Вполне вероятно, что, пока вы читаете эту статью, какое-то существо, живущее за триллионы километров от Земли, думает о вас. Учёные вот уже полвека пытаются подсчитать, сколько в нашей галактике может быть разумных цивилизаций, готовых вступить в контакт. Открытие тысяч экзопланет в последние годы подстегнуло интерес к поиску «иных». Эти поиски помогают нам не только оценить уровень современной науки, но и разобраться в человеческой жизни.
Если вы надеетесь узнать, какого числа какого месяца на Землю прилетят зелёные человечки на своих инновационных «тарелках», то у нас нет ответа на этот вопрос. Мы даже не можем точно сказать, будут ли они зелёными или, допустим, фиолетовыми в крапинку. Но мы можем приблизительно подсчитать количество высокоразвитых цивилизаций в нашей галактике — а значит, оценить вероятность того, что в один прекрасный день мы всё-таки получим сигнал из космоса. Ведь проблема контакта с инопланетянами волнует не только параноидальных уфологов, но и вполне рациональных учёных.
Есть такой американский астрофизик Фрэнк Дрейк. В 1960 году он вывел уравнение, которое сделало его знаменитым: N = R x fp x ne x fl x fi x fc x L.
Расшифровывается уравнение так:
N — неизвестное, означающее количество разумных внеземных цивилизаций, которые были бы не против вступить в контакт с человечеством (речь идёт скорее не о прилёте, а об отправке сигнала);
R — скорость образования в Галактике долгоживущих звёзд, у которых могут быть обитаемые планеты;
fp — число звёзд, вокруг которых существует планетарная система, подобная нашей;
ne — количество планет и их спутников с условиями, подходящими для зарождения жизни;
fl — вероятность появления живых существ на такой планете или её спутнике;
fi — возможность эволюции этой жизни в высокоорганизованных и разумных существ;
fc — способность и желание разумных жителей далеких планет, создавших свою цивилизацию, пойти на контакт с человечеством;
L — время жизни такой внеземной цивилизации и человечества.
С момента появления этого уравнения сотни учёных пытались его развивать и уточнять. Некоторые расчёты получались настолько сложными, что весь наш журнал можно было бы заполнить переменными, интегралами и прочей математикой. Но мы попробуем разобраться с классическим вариантом уравнения Дрейка.
Космические роды в каждом квартале
R — количество новых звёзд, которые за год рождаются в нашей галактикеПоиски инопланетян ограничим нашей галактикой Млечный Путь. По последним данным, звёзд там от 200 000 000 000 до 400 000 000 000 штук. Мы специально написали столько нулей, а не использовали более приличное 10 в 11-й степени. Это для того, чтобы вы осознали масштаб нашего дома: сотни миллиардов звёзд, разбросанных на расстоянии тысяч световых лет.
Что касается новорождённых, то:
— Количество звёзд, образующихся в год в нашей галактике, по порядку величины составляет 10 в год, — рассказывает нам Юрий Ковалёв, старший научный сотрудник Астрокосмического центра Физического института РАН.
NASA утверждает, что за год появляется примерно семь звёзд. Разные учёные говорят и о трёх звёздах в год, и четырёх, и о пяти, и о десяти…
Значение переменной. Давайте возьмём самый большой интервал — от 1 до 10. Всё равно по космическим меркам это довольно точно.
Человеческий смысл. Рождение новой звезды… Для обычного человека это событие, уже выходящее за грани представимого. Посмотрите на вечное Солнце. И такая штуковина рождается чуть ли не каждый месяц.
Твёрдое небо
fp — число звёзд, у которых есть планетыВ начале 90-х случилась революция. Это мы вовсе не про падение коммунистических режимов. В XX веке люди знали, что есть планеты, вращающиеся вокруг Солнца, а что происходит у других звёзд, оставалось лишь предметом теоретизирования.
