Парадокс Ферми, XXI век

Михаил Родкин, докт. физ.-мат. наук, гл. науч. сотр. ИТПЗ РАН
Михаил Родкин,
докт. физ.-мат. наук, ИТПЗ РАН

В 1950-х годах великий итальянский физик Энрико Ферми задался вопросом, который позже назовут парадоксом Ферми. Вселенная существовала миллиарды лет до образования Солнечной системы. Солнце — вполне обычная звезда, каких очень много. Планета Земля — менее рядовое явление, но нет оснований считать ее уникальной. Отсюда следует, что в нашей Галактике должны существовать цивилизации старше нас на миллионы и даже на миллиарды лет. По аналогии с нашей цивилизацией можно предположить, что они будут активно заниматься исследованиями космического пространства и излучать радиоволны. Отсюда естественно было бы заметить аномальное радиоизлучение от некоторых звезд, а также встретить чужие исследовательские зонды и космические корабли. Но ничего подобного не наблюдается. И Ферми спрашивает: «Так где же они все?»

В 1961 году Фрэнк Дрэйк предложил свое знаменитое уравнение для оценки числа N цивилизаций в нашей Галактике, с которыми мы могли бы установить радиосвязь. Одна из модификаций этого уравнения имеет вид:

N = R*F1*n*F2*F3*F4*t,

где R — скорость появления новых звезд в нашей Галактике; F1 — доля звезд с планетными системами; n — среднее число планет в Солнечной системе, на которых может развиться жизнь; F2 — доля планет с допустимыми для развития жизни условиями, на которых жизнь развилась; F3 — доля небезжизненных планет, на которых развивается разумная жизнь; F4 — доля цивилизаций, которые развиваются до стадии технологических, способных посылать и принимать радиосигналы; t — длительность жизни таких цивилизаций.
Астрономы оценивают R ≈ 7 в год, n ≈ 1…3. Наличие у звезды планетной системы полагается типичным. Жизнь на Земле стала развиваться почти сразу же вслед за образованием планеты. Развитие разумной жизни, а затем и технологической цивилизации представляется — на опыте Земли — почти неизбежным следствием эволюции. Отсюда F1, F2, F3, F4 близки к единице, и получаем упрощенную запись формулы Дрэйка: N ≈ 10 t.

Результат шокирующий. Сначала предположили, что оценки неверны, планетные системы возникают только у очень малой доли звезд и феномен жизни во Вселенной крайне редок. Однако вскоре эти объяснения пришлось признать несостоятельными. К настоящему времени открыты уже тысячи планет, их число оказалось близко к тому, что виделось оптимистам середины прошлого века. Много экзопланет открыто уже на расстоянии менее 40 световых лет от Земли, более десятка из них относится к планетам земной группы. И этот список заведомо неполон.

Уникальность феномена жизни также не подтверждается. На Марсе была жидкая вода и не исключено, что обнаружены следы деятельности марсианских микробов. Более того, появляются свидетельства, что ранее на Марсе существовала развитая экосистема. Предположения о возможности существования жизни высказываются и в связи с другими планетными телами: обсуждается, например, существование подледной жизни на спутнике Юпитера Европе.

Альтернативным вариантом объяснения парадокса Ферми может считаться малая продолжительность жизни цивилизаций. И в последней своей статье Иосиф Шкловский, известный прежде как большой энтузиаст программ поиска внеземного разума, с грустью пишет: «…Разум есть одно из „изобретений“ эволюционного процесса… но далеко не все они оказываются полезными. Вспомним чудовищно гипертрофированные рога и панцири у рептилий мезозоя. Или неправдоподобно развитые клыки саблезубого тигра… Невольно напрашивается аналогия, не является ли самоубийственная деятельность человечества (чудовищное накопление ядерного оружия, уничтожение окружающей среды) такой же гипертрофией развития, как рога и панцирь какого-нибудь трицератопса или клыки саблезубого тигра? Не является ли самоуничтожение закономерным финалом эволюции разумных видов во Вселенной, что и объясняет ее молчание?»

