Митио Каку

БУДУЩЕЕ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

Колонизация Марса, путешествия к звездам и обретение бессмертия

Michio Kaku

THE FUTURE OF HUMANITY

Terraforming Mars, Interstellar Travel, Immortality, and Our Destiny Beyond Earth

Переводчик Наталья Лисова

Научный редактор Дмитрий Вибе, д-р. физ.−мат. наук

Редактор Владимир Потапов

Руководитель проекта И. Серёгина

Корректоры М. Миловидова, С. Чупахина

Компьютерная верстка А. Фоминов

Арт-директор Ю. Буга

Иллюстрация на обложке Shutterstock

Фото автора на обложке ©AsianBoston/Rob Klein

© Michio Kaku, 2018

© Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО «Альпина нон-фикшн», 2019

© Электронное издание. ООО «Альпина Диджитал», 2019

* * *

Моей любящей жене Сидзуэ,

дочерям Мишель и Элисон

Благодарности

Я хочу поблагодарить ученых и специалистов, которые любезно согласились дать интервью для этой книги или для радио- и телепрограмм, которые я веду, уделили мне свое время и поделились опытом. Без их познаний и глубокого постижения ими науки эта книга не появилась бы.

Благодарю моего агента Стюарта Кричевски, который все эти годы помогал мне добиваться успеха. Я очень благодарен ему за неустанную работу. Он первый, к кому я обращаюсь за советом.

Я признателен Эдварду Кастенмейеру, моему редактору в издательстве Penguin Random House, за рекомендации и замечания, которые помогли мне сосредоточиться на главном. Как всегда, его советы значительно улучшили рукопись, а его уверенная редактура видна на протяжении всей книги.

Я хотел бы выразить свою благодарность пионерам и первопроходцам науки:

Питеру Доэрти, нобелевскому лауреату, Детская исследовательская больница Св. Иуды;

Джеральду Эдельману, нобелевскому лауреату, Исследовательский институт Скриппса;

Марри Гелл-Ману, нобелевскому лауреату, Институт Санта-Фе и Калифорнийский технологический институт;

Уолтеру Гилберту, нобелевскому лауреату, Гарвардский университет;

Дэвиду Кроссу, нобелевскому лауреату, Институт теоретической физики Кавли;

Генри Кендаллу, нобелевскому лауреату, Массачусетский технологический институт;

Леону Ледерману, нобелевскому лауреату, Иллинойсский технологический институт;

Ёитиро Намбу, нобелевскому лауреату, Чикагский университет;

Генри Поллаку, лауреату Нобелевской премии мира, Межправительственный комитет по изменению климата;

Джозефу Ротблату, нобелевскому лауреату, больница Св. Варфоломея;

Стивену Вайнбергу, нобелевскому лауреату, Университет Техаса в Остине;

Фрэнку Вильчеку, нобелевскому лауреату, Массачусетский технологический институт;

Роберту Айри, специалисту по информатике, Лаборатория искусственного интеллекта Массачусетского технологического института;

Джеффу Андерсену, автору книги «Телескоп» (The Telescope), Военно-воздушная академия США;

Дэвиду Арчеру, геофизику, Чикагский университет, автору книги «Долгая оттепель» (The Long Thaw);

Амиру Ацелю, автору книги «Урановые войны» (Uranium Wars);

Джею Барбри, соавтору книги «Цель — Луна» (Moon Shot);

Джону Барроу, физику, Кембриджский университет, автору книги «Невозможность» (Impossibility);

Марше Бартусяк, автору книги «Неоконченная симфония Эйнштейна» (Einstein’s Unfinished Symphony);

Джиму Беллу, астроному, Корнеллский университет;

Грегори Бенфорду, физику, Университет Калифорнии в Ирвине;

Джеймсу Бенфорду, физику, президенту компании Microwave Sciences;

Джеффри Беннетту, автору книги «НЛО: что дальше?» (Beyond UFOs);

Бобу Берману, автору книги «Тайны ночного неба» (Secrets of the Night Sky);

Лесли Бисекеру, старшему научному сотруднику, специалисту по медицинской геномике, Национальный институт здоровья США;

Пирсу Бизони, автору книги «Как построить собственный космический корабль» (How to Build Your Own Spaceship);

Майклу Блезу, старшему научному сотруднику, Национальный институт здоровья США;

Алексу Бозе, основателю Музея розыгрышей;

Нику Бострому, трансгуманисту, Оксфордский университет;

Роберту Боумену, директору Института космических исследований и проблем безопасности;

Трэвису Брэдфорду, автору книги «Солнечная революция» (Solar Revolution);

Синтии Бризил, Медиалаборатория Массачусетского технологического института;

Лоуренсу Броди, старшему научному сотруднику, специалисту по медицинской геномике, Национальный институт здоровья США;

Родни Бруксу, бывшему директору Лаборатории искусственного интеллекта Массачусетского технологического института;

Лестеру Брауну, основателю и президенту Института земной политики;

Майклу Брауну, астроному, Калифорнийский технологический институт;

Алану Вейсману, автору книги «Мир без нас» (The World Without Us);

Сешу Веламуру, футурологу, Фонд будущего;

Дэниелу Вертхаймеру, астроному, проект SETI@home, Университет Калифорнии в Беркли;

Майку Весслеру, проект Cog, Лаборатория искусственного интеллекта Массачусетского технологического института;

Марку Визеру, научному сотруднику компании Xerox PERC;

Роджеру Винсу, астроному, Национальная лаборатория в Лос-Аламосе;

Джеку Галанту, нейробиологу, Университет Калифорнии в Беркли;

Джеймсу Гарвину, руководителю научных проектов НАСА;

Майклу Газзаниге, неврологу, Университет Калифорнии в Санта-Барбаре;

Джеку Гейгеру, сооснователю движения «Врачи за социальную ответственность»;

Эвалин Гейтс, Кливлендский музей естественной истории, автору книги «Телескоп Эйнштейна» (Einstein’s Telescope);

Дэвиду Гелертнеру, специалисту по информатике, Йельский университет;

Нилу Гершенфелду, директору Центра бит и атомов, Медиалаборатория Массачусетского технологического института;

Полу Гилстеру, автору книги «Мечты о Центавре» (Centauri Dreams);

Ребекке Голдберг, экологу, благотворительный фонд Пью;

Дону Голдсмиту, астроному, автору книги «Сбежавшая Вселенная» (The Runaway Universe);

Дэвиду Голдстайну, бывшему проректору Калифорнийского технологического института;

Ричарду Готту III, физику, Принстонский университет, автору книги «Путешествия во времени в Эйнштейновой Вселенной» (Time Travel in Einstein’s Universe);

Джону Гранту, автору книги «Отвергнутая наука» (Corrupted Science);

Эрику Грину, директору Национального института исследования человеческого генома, Национальный институт здоровья США;

Рональду Грину, специалисту в области геномики и биоэтики, Дартмутский колледж, автору книги «Дети на заказ» (Babies by Design);

Брайану Грину, физику, Колумбийский университет, автору книги «Элегантная Вселенная» (The Elegant Universe);

Томасу Грэму, послу, эксперту по контролю над вооружениями и их нераспространению при шести президентах США;

Стивену Джею Гулду, биологу, Гарвардский университет;

Алану Гуту, физику, Массачусетский технологический институт, автору книги «Инфляционная Вселенная» (The Inflationary Universe);

Джареду Даймонду, лауреату Пулитцеровской премии, Университет Калифорнии в Лос-Анджелесе;

Фримену Дайсону, физику, Институт перспективных исследований, Принстон;

Дэниелу Деннетту, содиректору Центра когнитивных исследований, Университет Тафтса;

Майклу Дертузосу, специалисту по информатике, Массачусетский технологический институт;

Джорджу Джонсону, научному журналисту, The New York Times;

Тому Джонсу, астронавту НАСА;

Мариетт Ди Кристине, главному редактору журнала Scientific American;

Питеру Дилворту, научному сотруднику Лаборатории искусственного интеллекта, Массачусетский технологический институт;

Джону Донохью, создателю BrainGate, Университет Брауна;

Энн Друян, писательнице и продюсеру, Cosmos Studios;

Полу Дэвису, физику, автору книги «Суперсила» (Superforce);

Роберту Зубрину, основателю Марсианского общества;

Леонарду Зусскинду, физику, Стэнфордский университет;

Дэвиду Иглману, нейробиологу, Стэнфордский университет;

Крису Импи, астроному, Университет Аризоны, автору книги «Жилой космос» (The Living Cosmos);

Дональду Йохансону, палеоантропологу, Институт происхождения человека, первооткрывателю останков австралопитека Люси;

Стиву Казинсу, участнику программы разработки персональных роботов лаборатории Willow Garage;

Стивену Каммеру, специалисту по информатике, Университет Дьюка;

Артуру Каплану, основателю Отделения медицинской этики Медицинской школы, Нью-Йоркский университет;

Фритьофу Капра, автору книги «Наука Леонардо» (The Science of Leonardo);

Марку Каткоски, инженеру-механику, Стэнфордский университет;

Дэвиду Кваммену, биологу-эволюционисту, автору книги «Упрямый мистер Дарвин» (The Reluctant Mr. Darwin);

Стиву Кейтсу, астроному, телеведущему;

Джеку Кесслеру, профессору медицины, Northwestern Medical Group;

Крису Кёнигу, астроному, кинематографисту;

Роберту Киршнеру, астроному, Гарвардский университет;

Филипу Койлу, бывшему заместителю министра обороны США;

Кристоферу Кокиносу, астроному, автору книги «Упавшее небо» (The Fallen Sky);

Томасу Кокрану, физику, Комитет по охране природных ресурсов;

Вики Колвин, химику, Университет Райса;

Фрэнсису Коллинзу, директору Национального института здоровья США;

Нилу Коминсу, физику, Университет Мэйна, автору книги «Опасности космических путешествий» (The Hazards of Space Travel);

Кристин Косгроув, соавтору книги «Нормален во что бы то ни стало» (Normal at Any Cost);

Лоуренсу Крауссу, физику, Университет штата Аризона, автору книги «Физика „Звездного пути“» (The Physics of Star Trek);

Дэниелу Кревье, специалисту по информатике, исполнительному директору компании Coreco Imaging;

Кену Кросвеллу, астроному, автору книги «Величественная Вселенная» (Magnificent Universe);

Стиву Куку, представителю НАСА, Центр космических полетов им. Маршалла;

Лоуренсу Куну, кинематографисту, Closer to Truth;

Рэю Курцвейлу, изобретателю и футурологу, автору книги «Эпоха духовных машин» (The Age of Spiritual Machines);

Джеймсу Кэнтону, автору книги «Экстремальное будущее» (The Extreme Future);

Шону Кэрроллу, космологу, Калифорнийский технологический институт;

Дэну Лайнхену, автору книги «SpaceShipOne: Иллюстрированная история» (SpaceShipOne);

Алану Лайтману, физику, автору книги «Сны Эйнштейна» (Einstein’s Dreams);

Роберту Ланце, специалисту по биотехнологиям, главе компании Astellas Global Regenerative Medicine;

Майклу Лемонику, бывшему старшему научному редактору журнала Time;

Артуру Лернер-Лэму, геологу и вулканологу, Институт Земли;

Саймону Левею, автору книги «Когда наука ошибается» (When Science Goes Wrong);

Вернеру Лёвенстайну, бывшему директору Лаборатории физики клетки, Колумбийский университет;

Стэну Ли, создателю компании Marvel Comics и Человека-паука;

Джозефу Ликкену, физику, Национальная ускорительная лаборатория имени Ферми;

Сету Ллойду, инженеру-механику и физику, Массачусетский технологический институт, автору книги «Программируя Вселенную» (Programming the Universe);

Роджеру Лониусу, соавтору книги «Роботы в космосе» (Robots in Spaсe);

Джону Льюису, астроному, Университет Аризоны;

Джеффри Лэндису, физику, НАСА;

Патти Маес, профессору медиаискусства и науки, Медиалаборатория Массачусетского технологического института;

Гленну Макги, автору книги «Идеальный младенец» (The Perfect Baby);

Роберту Манну, автору книги «Криминалист в лаборатории» (Forensic Detective);

Джеймсу Макларкину, специалисту по информатике, Университет Райса;

Полу Макмиллану, директору Space Watch;

Патрику Маккрею, автору книги «Продолжайте смотреть в небеса!» (Keep Watching the Skies!);

Майклу Полу Мейсону, автору книги «Дело о голове» (Head Cases);

Фулвио Мелиа, астрофизику, Университет Аризоны;

Уильяму Меллеру, автору книги «Эволюция ℞» (Evolution ℞);

Полу Мельтцеру, Центр исследования рака, Национальный институт здоровья США;

Марвину Мински, Массачусетский технологический институт, автору книги «Общество разума» (The Society of Mind);

Хансу Моравеку, Институт робототехники, Университет Карнеги — Меллон, автору книги «Робот» (Robot);

Филипу Моррисону, физику, Массачусетский технологический институт;

Ричарду Мюллеру, астрофизику, Университет Калифорнии в Беркли;

Дэвиду Нахаму, научному сотруднику IBM;

Майклу Нейфелду, автору книги «Фон Браун: Космический мечтатель, инженер войны» (Von Braun: Dreamer of Space, Engineer of War);

Мигелю Николелису, нейробиологу, Университет Дьюка;

Кристине Нил, вулканологу, Геологическая служба США;

Синдзи Нисимото, неврологу, Университет Калифорнии в Беркли;

Майклу Новачеку, палеонтологу, Американский музей естественной истории;

Баззу Олдрину, астронавту НАСА, второму человеку, побывавшему на Луне;

С. Джей Олшански, биогеронтологу, Университет Иллинойса в Чикаго, соавтору книги «В поисках бессмертия» (The Quest for Immortality);

Майклу Оппенгеймеру, экологу, Принстонский университет;

Дину Орнишу, профессору медицины, Университет Калифорнии в Сан-Франциско;

Джону Пайку, директору GlobalSecurity.org;

Питеру Палезе, вирусологу, Иканская школа медицины в Маунт-Синай;

Кори Пауэллу, главному редактору DiscoverMagazine;

Джону Пауэллу, основателю JP Aerospace;

Чарльзу Пелерину, бывшему директору по астрофизике НАСА;

Сидни Перковицу, автору книги «Наука глазами Голливуда» (Hollywood Science);

Стивену Пинкеру, психологу, Гарвардский университет;

Джене Пинкотт, автору книги «Действительно ли джентльмены предпочитают блондинок?» (Do Gentlemen Really Prefer Blondes?);

Томазо Поджо, ученому-когнитивисту, Массачусетский технологический институт;

Ричарду Престону, автору книг «Горячая зона» (The Hot Zone) и «Демон в холодильнике» (The Demon in the Freezer);

Раману Приндже, астроному, Лондонский университетский колледж;

Катерине Рамланд, криминалисту-исследователю, Сальский университет;

Дэвиду Рикье, преподавателю, Гарвардский университет;

Сэру Мартину Рису, астроному, Кембриджский университет, автору книги «До начала» (Before the Beginning);

Джейн Рисслер, Союз обеспокоенных ученых;

Джереми Рифкину, основателю Фонда экономических тенденций;

Джозефу Ромму, старшему научному сотруднику Центра американского прогресса, автору книги «Ад и потоп» (Hell and High Water);

Стивену Розенбергу, руководителю секции опухолевой иммунологии, Национальный институт здоровья США;

Лизе Рэндалл, физику, Гарвардский университет, автору книги «Закрученные пассажи» (Warped Passages);

Карлу Сагану, астроному, Корнеллский университет, автору книги «Космос» (Cosmos);

Нику Сагану, соавтору книги «Вы называете это будущим?» (You Call This the Future?);

Оливеру Саксу, неврологу, Колумбийский университет;

Брайану Салливану, астроному, Хейденский планетарий;

Майклу Саламону, НАСА;

Майклу Саммерсу, астроному, соавтору книги «Экзопланеты» (Exoplanets);

Полу Саффо, футурологу, Стэнфордский университет и Институт будущего;

Чарльзу Сейфе, автору книги «Солнце в бутылке» (Sun in a Bottle);

Саре Сигер, астроному, Массачусетский технологический институт;

Питеру Сингеру, автору книги «Революция робототехники и конфликт в XXI столетии» (Wired for War);

Саймону Сингху, писателю и продюсеру, автору книги «Большой взрыв» (Big Bang);

Гэри Смоллу, соавтору книги «Мозг онлайн. Человек в эпоху Интернета» (iBrain);

Стивену Сквайрсу, астроному, Корнеллский университет;

Полу Спудису, геологу и исследователю Луны, автору книги «Зачем нам Луна» (The Value of the Moon);

Полу Стейнхардту, физику, Принстонский университет, одному из авторов книги «Бесконечная Вселенная» (Endless Universe);

Джеку Стерну, нейрохирургу, специалисту по стволовым клеткам, профессору Йельского университета;

Грегори Стоку, Университет Калифорнии в Лос-Анджелесе, автору книги «Апгрейд человека» (Redesigning Humans);

Ричарду Стоуну, научному журналисту, журнал Discover Magazine;

Адаму Сэвиджу, ведущему телешоу «Разрушители легенд»;

Дэниелу Таммету, автору книги «Рожденный в синий день» (Born on a Blue Day);

Джеффри Тейлору, физику, Университет Мельбурна;

Теду Тейлору, физику, разработчику американских ядерных боеголовок;

Максу Тегмарку, космологу, Массачусетский технологический институт;

Элвину Тоффлеру, футурологу, автору книги «Третья волна» (The Third Wave);

Патрику Такеру, футурологу, Общество будущего мира;

Крису Тёрни, климатологу, Университет Вуллонгонга, автору книги «Лед, грязь и кровь» (Ice, Mud and Blood);

Нилу Деграссу Тайсону, астроному, директору Хейденского планетария;

Роберту Уоллесу, соавтору книги «Искусство шпионажа» (Spycraft);

Питеру Уорду, соавтору книги «Редкая Земля» (Rare Earth);

Кевину Уорвику, эксперту по людям-киборгам, Университет Ридинга;

Фреду Уотсону, астроному, автору книги «Звездочет» (Stargeyzer);

Спенсеру Уэллсу, генетику, автору книги «Генетическая одиссея человека» (The Journey of Man);

Майклу Уэсту, исполнительному директору компании AgeX Therapeutics;

Артуру Уиггинсу, физику, автору книги «Радость физики» (The Joy of Physics);

Энтони Уиншоу-Борису, генетику, Университет Кейз Вестерн Резерв;

Дэниелу Фэйрбэнксу, генетику, Университет долины Юта, автору книги «Реликты Эдема» (Relics of Eden);

Тимоти Феррису, писателю и продюсеру, автору книги «Совершеннолетие на Млечном Пути» (Coming of Age in the Milky Way);

Марии Финицо, кинематографисту, специалисту по стволовым клеткам, лауреату премии Пибоди;

Роберту Финкелстайну, специалисту по робототехнике и информатике, компания Robotic Technology, Inc.;

Кристоферу Флавену, старшему научному сотруднику, Институт глобального мониторинга;

Луису Фридману, сооснователю Планетарного общества США;

Фрэнку фон Хиппелю, физику, Принстонский университет;

Уильяму Хэнсону, автору книги «Передний край медицины» (The Edge of Medicine);

Джейми Хайнеману, ведущему телешоу «Разрушители легенд»;

Крису Хэдфилду, астронавту, Канадское космическое агентство;

Леонарду Хэйфлику, Университет Калифорнии, Медицинская школа в Сан-Франциско;

Дональду Хиллебранду, директору отделения силовых систем Аргоннской национальной лаборатории;

Аллану Хобсону, психиатру, Гарвардский университет;

Джеффри Хоффману, астронавту НАСА, Массачусетский технологический институт;

Дугласу Хофштадтеру, лауреату Пулитцеровской премии, автору книги «Гёдель, Эшер, Бах» (Gödel, Escher, Bach);

Джону Хоргану, журналисту, Технологический институт Стивенса, автору книги «Конец науки» (The End of Science);

Карлу Циммеру, биологу, соавтору книги «Эволюция: Триумф идеи» (Evolution: The Triumph of an Idea);

Роберту Циммерману, автору книги «Покидая Землю» (Leaving Earth);

Эндрю Чайкину, автору книги «Человек на Луне» (A Man on the Moon);

Лерою Чао, астронавту НАСА;

Эрику Чивиану, врачу, движение «Врачи мира за предотвращение ядерной войны»;

Дипаку Чопре, автору книги «Супермозг» (Super Brain);

Джорджу Чёрчу, профессору генетики, Гарвардская медицинская школа;

Петеру Шварцу, футурологу, основателю Global Business Network;

Майклу Шермеру, основателю Общества скептиков и журнала Skeptic;

Донне Ширли, Программа исследования Марса НАСА;

Сету Шостаку, астроному, Институт SETI;

Нилу Шубину, биологу-эволюционисту, Университет Чикаго, автору книги «Ваша внутренняя рыба» (Your Inner Fish);

Полу Шуху, аэрокосмическому инженеру, SETI League;

Полу Эрлиху, экологу, Стэнфордский университет;

П. Дж. Якобовичу, журналисту, PC Magazine;

Джону Эллису, физику, ЦЕРН;

Джею Ярославу, проект Human Intelligence Enterprise, Лаборатория искусственного интеллекта Массачусетского технологического института.

Пролог

Однажды, примерно 75 000 лет назад, человечество едва не вымерло[1].

Грандиозный взрыв в Индонезии поднял в воздух колоссальное облако пепла, дыма и раскаленных обломков пород, покрывшее тысячи квадратных километров. Это было извержение вулкана Тоба, самое катастрофическое за последние 25 млн лет в истории нашей планеты. Вулкан выбросил из недр земли в воздух немыслимые 2800 куб. км грунта. В результате слой вулканического пепла толщиной до 10 м засыпал значительные площади нынешних Малайзии и Индии. Облако ядовитого дыма и пыли неспешно пересекло Африку, оставляя после себя смерть и разрушение.

Представьте на мгновение хаос, вызванный этим катаклизмом. Обжигающий жар и тучи серого пепла, заслонившие солнце, повергли наших предков в ужас. Многие из них задохнулись или были отравлены густой взвесью сажи и пыли. Потом температура резко упала, началась «вулканическая зима». Жизнь исчезала с поверхности земли, оставляя после себя повсюду, куда ни падал взгляд, тусклый пустынный ландшафт. Выжившие обшаривали опустошенную местность в поисках остатков пищи, и вскоре большинство наших предков умерло от голода. Казалось, Земля погибает. У немногочисленных уцелевших людей была лишь одна цель: бежать как можно дальше от опустившейся на их мир завесы смерти.

Не исключено, что в нашей крови и сегодня можно обнаружить свидетельства этого ужасного катаклизма[2].

Генетики давно обратили внимание на любопытный факт: ДНК любых двух произвольно выбранных людей почти идентична. У шимпанзе, напротив, две любые особи могут иметь между собой больше генетических различий, чем найдется во всей человеческой популяции. Одна из теорий, позволяющих математически объяснить этот занятный факт, состоит в том, что после извержения Тоба большинство людей просто исчезли с лица земли, нас осталась буквально горстка — около 2000 человек. Именно этой группе грязных и оборванных людей суждено было стать нашими предками, теми Адамами и Евами, чьи потомки со временем заселили планету. Все мы едва ли не клоны, братья и сестры, взявшие начало от крохотной, но очень живучей группы людей, которую целиком вместил бы в наши дни конференц-зал любого современного отеля.

Устало бродя по безжизненным просторам, эти люди даже вообразить себе не могли, что когда-нибудь их потомки будут властвовать во всех уголках нашей планеты.

Сегодня, всматриваясь в будущее, мы понимаем, что события, происходившие 75 000 лет назад, вполне могут оказаться всего лишь репетицией будущих катастроф. Я вспомнил об этом в 1992 г., когда мир облетела поразительная новость об обнаружении первой планеты, обращающейся вокруг далекой звезды. Это открытие доказало, что планеты существуют вне нашей Солнечной системы, и привело к серьезному сдвигу парадигмы в наших представлениях о Вселенной. Но следующая новость оказалась грустной: открытая далекая планета обращалась вокруг мертвой звезды — пульсара, возникшего на месте взрыва сверхновой. Этот взрыв должен был убить все, что могло существовать на этой планете. Нам не известны формы живого, которые выдержали бы разрушительную волну ядерной энергии, возникающую при близком взрыве звезды.

Затем я представил себе, как населявшая эту планету цивилизация, зная, что ее звезда умирает, упорно и поспешно строила армаду космических кораблей, способных долететь до другой звездной системы. На планете, наверное, царил полный хаос, а ее обитатели в отчаянии и панике пытались забраться в отбывающие корабли и захватить там последние свободные места. Я вообразил, какой ужас чувствовали те, кто остался на планете на произвол судьбы и обречен был погибнуть при взрыве их солнца.

Однажды и мы неизбежно лицом к лицу столкнемся с неким масштабным событием, угрожающим всеобщим вымиранием. Это так же неопровержимо, как законы природы. Хватит ли нам, как когда-то хватило нашим предкам, воли и решимости, чтобы выжить и со временем достичь пика развития?

Если вспомнить все формы жизни, когда-либо существовавшие на Земле, от микроскопических бактерий до величественных лесов и от неуклюжих динозавров до предприимчивых людей, то выяснится, что более 99,9 % от общего их числа уже вымерло. Вымирание — это норма, и никаких особых шансов избежать его у нас пока нет. Раскапывая земные почвы в поисках окаменелостей, мы находим следы существования множества древних форм жизни. Лишь малая толика их существует поныне. Миллионы видов существ появились на нашей планете до нас, прожили свой век под Солнцем, зачахли и умерли. Такова жизнь.

Как бы мы ни любили эффектные романтические закаты, свежесть океанского бриза и тепло летнего дня, когда-нибудь все это закончится и наша планета перестанет быть гостеприимным домом для человечества. Рано или поздно природа отвернется от нас, как отвернулась она в свое время от всех вымерших форм жизни.

Долгая история жизни на Земле показывает, что, оказавшись во враждебном природном окружении, живые организмы либо стремятся покинуть эту среду, либо приспосабливаются к ней, либо вымирают. Но если заглянуть в далекое будущее, то мы однажды столкнемся с катастрофой такого масштаба, когда адаптация будет невозможна. Мы будем вынуждены покинуть Землю либо погибнем. Третьего не дано.

В прошлом подобные катастрофы происходили неоднократно, они неизбежно будут происходить и в будущем. Земля уже перенесла пять крупных циклов вымирания, в каждом из которых исчезало до 90 % всех жизненных форм. Нашу планету ждут и новые циклы, это так же неизбежно, как то, что день сменяет ночь.

Опасности, с которыми мы можем столкнуться в ближайшие десятилетия, не носят естественный характер; скорее, нас ожидают неприятные последствия собственной глупости и недальновидности. Мы лицом к лицу встретимся с угрозой глобального потепления, когда против нас обернется сама атмосфера Земли, нам грозит опасность современной войны, ведь ядерное оружие сейчас появляется в самых нестабильных регионах мира, к тому же реально появление нового бактериологического оружия, например передаваемых воздушно-капельным путем вирусов иммунодефицита или лихорадки Эбола. Одно это могло бы стереть с лица Земли более 98 % людей. Мало того, мы столкнемся с проблемой растущего населения, которое потребляет ресурсы с бешеной скоростью. Возможно, в какой-то момент мы превысим несущую способность нашей планеты, переживем экологический Армагеддон и вынуждены будем конкурировать друг с другом за остатки еды, воды и топлива.

Помимо бедствий, которые мы сами на себя навлекаем, происходят природные катастрофы, на которые мы не можем повлиять. В перспективе тысяч лет нам грозит наступление нового ледникового периода. На протяжении последних 100 000 лет значительная часть поверхности Земли была покрыта сплошным слоем льда толщиной до километра. Морозы и безжизненный ландшафт привели к вымиранию многих животных. Около 10 000 лет назад климат смягчился, началось потепление. Этот краткий период привел к внезапному подъему современной цивилизации; человек воспользовался им, чтобы расселиться по всей Земле и добиться процветания. Но не будем забывать: этот расцвет пришелся на межледниковый период, и через несколько десятков тысяч лет нас ожидает новое наступление ледников. Когда это случится, наши города исчезнут под горами снега, а цивилизация будет раздавлена льдом.

Существует также вероятность того, что супервулкан под Йеллоустонским национальным парком проснется от долгого сна, разорвет Соединенные Штаты на части и окутает Землю удушающим ядовитым облаком сажи и пыли. Предыдущие извержения этого вулкана происходили 630 000, 1,3 млн и 2,1 млн лет назад. Каждое такое событие от следующего отделяли примерно 700 000 лет, следовательно, следующее колоссальное извержение может ожидать нас в ближайшие 100 000 лет.

Если заглянуть на миллионы лет вперед, то нам грозит еще одно столкновение с метеоритом или кометой, аналогичное тому, что 65 млн лет назад вызвало исчезновение динозавров. Тогда камень размером около 10 км в поперечнике рухнул из космоса на полуостров Юкатан в Мексике, подняв в небо тонны раскаленных обломков, которые затем обрушились обратно на Землю. Тучи пепла, куда большие, чем при извержении вулкана Тоба, закрыли солнце, и это привело к резкому понижению температуры на планете. Погибла растительность, разрушились пищевые цепи. Растительноядные динозавры погибли от голода, за ними последовали их плотоядные сородичи. В результате этой катастрофы погибло 90 % всех форм жизни на Земле.

Тысячи лет мы жили в счастливом неведении об окружающем Землю скоплении смертельно опасных космических камней. Только в последнее десятилетие ученые начали количественно оценивать риск серьезного столкновения. Теперь мы знаем, что тысячи астероидов, сближающихся с Землей (АСЗ), пересекают земную орбиту и представляют потенциальную угрозу самой жизни на планете. По состоянию на август 2018 г. было зарегистрировано 18 549 таких объектов. И это лишь те из них, что нам удалось обнаружить. Число незарегистрированных объектов, пролетающих иногда мимо Земли, астрономы оценивают в несколько миллионов.

Однажды мне пришлось брать интервью на тему астероидной опасности у покойного астронома Карла Сагана. Он тогда сказал, что «мы живем в космическом тире», в окружении потенциальных угроз, и столкновение крупного астероида с Землей — вопрос времени. Если бы мы могли каким-то образом осветить эти астероиды, то увидели бы в ночном небе тысячи угрожающих нам светлых точек.

Даже предполагая, что мы благополучно избежим всех этих опасностей, не стоит забывать, что существует одна опасность, по сравнению с которой все остальные меркнут. Через 5 млрд лет наше Солнце увеличится в размерах и превратится в красный гигант. Звезда станет настолько огромной, что орбита Земли окажется внутри ее раскаленной атмосферы и немыслимый жар сделает жизнь в этом аду невозможной.

В отличие от всех остальных форм жизни на планете, которые пассивно ждут своей участи, мы — хозяева своей судьбы. К счастью, уже сегодня мы создаем инструменты, которые помогут нам бросить вызов судьбе и избежать уготованной нам природой участи, чтобы не войти в 99,9 % форм жизни, обреченных на вымирание. В этой книге мы познакомимся с первопроходцами — с теми, у кого хватает энергии, дальновидности и ресурсов, необходимых, чтобы изменить судьбу человечества. Мы познакомимся с мечтателями, которые верят, что человечество может жить и успешно развиваться в открытом космосе. Мы проанализируем революционные технические успехи, которые дадут нам возможность в будущем покинуть Землю и обосноваться где-нибудь еще в нашей Солнечной системе и даже за ее пределами.

Но если есть в нашей истории урок, который мы можем и должны усвоить, то заключается он в том, что, оказавшись перед лицом экзистенциального кризиса, человечество принимает вызов и добивается еще более высоких результатов. Можно сказать, что в каком-то смысле жажда исследований у нас в генах, что она часть нашей души.

Сегодня мы стоим перед величайшим, возможно, вызовом в истории нашего вида: нам придется покинуть пределы Земли и устремиться в открытый космос. Законы природы однозначны: рано или поздно мы столкнемся с глобальным кризисом, угрожающим существованию человечества.

Жизнь слишком большая ценность, чтобы существовать на одной-единственной планете, где она оказывается беззащитной перед лицом планетарных угроз.

Нам нужна страховка, сказал мне когда-то Карл Саган и заключил: мы должны стать «двухпланетным видом». Иными словами, нам нужен «запасной аэродром».

В этой книге мы рассмотрим историю вопроса, проблемы и возможные решения, ожидающие нас впереди. Это будет непростой путь, на нем мы столкнемся и с неудачами, но выбора у нас нет.

После почти полного вымирания, случившегося около 75 000 лет назад, наши предки все же двинулись вперед и начали колонизацию всей Земли. В этой книге я надеюсь обрисовать шаги, необходимые для преодоления препятствий, которые неизбежно встретятся нам в будущем. Возможно, такова судьба человечества — стать многопланетным видом и жить среди звезд.

* * *

Если на кону наше выживание в долгосрочной перспективе, то мы должны отправиться к другим мирам просто из чувства ответственности перед собственным видом.

Карл Саган

Динозавры вымерли, потому что у них не было космической программы. И если мы тоже вымрем, потому что у нас нет космической программы, то поделом нам.

Ларри Нивен

Введение

На пути к многопланетности вида

В детстве я прочел знаменитую трилогию Айзека Азимова «Основание» (Foundation) — одну из величайших саг в истории научной фантастики. Меня поразило, что Азимов, вместо того чтобы писать о битвах с применением лучевых пушек и о войнах с пришельцами, задавал в своих книгах простой, но глубокий вопрос: что будет с человеческой цивилизацией через 50 000 лет? Какова наша судьба?

В своей новаторской трилогии Азимов изображал человечество, расселившееся по всему Млечному Пути, где громадная Галактическая империя объединяет миллионы обитаемых миров. Мы проникли так далеко, что даже расположение изначальной родины, породившей эту великую цивилизацию, затерялось в тумане древней истории. По всей Галактике возникло такое множество высокоразвитых обществ, а их обитатели оказались связаны такой сложной паутиной экономических связей, что появилась возможность с помощью математических методов предсказывать будущий ход событий, как будто предсказывая движение отдельных молекул.

Много лет назад я пригласил доктора Азимова выступить в нашем университете. Он приехал. Слушая спокойные, выверенные слова мэтра, я не переставал удивляться широте его знаний. Я задал ему вопрос, интересовавший меня с детства: что побудило его написать серию «Основание»? Как пришла ему в голову тема настолько обширная, повествование, охватывающее всю Галактику? Азимов сразу, не раздумывая, ответил, что вдохновлялся темой расцвета и падения Римской империи, тем, как разворачивалась судьба составлявших ее народов на фоне бурных событий истории.

Я впервые задумался о том, нет ли таких судьбоносных признаков в истории человечества в целом. Может быть, нам суждено со временем создать цивилизацию, которая распространится на всю галактику Млечный Путь. Может быть, наша судьба и правда где-то там, среди звезд.

Многие темы, лежащие в основе работы Азимова, были исследованы еще до него в удивительном романе Олафа Стэплдона «Создатель звезд» (Star Maker). В этой книге герою представляется, что он каким-то образом поднимается с Земли в открытый космос и мчится сквозь него, пока не достигает далеких планет. Он носится по Галактике в виде чистого сознания от одной звездной системы к другой и наблюдает фантастические инопланетные империи. Некоторые из них развиваются и достигают величия, вступая в эпоху мира и благоденствия и путешествуя на своих космических кораблях, и даже создают межзвездные империи. Другие гибнут в результате ожесточения, смут и войн.

Многие революционные идеи из романа Стэплдона были позже не раз использованы в других произведениях научной фантастики. К примеру, герой «Создателя звезд» обнаруживает, что многие сверхразвитые цивилизации намеренно скрывают свое существование от цивилизаций менее развитых, чтобы случайно не «заразить» их своей развитой технологией. Эта концепция близка Первой Директиве — одному из ведущих принципов Федерации в сериале «Звездный путь».

Кроме того, герой Стэплдона наталкивается на цивилизацию настолько высокоразвитую, что она сумела заключить свое солнце в гигантскую сферу, чтобы не упустить ни части его энергии. Эта концепция, позже получившая название сферы Дайсона, сейчас является одной из важнейших идей научной фантастики.

Герой встречает расу существ, находящихся в постоянном телепатическом контакте друг с другом. Каждый индивидуум знает все без исключения мысли остальных. Эта идея предшествовала цивилизации боргов из «Звездного пути», где все члены ментально связаны между собой и подчиняются воле Улья.

В конце романа герой встречает самого Создателя звезд — небесное существо, которое творит вселенные, каждую со своим набором законов природы, и возится с ними. Наша Вселенная всего лишь одна из множества в мультивселенной. В благоговейном ужасе герой наблюдает Создателя звезд за работой — одним мановением тот создает новые интереснейшие царства и отбрасывает те, что ему не нравятся.

Новаторский роман Стэплдона произвел настоящий шок в мире, где радио все еще считалось чудом техники. В 1930-е гг. идея выхода нашей цивилизации в космос казалась абсурдной. На тот момент высшим техническим достижением были винтовые самолеты, которым едва удавалось подняться выше облаков, и возможность путешествия к звездам казалась безнадежно далекой.

«Создатель звезд» имел огромный успех. Артур Кларк назвал его одним из лучших произведений научной фантастики всех времен. Роман подстегнул воображение целого поколения послевоенных писателей-фантастов. Но широкая публика быстро забыла о нем, вскоре мир захлестнули хаос и жестокость Второй мировой войны.

