Содержание
- Что это такое?
- Расшифровка формулы Дрейка
- Насколько распространены во Вселенной условия, благоприятные для возникновения жизни?
- Прочие коэффициенты формулы Дрейка
- Всегда ли создание благоприятных условий влечёт возникновение жизни?
- Почему до сих пор с нами не вышли на контакт?
- Видео: Почему молчит Вселенная?
- Вопросы и ответы
Что это такое?
Вглядываясь в небо, мы видим миллиарды звёзд, но не наблюдаем там разумной жизни. «Парадокс Ферми» – не совсем точное название.
Первым непреложную истину вселенского одиночества сформулировал великий советский учёный и провозвестник космической эры К. Э. Циолковский в своей работе «Планеты, заселённые живыми существами», которую он написал за 2 года до своей смерти в 1933 г. Этот труд не был опубликован.
В силу этого в западной и российской литературе парадокс нашего одиночества, наблюдаемый нами во Вселенной, получил наименование в честь великого итальянского, затем американского физика Э. Ферми, который во время Второй мировой войны эмигрировал из Италии в Штаты, где и принял активное участие в Манхэттенском проекте создания атомной бомбы. За участие в нём он получил американское гражданство.
Манхэттенский проект собрал лучшие умы со всего мира. Среди учёных там господствовала демократичная атмосфера научного общения.
В один из летних вечеров зашёл разговор о загадочных исчезновениях мусорных баков. В New York Times была опубликована карикатура, где мусорки похищали инопланетяне на летающих тарелках.
По воспоминаниям сослуживцев, Э. Ферми эмоционально воскликнул: «Чёрт возьми! Где же они все?», имея в виду инопланетян, которых мы, по идее, должны были бы увидеть, если бы разумная жизнь была широко распространена в космосе.
Годом спустя математическим языком парадокс Ферми сформулировал Фрэнк Дональд Дрейк. Формула Дрейка и сейчас используется для оценки того, насколько много пришельцев мы можем встретить в нашей галактике или в целом во Вселенной. Она представляет собой умножение нескольких констант, каждая из которых определяется путём наблюдения за окружающим миром.
Расшифровка формулы Дрейка
Первый параметр уравнения – количество звёзд, которые образуются каждый год в нашей галактике. За счёт детального исследования звёздообразования как наземными, так и орбитальными телескопами сейчас эта цифра оценивается в 7. Исходя из того, что в году 365 дней, 1 звезда образуется раз в 2 месяца. Это немного, но данный процесс происходит миллионами лет, поэтому количество звёзд в нашей галактике громадно, и каждая из них образует вокруг себя протопланетное облако.
Достоверно установлено, что звёзды возникают из межзвёздного газа и пыли, которые коллапсируют под действием сил гравитации и образуют в центре либо массивную звезду, либо такую, как Солнце, либо маленького красного карлика.
Большинство звёзд – это жёлтые и красные карлики. Наше Солнце здесь не выделяется. Это и задаёт первый вопрос парадокса Ферми. Поскольку наше Солнце ничем не примечательно (это не голубой гигант, не нейтронная звезда), и мы живём возле этой звезды, почему не обнаруживаются инопланетяне, например, возле α Центавра и Сириуса?
Исходя из того, что мы наблюдаем по своей собственной Солнечной системе, Дрейк ввёл ещё несколько параметров в свою формулу. Следующий из них – доля звёзд, возле которых образуются планеты. Сейчас этот безразмерный коэффициент всё больше и больше стремится к 1, т.е. практически возле каждой вновь образующейся звезды формируется планетная система.
Следующий вопрос, который нас волнует, – какое количество планет пригодно для жизни в Солнечной системе. Этот параметр принимается между 1 и 2. Установлено, что планеты формируются на определённом пропорциональном расстоянии от центрального светила, которое подчиняется закону натуральных чисел (так называемый закон Ти́циуса-Боде́, чётко соблюдающийся для всех планет Солнечной системы).
Наблюдения «Кеплера» и других телескопов подтверждают правило Тициуса-Боде и для других Солнечных систем. Такое расположение небесных тел связано с тем, что изначальный протопланетный диск разделялся на гравитационные неустойчивости, из которых потом образовывались планетоиды, сливающиеся затем в планеты, а они формировались в окончательные круговые орбиты планет, которые мы сейчас наблюдаем для Солнечной системы.