Причиной краткости существования цивилизаций может быть глобальный экологический кризис. В пользу возможности такого кризиса свидетельствует лавинообразный рост таких параметров, как численность и энергопотребление человечества, быстро нарастающие объемы потребляемых ресурсов и накапливающихся отходов. Но не всё так уж безнадежно. Графики численности населения, потребления ресурсов и энергии начали заметно отклоняться от кризисного лавинообразного роста. Неизбежность катастрофы уже не столь очевидна.

Другой возможный исход — термоядерная война. Гибель цивилизации при этом может быть следствием комбинированного воздействия ядерного заражения и эффекта «ядерной зимы». Проясним те моменты в моделировании «ядерной зимы», что вызывают давние дискуссии.

Сейчас весьма популярна точка зрения, согласно которой по крайней мере некоторые массовые вымирания биоты в истории Земли могли быть спровоцированы эффектами метеоритной или вулканической зимы. При падениях крупных метеоритов и извержениях супервулканов происходит выброс в атмосферу огромных масс пыли. Пыль экранирует планету от солнечных лучей, что вызывает существенное похолодание. Эффект похолодания продолжается, пока пыль не осядет. Уже на памяти человечества известно несколько случаев, когда вслед за сильными вулканическими извержениями наблюдались «года без лета», иногда сопровождавшиеся голодом и народными волнениями. В истории России с такой «вулканической зимой» связывают Смуту.

Выброс огромных масс вещества в верхние слои атмосферы происходит и при ядерных взрывах. Но эффект может быть много сильнее. Целями ядерных ударов являются города. А в городах сконцентрировано много больше горючих материалов, чем их имеется в природных ландшафтах. Отсюда сильнейшие пожары. Подобные огненные смерчи наблюдались в ходе Второй мировой войны после массированных бомбардировок немецких городов и атомных бомбардировок Японии. Огненные смерчи дополнительно выносят в верхние слои атмосферы огромные массы сажи. А тонкие пластинки пепла и сажи сильнее экранируют солнечные лучи и медленнее осаждаются, чем обычная пыль. С последним согласится каждый, кому приходилось жечь костер и наблюдать, с какой легкостью летят вверх частички пепла. Циркуляция атмосферы разносит сажу по планете, укутывая ее черным саваном. При этом верхние частички сажи разогреваются в солнечных лучах, нагревают воздух и поднимаются им вверх. Как следствие, осаждение сажи и вымывание ее дождями из атмосферы дополнительно замедляется. На некоторое время возникает даже не эффект «ядерной зимы», а «ядерной ночи». Под черным саваном сажи будет темно, как в безлунную ночь. Прекратится фотосинтез, следствием чего станет гибель существующей экосистемы Земли.

Расчеты сценариев «ядерной зимы», проведенные в 1980-е годы независимо в Корнеллском университете (США), в Вычислительном центре Академии наук СССР и в ряде других научных центров, дали хорошо согласующиеся результаты. Согласно этим результатам, полное использование ядерных арсеналов человечества может привести к гибели даже океанических экосистем. В этом случае эволюция жизни на планете будет отброшена назад на пару миллиардов лет. Подробные сценарии ядерной зимы читатель с легкостью найдет в многочисленных публикациях 1980–1990-х годов.

Модель «ядерной зимы» встретила, естественно, и критику, вплоть до утверждений, что «ядерная зима» — это миф, раздутый с целью победы США в холодной войне. Критики, в частности, полагают, что стороны пощадят крупные города, ограничившись ударами по военным базам и позициям ракет. Также утверждается, что сажа не будет подниматься столь высоко и осядет довольно быстро. Автору эти утверждения не кажутся обоснованными. Читатель может составить свое мнение, запросив в Интернете «миф о ядерной зиме» или похожие ссылки. Очевидно, однако, и то, что расчеты сценариев «ядерной зимы» не могут быть безукоризненны. Для этого нужны точные исходные данные, а последние могут быть получены только в натурном эксперименте — по результатам ядерной бомбардировки современного большого высокоэтажного города. Хочется надеяться, что такой эксперимент не состоится.