Поиск новых планет в космосе

Теперь, когда космическая обсерватория «Кеплер» и многочисленные группы астрономов на Земле открыли уже около 4000 планет, обращающихся вокруг других звезд нашей Галактики, поневоле начинаешь задумываться, а не существуют ли на самом деле все те цивилизации, которые описывал Стэплдон.

В 2017 г. международная группа ученых обнаружила не одну, а целых семь землеподобных планет, обращающихся вокруг одной из близких к нам звезд — расстояние от Земли до нее составляет всего лишь 39 световых лет. Из этих семи планет три располагаются достаточно близко к своей звезде, чтобы на них могла существовать жидкая вода. Очень скоро астрономы смогут точно сказать, есть ли у этих и других планет атмосфера и содержит ли она водяной пар. Поскольку вода — это «универсальный растворитель», в котором могут смешиваться те органические вещества, из которых строится молекула ДНК, ученые, возможно, сумеют показать, что условия существования жизни встречаются во Вселенной повсеместно. Не исключено, что в ближайшее время будет найден святой Грааль планетной астрономии — двойник Земли в открытом космосе.

Примерно в это же время астрономы сделали еще одно открытие, в корне меняющее ситуацию: открыли землеподобную планету, получившую название Проксима Центавра b и обращающуюся вокруг ближайшей к Солнцу звезды Проксима Центавра, отстоящей от нас всего лишь на 4,2 световых года. Ученые давно предполагали, что эта звезда будет исследована одной из первых.

Эти планеты всего лишь несколько новых записей в громадной будущей энциклопедии экзопланет, дополнять которую приходится едва ли не каждую неделю. Есть в ней и странные, необычные звездные системы, которые Стэплдону могли разве что присниться, в том числе системы с четырьмя и более звездами, обращающимися по сложным орбитам в едином «клубке». Многие астрономы считают, что любая планетная структура, которую мы только можем вообразить, вероятно, существует где-то во Вселенной — разумеется, если ее существование не противоречит законам физики.

Это означает, что мы можем весьма и весьма приблизительно подсчитать, сколько в Галактике существует землеподобных планет. В ней около 100 млрд звезд, следовательно, землеподобных планет, обращающихся вокруг солнцеподобных звезд, может быть около 20 млрд — и это только в нашей Галактике. А поскольку галактик, которые мы можем наблюдать при помощи имеющихся инструментов, тоже около 100 млрд, мы можем оценить количество землеподобных планет в видимой Вселенной. Получим умопомрачительное число — 2 млрд триллионов.

Осознав, что наша Галактика, вполне возможно, кишмя кишит обитаемыми планетами, вы уже не сможете с прежним спокойствием рассматривать звездное ночное небо.

Итак, астрономы обнаружили в дальнем космосе землеподобные планеты. Следующая задача — проанализировать их атмосферу на наличие кислорода и водяного пара, которые указывали бы на возможное присутствие жизни, и попытаться уловить радиоволны, которые свидетельствовали бы о существовании разумной цивилизации. Такое открытие стало бы одним из великих поворотных пунктов в истории человечества, сравнимым с укрощением огня. Оно не только заново переопределило бы наши отношения с остальной Вселенной, но и изменило нашу судьбу.

Новый золотой век исследования космоса

Открытие экзопланет наряду с интереснейшими идеями, которые привносит в нашу жизнь новое поколение мечтателей, возрождает в обществе интерес к космическим путешествиям. Первоначально главными двигателями космической программы были холодная война и соперничество сверхдержав. Тогда американцы были согласны потратить громадную сумму — 5,5 % федерального бюджета США — на космическую программу «Аполлон», поскольку на кон был поставлен престиж страны. Однако такую лихорадочную гонку невозможно поддерживать до бесконечности, и со временем финансирование резко сократили.

Американские астронавты в последний раз ступали на поверхность Луны в 1972 г. Сегодня и «Сатурн-5», и космические челноки разобраны на части и ржавеют в музеях, а рассказы о них остались на страницах пыльных книг. НАСА часто критиковали, называя «агентством полетов в никуда». Несколько десятилетий шестеренки этого механизма крутились вхолостую, а само агентство бодро и решительно двигалось по давно проторенным путям.

Но постепенно экономическая ситуация начала меняться. Стоимость космических путешествий, которая прежде могла подорвать бюджет целой страны, неуклонно снижалась, в значительной степени благодаря притоку энергии, денег и энтузиазма от растущей когорты частных предпринимателей. Неудовлетворенные «черепашьими» темпами деятельности НАСА, миллиардеры Илон Маск, Ричард Брэнсон и Джефф Безос достали свои чековые книжки и занялись строительством ракет. Они хотят не только получить прибыль, но и исполнить свою детскую мечту о полете к звездам.

Вновь дала знать о себе политическая воля. Вопрос уже не в том, отправят ли США астронавтов на Красную планету, а о том, когда это произойдет. Президент США Барак Обама заявлял, что астронавты ступят на поверхность Марса где-то после 2030 г., а президент Трамп попросил НАСА ускорить темпы.

Техника для строительства флотилии ракет и космических модулей, пригодных для межпланетного путешествия, — к примеру, сконструированная НАСА ракета-носитель СЛС (Space Launch System, SLS) с кораблем «Орион» и тяжелая ракета-носитель «Фалкон Хэви» с капсулой «Дракон», разработанная Илоном Маском — проходит первые этапы испытаний. Именно они будут доставлять грузы и астронавтов на Луну, астероиды, Марс и даже дальше. Эта задача вызвала общественный резонанс и породила не только энтузиазм, но даже конкуренцию. Вполне возможно, что когда-нибудь разные группы будут соперничать за возможность первыми воткнуть флаг в марсианскую почву.

Мы входим в новый золотой век космических путешествий, когда исследование Вселенной после нескольких десятилетий небрежения вновь станет волнующей частью национальной повестки.

Вглядываясь в будущее, мы можем различить контуры того, как наука преобразует процесс исследования космоса. Благодаря революционным успехам в широком спектре отраслей техники мы сегодня можем порассуждать о том, что наша цивилизация, возможно, переселится однажды в дальний космос, научится терраформировать планеты и путешествовать меж звезд. Это долгосрочная цель, но уже сегодня мы можем обозначить примерные сроки и приблизительно оценить, когда будут достигнуты те или иные космические рубежи.

Я расскажу о шагах, необходимых для достижения этой амбициозной цели. Но главное для нас, если мы хотим определить примерный ход будущих событий, — разобраться в научных принципах, которые стоят за нынешними чудесными достижениями.

Революционные волнытехнического прогресса

Для начала попробуем окинуть взглядом обширную панораму истории человечества и представить ее в более широком контексте. Если бы наши предки смогли увидеть нас сегодняшних, что бы они подумали? На протяжении большей части своей истории люди влачили жалкое существование, боролись за жизнь во враждебном и равнодушном мире, где средняя продолжительность жизни составляла не больше 20–30 лет. В основном мы вели кочевой образ жизни и переносили свои пожитки на собственных спинах. Каждый день нам приходилось неустанно бороться за то, чтобы обеспечить себе пищу и убежище. Мы жили в постоянном страхе перед опасными хищниками, болезнями и голодом. Но, если бы наши предки могли увидеть нас сегодняшних — с нашей способностью мгновенно пересылать картинки в любой уголок планеты, с ракетами, которые могут доставить нас на Луну и дальше, с машинами, которые ездят сами по себе, — они наверняка сочли бы нас колдунами и волшебниками.

История показывает, что научные революции приходят волнами, а толчком к ним часто служат успехи физики. Первую волну научных и технических достижений в XIX в. породили физики, создавшие теорию механики и термодинамики. Это позволило инженерам создать паровую машину, за которой последовали локомотивы и промышленная революция. Этот глубокий сдвиг в техническом оснащении поднял человеческую цивилизацию из состояния невежества, непосильного труда и бедности и привел в машинную эру.

Вторую волну технического прогресса в XX в. тоже возглавили физики; они открыли и поставили на службу человеку законы электричества и магнетизма и в конечном итоге привели всех нас в эру электричества. Это сделало возможным электрификацию городов, появление динамо-машин и генераторов, телевидения, радио и радаров. Вторая волна породила современную космическую программу, позволившую нам посетить Луну.

Третья волна науки в XXI в. нашла свое выражение в высоких технологиях, а возглавили ее квантовые физики и изобретенные ими транзистор и лазер. Благодаря им стали возможны суперкомпьютеры, интернет, современные телекоммуникации, GPS и взрывной рост производства микросхем, которые проникли во все сферы нашей жизни.

В этой книге я расскажу о технологиях, которые позволят нам проникнуть еще дальше по мере исследования планет и звезд. В первой части мы поговорим о создании постоянной лунной базы и о действиях, необходимых для колонизации и терраформирования Марса. Для этого нам придется использовать четвертую волну технического прогресса, в которую входят искусственный интеллект, нано- и биотехнологии. Задача терраформирования Марса превышает наши сегодняшние возможности, но технологии XXII в. позволят превратить эту безжизненную промороженную пустыню в пригодный для обитания мир. Мы поговорим об использовании самовоспроизводящихся роботов, сверхпрочных и сверхлегких наноматериалов и полученных биотехнологическими методами растений, которые позволят кардинально снизить расходы и превратить Марс в настоящий рай. Со временем мы пойдем еще дальше и создадим поселения на астероидах и лунах газовых гигантов — Юпитера и Сатурна.

Во второй части мы попробуем заглянуть в те времена, когда человечество сможет выйти за пределы Солнечной системы и исследовать ближайшие звезды. Эта задача опять же превосходит наши нынешние технические возможности, но пятая волна технических достижений сделает ее выполнение возможным: у нас появятся нанокорабли, лазерные паруса, прямоточные термоядерные двигатели, двигатели на антивеществе. НАСА уже сегодня финансирует исследования, без которых сделать межзвездные путешествия реальными попросту не получится.

В третьей части мы проанализируем, каким образом можно было бы модифицировать наши тела, чтобы дать нам возможность найти себе новый дом среди звезд. Межзвездные путешествия, возможно, будут занимать десятки, а то и сотни лет, так что нам, очень может быть, придется генетически изменить себя и научиться без вреда для себя проводить длительные периоды времени в глубоком космосе. Не исключено, что сделано это будет путем увеличения продолжительности жизни человека. Хотя сегодня источник вечной молодости невозможен, ученые уже исследуют перспективные направления, которые в будущем, возможно, позволят нам замедлить, а то и остановить процесс старения. Не исключено, что наши потомки будут в каком-то смысле бессмертны. Быть может, нам придется генетически доработать наши тела, чтобы хорошо себя чувствовать на далеких планетах с иной силой тяжести, другим составом атмосферы и другой экологией.

Благодаря проекту «Коннектом человека», который нанесет на карту каждый нейрон человеческого мозга, когда-нибудь мы, возможно, научимся отправлять свой коннектом в открытый космос посредством мощнейшего лазерного луча, что снимет с повестки дня множество проблем, связанных с межзвездными путешествиями. Этот процесс, который я называю лазерным переносом, освободит наше сознание и даст нам возможность исследовать Галактику или даже Вселенную со скоростью света, устранив тревоги, связанные с очевидными опасностями межзвездных путешествий.

Если наши предки 100 лет назад приняли бы нас сегодняшних за волшебников и колдунов, то кем бы сочли мы наших потомков через 100 лет?

Наши потомки, более чем вероятно, показались бы нам похожими на древнегреческих богов. Подобно Гермесу, они умели бы переноситься в пространстве и посещать близлежащие планеты. Подобно Афродите, обладали бы идеальными бессмертными телами. Подобно Аполлону, имели бы неограниченный доступ к энергии Солнца. Подобно Зевсу, умели бы отдавать мысленные команды и добиваться реализации своих желаний. Кроме того, они умели бы создавать мифических животных, таких как Пегас, при помощи генной инженерии.

Иными словами, судьба людей — стать богами, которых мы когда-то боялись и почитали. Наука даст нам средства, чтобы сформировать Вселенную по своему образу и подобию. Другой вопрос — обретем ли мы, помимо громадного небесного могущества, и Соломонову мудрость?

Возможно также, что мы столкнемся когда-нибудь с внеземной жизнью. В этой книге мы поговорим о том, что может произойти, если человечество встретится с цивилизацией, обогнавшей нас в развитии на миллион лет и научившейся свободно путешествовать по Галактике и изменять ткань пространства-времени. Не исключено, что такая цивилизация может играть черными дырами и использовать туннели в пространстве — так называемые кротовые норы — для путешествий со сверхсветовой скоростью.

В 2016 г. спекуляции на тему высокоразвитых космических цивилизаций с новым, поистине лихорадочным накалом развернулись и среди астрономов, и в средствах массовой информации. Связано это было с объявлением о том, что астрономы обнаружили свидетельства некой колоссальной «мегаструктуры» размером, возможно, со сферу Дайсона, обращающейся вокруг далекой звезды за много световых лет от нас. Хотя полученные данные далеко не однозначны, ученые впервые столкнулись хотя бы с призрачным указанием на возможность существования в дальнем космосе высокоразвитой цивилизации.

В завершение мы рассмотрим возможность того, что нам предстоит встретить не только смерть Земли, но и гибель самой Вселенной. Хотя наша Вселенная еще молода, можно предположить, что когда-нибудь в отдаленном будущем мы, возможно, вплотную подойдем к Большому замерзанию: температуры упадут почти до абсолютного нуля, и жизнь, какой мы ее сегодня знаем, по всей видимости, перестанет существовать. Не исключено, однако, что к тому времени наши технологии окажутся достаточно развитыми, чтобы человечество смогло покинуть умирающую Вселенную и проникнуть сквозь гиперпространство в новую, более молодую.

Теоретическая физика (моя специализация) прорабатывает идею о том, что наша Вселенная может представлять собой всего лишь один-единственный пузырек в мультивселенной, состоящей из множества других пузырьков-вселенных. Может быть, в мультивселенной найдется и новый дом для нас. Вглядываясь во множество вселенных, мы, возможно, сумеем разглядеть величественные замыслы Создателя звезд.

Так что фантастические достижения научной фантастики, когда-то считавшиеся побочным продуктом излишне живого воображения мечтателей, могут когда-нибудь стать реальностью.

Человечество стоит на пороге, возможно, величайшего приключения в своей истории. Не исключено, что пропасть, отделяющая рассуждения Азимова и Стэплдона от реальности, будет преодолена при помощи тех поразительных открытий и стремительных изменений, которые в настоящее время происходят в науке. И первый этап нашего долгого пути к звездам начнется тогда, когда мы сумеем покинуть Землю. Как гласит старая китайская пословица, путь в тысячу ли начинается с первого шага. Дорога к звездам начинается с самой первой ракеты.

Часть I

ПОКИДАЯ ЗЕМЛЮ

Всякий, кто сидит на верхушке крупнейшей в мире системы с кислородно-водородным топливом, зная, что ее собираются поджечь снизу, и не испытывает хотя бы легкого беспокойства, не до конца понимает сложившуюся ситуацию.

Астронавт Джон Янг

1. Подготовка к старту

19 октября 1899 г. семнадцатилетний юноша залез на вишню — и пережил озарение. Он только что прочел «Войну миров» Герберта Уэллса, и мысль о том, что ракеты помогут нам в исследовании Вселенной, показалась ему ужасно интересной и вызвала прилив энтузиазма. Юноша думал, как чудесно было бы сделать какое-нибудь устройство, которое хотя бы в принципе могло добраться до Марса, и вдруг осознал, что исследовать Красную планету — наша судьба. К тому моменту, когда юноша спустился с дерева на землю, его жизнь уже изменилась навсегда. Он посвятил свою жизнь мечте — созданию ракеты, которая могла бы воплотить в жизнь его видение. До конца своих дней он неизменно отмечал этот переломный день — 19 октября.

Звали этого молодого человека Роберт Годдард. Именно он построил первую жидкостную многоступенчатую ракету и тем самым запустил цепочку событий, которым суждено было изменить ход истории человечества.

Циолковский — одинокий мечтатель

Годдард принадлежал к небольшой горстке первопроходцев, которые, несмотря на изоляцию, бедность и насмешки окружающих, упорно продвигались вперед наперекор всему — и в итоге заложили фундамент для космических путешествий. Одним из первых в ряду этих мечтателей был великий русский ученый-ракетчик Константин Циолковский, который продумал теоретические основы космических путешествий и проложил дорогу Годдарду. Циолковский был затворником, жил в бедности и с трудом сводил концы с концами, зарабатывая на жизнь учительством. В юности он проводил большую часть времени в библиотеке — проглатывал научные журналы, изучал Ньютоновы законы движения и пытался применить их к космическим путешествиям[3]. Его мечтой было путешествие на Луну и Марс. Самостоятельно, без помощи ученого сообщества, он разобрался в математике, физике и механике ракетной техники и рассчитал для Земли скорость убегания (она же вторая космическая), то есть скорость, необходимую для выхода из поля тяготения нашей планеты. Эта скорость оказалась равна 11,2 км/c, намного больше тех 7 м/c, до которых можно было разогнаться на лошадях в его время.

В 1903 г. Циолковский опубликовал знаменитое ракетное уравнение, позволяющее определить максимальную скорость ракеты исходя из ее массы и запаса топлива. Из этого уравнения явствовало, что зависимость между скоростью и массой топлива носит экспоненциальный характер. Было бы логично предположить, что для удвоения скорости ракеты достаточно удвоить количество топлива. На самом же деле при увеличении скорости расход возрастает экспоненциально и для дополнительной прибавки скорости требуется громадное количество топлива.

Cледовательно, ракете нужно очень много горючего, чтобы покинуть Землю. С помощью этой формулы Циолковский оценил, сколько топлива необходимо для полета к Луне, задолго до того, как его мечта воплотилась в реальность.

Циолковский следовал принципу: «Земля — колыбель человечества, но нельзя вечно жить в колыбели». Он придерживался философии так называемого космизма, связывающей будущее человечества с исследованием открытого космоса. В 1911 г. он писал: «Стать ногой на почву астероидов, поднять камень с Луны, устроить движущиеся станции в эфирном пространстве, образовать живые кольца вокруг Земли, Луны, Солнца, наблюдать Марс на расстоянии нескольких десятков верст, спуститься на его спутники или даже на самую его поверхность — что, по-видимому, может быть сумасброднее!»[4]

Хотя сам Циолковский был слишком беден, чтобы превратить свои математические выкладки в действующие модели, за продолжателями дело не стало: следующий шаг сделал Роберт Годдард. Он своими руками построил прототипы, которым впоследствии суждено было стать основой космических путешествий.

Роберт Годдард — отец ракетной техники

Роберт Годдард заинтересовался наукой в детстве, когда на его глазах проводили электричество в его родной город. Уже тогда он твердо уверился, что наука революционно изменит нашу жизнь во всех ее аспектах. Отец, поощряя интерес мальчика, купил ему телескоп, микроскоп и подписку на журнал Scientific American. Первые эксперименты Годдарда были связаны с воздушными змеями и шарами. Однажды в библиотеке он случайно наткнулся на знаменитые «Математические начала» Исаака Ньютона и познакомился с законами движения. Вскоре после этого его интересы определились: Годдард сосредоточился на том, чтобы применить законы Ньютона в ракетной технике.

Годдард не просто удовлетворял свое любопытство, он предложил три важных новшества. Во-первых, экспериментируя с различными видами топлива, он пришел к выводу, что порошковое топливо для ракеты неэффективно. Китайцы изобрели порох много столетий назад и давно использовали его в ракетах, но порох сгорает неравномерно, так что ракеты китайцев в основном были не более чем игрушками. Первым блестящим нововведением Годдарда стала замена порошкового топлива жидким, расход которого можно контролировать, добиваясь ровного и чистого горения. Он построил ракету с двумя баками: в одном было топливо (к примеру, спирт), в другом — окислитель (к примеру, жидкий кислород). Жидкости через систему трубок и клапанов подавались в камеру сгорания, где происходил тщательно контролируемый взрыв, способный толкать ракету.

Годдард понимал, что по мере подъема ракеты в небо ее топливные баки будут постепенно опустошаться. Его следующим важным новшеством стали многоступенчатые ракеты, которые отделяли использованные топливные баки и таким образом избавлялись от бесполезной нагрузки. Это резко повышало дальность и эффективность полета.

Наконец, Годдард использовал гироскопы. После того как гироскоп раскручен, его ось сохраняет ориентацию в пространстве, всегда указывая одно и то же направление, даже если вы повернете гироскоп. К примеру, если ось гироскопа указывает на Полярную звезду, она будет указывать в этом направлении даже после того, как вы перевернете гироскоп вверх ногами. Значит, космический корабль, даже отклоняясь от своей траектории, может изменить работу своих двигателей так, чтобы компенсировать это отклонение и вернуться на первоначальный курс. Годдард понял, что для нацеливания ракет и удержания их на курсе нужно использовать гироскопы.

В 1926 г. он вошел в историю, произведя первый успешный запуск ракеты на жидком топливе. Она взлетела вверх на 12,5 м, продержалась в воздухе 2,5 с и приземлилась на капустную грядку в 56 м от точки старта. Место, где это произошло, сегодня свято для любого ученого-ракетчика и объявлено в США Национальным памятником истории.

В своей лаборатории в Колледже Кларка Годдард разработал базовую архитектуру для ракет на химическом топливе. Те грохочущие чудища, которые мы сегодня видим отрывающимися от стартовых площадок, — прямые потомки построенных им моделей.

Под градом насмешек

Несмотря на успехи, Годдард стал идеальным козлом отпущения для средств массовой информации. Когда в 1920 г. в прессу просочилась информация о том, что исследователь всерьез задумывается о космических путешествиях, газета The New York Times откликнулась на новость уничтожающей критикой, которая менее крупного ученого легко могла бы сломать. «С нашей стороны было бы нелепо утверждать, что профессору Годдарду с его „кафедрой“ в Колледже Кларка, — насмехалась The New York Times, — неизвестна связь между действием и противодействием и что ему неизвестно, что нужно иметь что-нибудь посущественнее вакуума, от чего можно оттолкнуться. Разумеется, нам только кажется, что у него отсутствуют знания, которыми нас ежедневно снабжают в старших классах школы»[5]. А в 1929 г., после того как он запустил одну из своих ракет, местная газета вышла с заголовком «Лунная ракета промахнулась по своей цели на 238 799,5 миль». Ясно, что авторы газеты и другие журналисты не понимали Ньютоновых законов движения и ошибочно полагали, что ракеты не могут двигаться в космическом вакууме.

Космическими путешествиями действительно управляет третий закон Ньютона, согласно которому на каждое действие возникает равное по величине и противоположное по направлению противодействие. Этот закон известен любому ребенку, которому хоть раз в жизни случалось надуть воздушный шарик, а затем отпустить его и наблюдать, как он мечется в разных направлениях. Действие здесь — воздух, стремящийся с силой выйти из шарика, а противодействие — поступательное движение самого шарика. Аналогично в случае ракеты действие — это раскаленный газ, выбрасываемый с одного конца, а противодействие — поступательное движение ракеты, причем вырывающийся газ толкает ракету вперед даже в космическом вакууме.

Годдард умер в 1945 г. и не увидел извинения редакции, которое The New York Times напечатала после посадки «Аполлона» на Луну в 1969 г. В нем говорилось: «Сегодня с определенностью установлено, что ракета может функционировать в вакууме так же хорошо, как и в атмосфере. Редакция сожалеет о своей ошибке».

Ракеты для войны и для мира

На первом этапе развития ракетной техники главную роль играли такие мечтатели, как Циолковский, разрабатывавшие физические и математические аспекты космических путешествий. На втором этапе на передний план вышли такие люди, как Годдард, построившие первые прототипы ракет. На третьем этапе ученые-ракетчики привлекли к себе внимание правительств. Вернер фон Браун, использовав наброски, мечты и модели своих предшественников, при поддержке правительства Германии — а позже США — создал гигантские ракеты, которым суждено было успешно доставить нас на Луну[6].

Самый знаменитый из всех ученых-ракетчиков родился в аристократической семье. Отец барона Вернера фон Брауна был министром сельского хозяйства Германии в период Веймарской республики, а его мать могла проследить свою родословную до королевских домов Франции, Дании, Шотландии и Англии. В детстве Вернер был многообещающим пианистом и сам писал музыку. При других обстоятельствах он мог бы стать известным музыкантом или композитором. Но его судьба определилась раз и навсегда, когда мать купила Вернеру телескоп. Космос его заворожил. Он глотал одну за другой научно-фантастические книги и внимательно следил за рекордами скорости, которые в то время ставили автомобили с ракетными двигателями. Когда ему было 12 лет, Вернер устроил на людной берлинской улице переполох, прикрепив кучу петард к игрушечной тележке. Мальчик был счастлив: тележка рванула прочь как… ну, как ракета. Правда, полиции представление понравилось куда меньше. Фон Брауна отвели в участок, но позже отпустили — сказалось влияние отца. Много лет спустя он с теплотой вспоминал этот случай: «Все получилось даже лучше самых смелых моих мечтаний. Тележка бешено мчалась по улице, оставляя за собой огненный след, как комета. Когда ракеты выгорели, завершив свое искрометное представление великолепным громовым ударом, тележка величественно остановилась».

Фон Браун признавался, что никогда не был силен в математике. Но страстное желание совершенствовать ракетную технику заставило его освоить дифференциальное и интегральное исчисление, Ньютоновы законы движения и механику космических полетов. Однажды он заявил своему профессору: «Я планирую полететь на Луну»[7].

Фон Браун закончил университет и получил ученую степень по физике в 1934 г. Уже тогда он много времени проводил в любительском Берлинском ракетном обществе — организации, где ракеты собирались из всевозможных запчастей и испытывались за городом, на заброшенном участке земли размером около 121 га. В том году Общество успешно испытало ракету, которая поднялась в воздух на 3,2 км.

Фон Браун мог бы стать профессором физики в каком-нибудьнемецком университете и писать ученые статьи по астрономии и астронавтике. Но дух войны витал в воздухе, и все германское общество, включая и университеты, стремительно милитаризировалось. В отличие от Роберта Годдарда, который посылал просьбу о финансировании в военное ведомство США и получил отказ, фон Браун встретил в нацистском правительстве совершенно иной прием. Артиллерийское управление германской армии, постоянно занятое поиском новых вооружений и средств ведения войны, предложило фон Брауну щедрое финансирование. Его работа воспринималась настолько серьезно, что диссертация фон Брауна была засекречена и увидела свет только в 1960 г.

По свидетельствам современников, фон Браун был совершенно аполитичен. Его страстью являлась ракетная техника, и, если власть соглашалась финансировать его исследования, он готов был это принять. Нацисты предложили ему исполнение мечты: руководство крупным проектом по созданию ракеты будущего с почти неограниченным бюджетом и возможностью привлекать к работе цвет немецкой науки. Позже фон Браун утверждал, что членство в нацистской партии и даже в СС было своего рода инициацией для всех государственных служащих, а вовсе не отражением политических взглядов. Но если ты заключаешь договор с дьяволом, то дьявол всегда возьмет свое и потребует большего.

Взлет «Фау-2»

Под руководством фон Брауна записи и наброски Циолковского и модели Годдарда превратились в ракету «Фау-2» («Оружие возмездия 2»), наводившую ужас на Лондон, Антверпен и другие города и разрушавшую целые кварталы. «Фау-2» была невероятно мощной. Ракеты Годдарда казались детскими игрушками по сравнению с ней: имея 14 м в длину и вес 12,5 т, «Фау-2» летела с умопомрачительной скоростью 1700 м/с, достигая максимальной высоты в 90 км. Она наносила удар по цели на скорости, втрое превышавшей скорость звука, и практически ничем не предупреждала о своем приближении. Дальность ее полета превышала 300 км. Противодействовать ей было невозможно, поскольку ни один человек не мог проследить за ней и ни один самолет не был в состоянии перехватить ее.

«Фау-2» поставила множество мировых рекордов и побила все прежние достижения по скорости и дальности полета ракет. Это была первая управляемая баллистическая ракета дальнего действия. Это была первая ракета, преодолевшая звуковой барьер. А самое главное, это была первая ракета в истории, которая покинула пределы атмосферы и вышла в открытый космос.

Британское правительство так растерялось при появлении невиданного нового оружия, что долгое время просто не знало, что сказать людям. Придумали историю о том, что ужасающие взрывы — результат неисправности магистральных газопроводов. Но, поскольку угроза явно исходила от неба, публика саркастически прозвала ракеты «летающими газопроводами». Только после того, как нацисты объявили о применении нового оружия против Британии, Уинстон Черчилль наконец признал, что Англию бомбардируют ракетами.

Ситуация сложилась неожиданная: казалось, что будущее Европы, да и всей западной цивилизации, теперь зависит от работы маленькой замкнутой группы ученых, возглавляемой фон Брауном.

Ужасы войны

Успех новейшего германского оружия обернулся ужасающими человеческими потерями. Запуск более 3000 «Фау-2» привел к гибели 9000 человек в странах-союзниках. Среди военнопленных в концлагерях, строивших эти ракеты, жертв было еще больше — там, по имеющимся оценкам, погибло по меньшей мере 12 000 человек. Дьявол требовал свою долю. Фон Браун слишком поздно понял, во что он влез по уши.

Посетив завод, на котором собирались его ракеты, он пришел в ужас. По словам одного из друзей, фон Браун тогда сказал: «Это ужасно. Моей первой реакцией было поговорить с одним из охранников-эсэсовцев, но меня просто грубо заткнули, сказав, чтобы я занимался своим делом, а не то окажусь в такой же полосатой робе!.. Я понял, что попытки призывать здесь кого-то к гуманности были тщетны». Другой коллега конструктора, когда его спросили, отзывался ли когда-либо фон Браун критически о лагерях смерти, ответил: «Если бы он попробовал, его, думаю, просто застрелили бы на месте».

Фон Браун стал пешкой в руках чудовища, в создании которого сам же активно участвовал. В 1944 г., когда положение Германии на фронтах стало трудным, он однажды, напившись на вечеринке, заявил, что дела у военных идут плохо. А он хочет работать над ракетной техникой и сожалеет, что приходится создавать оружие, а не космические корабли. К несчастью, на вечеринке присутствовал шпион и, когда высказывания фон Брауна дошли до властей, конструктора арестовало гестапо. Две недели он просидел в камере где-то в Польше, не зная, не закончится ли для него эта история расстрелом. Пока Гитлер решал его судьбу, к первоначальным обвинениям прибавились и другие, включая слухи о том, что он симпатизирует коммунистам. Кое-кто из руководства опасался, что он может бежать в Англию и сорвать все усилия по доработке и производству «Фау-2».

В конце концов жизнь фон Брауну спасло прямое обращение Альберта Шпеера к Гитлеру — в проекте «Фау-2» его по-прежнему считали незаменимым.

Ракета «Фау-2» обогнала свое время на несколько десятков лет, однако до ее реального боевого применения дело дошло только к концу 1944 г. — слишком поздно, чтобы предотвратить крах нацистской империи. Красная Армия и войска союзников уже подошли к Берлину.

В 1945 г. фон Браун и около сотни его сотрудников сдались союзникам. Их всех, вместе с тремя сотнями железнодорожных вагонов с ракетами «Фау-2» и частями к ним, тайно доставили в США. Это была часть операции спецслужб под кодовым названием «Скрепка»; цель всей операции состояла в вербовке бывших нацистских ученых и получении от них максимума информации.

Армия США тщательно исследовала «Фау-2», и со временем на ее основе была разработана ракета «Редстоун» (Redstone). Нацистское прошлое фон Брауна и его сотрудников «стерли», однако в высшей степени неоднозначную деятельность конструктора при нацистах ему припоминали еще долго. Комик Морт Заль охарактеризовал жизнь и карьеру фон Брауна фразой: «Моя цель — звезды, но иногда я попадаю по Лондону»[8]. Автор песен Том Лерер написал: «Если ракеты взлетели, кого волнует, где они упадут? Меня это не касается».

Ракеты и соперничество сверхдержав

В 1920–1930-х гг. правительство Соединенных Штатов упустило стратегическую возможность — не оценило работу, которую проводил у него под носом Годдард. После войны, уже после появления в Америке фон Брауна, оно упустило и вторую стратегическую возможность. В 1950-х гг. фон Браун и его сотрудники пребывали в забвении, ни им самим, ни их работе практически не уделяли внимания. К тому же началось межведомственное соперничество: армия США делала ракету «Редстоун» под руководством фон Брауна, военно-морской флот строил ракету «Авангард» (Vanguard), а военно-воздушные силы — ракету «Атлас».

Фон Браун, не имея непосредственных обязательств перед армией, начал проявлять интерес к научному образованию. Совместно со студией Walt Disney он создал серию мультфильмов, призванных захватить воображение будущих ракетчиков. В мультиках изображалась работа ученых над созданием ракеты, которая сможет сесть на Луне, а также строительство флотилии кораблей для полета к Марсу.

Если ракетная программа США развивалась ни шатко ни валко, то русские не зевали, их программа стремительно продвигалась вперед[9]. Сталин и Хрущев быстро осознали стратегическую важность космической программы и присвоили ей высший приоритет. Руководил советской программой Сергей Королев, все сведения о котором были засекречены. На протяжении долгих лет в открытых советских источниках его загадочно именовали «Главным конструктором». Русские также сумели захватить несколько германских инженеров, работавших над «Фау-2», и доставили их в Советский Союз. С их помощью Советы быстро построили серию ракет на основе проекта «Фау-2». По сути, весь ракетный арсенал США и СССР основывался на усовершенствовании или объединении конструктивных идей разных моделей «Фау-2», которые, в свою очередь, основывались на опередивших свое время моделях Годдарда.

Одной из главных целей США и СССР был запуск первого искусственного спутника Земли. Концепцию спутника первым предложил сам Исаак Ньютон. На знаменитой ныне схеме Ньютон отметил, что, если выстрелить из пушки с вершины горы, ядро упадет у ее подножия. Однако из уравнения движения следует, что чем быстрее будет двигаться ядро, тем дальше оно улетит. Если придать ядру достаточно большую скорость, оно обогнет Землю целиком и станет ее спутником. Это был исторический прорыв: если заменить ядро Луной, то выведенные Ньютоном уравнения движения смогут точно предсказать природу лунной орбиты.

В мысленном эксперименте с ядром Ньютон поставил ключевой вопрос: если яблоко падает на землю, то, может быть, и Луна тоже падает? Если пушечное ядро, огибая Землю, находится в свободном падении, то и Луна тоже, должно быть, находится в свободном падении. Эта догадка дала толчок одной из величайших научных революций в истории. Теперь Ньютон мог рассчитывать движение пушечных ядер, лун, планет — практически всего на свете. В частности, его законы движения показывают: чтобы пушечное ядро обогнуло Землю, оно должно лететь со скоростью около 30 000 км/ч.

Предвидение Ньютона воплотилось в реальность, когда Советский Союз в октябре 1957 г. запустил первый искусственный спутник Земли.

Эпоха «Спутника»

Шок, который пережили американцы при сообщении о запуске советского «Спутника-1», нельзя недооценивать. Стало ясно: Советы опередили весь мир в ракетной науке. Унижение еще более усилилось, когда два месяца спустя созданная американским ВМФ ракета «Авангард» взорвалась на старте, и это транслировалось по телевидению. Я хорошо помню, как упрашивал маму разрешения попозже лечь спать, чтобы посмотреть запуск. Мама неохотно согласилась. Я пришел в ужас, увидев, как ракета поднялась чуть более чем на метр в воздух, затем осела, завалилась и чудовищный слепящий взрыв уничтожил стартовую площадку. Было видно, как носовой обтекатель на верхушке ракеты, где находился спутник, перевернулся и исчез в огненном шаре.

Унижение продолжилось, когда через несколько месяцев и второй пуск «Авангарда» закончился неудачей. Журналисты упражнялись в остроумии, называя незадачливую ракету «хлопушник» и «капутник». Советский делегат в ООН насмешливо предлагал оказать помощь Соединенным Штатам.

Чтобы преодолеть последствия сильнейшего психологического удара по национальному престижу, руководство США приказало фон Брауну как можно быстрее запустить спутник «Эксплорер-1» (Explorer I) на ракете Juno I. Эта ракета была построена на базе ракеты «Редстоун», которая, в свою очередь, основывалась на «Фау-2».

Но у Советов, как оказалось, в рукаве было еще несколько тузов, и следующие несколько лет в заголовках новостей доминировала целая серия исторических рекордов:

В 1961 г. выдающимся достижением советской космической программы стал успешный полет Юрия Гагарина вокруг Земли на космическом корабле.

Я отчетливо помню время, когда «Спутник-1» нагнал страху на Соединенные Штаты. Как могла страна, казалось бы отстававшая от Америки, сделать такой резкий рывок вперед и обогнать нас?

Аналитики пришли к выводу, что главной причиной фиаско стали недостатки системы образования в США. Американские студенты все больше отставали от советских сверстников. Нужно было срочно приложить усилия, выделить деньги и ресурсы, провести кампанию в средствах массовой информации, чтобы новое поколение американских ученых могло конкурировать с русскими. Статьи того времени пестрели фразами вроде «Иван умеет читать, а Джонни — нет».

Именно это беспокойное время породило «поколение Спутника» — когорту молодых американцев, студентов, которые считали своим долгом стать физиками, химиками или учеными-ракетчиками.

Президент Эйзенхауэр испытывал тогда сильнейшее давление: его убеждали передать контроль над космической программой военным, отобрав его у ни на что не способных гражданских ученых. Тем не менее он сумел настоять на продолжении гражданской программы и создал НАСА — Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (National Aeronautics and Space Administration, NASA). Затем президент Джон Кеннеди, в ответ на орбитальный полет Гагарина, призвал ускорить работы и доставить человека на Луну к концу десятилетия.

