В испарениях, поднимающихся над поверхностью спутника Сатурна Энцелада, зонд «Кассини» обнаружил высокое содержание соли. Пока не удается найти других объяснений этому явлению, кроме наличия на спутнике льда, и считается, что и там в 2005 году обнаружена вода. Фото: NASA/JPL/Space Science Institute
Последние годы были для астрономии и космологии удачными. Сейчас уже можно не сомневаться: воды в космосе намного больше, чем думали полвека назад. Вполне вероятно, она есть даже на Луне, традиционно считавшейся абсолютно безжизненным и безводным небесным телом. Велик шанс её найти на Марсе, наверняка она есть на Титане, самом большом спутнике Сатурна. Тема поиска её на других планетах становится одной из центральных для всей современной астрономической науки — не случайно ей были посвящены пленарная сессия и специальный симпозиум генеральной ассамблеи Международного астрономического союза (XXVII IAU General Assembly) в этом году.
Наличие воды может иметь по крайней мере два важных следствия. Во-первых, при выполнении далеких космических путешествий важно позаботиться о пополнении запасов в пути. Вода и топливо — это ключевые позиции в списке необходимых ресурсов. Во-вторых, от степени распространенности воды во Вселенной зависит и степень распространенности во Вселенной жизни. Та единственная форма жизни, которая нам известна, возможна только при наличии воды в жидком виде. Оставляя в стороне вопрос о неизвестных нам формах, можно тем не менее предположить, что распространенность жизни известной нам формы должна быть пропорциональна распространенности воды.
Дополнительную напряженность вниманию, с которым и специалисты, и, в особенности, неспециалисты следят за проходящими эволюциями, придает череда находок за пределами Солнечной системы. Новые экзопланеты обнаруживаются практически каждую неделю, и их общее число приближается уже к четырем сотням. Конечно, в подавляющем большинстве это газовые гиганты, но не надо забывать, что применяющаяся методика их обнаружения как раз и позволяет находить именно те планеты, размеры и массы которых близки к размерам и массам родительских звезд. Так что не-гигантов может оказаться и не меньше, чем гигантов. Кроме того, у планет-гигантов имеются спутники (для некоторых это даже доказано), эти спутники иногда оказываются сопоставимы по размеру и массе с Землей и находятся в условиях, предполагающих жидкую воду.
Наконец, не последнюю роль в появлении нового интереса к старым проблемам сыграли новости в исследовании Луны. Откладывая ненадолго вопрос об очередной круглой дате, связанной с полетами американских «Аполлонов», вспомним, что сейчас готовится несколько миссий, ставящих своей целью, в частности, попытаться с окололунной поверхности получше рассмотреть, что происходит в полярных областях нашего естественного спутника. Именно там есть области, куда солнечные лучи не попадают никогда, из-за чего там постоянно очень холодно. Повышенное содержание водорода в этих областях было замечено и с Земли, и во время прежних лунных миссий. Возможно, ближайшие месяцы поставят точку в истории этой загадки.
Есть план дойти до этой точки совсем радикальным методом: произвести грядущей осенью бомбардировку лунной поверхности. Изучение химического состава поднятой пыли и доставит окончательное решение. При обсуждении этой идеи в некоторых СМИ промелькнуло сообщение о негативной реакции Нила Армстронга (Neil Alden Armstrong), первого человека, побывавшего на Луне. Якобы он выразил свое решительное несогласие с такими планами, поскольку Луна обитаема. Кстати, ещё до этого по Интернету гуляло интервью, будто бы взятое у него неким анонимным профессором по поводу внеземных летательных аппаратов, спешно покидавших место их посадки.
После первой встречи Арнолда Кеннета с «летающими тарелками» (или «летающими блюдцами», как их принято называть по ту сторону Атлантики) они заняли очень важное место в современной культуре. Однако роль внеземного разума в рождении этого образа как минимум сомнительна. Фото (Creative Commons license): eek the cat
И хотя оснований верить подобным историям — независимо от того, исходят они от самого Армстронга, или его имя используется тут просто как ширма, — ничуть не больше, чем не менее любимому в блогосфере сюжету о голливудском розыгрыше со студийной имитацией полета 1969 года, они служат надежным показателем общественного интереса к теме. И в частности, готовности обывателя поверить, что мы не просто во Вселенной не одни, но что «братья по разуму» где-то прямо совсем рядом.