С начала 90-х одну за другой начали открывать экзопланеты. Сначала пресса воспринимала каждую новую находку чуть ли не как первополосную новость, потом сообщения об открытии планет у других звёзд сократились до заметки в рубрике «Забавно», а сейчас это стало настолько рутинным событием, что публика обращает внимание только на общую статистику. Новые экзопланеты открывают каждый день. Их обнаружено уже более пяти тысяч, ещё больше потенциальных планет проверяют на соответствие высокому званию. Большую их часть разглядели орбитальные телескопы, специально для этой цели созданные: Kepler и сменивший его на орбите TESS. Открытые планеты чаще всего бывают двух типов: «горячие Юпитеры» — газовые гиганты, расположенные близко к своим звёздам, и «суперземли» массой в 5–10 земных. Между прочим, Солнечная система в этой новой реальности всё равно выглядит довольно необычно: в ней нет ни тех, ни других. Стало очевидно, что планет в Галактике сколько угодно — даже по самым скептическим оценкам, планетные системы есть у 10% звёзд, а их в Млечном Пути сотни миллиардов.
— Почти у каждой звезды есть планета! — говоритт астрофизик Юрий Ковалёв.
А в 2011 году журнал Nature опубликовал результаты наблюдений, согласно которым звезды Млечного Пути имеют в среднем 1,6 спутника-планеты.
Значение переменной. Получается, планет вокруг сотни миллиардов.
Человеческий смысл. В 1994 году аппарат «Вояджер-1» приблизился к границе Солнечной системы и сфотографировал Землю. Она выглядела как маленькая бледно-голубая точка. По этому поводу знаменитый астроном Карл Саган выступил с речью:
«Взгляните ещё раз на эту точку. Это здесь. Это наш дом. Это мы. Все, кого вы любите, все, кого вы знаете, все, о ком вы когда-либо слышали, все когда-либо существовавшие люди прожили свои жизни на ней…
Земля — очень маленькая сцена на безбрежной космической арене. Подумайте о реках крови, пролитых всеми этими генералами и императорами, чтобы в лучах славы и триумфа они могли стать кратковременными хозяевами части песчинки. Подумайте о бесконечных жестокостях, совершаемых обитателями одного уголка этой точки над едва отличимыми обитателями другого уголка. О том, как часты меж ними разногласия, о том, как жаждут они убивать друг друга, о том, как горяча их ненависть.
Наше позёрство, наша воображаемая значимость, иллюзия о нашем привилегированном статусе во Вселенной — все они пасуют перед этой точкой бледного света…
Говорят, астрономия прививает скромность и укрепляет характер. Наверное, нет лучшей демонстрации глупого человеческого зазнайства, чем эта отстранённая картина нашего крошечного мира. Мне кажется, она подчёркивает нашу ответственность, наш долг быть добрее друг с другом, дорожить бледно-голубой точкой и лелеять ее — наш единственный дом».
Речь шла лишь о Солнечной системе. А теперь осознайте масштабы Галактики: миллиарды звёзд. И наше Солнце любому из обитателей иных планет видится лишь как маленькая светящаяся точка на небе.
Сколько «земель» в космосе
ne — количество планет и их спутников с условиями, подходящими для зарождения жизниУ астрофизиков есть такое красивое понятие — «зона Златовласки». Свое название она получила в честь героини сказки, которая умела выбирать то, что «в самый раз» — и не горячо, и не холодно, и не близко, и не далеко.
Синоним «зоны Златовласки» — «обитаемая зона». Речь идет о таком положении планеты возле звезды, которое обеспечивает условия для появления жизни. В программе развития астробиологии NASA они сформулированы так: «Большие участки жидкой воды; условия, способствующие синтезу органических веществ; наличие источника энергии для поддержания метаболизма».
В идеале нужно искать планету, где плещутся моря, которые не испаряются и не замерзают. К тому же должны быть необходимые для жизни химические элементы, а их наличие определяется и возрастом звезды, и механизмами образования планетной системы. Некоторые учёные-экстремисты вообще считают, что для появления жизни необходимо исключительно точное воспроизведение тех условий, которые были на Земле, — а значит, круг «подозреваемых» сильно сужается.