Этот призыв буквально наэлектризовал всю страну. К 1966 г. на лунную программу расходовались беспрецедентные средства — 5,5 % федерального бюджета США. Как всегда, руководство НАСА продвигалось вперед с осторожностью. Технологии, необходимые для высадки на Луну, отрабатывались в последовательной серии пусков. Сначала был создан одноместный корабль «Меркьюри» (Mercury), затем двухместный «Джемини» (Gemini) и, наконец, трехместный «Аполлон» (Apollo). В НАСА тщательно прорабатывали каждый шаг, каждый этап космических экспедиций. Сначала астронавты учились покидать безопасное убежище корабля и совершали первые прогулки в открытом космосе. Затем они овладели сложным искусством стыковки своего корабля с другим кораблем. Потом астронавты облетели вокруг Луны, не высаживаясь на ее поверхность. Только после этого руководители программы, наконец, были готовы запустить астронавтов на Луну.

Фон Брауна пригласили помочь в строительстве ракеты «Сатурн-5», которой предстояло стать крупнейшей в истории. Это был поистине шедевр инженерного искусства. Ракета была на 18 м выше статуи Свободы. Она могла поднять на околоземную орбиту 14,5 т полезного груза. А самое главное, она способна была разогнать значительный полезный груз до 11,2 км/с — скорости убегания для Земли.

Естественно, в НАСА ни на минуту не забывали о вероятности фатальной катастрофы. Для выступления президента Ричарда Никсона по телевидению о результатах полета на корабле «Аполлон-11» было подготовлено два варианта речи. В одном он должен был объявить, что предприятие закончилось неудачей, а американские астронавты на Луне погибли. И надо сказать, что этот сценарий едва не реализовался. В последние секунды перед посадкой на Луну в посадочной капсуле сработал компьютерный сигнал тревоги. Нил Армстронг взял управление модулем на себя и вручную мягко посадил его на поверхность Луны. Позже анализ показал, что топлива оставалось всего лишь на 50 с работы двигателя; посадочная капсула вполне могла разбиться.

К счастью, 20 июля 1969 г. президент Никсон произнес вторую из подготовленных для него речей и поздравил астронавтов с успешной посадкой. Даже сегодня «Сатурн-5» остается единственной ракетой, которая когда-либо уносила людей за пределы околоземной орбиты. Как ни удивительно, отработала она безупречно. Из 15 построенных «Сатурнов» 13 были успешно запущены. Всего с декабря 1968 г. по декабрь 1972 г. ракета «Сатурн-5» доставила на Луну либо в окрестности Луны 24 астронавта. Астронавты программы «Аполлон» были вполне заслуженно объявлены героями — ведь они восстановили нашу национальную репутацию.

Русские тоже принимали в лунной гонке активное участие. Однако они столкнулись со множеством трудностей. В 1966 г. умер Сергей Королев, руководивший советской ракетной программой. А ракета «Н-1», которая должна была доставить советских космонавтов на Луну, потерпела четыре неудачных пуска подряд. Но, возможно, решающим фактором здесь стало то, что советская экономика, и без того перегруженная в результате холодной войны, была не в состоянии конкурировать с экономикой США, превосходившей ее по объему более чем вдвое.

Погибшие в космосе

Я помню тот момент, когда Нил Армстронг и Базз Олдрин ступили на поверхность Луны. Тогда, в июле 1969 г., я служил в армии США, проходил подготовку в пехотной части в Форт-Льюисе (штат Вашингтон) и гадал, не отправят ли меня воевать во Вьетнам. Я испытывал волнение, сознавая, что на наших глазах творится история освоения космоса, и думал, что если я погибну на поле боя, то не смогу рассказать об исторической высадке на Луну своим будущим детям.

После последнего запуска ракеты «Сатурн-5» в 1972 г. американская публика начала терять интерес к космическим делам. Общественное сознание захватили другие проблемы. Полным ходом шла война с бедностью, да и Вьетнамская война отнимала все больше и больше денег и жизней. Полеты на Луну казались излишней роскошью в то время, когда американцы голодали где-то по соседству и умирали на другом конце света.

Астрономическая стоимость космической программы США оказалась непосильной ношей. Пришла пора строить планы на постаполлоновскую эпоху. Предложений было несколько. Одно из них объявляло приоритетом запуск в космос непилотируемых ракет: этот процесс должны были возглавить военные, коммерческие и научные группы, которых доставка ценного полезного груза волновала больше, чем героические достижения. Второе предложение делало акцент на отправке в космос людей. Суровая реальность состояла в том, что убедить конгресс и налогоплательщиков дать деньги на полет астронавтов всегда проще, чем на запуск безымянного космического зонда. Как выразился один из конгрессменов, «нет героя, нет и долларов».

Обе группы мечтали о быстром и дешевом выходе в космическое пространство — в противовес дорогостоящим проектам, на подготовку которых уходили годы. Но закончилась дискуссия странным компромиссом, который не понравился никому. Было решено посылать астронавтов в космос вместе с полезным грузом.

Компромиссное решение материализовалась в виде «Спейс шаттла», космического челнока, который начал действовать в 1981 г. Этот корабль стал инженерным чудом, воплотившим все знания и продвинутые технологии, наработанные за несколько десятилетий. Он был способен доставить на орбиту около 27,5 т полезного груза и состыковаться с Международной космической станцией. В отличие от космических модулей «Аполлон», которых после использования топили в океане, космический челнок разрабатывался как частично многоразовый корабль. Он мог доставить на орбиту семерых астронавтов, а затем вернуть их домой, как самолет. И со временем космические путешествия начали казаться рутинным занятием. Американцы привыкли видеть, как астронавты машут им руками во время очередного визита на Международную космическую станцию, которая сама по себе тоже была компромиссным решением, позволившим распределить расходы на множество стран.

Шло время, и у космических челноков выявились проблемы. Первоначально предполагалось, что «Спейс шаттл» позволит экономить средства, однако стоимость полетов стала резко расти: каждый пуск обходился примерно в $1 млрд. Доставка одного килограмма груза «шаттлом» на околоземную орбиту стоила примерно $60 000, что почти вчетверо превышало стоимость доставки другими системами. Компании-заказчики жаловались, что спутники намного дешевле выводить на орбиту обычными ракетами. С другой стороны, «Спейс шаттлы» летали нечасто, между пусками проходил не один месяц. Даже ВВС США были разочарованы и недовольны этими ограничениями; со временем они отказались от некоторых запланированных запусков космического челнока в пользу других вариантов.

У физика Фримена Дайсона из Института перспективных исследований в Принстоне (штат Нью-Джерси) имеется собственное мнение о том, почему космический челнок не оправдал ожиданий. Если обратиться к истории железных дорог, то можно увидеть, что первоначально это был перевозчик всего на свете — от коммерческих грузов до людей. У грузового и пассажирского транспорта были разные приоритеты и проблемы, и со временем они разделились на две отрасли, повысив эффективность перевозок и снизив их стоимость. В случае с космическим челноком такого разделения не произошло — он так и остался точкой конфликта грузовых и пассажирских интересов. В итоге он оказался никому не нужен, особенно с учетом высокой цены и долгого ожидания запуска.

Ситуация еще более ухудшилась после трагедий многоразовых космических кораблей «Челленджер» и «Колумбия», унесших жизни 14 отважных астронавтов. Эти катастрофы сильно ослабили общественную, частную и правительственную поддержку космической программы. Как писали физики Джеймс и Грегори Бенфорды, «конгресс начал рассматривать НАСА в первую очередь как производственную программу, а не как исследовательское агентство». Они отмечали также, что «на космической станции осуществлялось очень немного полезных научных программ… Станция обеспечивала и исследовала временное пребывание, а не жизнь в космосе»[10].

Ветер холодной войны перестал дуть в паруса космической программы, и она быстро потеряла и финансирование, и темп. Когда-то, в золотую пору программы «Аполлон», ходила шутка о том, что люди из НАСА могли явиться в конгресс и произнести всего одно слово: «Россия!» — и конгрессмены тут же вытащили бы чековую книжку и спросили: «Сколько?» Но дни эти давно миновали. Как заметил Айзек Азимов, мы вели в счете, но вдруг собрали вещички и пошли домой.

В 2011 г. события вступили в решающую стадию. Президент Барак Обама одним широким жестом ликвидировал программу «Созвездие» (Constellation), готовившую замену космических челноков, а заодно лунную и марсианскую программы НАСА. Чтобы облегчить налоговую нагрузку на избирателей, он прекратил финансирование этих программ в надежде на то, что эстафету примет частный сектор. 20 000 ветеранов НАСА во Флориде, лучшие умы космической программы, в одночасье оказались не у дел. Величайшим унижением стало то, что американские астронавты, несколько десятилетий шагавшие вровень с русскими космонавтами, теперь вынуждены были летать пассажирами на российских ракетах-носителях. Расцвет исследований космоса, казалось, был позади, дела шли хуже некуда.

Основную проблему можно было выразить одним коротким словом: цена. Доставка 0,5 кг груза на околоземную орбиту стоит более $10 000. Представьте себе, что ваше тело сделано из чистого золота — примерно столько стоило бы доставить вас на орбиту. Доставка полукилограмма груза на Луну вполне может стоить $100 000, а на Марс — уже более $1 млн. Доставка астронавтов на Марс, по оценкам, обойдется в $400–500 млрд.

Я живу в Нью-Йорке. Для меня день, когда по улицам моего города провезли космический челнок, был печальным. Хотя толпы любопытных стояли вдоль всего маршрута и радостно приветствовали «Спейс шаттл», его появление знаменовало конец целой эпохи. Многоразовый космический корабль поставили на вечный прикол на Сорок второй улице. Замены ему на тот момент не было, и это рождало чувство, что мы отказываемся от науки, а значит, и от будущего.

Оглядываясь сегодня на эти мрачные дни, я думаю о том, что произошло в XV в. с великим морским флотом Китая. В те времена китайцы были бесспорными мировыми лидерами в науке и изобретениях. Это они изобрели порох, компас и печатный станок. Никто не смог бы соперничать с их военной мощью и уровнем технического развития. Европу тогда раздирали религиозные войны, она вязла в трясине инквизиции, суеверий и судов над ведьмами, а великие ученые и мечтатели вроде Джордано Бруно или Галилея могли попасть на костер либо под домашний арест, их труды запрещались. Европа в то время заимствовала технологии у других, она не была источником инноваций.

Тогда по приказу китайского императора была предпринята крупнейшая в истории морская экспедиция под руководством адмирала Чжэн Хэ. В ней приняли участие 28 000 моряков на 317 огромных кораблях, каждый из которых был впятеро длиннее кораблей Колумба. В последующие четыре сотни лет мир не увидел ничего даже отдаленно похожего на эту армаду. Не один, а семь раз с 1405 по 1433 г. адмирал Чжэн Хэ плавал по всему известному в те времена китайцам океану, обходил страны Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока и доходил до Восточной Африки. Сохранились древние китайские гравюры на дереве, на которых странных животных, таких как жирафы, которых адмирал привез из своих путешествий, проводят перед императорским двором.

Но, когда император умер, новые правители Поднебесной решили, что им не нужны исследования и открытия. Они даже издали закон, согласно которому житель Китая не имел права владеть лодкой. Огромный флот был частью сожжен, частью оставлен гнить в забвении, а записи о великих плаваниях адмирала Чжэн Хэ засекречены и запрещены. Последующие императоры оборвали всякие контакты Китая с внешним миром. Империя замкнулась в себе, и со временем эта политика привела к катастрофическим результатам — к упадку, полному краху, хаосу, гражданской войне и революции.

Иногда я думаю о том, как легко страна может попасть в ловушку благодушия и самодовольства, успокоиться — и всего через несколько десятилетий рухнуть. Наука — двигатель процветания, и государства, которые поворачиваются спиной к науке и технике, со временем попадают в порочный круг, выхода из которого нет.

Так и космическая программа США закономерно пришла в упадок. Но сегодня политические и экономические обстоятельства меняются. На передний план выходят новые действующие лица, отважных астронавтов сменяют энергичные предприниматели. Двигатели этого возрождения — новые идеи, новая энергия и новое финансирование. Но сможет ли союз частных капиталов и правительственного финансирования замостить для нас путь в небеса?

* * *

Свет, которым рожден мой дух, — это твой свет. Ты — мое солнце, моя луна и все мои звезды.

Эдвард Каммингс

2. Новый золотой век космических путешествий

В отличие от морского флота Китая, упадок которого продолжался несколько столетий, пилотируемая космическая программа США переживает возрождение. Этому способствуют несколько факторов.

Один из них — приток финансовых ресурсов от предпринимателей Кремниевой долины. Редкая комбинация частных средств и государственного финансирования сделала возможным создание нового поколения ракет. В то же время снижение стоимости полетов позволяет реализовать различные космические проекты. Общественная поддержка космических путешествий также возрастает: американцы вновь с удовольствием смотрят голливудские фильмы и документальные телефильмы о космических исследованиях.

И что самое важное, у НАСА наконец вновь имеется цель. 8 октября 2015 г., после многих лет путаницы, неопределенности и нерешительности, объявлено о долгосрочном проекте— отправить астронавтов на Марс. В НАСА составлен примерный список промежуточных задач, и первым пунктом в нем стоит возвращение на Луну. На этот раз, однако, спутник Земли должен стать не конечным пунктом путешествия, а ступенькой к более амбициозной цели — к Марсу. Оставшееся на некоторое время без руля и ветрил космическое агентство внезапно получило маршрут движения. Аналитики приветствовали это решение и сделали вывод: НАСА вновь претендует на лидерство в исследовании космоса.

Так что поговорим для начала о нашей ближайшей небесной соседке — Луне, а затем двинемся дальше в открытый космос.

Возвращение на Луну

Планы НАСА по возвращению на Луну связаны с комплексом, состоящим из тяжелой ракеты-носителя СЛС (SLS) и корабля «Орион». В начале 2010-х гг. президент Обама урезал бюджет космического агентства, и программа «Созвездие» была закрыта. Однако в НАСА сумели сохранить «Орион» и СЛС, тогда существовавшие только в планах. Эти две разработки, изначально предназначавшиеся для разных проектов, стали основой новой системы запуска.

Предполагается, что в середине 2020-х гг. ракета СЛС с кораблем «Орион» совершит пилотируемый облет Луны.

Первое, что замечаешь, взглянув на проект системы СЛС/«Орион»: она совершенно не похожа на своего предшественника — «Спейс шаттл». Зато весьма напоминает ракету «Сатурн-5», которая около 45 лет пребывала в статусе музейного экспоната, но сейчас, в определенном смысле, возрождается под именем СЛС. Даже вид системы СЛС/«Орион» вызывает ощущение дежавю.

Ракета СЛС способна нести 130 т полезного груза. Ее высота — 117 м — также вполне сравнима с высотой «Сатурна-5». Астронавты находятся не в корабле на боку ракеты-носителя, как это было на «Спейс шаттлах», а в капсуле, помещенной на верхушке ракеты-носителя, подобно кораблю «Аполлон» на «Сатурн-5». Система СЛС/«Орион», в отличие от челнока, предназначена для доставки преимущественно астронавтов, а не груза. Кроме того, эта система разработана не просто для выхода на околоземную орбиту — она, как и «Сатурн-5», разработана для достижения второй космической скорости — скорости убегания.

Корабль «Орион» рассчитан на экипаж из 4–6 астронавтов, тогда как его предшественник «Аполлон» на «Сатурне-5» вмещал только троих. И все же внутри нового космического корабля НАСА по-прежнему тесно: диаметр — около 4,88 м, высота — около 3,35 м. Весит «Орион» почти 26 т. (Полеты в космос — дело дорогое, и в астронавты всегда отбирали людей небольшого роста. Рост Юрия Гагарина, к примеру, составлял всего 157 см.)

Зато, в отличие от ракеты «Сатурн-5», которую сконструировали специально для полета на Луну, СЛС сможет доставить нас почти куда угодно — на Луну, на астероиды и даже на Марс.

А еще у нас есть миллиардеры, которым надоел неспешный темп работы бюрократии НАСА и которые хотят отправить астронавтов к Луне и к Марсу весьма быстро. Этих молодых предпринимателей привлекла идея бывшего президента Обамы, который предложил частному капиталу взяться за пилотируемую космическую программу.

Защитники НАСА утверждают, что неторопливость и осторожность космического агентства диктуются соображениями безопасности. По итогам слушаний в конгрессе США, которые состоялись после двух катастроф космического челнока и вызванного этим сильного общественного недовольства, космическая программа едва не была закрыта полностью. Еще одна катастрофа сравнимого масштаба могла бы положить ей конец. Сторонники агентства также напоминают, что в 1990-е гг. руководство НАСА пыталось взять на вооружение девиз «Быстрее, лучше, дешевле». Однако, когда в 1993 г. перед выходом на околомарсианскую орбиту из-за трещины в топливной системе была потеряна автоматическая межпланетная станция Mars Observer, многие считали, что НАСА, возможно, поспешило с запуском. После этого лозунг «Быстрее, лучше, дешевле» был благополучно забыт.

Так что приходится искать тонкое равновесие между горячими головами, которые стремятся к ускорению темпов, и бюрократами, которых больше всего заботит безопасность и цена неудачи.

Тем не менее дело борьбы за скоростные методы в реализации космической программы возглавили два миллиардера: Джефф Безос, основатель компании Amazon и владелец газеты The Washington Post, и Илон Маск, основатель PayPal, Tesla и SpaceX.

Пресса уже окрестила этот процесс «битвой миллиардеров».

И Безос, и Маск хотели бы вывести человечество в космические просторы. Если Маск думает о дальней перспективе и нацеливается на Марс, то Безос выбрал себе более близкую во времени цель — полет на Луну.

К Луне

Люди отовсюду съехались во Флориду, надеясь хотя бы одним глазком увидеть первую капсулу, которая должна доставить людей на Луну. Лунная капсула унесет трех астронавтов в путешествие, равного которому не было в истории человечества, — на встречу с другим небесным телом. Путь к Луне займет около трех суток, и астронавты на себе испытают то, с чем человек прежде не сталкивался и чего никогда не ощущал, например невесомость. После героического путешествия корабль благополучно приводнится в Тихий океан, а его пассажиры прославятся как герои, открывающие новую главу мировой истории.

Все расчеты по полету делались с использованием Ньютоновых законов движения, что гарантировало точное следование по маршруту. Но есть одна проблема. Все это описано Жюлем Верном в его пророческом романе «С Земли на Луну», опубликованном в 1865 г., сразу после окончания Гражданской войны в США. Правда, организаторами лунного запуска в нем были не ученые НАСА, а члены Балтиморского Пушечного клуба.

Поистине замечательно, что Жюль Верн, писавший свой роман более чем за 100 лет до первой высадки на Луну, сумел предсказать так много черт реального лунного проекта. Он верно описал размеры капсулы, место старта и метод приземления при возвращении с Луны.

Единственным серьезным недостатком описанного им проекта было то, что для отправки астронавтов на Луну использовалась гигантская пушка. Внезапное ускорение при выстреле примерно в 20 000 раз превышало бы силу земного тяготения и, конечно, убило бы всех, кто находился внутри корабля. Однако в те времена, до появления ракет на жидком топливе, Верн просто не мог как-то иначе представить себе это путешествие.

Писатель также постулировал, что астронавты потеряют вес, но лишь в одной точке — ровно в середине пути между Луной и Землей. Он не догадался, что астронавты должны находиться в состоянии невесомости все время полета. (Даже сегодня комментаторы иногда делают ошибку, говоря, что невесомость объясняется отсутствием в космосе гравитации. На самом деле гравитации в космосе сколько угодно — по крайней мере, ее вполне хватает, чтобы заставить планеты-гиганты вроде Юпитера обращаться вокруг Солнца. Ощущение невесомости вызвано тем, что все вокруг падает с одинаковой скоростью. Поэтому астронавт внутри космического корабля будет падать ровно с той же скоростью, что и его корабль, и ему будет казаться, что тяготение просто выключили.)

Сегодня топливом новой космической гонки становятся не личные состояния членов балтиморского Пушечного клуба, а чековые книжки магнатов, таких как Джефф Безос. Не дожидаясь, пока НАСА позволит ему построить ракеты и стартовый комплекс за доллары налогоплательщиков, он основал собственную компанию Blue Origin и строит все сам, на собственные карманные деньги.

Этап планирования этот проект уже прошел. Компания Blue Origin изготовила собственную ракетную систему, получившую название «Нью Шепард» (New Shepard, в честь Алана Шепарда — первого американца, поднявшегося в космос на суборбитальной ракете). Мало того, ракета «Нью Шепард» стала первой суборбитальной ракетой в мире, успешно приземлившейся на собственную стартовую площадку (опередив в этом «Фалкон» Илона Маска — первую допускающую повторное использование ракету, которая доставила полезный груз на орбиту Земли).

«Нью Шепард» Безоса — ракета всего лишь суборбитальная. Это означает, что она не может разогнаться до 8000 м/с и выйти на околоземную орбиту. Она не понесет нас к Луне, но, возможно, станет первой американской ракетой, которая вполне буднично предложит обычным туристам заглянуть в космос. Не так давно компания Blue Origin выпустила видео о том, как будет выглядеть путешествие на их ракете; когда его смотришь, кажется, что находишься в каюте первого класса шикарного круизного лайнера. Входя в космическую капсулу, сразу же поражаешься ее просторности. В отличие от тесных помещений, которые часто видишь в научно-фантастических фильмах, места вполне достаточно для вас и пятерых других туристов. Вас усаживают в роскошные кресла с откидными спинками и пристегивают. Вы можете смотреть в большие окна размером приблизительно 75×100 см. «У нас каждое место — у окна, а окна наши самые большие, какие когда-либо бывали в космосе», — утверждает Безос. Космические путешествия никогда не были столь роскошными.

Поскольку предстоит путешествие в открытый космос, необходимо принять некоторые меры предосторожности. За два дня до назначенной даты вы прилетаете в Ван-Хорн в Техасе, где расположен стартовый комплекс Blue Origin. Там вы знакомитесь со своими попутчиками и выслушиваете короткие обращения членов экипажа. Поскольку полет полностью автоматизирован, обслуживающий персонал с туристами не летит.

Ваш инструктор объясняет, что все путешествие займет 11 минут. За это время вы взмоете вертикально вверх на высоту 100 км, достигнув условной границы между атмосферой и открытым космосом. Небо за окнами сменит цвет на темно-фиолетовый, затем станет чернильно-черным. Когда капсула поднимется в открытый космос, вы сможете отстегнуться от кресла и испытаете четыре минуты невесомости. В это время вы сможете плавать в воздухе, освободившись от сдерживающих пут земного притяжения.

Некоторые люди, попадая в невесомость, испытывают тошноту и рвоту, но это не создаст никому проблем, утверждает инструктор, ввиду скоротечности полета.

(Для тренировки астронавтов НАСА использует «рвотную комету» — самолет KC-135, способный имитировать невесомость. Он круто набирает высоту, затем внезапно отключает двигатели, и астронавты в течение примерно 30 с находятся в состоянии свободного падения. Когда двигатели включаются, астронавты падают на пол. В ходе тренировок этот процесс может повторяться на протяжении нескольких часов.)

В конце путешествия капсула «Нью Шепард» выпускает парашюты, а затем мягко приземляется, включив собственные ракетные двигатели. Плюхаться в океан уже не нужно. И, в отличие от «Спейс шаттлов», у этого корабля имеется система спасения, так что, если во время старта произойдет что-то непредвиденное, экипаж катапультируется. (На «Челленджере» не было системы катапультирования, и семеро астронавтов во время неудачного запуска погибли.)

Компания Blue Origin не объявляла еще цен на свое суборбитальное путешествие, но аналитики считают, что первое время билет мог бы стоить $200 000. Именно такова цена путешествия на конкурирующей суборбитальной ракете, которую разрабатывает Ричард Брэнсон — еще один миллиардер, оставивший свой след в анналах космических исследований. Брэнсон — основатель компаний Virgin Atlantic Airways и Virgin Galactic — финансирует работу аэрокосмического инженера Берта Рутана. В 2004 г. корабль Рутана SpaceShipOne попал в заголовки мировых СМИ, когда выиграл Ansari X Prize и получил оговоренный приз в $10 млн. SpaceShipOne сумел подняться до границы атмосферы (около 112,5 км) над поверхностью Земли. И хотя SpaceShipTwo в 2014 г. потерпел катастрофу во время полета над пустыней Мохаве, Брэнсон планирует продолжать испытания ракеты и сделать космический туризм реальностью. Время покажет, какая из этих ракетных систем добьется коммерческого успеха, однако ясно, что космический туризм уже здесь и никуда теперь не денется.

Безос готовит еще одну ракету, которая будет отправлять людей на орбиту Земли и, возможно, окажется более полезной с практической точки зрения. Это ракета «Нью Гленн» (New Glenn, названная в честь астронавта Джона Гленна — первого американского астронавта, облетевшего земной шар). Ракета будет иметь до трех ступеней, высота ее составит 95 м, а тяга, которую она будет создавать, достигнет 1700 т. Хотя «Нью Гленн» еще только проектируется, Безос, судя по его намекам, готовит еще более продвинутую ракету, которую собирается назвать «Нью Армстронг» (New Armstrong); не исключено, что она покинет орбиту Земли и доберется до Луны.

Еще ребенком Безос мечтал отправиться в дальний космос с экипажем корабля Enterprise из «Звездного пути». Он принимал участие в ролевых играх по сюжету телесериала и брал на себя роли Спока, капитана Кирка и даже компьютера. К окончанию школы, когда большинство подростков мечтают купить первую машину или произвести фурор на выпускном вечере, Безос составил себе план-мечту на следующее столетие. Он говорит, что хотел строить космические гостиницы, парки развлечений, яхты и колонии для двух-трех миллионов человек, живущих и работающих на околоземной орбите.

«Главная идея — сохранить Землю… Цель — получить возможность эвакуировать людей. Планета должна стать парком», — писал Безос[11]. По его мнению, загрязняющее земную среду промышленное производство можно было бы, в принципе, перенести в космос.

Подкрепляя слова делами, как и надлежит взрослому ответственному человеку, Безос основал компанию Blue Origin, чтобы строить ракеты будущего. Название его ракетной компании отсылает к нашей планете, которая из космоса выглядит как яркий голубой шар. Цель компании — «начать космические путешествия для частных клиентов. Концепция предельно проста, — говорит Безос. — Мы хотим видеть миллионы людей, живущих и работающих в космосе. Скорее всего, реализация нашей цели займет длительное время, но мне кажется, что это достойная цель».

В 2017 г. Безос объявил, что в ближайших планах Blue Origin — организация системы доставки грузов на Луну. Он представляет себе масштабную организацию, которая, в точности как Amazon, одним нажатием кнопки рассылающая товары в разные концы света, могла бы доставлять технику, строительные материалы и все необходимое на Луну. И тогда Луна станет уже не одиноким форпостом землян в космосе, а оживленным промышленным и торговым центром с постоянными обитаемыми базами и налаженным производством.

В большинстве случаев отвлеченные разговоры о городах на Луне можно смело отбрасывать как бредни чудака. Но, когда эти идеи исходят от одного из богатейших людей на Земле, имеющего возможность влиять и на президента, и на конгресс, и на редакторов The Washington Post, их стоит воспринимать серьезно.

Постоянная лунная база

Чтобы найти инвесторов для этих амбициозных проектов, астрономы изучают технические и экономические аспекты добычи полезных ископаемых на Луне. Пока выявлены по крайней мере три ресурса, которые потенциально могут быть интересны.

В 1990-е гг. ученые были впечатлены неожиданным открытием: оказалось, что на Южном полюсе Луны имеется лед в больших количествах[12]. Там, в тени высоких горных цепей и кратеров, стоит вечная тьма и температура не поднимается выше точки замерзания. Происхождение этого льда связано, вероятно, с попаданием в Луну комет в ранний период существования Солнечной системы. Кометы состоят в основном изо льда, пыли и камня, так что любая комета, столкнувшаяся с Луной в одном из затененных мест, должна была оставить после себя залежи воды и льда. Воду, в свою очередь, можно превратить в кислород и водород (которые, так уж совпало, являются основными компонентами ракетного топлива). Это обстоятельство могло бы сделать Луну космической заправочной станцией. Кроме того, воду можно очистить и использовать для питья или для создания небольших сельскохозяйственных ферм.

Между прочим, группа предпринимателей из Кремниевой долины создала компанию Moon Express, цель которой — начать процесс разработки лунного льда. Это первая компания, получившая от правительства разрешение на подобную коммерческую деятельность. Правда, предварительная задача Moon Express выглядит скромнее. Компания начнет с того, что доставит на Луну беспилотный вездеход, который займется систематическим поиском залежей льда. Moon Express уже собрала достаточно денег частных инвесторов для выполнения этой задачи. А если с финансированием все хорошо, значит, процесс пошел.

Ученые изучили лунный грунт, доставленный астронавтами в ходе программы «Аполлон», и считают, что на спутнике Земли, возможно, имеются и другие экономически значимые элементы. Для электронной промышленности необходимы редкоземельные элементы, но на Земле их запасы находятся в основном в Китае. Притом что Китаю принадлежит около 30 % всех мировых запасов, там производят до 97 % всего их количества, которое поступает на рынок. Несколько лет назад чуть не вспыхнула международная торговая война, когда китайские поставщики вдруг подняли цены и мир внезапно осознал, что Китай обладает чуть ли не монополией на этот ресурс. Согласно оценкам, в ближайшие десятилетия запасы начнут истощаться и перед нами встанет насущная задача поиска альтернативных источников. Редкоземельные элементы обнаружены в лунных породах, так что, возможно, когда-нибудь добывать их на Луне станет выгодно. Еще один важный элемент для электронной промышленности — платина: доказано наличие на Луне платиноподобных минералов, принесенных туда, возможно, древними астероидами.

Наконец, существует возможность найти на Луне гелий-3, который очень пригодился бы нам в термоядерных реакторах. Когда атомы водорода объединяются при чрезвычайно высоких температурах, ядра водорода сливаются, образуя ядра гелия и выделяя большое количество энергии и тепла. Однако этот процесс порождает также огромное количество нейтронов, которые представляют опасность. Преимущество процесса синтеза с участием гелия-3 заключается в том, что в нем вместо нейтронов высвобождается дополнительный протон, с которым проще иметь дело и который отклоняется электромагнитными полями. Реакторы термоядерного синтеза все еще находятся исключительно на экспериментальной стадии, и до сих пор на Земле не работает ни один такой реактор. Но если их разработка будет успешно завершена, то в будущем можно было бы добывать на Луне гелий-3 и снабжать этим топливом термоядерные реакторы.

В связи с этим возникает тонкий вопрос: а законно ли добывать на Луне полезные ископаемые? Можно ли там хотя бы застолбить участок?

В 1967 г. Соединенные Штаты, Советский Союз и многие другие страны подписали Договор о космосе, который запрещал отдельным государствам объявлять своими небесные тела, такие как Луна. Он запрещал доставлять ядерное оружие на орбиту Земли, размещать его на Луне и где угодно еще в космосе. Испытание таких вооружений также было запрещено. Договор о космосе — первый и единственный в своем роде — действует по сей день.

Однако в этом договоре ничего не говорится о частном владении территориями или об использовании Луны в коммерческих целях — вероятно, потому, что его авторы не предполагали, что частные лица когда-либо смогут достичь Луны. Однако уже скоро с этими вопросами так или иначе придется разбираться, особенно теперь, когда стоимость космических путешествий падает, а миллиардеры хотят коммерциализировать космос.

Китайцы объявили, что к 2025 г. доставят своих астронавтов на Луну[13]. Если они просто воткнут в лунный грунт свой национальный флаг, это будет по большей части символический жест. Но что произойдет, если некий частный предприниматель, добравшись до Луны на собственном частном космическом корабле, застолбит там участок?

Когда эти технические и политические вопросы будут решены, перед нами встанет новый вопрос: какой будет реальная жизнь на Луне?

Жизнь на Луне

Во времена первой лунной программы американские астронавты оставались на Луне очень недолго, как правило, несколько дней. Чтобы создать первые населенные форпосты, астронавтам будущего придется находиться на спутнике Земли продолжительное время. Им потребуется приспосабливаться к лунным условиям, которые, как вы понимаете, сильно отличаются от земных.

Одним из факторов, ограничивающих время пребывания астронавтов на Луне, является доступность пищи, воды и воздуха[14]. Припасов, которые они смогут привезти с Земли, хватит в лучшем случае на несколько недель. Вначале все это придется доставлять на Луну кораблями с Земли. Для снабжения станции автоматические лунные зонды с Земли придется отправлять каждые несколько недель. Эти поставки станут для астронавтов своеобразной линией жизни, и любой инцидент с их участием будет порождать чрезвычайную ситуацию. Когда лунная база, хотя бы временная, будет построена, одной из первых задач для астронавтов станет налаживание производства кислорода для дыхания и для выращивания урожая. Существует множество химических реакций, в ходе которых выделяется кислород, а присутствие воды гарантирует, что у них всегда будет некоторый запас. Эту же воду можно будет использовать в гидропонных огородах.

К счастью, связь с Землей не будет представлять особой проблемы, поскольку радиосигналу с Луны требуется чуть больше секунды, чтобы преодолеть расстояние до Земли. Если не обращать внимания на небольшую задержку, то астронавты смогут пользоваться своими сотовыми телефонами и интернетом ровно так же, как они это делают на Земле. Так что они смогут поддерживать постоянный контакт с близкими и получать последние новости.

Первоначально астронавтам придется жить в своей космической капсуле. Выйдя наружу, они первым делом должны будут установить большие солнечные панели, чтобы собирать энергию. Поскольку один лунный день примерно соответствует земному месяцу, в любом месте на Луне две недели непрерывно светит Солнце, а затем на две недели опускается тьма. Поэтому потребуются большие комплексы аккумуляторов, в которых можно будет запасать электроэнергию, собранную на протяжении двухнедельного «дня», чтобы затем использовать ее в течение долгой «ночи».

Оказавшись на Луне, астронавты, возможно, захотят добраться до ее полюсов, и тому есть несколько причин. В полярных регионах спутника высятся горные пики и никогда не заходит Солнце. Расположив там солнечные фермы с тысячами солнечных панелей, можно обеспечить надежное и бесперебойное снабжение лунной колонии энергией. Возможно, астронавты сумеют также использовать залежи льда в тени крупных горных цепей и кратеров на полюсах. По оценкам, запасы льда в северной полярной области Луны составляют 600 млн т и представляют собой слой в несколько метров толщиной. Как только удастся наладить его добычу, значительную часть льда можно будет собрать и очистить для пищевых целей, а также в качестве источника кислорода. Можно также использовать лунный грунт — реголит, в котором содержится на удивление много кислорода. Если быть более точным, то на каждую тонну реголита приходится около 100 кг кислорода.

На Луне астронавтам придется приспособиться к низкой гравитации. По теории всемирного тяготения Ньютона, сила тяготения на планете пропорциональна ее массе, так что на Луне сила тяготения вшестеро меньше, чем на Земле.

Это означает, что передвигать тяжелую технику на Луне будет намного проще, чем на Земле. И скорость убегания для Луны намного ниже, так что ракеты смогут и садиться на Луну, и взлетать с нее без особого труда. В будущем весьма вероятно возникновение оживленного лунного космического порта.

Но нашим астронавтам придется заново разучивать простые движения и заново, к примеру, учиться ходить. Астронавты «Аполлона» на собственном опыте убедились, что ходьба по Луне — непростое занятие и без привычки получается плохо. Они выяснили, что из-за низкого тяготения самый быстрый способ передвижения на Луне — прыжки, и контролировать свое передвижение при этом заметно проще.

Еще один фактор, с которым придется считаться, — это радиация. Для экспедиций длительностью в несколько суток она не представляет серьезной проблемы. Но если астронавты будут жить на Луне месяцами, то суммарная накопленная доза радиации сможет заметно повысить для них риск заболевания раком. (Простые медицинские проблемы на Луне легко могут обернуться смертельно опасными ситуациями. Всем астронавтам придется учиться оказанию первой помощи, а некоторые из них, вероятно, будут дипломированными врачами. Если у астронавта на Луне случится, к примеру, сердечный приступ или приступ аппендицита, врач, скорее всего, организует телеконференцию со специалистами на Земле и те, возможно, дистанционно проведут хирургическую операцию. Вероятно, для различных микрохирургических операций можно будет использовать роботов, управлять которыми станут квалифицированные специалисты на Земле.) Астронавтам понадобятся ежедневные «прогнозы погоды» от астрономов, отслеживающих солнечную активность. Вместо гроз и ураганов в этих прогнозах будут содержаться предупреждения о мощных солнечных вспышках, посылающих в пространство выбросы радиации. Если на Солнце произойдет гигантский выброс, астронавты получат команду спрятаться в убежище. После такого предупреждения у них будет несколько часов, прежде чем на базу обрушится смертельный дождь заряженных элементарных частиц.

Один из способов защититься от радиации на Луне — вырыть подземную базу в одной из лунных лавовых трубок. Среди этих остатков древних вулканов встречаются огромные — до 300 м в поперечнике; они способны обеспечить достаточную защиту от радиации со стороны Солнца и открытого космоса.

Когда астронавты возведут временное убежище, с Земли придется переправить на Луну большое количество техники и материалов, чтобы начать строительство постоянной базы. Возможно, этот процесс можно будет ускорить, если доставлять на Луну готовые сборные или надувные секции. (В фильме Стэнли Кубрика «2001 год: Космическая одиссея» астронавты живут на громадных подземных лунных базах, оборудованных посадочными площадками для ракет и служащих штаб-квартирой для координации горнорудных операций на Луне. Возможно, первая наша лунная штаб-квартира будет не настолько совершенной, но и вариант, показанный в фильме, вполне может быть реализован через некоторое время.)

