 и 1. Как объяснил Киппинг более подробно:
«Джейнс представил себе серию экспериментов, которые мы называем экспериментами Бернулли, то есть экспериментов, которые дают ответы «да/нет». Это может быть что угодно, но в качестве примера он представил, как растворяет неизвестный химикат в ряде мензурок с водой, а затем спрашивает — какая доля из них растворится? Другой учёный, легендарный Джон Холдейн, уже предположил, что ответ ~50% маловероятен априори. Следует ожидать, что растворятся либо почти все, либо практически никакие.
«Джейнс строго доказал это и стал пионером многих инструментов объективного байесовского вывода. Рассматриваемый эксперимент Бернулли мы можем в равной степени заменить на другие вопросы, например, какая доля звёзд превратится в чёрную дыру? До получения каких-либо наблюдений ответ в ~50% был бы удивительным, подразумевая, что распределение звёздных масс тонко сбалансировано, так что половина из них выше порога критической массы, а половина — ниже. В действительности же ответ составляет один к тысяче, что соответствует позиции Джейна».
Благодаря своему огромному вкладу в статистику, Джейнс считается одним из основателей «объективного байесианства». Хотя его эксперимент не был задуман как таковой, Киппинг и Льюис увидели в нем потенциальное применение в астробиологии.
Всё или ничего?
В своей основополагающей статье 1983 года «Великое молчание — спор о внеземной разумной жизни» Дэвид Брин рассмотрел продолжающиеся дебаты о существовании внеземной жизни. На основании этого он выделил два лагеря: «оптимистов» и «пессимистов», или, как их называют Киппинг и Льюис в своей статье, «оптимистов» и «пессимистов» SETI — тех, кто верит, что в нашей галактике есть цивилизации, с которыми человечество может установить контакт, и тех, кто считает это бесплодным, поскольку человечество одиноко во Вселенной.
Если применить эксперимент Джейнса к вопросу о разумной жизни в нашей галактике, то следует ожидать, что она будет либо очень распространённой, либо очень редкой. В середине, где распределение вероятностей наиболее слабое (т. е. внеземная жизнь встречается полуредко), и возникает «проблема тонкой настройки». В контексте космологии и астробиологии под тонкой настройкой понимается положение о том, что условия для жизни могут возникнуть только тогда, когда определённые универсальные константы находятся в очень узком диапазоне значений.
Если бы хоть одна из этих фундаментальных констант немного отличалась, Вселенная не способствовала бы развитию материи, крупномасштабных структур или жизни в том виде, в котором мы её знаем. Как объяснил Киппинг, это создаёт проблему для оптимистов SETI:
«В отличие от примера с чёрной дырой, который я приводил ранее, для этой проблемы не существует нижних границ. В случае с чёрными дырами мы знаем наименьшую и наибольшую допустимую массу звезды из астрофизики, и это всего лишь несколько порядков величины. Порог чёрной дыры должен находиться где-то в этом довольно узком диапазоне. Если говорить об инопланетянах, то вероятность наличия у них интеллекта может составлять 1% или 0,000….00001% (добавьте сколько угодно нулей).
«При таком обширном диапазоне возможностей оптимисты SETI вынуждены верить довольно надуманному мнению, что процентное соотношение не настолько велико, чтобы мы никого не увидели, но, конечно, намного выше, чем глубокая пропасть низких вероятностей, которые являются правдоподобными. Таким образом, у них, по сути, проблема тонкой настройки: им нужно, чтобы процентное соотношение жило в довольно узком коридоре».
Если бы наша галактика была заполнена внеземными цивилизациями, то, несомненно, существовали бы неоспоримые признаки, которые мы бы заметили — радиосигналы, мегаструктуры, пояса Кларка [искусственные спутники у экзопланет / прим. перев.] и другие «техносигнатуры». Если вам это кажется знакомым, то это потому, что этот аргумент лежит в основе Парадокса Ферми. Таким образом, аргумент Киппинга и Льюиса можно рассматривать как пример SETI-пессимизма. К счастью, на этом история не заканчивается.
Новый формализм
Столкнувшись с таким результатом, Киппинг и Льюис попытались разработать новый формализм для уравнения Дрейка, который учитывает только два процесса: рождаемость и смертность цивилизаций. При этом все параметры уравнения (кроме L, продолжительности жизни цивилизаций) сводятся к одному параметру: скорости рождения и смерти цивилизаций (rc). Или, как это выглядит математически: NC = rc x LC. Киппинг сказал:
«В стандартном уравнении Дрейка мы часто спорим о том, какие параметры следует включить (например, нужно ли вводить дробь для вероятности развития жизни в многоклеточную). Но совершенно неоспоримо, что у каждой цивилизации должно быть начало и конец, более того, мы даже можем установить нулевую смертность, что соответствует бесконечному времени жизни, если захотим в этих рамках. В экологической системе, например, в чашке Петри, существует чётко определённая максимально возможная численность населения, которую мы называем несущей способностью. Поэтому мы обновили версию уравнения Дрейка с рождением и смертью, чтобы учесть этот нюанс».
В этом случае распределение вероятностей приобрело S-образную форму (см. рисунок выше), но конечный результат остался прежним: либо галактика переполнена, либо пуста. Одним из вариантов решения этой проблемы является идея о том, что человечество может жить в период, когда ВЗЦ только-только возникли и начали распространяться по галактике, а значит, ещё не были замечены нашими приборами. Однако, как показали Киппинг и Льюис, этот вариант также страдает от проблемы тонкой настройки, поскольку биология указывает на то, что рост населения — явление ускоряющееся.
«Видите ли, фазы распространения по галактике должны происходить относительно быстро в космическом масштабе времени; на самом деле, это похоже на мгновение ока», — говорит Киппинг. Поэтому маловероятно, что вы будете жить во время такой фазы; скорее всего, вы будете жить, когда галактика опустеет до того, как это произойдёт, или после того, как это произойдёт (что, в сущности, невозможно, поскольку ваша планета колонизирована)». И снова возникает «Парадокс Ферми», в котором наиболее вероятным является то, что человечество либо одиноко, либо рано пришло на вечеринку, либо является одной из немногих цивилизаций, существующих в настоящее время в Млечном Пути.
Надежда для SETI?
Но прежде чем вы подумаете, что всё это плохие новости, Киппинг и Льюис подчёркивают, что SETI — это важный и жизненно необходимый эксперимент, который заслуживает специальных ресурсов. «Хотя шансы на успех кажутся небольшими, такой успех, вероятно, станет самым значительным научным открытием в истории человечества», — заключают они. Они также предлагают несколько причин не терять надежды, в том числе гипотезу Хэнсона о «жадных инопланетянах», которая гласит, что человечество находится в средней точке S-образной кривой и что мы встретим ИТИ через несколько сотен миллионов лет.
Тем временем Киппинг также считает, что SETI может выиграть, если закинет более широкую сеть. Если, как предполагает их исследование, развитые цивилизации очень редки (или вообще не существуют) в нашей галактике, то нам следует обратить внимание на внегалактические источники. «Я думаю, мне больше всего нравится вариант, что наша галактика просто необычайно тихая, большинство других заняты и заполнены, но в Млечном Пути мы — первые», — добавил он. «Это кажется невероятным, но, возможно, родиться в оживлённой галактике невозможно, поскольку пригодная для жизни недвижимость уже поглощена. Это говорит о том, что мы должны уделять больше внимания внегалактической SETI как нашему лучшему шансу».