Но есть более либеральный подход. Почему, например, жизнь обязательно должна ползать по поверхности? Она вполне может плавать в океане под слоем льда, а энергию получать не от звезды, а от горячего ядра планеты. Например, температуры на поверхности Европы, спутника Юпитера, опускаются ниже –200°, но учёные всерьёз рассматривают возможность существования там подлёдной жизни. Другой вариант — слишком горячая планета, на которой жизнь спряталась от зноя глубоко в недра. А ещё можно пофантазировать про альтернативную биохимию, про замену углерода кремнием, а воды — метаном, тогда возможности адаптации становятся гораздо шире. Но об этом чуть позже.
Значение переменной. В списке потенциально пригодных для жизни планет, составляемом NASA, Земля находится далеко не на первом месте по условиям, - лишь в середине третьей десятки. Среди планет пригодных для жизни - 1,5 — 5%, то есть речь идёт как минимум о сотнях миллионов планет.
Человеческий смысл. Тут важно понять границы нашей «обитаемости». На Земле жизнь находят в самых неожиданных местах — от антарктических льдов и верхних слоёв атмосферы до геотермальных источников и глубин океана. Но ещё шире простирается зона, куда попадает человеческий организм: тут и открытый космос, и полярные станции.
Мог бы быть живым камень
fl —вероятность появления живых существ на такой планете или ее спутникеНа каналах BBC и CNN прошли новости о том, что на Марсе сильно потеплело. И там появились красивые голубые океаны, кишащие странными существами кубической формы и какими-то диковинными животными… Увы, это был всего лишь сон, который привиделся вашему мечтательному автору в процессе работы над этой статьёй. Марс остаётся Марсом. На нём всё так же холодно, безлюдно и неуютно.
Некоторые учёные до сих пор не оставляют надежды найти в космосе существ, которые были бы устроены совершенно иначе, чем земляне. Которым были бы не страшны критически низкие или, наоборот, высокие температуры, отсутствие воды и кислорода.
Российские биологи Константин Шумаев и Алексей Топунов, шотландский химик Грэм Кернс-Смит, американский астробиолог Фелиса Вольф-Саймон выдвигали предположения о возможности существования альтернативных форм жизни на основе кремния, фосфора или бора. Отнюдь не фантасты, а учёные на полном серьёзе обсуждают идею, что живые существа могут быть похожи на комки глины или на камни.
Однако эти научные изыскания не смогли, да и, наверное, никогда не смогут пересилить «углеродный шовинизм» — убеждение, что жизнь может существовать только на стандартных земных основаниях: органические углеродные соединения, вода, белки, ДНК, АТФ и т. д.
С альтернативными биохимиками не согласен академик РАН Эрик Галимов, директор Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН, идеолог и координатор программы Академии наук «Проблема возникновения и эволюции биосферы».
— Жизнь может зародиться только на основе химии углерода — и никак иначе, — утверждает он. — Примеров нарастания упорядочения в природе, в том числе неорганической, бесчисленное множество: от формирования звёзд, дифференциации планет до образования затейливых кристаллических форм. Но только на основе химии углерода упорядочение может зайти так далеко, чтобы дать структуры, которые мы называем живыми.
— Так далеко — это до появления генов, встроенных в цепь ДНК?
— Да, второй механизм, необходимый для эволюции упорядочения — а значит, зарождения жизни, — это механизм наследования, передачи информации по генам. И пока учёными не установлено структур, более подходящих для осуществления этой функции, чем цепочки нуклеиновых кислот (РНК и ДНК). Поэтому где бы ни возникла жизнь во Вселенной, она будет в своей молекулярно-химической основе подобна земной.
— Но… вдруг однажды мы всё-таки найдём то, о чём раньше даже не догадывались, — например, животных на основе кремния, смахивающих вовсе не на животных, а на камни…
— Ну, конечно, фантазировать можно бесконечно. Но наука говорит, что вещество всей обозримой Вселенной состоит из одних и тех же известных нам химических элементов. А среди них только углерод обладает теми свойствами, которые обеспечивают необходимое для эволюции живого разнообразие функций и свойств соединений, как только элемент водород обладает свойством создавать водородные связи, также необходимые для функционирования живых систем. И ничто больше! Это доказано экспериментально. Как бы ни старались учёные в искусственных условиях создать подобие жизни из кремния, например, у них ничего не получалось. Хотя упорядочение на основе соединений кремния, конечно, возможно. И мы наблюдаем эволюцию мира кремния в виде окружающего нас разнообразия минералов. Но и всё! Дальше этого продвинуться по пути эволюции возможности кремния не позволяют.