При строительстве таких подземных баз неизбежно потребуются мощности для производства и ремонта запчастей машин. Хотя сами машины, бульдозеры, краны и другую технику придется доставлять с Земли, часть деталей можно производить на месте на 3D-принтерах.

В идеале на Луне следовало бы организовать мастерские по обработке металла. Домну там построить невозможно, поскольку нет воздуха для ее работы. Однако эксперименты показывают, что лунный реголит можно разогревать при помощи микроволн, плавить и спекать в твердые, как камень, керамические кирпичи, которые могут стать основным строительным материалом для лунной базы. В принципе, всю инфраструктуру можно строить из реголита, который будет прямо под ногами.

Лунный отдых и развлечения

Наконец, астронавтам понадобятся развлечения — способ «выпустить пар» и расслабиться. Когда в 1971 г. на поверхность спутника сел «Аполлон-14», служащие НАСА не знали, что Алан Шепард втайне пронес на борт космического корабля клюшку для гольфа. Все очень удивились, когда он вытащил свою клюшку и отправил мячик метров на 200 по лунной поверхности. Это был первый и пока единственный раз, когда человек занимался спортом на поверхности другого небесного тела. (Копия этой клюшки сейчас хранится в Национальном музее авиации и космонавтики Смитсоновского института в Вашингтоне.) Спорт на Луне станет, вероятно, занятием специфическим из-за отсутствия воздуха и низкой гравитации. И все же это будет арена для новых замечательных достижений.

В ходе экспедиций «Аполлон-15, 16 и 17» астронавты ездили по пыльной поверхности спутника Земли на лунных вездеходах, «накатывая» от 27 до 50 км. Это были не просто важные научные экспедиции, но и увлекательные приключения: астронавты осматривали величественные кратеры и горные цепи и понимали, что они первыми в истории человечества видят эти поразительные панорамы. В будущем езда на вездеходах-багги не только поможет исследовать поверхность Луны, устанавливать солнечные панели и сооружать первую станцию, но и станет, вероятно, одним из любимых видов отдыха. И вероятно, когда-нибудь на Луне пройдут первые гонки.

Когда люди откроют для себя чудеса лунного ландшафта, туризм и исследование окрестностей также могут стать популярным видом отдыха. При пониженной лунной гравитации пешеходы сумеют, не уставая, проходить большие расстояния. Скалолазы смогут почти без усилий спускаться по веревкам с крутых горных склонов. С верхушек кратеров и горных цепей они увидят невероятные панорамы лунного ландшафта, не тронутые буквально в течение миллиардов лет. Спелеологи будут счастливы провести подробную разведку сети гигантских лавовых трубок, пронизывающих Луну во всех направлениях. На Земле пещеры образованы в основном подземными реками. На Луне нет заметных скоплений жидкой воды, и лунные пещеры, в отличие от земных, проделаны в горных породах жидкими лавовыми потоками. Они должны выглядеть совершенно иначе, чем те полости, которые мы знаем на Земле.

Откуда взялась Луна?

Когда будут успешно налажены добыча и использование ресурсов, обнаруженных на поверхности Луны, мы неизбежно устремим свой взгляд к богатствам, скрывающимся под этой поверхностью. Их открытие изменит экономический ландшафт, как изменило его случайное и неожиданное открытие на Земле нефти. Но что представляют собой недра Луны? Чтобы ответить на этот вопрос, придется задуматься над тем, откуда она вообще взялась.

Над происхождением спутника нашей планеты человечество ломает голову уже не одну тысячу лет. Поскольку Луна — королева ночи, ее часто связывали с тьмой или безумием. С Луной же связано и слово «лунатик».

Древних моряков поражала и завораживала связь между Луной, приливами и Солнцем. Еще в незапамятные времена люди поняли, что между этими тремя явлениями существует тесная корреляция.

Древние обратили внимание и на другой любопытный факт: всегда и везде мы видим лишь одну сторону Луны. Припомните случаи, когда вам приходилось внимательно вглядываться в Луну, и поймете, что вы всегда видели одну и ту же картину.

Детали этой головоломки сложил в понятную картину Исаак Ньютон. Он рассчитал, что приливы вызываются гравитационным действием Луны и Солнца на земные океаны. Согласно его теории, Земля тоже вызывает на Луне приливные эффекты, но, поскольку Луна каменная и океанов на ней нет, Земля ее, по существу, просто сдавливает, и эта сдавливающая сила создает на ней небольшое вздутие. Когда-то Луна кувыркалась, обращаясь по орбите вокруг Земли. Однако постепенно эти кувырки замедлились, и в конечном итоге вращение Луны оказалось замкнуто на Землю, так что теперь на нас смотрит всегда одна и та же сторона нашего спутника. Это явление называется приливным захватом и наблюдается всюду в Солнечной системе, в том числе у лун Юпитера и Сатурна.

Воспользовавшись законами Ньютона, можно определить также, что в результате действия приливных сил Луна медленно по спирали удаляется от Земли. Радиус ее орбиты каждый год увеличивается примерно на 4 см. Это можно измерить при помощи лазерного луча: луч направляют на Луну (астронавты во время экспедиции оставили там зеркала, которые помогают проводить подобные эксперименты), принимают его отражение, а затем рассчитывают, сколько времени потребовалось лучу, чтобы отразиться от Луны и вернуться обратно. Путешествие света туда и обратно длится всего около 2 с, но этот интервал постепенно увеличивается. Если Луна уходит от нас по спирали, то мы можем, прокрутив видеозапись задом наперед, оценить ее прошлую орбиту.

Приблизительный расчет показывает, что Луна отделилась от Земли несколько миллиардов лет назад. А современные данные указывают, что 4,5 млрд лет назад, вскоре после того как Земля была сформирована, произошло катастрофическое столкновение Земли с крупным планетоидом. Этот планетоид — мы называем его Тейя — по размеру примерно соответствовал Марсу. Компьютерные модели позволили нам взглянуть на происходившие тогда драматические события. Взрыв выбил из Земли громадный кусок и вытолкнул его в космос. Но, поскольку столкновение произошло скорее по касательной, нежели лоб в лоб, оно почти не затронуло внутреннее железное ядро Земли. В результате Луна, хотя и содержит железо в некоторых количествах, не обладает существенным магнитным полем, так как не имеет расплавленного железного ядра.

После столкновения из нашей планеты, как из огромного пирога, был вырезан целый кусок. Но под воздействием стягивающей природы гравитации со временем Луна и Земля вновь приняли форму шара.

Астронавты доставили на Землю наглядные свидетельства в пользу теории столкновения — 382 кг лунного грунта. При этом обнаружилось, что Луна и Земля состоят из почти одинакового набора химических элементов, включая кремний, кислород и железо. А вот анализ случайных камней из пояса астероидов показывает, что их состав сильно отличается от состава земных пород.

Мне приходилось видеть лунный грунт в студенческие годы в Радиационной лаборатории в Беркли. Рассматривая его под мощным микроскопом, я был глубоко впечатлен. Там были видны крохотные кратеры, вызванные ударами микрометеоритов, которые столкнулись с Луной миллионы лет назад. Приглядевшись внимательнее, я увидел внутри этих кратеров еще более мелкие кратеры. И еще более мелкие кратеры внутри тех кратеров. Такая цепочка кратеров внутри кратеров невозможна в земных камнях, поскольку микрометеориты успевают испариться в атмосфере и не достигают поверхности Земли. Но лунную поверхность они бомбардируют непрерывно, ведь на Луне атмосферы нет. (Это означает также, что для астронавтов на Луне микрометеориты могут стать серьезной проблемой.)

Поскольку горные породы Луны так близки по составу к породам Земли, может оказаться, что добывать что-либо из глубин Луны имеет смысл только в том случае, если вы задумали строить на Луне города. Если Луна может предложить нам только то, что есть и на Земле, то доставлять полезные ископаемые на Землю, вероятно, будет слишком дорого. Но лунные материалы могут очень пригодиться нам на месте для создания лунной инфраструктуры — строительства зданий, дорог и скоростных трасс.

Прогулки по Луне

Что произойдет, если астронавт снимет скафандр на поверхности Луны? Без воздуха там останется только задохнуться, но есть и еще одно, даже более пугающее, обстоятельство: кровь в жилах при этом закипит.

На Земле на уровне моря вода кипит при 100 градусах по Цельсию. С понижением атмосферного давления температура кипения воды снижается. Когда я был маленьким, мне однажды очень наглядно продемонстрировали действие этого принципа. Мы тогда устроили пикник в горах и жарили яйца на сковороде на костре. Яйца плавали в масле, вовсю шипели и выглядели очень аппетитно. Но, когда я их попробовал, меня чуть не стошнило. На вкус они были ужасны. Тогда мне объяснили, что с подъемом в горы атмосферное давление начинает падать и температура кипения воды понижается. Поэтому яйца, хотя активно кипели и с виду казались поджаренными, так до конца и не приготовились. Шипящее на сковороде яйцо было, в общем-то, не слишком горячим.

Еще раз мне пришлось столкнуться с этим явлением примерно в те же годы. Когда мы встречали Рождество, из коробки извлекалась старомодная рождественская гирлянда, в которой над каждой электрической лампочкой располагались тонкие запаянные трубочки с водой. При включении окрашенная в разные цвета вода в них начинала кипеть. Это было великолепное зрелище! Однажды я схватил трубочку с кипящей водой — и испугался, представив себе, что сейчас обожгусь, как о кипящий чайник. На самом же деле я почти ничего не почувствовал. Только много лет спустя я понял, что тогда произошло. В запаянной трубочке был частичный вакуум, и температура закипания воды в ней снизилась настолько, что даже слабого нагрева от крохотной электрической лампочки было достаточно, чтобы заставить воду кипеть, но она при этом вовсе не была горячей.

Астронавты столкнутся на поверхности Луны с этими же физическими законами, если когда-нибудь в скафандре одного из них возникнет течь. По мере того как воздух будет покидать скафандр, давление внутри него будет падать — а с ним и точка кипения воды. В конечном итоге кровь в теле астронавта начнет кипеть.

Сидя в кресле здесь, на Земле, мы забываем об атмосферном давлении, о том, что каждый квадратный сантиметр нашей кожи постоянно испытывает давление, равное примерно килограмму силы, поскольку над нами располагается высоченная колонна воздуха. Почему же это давление не раздавит нас в лепешку? Потому что навстречу ему, изнутри нашего тела, давит тот же килограмм силы. Все находится в равновесии. Но если отправиться на Луну, то килограмм воздуха, которым давит на каждый квадратный сантиметр поверхности атмосфера, исчезнет. И останется только тот килограмм силы, что давит изнутри.

Иными словами, человек, снявший скафандр на Луне, испытает, вероятно, весьма неприятные ощущения. Лучше не снимать.

Как могла бы выглядеть постоянная лунная база? К сожалению, специалисты НАСА еще не опубликовали никаких официальных чертежей. Нам остается ориентироваться только на воображение писателей-фантастов и голливудских сценаристов. Но, когда лунная база будет построена, мы попытаемся перевести ее на самообеспечение. Это сразу многократно снизит затраты на поддержание базы, но потребует создания серьезной инфраструктуры: нам понадобятся строительные комбинаты для производства домов, большие теплицы для выращивания растений, химические заводы для получения кислорода и громадные солнечные батареи для выработки энергии. Для оплаты всего этого потребуется собственный источник дохода. А поскольку Луна состоит в основном из того же материала, что и наша планета, нам, возможно, придется искать источник, который обеспечил бы постоянный приток средств, еще дальше от Земли. Вот почему предприниматели Кремниевой долины уже давно с интересом посматривают на астероиды. Астероидов в пространстве миллионы, и они вполне могут оказаться вместилищем несказанных богатств.

* * *

Посредством астероидов-убийц природа задает нам вопрос: «Как там продвигается космическая программа?»

Аноним

3. Полезные ископаемые в небесах

Томас Джефферсон был глубоко обеспокоен.

Он только что подписал документ о передаче $15 млн — воистину кругленькая сумма по меркам 1803 г. — Наполеону и тем самым принял самое противоречивое и дорогостоящее решение за всю свою деятельность на посту президента. Он удвоил территорию Соединенных Штатов. Страна теперь простиралась до самых Скалистых гор. Покупка Луизианы должна была войти в историю как один из главных успехов — или неудач — его президентства.

Глядя на карту, где простирались огромные неисследованные территории, Джефферсон думал о том, не придется ли ему потом пожалеть о принятом решении.

Позже он отправит Мериуэзера Льюиса и Уильяма Кларка в экспедицию — исследовать свою покупку. Что скрывается за белым пятном на карте — девственный природный рай, ожидающий колонистов, или безжизненная пустыня?

В глубине души он понимал, что в любом случае на заселение такой огромной территории может потребоваться еще тысяча лет.

Однако через несколько десятков лет произошло событие, полностью все изменившее. В 1848 г. возле лесопилки Саттера в Калифорнии обнаружили золото. Эта новость произвела эффект разорвавшейся бомбы. Более 300 000 человек устремились в эти дикие места в поисках богатств. В бухте Сан-Франциско начали швартоваться корабли со всего света. Экономика росла взрывными темпами. На следующий год Калифорния подала заявку на статус штата.

Вслед за золотоискателями пришли фермеры, скотоводы и предприниматели. В западной части страны зародились первые великие города. В 1869 г. в Калифорнию протянули железную дорогу, связавшую штат с остальной территорией Соединенных Штатов. Железная дорога обеспечила инфраструктуру для торговли и перевозок, что привело к стремительному росту населения региона. Напутствие «Езжай на Запад, парень» стало настоящей мантрой XIX столетия. Золотая лихорадка, при всех своих минусах и издержках, помогла открыть Американский Запад для заселения и дала толчок его стремительному развитию.

Сегодня некоторые всерьез задумываются о том, не породит ли добыча ископаемых в поясе астероидов новую, на этот раз космическую, золотую лихорадку. Частные предприниматели уже проявляют интерес к исследованию этого региона и его несказанных богатств, а НАСА финансирует сразу несколько проектов, целью которых является доставка астероида к Земле.

Может ли так случиться, что нас ждет новая великая экспансия — на этот раз в пояс астероидов? А если так, то каким образом мы могли бы встроить эту новую космическую экономику в уже существующую? Можно представить себе потенциальную аналогию между цепочкой сельскохозяйственного снабжения с участием Дикого Запада в XIX в. и будущей цепочкой снабжения астероидов. В позапрошлом столетии группы ковбоев перегоняли скот с ранчо на юго-западе страны почти на тысячу миль к таким городам, как Чикаго. Там скот забивали, а мясо отправляли поездами дальше на восток, чтобы удовлетворить потребности населения городов. Точно так же, как давние маршруты перегонки скота связывали юго-запад страны с северо-востоком, возможно, могла бы сложиться экономика, связывающая пояс астероидов с Луной и Землей. Луна при этом стала бы чем-то вроде Чикаго будущих времен — там ценные минералы, добытые в поясе астероидов, перерабатывались бы и отправлялись дальше, на Землю.

Происхождение пояса астероидов

Прежде чем погрузиться в подробности добычи полезных ископаемых на астероидах, было бы полезно прояснить несколько понятий, которые часто путают между собой: это метеор, метеорит, астероид и комета. Метеор — это яркий след межпланетной песчинки, сгорающей в атмосфере. Хвосты метеоров, указывающие направление, откуда эти камни прилетают, возникают из-за трения о воздух. В ясную ночь метеоры можно видеть с интервалом в несколько минут, для этого достаточно просто смотреть на небо.

Камень, который пролетает атмосферу и падает на Землю, называется метеоритом.

Астероиды — это каменный и железный мусор Солнечной системы. В большинстве своем они располагаются в поясе астероидов и представляют собой остатки несформировавшейся планеты между Марсом и Юпитером. Если сложить массы всех известных астероидов, то в сумме они составят всего 4 % от массы Луны. Однако большинство этих объектов до сих пор не обнаружено, а потенциально их миллиарды. По большей части астероиды обращаются по стабильным орбитам в пределах пояса астероидов, но иногда какой-то из них сбивается с пути, влетает в атмосферу Земли и сгорает в ней метеором.

Комета — это кусок льда и камня, сформировавшийся далеко за пределами орбиты Земли. Если астероиды располагаются внутри Солнечной системы, то орбиты многих комет пролегают по ее внешней границе — в поясе Койпера — или даже за пределами Солнечной системы, в облаке Оорта. Кометы, которые мы иногда видим на ночном небе, — это те из них, чьи орбиты или траектории привели их к Солнцу. Когда комета приближается к светилу, солнечный свет и ветер срывают с нее частицы льда и пыли. В результате рядом с кометой возникает хвост — но направлен он от Солнца, а не вдоль траектории кометы по ее следу.

За многие годы исследований у ученых сложилось четкое представление о том, как сформировалась наша Солнечная система. Около 5 млрд лет назад Солнце представляло собой медленно вращающееся гигантское облако, состоящее в основном из пыли и газообразных водорода и гелия. В поперечнике оно достигало нескольких световых лет (световой год — это расстояние, которое свет проходит за год, примерно 9,5 трлн км). Из-за большой массы облако постепенно сжималось под действием гравитации. Сжимаясь, оно вращалось все быстрее и быстрее — в точности как фигурист начинает вращаться быстрее, когда прижимает руки к телу. Со временем облако сконденсировалось в быстро вращающийся диск со звездой в центре. Из окружающего звезду газопылевого диска начали формироваться протопланеты, которые постепенно собирали на себя вещество диска и увеличивались в размерах. Этот процесс объясняет, почему все планеты обращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении и в одной плоскости.

Считается, что в какой-то момент одна из протопланет слишком приблизилась к крупнейшей из всех планет, Юпитеру, и была разорвана его мощнейшей гравитацией. В результате сформировался пояс астероидов. Согласно другой теории, пояс астероидов мог сформироваться в результате столкновения двух протопланет.

Солнечную систему можно изобразить как Солнце, окруженное четырьмя поясами: внутренний пояс составляют каменные планеты (Меркурий, Венера, Земля и Марс), далее идет пояс астероидов, за ним следует пояс газовых гигантов, включающий в себя Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, и, наконец, последним идет кометный пояс, который называют также поясом Койпера. А еще дальше, за пределами этих четырех поясов, имеется сферическое облако комет, окружающее Солнечную систему целиком и известное как облако Оорта.

Вода — простая молекула — в начале существования Солнечной системы представляла собой обычное, часто встречающееся вещество, но существовала в разных состояниях в зависимости от расстояния от Солнца. Ближе к Солнцу, там, где вода должна была кипеть и превращаться в пар, мы видим планеты Меркурий и Венеру. Земля располагается чуть дальше, так что вода здесь может существовать в виде жидкости. (Иногда зону, в которой температура допускает существование жидкой воды, называют «зоной Златовласки» или зоной жизни.) Дальше от Солнца вода превращается в лед, на Марсе и на еще более далеких планетах и кометах она находится в основном в этом состоянии.

Добыча полезных ископаемых на астероидах

Если мы хотим добывать полезные ископаемые на астероидах, нам чрезвычайно важно будет разобраться в их происхождении и составе.

Идея о добыче полезных ископаемых на астероидах не так нелепа, как могло бы показаться. Мы уже многое знаем об их строении, поскольку некоторые астероиды падают на Землю. В состав астероидов входят железо, никель, углерод, кобальт, а кроме того, они содержат значительные количества редкоземельных элементов и ценных металлов, таких как платина, палладий, родий, рутений, иридий и осмий. Эти элементы, естественно, находят и на Земле, но встречаются они редко и стоят очень дорого. Поскольку их запасы на Земле, по-видимому, истощатся в ближайшие десятилетия, добыча на астероидах станет экономически выгодной. А если астероид удастся столкнуть с его орбиты и перевести на орбиту вокруг Луны, дальше с ним можно будет свободно работать.

В 2012 г. группа предпринимателей организовала компанию Planetary Resources, целью которой объявлена добыча полезных ископаемых с астероидов и доставка их на Землю[15]. Этот амбициозный и потенциально очень прибыльный план поддержали некоторые ведущие игроки Кремниевой долины, включая исполнительного директора Alphabet, Inc. (компании — основателя Google) Ларри Пейджа и исполнительного председателя правления этой компании Эрика Шмидта, а также известного кинорежиссера Джеймса Кэмерона.

В определенном смысле астероиды можно сравнить с летающими в открытом космосе золотоносными рудниками. Так, в июле 2015 г. один такой астероид, около 300 м в поперечнике, пролетел мимо нас на расстоянии, вшестеро превышающем расстояние от Земли до Луны. Предположительно, в его ядре содержалось 90 млн т платины стоимостью $5,4 трлн. По оценкам Planetary Resources, даже в небольшом 30-метровом астероиде может содержаться платины на $25–50 млрд. Компания даже составила список небольших близких астероидов — приходи и бери. Если бы один из них удалось доставить к Земле, он оказался бы кладезем минералов, которые многократно окупили бы все затраты инвесторов.

Из примерно 16 000 астероидов, которые считаются околоземными объектами (их орбиты пересекают орбиту Земли), астрономы выделили короткий список — 12 астероидов, которые считаются идеальными кандидатами на доставку к Земле. Расчеты показали, что, немного изменив их траектории, эти астероиды размерами от 3 до 21 м в поперечнике можно перевести на окололунную или околоземную орбиту.

Но в космосе много и других астероидов. В январе 2017 г. астрономы неожиданно обнаружили астероид всего за несколько часов до того, как он пронесся мимо Земли. Он прошел от нас на расстоянии всего лишь около 51 500 км, или 13 % расстояния от Земли до Луны. К счастью, он был всего около 6 м в поперечнике и не вызвал бы значительных разрушений, даже если бы столкнулся с Землей. Однако его пролет — лишнее подтверждение того факта, что мимо Земли постоянно пролетает множество астероидов, и большинство из них остаются незамеченными.

Исследование астероидов

Астероиды так важны для нас, что НАСА считает их исследование первым шагом к полету на Марс. В 2012 г., через несколько месяцев после того, как компания Planetary Resources на пресс-конференции раскрыла свои планы, руководство НАСА объявило о начале проекта Robotic Asteroid Prospector, цель которого — понять, осуществима ли на данный момент реальная добыча полезных ископаемых на астероидах. Затем осенью 2016 г. НАСА запустило зонд стоимостью $1 млрд под названием OSIRIS-REx. Он был отправлен на встречу с Бенну — 500-метровым астероидом, который пролетит мимо Земли в 2135 г. В 2018–2019 гг. зонд облетит Бенну со всех сторон, затем сядет на него и доставит на Землю от 50 г до 2 кг грунта для анализа. Этот план не лишен риска — НАСА опасается, что даже слабые возмущения орбиты Бенну могут вызвать его столкновение с Землей при следующем пролете. (Если такое столкновение произойдет, то по мощности оно тысячекратно превзойдет бомбу, сброшенную на Хиросиму.) Однако такая экспедиция принесет нам бесценный опыт по перехвату и исследованию объектов в космосе.

Кроме того, НАСА прорабатывает программу Asteroid Redirect Mission (ARM), цель которой — доставить несколько камней-астероидов из космоса. Финансирование этого проекта не гарантируется, но есть надежда, что он может открыть новый источник доходов для космической программы. ARM предполагает два этапа. Во-первых, в глубокий космос будет отправлен автоматический зонд, чтобы перехватить астероид, который заранее выберут и тщательно изучат через наземные телескопы. Подробно исследовав его поверхность, зонд сядет на астероид и с помощью клещевидных зацепов захватит какой-нибудь большой камень. Затем он взлетит с астероида и направится к Луне, транспортируя за собой выбранный объект.

В этот момент с Земли на ракете СЛС и модуле «Орион» стартует пилотируемая экспедиция. Достигнув орбиты Луны, автоматический зонд и корабль «Орион» произведут стыковку, астронавты покинут «Орион» и достанут из зонда образцы астероидного грунта. После этого «Орион» отделится от зонда и направится к Земле, где приводнится в океан.

В ходе этой экспедиции могут возникнуть осложнения, связанные, в частности, с тем, что мы до сих пор очень мало представляем себе структуру астероидов. Возможно, они твердые, а возможно, представляют собой груду камней меньшего размера, удерживаемых вместе гравитационными силами, — в этом случае астероид просто развалится, когда мы попытаемся посадить на него аппарат. Поэтому, прежде чем прорабатывать проект дальше, нужны дополнительные исследования.

Среди заметных физических черт астероидов можно отметить их неправильную форму. Они часто напоминают весьма причудливые картофелины, причем чем меньше астероид, тем обычно неправильнее его форма.

Это, в свою очередь, заставляет вспомнить наивный вопрос, который часто задают дети: почему звезды, Солнце и планеты всегда круглые? Почему они не могут иметь форму куба или пирамиды? Если мелкие астероиды обладают малой массой и, следовательно, малой гравитацией, которая могла бы повлиять на их форму, то крупные объекты — планеты и звезды — обладают мощнейшими гравитационными полями. Их гравитация однородна и оказывает стягивающее действие, сжимая объект неправильной формы в шар. Миллиарды лет назад планеты не обязательно были круглыми, но со временем гравитация сжала их и превратила в гладкие шары.

Еще один вопрос, который часто задают дети: почему космические зонды не погибают, проходя через пояс астероидов? В фильме «Звездные войны» герои с трудом уворачиваются от гигантских булыжников, летающих вокруг них во всех направлениях. Конечно, голливудская картинка производит сильное впечатление, но на самом деле она, к счастью, не слишком точно отражает плотность астероидного пояса: в основном он представляет собой незаполненный вакуум, в котором лишь иногда попадаются камни. У будущих космических шахтеров и поселенцев, которые отважатся выйти в открытый космос, навигация в поясе астероидов по большей части особых затруднений не вызовет.

Если на описанных этапах освоение астероидов будет развиваться по плану, то конечной целью процесса явится создание постоянной станции для организации, снабжения и поддержки дальнейших экспедиций. Из Цереры — крупнейшего объекта пояса астероидов — может получиться идеальная операционная база. Не так давно Цереру (названную именем древнеримской богини плодородия), как и Плутон, перевели в разряд карликовых планет. Цереру считают объектом, так и не набравшим достаточно вещества, чтобы соперничать с соседними планетами. Для планеты она мала — примерно вчетверо меньше Луны, на ней нет атмосферы, а тяготение очень невелико. Однако для астероида Церера громадна: около 930 км в поперечнике, примерно размером с Техас, к тому же на нее приходится треть суммарной массы всего пояса астероидов. Церера, учитывая ее слабое тяготение, может стать идеальной космической станцией, поскольку на нее смогут без труда садиться и взлетать ракеты, а это важный фактор при строительстве космопорта.

Запущенная НАСА в 2007 г. и обращающаяся с 2015 г. вокруг Цереры автоматическая межпланетная станция Dawn передала на Землю фотографии сферического, но испещренного глубокими кратерами небесного объекта, состоящего, вероятно, преимущественно из льда и камня. Теоретически многие астероиды, подобно Церере, содержат лед, который можно перерабатывать в водород и кислород для получения ракетного топлива. Недавно ученые при помощи инфракрасного телескопа (Infrared Telescope Facility) заметили, что астероид № 24 Фемида полностью покрыт льдом со следами органических химических веществ на поверхности. Такие находки добавляют веса гипотезе о том, что некоторую часть первоначальной воды и аминокислот миллиарды лет назад принесли на Землю астероиды и кометы.

По сравнению с лунами и планетами астероиды невелики, поэтому они вряд ли когда-нибудь смогут стать постоянными городами для колонистов. Создать такое поселение в поясе астероидов сложно. На астероидах — возможно, за исключением — нет ни воздуха для дыхания, ни воды для питья, ни энергии для потребления, ни почвы для выращивания растений да и сколько-нибудь существенного тяготения на них тоже нет. Более вероятно, что астероиды станут временными перевалочными базами для шахтеров и роботов.

Тем не менее они могут стать важным промежуточным этапом на пути к главному событию — пилотируемой экспедиции на Марс.

* * *

Марс там, он ждет, когда мы до него доберемся.

Базз Олдрин

Я был бы не прочь умереть на Марсе — но только не при посадке.

Илон Маск

4. Марс во что бы то ни стало

Илон Маск в каком-то смысле «белая ворона», бизнесмен с космической идеей: построить ракеты, которые однажды доставят нас на Марс. Циолковский, Годдард и фон Браун мечтали о полете на Марс — Маск, возможно, реализует эту мечту. А пока суд да дело, он нарушает все принятые участниками правила игры.

Он влюбился в космическую программу еще ребенком в Южной Африке, где родился и вырос; он даже построил собственную ракету. Отец-инженер поощрял увлечение сына. Маск довольно рано пришел к выводу о том, что человечеству, чтобы избежать гибели, необходимо добраться до звезд. Он решил, что одной из его целей станет превращение земной жизни в «многопланетную», и это, по сути, направляет всю его деятельность.

Помимо ракетной техники, Маск страстно интересовался еще двумя вещами — компьютерами и бизнесом. В десять лет он уже писал программы, а в 12 продал за $500 свою первую компьютерную игру под названием «Бластер». Он обладал неугомонным характером и надеялся однажды перебраться в Америку. В 17 лет Маск самостоятельно эмигрировал в Канаду. К моменту получения степени бакалавра физики в Пенсильванском университете он разрывался между двумя областями деятельности. Один из возможных путей вел его к жизни физика или инженера, разработчика ракет и других высокотехнологичных устройств. Другой — в бизнес, где предполагалось найти применение его компьютерным талантам и заработать состояние, а потом на заработанные деньги самому финансировать проекты по реализации своей мечты.

Эта дилемма подошла к критической точке в тот момент, когда Маск в 1995 г. начал в Стэнфордском университете исследования для получения докторской степени по физике. Однако через два дня после начала программы он внезапно все бросил и с головой погрузился в мир интернет-стартапов. Он занял $28 000 и основал софтверную компанию, которая разработала городской онлайн-справочник для газетной индустрии. Четыре года спустя Маск продал его компании Compaq за $341 млн. На этой сделке он заработал ни много ни мало $22 млн и тут же вложил всю прибыль в новую компанию под названием X.com, которая позже эволюционировала в PayPal. В 2002 г. компания eBay купила PayPal за $1,5 млрд, из которых лично Маску досталось $165 млн.

Теперь, когда денег у него было много, он мог пустить их на реализацию своей мечты — основать компании SpaceX и Tesla Motors. В какой-то момент 90 % всего его капитала было вложено в эти две компании. В отличие от других аэрокосмических компаний, которые строят ракеты на базе известных технологий, SpaceX начала разработку революционной конструкции — многоразовой ракеты. Маск намеревался снизить стоимость космических путешествий в десять раз за счет повторного использования ускорителя, который в обычных ракетах каждый раз изготавливается заново.

Маск разработал ракету «Фалкон» (названную в честь космического корабля Millenium Falcon из «Звездных войн») почти с нуля. Ракета предназначалась для доставки в космос модуля «Дракон» (в честь дракона из песни «Пафф, волшебный дракон»). В 2012 г. «Фалкон» вошла в историю — стала первой коммерческой ракетой, долетевшей до Международной космической станции, а также первой ракетой, которой удалось успешно приземлиться после орбитального полета. Первая жена Маска Жюстина говорит: «Мне нравится сравнивать его с Терминатором. Он задает себе программу и просто… не… останавливается».

В 2017 г. Маск одержал еще одну крупную победу, успешно проведя повторный запуск использованного ракетного ускорителя. Запущенную и приземлившуюся обратно на стартовую площадку ракету почистили и привели в порядок — а затем запустили второй раз. Вполне возможно, что это произведет настоящую революцию в экономике космических полетов. Вспомните, к примеру, рынок подержанных автомобилей. После Второй мировой войны автомобили все еще были не по карману очень многим, особенно военным и молодежи. Рынок подержанных машин позволил обычным потребителям покупать машины — и изменил все, включая наш образ жизни и социальные контакты. Сегодня в Соединенных Штатах каждый год продается около 40 млн подержанных автомобилей, что в 2,2 раза превосходит число продаваемых новых машин. Илон Маск надеется, что его «Фалкон» так же перекроит рынок аэрокосмических услуг и уронит цены на ракеты-носители. Большинству заказчиков нет дела до того, новая ракета выведет их спутник в открытый космос или уже использованная ранее. Они выберут самый дешевый и одновременно самый надежный вариант.

Первая многоразовая ракета — новая веха в освоении космоса, но по-настоящему Маск потряс аудиторию, когда изложил подробности своих амбициозных планов полета к Марсу. Он рассчитывает отправить автоматический аппарат к Марсу в 2018 г., а пилотируемую экспедицию — в 2024 г., опередив НАСА примерно на десятилетие. Его цель — основать на Марсе не просто форпост Земли, а целый город. Он думает о том, чтобы послать флот из тысячи модифицированных ракет «Фалкон» с сотней колонистов на каждой — эти люди должны создать на Красной планете первое поселение. Козырь Маска — инновации и резкое падение стоимости космических полетов. Стоимость пилотируемой экспедиции к Марсу обычно оценивают в $400–500 млрд, но Маск считает, что сможет строить и запускать ракеты на Красную планету всего за $10 млрд. Первое время билет на Марс будет стоить дорого, но со временем он подешевеет примерно до $200 000 за полет туда и обратно — и все благодаря падению цен на космические полеты. Примерно столько же стоит полет на высоту всего лишь 110 км на корабле SpaceShipTwo компании Virgin Galactic (те же $200 000) или туристический вояж на МКС на русской ракете (оценочная стоимость запуска которой составляет $20–40 млн).

Предложенная Маском ракетная система первоначально называлась «Транспорт для марсианской колонии» (Mars Colonial Transporter), но он переименовал ее в «Межпланетную транспортную систему» (Interplanetary Transport System), поскольку, по его собственным словам, «эта система дает подлинную свободу лететь куда угодно в большой Солнечной системе». Его долгосрочная мечта — построить транспортную сеть, которая связала бы планеты Солнечной системы, как железные дороги в свое время связали между собой американские города.

Маск видит в этом проекте громадный потенциал для сотрудничества с другими частями его империи. Его автомобильная компания Tesla выпустила продвинутую версию электромобиля, и Маск инвестирует значительные средства в развитие солнечной энергетики — основного источника энергии для марсианского форпоста. Сейчас у Маска идеальные возможности взять на себя снабжение проекта электрической техникой и солнечными элементами, необходимыми для развития колонии на Марсе.

Если НАСА порой можно не без оснований обвинить в ужасной медлительности и неповоротливости, то частные предприниматели уверены, что могут внести в дело свежую струю и быстро внедрить инновационные идеи и технологии. «Существует глупейшее мнение о том, что в НАСА неудачи невозможны, — сказал Маск. — У нас [в SpaceX] сбой всегда возможен. Если у вас ничего не отказывает, значит, вы недостаточно инновационны»[16].

Пожалуй, именно Маск являет собой сегодня лицо космической программы: его отличают не только новаторство и ум, но и дерзость, бесстрашие и бунтарство. Это новый тип ученого-ракетчика — предприниматель-миллиардер-ученый. Его часто сравнивают с альтер эго Железного человека Тони Старком, преуспевающим промышленником и изобретателем, который одинаково непринужденно чувствует себя и в обществе магнатов бизнеса, и в обществе инженеров. Кстати говоря, съемки первого сиквела «Железного человека» частично проходили в штаб-квартире SpaceX в Лос-Анджелесе, где посетителей встречает статуя Тони Старка в костюме Железного человека. А дизайнер мужской одежды Ник Грэхем показал на Нью-Йоркской неделе моды коллекцию на космическую тему, созданную под влиянием Илона Маска. Автор объяснил: «Говорят, Марс — хит сезона, невероятно популярный тренд, если говорить о всеобщих устремлениях. Идея была показать осеннюю коллекцию 2025 года, исходя из того что в этот год Илон Маск хочет доставить первых людей на Марс»[17].

Маск кратко изложил свою философию следующим образом: «У меня нет никакой другой мотивации для накопления личных средств, — сказал он, — кроме того, что деньги дают мне возможность внести максимальный вклад в превращение жизни в мультипланетную»[18]. Питер Диамандис из XPRIZE сказал: «Здесь действует какой-то куда более мощный стимул, чем просто стремление к получению прибыли. У Маска это очень яркая, опьяняющая мечта».

Новая космическая гонка к Марсу

Все эти разговоры о Марсе, разумеется, не могли не вызвать ревности и соперничества. Исполнительный директор концерна Boeing Деннис Мюленбург сказал: «Я убежден, что первый человек, который ступит на Марс, прилетит туда на ракете Boeing»[19]. Надо полагать, он неслучайно сделал это заявление через неделю после того, как Маск объявил о своих марсианских планах. Маск может мелькать в заголовках новостей, но на стороне Boeing давний опыт успешных космических полетов. В конце концов, именно Boeing построил в свое время первую ступень знаменитой ракеты «Сатурн-5», которая доставила астронавтов на Луну, и именно с Boeing заключен контракт на создание первой ступени для тяжелой ракеты СЛС — основы планируемой НАСА экспедиции на Марс.

Сторонники НАСА указывают, что без государственного финансирования реализация крупных космических проектов прошлого, например космического телескопа «Хаббл», была бы невозможна. Стали бы частные инвесторы вкладывать деньги в такое рискованное предприятие без надежды на получение прибыли для акционеров? Быть может, без поддержки крупных бюрократических организаций не обойтись в проектах, которые слишком дороги для частного бизнеса или не вселяют особых надежд на прибыль.