За планетами мы следим с помощью орбитальных телескопов. Так, «Кеплер» видит около 2,5 млн звёзд, а число экзопланет перевалило за несколько тысяч. Телескопы регистрируют эти экзопланеты на основании прохождения планет по диску звёзд. Однако наблюдение жизни на межзвёздных расстояниях нам пока недоступно. В силу чего мы вынуждены действовать косвенными методами, т.е. смотреть на нашу собственную планетную систему и переносить её опыт на другие галактики за пределами нашего «дома».
Это некое допущение. Никто не исключает форм жизни на газовых гигантах, однако мы не знаем, что происходит в глубинах океана спутника Юпитера Европы. Но в целом подразумевается, что в формуле Дрейка, которая показывает, сколько планет пригодно для жизни, мы говорим о планетах так называемой земной группы – с твёрдой поверхностью, мощной атмосферой. Все они находятся в зоне Златовласки. Её ещё называют зоной обитаемых планет.
Это участок, в котором вода может находиться в жидком состоянии. Т.е. подразумевается, что жизнь на экзопланетах (планетах за пределами Солнечной системы) очень похожа на нашу собственную, по крайней мере по биохимии. В этом есть определённое разумное допущение, поскольку кислород, углерод, азот, водород, фосфор, калий, натрий, из которых мы в основном состоим, широко доступны в наблюдаемой Вселенной.
Почти все элементы, вплоть до железа, образуются при синтезе внутри обычных звёзд. Любая Солнечная система, которая образовалась из останков звёзд 1-го поколения, которые в основном состояли из водорода и небольшого количества гелия, содержит все необходимые для нашей жизни элементы.
Когда формируется любая Солнечная система, водород и гелий выдуваются из её центральной части во время зажигания звезды, а все тяжёлые элементы, которые нам необходимы (начиная от кислорода и заканчивая железом), остаются во внутренней части системы. По счастливому стечению обстоятельств в этой же части Вселенной присутствуют условия для зарождения жизни, основанной на жидкой воде.
С другой стороны, некоторые экзотические условия могут возникнуть и за пределами зоны Златовласки. В Солнечной системе возможность для жизни, скорее всего, предоставляет в своих глубинах упомянутая Европа, а принципиально пригодны для жизни, как ни странно, две планеты: Земля и Марс.
Простейшие организмы вполне могли существовать на Красной планете, до тех пор, пока та не потеряла свою начальную атмосферу 1,5-2 млрд лет назад. А пока учёные не нашли там даже бактерий.
Насколько распространены во Вселенной условия, благоприятные для возникновения жизни?
Попытки ответить на этот вопрос делались неоднократно. Например, американский исследователь шаровых звёздных скоплений и галактик Х. Шепли в книге «Звёзды и люди» постулировал, что:
Жизнь может развиваться только на планетах.- Устойчивые планетные системы могут иметь только одиночные (не двойные и не кратные) звёзды.
- Только небольшая доля одиночных звёзд эволюционировала так, что при этом образовались планетные системы.
- Жизнь может развиваться только на планетах с орбитами, близкими к круговым, чтобы на их поверхности была более или менее постоянная температура.
- Жизнь может развиваться только на планете с надлежащим расстоянием от звезды, чтобы температура на её поверхности была допустимой.
- Для жизни необходима вода, а потому обитаемая планета должна быть достаточно массивной, чтобы долгое время удерживать свою атмосферу и гидросферу.
- Воздушная и водная оболочки не должны содержать ядовитых веществ.
Основное затруднение при выполнении подобных расчётов состоит в том, что о вероятности соблюдения каждого из семи условий можно судить очень приблизительно. Наиболее важную роль в этом подсчёте играет оценка доли звёзд, около которых имеются планетные системы. Если бы мы точно знали, как формируются планеты, то нетрудно было бы определить, какая часть звёзд образовала вокруг себя планетную систему.
Если брать за основу гипотезу Канта-Лапласа, то планетные системы должны быть весьма распространены, а если следовать гипотезе Джинса, то чрезвычайно редки.
Прочие коэффициенты формулы Дрейка
Ещё одна константа – какое количество планет в обитаемой зоне может послужить основой для жизни. Учёные колеблются между 0,5-1. Если планета пригодна для жизни, на ней с вероятностью 50% или 100% возникает сложная органическая жизнь.
Следующие два коэффициента почти спекулятивны. Следы жизни можно найти с помощью телескопа. «Кеплер» может засечь лишь изменения в атмосфере, которые происходят за счёт биогенного фотосинтеза. Земля в этом отношении уникальна: только у неё высокий процент кислорода, тогда как в атмосферах остальных планет присутствуют соединения, образовавшиеся неорганическим путём, – метан, углекислый газ.
