Чтение онлайн

У нас есть канонический артефакт — объект, который мы можем держать в руках. И что? Что ж, мы можем вычислить вероятность события, при котором Вселенная конструирует канонический артефакт. Во-первых, давайте оценим, сколько «места» доступно во Вселенной для конструирования канонического артефакта. Будем щедры и скажем, что возраст Вселенной составляет 20 миллиардов лет — около 1018 сек. Однако секунда не является хорошей единицей для использования в этом контексте; более подходящей единицей был бы «атомный год», ??, который, как мы сказали, составляет 10– 16 сек. В этих единицах возраст Вселенной составляет около 1034 атомных лет. Во Вселенной около 1080 нуклонов, поэтому максимальное «пространство», в котором может быть сконструирован канонический артефакт, составляет 10114 нуклон-атомных лет.

Теперь предположим, что постулированная теория всего, в сочетании с начальными условиями, безразлична к тому, возникнет ли канонический артефакт. Сделаем конструирование артефакта как можно более простым, предположив, что Вселенная полна бусин с градуированной массой — все, что нужно сделать, это расположить бусины в соответствующем порядке и чтобы этот порядок продержался минимум один атомный год. Учитывая, что нам нужно чуть более 103 бит информации для представления 26 чисел N, Вселенная может содержать максимум около 10114/103 = 10111 таких бусин. Однако Вселенная может содержать множество последовательностей из 26 элементов, и мы заявили, что наша N не должна иметь преимуществ перед другими возможными последовательностями. Существует около 21245 ? 10375 вариантов последовательности; наша N — лишь одна из них. Таким образом, вероятность того, что Вселенная сконструирует канонический артефакт, равна 10111/10375 = 10– 264.

Вероятность 1 к 10– 264 практически равна нулю. Можно изменить аргумент так, чтобы изменить число 10– 264, но даже те модификации, которые увеличивают его, не могут повлиять на вывод — а некоторые разумные модификации делают конструирование канонического артефакта еще менее вероятным. Если теория всего, плюс начальные условия, безразлична к конструированию канонического артефакта, то можно с уверенностью сказать, что мы одни в нашей реализации Вселенной.

Вместо этого можно было бы утверждать, что теория всего, в сочетании с начальными условиями, каким-то образом сильно способствует появлению форм жизни, обладающих способностью и склонностью конструировать канонический артефакт. Но чтобы это было правдой, требуется эффект порядка 264 величины, совершенно неизвестный физике. Или можно было бы утверждать, что теория всего, если она существует, не может объяснить — даже в принципе — материальное выражение мысли, выраженное каноническим артефактом. Аргумент Фоскини необычен, но трудно избежать одного из этих трех выводов. Если верен первый вывод, мы одни.

Решение 53: Жизнь могла возникнуть только недавно

Всему свое время, и время всякой вещи под небом. Экклезиаст 3:1

Астроном Марио Ливио оспаривает[301] идею, обсуждавшуюся в Решении 51, о том, что временная шкала эволюции разумной жизни полностью не зависит от продолжительности жизни звезды главной последовательности. Если бы две временные шкалы были связаны определенным образом — если бы эволюционная временная шкала увеличивалась по мере увеличения продолжительности жизни звезды, — то мы ожидали бы наблюдать примерное равенство этих двух временных шкал. Тогда мрачный вывод Картера о несуществовании внеземных цивилизаций (ВЦ) не следовал бы. Но как продолжительность жизни звезды может влиять на временную шкалу биологической эволюции?

Ливио рассматривает простую модель того, как планетарная атмосфера, подобная земной, развивается до стадии, на которой она может поддерживать жизнь. Это не серьезная модель развития атмосферы; скорее, она пытается продемонстрировать возможную связь между продолжительностью жизни звезд и биологически значимыми временными шкалами.

В своей модели Ливио выделяет два ключевых этапа в развитии атмосферы, поддерживающей жизнь. Первый включает выделение кислорода в результате фотодиссоциации водяного пара. На Земле этот этап длился около 2,4 миллиарда лет и привел к созданию атмосферы с уровнем кислорода около 0,1% от нынешних значений. Продолжительность этого этапа зависит от интенсивности излучения, испускаемого звездой в диапазоне длин волн 100–200 нм, поскольку только это излучение приводит к диссоциации водяного пара.

Второй этап включает увеличение уровней кислорода и озона примерно до 10% от их нынешних значений. На Земле этот этап длился около 1,6 миллиарда лет. Как только уровни кислорода и озона стали достаточно высокими, поверхность Земли оказалась защищена от ультрафиолетового (УФ) излучения в диапазоне длин волн 200–300 нм. Этот щит был важен, поскольку он защищал два ключевых компонента клеточной жизни: нуклеиновые кислоты и белки. Нуклеиновые кислоты являются сильными поглотителями излучения в диапазоне длин волн 260–270 нм, в то время как белки сильно поглощают излучение в диапазоне длин волн 270–290 нм; поэтому излучение в диапазоне 200–300 нм смертельно для клеточной активности. Жизненно важным условием для развития наземной жизни является то, что атмосфера развивает защитный слой для этих длин волн. И из вероятных кандидатов атмосферы планеты только озон эффективно поглощает в диапазоне длин волн 200–300 нм: планете нужен озоновый слой. Ливио утверждает, что, как и на Земле, временная шкала для развития озонового щита против УФ-излучения примерно эквивалентна временной шкале для развития жизни.