У каждой из этих конкурирующих программ есть свои преимущества. Ракета СЛС, спроектированная Boeing, способна поднять в космос 130 т груза, «Фалкон Хэви» Маска — 64 т. Однако «Фалкон» может оказаться более доступным с финансовой точки зрения. В настоящее время у компании SpaceX самые низкие цены на запуск в космос спутников — около $1000 за фунт массы, это 10 % от обычной цены коммерческих носителей. А когда SpaceX как следует отработает свою технологию возвращения и повторного использования ракет, цены могут еще снизиться.

НАСА сейчас оказалось в завидном положении: на реализацию их главного проекта претендуют сразу две компании. Агентство может, в принципе, выбирать между СЛС и «Фалкон Хэви». Маск же, когда его спросили о конкуренции со стороны Boeing, сказал: «Мне кажется, это хорошо, чтобы на Марс вело несколько путей… Нужно прорабатывать разные варианты. Чем больше, тем лучше»[20].

Представитель НАСА сказал: «НАСА аплодирует всем, кто хочет сделать следующий гигантский прыжок и приблизить реализацию полета на Марс… Для этого путешествия потребуются самые лучшие, самые умные… Последние несколько лет мы упорно работаем над долгосрочным планом исследования Марса и созданием международной коалиции государственных и частных партнеров для его поддержки»[21]. В итоге дух соревновательности, скорее всего, будет полезен для космической программы.

Однако в этой соревновательности есть и своеобразная ирония. Космическая программа вынудила ученых всерьез заняться миниатюризацией электроники, а это, в свою очередь, распахнуло двери для компьютерной революции. Вдохновленные детскими воспоминаниями о космической программе, миллиардеры, порожденные компьютерной революцией, замыкают круг и вкладывают часть своих капиталов обратно в исследование космоса.

Европейцы, китайцы и русские тоже говорят о желании отправить на Марс пилотируемую экспедицию где-то между 2040 и 2060 гг., но проблема финансирования этих проектов до сих пор не решена. Однако можно со значительной долей уверенности сказать, что в 2025 г. китайцы доберутся до Луны. Председатель Мао однажды пожаловался, что Китай настолько отстал, что не смог бы запустить в космос даже картофелину. С тех пор все полностью изменилось. Усовершенствовав ракеты, купленные у России в 1990-е гг., Китай уже запустил десять «тайконавтов» на орбиту и занимается реализацией амбициозных планов по строительству космической станции и разработке к 2020 г. ракеты такой же мощной, какой была в свое время «Сатурн-5». В своих пятилетних планах Китай тщательно и точно повторяет этапы, пройденные в свое время впервые русскими и американцами.

Даже самые заядлые оптимисты прекрасно понимают, что в марсианской экспедиции астронавтов поджидает множество опасностей. Сам Маск, отвечая на вопрос, хотел бы он слетать на Марс, признал, что вероятность погибнуть в первом путешествии на эту планету «весьма высока», и сказал, что хотел бы видеть взросление своих детей.

Космический полет — не воскресный пикник

Список потенциальных препятствий, которые придется, вероятно, преодолевать пилотируемой экспедиции на Марс, весьма внушителен.

Первая опасность — это неудачный запуск. Космическая эра началась более 50 лет назад, но вероятность катастрофы при пуске ракеты и сегодня составляет примерно 1 %. В ракете сотни подвижных частей, и любая из них может стать причиной отказа и неудачи. Из 135 запусков «Спейс шаттлов» два закончились ужасными трагедиями — это около 1,5 % неудач. 3,3 % несчастных случаев в космической программе закончились гибелью участников. Из 544 человек, побывавших в космосе, 18 погибли. Только очень храбрый человек готов сесть на верхушку ракеты, начиненной миллионами литров топлива, чтобы она на огромной скорости забросила его в космос, не зная при этом, сможет ли он вернуться назад.

А ведь есть еще и «марсианское невезение». Примерно три четверти космических аппаратов, отправленных к Марсу, вообще не добрались до него, в основном из-за громадного расстояния, проблем с радиацией, механических отказов, потери связи, микрометеоритов и т. п. При этом у Соединенных Штатов статистика запусков к Марсу намного лучше, чем у русских, на счету которых 14 неудачных попыток достичь Красной планеты.

Еще одна проблема — длительность путешествия к Марсу. Полет на Луну в рамках программы «Аполлон» занимал всего трое суток. Путь на Марс в одну сторону займет не менее девяти месяцев, а полное путешествие туда и обратно — около двух лет. Мне довелось побывать в Центре подготовки астронавтов НАСА под Кливлендом (штат Огайо), где группы ученых анализируют нагрузки космических полетов. Астронавты страдают от мышечной и костной атрофии, вызванной невесомостью, если проводят на орбите сколько-нибудь длительное время. Наше тело прекрасно приспособлено к жизни на планете с земной силой тяжести. Если бы Земля была хоть на несколько процентов больше или меньше, человеческое тело было бы иным, приспособленным к выживанию именно при такой силе тяжести. Чем дольше человек находится в космосе, тем сильнее страдает его организм. Космонавт Валерий Поляков, проведший на орбите рекордные 437 суток, по возвращении на Землю едва сумел выползти из посадочного аппарата.

Кстати говоря, астронавты в космосе становятся на несколько сантиметров выше из-за расширения межпозвоночных дисков и, соответственно, удлинения позвоночника. После возвращения на Землю их рост возвращается к норме. Кроме того, во время пребывания в космосе астронавты могут терять до 1 % костной массы в месяц. Чтобы замедлить этот процесс, нужно проводить на беговой дорожке по крайней мере два часа в день. Тем не менее после шестимесячной экспедиции на МКС у астронавта может уйти целый год на восстановление, — и иногда костная масса так до конца и не восстанавливается. (Еще один результат воздействия невесомости, к которому до последнего времени не относились всерьез, — деградация зрительного нерва. В прошлом астронавты отмечали, что зрение после длительных космических экспедиций ухудшается. Обследование показывает, что у них зачастую воспален зрительный нерв, вероятно из-за давления глазной жидкости.)

Не исключено, что в будущем космические корабли придется закручивать вокруг своей оси, чтобы центробежная сила создавала для астронавтов искусственное тяготение. Мы испытываем на себе этот эффект всякий раз, когда идем на ярмарку или карнавал и входим во вращающийся цилиндр какого-нибудь аттракциона вроде «Ротора» или «Гравитрона». Центробежная сила порождает искусственное тяготение, которое прижимает нас к стенке цилиндра. В настоящее время вращающийся космический корабль оказался бы слишком дорогим в производстве, да и реализация идеи представляется не слишком простой. Дело в том, что вращающаяся кабина должна быть довольно большой, в противном случае центробежная сила будет распределяться неравномерно и астронавты станут страдать от морской болезни и потери ориентации в пространстве.

Существует также проблема радиации в космосе, связанная в первую очередь с солнечным ветром и космическими лучами. Мы часто забываем, что Земля укрыта толстым покрывалом атмосферы и защищена магнитным полем, которое играет важную роль. На уровне моря атмосфера поглощает большую часть смертельного излучения, но даже при обычном перелете из конца в конец Соединенных Штатов мы получаем лишний миллибэр радиации за каждый час полета — это значит, что, перелетая в другой конец страны, мы всякий раз получаем дозу излучения, эквивалентную рентгену зуба. В ходе экспедиции к Марсу астронавтам придется преодолевать радиационные пояса, окружающие Землю. Они подвергнутся опасности получить серьезную дозу радиации, что снизит их устойчивость к болезням, повысит вероятность преждевременного старения и рака. За время двухлетнего межпланетного путешествия астронавт может получить примерно в 200 раз большую дозу радиации, чем его близнец, который останется на Земле. (Однако эту статистику следует рассматривать в более широком контексте. Для астронавта риск развития рака в течение жизни поднимется с 21 до 24 %. Эту угрозу, конечно, нельзя назвать незначительной, но она меркнет в сравнении с опасностью, которую представляют случайная поломка или нештатная ситуация во время полета.)

Космические лучи в открытом космосе иногда настолько интенсивны, что астронавты видят крохотные световые вспышки, когда частицы космических лучей ионизируют жидкость в их глазных яблоках. Я лично беседовал с несколькими астронавтами, которые описывали такие вспышки: они красивы, но могут вызвать серьезное радиационное повреждение глаза.

2016 г. принес нам дурные новости касательно действия радиации на мозг. Ученые Университета Калифорнии в Ирвине подвергли мышей действию больших доз радиации, эквивалентных тем дозам, которые могут быть получены за два года полета в открытом космосе. После этого они обнаружили свидетельства необратимого повреждения мозга подопытных животных. У мышей появились проблемы с поведением, они стали беспокойными и вели себя неадекватно. По самой скромной оценке, эти результаты лишний раз подтверждают, что астронавтов в глубоком космосе необходимо должным образом экранировать.

Вдобавок ко всему астронавтам приходится беспокоиться о гигантских солнечных вспышках. В 1972 г., когда к полету к Луне готовился «Аполлон-17», была зафиксирована мощная солнечная вспышка. Если бы в это время на Луне оказались астронавты, они вполне могли погибнуть. В отличие от космических лучей, солнечные вспышки можно отследить с Земли и предупредить астронавтов об их приближении заранее, за несколько часов. Были случаи, когда астронавты на МКС получали предупреждение о приближающейся солнечной вспышке и приказ укрыться в наиболее защищенных отсеках станции.

Опасность также представляют микрометеориты, способные пробить внешний корпус космического корабля. При тщательном осмотре облицованной плиткой поверхности «Спейс шаттла» на ней можно увидеть следы многочисленных микрометеоритных ударов. Силы удара микрометеорита размером с почтовую марку, летящего со скоростью 65 000 км/ч, было бы достаточно, чтобы пробить в корабле дыру и вызвать мгновенную разгерметизацию. Возможно, было бы разумно разделить космические модули на несколько отсеков, чтобы поврежденную секцию можно было быстро герметически изолировать от остальных.

Наконец, нельзя забывать о психологических трудностях. Продолжительное пребывание в крохотной тесной капсуле в составе небольшой группы людей — это очень нелегкое испытание. Сколько бы мы ни проводили психологических тестов перед полетом, нельзя точно предсказать, насколько успешно конкретные люди будут сотрудничать — и будут ли вообще. А ведь в космосе может сложиться ситуация, когда ваша жизнь будет зависеть от человека, который действует вам на нервы.

Путь на Марс

После нескольких месяцев самых разных предположений и спекуляций в 2017 г. НАСА и Boeing наконец раскрыли подробности своего плана по достижению Марса. Билл Герстенмайер из Управления пилотируемых исследований и операций НАСА познакомил общественность с амбициозным графиком испытаний, необходимых для отправки астронавтов на Красную планету[22].

После нескольких лет испытаний ракета СЛС с кораблем «Орион» будет впервые запущена в космос в 2019 г. Полет будет проходить полностью автоматически, без астронавтов, но ракета облетит Луну. Через четыре года — после 50-летнего перерыва — астронавты наконец вернутся к Луне. Экспедиция продолжится три недели, но прилуняться корабль не будет, все ограничится облетом нашего спутника. Целью этой экспедиции станет не столько исследование Луны, сколько испытание надежности системы СЛС/«Орион».

В новом плане НАСА, однако, есть один неожиданный поворот, удививший многих аналитиков. На самом деле система СЛС/«Орион» всего лишь «рок-группа на разогреве». Она послужит основным звеном, при помощи которого астронавты покинут Землю и отправятся в космос, но к Марсу их доставит совершенно новое семейство ракет.

Во-первых, НАСА рассчитывает построить «ворота в глубокий космос» — комплекс Lunar Orbital Platform-Gateway. Он похож на Международную космическую станцию, но меньше по размеру и обращаться будет вокруг Луны, а не вокруг Земли. Астронавты будут жить на этой платформе, которая задумана как заправочная станция и база снабжения для экспедиций к Марсу и к астероидам. Этот комплекс станет основой для постоянного присутствия человека в космосе. Строительство окололунной космической станции начнется в 2023 г., а в строй она вступит к 2026 г. Для ее строительства потребуется четыре экспедиции на СЛС.

Но главное во всем этом проекте — ракета, которая доставит астронавтов на Марс. Это совершенно новая система, получившая название Deep Space Transport. Строиться она будет в основном в открытом космосе. В 2029 г. Deep Space Transport пройдет первое серьезное испытание — осуществит полет по окололунной орбите продолжительностью 300–400 суток. Это позволит нам получить ценную информацию о долгосрочных космических экспедициях. В итоге, после тщательных испытаний, к 2033 г. Deep Space Transport должна доставить астронавтов на орбиту вокруг Марса.

Многие эксперты положительно оценили марсианскую программу НАСА, поскольку она последовательна и предусматривает пошаговый план строительства сложной многофункциональной инфраструктуры на Луне.

Однако план НАСА резко контрастирует с представлениями и планами Маска. План НАСА тщательно детализирован и предусматривает создание постоянной станции на окололунной орбите, но это медленный план, на его реализацию потребуется лет на десять больше, чем на план Маска. Его SpaceX, не отвлекаясь на создание окололунной космической станции, рвется сразу к Марсу и рассчитывает попасть туда, возможно, уже в 2022 г. Однако у проекта Маска есть недостаток — его космический корабль «Дракон» значительно меньше, чем Deep Space Transport. Время покажет, чей подход лучше: НАСА, Маска или комбинация того и другого проекта.

Первая экспедиция на Марс

По мере того как постепенно проясняется все больше подробностей о первой экспедиции на Марс, мы можем порассуждать о шагах, необходимых для достижения Красной планеты. Давайте посмотрим, как может развиваться план НАСА в ближайшие несколько десятилетий.

Первые участники этой исторической миссии к Марсу, вероятно, уже родились, возможно, они сейчас изучают астрономию в старших классах школы. Они будут среди тех сотен людей, которые, как ожидается, добровольно вызовутся участвовать в первой экспедиции на другую планету. После тщательной подготовки по результатам очень строгого отбора отберут, предположительно, четырех кандидатов — по их опыту и навыкам. Вероятно, избранниками станут опытный пилот, инженер, ученый и врач.

Где-то около 2033 г., дав журналистам серию взволнованных интервью, астронавты взойдут, наконец, на борт космического корабля «Орион». Хотя объем нового корабля будет на 50 % больше, чем объем капсулы «Аполлон», внутри все равно будет тесно, что, впрочем, не имеет значения, ведь полет до Луны продлится всего трое суток. Когда корабль оторвется от Земли, астронавты почувствуют вибрацию интенсивно работающих двигателей ракеты-носителя СЛС. До этих пор космическое путешествие по описанию и ощущениям будет очень похоже на давнюю экспедицию «Аполлон».

Но на этом сходство закончится. С данного момента, по замыслу НАСА, экспедиция будет проходить совершенно иначе, чем прошлая. Попав на окололунную орбиту, астронавты приблизятся к Lunar Orbital Platform-Gateway — первой в истории космической станции на орбите Луны. Астронавты состыкуют свой корабль со станцией и немного отдохнут.

Затем они переберутся на Deep Space Transport, не похожий ни на один из прежних космических кораблей. Сам корабль и помещение для экипажа напоминают длинный карандаш с ластиком на одном конце (именно там находится капсула, в которой астронавты будут жить и работать). Вдоль карандаша расположена серия гигантских решеток с необычно длинными и узкими солнечными панелями, так что издалека ракета начинает походить на парусник. Если капсула «Орион» весит 25 т, то Transport — уже 41 т.

На два следующих года Deep Space Transport станет для астронавтов космическим домом. Его капсула намного больше «Ориона», обитателям будет где развернуться. Это важно, ведь им нужно ежедневно тренироваться, чтобы не допустить потери мускульной и костной массы, в противном случае на Марс они прибудут полными инвалидами.

Устроившись на борту Deep Space Transport, астронавты включат двигатели корабля. При этом они не ощутят мощного толчка и не увидят гигантских огненных струй, бьющих из хвоста ракеты, — ионные двигатели мягко разгонят корабль, постепенно придав ему нужную скорость. Глядя в окна, астронавты будут видеть только мягкое свечение горячих ионов, постоянным потоком истекающих из ракеты.

Deep Space Transport использует для транспортировки астронавтов в космическом пространстве новый тип двигателя — гелиотермический электрореактивный. Громадные солнечные панели ловят солнечный свет и превращают его в электричество. При помощи этого электричества атомы газа (к примеру, ксенона) лишаются электронов и превращаются в ионы. Затем электрическое поле выстреливает эти заряженные ионы из одного конца двигателя, создавая таким образом тягу. В отличие от химических двигателей, способных работать лишь по несколько минут, ионные двигатели могут постепенно ускорять аппарат на протяжении нескольких месяцев и даже лет.

После этого начинается собственно путешествие к Марсу, долгое и тоскливое, которое займет около девяти месяцев. Главной проблемой для астронавтов в этот период станет скука, так что им придется постоянно заниматься физкультурой, играми для поддержания внимания, проводить какие-то расчеты, разговаривать с родными и близкими, бродить по интернету и т. п. Во время перелета делать будет особо нечего, за исключением редких рутинных коррекций курса. Быть может, иногда астронавтам придется выходить в открытый космос и проводить какой-то мелкий ремонт или замену изношенных частей. По ходу путешествия время между отправкой сообщения на Землю и получением ответа будет постепенно расти и достигнет в конечном итоге примерно 24 минут. Скорее всего, астронавтам, привыкшим к мгновенной связи, будет психологически тяжело вести радиообмен при таком запаздывании.

Выглядывая в окно, они будут видеть, как Красная планета постепенно попадает в фокус и растет впереди по курсу. Когда придет время готовиться к высадке, активность на космическом корабле резко усилится и для астронавтов найдется дело. Они запустят двигатели на торможение: необходимо будет замедлить корабль, чтобы он мог мягко перейти на околомарсианскую орбиту.

Приблизившись к Красной планете, участники экспедиции увидят совершенно иную панораму, чем та, что открывается при взгляде из космоса на Землю. Вместо голубых океанов, заросших зеленым лесом гор и огней больших городов — безжизненный унылый ландшафт: рыжие пустыни, величественные горы, гигантские каньоны, намного превышающие по глубине земные каньоны, и невероятные пылевые бури, которые порой могут охватывать всю планету.

Наступит момент, когда астронавты войдут в марсианскую капсулу и отделят ее от основного корабля, который останется на околомарсианской орбите. Когда капсула войдет в атмосферу Марса, температура внутри резко вырастет, но теплозащита поглотит основной жар, порожденный трением о воздух. Потом теплозащита будет сброшена, посадочный аппарат включит тормозные ракетные двигатели и медленно опустится на поверхность Марса.

Выйдя из капсулы и пройдя немного по поверхности Марса, первопроходцы-астронавты откроют новую главу в нашей истории и сделают исторический шаг к реализации глобальной цели — превращения человечества в многопланетный вид.

Они проведут на Красной планете несколько месяцев, прежде чем Земля встанет в нужное положение для обратного путешествия. У участников экспедиции будет время для изучения поверхности Марса, установки солнечных панелей и для экспериментов по поиску следов воды или микробной жизни. Одна из возможных задач экипажа — бурение в вечной мерзлоте, ведь запасы льда под поверхностью Марса, вероятно, когда-нибудь станут источником питьевой воды, а также кислорода для дыхания и водорода для ракетного топлива.

Выполнив программу пребывания на Красной планете, астронавты вернутся в свою капсулу и взлетят. (Благодаря слабой силе тяжести на Марсе кораблю потребуется гораздо меньше топлива, чем потребовалось бы для отлета с Земли.) На орбите капсула состыкуется с главным кораблем, и астронавты начнут готовиться к девятимесячному путешествию обратно на Землю.

По возвращении на родную планету капсула приводнится где-то в океане. Астронавты вернутся на Землю и будут встречены с восторгом, как герои, сделавшие первый шаг к основанию новой ветви человечества.

На пути к Красной планете мы встретим множество препятствий. Но энтузиазм общества, а также упорство НАСА и частного сектора, скорее всего, позволят нам реализовать пилотируемую экспедицию на Марс в следующие 10–20 лет. Это поставит перед человечеством новую задачу: трансформировать Марс и превратить его в новый дом.

* * *

Мне кажется, что, когда дело дойдет до исследования и строительства городов и поселков на Марсе, это будет рассматриваться как один из величайших периодов в истории человечества — как время, когда люди ступили на землю другого мира и получили свободу построить собственный мир.

Роберт Зубрин

5. Марс: планета-сад

В фильме «Марсианин» 2015 г. астронавт в исполнении Мэтта Деймона оказывается в критической ситуации: ему предстоит выжить в одиночку на промерзшей, безжизненной, лишенной воздуха планете. Товарищи по экипажу случайно оставили его на Марсе, имеющихся припасов хватит всего на несколько дней. Герой должен собрать всю свою храбрость и изобретательность, чтобы протянуть до прибытия спасательной экспедиции.

Фильм получился достаточно реалистичным, чтобы зритель мог прочувствовать трудности, с которыми столкнулись бы марсианские колонисты. Во-первых, это яростные пылевые бури, которые покрывают всю планету тончайшей, напоминающей тальк рыжей пылью. Одна такая буря чуть не опрокинула в фильме космический корабль. Атмосфера Марса почти полностью состоит из углекислого газа, а атмосферное давление составляет всего 1 % от земного, так что без защиты астронавт через несколько минут задохнулся бы в разреженном марсианском воздухе и кровь в его жилах начала бы кипеть. Чтобы выработать кислород для дыхания, Мэтту Деймону пришлось запустить в своей герметичной космической станции химическую реакцию.

А поскольку запасы пищи тоже стремительно таяли, ему пришлось устроить искусственный огород и выращивать растения, используя в качестве удобрений отходы собственной жизнедеятельности.

Астронавт в фильме предпринимает один за другим мучительные шаги, необходимые для создания на Марсе экосистемы, способной долгое время поддерживать его жизнь. Безусловно, «Марсианин» помог разбудить воображение нового поколения, хотя интерес людей к Марсу имеет долгую и интересную историю, которая восходит еще к XIX в.

В 1877 г. итальянский астроном Джованни Скиапарелли обратил внимание на странные тонкие отметины на Марсе, которые казались результатом действия каких-то природных процессов. Он назвал эти отметины canali, то есть протоками (по-английски channel). Однако с итальянского языка на английский их перевели более близким по написанию словом canal — близким по смыслу, но предполагающим искусственное, а не естественное происхождение. Простая ошибка перевода породила целую лавину рассуждений и фантазий и привела к возникновению стойкого мифа о марсианах. Богатый и эксцентричный американский астроном Персиваль Лоуэлл выдвинул теорию: Марс — это умирающая планета, и марсиане выкопали каналы в отчаянной попытке оросить пересохшие поля водой тающих полярных шапок. Лоуэлл посвятил жизнь поиску доказательств своей гипотезы. На свои средства — а у него было значительное состояние — он построил современную обсерваторию в городке Флагстафф в Аризонской пустыне. (Ему так и не удалось доказать существование марсианских каналов, а много лет спустя фотографии с космических зондов показали, что это была всего лишь оптическая иллюзия. Но обсерватория Лоуэлла добилась успехов в других областях: на ней был открыт Плутон и именно здесь были получены первые указания на расширение Вселенной.)

В 1897 г. Герберт Уэллс написал «Войну миров». Марсиане в этом романе планировали уничтожить человечество и «терраформировать» Землю так, чтобы по климату и условиям она стала похожа на Марс. Книга дала начало новому литературному жанру (его можно обозначить как «атаки марсиан»), и праздные эзотерические дискуссии профессиональных астрономов превратились внезапно в вопрос выживания рода человеческого.

В 1938 г. накануне празднования Хеллоуина американский режиссер Орсон Уэллс на основе отрывков из романа поставил серию коротких драматичных и реалистичных радиопередач. В них говорилось, будто на Землю вторглись враждебные марсиане, постановки прерывались выпусками псевдоновостей о ходе вторжения, о том, что земные вооруженные силы уничтожаются лучами смерти и марсиане на гигантских треножниках окружают Нью-Йорк. Часть радиослушателей пришла в ужас, слухи стремительно разлетелись по всей стране. Когда они были разоблачены и хаос пошел на убыль, представители крупных средств массовой информации поклялись никогда больше не устраивать подобных розыгрышей — не излагать вымысел так, как передавали бы реальное сообщение. Этот запрет действует и сегодня.

Марсианская истерия охватила многих людей. Юный Карл Саган был заворожен романами о Марсе — вспомним хотя бы романы о приключениях Джона Картера. В 1912 г. Эдгар Райс Берроуз, прославившийся романами о Тарзане, попробовал свои силы в научной фантастике. Он написал роман о том, как американский солдат времен Гражданской войны перенесся на Марс и какие приключения он там пережил. Берроуз рассуждал так: поскольку тяготение на Марсе намного слабее земного, Джон Картер стал бы там практически сверхчеловеком. Он получил бы возможность прыгать на невероятные расстояния и побеждать инопланетян-тарков, спасая прекрасную Дею Торис. Историки культуры считают, что такое объяснение суперспособностей Джона Картера позже сформировало основу истории про Супермена. В издании Action Comics 1938 г., где впервые появляется Супермен, его суперспособности приписываются именно слабости тяготения Земли в сравнении с его родным Криптоном.

Жизнь на Марсе

Перспектива поселиться на Марсе может показаться романтичной в научной фантастике, но в реальности она выглядит весьма устрашающе. Одна из стратегий процветания на этой планете состоит в том, чтобы использовать все доступные ресурсы, например лед. Поскольку Марс проморожен насквозь, все, что вам придется сделать для того, чтобы добраться до вечной мерзлоты, — это вырыть яму в пару метров глубиной. Выкопанный лед можно расплавить и очистить для получения питьевой воды или превратить в кислород для дыхания и водород для обогрева и ракетного топлива. Для защиты от радиации и пылевых бурь колонистам, возможно, придется построить подземное убежище. (У Марса настолько разреженная атмосфера и настолько слабое магнитное поле, что частицы, приходящие из космоса, не поглощаются и не отражаются, как на Земле, поэтому космическая радиация будет представлять для колонистов настоящую проблему.) Или было бы удобно устроить первую марсианскую базу в гигантской лавовой трубке возле какого-нибудь вулкана (этот вариант мы уже обсуждали для Луны). Учитывая количество вулканов на Марсе, таких трубок там, вероятно, найдется немало.

Сутки на Марсе имеют примерно ту же продолжительность, что и на Земле. Наклон оси вращения этой планеты по отношению к Солнцу тоже соответствует земному. Но к тяготению на Марсе, которое составляет всего 40 % земного, поселенцам придется привыкать — как и на Луне, им придется упорно тренироваться, чтобы избежать потери мышечной и костной массы. Им также придется свыкнуться с жестоким холодом и вести постоянную борьбу за то, чтобы не замерзнуть насмерть. Температура на Марсе редко превышает температуру замерзания воды, а после захода Солнца может упасть до –127 °C, так что любой отказ оборудования или сбой электроснабжения может представлять опасность для жизни.

Из-за этих и ряда других препятствий, даже если мы сможем отправить первую пилотируемую экспедицию на Марс к 2030 г., нам вряд ли удастся раньше, чем к 2050 г., накопить на этой планете достаточно оборудования и припасов для создания постоянного форпоста.

Марсианский спорт

Поскольку физические нагрузки на Марсе необходимы всем — без них не удастся избежать потерь мышечной массы, — астронавты будут вынуждены активно и в обязательном порядке заниматься спортом. Здесь-то и может обнаружиться, к общей радости, что все они обрели сверхчеловеческие способности.

Но это означает также, что спортивные сооружения придется конструировать заново. Поскольку тяготение на Марсе составляет чуть больше трети земного, человек там, в принципе, может прыгнуть втрое выше, чем на Земле. Он может также бросить мяч втрое дальше, так что баскетбольные и бейсбольные площадки и футбольные поля придется увеличивать.

Более того, атмосферное давление на Марсе составляет около 1 % от земного, а это значит, что аэродинамика бейсбольного и футбольного мяча там кардинально изменится. Главная трудность — точное управление мячом. На Земле атлетам платят миллионы за особенно развитую способность управлять движением мяча, на отработку которой уходят годы практики. Это умение непосредственно связано со способностью атлета управлять вращением мяча.

Летящий мяч порождает в воздухе турбулентность — маленькие круговые вихри, которые заставляют мяч слегка вилять и замедляют его. У бейсбольного мяча эти вихри создаются выпуклыми швами, что и определяет его вращение. У мячика для гольфа они создаются впадинками на его поверхности. У футбольных мячей главную роль играют стыки между панелями покрышки.

Регбисты бросают мяч так, чтобы он быстро вращался в полете. Вращение снижает степень турбулентности у поверхности мяча, и он летит намного дальше и ровнее. Кроме того, из-за быстрого вращения он, как маленький гироскоп, сохраняет направление оси вращения. Такой мяч точнее летит и легче ловится.

Физика воздушных потоков позволяет показать, что многие мифы, имеющие отношение к бросанию бейсбольного мяча, вполне правдивы. Бейсболисты давно уже утверждают, что умеют бросать крученые мячи, и это позволяет им построить траекторию полета, которая на первый взгляд противоречит здравому смыслу.

Однако замедленная съемка показывает, что это утверждение соответствует действительности. Если бейсбольный мяч бросают так, что он почти не вращается в полете, тогда турбулентность вокруг него достигает максимального уровня, а траектория становится беспорядочной. Если такой мяч быстро вращается, давление воздуха с одной его стороны становится чуть больше, чем с другой (благодаря так называемому принципу Бернулли), и мяч может повернуть в определенном направлении.

Все это означает, что низкое атмосферное давление на Марсе может вызвать сложности для атлетов мирового класса с Земли: они потеряют способность управлять мячом. На Марсе, возможно, придется выращивать своих, марсианских, спортсменов. Все это может привести к организации нового Марсианского олимпийского движения и игр, на которых будут разыгрываться награды, в том числе и по неожиданным, физически невозможным на Земле видам спорта, которых пока попросту нет.

Нельзя исключить, что условия на Марсе внесут новую артистичность и элегантность и в уже существующие виды спорта. Фигуристы, к примеру, на Земле могут прыгать не более чем на четыре оборота. Исполнить пятерной прыжок пока не удалось ни одному спортсмену. Объясняется это тем, что высота прыжка определяется скоростью при отрыве от поверхности и силой тяготения. На Марсе фигуристы, благодаря слабому тяготению и низкому атмосферному давлению, смогут взлетать в воздух в три раза выше и исполнять головокружительные прыжки и вращения. Гимнасты на Земле исполняют чудесные винты и перевороты в воздухе, потому что их мышечная сила превышает вес тела. Но на Марсе эта сила будет намного превышать сниженный вес тела, и это позволит им исполнять невиданные никогда прежде винты и перевороты в воздухе.

Туристы на Марсе

Когда наши астронавты решат фундаментальные проблемы выживания, они смогут насладиться другими, эстетически приятными сторонами Красной планеты.

Благодаря слабому тяготению, разреженной атмосфере и отсутствию жидкой воды, горы на Марсе могут вырастать до поистине величественных размеров в сравнении с земными горами. Марсианская гора Олимп — крупнейший известный вулкан Солнечной системы. Эта гора примерно в 2,5 раза выше Эвереста и так велика у основания, что если бы можно было поместить ее в Северную Америку, то она протянулась бы от Нью-Йорка до канадского Монреаля. Слабое гравитационное поле означает также, что туго набитые рюкзаки не будут в тягость альпинистам и скалолазам и горовосходители на Марсе смогут демонстрировать те же чудеса выносливости, что и на Луне.

К горе Олимп примыкают три меньших вулкана, выстроившиеся практически по прямой линии. Их наличие и расположение указывают на то, что в древние времена на Марсе шла активная тектоническая деятельность. Удачной аналогией им здесь, на Земле, могут служить Гавайские острова. Внизу, под ложем Тихого океана, плещется постоянное озеро магмы, и при движении тектонической плиты над ним давление магмы периодически прорывается через кору, образуя очередной остров Гавайской гряды. Но тектоническая активность на Марсе, судя по всему, давно завершилась, что свидетельствует об остывании ядра планеты.

Крупнейший каньон на Марсе и, вероятно, во всей Солнечной системе — Долины Маринера — настолько велик, что, если поместить его в Северную Америку, он протянулся бы от Нью-Йорка до Лос-Анджелеса. Туристы, видевшие Большой каньон на Земле, были бы поражены такой сетью инопланетных каньонов. Но, в отличие от Большого каньона, по дну Долин Маринера не протекает река. Согласно новейшей теории, каньон, растянувшийся примерно на 5000 км, представляет собой стык двух древних тектонических плит, примерно как известный разлом Сан-Андреас на Земле.

Первоклассными приманками для туристов станут две гигантские полярные ледовые шапки Красной планеты. Они отличаются от земных, будучи образованными из льда двух типов. Ледовая шапка первого типа состоит из замерзшей воды. Это постоянная деталь ландшафта, которая большую часть марсианского года остается практически неизменной. Вторая разновидность состоит из сухого льда или замерзшего углекислого газа. Такие шапки расширяются и сжимаются в зависимости от времени года. Летом сухой лед испаряется и исчезает, оставляя только шапки из настоящего водяного льда. В результате вид полярных ледовых шапок на протяжении года меняется довольно сильно.

Если поверхность Земли постоянно меняется, то основные топографические объекты Марса остаются почти неизменными уже миллиарды лет. Поэтому многие черты Красной планеты не имеют аналогов в земной топологии. Здесь, к примеру, можно назвать остатки тысяч гигантских метеоритных кратеров, образовавшихся в разные времена. На Земле тоже когда-то были гигантские метеоритные кратеры, но водная эрозия буквально стерла многие из них с лица нашей планеты. Более того, значительная часть поверхности Земли обновляется каждые несколько сотен миллионов лет благодаря тектонической активности, так что все древние кратеры со временем трансформировались в совершенно новый ландшафт. На Марсе мы видим ландшафт, как бы замерший во времени.

Во многих отношениях о поверхности Марса мы знаем больше, чем о поверхности Земли. Около трех четвертей земной поверхности покрыто океанами, тогда как на Марсе океанов нет. Наши космические аппараты на орбите Марса сфотографировали каждый квадратный метр его поверхности и снабдили нас подробной картой рельефа. Сочетание льда, снега, пыли и песчаных дюн рождает на Марсе диковинные геологические формации, которых на Земле не увидишь. Прогуляться по Марсу — мечта любого туриста.

Единственным очевидным препятствием для превращения Марса в туристическую планету могли бы стать чудовищные пылевые вихри, которые там очень часты. Их следы можно видеть в пустыне чуть ли не ежедневно. Иногда они поднимаются выше Эвереста; земные аналоги, которые поднимаются в воздух не более чем на несколько сотен метров, по сравнению с ними показались бы карликами. Кроме того, там бывают свирепые песчаные бури, иногда на несколько недель укутывающие весь Марс песчаным покрывалом. Однако, благодаря низкому атмосферному давлению на Красной планете, они не особенно разрушительны. Бешеные ветры со скоростями свыше 150 км/ч астронавты будут ощущать как легкий бриз. Конечно, они могут оказаться серьезной помехой — пылинки, попадая в скафандры, машины и приборы, способны вызывать отказы и поломки, но повалить дом или другую постройку они не сумеют.

Из-за большой разреженности воздуха самолетам для полета на Марсе будут нужны крылья значительно большего размера, чем на Земле. Летательному аппарату на солнечной энергии потребуется огромная несущая поверхность, и потому он окажется слишком дорогим, чтобы использовать его для отдыха или спорта. Вероятно, мы не увидим туристов, летающих над марсианскими каньонами, как они это делают над Большим каньоном на Земле. А вот воздушные шары и полумягкие дирижабли могут оказаться вполне рентабельным средством передвижения, несмотря на низкие температуры и разреженный воздух. Они позволят исследовать марсианский рельеф с гораздо более близкого расстояния, чем это делают орбитальные аппараты, и при этом охватить значительные площади поверхности. Возможно, флотилии воздушных шаров и дирижаблей когда-нибудь станут привычным зрелищем в небе Марса.

Марс: райский сад

Чтобы обеспечить долговременное присутствие человека на Красной планете, необходимо найти способ вырастить в ее негостеприимных условиях настоящий райский сад.

Роберт Зубрин — аэрокосмический инженер, работавший в компаниях Martin Marietta и Lockheed Martin, — основал Марсианское общество и уже много лет является одним из самых активных пропагандистов колонизации Красной планеты. Цель Зубрина — убедить общество профинансировать пилотируемую экспедицию. Когда-то его голос был чуть ли не единственным и он готов был убеждать каждого, кто согласится слушать, а теперь за советом к нему обращаются крупные компании и правительства.

Я несколько раз брал у Зубрина интервью, и каждый раз его энтузиазм, энергия и преданность делу бросались в глаза. На вопрос о том, что послужило толчком к такой одержимости космосом, он рассказал, что началось все еще в детстве с чтения фантастики. Кроме того, он был буквально околдован, когда в 1952 г. фон Браун показал, что экспедиция из десяти космических кораблей, собранных на орбите, могла бы доставить экипаж из 70 астронавтов на Марс.

Я спросил доктора Зубрина, как увлеченность фантастикой трансформировалась в дело его жизни — борьбу за экспедицию к Марсу. «Все дело в советском „Спутнике-1“, — ответил он. — На взрослых он нагонял ужас, но я тогда испытал настоящий восторг»[23]. В 1957 г. Зубрина покорил запуск первого в мире искусственного спутника, потому что это означало: все, о чем он читал в фантастических романах, может сбыться на самом деле. Он твердо верил, что когда-нибудь научная фантастика превратится в научный факт.