И у этой веры есть свои научные основания. Не раз за прошедшее десятилетие новые знания о Вселенной использовались для того, чтобы оценить возможный возраст земле подобных тел. Хотя оценки и разнятся, более или менее общепринятой считается та, что относит момент образования таких планет к 9 млрд лет назад, а их медианный возраст оценивает в 6,4 гигалет (1 гигагод = 109 годам). Таким образом, получается, что во Вселенной есть много пригодных для жизни мест, и возникли они уже очень давно. Там могла возникнуть жизнь, она могла стать разумной, выйти за пределы своей звездной системы и стать наблюдаемой… Но мы ничего невидим. Многолетние целенаправленные поиски внеземного разума и внеземной жизни, пусть даже низко организованной, ни к чему не привели. В чем дело?
Парадокс Ферми Явное противоречие между высокой вероятностью существования внеземного разума и его не наблюдаемостью получило название парадокса Ферми. Создатель первого атомного реактора, бежавший от фашистского режима Италии в США, Энрико Ферми (Enrico Fermi, 1901–1954) любил пространные формулировки для интересовавших его задач. Вот как звучал в полном виде вопрос, названный потом его именем:
Во Вселенной — миллиарды звезд. Многие из этих звезд окружены планетами, на некоторых из которых есть вода в жидком состоянии и атмосфера. Там синтезируются органические соединения; а из них формируются самовоспроизводящиеся системы. Простейшее живое существо эволюционирует благодаря естественному отбору и усложняется, пока не возникают мыслящие создания. За этим следует появление цивилизации, науки и технологий. Отдельные представители этой цивилизации начинают путешествовать к другим планетам и другим звездам, и наконец вся галактика оказывается колонизованной. Народ, так чудесно эволюционировавший, должен был бы заинтересоваться таким приятным местом, как наша Земля. Если все именно так и происходит, они должны были уже высадиться на Земле. И где же они все?
Заключительный вопрос в немного видоизмененной форме получил самостоятельное существование: «И где же все?»(Where is everybody?). И вопрос этот на протяжении пятидесяти лет волнует многих, активно обсуждается, высказываются различные гипотезы, но ответа пока нет. И получен он, видимо, будет нескоро. А причины искать на него ответ даже с некоторым нетерпением вполне понятны. Отчасти они понятны уже из первой же попытки разрешить парадокс, предпринятой самим Ферми. Авторское решение звучит весьма пессимистично: для космических полетов цивилизация должна освоить энергию атомного ядра — открыть её и научиться пользоваться. А как только это происходит, открывшая её цивилизация сразу себя и уничтожает.
Эта гипотеза уже оказалась несостоятельной: наш мир просуществовал более шестидесяти лет после первой ядерной бомбардировки и, возможно, просуществует ещё. Вероятность, что он не погибнет в течение следующих шестидесяти лет, ограничивается снизу половиной вероятности выжить в течение первых шестидесяти. Поскольку последняя оказалась ненулевой, то количество цивилизаций, избегнувших этой напасти, должно было бы оказаться тоже большим. Если бы число цивилизаций, дошедших до освоения ядерной энергии вообще, было большим.
В десятилетия, последовавшие за формулировкой парадокса Ферми и его первичным обсуждением, стало ясно, что жизнь должна была бы проявить себя гораздо более наглядно, чем она это до сих пор сделала. В частности, для нее вовсе не обязательно локализоваться в зоне обитаемости. Как показал Фримен Дайсон (Freeman Dyson), на окраинах Солнечной системы или даже в поясе Койпера условия для жизни (хотя и вряд ли разумной) также совсем не плохи. Энергии для поддержания воды в жидком состоянии там вполне достаточно, поскольку нет необходимости в равномерном распределении её по всей поверхности обитаемого небесного тела.