Различные типы звезд излучают разное количество энергии в УФ-диапазоне. Звезды большой массы горячее звезд малой массы и, следовательно, излучают больше УФ-излучения, но у них короче продолжительность жизни. Таким образом, для заданного размера и орбиты планеты временная шкала для развития озонового слоя зависит от типа излучения, испускаемого звездой, и, следовательно, от продолжительности жизни звезды. После подробного расчета Ливио утверждает, что время, необходимое для появления разумной жизни, увеличивается почти как квадрат продолжительности жизни звезды. Если такое соотношение имеет место, то мы, вероятно, будем наблюдать появление разумных видов в масштабе времени, сопоставимом с продолжительностью жизни звезды на главной последовательности.

Рис. 5.1 Планетарная туманность NGC 7027 находится примерно в 3000 световых годах от нас. Это особенно молодой объект, который начал расширяться всего около 600 лет назад. Планетарные туманности, подобные этой, производят большую часть углерода, который мы наблюдаем во Вселенной. (Фото: НАСА)

Цель модели Ливио, повторюсь, состоит просто в том, чтобы показать, существует ли возможное соотношение между продолжительностью жизни звезд и временной шкалой биологической эволюции. Даже с этой оговоркой можно не согласиться с частями аргумента Ливио. Например, его модель включает необходимое условие для эволюции наземной жизни (а именно, развитие озонового слоя), но это не является достаточным условием. На пути к эволюции разумной жизни есть много других шагов, поэтому, даже если существует связь между продолжительностью жизни звезд и временной шкалой для биологической эволюции, эта связь может играть лишь незначительную роль. Тем не менее, воодушевленный открытием связи между этими временными шкалами и, следовательно, возможностью того, что существование ВЦ не исключено, Ливио позволено задать следующий вопрос: в истории Вселенной, когда вероятное время для появления ВЦ?

Если жизнь на Земле типична для жизни в других местах, то большинство форм жизни будут основаны на углероде. Поэтому Ливио предполагает, что появление ВЦ совпадет с пиком космического производства углерода. И это то, что мы можем вычислить.

Основными производителями космического углерода являются планетарные туманности, которые возникают в конце фазы красного гиганта звезд средней массы. Планетарные туманности сбрасывают свои внешние слои в межзвездную среду, и материал перерабатывается для формирования последующих поколений звезд и планет. Поскольку астрономы полагают, что знают историческую скорость звездообразования (в прошлом она была выше, чем сейчас, с пиком, произошедшим миллиарды лет назад)[302] и соответствующие детали звездной эволюции, они могут вычислить скорость, с которой формировались планетарные туманности в прошлом, и, следовательно, скорость космического производства углерода. Согласно расчетам Ливио, скорость образования планетарных туманностей достигла пика чуть менее 7 миллиардов лет назад. Исходя из этого, он утверждает, что мы могли бы ожидать, что жизнь на основе углерода началась, когда возраст Вселенной составлял около 6 миллиардов лет. Поскольку время, необходимое для эволюции продвинутых ВЦ, составляет значительную долю продолжительности жизни звезды, мы ожидали бы, что ВЦ разовьются только тогда, когда возраст Вселенной составит около 10 миллиардов лет. Если это так, то ВЦ не могут быть старше нас более чем примерно на 3 миллиарда лет.

Вывод Ливио был предложен некоторыми авторами как разрешение парадокса Ферми. Эти авторы предполагают, что жизнь могла возникнуть только недавно. В настоящее время нет ВЦ, способных к межзвездным путешествиям или коммуникациям, потому что, как и у нас, у них было недостаточно времени для развития. Возможно, однажды Галактика будет кишеть межзвездной торговлей, путешествиями и сплетнями. Однако пока что царит тишина.

Более поздние измерения темпов звездообразования подразумевают, что предел в 3 миллиарда лет может быть значительной недооценкой. Но даже если вывод Ливио верен, и нет ВЦ старше нас более чем на 3 миллиарда лет, я не понимаю, как это разрешает парадокс. У ВЦ, у которой было 3 миллиарда лет на развитие своей технологии, было достаточно времени, чтобы колонизировать Галактику или, по крайней мере, заявить о своем присутствии во Вселенной. (В Универсальном Году ВЦ могли достичь нашего нынешнего уровня технологии примерно 1 октября.) Если не будет доказано, что разум только сейчас зарождается, и что жизнь на Земле является одной из самых «продвинутых» в Галактике, эти аргументы на самом деле не затрагивают основной сути парадокса.