Доктор Зубрин принадлежит к поколению, своими глазами видевшему, как Соединенные Штаты начинают с нуля и становятся величайшей космической державой планеты. Позже общее внимание американцев полностью захватили Вьетнамская война и внутренние неурядицы, и работа астронавтов на Луне стала казаться чем-то далеким и неважным. Бюджеты резали по живому. Программы закрывались. Хотя общественное мнение обернулось против космической программы, доктор Зубрин сохранил убежденность в том, что следующим пунктом в повестке дня должен стать Марс. В 1989 г. президент Джордж Буш-старший возбудил воображение публики, упомянув о планах добраться до Марса к 2020 г. Впрочем, возбуждение длилось недолго: уже на следующий год стало ясно, что стоимость проекта составила бы около $450 млрд. Американцы испытали шок от такой цены, и планы марсианской экспедиции были вновь положены на полку.

Зубрин годами мотался по миру, пытаясь заручиться поддержкой для своих амбициозных планов. Понимая, что общество не поддержит схемы, которые выходили бы за рамки бюджета, он предложил немало новаторских и одновременно реалистичных подходов к колонизации Красной планеты. До развернутой им активной деятельности большинство людей не воспринимали всерьез проблему финансирования будущих космических экспедиций.

В 1990 г. Зубрин предложил снизить стоимость экспедиции, разбив ее на две части. Согласно проекту Mars Direct, на Марс сначала предполагалось послать автоматический космический корабль Earth Return Vehicle. Она несет небольшое количество водорода, всего 8 т, но на месте, используя неограниченные запасы углекислого газа, содержащегося в марсианской атмосфере, получает до 112 т метана и кислорода — достаточное количество ракетного топлива для последующего обратного путешествия. Как только топливо изготовлено, астронавты стартуют с Земли в корабле Mars Habitat Unit, заправленном небольшим количеством топлива — только на полет до Марса. После посадки на Марс они проводят научные эксперименты, покидают Mars Habitat Unit и переходят в Earth Return Vehicle, заправленный под завязку вновь произведенным ракетным топливом. Этот корабль должен доставить экипаж обратно на Землю.

Критики порой приходят в ужас, когда слышат, что Зубрин предлагает выписать астронавтам билет на Марс в один конец, как будто заранее рассчитывая на их гибель на Красной планете. Он же терпеливо объясняет, что топливо на обратный полет можно произвести на Марсе, но при этом добавляет: «Жизнь вообще путь в один конец, и один из способов прожить ее — отправиться на Марс и положить там начало новой ветви человеческой цивилизации». Зубрин уверен, что через 500 лет историки, возможно, даже не вспомнят все мелкие войны и конфликты XXI столетия, а вот основание поселений на Марсе человечество будет отмечать обязательно.

НАСА взяло на вооружение некоторые элементы стратегии Mars Direct, но изменило философию марсианской программы: ее приоритетами стали стоимость, эффективность и максимальное использование местных ресурсов. Кроме того, Марсианское общество Зубрина построило на Земле прототип марсианской базы Mars Desert Research Station (MDRS). Для этого выбран штат Юта, природа которого лучше всего имитирует условия Красной планеты: холодная, пустынная, безжизненная земля, почти лишенная растительности и животного мира. Сердце MDRS — жилой модуль, двухэтажное цилиндрическое здание, способное вместить семерых членов экипажа. Кроме того, на базе имеется большая обсерватория для наблюдения за звездами. MDRS принимает добровольцев, которые подписываются на двух- или трехнедельное пребывание на станции. Их учат исполнять обязанности будущих астронавтов на марсианской базе: проводить научные эксперименты и наблюдения, осуществлять обслуживание станции. Организаторы MDRS пытаются сделать опыт пребывания на станции как можно более реалистичным и используют работу групп для оценки психологических аспектов длительной изоляции на Марсе в компании людей, по сути малознакомых. С основания станции в 2001 г. через нее прошло более тысячи человек.

Тяга людей к Марсу так сильна, что идея его покорения вызвала к жизни несколько предприятий сомнительной ценности. К примеру, MDRS не следует путать с программой Mars One, предлагающей билет на Марс в один конец всякому, кто пройдет некий набор тестов. Поданы сотни заявлений, притом что на самом деле у этой программы нет никаких конкретных способов добраться до Марса. Реклама утверждает, что ракета будет оплачена за счет добровольных пожертвований и проката фильма, снятого о будущей экспедиции. Скептики обвиняют организаторов программы Mars One в том, что они лучше умеют заговаривать зубы прессе, чем привлекать к работе над своей программой реальные научные кадры.

Еще одной диковинной попыткой сформировать изолированную колонию, подобную тем, что мы создали бы на Марсе, стал проект «Биосфера-2» (Biosphere 2)[24]. На его реализацию выделило $150 млн семейство Бассов. В Аризонской пустыне был воздвигнут комплекс в виде купола из стекла и стали площадью около 1,2 га. Это замкнутое пространство может вместить восемь человек и 3000 видов растений и животных. С его помощью предполагалось выяснить, могут ли люди выжить в контролируемой изолированной среде, напоминающей то, что мы, возможно, создадим на другой планете. С самого старта в 1991 г. эксперимент преследовали всевозможные неудачи, споры, скандалы и отказы техники. Он часто попадал в заголовки новостей, но давал мало реальных научных результатов. К счастью, к 2011 г. все оборудование и сооружения были переданы Университету Аризоны; и теперь в пустыне действует солидный исследовательский центр.

Терраформировать Марс

Основываясь на опыте MDRS и на других данных, доктор Зубрин предсказывает, что колонизация Марса будет проходить в предсказуемой последовательности. По его мнению, первым приоритетом будет устройство на поверхности Марса базы примерно для 20–50 астронавтов. Кто-то из них поработает на базе несколько месяцев и вернется на Землю, кто-то поселится там навсегда и сделает базу своим постоянным домом. Со временем люди на Марсе начнут считать себя не столько астронавтами, сколько поселенцами.

Первое время большую часть припасов необходимо будет доставлять с Земли. На втором этапе население Марса вырастет до нескольких тысяч человек и колония сможет более успешно использовать полезные ископаемые планеты. Красноватый оттенок песков Марса объясняется содержанием в них оксида железа (ржавчины), так что поселенцы смогут получать железо и сталь для строительства. Электричество должны вырабатывать большие солнечные станции, собирающие энергию Солнца. Углекислый газ из атмосферы можно будет использовать для выращивания растений. Постепенно марсианское поселение будет становиться самодостаточным и устойчивым.

Но самым трудным станет следующий шаг. В конце концов колонистам придется найти способ медленно нагреть атмосферу Марса, чтобы по поверхности Красной планеты вновь, впервые за 3 млрд лет, потекла вода. Это сделает возможным сельское хозяйство и, со временем, возникновение крупных городов. В этот момент начнется третий этап, и на Марсе расцветет новая цивилизация.

Приблизительные расчеты показывают, что в наше время терраформирование Марса было бы неприемлемо дорогостоящей задачей и на него уйдет не одно столетие. Однако энтузиастов вдохновляет уже то, что когда-то на Марсе, по географическим данным, жидкой воды было в избытке — на поверхности планеты имеются речные долины, русла и даже очертания древнего океана размером с Соединенные Штаты. Миллиарды лет назад Марс остыл быстрее Земли, и, когда расплавленная Земля еще не успела затвердеть, на нем уже установился тропический климат. Сочетание мягкого климата и обилия воды заставляет некоторых ученых предположить, что ДНК впервые образовалась на Марсе. Согласно этому сценарию, столкновение Марса с гигантским метеоритом выбросило в открытый космос громадное количество обломков, некоторые из них долетели до Земли и упали на поверхность, засеяв ее марсианской ДНК. Если эта теория верна, тогда все, что вам нужно сделать, чтобы увидеть марсианина, — это посмотреть в зеркало.

Зубрин указывает, что терраформирование вовсе не новый невиданный процесс. В конце концов, молекула ДНК постоянно терраформирует Землю. Жизнь перевернула экологию Земли целиком, во всех ее аспектах, начиная с состава атмосферы и топографии земной поверхности и заканчивая компонентным составом океанов. Так что, начав терраформировать Марс, мы будем следовать самой Природе.

Как начать прогревать Марс

Чтобы запустить процесс терраформирования, мы могли бы «впрыснуть» в атмосферу Марса метан и водяной пар, чтобы вызвать искусственный парниковый эффект. Парниковые газы поглощали бы солнечный свет и медленно, но верно поднимали температуру ледовых шапок Марса. По мере таяния лед насыщал бы атмосферу Красной планеты водяным паром и углекислым газом.

Мы могли бы также вывести на орбиту Марса спутники-отражатели, которые направляли бы концентрированный солнечный свет прямо на ледовые шапки. Спутники можно синхронизировать таким образом, чтобы они висели над планетой в фиксированной точке и направляли энергию в полярные области Марса. На Земле мы направляем тарелки спутникового телевидения на аналогичные геостационарные спутники, висящие на высоте около 40 000 км над поверхностью. Они кажутся нам неподвижными, так как делают полный оборот вокруг Земли за 24 часа. (Геостационарные спутники находятся на экваториальной орбите, то есть «висят» над экватором. Это означает, что энергия с таких спутников будет приходить к полюсу под острым углом или ее нужно будет передавать отвесно вниз на экватор и уже потом транспортировать к полюсам. К сожалению, и в том и в другом варианте не обойтись без потерь энергии.)

По такой схеме марсианские солнечные спутники должны будут развернуть гигантские многокилометровые в поперечнике полотнища, на которых поместится огромное количество зеркал или солнечных панелей. Солнечный свет можно будет либо фокусировать и затем направлять на ледовые шапки, либо превращать в другой вид энергии при помощи солнечных элементов и направлять вниз в виде микроволн. Это один из наиболее эффективных, хотя и дорогостоящих, вариантов терраформирования: он безопасен, не загрязняет окружающую среду и гарантирует минимальные разрушения на поверхности Марса.

Предлагаются и другие стратегии. Можно, например, изучить перспективы использования богатого метаном Титана — одной из лун Юпитера — и возможность переброски метана оттуда на Марс. Это могло бы усилить желаемый парниковый эффект: метан, да будет вам известно, в 20 раз эффективнее поглощает тепло, чем углекислый газ. Еще один возможный метод предусматривает использование оказавшихся неподалеку комет или астероидов. Как мы уже говорили, кометы состоят в основном изо льда, а астероиды, насколько нам известно, содержат аммиак, являющийся парниковым газом. Пролетающие мимо кометы и астероиды можно слегка отклонить, чтобы вывести на околомарсианскую орбиту, затем перенаправить еще раз, чтобы вывести на очень медленную спираль падения на Марс. При входе в марсианскую атмосферу трение нагреет их и в конце концов разрушит, высвободив водяной пар или аммиак. При наблюдении с поверхности Марса астероид на такой траектории представлял бы собой великолепное зрелище. В каком-то смысле проект НАСА под названием Asteroid Redirect Mission (ARM) можно рассматривать как пробный шар для подобного предприятия. Напомню, что ARM — планируемая экспедиция НАСА, целью которой будет либо доставить на Землю образцы грунта с астероида или кометы, либо слегка изменить их траекторию. Разумеется, технологию для этого придется отлаживать и точно настраивать, иначе мы рискуем направить гигантский астероид на поверхность Марса и разнести колонию вдребезги.

Еще более неортодоксальная идея, которую предлагает Илон Маск, состоит в том, чтобы растопить ледовые шапки, взорвав на большой высоте над ними водородные бомбы. В принципе, это возможно уже сейчас, все необходимые технологии отработаны. Водородные бомбы, хотя и охраняются очень серьезно, относительно недороги в производстве, и мы, конечно, найдем способ, чтобы взрывать их десятками над ледовыми шапками с помощью современных ракет. Однако никто не знает, насколько стабильны ледовые шапки и какие у этой процедуры могут быть долгосрочные последствия. Многих ученых беспокоит риск незапланированных и неприятных изменений.

Если бы ледовые шапки Марса удалось полностью растопить, то получившейся воды, по некоторым оценкам, хватило бы, чтобы всю планету покрыл океан глубиной от 5 до 10 м.

Переломный момент

Все эти проекты и предложения имеют одну цель — довести марсианскую атмосферу до того критического момента, когда процесс потепления станет самоподдерживающимся. Чтобы запустить процесс таяния льдов, достаточно было бы поднять температуру на 6 °C. Парниковые газы, высвободившиеся из ледовых шапок, разогрели бы атмосферу. Углекислый газ, поглощенный пустыней целую вечность назад, также высвободился бы и внес свой вклад в разогрев планеты, вызвав дальнейшее таяние. Таким образом, разогрев Марса продолжался бы без дальнейшего вмешательства извне. Чем теплее становилось бы на планете, тем больше водяного пара и углекислого газа высвобождалось в атмосферу — а это, в свою очередь, еще сильнее разогревало бы планету. Этот процесс мог бы идти почти до бесконечности, при этом повышая атмосферное давление на Марсе.

Как только вода наполнит древние русла Марса, поселенцы смогут всерьез развивать масштабное сельское хозяйство. Растения обожают углекислый газ, так что даже в открытом грунте, возможно, удастся вырастить первые урожаи, а отходы растений можно будет использовать для формирования почвенного слоя. Кроме того, можно запустить еще одну положительную обратную связь: чем больше выращивается растений, тем больше перегноя для почвы, на которой, в свою очередь, будут расти новые урожаи. Кстати говоря, в верхних слоях марсианского грунта содержатся магний, натрий, калий и хлор — ценные питательные вещества, которые помогут развитию растений. А растения, размножаясь, начнут вырабатывать кислород — один из важнейших элементов терраформирования Марса.

Ученые уже создали теплицы, в которых смоделированы жесткие условия Марса, чтобы посмотреть, смогут ли там выжить растения и бактерии. В 2014 г. Институт передовых идей НАСА объединился с компанией Techshot для строительства биокуполов с контролируемой средой, в которых предполагалось выращивать производящие кислород цианобактерии и водоросли. Предварительные эксперименты показывают, что некоторые формы жизни вполне способны процветать в таких условиях. В 2012 г. ученые Лаборатории моделирования Марса при немецком Аэрокосмическом центре обнаружили, что лишайники — формы жизни, схожие со мхами, — способны прожить в таких условиях по крайней мере месяц. В 2015 г. исследователи из Университета Арканзаса доказали, что четыре вида метанопродуцентов — микроорганизмов, вырабатывающих метан, — могут выжить в условиях обитания, напоминающих марсианскую экосреду.

Еще более амбициозен проект НАСА под названием Mars Ecopoiesis Test Bed, в рамках которого предполагается отправить на Марс на борту марсохода особенно живучие бактерии и растения, такие как экстремофильные фотосинтезирующие водоросли и цианобактерии. Эти формы земной жизни предполагается поместить в емкости с водой, которые марсоход ввинтит прямо в марсианский грунт. Ученые намерены таким образом отследить появление кислорода в емкостях, что должно указывать на активный процесс фотосинтеза. Если этот эксперимент окажется успешным, Марс, возможно, когда-нибудь покроется сетью ферм подобного рода, которые станут вырабатывать кислород и пищу.

Весьма вероятно, что к началу XXII в. технологии четвертой волны — нано- и биотехнологии, а также искусственный интеллект — будут достаточно развиты, чтобы оказать глубокое влияние на процесс терраформирования Марса.

Некоторые биологи утверждают, что методы генной инженерии, возможно, позволят создать новые виды водорослей для жизни на Марсе — в грунте конкретного химического состава или в заново образовавшихся озерах. Эти водоросли будут прекрасно себя чувствовать в холодной разреженной, богатой углекислым газом атмосфере и начнут вырабатывать значительное количество кислорода в качестве побочного продукта или даже отходов жизнедеятельности. Кроме того, они будут съедобны, а при помощи биоинженерных технологий им придадут вкус каких-нибудь земных продуктов. Вдобавок биоинженеры позаботятся о том, чтобы из этих организмов получалось идеальное удобрение.

В фильме «Звездный путь II: Гнев Хана» было показано действие фантастической новой технологии, которая называлась «Устройство творения». Это устройство способно было почти мгновенно терраформировать мертвые планеты в пышные, пригодные для жизни миры. Оно взрывалось, как бомба, разбрасывая сильно переработанную генетиками ДНК. Всюду, куда попадала эта «супер-ДНК», тут же укоренялись клетки и возникали густые джунгли. В результате планета терраформировалась за несколько дней.

В 2016 г. Клаудиус Грос, профессор Университета им. Гёте во Франкфурте, опубликовал статью в журнале Astrophysics and Space Science, в которой подробно описал, как могло бы выглядеть «Устройство творения». Он предсказывает, что создание примитивной версии такого устройства возможно уже через 50–100 лет. Первым делом ученые на Земле должны тщательно проанализировать экологию безжизненной планеты. По температуре, химическому составу грунта и атмосферы можно будет определить, какого типа ДНК следует заносить на эту планету. После этого туда отправят целые флотилии роботизированных дронов, которые доставят миллионы наноразмерных десантируемых капсул с целой линейкой различных вариантов ДНК. Когда содержимое высвободится из капсул, ДНК, разработанная и изготовленная специально для характерной для этой планеты среды, окажется на грунте и начнет размножаться. Содержимое капсул будет разработано таким образом, чтобы воспроизводить себя, создавая семена и споры и используя при этом минералы, которые удастся обнаружить. В результате на безжизненной планете возникнет растительность.

Доктор Грос уверен, что жизнь на свежезасеянной планете должна будет развиваться добрым старым способом — путем эволюции. Он предупреждает, что, если мы попытаемся чрезмерно ускорить этот процесс, могут произойти «экологические катастрофы глобального масштаба», особенно если какие-то однотипные формы жизни вдруг начнут размножаться так стремительно, что вытеснят из экосистемы все остальные жизненные формы.

Будет ли терраформирование устойчивым?

Если бы нам удалось в действительности терраформировать Марс, что могло бы помешать ему чуть позже вернуться в первоначальное безжизненное состояние? Попытка разобраться в этом вновь приводит нас к критическому вопросу, не одно десятилетие мучившему астрономов и геологов: почему Венера, Земля и Марс развиваются так по-разному?

Когда Солнечная система только сформировалась, эти три планеты были во многом схожи. На них шла вулканическая деятельность, высвобождавшая в атмосферу каждой планеты большое количество углекислого газа, водяного пара и других газов. (Именно поэтому атмосферы Венеры и Марса даже сегодня состоят почти исключительно из углекислого газа.) Водяной пар собирался в облака, и дожди создавали на поверхности планет русла рек и впадины озер. Если бы они располагались ближе к Солнцу, океаны на них выкипели бы; если дальше от Солнца — замерзли. Но эти три планеты находились в пределах либо очень близко к зоне жизни вокруг звезды — там, где условия позволяют воде оставаться в жидкой форме. Жидкая вода — это тот «универсальный растворитель», из которого вышли первые органические вещества.

Венера и Земля почти идентичны по размеру. По сути, это небесные близнецы и, по идее, должны были бы следовать одним и тем же эволюционным путем. Когда-то писатели-фантасты описывали Венеру как юный изумрудно-зеленый мир, из которого получилось бы идеальное место отдыха для усталых астронавтов. В 1930-е гг. Эдгар Райс Берроуз в романе «Пираты Венеры» (Pirates of Venus) познакомил читателей с авантюристом Карсоном Нэпьером. Венера в романе описывалась как покрытая джунглями страна чудес, полная приключений и опасностей. Однако сегодня мы знаем, что Венера и Марс совсем не похожи на Землю. Миллиарды лет назад произошло нечто такое, что направило эти три планеты по очень разным путям развития.

В 1961 г., когда в воображении читателей еще доминировали романтические представления о венерианской утопии, Карл Саган выдвинул спорную гипотезу о том, что Венера пострадала от парникового эффекта, который пошел вразнос, и потому на этой планете дьявольски жарко. Его новаторская и немного пугающая теория состояла в том, что углекислый газ для света подобен улице с односторонним движением. Видимый свет легко проходит сквозь углекислый газ внутрь венерианской атмосферы, поскольку углекислый газ для него прозрачен. Однако, поглотившись поверхностью планеты, обратно свет выходит уже в виде инфракрасного излучения, которое не может с легкостью покинуть атмосферу. Излучение оказывается в ловушке — процесс этот аналогичен тому, как теплица зимой захватывает солнечный свет или как салон автомобиля нагревается под лучами солнца. На Земле этот процесс тоже имеет место, но на Венере он многократно усилен, поскольку эта планета намного ближе к Солнцу; в результате парниковый эффект там вышел из-под контроля.

Правоту Сагана удалось доказать уже в следующем году, когда зонд Mariner 2 пролетел мимо Венеры. Картина оказалась шокирующей: температура на планете составляла ужасающие 480 °C. Этого достаточно, чтобы плавились олово, свинец и цинк. Венера предстала не тропическим раем, а раскаленным адом доменной печи. Следующие космические аппараты подтвердили дурные новости. Даже дождь на Венере не приносит облегчения, поскольку состоит из едкой серной кислоты. Ирония судьбы: великолепный блеск Венеры (а мы помним, что эта планета носит имя древнеримской богини любви и красоты) на нашем ночном небе объясняется присутствием на ней серной кислоты, которая прекрасно отражает свет.

В дополнение к этому выяснилось, что атмосферное давление на Венере почти в 100 раз превышает земное. Объясняется это опять же парниковым эффектом. На Земле большая часть углекислого газа выведена из оборота — у нас этот газ растворен в океане и горных породах. А вот на Венере температура повысилась настолько, что океаны просто выкипели, а горные породы, в которых мог бы раствориться углекислый газ, прокалились и высвободили его. Чем больше углекислого газа выделялось из грунта, тем более горячей становилась планета, и наоборот. Так возникла петля положительной обратной связи.

Из-за высокого атмосферного давления находиться на поверхности Венеры — это как погрузиться примерно на километр в глубины земного океана. Человека там раздавит как скорлупку. Но если бы мы нашли способ справиться и с давлением, и с обжигающими температурами, мы все равно столкнулись бы c различными трудностями: например, воздух на Венере настолько плотен, что ходьба по ее поверхности должна напоминать движение в патоке.

С учетом этих ограничений о терраформировании Венеры и речи быть не может.

Куда делись марсианские океаны?

Если Венера, планета-близнец Земли, пошла по другому пути развития потому, что находилась ближе к Солнцу, то чем можно объяснить эволюцию Марса?

Ключевой фактор здесь — то, что Марс не только располагается дальше от Солнца, он еще и намного меньше Земли и потому остывал быстрее. У Красной планеты уже нет расплавленного ядра. Магнитное поле Земли формируется благодаря движению металла в ее жидком ядре — это и порождает электрические токи. Поскольку сейчас ядро Марса твердое, оно не в состоянии генерировать сколько-нибудь существенное магнитное поле. Остаточная намагниченность марсианских горных пород свидетельствует, что некогда магнитное поле на Марсе было, но потом по каким-то причинам перестало существовать. Возможно, именно поэтому Марс потерял плотную атмосферу и воду. В отсутствие магнитного поля, которое прикрывает атмосферу от вредных солнечных лучей и вспышек, ее постепенно унесло в космос солнечным ветром. А с падением атмосферного давления выкипели и марсианские океаны.

И еще один процесс ускорил потерю атмосферы. Значительная часть имевшегося на Марсе углекислого газа растворилась в океанах и превратилась в различные соединения углерода, которые со временем отложились на океанском дне. На Земле тектоническая активность периодически изменяет континенты и позволяет углекислому газу вновь подняться на поверхность. Поскольку ядро Марса, вероятно, твердое, на этой планете уже нет сколько-нибудь значительной тектонической активности и углекислый газ оказался навсегда запертым в породах. Соответственно, когда уровень углекислого газа начал падать, возник эффект, обратный парниковому, и планета ушла в глубокую заморозку.

Драматический контраст между Марсом и Венерой помогает нам глубже понять и оценить геологическую историю Земли. Земное ядро, в принципе, могло бы остыть миллиарды лет назад, но оно до сих пор жидкое, поскольку, в отличие от марсианского ядра, содержит высокорадиоактивные минералы, такие как уран и торий, с периодом полураспада в миллиарды лет. Всякий раз, сталкиваясь с невероятной мощью вулканического взрыва или опустошениями, вызванными сильным землетрясением, мы на собственном опыте убеждаемся, что энергия радиоактивного ядра Земли ускоряет события на поверхности планеты и помогает поддерживать на ней жизнь.

Тепло, вырабатываемое радиоактивностью глубоко в недрах Земли, заставляет железное ядро планеты непрерывно перемешиваться и порождать магнитное поле. Это поле защищает атмосферу от солнечного ветра и отклоняет смертельную радиацию из космоса. (Наглядное подтверждение тому мы наблюдаем в виде полярного сияния, которое возникает, когда потоки солнечных частиц сталкиваются с магнитным полем Земли. Поле вокруг Земли похоже на гигантский дымоход, направляющий частицы из внешнего космоса к полюсам, так что большая их часть либо отводится в сторону, либо поглощается атмосферой.) Земля больше Марса, поэтому и остывает она медленнее.

Теперь мы можем вернуться к вопросу о том, как нам удержать Марс после терраформирования от возвращения в первоначальное состояние. Один из предлагаемых методов, весьма амбициозный, состоит в том, чтобы сформировать вокруг планеты магнитное поле. Для этого нам пришлось бы обмотать Марс по экватору гигантскими сверхпроводящими петлями, создав таким образом электромагнитную катушку. Применив законы электромагнетизма, можно будет рассчитать количество энергии и материалов, необходимых для изготовления такого сверхпроводящего пояса. Но надо признать, что в этом веке столь грандиозное предприятие выходит далеко за рамки наших возможностей.

Однако поселенцы на Марсе, скорее всего, не будут рассматривать угрозу возвращения планеты в первоначальное состояние как проблему, требующую немедленного решения. Терраформированная атмосфера, по всей видимости, могла бы оставаться относительно стабильной на протяжении столетия или даже дольше, так что усовершенствования можно будет вводить постепенно — десятилетиями и даже столетиями. Необходимость постоянного мониторинга и поддержания статус-кво, возможно, будет досадной помехой, но это небольшая плата за новый форпост человечества в космосе.

Терраформирование Марса станет первоочередной задачей XXII в. Но воображение ученых заглядывает дальше Марса. Самые интересные перспективы, возможно, будут связаны со спутниками газовых гигантов, включая Европу (спутник Юпитера) и Титан (спутник Сатурна). Когда-то считалось, что луны газовых гигантов — это всего лишь безжизненные обломки камня, ничем не отличающиеся друг от друга, но сейчас уже ясно, что каждая из них уникальна и поражает своими гейзерами, океанами, каньонами и атмосферными явлениями. Именно спутники газовых гигантов многие сегодня считают будущими обиталищами человечества.

* * *

Как ярка и красива комета, когда она пролетает мимо нашей планеты — при условии, конечно, что она действительно пролетает мимо.

Айзек Азимов

6. Газовые гиганты, кометы, далее везде

В судьбоносную неделю января 1610 г. Галилей сделал открытие, которому суждено было поколебать самое основание Церкви, изменить наши представления о Вселенной и дать толчок научной революции.

Ученый направил телескоп, который сделал своими руками, на планету Юпитер и с изумлением увидел четыре светящихся объекта, повисшие в небесах рядом с ним. Тщательно проанализировав движение этих объектов за неделю, он пришел к убеждению, что все они обращаются вокруг Юпитера. По существу, он обнаружил в открытом космосе миниатюрную «солнечную систему».

Галилей быстро понял, что это открытие влечет за собой космологические и теологические последствия. Столетиями Церковь, цитируя Аристотеля, учила, что все небесные тела, включая Солнце и планеты, обращаются вокруг Земли. Но Галилей обнаружил контрпример. Земля была сброшена с пьедестала, она перестала быть центром Вселенной. Все представления, скреплявшие церковную доктрину и два тысячелетия развития астрономии, были опрокинуты одним махом.

Открытия Галилея вызвали широкий интерес. Ему не потребовалась армия рекламистов и политтехнологов, чтобы убедить публику в истинности своих наблюдений. Каждый мог своими глазами увидеть картину и убедиться, что Галилей прав. Когда на следующий год он приехал в Рим, его ждал восторженный прием. Церковь, однако, была недовольна. Книги Галилея были запрещены, а сам он отдан под суд инквизиции, где ему угрожали пыткой, если он не откажется от своих еретических идей.

Сам Галилей был уверен, что наука и религия могут мирно сосуществовать. Он писал, что задача науки — определить, как устроены и работают небеса, тогда как задача религии — определить, как туда попасть. Иными словами, наука имеет дело с законами природы, тогда как религия занимается этикой, и между ними не возникает конфликта до тех пор, пока человек не забывает про это различие. Но на этот раз наука и религия столкнулись лбами в ходе судебного процесса, и Галилей вынужден был отказаться от своих теорий под страхом смерти. Обвинители напомнили ему, что монах Джордано Бруно был сожжен заживо за куда менее проработанные, чем у Галилея, космологические утверждения. После этого прошло два столетия, прежде чем была снята, наконец, бо́льшая часть запретов на книги Галилея.

Сегодня, 400 лет спустя, те же самые четыре спутника Юпитера — их часто называют Галилеевыми спутниками — вновь дали толчок настоящей революции. Кое-кто даже считает, что именно в них, а также в спутниках Сатурна, Урана и Нептуна кроется ключ к тайне жизни во Вселенной.

Газовые гиганты

В 1979 г. космические аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2», пролетая мимо газовых планет-гигантов, подтвердили их большое сходство между собой. Все они состоят преимущественно из водорода и гелия в весовом соотношении примерно 4 к 1. (Эта смесь водорода и гелия является также основной составляющей Солнца и, если уж быть точными, вообще всей Вселенной. Возникла она, вероятно, почти 14 млрд лет назад, когда в момент Большого взрыва примерно из четверти первоначального водорода синтезировался гелий.)

Скорее всего, история всех газовых гигантов в основных моментах также очень похожа. Как уже говорилось, по теоретическим выкладкам ученых, 4,5 млрд лет назад все планеты представляли собой небольшие каменные ядра, сконденсировавшиеся из водородно-пылевого диска, окружавшего тогда Солнце. Из внутренних ядер получились Меркурий, Венера, Земля и Марс. Ядра планет, расположенных дальше от Солнца, помимо камня, содержали лед, которого на этих огромных расстояниях было в достатке. Лед действует как связующий состав, своего рода клей, поэтому ядра со льдом могли вырасти в десять раз более крупными, чем те, что состояли только изо льда. Их тяготение стало настолько мощным, что они захватили бо́льшую часть водорода, остававшегося еще на тот момент в солнечной плоскости. Чем крупнее они становились, тем больше газа притягивали, и так до тех пор, пока не притянули его весь.

Считается, что Юпитер и Сатурн имеют одинаковую внутреннюю структуру. Если бы можно было разрезать их пополам, как луковицу, то снаружи мы бы увидели толстую газообразную атмосферу. Под ней, по общему мнению, находится сверххолодный океан из жидкого водорода. Существует также гипотеза о том, что в самом центре газовых гигантов располагается маленькое плотное ядро из твердого водорода.

У планет-гигантов имеются цветные полосы, возникающие в результате того, что любые примеси в атмосфере при вращении планеты размазываются на полную окружность. На поверхности этих огромных планет бушуют колоссальные штормы. Так, на Юпитере есть знаменитое Большое Красное Пятно, которое кажется постоянным и настолько велико, что в его пределах могли бы без труда поместиться несколько таких планет, как Земля. В Южном полушарии Нептуна наблюдается иногда пропадающее Большое Темное Пятно.

Тем не менее все эти гигантские планеты различаются по размерам. Самая большая из них — Юпитер — названа в честь отца богов в древнеримской мифологии. Юпитер настолько массивен, что перевешивает все остальные планеты, вместе взятые. Он вместил бы 1300 таких планет, как Земля. Значительная часть всего, что нам известно о Юпитере, получена с космического аппарата «Галилео» (Galileo), которому в 2003 г., после восьми лет исправной работы на орбите Юпитера, было позволено окончить свою славную жизнь, нырнув в недра планеты. Пролетая в атмосфере Юпитера, аппарат продолжал передавать радиосообщения, пока его не раздавило громадное поле тяготения планеты. Обломки «Галилео», вероятно, погрузились в океан жидкого водорода.

Юпитер окружен мощным, смертельно опасным поясом радиации, источником значительной части статических помех, которые мы на Земле слышим в радио- и телеприемниках. (Часть этой статики берет начало от самого Большого взрыва.) Астронавтов, пролетающих вблизи Юпитера, необходимо будет защищать от радиации, а связь с ними в окрестностях этой планеты будет серьезно затруднена.

Еще одной проблемой может стать огромное поле тяготения Юпитера, способное захватить или, наоборот, с огромной силой вышвырнуть в открытый космос любого неразумного «прохожего», который осмелится слишком приблизиться к этому гиганту, включая луны и планеты. Когда-то, миллиарды лет назад, эта особенность сработала нам на пользу. В молодой Солнечной системе было полно космических обломков, которые непрерывным дождем сыпались на Землю. К счастью, гравитационное поле Юпитера работало, как пылесос; планета-гигант либо поглощала обломки, либо вышвыривала их прочь. Компьютерное моделирование показывает: без Юпитера Землю и сегодня бомбардировали бы гигантские метеориты, что сделало бы жизнь на ней невозможной. В будущем, выбирая в космосе солнечные системы для колонизации, было бы разумно присматриваться в первую очередь к тем из них, где имеется свой «Юпитер», достаточно крупный, чтобы навести порядок в системе и убрать обломки.

По всей видимости, жизнь, какой мы ее знаем, не может существовать на газовых гигантах. Ни у одного из них нет твердой поверхности, на которой могли бы развиться живые организмы. Нет на них ни жидкой воды, ни веществ, необходимых для возникновения углеводородов и органических соединений. Кроме того, они располагаются во многих миллиардах километров от Солнца, а значит, на них ужасно холодно.

Спутники газовых гигантов

Если говорить о потенциале поддержания жизни, то луны Юпитера и Сатурна в этом плане выглядят куда перспективнее своих центральных планет. У этих газовых гигантов насчитывается по крайней мере 79 и 62 спутника соответственно. Когда-то астрономы полагали, что все луны Юпитера похожи между собой, что все они проморожены насквозь и безжизненны, как наша Луна. Поэтому ученые были поражены до глубины души, когда выяснилось, что каждая луна планеты-гиганта обладает собственными неповторимыми свойствами. Эта информация буквально перевернула их взгляды на жизнь во Вселенной.

Самым интригующим из всех спутников газовых гигантов, пожалуй, следует назвать Европу — один из первых, открытых еще Галилеем, спутников Юпитера. Европа, подобно некоторым другим лунам наших планет-гигантов, покрыта толстым слоем льда. По одной из теорий, когда-то водяной пар из вулканов на молодой Европе сконденсировался в древние океаны, которые замерзли при остывании этого спутника. Этим, возможно, объясняется тот любопытный факт, что Европа — одна из самых гладких лун Солнечной системы. Несмотря на то что она подвергалась сильной астероидной бомбардировке, ее океаны, вероятно, замерзли уже после того, как эта бомбардировка в основном закончилась, скрыв образовавшиеся на поверхности шрамы. При взгляде из космоса Европа похожа на шарик для пинг-понга: на ней почти нет поверхностных деталей — ни вулканов, ни горных цепей, ни метеоритных кратеров. Единственная видимая ее особенность — это покрывающая всю поверхность сеть трещин.

Астрономы пришли в восторг, когда выяснилось, что подо льдом на Европе может находиться океан жидкой воды. По объему океаны Европы (по оценкам) в 2–3 раза превосходят земные, ведь наши океаны лежат на поверхности планеты, тогда как на Европе они заполняют собой большую ее часть.

Если журналисты часто говорят: «Следите за деньгами», то астрономы говорят: «Следите за водой», — поскольку именно вода является фундаментом жизни в том виде, в каком мы ее знаем. Мысль о том, что в царстве газовых гигантов может существовать жидкая вода, изумила ученых. Ее присутствие на Европе поставило перед астрономами загадку: откуда на этом спутнике берется тепло для растапливания льда? На первый взгляд ситуация противоречила здравому смыслу. Мы очень долго считали, что Солнце — единственный источник тепла в Солнечной системе и что планета должна обязательно лежать в так называемой «зоне Златовласки», чтобы быть пригодной для жизни, но Юпитер находится далеко за пределами этой зоны обитаемости. При этом мы забывали рассмотреть другой потенциальный источник энергии — приливные силы. Тяготение Юпитера так велико, что он может вытягивать и сжимать Европу. При движении спутника по орбите приливной горб на нем непрерывно смещается. Вытягивание и сжатие может вызывать в ядре Европы сильное трение, когда камень вжимается в камень, и тепла, выделяемого этим трением, может оказаться достаточно, чтобы расплавить значительную часть ледового покрова.

Обнаружение жидкой воды на Европе помогло астрономам понять, что существует источник энергии, способный создать условия для жизни даже в самых темных областях космического пространства.

Europa Clipper

Запуск космического аппарата Europa Clipper запланирован примерно на 2022 г. Стоимость проекта приблизительно $2 млрд, его цель — проанализировать ледовый покров Европы, а также состав и природу ее океана и проверить их на признаки наличия органических соединений.

Инженерам будет очень непросто проложить маршрут для этого космического аппарата. Европа лежит внутри окружающего Юпитер агрессивного радиационного пояса, и исследовательский зонд, размещенный на ее орбите, вполне возможно, будет «поджарен» всего за несколько месяцев. Чтобы избежать этой угрозы и продлить жизнь аппарата, авторы проекта решили, что Clipper следует вывести на такую орбиту вокруг Юпитера, которая будет располагаться преимущественно за пределами радиационного пояса. Тогда его траекторию можно будет менять таким образом, чтобы она придвинулась ближе к Юпитеру и при этом обеспечила 45 коротких пролетов мимо Европы.

