Стоимость посещения инопланетянами Земли может быть слишком дорогой
Парадокс Ферми
В 1950 году итало-американский физик Энрико Ферми сел обедать со своими коллегами в Лос-Аламосской национальной лаборатории, где он работал пять лет в рамках Манхэттенского проекта.
По разным данным, разговор зашел об инопланетянах и недавней волне НЛО. По этому поводу Ферми сделал заявление, которое вошло 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, заключается в том, что, учитывая обилие планет и возраст Вселенной, развитая экзоцивилизация уже должна была колонизировать значительную часть нашей галактики.
Это, безусловно, 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 в рамках 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 экзо-цивилизации.
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 хозяйка
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=mc2, которое иначе известно как “эквивалентность массы и энергии“. Проще говоря, эта формула описывает энергию ( E ) частицы в системе покоя как произведение массы ( m ) на квадрат скорости света - прибл. 300000 км/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 она будет достигнута, 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“.
Принципиальный вопрос
Это поднимает очень важный философский вопрос, связанный с парадоксом Ферми и существованием инопланетян. 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 находится 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 - то есть, что она находится в состоянии равновесия.
Противоположная точка зрения о том, что человечество находится в уникальном и привилегированном положении для наблюдения за Вселенной, известна как антропный принцип.
Вкратце, этот принцип гласит, что сам процесс наблюдения за Вселенной на предмет признаков жизни и разума требует, чтобы законы, которые ею управляют, способствовали жизни и разуму.
Если мы примем принцип Коперника в качестве руководящего принципа, 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 их, если не считать серьезного прорыва в нашем понимании физики, возможно, ни один другой вид не нашел его.
Не в этом ли причина «Великого молчания»?
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 инопланетян, 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 инопланетянам, 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 возникать в более недавнем прошлом.
Другими словами, галактика находится в состоянии неравновесия, переходя из необитаемого состояния в обитаемое.
Однако именно Джеффри А. Лэндис привел, 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 экзо-цивилизация сможет расшириться только до определенного предела по всей галактике.
Центральным аргументом Ландиса была концепция математической и физической статистики, известная как «теория перколяции», которая описывает, как сеть ведет себя 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 модель предполагает широкий спектр мотивов: одни предпочитают выходить на улицу и колонизировать, а другие предпочитают “оставаться дома“.
Как он это объяснил?
“Поскольку это возможно, учитывая достаточно большое количество внеземных цивилизаций, одна или несколько, безусловно, предприняли бы это, возможно, по неизвестным нам причинам. Колонизация займет очень много времени и будет очень дорогой“.
“Вполне разумно предположить, что не все цивилизации будут заинтересованы в таких больших расходах. Человеческое общество состоит из смеси культур, которые исследуют и колонизируют, иногда на чрезвычайно больших расстояниях, и культур, которые не заинтересованы в этом“.
Подводя итог, можно сказать, что развитые виды не будут колонизировать галактику быстро и последовательно. Вместо этого он будет “просачиваться“ вовне на конечное расстояние, где возрастающие 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 Адамом Франком и командой исследователей экзопланет из НАСА Nexus for Exoplanetary Systems Science (NExSS).
В исследовании под названием “Парадокс Ферми и эффект Авроры: поселение, расширение и устойчивые состояния экзоцивилизаций“ они утверждали, что заселение галактики также будет происходить в кластерах, потому что не все потенциально пригодные для жизни планеты будут благоприятны для колонизации.
Конечно, модель Ландиса содержит некоторые собственные допущения, которые он изложил заранее.
Во-первых, было предположение, что межзвездные путешествия затруднены 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 свои собственные колонизирующие способности, 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.
Как мы выяснили в предыдущей статье, с использованием современных технологий, чтобы достичь Проксимы Центавра (4,24 световых года), потребуется от 1000 до 81 000 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.
Но перемещение колонистов в другую звездную систему - это только начало.
После того, как они заселят соседнюю обитаемую планету (и не вымрут) и получат инфраструктуру для межзвездных коммуникаций, для отправки сообщения на Землю и получения ответа потребуется восемь с половиной лет. Это просто непрактично для любой цивилизации, надеющейся поддерживать централизованный контроль или культурную гегемонию над своими колониями.
Космос - дорогое удовольствие
Чтобы взглянуть на вещи в перспективе, рассмотрим затраты, связанные 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 США, что на сегодняшний день составляет около 150 миллиардов долларов США (с поправкой на инфляцию).
Но Apollo возник не на пустом месте, и сначала потребовались Project Mercury и Project Gemini как ступеньки.
Эти две программы, которые вывели первых американских астронавтов на орбиту и позволили получить необходимый опыт для полета на Луну, обошлись соответственно примерно в 2,3 миллиарда долларов США и 10 миллиардов долларов США (с поправками).
Сложите их все, и вы получите в общей сложности около 163 миллиардов долларов США, 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 года.
Это не включает затраты на доведение всех различных компонентов до этого этапа, таких как разработка SLS, космической капсулы Orion и исследования лунной базы, системы посадки человека и робототехники миссии.
Это большие деньги, чтобы добраться до единственного спутника Земли. Но это ничто по сравнению с затратами на межзвездные миссии!
Собираетесь в космос?
С самого начала космической эры было сделано много теоретических предложений по отправке космических аппаратов к ближайшим звездам.
В основе каждого из этих предложений была одна и та же забота: сможем ли мы достичь ближайших звезд в нашей жизни?
Чтобы справиться с этой задачей, ученые разработали ряд передовых стратегий движения, которые позволили бы разгонять космический корабль до релятивистских скоростей.