Но возможно ли столь самоубийственное развитие событий? Ведь почти очевидно, что ни одна из сторон не желает развязывания ядерного конфликта. Не исключено, однако, развитие конфликта по «логике снежной лавины», возможны и сценарии развития апокалипсиса «по ошибке». Только в США за период до 2005 года известно более двадцати инцидентов, которые могли привести к случайному или несанкционированному применению ядерного оружия. Надо полагать, не меньшее число подобных происшествий имело место и в СССР. Один такой случай стал известен в годы перестройки: подполковник в отставке Станислав Петров поведал, что в 1983 году, будучи оперативным дежурным в командном пункте системы предупреждения о ракетном нападении войск ПВО, он объявил ошибкой сообщение системы о запуске по территории СССР пяти межконтинентальных баллистических ракет «Минитмен» с десятью ядерными боеголовками каждая. За нарушение инструкции Петров был тогда уволен из рядов ВС (подробнее этот случай был описан в ТрВ ранее, http://trv-science.ru/2014/03/11/nauka-reshaet-fundamentalnye-zadachi/).

Рост международной напряженности в связи с украинским кризисом повысил опасность мирового военного конфликта. В 2014 году истребители НАТО поднимались на перехват российских самолетов втрое чаще, чем годом ранее. При этом британский аналитический центр European Leadership Network насчитал за первые восемь месяцев 2014 года три случая, которые были на грани применения оружия. Итак, если до украинского кризиса ежегодно возникало не более одного случая, грозящего глобальным конфликтом, то теперь их около пяти.

Один случай, пять случаев — много это или мало? Опасно или не очень? Попробуем оценить, пусть и очень условно. Вацлав Смил в своей известной монографии (2008, русский перевод 2012 года) на основании экспертных оценок принимает однопроцентную вероятность перерастания особо опасного инцидента в ядерный конфликт. Исходя из этого значения, оценим опасность «самоуничтожения по ошибке». При пяти случаях за год за пять лет (вполне реальный срок продолжительности крымско-украинского конфликта) вероятность апокалипсиса близка к 20%. Для сравнения, вероятность для москвича оказаться среди жертв взрывов в метро или среди заложников «Норд-Оста» — около 0,05%. Если такой же уровень опасности сохранится в течение столетия, то вероятность благополучного — без ядерной войны — завершения этого столетия составит всего 0,5%. Столь низкая вероятность выживания человечества представляется вполне весомой заявкой на объяснение парадокса Ферми.

Приведем иные оценки вероятности разрушительных военных конфликтов. По оценкам разных видов риска из доклада Всемирному экономическому форуму (выдержки приведены Б.Н.Порфирьевым на его выступлении на Президиуме РАН 10 февраля 2015 года), вероятность гибели многих миллионов человек в военном конфликте на 2015 год составляет 3,6% — меньше нашей оценки по данным «военного» 2014 года (5%), но существенно выше вероятности для предыдущего мирного периода времени. Согласно оценкам Вацлава Смила, в следующие 50 лет вероятность возникновения большой войны составляет всего около 1%. Заметим, однако, что столь оптимистичную оценку Смил получил для политической ситуации минимума числа вооруженных конфликтов в мире (для периода 1995–2010 годов) и при полном отсутствии напряженности по линии Россия — НАТО.

Естественно, что военное столкновение — это еще не ядерный конфликт, а ядерный конфликт — это еще не обязательно полноценная «ядерная зима». Но в свете парадокса Ферми (почти единогласное мнение специалистов, занимавшихся этой проблемой, сводится к тому, что длительность существования технологических цивилизаций не превышает тысячи лет) и значительного числа происходящих в мире случайных катастроф (которых как будто никак не могло случиться) возможность такого печального исхода не кажется надуманной.

Более подробно рассмотренные вопросы обсуждаются в 5-й главе выходящей в 2015 году в Издательском доме «Интеллект» книге автора «Катастрофы и цивилизации. Проблема выживания цивилизаций глазами физика».