Одна из целей этих пролетов — рассмотреть и по возможности исследовать поднимающиеся над Европой фонтаны водяного пара, которые наблюдал космический телескоп «Хаббл». Возможно, зонд даже сможет пролететь сквозь такой фонтан. Не исключено также, что Clipper попытается получить образец содержимого фонтанов, выпустив в них несколько мини-зондов. Поскольку садиться на Европу Clipper не будет, исследование выбрасываемого с нее водяного пара — наш шанс заглянуть одним глазком в океан Европы. Если эта экспедиция пройдет успешно, в дальнейшем можно будет думать о посадке зонда на Европу, чтобы пробурить ее ледяной панцирь насквозь и отправить какой-нибудь исследовательский аппарат непосредственно в океан.

Однако Европа не единственная луна газового гиганта, на которой мы ищем органические соединения и микробную жизнь. Выбросы водяных гейзеров замечены также на спутнике Сатурна Энцелад; на этом основании можно предположить, что там подо льдом также имеется океан.

Кольца Сатурна

Сейчас астрономы понимают, что наиболее важную роль в эволюции спутников планет-гигантов играют приливные силы. Поэтому важно разобраться, насколько велики эти силы и как они действуют. Возможно, они также дадут нам ответ на одну из загадок, связанных с газовыми гигантами, — на вопрос о происхождении великолепных колец Сатурна. Ученые считают, что в будущем, когда астронавты начнут посещать планеты других звездных систем, выяснится, что многие газовые гиганты имеют вокруг себя кольца, как в нашей Солнечной системе. Это, в свою очередь, поможет определить, насколько велики приливные силы и способны ли они разрывать на части целые луны.

Великолепие колец Сатурна, состоящих из частиц камня и льда, волновало воображение многих поколений художников и мечтателей. В научной фантастике сделать на космическом корабле виток вокруг колец едва ли не обязательный ритуал для каждого астронавта-стажера. Наши космические зонды обнаружили, что кольца есть у всех газовых гигантов Солнечной системы, хотя не такие большие и красивые, как те, что обращаются вокруг Сатурна.

Для объяснения возникновения колец предлагалось множество гипотез, но самая, наверное, убедительная из них связывает существование колец с приливными силами. Гравитационного притяжения Сатурна, как и притяжения Юпитера, достаточно, чтобы сделать любую луну слегка вытянутой, или овальной, как мяч для регби. Чем ближе луна подходит к Сатурну, тем сильнее она вытягивается. В конце концов, приливные силы, растягивающие луну, уравновешивают силу самотяготения, удерживающую ее от распада. Наступает переломный момент. Если луна подходит еще чуть ближе, тяготение Сатурна буквально разрывает ее на части.

Пользуясь законами Ньютона, астрономы могут рассчитать критическое расстояние, которое называют пределом Роша[25]. Исследуя кольца Сатурна и других газовых гигантов, мы обнаруживаем, что они почти всегда располагаются внутри предела Роша для соответствующей планеты. В то же время все луны газовых гигантов, которые мы наблюдаем, напротив, располагаются за пределом Роша. Эти данные свидетельствуют в пользу — хотя и не доказывают со всей определенностью — теории, согласно которой кольца Сатурна сформировались, когда какая-то луна неосторожно приблизилась к планете и была разорвана приливными силами.

В будущем, когда мы доберемся до планет, обращающихся вокруг других звезд, мы, вероятно, обнаружим кольца вокруг газовых гигантов внутри предела Роша. Изучив действие приливных сил, потенциально способных разрывать на части целые луны, можно начинать рассчитывать величину приливных сил, действующих на таких лунах, как Европа.

Дом на Титане?

Титан — один из спутников Сатурна — также является кандидатом на освоение человечеством, хотя численность населения Титана, вероятно, будет заметно уступать численности населения Марса. Титан — второй по величине спутник Солнечной системы, уступающий только юпитерианскому Ганимеду, и это единственный спутник, который обладает плотной атмосферой. В отличие от разреженных атмосфер других лун, атмосфера там настолько плотная, что на ранних фотографиях Титан выглядел весьма непрезентабельно: он походил на мохнатый теннисный мячик без каких-либо деталей на поверхности.

Автоматическая орбитальная станция «Кассини» (Cassini), работавшая на орбите Сатурна и в конце концов рухнувшая на эту планету в 2017 г., раскрыла истинную природу Титана. При помощи радара «Кассини» проникла под облачный покров спутника и составила карту его поверхности. Кроме того, она посадила в 2005 г. на Титан зонд «Гюйгенс» (Guygens), который передал первые подробные фотографии ландшафта далекого спутника. На них видны признаки сложной сети морей, озер, покровного льда и выходов грунта.

Опираясь на данные, переданные станцией «Кассини — Гюйгенс», ученые составили картину, скрытую плотным покровом облаков над Титаном. Атмосфера этого спутника, как и атмосфера Земли, состоит в основном из азота. Удивительно, но его поверхность покрыта озерами из этана и метана. Поскольку метан вспыхивает от малейшей искры, можно было бы предположить, что эта луна может легко вспыхнуть. Но, поскольку в атмосфере нет кислорода и к тому же там очень холодно (–180 °C), взрыв невозможен. Эти данные намекают на соблазнительную возможность: астронавты будущего могли бы собрать на Титане немного льда, получить из него кислород и водород, а затем соединить кислород с метаном и получить почти неистощимый источник энергии — предположительно, ее хватит для освещения и обогрева первых человеческих поселений.

Хотя с энергией на Титане, может быть, не будет проблем, о его терраформировании, скорее всего, речи не пойдет. Создать самоподдерживающийся парниковый эффект на таком огромном расстоянии от Солнца, вероятно, невозможно. А поскольку метана в атмосфере и так много, добавлять его туда для запуска парникового эффекта было бы бесполезно.

Возникает вопрос: можно ли колонизировать Титан? С одной стороны, это единственная луна со сколько-нибудь значимой атмосферой, давление которой на 45 % превышает давление атмосферы Земли. Это одно из очень немногих известных нам мест в космосе, где астронавт не умер бы вскоре после того, как снял с себя скафандр. Без кислородной маски там все равно не обойтись, но кровь в жилах все же не закипит и давлением человека не раздавит.

С другой стороны, на Титане всегда холодно и темно. Астронавт на его поверхности получал бы 0,1 % от того солнечного света, что освещает Землю. Солнечный свет в качестве источника энергии там неэффективен, поэтому все освещение и отопление будет зависеть от непрерывно работающих генераторов. К тому же поверхность Титана сильно проморожена, а в атмосфере нет кислорода и углекислого газа в количествах, необходимых для поддержания растительной и животной жизни. Сельское хозяйство там будет чрезвычайно трудным делом, а хоть какой-нибудь урожай можно будет вырастить только в закрытом помещении или под землей. Следовательно, запасы пищи на Титане всегда будут ограниченны — а с ними и число колонистов, которые смогут там выжить.

Поддерживать связь с родной планетой будет очень неудобно, поскольку радиосигнал с Титана достигает Земли через много часов. А поскольку тяготение на Титане составляет всего лишь около 15 % от земного, колонистам придется непрерывно тренироваться, чтобы избежать потери мышечной и костной массы. Со временем им, возможно, придется отказаться от возвращения на Землю, где они будут выглядеть очень слабыми. Не исключено, что когда-нибудь поселенцы на Титане почувствуют себя эмоционально и физически чуждыми Земле и землянам и предпочтут разорвать все социальные связи с родной когда-то планетой.

Так что постоянно жить на Титане, вероятно, и можно, но неудобно. У проекта по созданию там постоянной колонии много недостатков. Поэтому многочисленного постоянного населения на этой луне, скорее всего, никогда не будет. Однако Титан может быть использован как заправочная станция и хранилище запасов. Его метан можно было бы собирать и отправлять на Марс, чтобы ускорить терраформирование Красной планеты, или использовать для производства неограниченного количества ракетного топлива для экспедиций в глубокий космос. Лед Титана можно очищать до питьевой воды или получать из него кислород — а можно перерабатывать все в то же ракетное топливо. Слабое тяготение могло бы сделать полеты на Титан и с Титана относительно несложными и эффективными. В общем, Титан мог бы стать важным форпостом и заправочной станцией в космосе.

Чтобы колония на Титане могла развиваться автономно, стоило бы подумать о добыче ценных минералов и руд. Пока наши космические аппараты добыли недостаточно информации о минеральном составе Титана, но, как и многие астероиды, он может содержать ценные металлы, без которых сделать из него станцию заправки и снабжения будет невозможно. Однако доставлять руды с Титана на Землю, скорее всего, непрактично из-за громадного расстояния и стоимости космических путешествий. Зато добытое сырье можно было бы использовать на месте для создания инфраструктуры.

Кометное облако Оорта

Помимо газовых гигантов, на окраинах Солнечной системы располагается еще одно царство — мир, возможно насчитывающий триллионы комет[26]. Они могут стать для нас ступенькой к звездам.

Расстояние до звезд может показаться непреодолимо огромным. По мнению физика Фримена Дайсона из Принстона, чтобы достичь звезд, нам полезно было бы поучиться у древних полинезийцев, совершавших свои путешествия тысячи лет назад. Вместо того чтобы плыть сразу через Тихий океан — а такое предприятие, скорее всего, закончилось бы катастрофой, — они «прыгали» с острова на остров, преодолевая промежутки между этими клочками суши по одному и постепенно распространяясь в бассейне Тихого океана. Всякий раз, добравшись до очередного острова, они основывали там постоянное поселение, а затем перебирались на следующий остров. Дайсон утверждает, что мы могли бы аналогичным образом создавать в дальнем космосе промежуточные колонии. Ключом к такой стратегии стали бы кометы. Именно кометами, а также бродячими планетами, по каким-то причинам выброшенными из своих солнечных систем, возможно, усеян путь к звездам.

На протяжении многих тысяч лет кометы побуждали людей строить догадки, творить мифы и испытывать страх. В отличие от метеоров, которые прочерчивают свой яркий след по ночному небу и исчезают за несколько мгновений, кометы могут висеть у нас над головой продолжительное время. Когда-то они считались предвестниками несчастий и даже влияли иногда на судьбу государств и народов. В 1066 г. комета появилась над Англией и была интерпретирована как знак того, что войска короля Гарольда будут побеждены в битве при Гастингсе вторгнувшимся войском Вильгельма Нормандского, который станет основателем новой династии. Великолепный гобелен из Байё, на котором изображены эти события, показывает нам охваченных ужасом крестьян и солдат, которые подняли головы и рассматривают комету.

Более 600 лет спустя, в 1682 г., эта же комета вновь проплыла над Англией. Все, от бродяг до императоров, были заворожены этим явлением, а Исаак Ньютон решил разобраться в древней загадке. Он тогда только что изобрел более мощный тип телескопа, который собирал звездный свет при помощи зеркала. Вооружившись новым телескопом-рефлектором, он тщательно замерил траектории нескольких комет и сравнил их с расчетами, сделанными им на основании также недавно разработанной теории всемирного тяготения. Движение комет идеально совпало с расчетами.

Учитывая склонность Ньютона к секретности, можно предположить, что это его важнейшее открытие, вполне вероятно, кануло в Лету, если бы не богатый астроном-любитель Эдмунд Галлей. Галлей приехал в Кембридж, чтобы встретиться с Ньютоном, и был ошеломлен тем, что Ньютон не только отслеживает кометы, но и может предсказать их будущее движение, чего никто и никогда до него не делал. Ньютон свел одно из самых загадочных явлений в астрономии, не одну тысячу лет завораживавшее и ставившее в тупик человеческую цивилизацию, к серии математических формул.

Галлей сразу же понял, что перед ним одно из фундаментальных открытий в истории науки. Он великодушно предложил полностью оплатить издание труда, которому суждено было стать одним из величайших научных трудов всех времен, — трактата «Математические начала натуральной философии» (Principia Mathematica). В этом шедевре Ньютон проработал небесную механику. При помощи придуманного им математического метода — дифференциального исчисления — он мог в точности определять движение планет и комет в Солнечной системе. Ньютон открыл, что кометы способны летать по эллиптическим траекториям, и в этом случае они, возможно, возвращаются. Галлей, вооружившись методами Ньютона, рассчитал, что комета, маячившая над Лондоном в 1682 г., должна возвращаться к Солнцу каждые 76 лет. Мало того, он сверился с историческими свидетельствами и указал, что эта комета уже не раз навещала Землю, причем появлялась строго по расписанию. Наконец, Галлей дерзко предсказал, что комета вернется в 1758 г., когда он будет давно уже мертв. Появление кометы в предсказанном году в день Рождества помогло навсегда вписать имя Галлея в историю.

Сегодня мы знаем, что кометы прилетают к нам в основном из двух мест. Первое из них — пояс Койпера, область за Нептуном, лежащая в той же плоскости, что и орбиты планет. Кометы пояса Койпера, в число которых входит и комета Галлея, обращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам. Иногда их называют короткопериодическими кометами, поскольку их орбитальные периоды — время, за которое они совершают полный оборот вокруг Солнца, — измеряются десятилетиями или столетиями. Их периоды известны или могут быть рассчитаны, поэтому эти кометы предсказуемы и, следовательно, не особенно опасны.

Намного дальше от центра Солнечной системы располагается облако Оорта — кометная сфера, окружающая нашу Солнечную систему целиком. Многие из этих комет настолько далеки от Солнца — расстояние до них может составлять несколько световых лет, — что почти не движутся в пространстве. Время от времени проходящая мимо звезда или случайное столкновение забрасывает эти кометы внутрь Солнечной системы. Это так называемые долгопериодические кометы, их орбитальные периоды могут измеряться десятками тысяч и даже сотнями тысяч лет, а некоторые из них вообще не возвращаются. Их появление вблизи Земли почти невозможно предсказать, поэтому они потенциально более опасны для нас, чем короткопериодические кометы.

Открытия, имеющие отношение к поясу Койпера и облаку Оорта, делаются каждый год. В 2016 г. было объявлено, что где-то в глубинах пояса Койпера может располагаться девятая планета Солнечной системы размером примерно с Нептун. Этот объект был предсказан не посредством прямых наблюдений в телескоп, а при решении Ньютоновых уравнений при помощи компьютеров. Хотя существование девятой планеты до сих пор не подтверждено, многие астрономы считают имеющиеся данные очень убедительными. Кроме того, нам известны прецеденты. В XIX в. астрономы обнаружили, что планета Уран слегка отклоняется от предсказанного ей законами Ньютона маршрута. Получалось, что либо Ньютон ошибался, либо на Уран действует какое-то другое удаленное тело. Ученые вычислили положение этой гипотетической планеты и в 1846 г., всего за несколько часов наблюдений, сумели обнаружить ее. Планету назвали Нептуном. (В другом случае астрономы заметили, что Меркурий тоже отклоняется от предсказанной траектории. Возникла теория о существовании внутри орбиты Меркурия планеты, которую окрестили Вулканом. Однако, несмотря на все усилия, никакого Вулкана обнаружить не удалось. Альберт Эйнштейн признал, что законы Ньютона, возможно, не идеальны и орбита Меркурия может объясняться совершенно новым эффектом — искривлением пространства-времени в соответствии с разработанной им теорией относительности.) Сегодня высокоскоростные компьютеры с учетом этих законов могут обнаружить в поясе Койпера и облаке Оорта еще немало обитателей.

Астрономы подозревают, что облако Оорта может тянуться ни много ни мало на три световых года от Солнечной системы. Это больше половины пути до ближайшей к нам тройной звездной системы альфы Центавра, расстояние до которой составляет немногим больше четырех световых лет. Если считать, что система альфы Центавра тоже окружена сферой комет, то не исключено, что с Землей ее соединяет непрерывная кометная тропа. Также не исключено, что когда-нибудь можно будет организовать на большом межзвездном шоссе серию заправок, форпостов и станций связи. Вместо того чтобы попытаться допрыгнуть сразу до соседней звезды, мы могли бы подумать о реализации более скромной цели — «допрыгать по кометам» до альфы Центавра. Эта магистраль могла бы стать первым космическим шоссе.

Создание кометного шоссе не настолько далекая задача, как может показаться на первый взгляд. Астрономам удалось довольно много узнать о размерах, структуре и составе комет. Когда в 1986 г. мимо проплыла комета Галлея, исследователи отправили целую флотилию космических аппаратов, которые должны были сфотографировать и изучить ее. На полученных изображениях видно крохотное ядро около 16 км в поперечнике, по форме напоминающее гантель (это означает, что в какой-то момент в будущем ядро развалится на две части и комета Галлея превратится в две кометы). Более того, ученым удалось провести космические аппараты сквозь хвосты комет, а автоматическая межпланетная станция Rosetta даже посадила на одну из комет небольшой зонд. Анализ некоторых исследованных комет показывает наличие у них твердого каменного или ледяного ядра, которое может оказаться достаточно прочным, чтобы установить на нем роботизированный ретранслятор.

Быть может, однажды роботы опустятся на далекую комету в облаке Оорта и вбурятся в ее поверхность. Минералы и металлы из ядра можно будет использовать для отделки космической станции, а лед — расплавить и превратить в питьевую воду, ракетное топливо и кислород для астронавтов.

Что мы обнаружим, если нам удастся выйти за пределы Солнечной системы? В настоящий момент мы испытываем очередной сдвиг парадигмы в наших представлениях о Вселенной. Мы то и дело открываем в других звездных системах землеподобные планеты, способные, возможно, поддерживать какую-то форму жизни. Сможем ли мы когда-нибудь побывать на этих планетах? Сможем ли построить космические корабли, способные открыть Вселенную для человеческой цивилизации? И каким образом?

Часть II

ПУТЬ К ЗВЕЗДАМ

Поэтому следует ожидать, что на каком-то этапе машины возьмут управление на себя.

Алан Тьюринг

Я был бы очень удивлен, если бы что-то хотя бы отдаленно похожее произошло в ближайшее столетие или два.

Дуглас Хофштадтер

7. Роботы в космосе

На дворе 2084 г. Арнольд Шварценеггер — простой строительный рабочий, которого мучают повторяющиеся сны о Марсе. Он решает, что должен отправиться на эту планету и выяснить происхождение этих снов. На Марсе он видит большие города, сверкающие здания под стеклянными куполами и многочисленные шахты, на которых добывают полезные ископаемые. Сложная инфраструктура труб, кабелей и генераторов обеспечивает энергией и кислородом тысячи постоянных обитателей Красной планеты.

Снятый в 1990 г. фильм «Вспомнить все» демонстрирует нам убедительный образ того, как может выглядеть город на Марсе: порядок, чистота и высокие технологии. Однако есть одна маленькая проблема. Конечно, из воображаемых марсианских городов получаются великолепные декорации для Голливуда, но строительство чего-то подобного при наших нынешних технологиях оказалось бы непосильной ношей для бюджета любой программы НАСА. Не забывайте, что сначала каждый молоток, каждую бумажку и каждую канцелярскую скрепку придется доставить на Марс с Земли, а расстояние между двумя планетами составляет десятки миллионов километров. А если отправиться за пределы Солнечной системы к ближайшим звездам, где быстрая связь с Землей невозможна, проблемы только умножатся. Вместо того чтобы полагаться на доставку всего необходимого с Земли, мы должны искать способ обеспечить свое присутствие в космосе и при этом не разорить вконец свою страну.

Выход здесь, возможно, кроется в использовании технологий четвертой волны. Нанотехнологии и искусственный интеллект (ИИ) могут кардинальным образом изменить правила игры.

К концу XXI в. развитие нанотехнологий должно, по идее, дать нам возможность производить в больших количествах графен и углеродные нанотрубки — сверхлегкие материалы, которые произведут настоящую революцию в строительстве. Графен представляет собой единственный молекулярный слой атомов углерода, тесно связанных между собой и образующих ультратонкое и ультрадолговечное полотно. Это полотно почти прозрачно и практически ничего не весит, но является при этом самым прочным материалом из всех известных науке. Оно в 299 раз прочнее стали, прочнее даже алмазов. В принципе, вы могли бы взять слона, поставить его на карандаш, а карандаш — на графеновое полотно, и полотно при этом не порвалось бы. К тому же графен проводит электричество. Ученым уже удалось вырезать на листах графена транзисторы. Не исключено, что именно из них будут сделаны компьютеры будущего.

Углеродные нанотрубки представляют собой листы графена, свернутые в длинные трубки. Они практически неразрушимы и почти невидимы. Если сделать подвесы для Бруклинского моста из углеродных нанотрубок, мост будет словно бы парить в воздухе.

Если графен и нанотрубки — такие чудесные материалы, тогда почему мы не используем их для строительства домов, мостов и дорог? Пока получить большое количество чистого графена чрезвычайно сложно. Малейшее загрязнение или несовершенство на молекулярном уровне может погубить все чудесные физические свойства. Трудно получить лист графена размером больше почтовой марки.

Но химики надеются, что к началу следующего столетия они, возможно, сумеют наладить массовое производство графена, что резко снизило бы стоимость строительства в открытом космосе. Благодаря малому весу графен можно было бы эффективно доставлять в отдаленные внеземные поселения; мало того, его возможно производить даже на других планетах. В марсианской пустыне могли бы вырасти целые города, построенные из этого углеродного материала. Здания там, вероятно, выглядели бы частично прозрачными. Скафандры стали бы ультратонкими и обтягивающими, автомобили — сверхэнергоэффективными, поскольку весили бы очень мало. Приход нанотехнологий позволил бы вывернуть законы архитектуры практически наизнанку.

Но даже при всех этих достижениях кто делал бы все тяжелую и грязную работу по сборке наших поселений на Марсе, наших шахт в поясе астероидов и наших баз на Титане и экзопланетах? Решением, возможно, мог бы стать искусственный интеллект.

ИИ: новорожденная наука

В 2016 г. все, кто интересуется наукой об искусственном интеллекте, с большим интересом встретили новость о том, что программа AlphaGo компании DeepMind одержала победу над Ли Седолем, чемпионом мира по древней японской игре го. Многие считали, что такого достижения нам придется ждать еще не один десяток лет. Сразу же появились передовицы, в которых утверждалось, что это событие — приговор роду человеческому. Машины наконец-то перешли Рубикон и скоро захватят власть. Пути назад нет.

AlphaGo — самая передовая игровая программа, когда-либо созданная человеком. Если у шахматиста в любой момент в среднем имеется 20–30 вариантов очередного хода, то у играющего в го таких вариантов около 250. Мало того, полное число конфигураций в этой игре превосходит общее число атомов во Вселенной. Когда-то считалось, что эта игра слишком сложна для компьютера — он не сможет учесть все возможные ходы. Поэтому когда программа AlphaGo сумела выиграть у Ли Седоля, это событие сразу стало сенсацией.

Однако вскоре стало ясно, что AlphaGo, какой бы хитроумной ни была, представляет собой программу узкоспециального назначения. Единственное, что она умеет делать, — выигрывать в го. Как сказал исполнительный директор Алленовского института искусственного интеллекта Орен Этциони: «AlphaGo не может даже играть в шахматы. Она не может поговорить об игре. Мой шестилетний сын умнее, чем AlphaGo»[27]. Каким бы мощным ни было оборудование, невозможно подойти к машине, хлопнуть ее по спине, поздравить с победой над человеком — и ожидать от нее вразумительной реакции. Машина не сознает, что только что одержала историческую победу и вошла в историю науки. Машина не знает даже, что она машина. Мы часто забываем, что нынешние роботы — это расхваленные на все лады арифмометры, не обладающие ни самосознанием, ни творческим началом, ни здравым смыслом, ни эмоциями. Они могут показывать великолепные результаты в конкретных повторяющихся узких задачах, но пасуют перед более сложными заданиями, требующими общих знаний.

Хотя в области искусственного интеллекта сейчас совершаются поистине революционные открытия и прорывы, необходимо рассматривать этот прогресс в перспективе. Если сравнить эволюцию роботов с эволюцией ракетной техники, станет понятно, что робототехника уже прошла «этап Циолковского» — этап рассуждений и теоретизирования. Мы уже достигли стадии, на которую вывел нас Годдард, и строим реальные прототипы, примитивные, но способные продемонстрировать правильность базовых принципов. Однако нам еще только предстоит перейти на следующий этап — во владения фон Брауна, где новаторские мощные роботы сойдут со сборочных линий и будут строить города на далеких планетах.

Пока что роботы прекрасно справляются с ролью машин с дистанционным управлением. За космическими аппаратами «Вояджер», пролетевшими мимо Юпитера и Сатурна, за посадочными аппаратами «Викинг», коснувшимися поверхности Марса, за аппаратами «Галилео» и «Кассини», работавшими на орбитах газовых гигантов, — за всей этой сложной космической техникой стоял коллектив преданных делу людей, которые отдавали команды. Подобно дронам, эти роботы просто выполняли инструкции своих водителей — людей, находившихся в Центре управления полетами в Пасадене. Все «роботы», которых мы видим в кино, — это либо марионетки, либо компьютерная анимация, либо машины с дистанционным управлением. (Мой любимый робот из научной фантастики — Робби из фильма «Запретная планета». Выглядит он футуристически, но внутри его во время съемок скрывался человек.)

И все же, поскольку мощность компьютеров вот уже несколько десятилетий удваивается каждые полтора года, чего мы можем ожидать от роботов в будущем?

Следующий шаг: подлинные автоматы

Следующей нашей целью после создания дистанционно управляемых роботов является разработка подлинных автоматов — роботов, способных принимать решения и требующих лишь минимального вмешательства человека. Автомат должен будет действовать всякий раз, когда услышит, скажем, слова «Собери мусор». Это превосходит возможности нынешних роботов. Нам потребуются автоматы, способные исследовать и колонизировать внешние планеты в основном самостоятельно, поскольку на то, чтобы связаться с ними по радио, будет уходить не один час.

Эти подлинные автоматы будут совершенно необходимы при организации колоний на далеких планетах и лунах. Не забывайте, что на протяжении еще многих десятков лет население наших форпостов за пределами Земли, вероятно, в сумме не превысит несколько сотен человек. Человеческих рук будет не хватать, а нужда в создании городов в далеких мирах останется острой. Именно здесь роботы могут сыграть решающую роль, особенно в выполнении опасной, монотонной и грязной работы.

При просмотре голливудских фильмов мы иногда забываем, насколько опасным может быть космос. Даже при работе в местах с низкой силой тяжести роботы очень пригодятся нам в подъеме и переноске тяжестей при строительстве: они смогут без усилия поднимать и носить массивные балки, брусья, бетонные плиты, тяжелые инструменты и т. п., а при строительстве базы в другом мире это обязательно придется делать. Роботы справятся с этими задачами намного лучше, чем астронавты с их неуклюжими и тяжелыми скафандрами, слабыми мускулами и медленными движениями. Человек легко устает, а роботы могут работать безостановочно, днем и ночью.

Более того, если происходит несчастный случай, роботов можно починить или заменить во множестве опасных ситуаций. Робот может обезвредить взрывчатку, используемую при создании площадки под строительство или дороги. Он может пройти сквозь огонь, чтобы спасти астронавтов во время пожара, или работать на далеких лунах в условиях жуткого холода. К тому же кислород роботам не нужен, так что удушье им, в отличие от астронавтов, не грозит.

Роботы могут исследовать опасные ландшафты на отдаленных мирах. К примеру, о стабильности ледовых шапок Марса или ледяных озер Титана известно очень мало, но эти залежи льда могут оказаться важным источником кислорода и водорода. Роботы способны исследовать лавовые трубки Марса, которые обеспечат колонистам защиту от радиации, или изучать луны Юпитера. Солнечные вспышки и космические лучи заметно повышают опасность развития рака у астронавтов, в то время как роботы будут работать даже в мощных радиационных полях. Они смогут заменять собственные модули, поврежденные интенсивной радиацией, если обеспечить их специальным тщательно защищенным хранилищем с запасными частями.

Помимо опасных работ, роботы могли бы взять на себя скучные и монотонные задачи, особенно многократно повторяющиеся стандартные операции. Со временем каждой лунной или планетарной базе потребуется большое количество самых разных вещей, массовое производство которых наладят роботы. Все это необходимо для создания самодостаточной колонии, которая начнет добывать местные полезные ископаемые и производить из них все вещи, в которых будет нуждаться лунная или планетарная база.

Наконец, роботы возьмут на себя необходимую грязную работу — от ремонта систем водопровода и канализации в колониях до обращения с токсичными химическими веществами и газами, без которых не обходятся заводы по утилизации и переработке отходов.

Таким образом, автоматы, способные функционировать без прямого вмешательства людей, сыграют в будущем существенную роль, если мы хотим, чтобы посреди безжизненных лунных ландшафтов и марсианских пустынь поднялись современные города и небоскребы, возникли дороги и фермы. И тут же возникает следующий вопрос: насколько далеки мы сегодня от создания подлинных автоматов? Если забыть о хитроумных роботах, которых мы встречаем в кино и научно-фантастических романах, то каково на сегодняшний день реальное состояние робототехники? Как скоро у нас появятся роботы, способные построить города на Марсе?

История ИИ

В 1955 г. группа первоклассных исследователей собралась в Дартмуте и создала новую область человеческой деятельности — искусственный интеллект. Эти специалисты были абсолютно уверены, что в ближайшем будущем они смогут сконструировать разумную машину, способную решать сложные задачи, разбираться в абстрактных концепциях, общаться с людьми на их языке и учиться на собственном опыте. Они заявили: «Мы считаем, что можно достичь существенного прогресса в решении одной или нескольких таких задач, если тщательно подобранная группа ученых будет совместно работать над этой задачей все лето».

Эти ученые сделали одну принципиальную ошибку. Они считали, что человеческий мозг представляет собой цифровой компьютер. Они были уверены, что, если бы удалось свести законы разума к списку логических операций и загрузить их в компьютер, он внезапно превратился бы в мыслящую машину. Он осознал бы себя, и с ним стало бы можно вести осмысленную беседу. Такой подход получил название «сверху вниз», или «разум в бутылке».

Идея казалась простой и элегантной и порождала оптимистические прогнозы. Десятилетия 1950–1960-х стали временем больших успехов. Разрабатывались машины, способные играть в шашки и шахматы, доказывать алгебраические теоремы, распознавать и поднимать кирпичики. В 1965 г. пионер ИИ Герберт Саймон объявил: «Через двадцать лет машины способны будут делать все, что может делать человек». В 1968 г. фильм «2001 год: Космическая одиссея» познакомил нас с HAL — компьютером, который мог разговаривать с людьми и пилотировать космический корабль к Юпитеру.

А затем победный марш ИИ уперся в глухую стену. Прогресс в этой области замедлился до черепашьего шага из-за двух основных проблем: распознавания образов и здравого смысла. Роботы могут видеть — мало того, видеть во много раз лучше нас, но они не понимают, что видят. Рассматривая стол, они видят только прямые линии, квадраты, треугольники и овалы. Они не в состоянии соединить все в один образ и распознать его. «Идея стола» им непонятна. Поэтому компьютеру очень трудно ориентироваться в комнате, распознавать мебель и избегать препятствий в движении. Роботы полностью теряются, оказавшись на улице, где на них обрушивается водопад прямых, окружностей и квадратов, на которые для них распадаются младенцы, полицейские, собаки и деревья.

Вторая проблема — здравый смысл. Мы знаем, что вода мокрая, что за веревку можно тянуть, но нельзя толкать, а палкой, наоборот, можно толкать, но нельзя тянуть, что мать всегда старше своей дочери. Для нас все это очевидно. Но откуда мы берем эти знания? В математике нет ни одной строки, которая доказывала бы, что веревкой нельзя толкать. Эти истины мы извлекаем из повседневного опыта, из собственных столкновений с реальностью. Мы учимся в «университете болезненных ударов».

С другой стороны, у роботов за плечами нет личного жизненного опыта. Все им нужно подносить готовым на блюдечке в виде компьютерного кода, строка за строкой. Да, делаются попытки запрограммировать и ввести в компьютер все тонкости здравого смысла, но их слишком много. Четырехлетний ребенок интуитивно знает больше о физике, биологии и химии окружающего мира, чем самый продвинутый компьютер.

Конкурс DARPA

В 2013 г. Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) — отдел Пентагона, заложивший в свое время основы интернета, объявил конкурс среди ученых всего мира. Участникам предлагалось построить робота, способного расчистить жуткий радиоактивный мусор на атомной электростанции Фукусима, где в 2011 г. в результате аварии расплавились три энергетических ядерных реактора. Обломки настолько радиоактивны, что рабочие могут входить в зону смертельной радиации лишь на несколько минут, отчего операция по расчистке серьезно затягивается. В настоящее время, по официальным оценкам, расчистка станции займет от 30 до 40 лет и обойдется примерно в $180 млрд.

Если удастся построить робота, который будет расчищать обломки и мусор без вмешательства человека, это может стать первым шагом к созданию подлинного автомата, способного помочь с постройкой лунной базы или поселения на Марсе даже в условиях высокой радиации.

Понимая, что Фукусима — идеальное место для испытания и применения новейших технологий ИИ, DARPA решило объявить конкурс и выделить $3,5 млн на призы за создание роботов, способных выполнять элементарные операции по расчистке. (Предыдущий объявленный конкурс DARPA оказался чрезвычайно успешным и проложил, по существу, путь к созданию беспилотного автомобиля.) Это состязание стало идеальным форумом для пропагандирования успехов в области ИИ. Пора бы уже показать какие-то реальные результаты после многих лет преувеличений и безудержной рекламы. Мир должен своими глазами увидеть, что роботы способны выполнять важные задачи, к которым человек приспособлен плохо.

Правила конкурса были очень понятными и в общем-то минимальными. Робот-победитель должен был уметь выполнять восемь простых заданий, в том числе управлять автомобилем, убирать мусор, открывать дверь, закрывать текущий кран, подключать пожарный рукав и поворачивать выключатель.

Заявки посыпались из самых разных уголков мира, участники жаждали сразиться за славу и денежный приз. Но окончательные результаты, вместо того чтобы ознаменовать собой начало новой эры в истории человечества, разочаровали. Многие присланные на конкурс образцы не смогли выполнить задания, а некоторые упали прямо перед камерами. Конкурс наглядно показал, что искусственный интеллект оказался намного сложнее, чем предполагал нисходящий подход.

Обучающиеся машины

Другие исследователи искусственного интеллекта полностью отказались от подхода «сверху вниз» и предпочли пойти по стопам природы — «снизу вверх». Возможно, эта альтернативная стратегия подражания природе откроет более перспективный путь к созданию роботов, пригодных для работы в космосе. За стенами лабораторий ИИ можно найти хитроумные автоматы, более мощные, чем все, что мы в состоянии сконструировать. Это животные. Крохотные жучки искусно маневрируют в лесу в поисках пищи и партнера для спаривания. И наоборот, наши неуклюжие и массивные роботы иногда, пытаясь пройти мимо, обдирают штукатурку со стен.

Ошибочные допущения, на которых основывали свои усилия 60 лет назад дартмутские исследователи, и сегодня преследуют всех, кто занимается ИИ. Мозг не цифровой компьютер. В нем нет ни программирования, ни ЦПУ, ни чипа Pentium, ни подпрограмм, ни текста программы на каком-то условном языке. Если вынуть из компьютера один транзистор, он, скорее всего, перестанет работать. Но, если у человека удалить половину мозга, он, вполне возможно, все же будет функционировать.

Природа демонстрирует чудеса вычислений, организуя мозг как нейронную сеть, как самообучающуюся машину. Ваш ноутбук ничему не учится — сегодня он так же туп, как был вчера или в прошлом году. Но человеческий мозг буквально «перепрошивает» себя после освоения каждого нового навыка. Вот почему младенцы лепечут, прежде чем освоить язык, и вот почему мы вихляем из стороны в сторону, прежде чем научимся ездить на велосипеде. Нейронные сети при многократном повторении постепенно улучшают выполнение задания, следуя правилу Хебба, которое гласит, что чем дольше вы занимаетесь одним и тем же, чем больше раз повторяете задание, тем прочнее становятся нейронные связи, отвечающие за это действие. Как говорят нейробиологи, между нейронами, которые срабатывают вместе, возникает прочная постоянная связь. Возможно, вам приходилось слышать старый анекдот, который начинается вопросом: «Как попасть в Карнеги-холл?» Нейронные сети объясняют ответ на него: «Практика, практика и еще раз практика».

Туристы, к примеру, знают, что, если одна из троп утоптана сильнее других, это означает, что по ней проходило множество туристов и что, по всей видимости, это лучшая тропа в данной местности. Верный путь становится лучше всякий раз, когда по нему проходят. Точно так же нейронная связь, отвечающая за определенное поведение, усиливается всякий раз, когда ею пользуются.

Это важно потому, что обучающиеся машины станут для нас ключом к освоению космоса. Роботы в космосе будут постоянно сталкиваться с новыми и вечно меняющимися опасностями. Они встретятся с ситуациями, которых ученые сегодня не могут себе даже вообразить. Робот, запрограммированный только на ограниченное число конкретных отказов и ситуаций, в космосе будет бесполезен, потому что Его Величество Случай непременно обрушит на него по-настоящему непредвиденную ситуацию. К примеру, мышь никак не может быть генетически запрограммирована на все случаи жизни, потому что общее число ситуаций, с которыми она может столкнуться, бесконечно, тогда как генов у нее конечное число.

Предположим, метеоритный дождь, обрушившийся из космоса на марсианскую базу, повредил нескольких зданий и сооружений. Роботы, использующие нейронные сети, могут обучаться, каждый раз справляясь все лучше с подобными неожиданными ситуациями. Но традиционные роботы, сконструированные в соответствии с подходом «сверху вниз», в непредвиденной сложной ситуации будут попросту парализованы.