В своей книге «Феномен жизни» Галимов утверждает, что условия для возникновения жизни — определённый диапазон температур, наличие воды и соединений углерода — не являются редкими, да и жизнь, если взять за пример Землю, зарождается достаточно быстро, а следовательно, она как явление должна быть достаточно распространена во Вселенной.
А как только жизнь из первоначального упорядочения углеродных структур переходит на этап зарождения и развития первой клетки, тут рассуждения о феномене жизни переносятся в вотчину биологов.
Американский биолог российского происхождения Евгений Кунин, занимающийся вычислительной биологией в Национальном центре биотехнологической информации США, недавно опубликовал научную статью «Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции», где утверждает, что образование эукариотической клетки (клетки с ядром, из которой впоследствии появились все сложные организмы: растения, грибы и животные) из прокариотической клетки (клетки без ядра, из которой появляются только одноклеточные организмы — бактерии) было удивительной случайностью. Такая метаморфоза единожды произошла на Земле, и вероятность того, что это может повториться где-то во Вселенной, практически равна нулю.
В то же время известный российский биолог-эволюционист и популяризатор науки Александр Марков полагает, что такие случайности в космосе вполне могут повторяться:
— Примерно 2,7 миллиарда лет назад формирование ядра из цитоплазмы прокариотической клетки произошло под воздействием изменяющихся температурных условий на Земле. С учётом того, что количество планет во Вселенной может исчисляться миллионами и уже имеются сведения об экзопланетах, которые переживали изменения, подобные произошедшим на Земле, есть основания полагать, что вероятность появления эукариот где-то ещё во Вселенной вовсе не нулевая. Одновременное совпадение всех условий, необходимых для эволюции этой жизни, имеет пусть и не массовую распространённость, но не такую редкую, чтобы называть уникальным носителем жизни только планету Земля.
Значение переменной. Совсем радикальный подход гласит, что земные условия оказались абсолютно уникальными для появления и развития жизни. На этом можно ставить точку. Но большинство учёных, хоть и не могут точно оценить вероятность, но полагают, что она достаточно велика.
Человеческий смысл. Здесь стоит уйти из естественных наук в мир психологии и задуматься о таких философских штуках, как случайность и неизбежность, уникальность и повторяемость, причина и следствие.
Каким бывает разум
fi —возможность эволюции жизни в высокоорганизованных и разумных существПредположим, что на другой планете всё-таки зародилась жизнь, она прошла через игольное ушко создания генетического кода, пролезла через бутылочное горлышко превращения из безъядерной клетки в клетку с ядром, а дальше стала многоклеточной и пошла по нескольким ветвям эволюции, создавая животных разных видов.
И тут, когда появляются какие-то плавающие, прыгающие, бегающие и летающие существа, мы снова натыкаемся на вопрос весьма фундаментальный: на каком этапе эта живность становится разумной и что такое разум вообще?
Ещё в 1891 году английский биолог Конви Ллойд Морган выпустил в свет книгу «Жизнь и интеллект животных», в которой он закрепил тождественность понятий «интеллект» и «разум», по крайней мере для биологической науки. Он определял интеллект как способность животных выполнять команды хозяина.
— Действительно, разницы между интеллектом и разумом в биологии нет, — подтверждает Александр Марков. — Это всего лишь способность решать задачи, на которые нет заранее известного ответа. И более того, я не вижу разницы между разумом человека и обезьяны или человека и дельфина. И если на другой планете будут существа, появившиеся так же, как и земная жизнь, значит, принципиально отличаться их разум от нашего тоже не будет. Непохожесть интеллектов человека и остальных животных вовсе не качественная, а количественная. Например, у нас намного больше объём памяти. Благодаря тому, что человек может многое запоминать, и при этом на очень длительное время, он может хранить в своей голове какие-то важные знания о ремесле, культурный опыт.