Подписаться
Уведомление о
guest

280 Комментария(-ев)
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Михаил
8 года (лет) назад

Автор извиняется за устаревшее сообщение ” Более подробно рассмотренные вопросы обсуждаются в 5-й главе вышедшей в мае 2015 года в Издательском доме «Интеллект» книге автора «Катастрофы и цивилизации. Проблема выживания цивилизаций глазами физика» “. Заметку очень долго не публиковали, и информация оказалась неправильной. Книга задерживается, в настоящее время идет подготовка макета

Михаил
8 года (лет) назад
В ответ на:  admin

спасибо

Анатолий Березкин
Анатолий Березкин
8 года (лет) назад

Это журналисты “поведали”, что Станислава Петрова уволили за его действия. Он сам уволился и по другой причине. Статья какая-то … “Уникальность феномена жизни также не подтверждается. На Марсе была жидкая вода и не исключено, что обнаружены следы деятельности марсианских микробов.” Т.е. нельзя исключить что некто курил траву, соответственно нет никаких сомнений, что он это делал. Замечательно, как ТрВ борется с лженаукой и публикует подобные тексты.

Михаил
8 года (лет) назад

Конечно, Петрова уволили (формально) не за ТО решение, это было бы … странно уж очень. Нашли упущение по службе и попросили уволиться. Разве можно было оставить человека, проигнорировавшего инструкцию и реально обманувшего верховное руководство страны? Откуда ему было ЗНАТЬ, что это ошибка? А он доложил ИМЕННО об ошибке. По поводу Марса – там (предварительно) нашли уже также и следы геохимических циклов, которые могли возникнуть ТОЛЬКО при участии жизни. Естественно, это не еще следует проверить. Так что наличие воды уже почти и не интересно. Так что Ваше утверждение о лженауке отражает Ваше отношение к написанному, но не реальное положение.

Анатолий Березкин
Анатолий Березкин
8 года (лет) назад
В ответ на:  Михаил

Интервью с Петровым легко гуглятся. Во всех он говорит примерно одно и то же и называет одну причину: “Я был главным аналитиком, и меня могли вызвать на объект, не считаясь со временем, не думая, сплю я или нет. Там иногда даже забывали, что я имею обыкновение иногда кушать. Ты аналитик — дай информацию, и все. Мне это осточертело, и я написал рапорт. Не захотел больше служить в этой армии, она неблагодарная.” http://www.gazeta.ru/social/2013/02/26/4981721.shtml.
Мне кому верить, вам или Петрову? Наверное Петров просто не хотел сор из избы выносить и потому открыто обозвал армию неблагодарной. Все логично.

ВПоль
ВПоль
8 года (лет) назад

Сдается мне , что в формуле
N = R*F1*n*F2*F3*F4*t,
далеко не все учтено.
Где тут среднее расстояние между экзопланетами (где может возникнуть жизнь, если это расстояние в световых годах превышает длительность жизни, считай- пропало),
где тут оценки возможности сверхэнергий, необходимых для поиска контактов,
(ведь не каждая цивилизация д.б. основана на большом потреблении энергии),
где тут оценки вероятности расшифровки сигнала, если он и есть.
ну и т.д.
Все это понижает вероятность контактов цивилизацию
до наблюдаемого нами нуля..
==
Но все это не отменяет угроз, описанных в данной заметке.
Как говаривала артистка Степаненко (от Петросяна)
“.. как много в мире тупизны..”
К сожалению это так.
Власть берут не для того, чтобы кому-то сделать жизнь лучше,
а чтобы ею злоупотреблять, для себя любимого..
Короче:
“Власть берут, чтобы ею злоупотреблять” (мой афоризм!!)
И это присуще всему живому..
Это закон природы.!!!
Вот тебе и разгадка феномена Ферми..