А раз мы её не видим, то, как замечает в опубликованном недавно обзоре, посвященном проблеме, сербский астрофизик Милан Чиркович (Milan M. Ćirković), либо неверна принятая картина мира, либо ближайшая перспектива человечества в высшей степени прискорбна. Как минимум, столь же прискорбна, как глобальный ядерный конфликт. Количество гипотез, высказанных как в отношении ошибочности картины мира, таки в отношении перспектив человечества, за прошедшие пятьдесят лет настолько велико, что только их простое перечисление потребовало бы не одну страницу текста. Поэтому рассмотрим только две.
Монстры против венгров
Молва утверждает, что на Энрико Ферми первым отреагировал его главный помощник Лео Сциллард (Szilárd Leó, 1898–1964). Он моментально ответил:
Да они давно уже здесь. Только предпочитают, чтобы мы называли их венграми.
Чтобы оценить остроумие этого ответа, нужно знать несколько важных обстоятельств. Лео Сциллард, как и сам Энрико Ферми, принимал активное участие в Манхэттенском проекте по созданию американской атомной бомбы. Вряд ли он тогда уже думал, что атомное оружие поставит все человечество на грань самоистребления, но определенные предчувствия у него уже могли быть. Кроме того, Сциллард был по происхождению венгром и хорошо адаптировался к американским условиям жизни. Он понимал, что Энрико Ферми, итальянец по происхождению, мог и не чувствовать его отличия от американцев с более длинной родословной. Наконец, Сциллард гораздо лучше, чем Ферми, осознавал, что костяк Манхэттенского проекта составляли люди общего с ним происхождения: однажды, когда в ходе совещания руководителей проекта зал заседаний покинул генерал Гровс (Leslie Richard Groves, 1896–1970), Сциллард предложил оставшимся перейти на венгерский.
И они хотят, чтобы мы называли их венграми? Фото (Creative Commons license): Ricardo Liberato
Одним словом, Сциллард хотел сказать, что пришельцев может оказаться не так-то легко опознать. Может быть, они «давно уже здесь». К этому же склоняет принятое буквально процитированное выше замечание Армстронга. В последнем случае даже совершенно неважно, говорил ли это Армстронг на самом деле, а если и говорил, то видел ли. Нет доказательств, что корабли там были, что они были внеземные и что за их появление там ответственна какая-то другая цивилизация.
Точно так же не служат подобными доказательствами многочисленные сообщения об НЛО , хотя сомнений в самом феномене почти ни у кого не осталось. Ситуация немного похожа на историю с ведьмами в Европе позднего Средневековья и раннего Нового времени: само по себе их существование несомненно, но доказательством существования нечистой силы служить не может.
Космос не по Копернику Под коперниканской картиной мира в наши дни подразумевается нечто такое, к чему сам Коперник (Nicolaus Copernicus, 1473–1543), строго говоря, отношения почти и не имеет. В соответствии с ней, Вселенная изотропна и однородна, объем её бесконечно велик, и она находится в состоянии непрерывного расширения и остывания. Конечно, принимая во внимание конечность времени её существования, мы можем рассчитать её наблюдаемую часть — область Вселенной, события в которой могут как-то повлиять на события в Солнечной системе. Однако мы должны допустить, что части, находившиеся ранее в наблюдаемой области, могли её покинуть из-за быстрого расширения.
Постепенно плотность энергии в наблюдаемой части Вселенной будет уменьшаться, однако это не исключает возможность её локального разогрева. В результате локальной флуктуации может образоваться даже новая сингулярность, которая даст начало новой вселенной, подобной нашей. Такое развитие событий невозможно ни предсказать, ни даже заметить, даже если оно случится в наблюдаемой части Вселенной. Но вероятность подобного рода происшествий за её пределами — несравнимо выше.
Коперник был христианским мыслителем и ничего подобного придумать не мог. У него космос конечен и кругл. Его творит всемогущее божество, как описано в Книге Бытия. В центре космоса находится Солнце, а планеты движутся по своим орбитам вокруг него. Звезды, как им и положено, располагаются на единой твердой сфере, на одинаковом расстоянии от центра. Никакое иное тело, кроме Земли, не обитаемо.