Новосибирский биолог Жанна Резникова, заведующая лабораторией в Институте систематики и экологии животных СО РАН, приводит ещё один фактор, который объясняет уникальное развитие такого существа, как человек.
— У животных, даже высокосоциальных, инновации, придуманные отдельными «животными гениями», распространяются в вязкой среде стереотипов. То есть сородичи за изобретателями внимательно наблюдают, но повторять не спешат. Так, два орангутанга на Борнео, которые научились добывать рыбу копьями, делают это уже несколько лет и пока не нашли себе последователей, — объясняет Резникова. — А человеческая способность к подражанию расцвела на почве разветвлённого и углублённого социального взаимодействия и, видимо, сыграла не последнюю роль в возникновении и развитии членораздельной речи, которая и послужила механизмом передачи нового опыта.
Но не стоит преувеличивать нашу уникальность.
— Допустим, человечество совершенно исчезло бы с Земли, — рассуждает Марков. — Через несколько десятков миллионов лет его место вполне мог бы занять кто-то ещё, это очень вероятно. Вот обезьяны у нас на подхвате. Шимпанзе, орангутанги, гориллы. Они, в общем-то, совсем не сильно уступают нам в плане готовности создать свою цивилизацию. И точно так же может происходить на другой планете. Если инопланетяне будут сделаны из того же, что и мы, материала, они будут похожи на нас и по мышлению. Такая вещь, как математика, должна быть для любых мыслящих существ единой. Законы математики, формальной логики, геометрии едины, ведь мы принимаем решения при помощи логических операций, происходящих в мозгу.
Значение переменной. Тут начинается очень размытая область. Даже виртуальные эксперименты не позволяют пока однозначно сказать, с какой вероятностью просто жизнь превращается в жизнь высокоорганизованную, а потом обретает интеллект, а затем строит цивилизацию.
Человеческий смысл. Стоит задуматься о том, что представляет собой наш собственный разум и чем он отличается от разума нашего кота. А ещё о том, почему кот может обходиться без цивилизации, а мы вроде бы нет.
Торговать, покорять или…
fc — способность и желание разумных жителей далеких планет, создавших свою цивилизацию, пойти на контакт с человечествомПриходило ли вам в голову вступить в контакт с сообществом мух? Или лесных ежей? Наверняка нет. А есть ли у вас желание познакомиться с людьми, живущими в соседнем подъезде? Тоже вряд ли. Общаемся ради общения мы только с близкими. Со всеми остальными сохраняем деловой формат: купить, продать, попросить, приказать.
— Размышлять об инопланетных цивилизациях без привязки к земным просто нельзя. Приходится только предполагать, что, если они физиологически похожи на людей, значит, и в поведенческом и социальном плане будут схожи с землянами, — рассуждает социолог Георгий Дерлугьян, преподаватель Северо-Западного университета Чикаго. — Человеческая история нас учит, что все контакты одних цивилизаций с другими, все походы в новые земли всегда имели целью завоевание и до сих пор направлены на завоевание — захват какого-либо экономического ресурса: земли, рабочей силы, нефти. Если нельзя забрать, потому что коренные жители могут дать отпор, тогда нужно налаживать торговлю.
— Порабощение или торговля… А разве удовлетворение научного любопытства не может быть ещё одной целью?
— Могу на этот счёт рассказать притчу. В Малайзии стоит памятник китайскому путешественнику Чжэн Хэ, который прославился как самый мирный исследователь азиатских и африканских земель. В 1405—1410 годах он отправился с экспедицией в Восточную Африку. Когда он туда доплыл, он ничего страшного там не наделал, просто взял себе пару африканцев в качестве рабов, привёз в Китай жирафа и ещё страусиные яйца — так, по мелочи… И его теперь прославляют как мирного первопроходца. Но на самом деле плыл он туда явно не с целью просто посмотреть. Однако в то время китайские элиты тяготели к изоляционизму и плохо относились к растрате денег на заморские походы, поэтому они и пресекли все дальнейшие планы Чжэн Хэ по освоению новых территорий.
— И всё-таки как-то не верится — или не хочется верить, что достаточно большой коллектив учёных со всего мира занимается программой SETI по поиску внеземного разума с целью последующей экспансии на земли зелёных человечков…
— Я, конечно, верю в научное любопытство учёных, но любопытство работает только на индивидуальном уровне, возможно, ещё в группе таких учёных-энтузиастов. Но мне кажется вполне вероятной такая картинка: даже если эти учёные свяжутся с кем-то с другой планеты, в нужный момент их отодвинут люди в погонах и сами распорядятся, как себя вести с этими инопланетянами.
Значение переменной. Первое послание в далёкий космос было отправлено из Советского Союза в 1962 году. Текст был такой: «Мир. Ленин. СССР». (Представляем, как озадачились инопланетяне, когда его получили.) С тех пор сообщения во Вселенную посылали не раз. Но есть ли потребность общаться с нами у внеземных цивилизаций? Точно подсчитать значимость фактора их мотивированности невозможно. Но вероятность контакта всё равно снижается.
Человеческий смысл. Попробуйте поставить себя на место инопланетной цивилизации. Готовы ли вы вступать в контакт с «чужими», живущими в соседней квартире или работающими в соседнем офисе, общаться просто так, без делового наполнения?
Зачем нам внеземной разум
L — время жизни цивилизацииВнеземные цивилизации, до которых мы пытаемся достучаться, уже могут быть мертвы. Конечно, каких-то конкретных сроков гибели всего человечества, и тем более какого-нибудь инопланетного общества никто определить не может. Но учёные всерьёз задумываются о том, есть ли шанс у людей дождаться хоть какой-то весточки от внеземного разума, прежде чем они исчезнут с лица Земли.
Социолог Георгий Дерлугьян утверждает, что современное человечество запрограммировано на то, чтобы быть слабым, но эта слабость не означает безусловной смерти:
— Хорошо, что были придуманы лекарства от многих болезней, хорошо, что население планеты постоянно растёт. И тем меньше шансов, что какой-то социально-культурный опыт будет забыт. Но цивилизации развиваются не линейно и не циклично, их развитие больше похоже на математический граф — такую разветвлённую систему, где каждый новый шаг может породить несколько новых последствий. И предсказать судьбу цивилизации даже на сто лет вперёд невозможно. Единственное, что угадывается, — со временем люди, скорее всего, будут всё совершеннее оснащены в технологическом плане.
Получается, предугадать судьбу землян на несколько десятков лет вперёд невозможно. Следовательно, и о наших внеземных товарищах по разуму мы можем строить только догадки и гипотезы.
Значение переменной. Цивилизация, конечно, штука опасная. Одна атомная бомба чего стоит. Но даже во время глобальной катастрофы есть шансы выжить хотя бы у небольшой группы людей, которые потом могут воспроизвести основы всей культуры.
Человеческий смысл. Собственно, в этом и состоит пафос формулы Дрейка — напомнить человечеству об угрозе самоуничтожения.
Когда ждать зелёных человечков
N — количество разумных внеземных цивилизаций, готовых вступить в контактИтак, подводим итоги.
Значение переменной. Когда это уравнение обсуждали Фрэнк Дрейк и Карл Саган, то речь шла о миллионах внеземных цивилизаций, готовых вступить с нами в контакт. Конечно, современная наука пока что не может дать точную оценку. Но с каждым десятилетием степень приблизительности сокращается. Например, буквально за последний год возникло гораздо больше ясности с экзопланетами.
Человеческий смысл. Давайте представим, что рано или поздно контакт с инопланетянами всё-таки случился. А теперь подумаем, что мы сможем рассказать им о себе, чем похвастаться и что предложить.
Фото: Dale O'Dell/Alamy/ИТАР-ТАСС
Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» № 1 2014 г.