Михаил
8 года (лет) назад
В ответ на:  ВПоль

Я бы не стал столь категорически говорить о разгадке парадокса Ферми, слишком самонадеянно звучит. Поясню: нашими современными средствами излучение обычного ТВ можно увидеть примерно за 50 световых лет. Стандартный мощный радар – примерно за 100 с.л., а излучения специальной установки типа радиотелескопа в Аресибо (используется также для радиолокационных наблюдений объектов Солнечной системы ) – с расстояния до 50 тыс с.л. (из центра нашей Галактики). Легко оценить, что в этом диапазоне внеземных цивилизаций должно быть достаточно МНОГО. Предполагаемые признаки существования особо продвинутых цивилизаций (сферу Дайсона) видно из соседних галактик. Естественно, проблема выявить сигнал, но программ направленных на это было уже много, некоторые продолжают работу. Результатов пока нет.

Amperion
Amperion
8 года (лет) назад
В ответ на:  Михаил

“излучение обычного ТВ можно увидеть примерно за 50 световых лет.”

“Обычное ТВ” существовало всего полвека и уже успешно умерло.

“Стандартный мощный радар” должен быть направлен точно на землю, чтобы его заметили

по поводу “радиотелескопа” – у этого направленность ещё уже.

Ясно, что допотопные технологии, когда уйма радиоэнергии просто тупо высвечивалась в космос, долго не живут.

так что, ищите дальше. шансов немного.
ну и исламское государстов не дремлет, конечно.

Михаил
8 года (лет) назад

Согласитесь, коллеги, что то, под каким именно основанием полковник С.Петров уволился из рядов армии – все же не основное в данном сюжете. Понятно, что похожие инциденты бывали и еще, и не только в СССР. Понятно, что никакая система безопасности не идеальна (вспомним примеры катастроф, которые “не могли” случиться). И вполне понятно, что играть с ядерными спичками – не стоит, очень уж опасно. Спички, как известно, детям не игрушка. Тем более ядерные взрослым мальчикам.

Дмитрий Новосельцев
8 года (лет) назад

Михаил,
предлагаю для сведения некоторые мои соображения по SETI (по парадоксу Ферми в том числе).
http://lnfm1.sai.msu.ru/SETI/koi/articles/Shkadov.pdf
(опубликовано http://lnfm1.sai.msu.ru/SETI/koi/news.html)

Возможно, не то и не там ищем.
В этом плане очень интересны результаты, полученные в рамках проекта GALEX в 2007 г. (есть информация в Интернете на сайте проекта) – обнаружение газового “хвоста” звезды Мира в УФ диапазоне (до этого ее наблюдали почти 400 лет и ничего подобного не обнаруживали). Видимо, стоит сосредоточиться именно на поиске “дыма парохода на горизонте”. Таким образом, обнаруживаем именно долгоживущие цивилизации – t порядка миллиардов лет.

Михаил
8 года (лет) назад

Не поймите превратно, я бы ОЧЕНЬ ХОТЕЛ чтобы было хорошее и не страшное объяснение Парадокса. Но и не думаю, что стоит закрывать глаза на его “грустное объяснение”. Согласитесь, будет очень печально если оно реализуется

Дмитрий Новосельцев
8 года (лет) назад
В ответ на:  Михаил

Очень интересные материалы есть у А.П. Назаретяна, в “Нелинейном будущем” и более ранних трудах. Достаточно серьезная аргументация, что кризис (вероятно, в области “исторической сингулярности” середины текущего века, более подробно у него же и А.Д. Панова), если будет сопровождаться глобальной катастрофой, то не ядерной, т.к. эту проблему уже отрефлексировали и “проехали”, а какий-то новой, неожиданной. Мне навскидку представляется, как вариант, общее снижение когнитивной сложности (проще, поглупление), т.к. высокий интеллект (и образование) уже не коррелируется с высокой адаптацией – наоборот, субъекты весьма недалекие успешно встраиваются в экосистему современной цивилизации. Хорошо заметна динамика в западных элитах, в тяжелом случае – наблюдаем сейчас в реальном времени на Ближнем Востоке и особенно на Украине (это вообще кунсткамера). Эффект Флинна выдохся, в 2011 г. был перегиб и процесс пошел на спад.
(Очень напоминает старую книгу К. Саймака “Пересадочная станция” – глобальное оглупление как радикальное средство от ядерной войны).