Идея о бесконечной вселенной с бесконечными обитаемыми мирами скорее напоминает вселенную Джордано Бруно (Giordano Bruno, Filippo Bruno, 1548–1600). Это у него она выглядит более или менее стационарной, хотя обитаемые миры творятся бесконечно могущественным богом — уже в самой бесконечности их числа проявляется бесконечность его могущества, — что подразумевает все-таки некоторую её не стационарность, если только бог не создал её в бесконечно далеком прошлом.
Большая часть допущений Бруно также была отвергнута входе позднейшего развития науки. В первую очередь, в связи появлением современной космологии, основанной на общей теории относительности Эйнштейна. Однако некоторая часть допущений, сделанных в XVI веке Бруно, сохранилась. В частности, Вселенная или, по крайней мере, её наблюдаемая часть сохранила однородность и изотропию. Иначе говоря, в ней нет ни выделенных мест, ни выделенных направлений. А количество подобных Солнцу звезд исчисляется миллиардами.
Именно в таком виде принцип Коперника стал в последние годы объектом критики значительно более аргументированной, чем доказательства присутствия инопланетной жизни вблизи Земли или гипотезы относительно нежелания «старших цивилизаций» себя обнаруживать.
Открытый вызов принципу Коперника содержится, например, в статье оксфордского астрофизика Педро Феррейры (Pedro Gil Ferreira) и двух его молодых сотрудников, Тимоти Клифтона (Timothy Clifton) и Кейт Ленд (Kate Land). Заголовок статьи напоминает название песни: «Жизнь в пустоте» (Living in a Void), и далее следует разъяснение: «Проверка принципа Коперника на далеких сверхновых» (Testing the Copernican Principle with Distant Supernovae).
Американский астроном Эдвард Барнард (Edward Emerson Barnard, 1857–1923) сфотографировал это странную темную «глобулу» в одном из рукавов Млечного Пути в 1919 году. В последние два года его фотографию часто используют, когда надо пояснить, на что похожа «гигантская пустота», посреди которой якобы находится Солнечная система. Фото (Creative Commons license): ESO
Свет, приходящий к Земле от этих далеких и ярких космических объектов, несет информацию о тех временах, когда Вселенная только начинала расширяться и была вдесятеро меньше, чем теперь. Именно особенности в спектрах этих далеких объектов позволили двум группам астрофизиков в 1998 году сделать вывод об ускоряющемся характере расширения Вселенной. Ответственность за это была возложена на темную энергию, однако теоретические оценки плотности темной энергии, сделанные на основании квантовой теории, на 120 порядков отличаются от той, что необходима для объяснения подобного расширения.
Однако в таком объяснении уже неявно заложен принцип Коперника. Достаточно от него отказаться и допустить, что Земля и вся Солнечная система вместе с ней находятся в центре колоссальной полости, сопоставимой по размерам со всей наблюдаемой частью Вселенной, как необходимость в темной энергии вообще пропадает. Более высокая плотность обычной светящейся материи за пределами полости объяснит наблюдаемое поведение сверхновых.
В качестве бесплатного приложения к этой гипотезе возникает и уникальность разумной жизни. Внутри полости слишком редки подходящие условия для её возникновения, поскольку материя слишком разрежена. А за её пределами — потому что материя слишком сгущена!
Работа Феррейры, Клифтона и Ленд — далеко не единственная публикация последнего времени, где принцип Коперника ставится под сомнение. В своем блоге на сайте Колледжа Иисуса Оксфордского университета (Jesus College) Феррейра пишет, что космология сейчас переживает свой ренессанс. После многих лет, когда астрофизикам и космологам приходилось строить теории на песке и «измышлять гипотезы», сейчас они располагают неисчерпаемым источником новых и бесценных сведений, которые дают орбитальные обсерватории. Он не скрывает, что их работа была в значительной степени ответом на обнаруженную в первые годы XXI века анизотропию реликтового микроволнового фона.
Но надо заметить, что они были и не первыми, кто ставит под сомнение принцип Коперника. Первые возражения были выдвинуты буквально через три года после публикации Эйнштейном его знаменитой статьи, излагающей общий принцип относительности. А это означает, что мы имеем полное право ожидать в ближайшем будущем новых попыток использовать данные астрофизических наблюдений для разрешения парадокса Ферми через отрицание принципа Коперника.