Из них, безусловно, самым простым был проект Орион (1958–1963), который основывался на методе, известном как ядерно-импульсная тяга (ЯЭУ).
Этот проект, возглавляемый Тедом Тейлором из General Atomics и физиком Фрименом Дайсоном из Института перспективных исследований при Принстонском университете, предполагал 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 свою неэлегантность, система была чрезвычайно простой и эффективной, и теоретически могла развивать скорость до 5 процентов от скорости света (5,4 × 10 7 км/ч, или 0,05 с).
Увы, стоимость. Согласно оценкам, произведенным Дайсоном в 1968 году, космический корабль Орион будет весить от 400 000 до 4 000 000 тонн.
По самым консервативным оценкам Дайсона стоимость постройки такого корабля также оценивается в 367 миллиардов долларов США (2,75 триллиона долларов США с поправкой на инфляцию). Это около 78 процентов годового дохода правительства США за 2019 год и 10 процентов ВВП страны.
Другая идея заключалась в создании ракет, которые используют термоядерные реакции 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 (Проект Дедал).
В результате был разработан двухступенчатый космический аппарат, который создавал бы тягу за счет плавления гранул дейтерия / гелия-3 в реакционной камере с использованием электронных лазеров.
Это создало бы плазму высокой энергии, которая затем была бы 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 процентов скорости света (0,12 с) в течение 1,8 лет.
После этого двигатель второй ступени будет остановлен, и корабль 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.
Даже по скромным стандартам концепции без экипажа, полностью заправленный Дедал будет весить до 60 000 тонн стоимостью более 5,2 триллиона долларов США (по оценкам 2012 года). С поправкой на 2020 год цена на полностью собранный Дедал будет стоить около 6 триллионов долларов США. Icarus Interstellar, международная организация добровольных гражданских ученых (основанная в 2009 году), с тех пор попыталась оживить эту концепцию с помощью проекта Icarus.
Другая смелая и смелая идея - Antimatter Propulsion, которая будет основана на аннигиляции материи и антивещества (водородных и антиводородных частиц).
Эта реакция высвободила столько же энергии, сколько и термоядерный взрыв, а также ливень субатомных частиц (пионов и мюонов).
Эти частицы, которые затем будут двигаться со скоростью, составляющей треть скорости света, направляются магнитным соплом для создания тяги.
К сожалению, стоимость производства даже одного грамма топлива из антивещества оценивается примерно в 1 триллион долларов США.
Согласно отчету Роберта Фрисби из группы Advanced Propulsion Technology Group (NASA Eagleworks), двухступенчатой ракете на антивеществе потребуется более 815000 тонн топлива, чтобы совершить путешествие к Проксиме Центавра примерно за 40 лет.
В более оптимистичном отчете доктора Даррела Смита и Джонатана Уэбби из Университета аэронавтики Эмбри-Риддла говорится, что космический корабль массой 400 тонн и 170 тонн топлива из антивещества может развивать скорость на 0,5 скорости света.
С такими темпами корабль сможет достичь Проксимы Центавра чуть более чем за 8 лет, но нет экономически эффективного способа сделать это, и никаких гарантий не будет.
Во всех случаях топливо составляет большую часть общей массы этой концепции. Чтобы решить эту проблему, были предложены варианты, которые могут генерировать собственное топливо.
В случае термоядерных ракет, есть Bussard Ramjet, который использует огромную электромагнитную воронку для “вычерпывания“ водорода из межзвездной среды и магнитных полей, чтобы сжимать его до такой степени, что происходит термоядерный синтез.
Точно так же есть система межзвездного космического корабля “Вакуум-антиматерия“ (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.
В данных обстоятельствах и за исключением нескольких крупных технологических разработок, которые снизили бы сопутствующие расходы, было бы справедливо сказать, что любая идея межзвездных миссий с экипажем просто непрактична.
Отправка зондов к другим звездам в течение нашей жизни все еще в пределах возможностей, особенно тех, которые полагаются на движение с направленной энергией (DEP).
Как показывают такие предложения, как Breakthrough Starshot или Project Dragonfly, эти паруса можно было бы разогнать до релятивистских скоростей и иметь все необходимое оборудование для сбора изображений и основных данных о любых экзопланетах, находящихся на орбите.
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 заключается 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.
В течение 9 миллиардов лет множество цивилизаций могло приходить и уходить, и хотя ни один вид не мог колонизировать всю галактику, трудно представить, что эта деятельность осталась бы незамеченной.
При таких обстоятельствах можно прийти к выводу, что помимо того, что они ограничивают возможности цивилизации, здесь действуют и другие ограничивающие факторы.
Однако важно напоминать себе, что ни одно предлагаемое решение парадокса Ферми не обходится без определенных дыр.
Кроме того, ожидать, что теория или теоретик будет иметь все ответы на столь сложный (но с недостаточным количеством данных) предмет, как существование инопланетян, примерно так же нереалистично, как ожидать согласованности в поведении самих инопланетян
В целом, эта гипотеза очень полезна, поскольку она разрушает многие из предположений, присущих “факту А“.
Это также является вполне логичной отправной точкой для ответа на основной вопрос. Почему мы ничего не слышали от инопланетян? Потому что нереально сделать вывод, что к настоящему времени они должны были колонизировать лучшую часть галактики, особенно когда законы физики (в том виде, в каком мы их знаем) исключают такое.
Напомним, ранее сообщалось, что ученые предположили существование скромных инопланетян.
Новость дня
| Карта сайта: