В парадоксах есть что-то завораживающее. Визуальные парадоксы гравюр Маурица Эшера неизменно привлекают взгляд. Стихи, такие как «Предупреждение детям» Роберта Грейвса, играющие с парадоксом бесконечного регресса, заставляют кружиться голову. Парадокс лежит в основе романа Джозефа Хеллера «Уловка–22», одного из величайших романов 20-го века. Однако мой любимый парадокс — это парадокс Ферми.

Впервые я столкнулся с парадоксом Ферми летом 1984 года. Я только что окончил Бристольский университет, и мне следовало провести летние месяцы, изучая «Калибровочные теории в физике элементарных частиц» Эйчисона и Хея — обязательное чтение перед началом аспирантуры в Манчестерском университете. Вместо этого я проводил время, наслаждаясь солнцем на Бристольских холмах, изучая свое любимое чтение: «Научно-фантастический журнал Айзека Азимова». Как и у многих людей, научная фантастика пробудила мой интерес к науке. Именно читая произведения Айзека Азимова,[1] Артура Кларка и Роберта Хайнлайна и смотря такие фильмы, как «Запретная планета», я влюбился в науку. В том году в последовательных выпусках[2] журнала Азимова появились две заставляющие задуматься научно-популярные статьи. Первая, написанная Стивеном Гиллеттом, называлась просто «Парадокс Ферми». Вторая, решительное опровержение Роберта Фрейтаса, называлась «Парадокс Ферми: Настоящая нелепица».

Гиллетт рассуждал следующим образом. Предположим, как верили оптимисты, что Галактика является домом для многих внеземных цивилизаций. (Для экономии времени я часто буду называть внеземную цивилизацию ВЦ.) Тогда, поскольку Галактика чрезвычайно стара, велики шансы, что ВЦ будут опережать нас на миллионы или даже миллиарды лет. Российский астрофизик Николай Кардашев предложил полезный способ размышления о таких цивилизациях. Он утверждал, что мы можем классифицировать ВЦ по имеющейся у них технологии, и разработал 3-балльную шкалу для измерения мощности этой технологии. Цивилизация типа I по Кардашеву, или цивилизация KI, была бы сравнима с нашей: она могла бы использовать энергетические ресурсы планеты. Цивилизация KII была бы далеко за пределами нашей: она могла бы использовать энергетические ресурсы звезды. Цивилизация KIII могла бы использовать энергетические ресурсы целой галактики. Согласно Гиллетту, большинство ВЦ в Галактике относились бы к типу KII или KIII. Теперь все, что мы знаем о земной жизни, говорит нам, что жизнь имеет естественную тенденцию расширяться во все доступное пространство. Почему внеземная жизнь должна отличаться? Конечно, ВЦ захотели бы расшириться со своей родной планеты и выйти в Галактику. Но — и это ключевой момент — цивилизация KII или KIII должна была бы колонизировать Галактику за несколько миллионов лет. Галактика должна кишеть технологически развитыми цивилизациями. Они уже должны быть здесь! И все же мы не видим никаких доказательств существования ВЦ. Гиллетт назвал это парадоксом Ферми. (Я узнал, почему имя Ферми связано с этим парадоксом, несколько месяцев спустя, когда Эрик Джонс опубликовал препринт из Лос-Аламоса, описывающий происхождение парадокса; но об этом позже.) Для Гиллетта парадокс указывал на леденящий душу вывод: человечество одиноко во Вселенной.

Фрейтас считал все это чепухой. Он сравнил логику Гиллетта со следующим аргументом. Лемминги быстро размножаются — около 3 помётов в год, в каждом помёте до 8 детенышей. Всего за несколько лет общая масса леммингов сравняется с массой всей земной биосферы. Земля должна кишеть леммингами. И все же большинство из нас не видят доказательств существования леммингов. Вы когда-нибудь видели лемминга? Линия рассуждений «парадокса Ферми» привела бы нас к выводу, что лемминги не существуют — однако, как указал Фрейтас, это было бы абсурдно. Что еще интереснее, он указал, что отсутствие доказательств существования ВЦ не особенно убедительно: если бы небольшие искусственные зонды были припаркованы, скажем, в Поясе астероидов, или более крупные зонды в Облаке Оорта, то у нас практически не было бы шансов их обнаружить. Кроме того, он утверждал, что логика так называемого парадокса ошибочна. Первые два шага в аргументе таковы: (i) если инопланетяне существуют, то они должны быть здесь; (ii) если они здесь, то мы должны их наблюдать. Сложность заключается в этих двух «должны». «Должен» — это не «обязан», и поэтому логически неверно обращать стрелку импликации. (Другими словами, тот факт, что мы их не наблюдали, не позволяет нам заключить, что их здесь нет, поэтому мы не можем заключить, что они не существуют.)

Пока мы не получим новую информацию, которая поможет разрешить парадокс, люди вольны следовать разным линиям рассуждений. В конце концов, именно это делает парадокс таким интересным. В случае парадокса Ферми ставки настолько высоки (существование или отсутствие инопланетного разума), а экспериментальные данные для аргументации настолько скудны (даже сейчас мы не можем быть уверены, что ВЦ здесь нет), что споры часто становятся жаркими. В дебатах Гиллетта-Фрейтаса я изначально встал на сторону Фрейтаса. Основной причиной было огромное количество чисел: в Галактике, возможно, до 400 миллиардов звезд, а во Вселенной столько же галактик, сколько звезд в нашей Галактике. Со времен Коперника наука учила нас, что в Земле нет ничего особенного. Следовательно, Земля не могла быть единственным домом для разумной жизни. И все же…

Рис. 1.1 Первое изображение Земли, сделанное с поверхности другой планеты: эта фотография была сделана в марте 2004 года марсоходом «Спирит». Землю едва видно на экране компьютера; ограничения технологии печати означают, что вы, возможно, не сможете ее здесь увидеть. Ранее, в 1990 году, «Вояджер–1» передал фотографию Земли, сделанную с гораздо большего расстояния — около 6 миллиардов километров. По словам Карла Сагана, Земля выглядела как бледно-голубая точка. Размышляя о незначительности скалы, на которой мы живем, и о миллиардах подобных скал, которые должны быть там, трудно поверить, что мы можем быть одни во Вселенной. (Источник: NASA)

Аргумент Гиллетта засел у меня в голове. Я читал о космических чудесах с детства. Галактическая цивилизация трилогии «Основание», астроинженерные чудеса «Мира-Кольца», загадка корабля в «Свидании с Рамой» — все это было частью моего ментального багажа. И все же, где были эти чудеса? Воображение писателей-фантастов показало мне сотни возможных вселенных, но мои лекторы по астрономии ясно дали понять, что до сих пор, когда мы смотрим в реальную Вселенную, мы можем объяснить все, что видим, с помощью холодных уравнений физики. Проще говоря, Вселенная выглядит мертвой. Вопрос Ферми: где все? Чем больше я думал об этом, тем более значимым казался мне парадокс.

Мне казалось, что парадокс — это соревнование между двумя большими числами: множеством потенциальных мест для жизни против огромного возраста Вселенной.

Первое число — это просто количество планет с подходящими условиями для развития жизни. Если мы примем Принцип Посредственности и предположим, что в Земле нет ничего особенного, то отсюда следует, что в Галактике существует много миллионов подходящих сред для жизни (и много миллиардов сред во Вселенной). Учитывая такое количество потенциальных очагов зарождения, жизнь должна быть распространена. Этот аргумент восходит, по крайней мере, к 4 веку до н. э., когда Метродор Хиосский писал, что «один колос пшеницы на большом поле так же странен, как один мир в бесконечном пространстве».

Рис. 1.2 Верху: Орвилл Райт за штурвалом в 1903 году. Внизу слева: ракета, запущенная с пусковой площадки в Германии в 1945 году. Внизу справа: запуск «Вояджера–1» в 1977 году. Огромный технологический прогресс менее чем за столетие. Как будут выглядеть наши корабли через тысячу лет? (Источник: верх — ВВС США; внизу слева — Crown Copyright 1946; внизу справа — NASA)

Таблица 1.1 Во Вселенском Году мы сжимаем 13,8 миллиарда лет в 365 дней. В этой шкале продолжительность жизни человека составляет долю секунды. Иисус жил примерно за 4,6 секунды до полуночи 31 декабря, а динозавры вымерли ранним утром 30 декабря.

«Реальное время», «Время во Вселенском Году»

Второе число теперь известно с поразительной точностью: последние космологические измерения[3] говорят нам, что возраст Вселенной составляет 13,8 миллиарда лет (плюс-минус 37 миллионов лет). Чтобы вызвать ощущение такого большого промежутка времени, в таких обсуждениях обычно сжимают всю историю Вселенной в какой-то стандартный интервал. В данном случае я сожму текущий возраст Вселенной в стандартный земной год: другими словами, «Вселенский Год» сжимает всю историю Вселенной в 365 дней. В этой шкале времени одна секунда реального времени соответствует 437 годам; во Вселенском Году западная наука начинается примерно за 1 секунду до полуночи 31 декабря. В 1903 году братья Райт разработали управляемый полет; менее чем через четыре десятилетия немецкая ракета Фау–2 стала первым объектом, достигшим суборбитального полета; примерно через три десятилетия после этого, в 1977 году, «Вояджер–1» был запущен на ракете «Титан» и теперь достиг края межзвездного пространства. В течение типичной продолжительности жизни человека люди прошли путь от вида, по существу привязанного к Земле, до вида, способного запустить корабль, который в конечном итоге достигнет звезд. И все же этот промежуток времени представляет собой всего лишь последние 0,16 секунды Вселенского Года. Даже вся история нашего вида занимает гораздо меньше 1 часа последнего дня Вселенского Года. Однако в этом масштабе самые ранние ВЦ могли возникнуть в начале летних месяцев. Если колонизация Галактики может произойти за эквивалент нескольких часов, то можно было бы ожидать, что одна или несколько передовых технологических цивилизаций давно бы завершили эту работу. Даже если бы все они пошли по какому-то иному пути, кроме колонизации, разве мы не ожидали бы хотя бы услышать какие-то свидетельства их присутствия? Но Вселенная молчит. Парадокс, возможно, логически не доказывает отсутствие инопланетян, но, безусловно, вопрос Ферми заслуживает нашего внимания.

Я был не единственным, кто находил парадокс Ферми интересным. За прошедшие годы многие люди предлагали свои решения парадокса, и у меня развилась привычка их собирать. Хотя существует захватывающий диапазон ответов на вопрос «где же все?», все они делятся на три класса.

Во-первых, есть ответы, основанные на идее, что каким-то образом инопланетяне находятся (или находились) здесь. Это, вероятно, самое популярное решение парадокса. Безусловно, вера в разумную внеземную жизнь широко распространена. Опросы постоянно и последовательно показывают, что большинство американцев верят в существование летающих тарелок, кружащих вокруг Земли; доля европейцев, придерживающихся этого убеждения, кажется меньше, но тем не менее высока.

Во-вторых, есть ответы, предполагающие, что ВЦ существуют, но по какой-то причине мы еще не нашли доказательств их существования. Это, вероятно, самая популярная категория ответов среди практикующих ученых.

В-третьих, есть ответы, претендующие на объяснение того, почему человечество одиноко во Вселенной, или, по крайней мере, в Галактике; мы не слышим о внеземном разуме, потому что его нет.

В 2002 году я опубликовал первое издание этой книги. В ней содержались обсуждения 50 решений парадокса Ферми, которые я собрал за годы, организованные по трем упомянутым выше классам. Почему дюжину лет спустя я чувствую необходимость во втором издании книги? В конце концов — и я не думаю, что это кого-то удивит — до сих пор нет убедительных доказательств существования внеземного разума. Что ж, хотя у нас нет окончательного ответа на вопрос «Где все?», ученые добились огромного прогресса в лучшем понимании соответствующих факторов для многих предложенных решений. За последние двенадцать лет ученые многое узнали об экзопланетах, о планетарной динамике, о пределах жизни… мы даже узнали больше о генезисе первого предложенного решения парадокса («Они здесь, и они называют себя венграми»). Таким образом, многие обсуждения в первом издании теперь довольно устарели. Существует также тот факт, что в последние годы были предложены различные новые решения. Поэтому обновление раз в двенадцать лет кажется уместным.

Первое издание книги содержало одно или два шутливых решения. Я решил их оставить и даже добавить еще пару, но это не означает, что к парадоксу Ферми не нужно относиться серьезно. Я считаю, что Великое Безмолвие становится все более оглушительным. С каждым поиском, который оказывается безрезультатным, с каждым годом, проходящим без того, чтобы ученые нашли какой-либо очевидный след внеземной активности в горах данных, собранных нашими телескопами, парадокс набирает силу. Я считаю, что вопрос Ферми становится одним из самых важных во всей науке — наравне с вопросами о природе сознания и объединении наших физических теорий.

Экспоненциальная запись В книге используется экспоненциальная запись. Если вы не знакомы с этой записью, все, что вам нужно знать, это то, что это удобный метод для работы с очень большими и очень маленькими числами.

В этой книге я всегда использую 10 в качестве основания, и поэтому, по сути, показатель степени считает количество нулей после 1. Умножение чисел с использованием этой записи простое: просто сложите показатели степени. Например:

100 = 10×10 = 10²

и

1000 = 10 × 10 × 10 = 10³.

Деление так же просто: вычтите один показатель степени из другого. Например:

1000 / 10 = 10^(3–1) = 10² = 100.

Для чисел меньше единицы показатель степени отрицательный. Отрицательный показатель степени дает то же значение, что и обратная величина соответствующего положительного показателя степени. Таким образом:

10^-2 = 1/10² = 1/100 = 0,01

и

10^-3 = 1/10³ = 1/1000 = 0,001.

Используя экспоненциальную запись, мы можем записать, например, 1 миллион как 10⁶ и 1 миллиардную как 10^-9. Это полезно в науке, где мы обычно имеем дело с очень большими и очень маленькими числами. Используя экспоненциальную запись, мы можем обсуждать количество звезд во Вселенной (их около 10²²) или массу электрона (которая составляет около 10^-36 кг), не прибегая к громоздким фразам типа «тысяча миллиардов миллиардов» или «триллион триллионов триллионных».

Цель этой книги, таким образом, — представить и обсудить 75 предложенных решений вопроса Ферми. Список решений не претендует на исчерпывающий характер; скорее, я выбрал их потому, что они репрезентативны или потому, что я думаю, что они обладают какой-то особенно интересной особенностью. Решения исходят от ученых, работающих в нескольких широко разнесенных областях, а также от авторов научной фантастики; в этой теме авторы были по крайней мере так же усердны, как и академики, и во многих случаях они предвосхитили работу профессиональных ученых.

План книги следующий.

Глава 2 дает краткую биографию Ферми, сосредотачиваясь на его научных достижениях. Затем я обсуждаю понятие парадокса и представляю краткое обсуждение истории парадокса Ферми.

Главы 3–5 представляют 74 моих любимых решения парадокса. Не все из них независимы, и иногда я возвращаюсь к решению в другом обличье, но все они были серьезно предложены в качестве ответа на вопрос Ферми. Я располагаю ответы в соответствии с тремя упомянутыми выше классами. Глава 3 обсуждает 10 предложений, основанных на идее, что ВЦ находятся или находились здесь. Глава 4 обсуждает 30 ответов, основанных на идее, что ВЦ существуют, но мы еще не нашли доказательств их существования. Глава 5 обсуждает 24 решения парадокса, основанных на идее, что мы одиноки. В расположении различных обсуждений есть своя логика, но я надеюсь, что разделы достаточно автономны, чтобы позволить читателям «заглядывать» в книгу и выбирать решения, которые их особенно интересуют. В обсуждениях я стараюсь быть как можно более беспристрастным, даже если я не согласен с решением (что я часто делаю).

Глава 6 содержит 75-е Решение: мой собственный взгляд на разрешение парадокса. Это не особенно оригинальное предложение, но оно суммирует то, что, по моему мнению, парадокс Ферми может говорить нам о Вселенной, в которой мы живем.

За этим следует глава примечаний и предложений для дальнейшего чтения. Материал, обсуждаемый в этой книге, охватывает различные предметы, от астрономии до зоологии, поэтому ссылки в последней главе обязательно широки по охвату. Они варьируются от научно-фантастических рассказов до научно-популярных книг и первичных исследовательских статей, опубликованных в научных журналах. Многие читатели могут столкнуться с трудностями при доступе к более специализированным ссылкам, но я надеюсь, что они, по крайней мере, смогут использовать эту главу для поиска связанной информации в Интернете.

Книга специально предназначена для широкой аудитории. Одна из прелестей парадокса Ферми заключается в том, что его можно оценить без необходимости какой-либо математики, кроме понимания экспоненциальной записи. Отсюда следует, что любой может представить разрешение парадокса Ферми; вам не нужно иметь за плечами годы научной и математической подготовки, чтобы внести свой вклад в дебаты. Я надеюсь, что читатель этой книги сможет придумать решение, о котором никто другой не подумал. Если вы это сделаете, пожалуйста, напишите мне и поделитесь!