Однако следы разумной жизни мы определить не можем, т.к. большая часть экзопланет расположена на расстоянии десятков и сотен световых лет от Солнечной системы. Поэтому значения этих двух коэффициентов непонятны. Может быть, они равны 1, т.е. в каждом случае возникновения жизни рано или поздно она приходит к сложной, а затем разумной стадии развития. Эти параметры мы пока определяем как лежащие между 0 и 1.
Последний коэффициент формулы Дрейка показывает количество цивилизаций, согласных вступить в контакт. Мы в этом плане используем свою собственную логику – мы цивилизация ищущая, подсевшая на технопрогресс. Ведь отличием обезьяны от человека было использование простейших орудий труда. Однако на своём эволюционном пути мы уничтожили другие разумные виды.
Ни для кого не секрет, что Homo sapiens способствовали вымиранию неандертальцев. Теоретически можно представить цивилизацию разумную, но ещё не перешедшую на стадию технического прогресса. Сейчас мы не знаем, насколько возможна такого рода биологическая цивилизация.
Всегда ли создание благоприятных условий влечёт возникновение жизни?
Пока мы знаем лишь, что на Земле это произошло. Т.к. законы природы универсальны, можно утверждать, что всюду, где создаются благоприятные условия, жизнь не может не возникнуть. Однако такой ответ неполный, пока не определено, как скоро появляется живое.
Под возникновением жизни понимают тело со сложной, надлежащим образом составившейся комбинацией больших молекул.
Поэтому время сильно зависит от сложности комбината молекул, нужных, чтобы выжить в данных условиях, и их числа.
Почему до сих пор с нами не вышли на контакт?
Есть интересная особенность нашей разумной жизни, которая, возможно, объясняет «молчание» Вселенной. Мы существуем как разумный биологический вид всего лишь 40 тыс лет. Наши «родственники» до полуразумного состояния «добирались» за полумиллион лет. Непонятно, сколько времени должно развиваться общество, чтобы стать технологическим, заметным в масштабах Вселенной и согласным прокричать об этом на полгалактики.
По шкале Кардашёва, цивилизация имеет 1-ю стадию (тип), 2-ю, 3-ю. Тип показывает, сколько по логарифмической шкале она утилизирует энергии центрального светила. Если тратит почти всю энергию, которая попадает на их собственную планету от светила, то относится к 1-му типу.
В этом кроется ещё одна вероятная причина молчания космоса. Не исключено, что высокотехнологическое общество использует ресурсы, которые сосредоточены на их собственной планете, очень быстро и после этого умирает.
Видео: Почему молчит Вселенная?
Вопросы и ответы
На Земле находят марсианские древние метеориты, которые вылетели из Красной планеты в то время, когда её бомбардировали астероиды 1,5-2 млрд лет назад (т.е. когда у неё была своя атмосфера). На них нашли следы аминокислот. Аминокислоты – это один из моментов, отличающих сложную белковую жизнь от небелкового, неорганического, углерода, которого, например, полно в виде метана на спутнике Сатурна Титане. Поэтому программа определения палеоистории Марса очень важна для понимания парадокса Ферми.
Учёные судят об этом по квазиразумным (находящимся на предразумной стадии) видам – человекообразным обезьянам и дельфинам. Установлено, что первые способны выучить язык жестов и полно на нём изъясняться. Своеобразная вторая сигнальная система была обнаружена у дельфинов: они тоже сообщают сородичам сведения о косяках рыб и других важных смыслах.
Земляне относятся к типу 0,7 по логарифмической шкале. Мы сейчас утилизируем логарифм 0,7 от того, что падает на Землю. Человечество очень активно меняет свою среду обитания, отсюда проблемы в экологии и климате. Уже сейчас мы обладаем технологией если не межзвёздных, то межпланетных перелётов.
Примерно треть всех звёзд солнечного типа являются одиночными. Необходимо также отметить, что в неживой природе уникальные явления не встречаются. У большинства планет Солнечной системы имеются спутники. Юпитер и Уран так же, как и Сатурн, имеют кольца. Не уникальна и вулканическая деятельность на Земле: в более широких масштабах она наблюдается на спутниках Юпитера.
Организм, составленный из комбинации сложных молекул, должен быть устойчивым, т.е. получать информацию от внешней среды и реагировать на неё надлежащим образом. Чем меньше меняются условия, тем менее сложен должен быть соответствующий механизм у первого живого организма, тем быстрее нужно ожидать составления нужного сочетания молекул. Жизнь имела наибольшую вероятность зародиться там, где условия (прежде всего температурные) были постоянными: в тропическом поясе, морях и океанах, не на суше.