Но это не объясняет парадокса!
Условно говоря, на Земле большая часть видов приматов вымерла, остальные в основном находятся в маргинальных экологических нишах и тоже близки к вымиранию.
Но единственный вид, который преуспел, приближается к 10 млрд. и сформировал антропосферу, и уже что-то запускает что-то за пределы Солнечной системы.
Достаточно, чтобы вероятность глобальной ядерной войны была не 1, а 0,9999 – и объяснение недостаточно.

Так что надеюсь, все же не то и там ищем.

Amperion
Amperion
8 года (лет) назад

Есть такой замечательный фильм, “Идиократия”.
http://www.imdb.com/title/tt0387808/
Оч. рекомендую.
Как говорится, не в бровь, а в глаз.

Михаил
8 года (лет) назад

Гм, забавное наблюдение. В начале дня (когда смотрит, в основном, Сибирь и Дальний Восток) моя эта заметка находится в середине а чаще в конце списка тор-10 наиболее читаемых. В конце дня выходит на 1-е или 2-е место. Видимо тематика ядерного апокалипсиса ближе жителям Европы. Вспоминается как с год назад на одной из станций РАН на Алтае автору сказали: “Если вы там совсем уж заиграетесь, мы узнаем, что телевидение перестанет показывать”

Михаил
8 года (лет) назад

Автор не ставил целью испортить читателю (и так весьма тоскливое) настроение. Скорее это предупреждение … с надеждой. Если бы чернобыльские инженеры знали небезопасность реактора – Чернобыльской катастрофы бы НЕ было. Сам я могу обсудить опасность с десятками человек. Вас – моих читателей – уже тысячи. Если осознание опасности охватит пару десятков миллионов россиян есть надежда, что вероятность катастрофы – применительно к данному украинскому “эпизоду” – вновь уменьшится до фоновых значений.

Михаил
8 года (лет) назад

Еще замечание от автора: распространенное “объяснение” парадокса Ферми – мы об них НИЧЕГО не знаем и не там ищем. Этот аргумент принимается “с большим дисконтом”. Мы может судить о Большом Взрыве, об элементарных частицах … а о внеземных цивилизациях не может? Когда верующий говорит, что Господь всемогущ и непознаваем – это понятно. Но когда приверженец научного метода это же повторяет о внеземных цивилизациях – как то странно

Denny
Denny
8 года (лет) назад
В ответ на:  Михаил

Ничуть не странно. Об элементарных частицах мы можем судить именно потому, что имеем возможность наблюдать и изучать. Это как раз научный подход. А вот о внеземных цивилизациях мы знаем аккурат столько же, сколько о боге. Ни того ни другого не видели ни разу. И рассуждения об их вероятности имеют примерно такую же научную ценность, что и теологические диспуты.

Михаил
8 года (лет) назад
В ответ на:  Denny

А разве мы научным методом не исследуем МНОЖЕСТВО того, что НЕ видели ни разу ? Кто то Большой взрыв видел? А бесконечность (типичный объект) – Вы видели? А протожизнь кто то видел ? И ничего, все это исследуется. Приведите еще примеры, чего мы столь же принципиально не может понять? Кроме Бога и внеземных цивилизаций?

Михаил
8 года (лет) назад
В ответ на:  Denny

Я бы скорее подумал, Вы НЕ ХОТИТЕ вывода о “малости средней длительности жизни” – поэтому и выдумываете не научные аргументы, что о внеземных цивилизациях мы знаем столько же сколько о Боге

Лёня
Лёня
8 года (лет) назад

Михаил: «Автор не ставил целью испортить читателю (и так весьма тоскливое) настроение.» «Я бы скорее подумал, Вы НЕ ХОТИТЕ вывода о «малости средней длительности жизни» — поэтому и выдумываете не научные аргументы»

Мой опыт показывает, что ХОТЕНИЕ какого-либо вывода обычно уводит в сторону от истины. У автора статьи такое хотение явно просматривается в подборе фактов и огульности оценок, так что моё настроение эта страшилка ничуть не испортила.

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...