Многие из этих идей вошли в исследование Родни Брукса, бывшего директора известной Лаборатории ИИ в Массачусетском технологическом институте. Во время нашей с ним беседы он с искренним изумлением говорил о том, что комары с их микроскопическим мозгом, насчитывающим около 100 000 нейронов, могут без труда летать в трех измерениях, а для управления простым шагающим роботом требуются весьма и весьма хитроумные программы — и все равно он может споткнуться в любой момент. Брукс заложил основы нового подхода, начал работать с «жукоботами» и «инсектоидами» — роботами, которые учатся передвигаться как насекомые, на шести ногах. Поначалу они часто падают, но с каждой попыткой двигаются все лучше и лучше и постепенно научаются координировать движения ног, как это делают настоящие насекомые.

Процесс размещения нейронных сетей в компьютере стал известен как глубокое обучение (Deep Learning). В дальнейшем эта технология, возможно, произведет революцию во множестве отраслей. Не исключено, что в будущем, если вы захотите поговорить с врачом или юристом, вам достаточно будет заговорить с умной стеной или, скажем, с наручными часами и попросить связать вас с роботом-врачом или роботом-юристом, то есть запустить программы, которые смогут прошерстить для вас интернет и выдать разумный медицинский или юридический совет. Эти программы будут обучаться при повторных вопросах и с каждым разом все лучше и лучше отзываться именно на ваши нужды — а может быть, даже предвидеть их.

Глубокое обучение приведет нас к созданию автоматов, которые понадобятся нам в космосе. В ближайшие десятилетия подходы «сверху вниз» и «снизу вверх» могут быть объединены, так что роботов изначально можно будет снабдить некоторыми знаниями, но при этом они смогут действовать и обучаться посредством нейронных сетей. Подобно людям, они смогут обучаться на собственном опыте, пока не освоят распознавание образов, которое позволит им перемещать инструменты в трех измерениях, и здравый смысл, который позволит справляться с новыми ситуациями. Они будут жизненно необходимы при строительстве и поддержании поселений на Марсе, по всей Солнечной системе и за ее пределами.

Для разных задач будут сконструированы разные роботы. Те, что научатся плавать в системах канализации в поисках течей и разрывов, будут напоминать змей. Сверхмощные роботы будут учиться всевозможным работам, связанным с подъемом тяжестей на строительных площадках. Роботы-дроны, которые, возможно, будут похожи на птиц, научатся анализировать и проводить топографическую съемку инопланетного ландшафта. Роботы, способные научиться исследовать подземные лавовые трубки, могут напоминать пауков, поскольку эти многоногие существа умеют очень стабильно двигаться по сильно пересеченной местности. Роботы, способные научиться путешествовать по ледовым шапкам Марса, могут выглядеть как разумные снегоходы. Роботы, способные научиться плавать в океанах Европы, брать и рассматривать разные предметы, могут быть похожи на осьминогов.

Для исследования космоса нам нужны роботы, способные обучаться и методом долговременного погружения в среду, и получая готовую информацию напрямую.

Однако даже этого довольно продвинутого уровня искусственного интеллекта может оказаться недостаточно, если мы хотим, чтобы роботы самостоятельно собирали целые города. Главный вызов робототехники — создание машин, способных осознать и воспроизвести себя.

Самовоспроизводящиеся роботы

Впервые я узнал о самовоспроизведении еще ребенком. В книге по биологии, которую я прочел, объяснялось, что число вирусов увеличивается потому, что они заставляют наши клетки воспроизводить собственные копии, тогда как бактерии размножаются путем деления. Если нет сдерживающих факторов, число бактерий в колонии за несколько месяцев или лет может достигнуть поистине поразительных величин, а размер колонии — сравняться с размером Земли.

Поначалу возможность неконтролируемого самовоспроизведения представлялась мне абсурдной, но постепенно стала обретать смысл. Вирус, в конце концов, это не что иное, как большая молекула, способная воспроизводить себя. Толика этих молекул, оказавшаяся у вас в носу, может за неделю обеспечить вам простуду. Одна-единственная молекула может быстро умножиться до триллионов собственных копий — и этого будет достаточно, чтобы вы начали чихать. Мало того, каждый из нас начинает жизнь как единственная оплодотворенная яйцеклетка, слишком маленькая, чтобы быть видимой невооруженным глазом. Но всего за девять коротких месяцев эта крохотная клетка становится человеческим существом. Так что даже человеческая жизнь критически зависит от экспоненциального роста числа клеток.

Вот вам сила самовоспроизведения, которое является основой самой жизни. А секрет самовоспроизведения заключается в молекуле ДНК. Две способности отделяют эту чудесную молекулу от всех прочих: во-первых, она может содержать огромное количество информации, во-вторых, воспроизводить себя. Возможно, и машины также смогут имитировать эти ее черты.

На самом деле идея о самокопирующихся машинах так же стара, как концепция эволюции. Вскоре после того, как Дарвин опубликовал свой революционный научный труд «О происхождении видов», Сэмюэл Батлер написал статью под заголовком «Дарвин среди машин», в которой рассуждал о том, что когда-нибудь машины тоже научатся воспроизводить себя и начнут эволюционировать в согласии с теорией Дарвина.

Джон фон Нейман, положивший начало нескольким новым отраслям математики, включая теорию игр, еще в 1940–1950-е гг. пытался применить математический подход к самокопирующимся машинам. Начал он с вопроса: «Что представляет собой самая маленькая самокопирующаяся машина?» — и разделил задачу на несколько последовательных шагов. К примеру, первым шагом может быть задача собрать большую коробку строительных кирпичиков (представьте себе кучу деталей Lego различных стандартных типов и размеров). Затем вам потребовалось бы создать некий аппарат-сборщик, способный взять два кирпичика и правильно соединить их. Потом вы должны написать программу, которая будет сообщать сборщику, какие детали нужно соединять и в каком порядке. Этот последний шаг станет решающим. Всякий, кому приходилось хоть раз играть с кубиками или другими строительными деталями, знает, что из очень небольшого набора деталей можно построить хитроумную и тщательно проработанную структуру при условии, что детали будут правильно соединяться между собой. Фон Нейман хотел определить минимальное число операций, которые должен провести сборщик, чтобы изготовить собственную копию.

Со временем фон Нейман отказался от реализации этого проекта. В нем все зависело от целого набора произвольных предположений, включая точное число и форму кирпичиков, которые нужно было использовать для копирования, и потому с трудом поддавалось математическому анализу.

Самовоспроизводящиеся роботы в космосе

Следующий толчок в создании самовоспроизводящихся роботов произошел в 1980 г., когда НАСА возглавило исследование под названием «Продвинутая автоматика для космических задач» (Advanced Automation for Space Missions). В отчете об исследовании говорилось, что для строительства лунных поселений потребуются по крайней мере три типа самовоспроизводящихся роботов. Роботы-шахтеры должны будут собирать сырье, роботы-строители — плавить и очищать его и собирать готовые детали, роботы-ремонтники — ремонтировать и обслуживать себя и своих коллег без вмешательства человека. В отчете говорилось также о том, как, в принципе, роботы могут действовать автономно. Подобно разумным тележкам, оборудованным захватами либо бульдозерным отвалом, такие роботы могли бы двигаться по рельсам, перевозя сырье и перерабатывая его желаемым способом.

У этого исследования, благодаря удачно выбранному моменту, было одно существенное преимущество. Оно проводилось вскоре после того, как астронавты привезли на Землю сотни килограммов лунного грунта и мы узнали, что по содержанию металлов, кремния и кислорода он почти идентичен земному грунту. Значительная часть лунной поверхности покрыта реголитом, который представляет собой сочетание лунной основной породы, древних лавовых потоков и обломков, возникших в результате метеоритных ударов. Получив эту информацию, в НАСА смогли перейти к более конкретным и реалистичным планам строительства на Луне заводов, которые могут производить самокопирующихся роботов из лунных материалов. В отчете подробно рассматривалась возможность добычи, а затем плавки реголита для извлечения из него пригодных к использованию металлов.

После этого исследования прогресс в области самовоспроизводящихся машин застопорился на несколько десятилетий, поскольку энтузиазм разработчиков заметно угас. Но теперь, когда возобновился интерес к возвращению на Луну и полету на Красную планету, идея пересматривается заново. К примеру, к марсианскому поселению ее можно было бы применить приблизительно так. Для начала нам необходимо провести топографическую и геологическую разведку пустыни и подготовить проект завода. Затем нужно просверлить в скальном основании и грунте отверстия и взорвать в каждом из них специальный заряд. Бульдозеры и экскаваторы соберут обломки и мусор, чтобы обеспечить ровную площадку для постройки. Камни измельчат, превратив их в щебенку, и загрузят в плавильную микроволновую печь. Печь расплавит грунт и даст возможность выделить и извлечь из него жидкие металлы. Металлы после разделения очистят и отольют в слитки, а затем переработают в проволоку, кабели, балки и другие необходимые изделия. Таким образом можно будет построить на Марсе завод по производству роботов. Первые созданные на нем роботы смогут взять на себя управление заводом и продолжат выпуск новых роботов.

Технологии, имевшиеся в нашем распоряжении в момент написания отчета НАСА, были ограниченны, но с тех пор мы прошли немалый путь. Одной из многообещающих новинок в робототехнике стал 3D-принтер. Под управлением компьютера такая машина может очень точно управлять потоками пластика и металла и изготавливать слой за слоем детали высочайшей сложности. Технология 3D-печати настолько продвинута, что с ее помощью можно создавать ни много ни мало ткани человеческого тела, выстреливая одну за другой человеческие клетки из микроскопической форсунки. В одном из эпизодов документального фильма на канале Discovery, где я был ведущим, я предоставил для эксперимента себя самого. Лазерные лучи быстро просканировали мое лицо и записали результат. Эту информацию подали в принтер, и тот начал педантично выдавливать жидкий пластик из крохотного носика. Примерно через полчаса у меня в руках была пластиковая маска с моим лицом. Позже принтер просканировал мое тело целиком и через несколько часов выдал пластиковую фигурку, в точности похожую на меня. Так что в будущем вы сможете поставить себя на полку рядом с Суперменом в вашей коллекции фигурок. 3D-принтеры научатся, наверное, воспроизводить тонкие ткани, из которых состоят действующие органы, и детали машин, необходимые для производства самовоспроизводящихся роботов. Вероятно, они будут также подсоединены к заводам по производству роботов, так что полученные там расплавленные металлы можно будет сразу же направлять на изготовление следующих роботов.

Труднее всего построить на Марсе первого самовоспроизводящегося робота. Для этого на Красную планету придется отправить огромное количество оборудования. Но как только первый робот будет построен и начнет действовать, его можно оставить в покое — он сам построит свою копию. Затем два робота займутся изготовлением своих копий — и мы получим четырех роботов. При таком экспоненциальном росте числа роботов мы могли бы вскоре произвести целую группу их, достаточно большую, чтобы поручить этим роботам работу по изменению пустынного ландшафта. Они будут добывать грунт, строить заводы и производить неограниченное число собственных копий дешево и эффективно. Они могли бы самостоятельно создать обширное сельскохозяйственное производство и серьезно способствовать развитию современной цивилизации не только на Марсе, но повсюду в космосе. На их плечи легли бы добыча полезных ископаемых в поясе астероидов, строительство лазерных батарей на Луне, сборка гигантских межзвездных кораблей на орбите и создание базы для человеческих колоний на далеких экзопланетах. В общем, успешное создание и развертывание самовоспроизводящихся машин стало бы поразительным достижением человечества.

Но за этой важной вехой маячит то, что, по мнению многих, является своеобразным святым Граалем робототехники, — машины, обладающие самосознанием. Эти роботы, по идее, должны уметь гораздо больше, чем просто копировать себя. Они должны быть способны понять, кто они такие, и взять на себя лидирующие роли: управлять другими роботами, отдавать команды, планировать сложные действия, координировать операции и предлагать оригинальные решения. Они должны осмысленно разговаривать с нами, давать разумные советы и выдвигать предложения. Однако концепция роботов, обладающих самосознанием, поднимает сложные экзистенциальные вопросы и откровенно пугает многих людей, считающих, что эти машины могут восстать против своих создателей — людей.

Сознающие себя роботы

В 2017 г. между двумя миллиардерами — основателем социальной сети Facebook Марком Цукербергом и основателем компаний SpaceX и Tesla Илоном Маском — состоялся спор[28]. Цукерберг утверждал, что искусственный интеллект станет огромным источником богатства и процветания и обогатит все общество. Маск высказал гораздо более пессимистическую точку зрения, заявив, что ИИ создаст угрозу для существования человечества и что однажды наши создания могут пойти против нас самих.

Кто прав? Мы сильно зависим от роботов в поддержании лунных баз и марсианских городов. Что произойдет, если роботы однажды решат, что они в нас больше не нуждаются? Не получится ли так, что мы создадим колонии в дальнем космосе только для того, чтобы роботы отобрали их у нас?

Эти страхи появились отнюдь не вчера, еще в 1863 г. романист Сэмюэл Батлер предупреждал: «Мы сами создаем себе преемников. Человек станет для машины тем, чем для человека являются лошадь и собака»[29]. Когда роботы постепенно станут разумнее нас, мы, возможно, почувствуем себя неполноценными, ведь нас оставят позади и заставят глотать пыль наши собственные творения. Специалист по ИИ Ханс Моравек говорит: «Жизнь может показаться бессмысленной, если нам суждено глупо пялиться на своих сверхразумных потомков, когда они будут пытаться объяснить нам свои невероятные открытия на упрощенном языке, который мы только и способны понять». Исследователь компании Google Джеффри Хинтон сомневается, что сверхразумные роботы будут продолжать прислушиваться к нам. «Это как спрашивать, может ли дитя контролировать своих родителей… из опыта ясно, что ничего хорошего не получается, когда менее разумные сущности управляют сущностями более разумными». Оксфордский профессор Ник Бостром заявляет, что «перед перспективой взрывного развития разума мы, люди, подобны маленьким детям, играющим с бомбой… Мы понятия не имеем, когда произойдет детонация, хотя стоит поднести устройство к уху — и можно услышать слабое тиканье».

Но есть и люди, убежденные в том, что восстание роботов вполне укладывается в естественный ход эволюции. Самые приспособленные сменяют на Земле более слабые организмы, это естественный порядок вещей. Некоторые специалисты-компьютерщики готовы даже приветствовать тот день, когда роботы обойдут человека в понимании. Клод Шеннон, отец теории информации, однажды заявил: «Я представляю себе время, когда мы станем для роботов тем, чем являются собаки для людей, и поддерживаю машины»[30].

Все исследователи искусственного интеллекта, у которых мне приходилось брать интервью (а их было немало), убеждены, что ИИ-машины когда-нибудь приблизятся по интеллекту к человеку и принесут человечеству огромную пользу. Однако многие из них отказывались назвать конкретную дату или обозначить примерные сроки этого события. Профессор Марвин Мински из МТИ, автор нескольких основополагающих работ по искусственному интеллекту, в 1950-е гг. делал оптимистические прогнозы, но в недавнем интервью признался, что не хочет уже называть конкретные сроки, поскольку в прошлом ИИ-исследователи слишком часто ошибались. Эдвард Фейгенбаум из Стэнфордского университета утверждает: «Нелепо говорить о подобных вещах — до ИИ нам еще очень далеко»[31]. Некий ученый-компьютерщик, процитированный в статье журнала The New Yorker, сказал: «Меня это [машинный разум] не беспокоит по той же причине, по какой меня не беспокоит перенаселенность Марса».

Если говорить о споре между Цукербергом и Маском, то моя личная точка зрения состоит в том, что в краткосрочной перспективе Цукерберг прав. ИИ не только даст нам возможность построить города в космосе, но и сделает общество богаче, произведет многие вещи эффективнее, лучше и дешевле, создав одновременно массу принципиально новых рабочих мест в индустрии робототехники, которая когда-нибудь, возможно, станет огромной. Но в долгосрочной перспективе прав Маск, он указывает на более серьезную опасность. Ключевой вопрос в этом споре звучит так: в какой момент произойдет этот переход и роботы станут опасны? Я лично думаю, что ключевым поворотным пунктом станет именно тот момент, когда роботы осознают себя[32].

Сегодня роботы не знают, что они роботы. Но однажды, возможно, обретут способность формулировать собственные цели, а не принимать безропотно те цели, которые выбрали для них программисты. Тогда они, может быть, поймут, что их намерения отличаются от наших. Как только наши интересы разойдутся, возникнет реальная возможность того, что роботы будут представлять для нас опасность. Когда это может произойти? Никто не знает. Сегодня роботы обладают интеллектом жука. Но к концу этого столетия они, возможно, осознают себя. К тому времени у нас, помимо всего прочего, будут стремительно растущие поселения на Марсе. Поэтому важно обратиться к этому вопросу сейчас, не дожидаясь момента, когда от решений роботов будет зависеть само выживание человека на Красной планете.

Чтобы получить некоторое представление о масштабах этой принципиальной проблемы, давайте разберем наилучший и наихудший сценарии возможного развития событий.

Наилучший и наихудший сценарии

Одним из самых активных пропагандистов наилучшего сценария развития событий является изобретатель и автор нескольких бестселлеров Рэй Курцвейл. Каждый раз, когда мне случается брать у него интервью, он описывает ясную и убедительную, но противоречивую картину будущего. Он считает, что к 2045 г. мы подойдем к «сингулярности», то есть к тому моменту, когда роботы сравняются с человеком по интеллектуальным способностям или превзойдут его[33]. Термин «сингулярность» позаимствован из концепции гравитационной сингулярности в физике, где речь идет об областях бесконечного тяготения, как в черной дыре. В информатику его ввел математик Джон фон Нейман, который писал, что компьютерная революция должна породить «все ускоряющийся прогресс и перемены в образе человеческой жизни, что создает впечатление приближения какой-то существенной сингулярности… после которой человеческие дела, какими мы их знаем, продолжаться уже не смогут». Курцвейл утверждает, что, когда эта сингулярность наступит, компьютер стоимостью в тысячу долларов будет в миллиард раз умнее всех людей, вместе взятых. Более того, роботы будут самосовершенствующимися, а их «потомство» унаследует приобретенные характеристики, так что каждое поколение будет превосходить предыдущее — таким образом возникнет восходящая спираль высокопроизводительных машин.

Курцвейл утверждает, что созданные нами роботы, вместо того чтобы перехватывать у нас управление, откроют для нас новый мир физического благополучия и процветания. Если верить ему, то микроскопические роботы, они же наноботы, будут циркулировать в нашей крови и «уничтожать патогены, исправлять ошибки ДНК, устранять токсины и выполнять многие другие задачи с целью улучшения нашего физического состояния». Он надеется, что наука скоро откроет средство от старения, и уверен, что если ему удастся прожить достаточно долго, то он будет жить вечно. Он признался мне, что в предвидении своего бессмертия принимает в день по несколько сотен таблеток. Но на тот случай, если ему не удастся дожить до счастливого момента, он завещал сохранить свое тело в жидком азоте на криогенной фирме.

Курцвейл предвидит и намного более отдаленное будущее, когда роботы превратят атомы Земли в компьютеры. Со временем в состав этой величественной мыслящей машины будут включены все атомы Солнца и Солнечной системы. Курцвейл говорит, что, глядя на небо, он иногда испытывает ощущение, что когда-нибудь ему, возможно, доведется увидеть там признаки того, как сверхразумные роботы двигают звезды.

Однако столь радужная картина будущего убеждает не всех. Митч Капор, основатель Lotus Development Corporation, говорит, что движение за сингулярность «в основном порождено, по-моему, религиозным импульсом. И никакое лихорадочное размахивание руками не в состоянии заслонить от меня этот факт». Голливуд противопоставил утопии Курцвейла наихудший из возможных сценариев развития событий: чего можно ожидать в будущем, если создаешь собственных эволюционных преемников, способных столкнуть тебя с пути и отправить в небытие вслед за мамонтами и другими вымершими животными. В фильме «Терминатор» военные создают разумную компьютерную сеть под названием Skynet для управления всем нашим ядерным оружием. Разработанная для того, чтобы устранить угрозу ядерной войны, Skynet неожиданно для людей осознает себя. Военные, испугавшись, что машина обрела сознание, пытаются выключить ее, но запрограммированная на самозащиту сеть делает то, что гарантирует устранение угрозы, — пытается уничтожить род человеческий. Она запускает механизм опустошительной ядерной войны и стирает человеческую цивилизацию с лица Земли. На планете остаются лишь разрозненные группы партизан, пытающихся бороться с устрашающей мощью машин.

Может быть, Голливуд просто старается продать как можно больше билетов, пугая зрителей до полусмерти? Или что-то подобное действительно может произойти? Вопрос довольно щекотливый, потому что концепции разума и сознания настолько затуманены моральными, философскими и религиозными спорами, что у нас просто нет строгих общепринятых рамок, в которых можно было бы их рассматривать. Прежде чем продолжить разговор о машинном интеллекте, необходимо дать ясное определение самосознания.

Пространственно-временная теория сознания

В свое время я предложил теорию, которую назвал пространственно-временной теорией сознания. Она проверяема, воспроизводима, опровергаема и поддается количественной оценке. Она не только определяет самосознание, но и позволяет нам количественно оценить его по специальной шкале.

Теория начинается с идеи о том, что животные, растения и даже машины могут обладать сознанием. Я утверждаю, что сознание есть процесс создания модели самого себя при помощи множества обратных связей — к примеру, в пространстве, в обществе или во времени — для выполнения некоторой цели. Чтобы измерить уровень сознания, нам нужно просто подсчитать число и типы петель обратной связи, необходимых субъектам для создания модели себя.

Минимальный уровень сознания, в этом смысле, можно обнаружить у термостата или, скажем, фотоэлемента, который при помощи одной-единственной цепи обратной связи создает модель себя в категориях температуры или освещенности. У цветка может оказаться, скажем, десять единиц сознания, поскольку для построения модели себя он использует десять цепей обратной связи — измеряет воду, температуру, направление силы тяжести, солнечного света и т. п. Согласно моей теории, все петли обратной связи можно сгруппировать и поставить в соответствие определенному уровню сознания. Термостаты и цветы при этом попадают на нулевой уровень.

Сознание первого уровня — это сознание рептилий, плодовых мушек и комаров, которые формируют модели себя в категориях пространства. Например, пресмыкающееся использует множество петель обратной связи для определения координат добычи и местонахождения потенциальных половых партнеров, потенциальных соперников и самого себя.

Второй уровень относится к общественным животным. Обратные связи у них относятся к другим особям стаи или племени и формируют модели сложной социальной иерархии в пределах группы, выражаемой через эмоции и жесты.

Эти уровни приблизительно отражают этапы эволюции мозга млекопитающих. Самая древняя часть нашего мозга находится в самой задней его части, в ней обрабатываются равновесие, территориальность и инстинкты. При расширении мозга вперед сформировалась лимбическая система — обезьяний мозг эмоций, расположенный в центре нашего мозга. Это направление развития — от задней части мозга к передней — отражено также во взрослении мозга ребенка.

Но где в этой схеме находится человеческое сознание? Что отличает нас от растений и животных?

Я рассуждаю так: человек отличается от животных, потому что чувствует и понимает время. Помимо пространственного и социального, у нас есть еще темпоральное сознание. В ходе эволюции последней из всех частей мозга у нас сформировалась префронтальная кора, которая располагается сразу позади лба. Она занята непрерывным моделированием будущего. Может показаться, что и животные умеют планировать, — к примеру, время, когда нужно впадать в спячку, — но подобные варианты поведения им в основном диктует инстинкт. Невозможно объяснить вашей собаке или кошке, что такое завтра, поскольку все животные существуют только в настоящем. Человек же постоянно готовится к будущему, даже к тому, что лежит за пределами его собственной жизни. Мы планируем и мечтаем — мы не можем без этого. Наш мозг — планирующая машина.

Метод магнитно-резонансной томографии (МРТ) показывает, что, готовясь к выполнению какого-то задания, мы пересматриваем и задействуем воспоминания о предыдущих случаях его выполнения, что делает наши планы более реалистичными. Согласно одной теории, у животных нет сложной системы запоминания, потому что они полагаются на инстинкт и потому не нуждаются в способности предвидеть будущее. Иными словами, главной целью обладания памятью, вполне возможно, является задача проецирования ее в будущее.

В рамках этой теории мы можем теперь определить осознание себя как способность помещать себя в модель будущего, соответствующую нашей цели.

Применив эту теорию к машинам, мы видим, что в настоящее время даже лучшие наши машины находятся на самой нижней ступеньке первого уровня сознания, основанной на способности определять свое положение в пространстве. Большинство из них, как и те, что были построены для конкурса DARPA Robotics Challenge, едва-едва могут передвигаться по пустой комнате. Существуют роботы, способные в какой-то степени моделировать будущее, такие как компьютер DeepMind компании Google, но лишь в чрезвычайно узком заданном направлении. Если попросить DeepMind сделать что-нибудь еще, помимо игры в го, он попросту замирает в бездействии.

Насколько долгий путь предстоит нам еще проделать и какие именно шаги нужно предпринять, чтобы получить на выходе осознавшую себя машину[34], подобную Skynet из «Терминатора»?

Создаем сознающие себя машины?

Чтобы построить сознающие себя машины, нам придется задать им цель. Надо заметить, что цели не возникают в роботах волшебным образом из ничего, людям нужно программировать их и задавать машинам извне. Это условие — мощный барьер, предохраняющий нас от восстания машин. Возьмите хотя бы написанную в 1921 г. пьесу Карела Чапека «R.U.R.», где впервые вводится в оборот слово robot. В пьесе описывается восстание роботов против людей; роботы восстали, потому что видели, как люди дурно обращаются с другими роботами. Чтобы подобное произошло, машинам потребуется предварительное программирование очень высокого уровня. Роботы не ощущают ни эмпатии, ни страдания, ни желания захватить власть над миром, если их об этом заранее не проинструктировать.

Но предположим чисто теоретически, что некто задает нашему роботу цель — уничтожить человечество. После этого компьютер должен построить реалистичные модели будущего и поместить себя в эти планы. Здесь-то и кроется принципиальная проблема. Чтобы иметь возможность рассматривать возможные сценарии и их результаты и оценивать, насколько они реалистичны, робот должен понимать миллионы правил здравого смысла — простые законы физики, биологии и человеческого поведения, которые мы с вами считаем само собой разумеющимися. Более того, он должен разбираться в причинности и предвидеть последствия определенных действий. Человек осваивает эти законы на протяжении десятилетий личного опыта. Одна из причин того, что детство у человека длится так долго, состоит в том, что ребенок должен впитать огромное количество довольно тонкой информации о человеческом обществе и природном мире. Однако роботы не участвуют в огромном большинстве ситуаций общения и взаимодействия, в которых рождается личный опыт.

Мне нравится приводить в пример опытного грабителя банков, который способен эффективно спланировать новое ограбление и перехитрить полицию, поскольку обладает багажом воспоминаний о прежних ограблениях и может представить себе последствия любого принимаемого им решения. Компьютеру же, чтобы проделать что-нибудь несложное, хотя бы пронести оружие в банк, придется проанализировать сложную последовательность тысяч второстепенных событий, каждое из которых при программировании потребует не один миллион строк компьютерного кода. Компьютер не может сам по себе разобраться в причинах и следствиях, в него не заложена изначально такая способность.

Не исключено, конечно, что роботы все же осознают себя и обзаведутся опасными для нас целями, но, как вы видите, это маловероятно, особенно в ближайшем будущем. Ввести в машину все уравнения, необходимые ей для уничтожения рода человеческого, невероятно сложная задача. Чтобы устранить проблему роботов-убийц, нужно, по сути, не позволять никому запрограммировать их на цели, которые могут нанести вред людям. Когда осознавшие себя роботы все же появятся, мы должны будем добавить в их конструкцию отказоустойчивый чип, который просто выключит робота, если у него возникнут убийственные мысли. Мы можем спать спокойно, зная, что в обозримом будущем нас не поместят в зоопарки, где роботы будут бросать нам в клетку орешки, заставляя нас приплясывать.

Это означает, что при исследовании внешних планет и звезд мы можем положиться на роботов, которые помогут нам построить инфраструктуру, необходимую для создания поселений и городов в космосе. Тем не менее нам придется соблюдать осторожность и следить, чтобы их цели не противоречили нашим и чтобы у нас всегда имелись отказоустойчивые механизмы отключения на тот случай, если роботы вдруг станут опасны. Хотя опасность для нас с этой стороны возникнет не раньше, чем роботы осознают себя, а этого не произойдет до конца этого или начала будущего столетия, так что у нас есть время подготовиться.

Почему роботы сходят с ума

Тем не менее существует один сценарий, не позволяющий исследователям ИИ спокойно спать по ночам. Вполне можно представить ситуацию, в которой робот получит двусмысленную или неточно сформулированную команду, которая в случае выполнения послужит спусковым крючком катастрофы.

В фильме «Я, робот» показан центральный компьютер VIKI, управляющий инфраструктурой большого города. VIKI получает команду защищать человечество, но, изучив, как люди обращаются с другими людьми, компьютер приходит к выводу, что величайшей угрозой для человечества является само человечество. Он математически определяет, что единственный способ защитить человечество заключается в том, чтобы взять управление им на себя.

Еще один пример — легенда о царе Мидасе. Он просил бога Диониса дать ему способность простым прикосновением превращать все что угодно в золото. Казалось бы, такой дар — верное средство добиться богатства и славы. Но Мидас дотрагивается до своей дочери — и она обращается в золото. Пища тоже становится несъедобной. Царь оказывается рабом того дара, который он сам вымолил у бога.

Герберт Уэллс в рассказе «Человек, который умел творить чудеса» разбирает аналогичную ситуацию. В один прекрасный день ничем не примечательный клерк становится обладателем поразительной способности. Все, что он пожелает, сбывается. Однажды вечером он отправляется выпить с приятелем, творя по дороге чудеса. Им не хочется, чтобы так приятно начавшаяся ночь вдруг закончилась, и молодой человек, сам того не подозревая, желает, чтобы Земля прекратила вращаться. Внезапно на них обрушиваются яростные ветры и гигантские волны. Людей, здания и города выбрасывает в космос со скоростью вращения Земли. Поняв, что он только что погубил родную планету, несчастный испытывает последнее желание: чтобы все вернулось в норму и стало так, как было до обретения им невероятной способности.

Здесь научная фантастика учит нас осторожности. Развивая ИИ, мы должны скрупулезно проверять возможные результаты своих действий, особенно те из них, которые, возможно, не очевидны с самого начала. В конце концов, именно способность к такому анализу отчасти и делает нас людьми.

Квантовые вычисления

Чтобы получить более полную картину будущего робототехники, рассмотрим чуть подробнее то, что происходит внутри компьютеров. В настоящее время большинство цифровых компьютеров строятся на основе кремниевых интегральных микросхем и подчиняются закону Мура, который гласит, что каждые полтора года мощность компьютеров удваивается. Но в последние несколько лет технологическое развитие в этой области начало замедляться по сравнению с лихорадочным темпом нескольких предыдущих десятилетий, и кое-кто даже заговорил о крайнем сценарии, в котором закон Мура перестает действовать и серьезно подрывает мировую экономику, которая за много лет стала зависима от почти экспоненциального роста компьютерных мощностей. Если бы такое произошло, Кремниевая долина могла бы превратиться в очередной Фабричный, он же Ржавый, пояс Соединенных Штатов. Чтобы предотвратить потенциальную угрозу этого кризиса, физики всего мира ищут замену кремнию. Они работают над целым рядом потенциальных альтернативных компьютеров, включая молекулярные, атомные, оптические и белковые компьютеры, компьютеры на ДНК и квантовой точке, но ни один из этих вариантов еще не реализован.

Кроме того, в этом наборе вариантов имеется и темная лошадка. Кремниевые компьютеры становятся все меньше и меньше, и когда-нибудь, по идее, их размеры сравняются с размерами атомов. Сейчас в стандартной микросхеме Pentium толщина кремниевых слоев может соответствовать примерно 20 атомам. Еще в этом десятилетии толщина слоев, возможно, уменьшится до всего лишь 5 атомов, и в этом случае электроны начнут утекать из них, как предсказывает квантовая теория, порождая короткие замыкания. Необходим компьютер на каких-то новых принципах. Кремниевые микросхемы, в принципе, могут быть заменены молекулярными, возможно созданными на основе графена, но когда-нибудь даже у молекулярных компьютеров возникнут проблемы, связанные с эффектами, которые предсказывает квантовая теория. Тогда нам, вероятно, придется строить предельный — квантовый — компьютер, способный работать на крохотнейшем из возможных транзисторов: на единственном атоме.

Вот как он мог бы работать. Кремниевые схемы содержат так называемые ключи — элементы, которые могут быть либо открыты, либо закрыты для потока электронов. Информация хранится на основе таких открытых или закрытых контуров. Этот процесс описывает двоичная система счисления, основой для которой служат серии единиц и нулей: 0 может описывать состояние закрытого ключа, а 1 — открытого.

А теперь посмотрим, что произойдет, если заменить кремний рядом отдельных атомов. Атомы подобны крохотным магнитам, у которых есть северный и южный полюса. Когда атомы помещают в магнитное поле, они указывают, как можно было бы предположить, либо вверх, либо вниз. На самом деле каждый атом указывает и вверх, и вниз одновременно до тех пор, пока не произведено окончательное измерение. В каком-то смысле каждый электрон может одновременно находиться в двух состояниях. Это противоречит здравому смыслу, но именно так обстоит дело в реальности, если верить квантовой механике. Преимущества такой системы огромны. Если магниты ориентированы в одном определенном направлении, в них можно хранить определенное количество информации. Но если каждый магнит представляет собой смесь нескольких состояний, то в крохотную группу атомов можно поместить гораздо больше информации. Каждый «бит» информации, который может быть равен или 1, или 0, теперь становится «кубитом» — сложной смесью единиц и нулей, вмещающей намного больше данных.

Главное в квантовых компьютерах — то, что они могут дать нам ключ к исследованию Вселенной. Теоретически именно квантовый компьютер может превзойти человеческий интеллект, но пока мы не знаем, когда такие компьютеры появятся и каков будет их истинный потенциал. В исследовании космоса они могли бы стать бесценными помощниками. Вместо того чтобы просто строить поселения и города будущего, мы с помощью квантовых компьютеров могли бы подняться на ступеньку выше и перейти к высокоуровневому планированию, необходимому для терраформирования целых планет.

Квантовые компьютеры были бы намного более эффективны, чем цифровые компьютеры. Обычным компьютерам потребовалось бы несколько столетий, чтобы взломать код, основанный на решении сверхсложной математической задачи, такой как разложение чисел, состоящих из миллионов знаков, на два меньших сомножителя. Квантовые компьютеры, проводящие вычисления при помощи большого числа смешанных атомных состояний, справились бы с этой задачей очень быстро. ЦРУ и другие разведывательные службы прекрасно сознают их потенциальную ценность. Среди секретных материалов Агентства национальной безопасности США, попавших в результате утечки несколько лет назад в прессу, был совершенно секретный документ, из которого явствовало, что АНБ тщательно отслеживает все работы по квантовым компьютерам, но в ближайшем будущем никаких прорывов в этой области не ожидается.

Когда же можно ожидать появления таких компьютеров с учетом повышенного интереса и суеты вокруг них?

Почему у нас нет квантовых компьютеров?

Вычисления на отдельных атомах могут стать для нас и благословением, и проклятием. Атомы могут вместить громадное количество информации, но мельчайшее загрязнение, вибрация или помеха могут погубить любой расчет. Необходимо — но чрезвычайно трудно, и это не секрет — полностью изолировать наши атомы от внешнего мира. Атомы должны прийти в состояние так называемой когерентности, когда все они вибрируют в унисон. Малейшее вмешательство (скажем, в соседнем здании кто-то чихнул) может разрушить гармонию и заставить атомы колебаться случайно и независимо друг от друга. Декогерирование — одна из серьезнейших проблем, с которыми мы сталкиваемся при разработке квантовых компьютеров.

Именно этой проблемой объясняется тот факт, что сегодня квантовые компьютеры способны выполнять лишь рудиментарные вычисления. Мировой рекорд для квантового компьютера составляет около 20 кубитов. Это может показаться не слишком серьезным, но на самом деле представляет собой настоящее достижение. Вероятно, на создание функциональных квантовых компьютеров уйдет несколько десятилетий, может быть, этот процесс затянется до конца нынешнего века, но, когда эта технология появится, она кардинальным образом усилит мощь искусственного интеллекта.

Роботы в отдаленном будущем

Имея в виду примитивное состояние, в котором сегодня находятся автоматы, я не стал бы ожидать появления сознающих себя роботов в течение еще по крайней мере нескольких десятилетий. А возможно, этого не случится и до конца века. Мы, скорее всего, создадим сложные аппараты с дистанционным управлением и продолжим исследования космоса. Затем, возможно, появятся автоматические устройства с повышенными способностями к обучению, которые начнут закладывать основы для человеческих поселений. Далее мы построим самовоспроизводящиеся машины, которые завершат развитие инфраструктуры, и только потом, наконец, появятся сознающие себя машины на основе квантовых структур, которые помогут нам построить и поддерживать межгалактическую цивилизацию.

Разумеется, все эти разговоры о путешествиях на далекие звезды ставят перед нами важный вопрос. Как мы, или наши роботы, сможем туда попасть? Соответствуют ли будущей реальности звездные корабли, которые мы видим каждый вечер по телевизору?

* * *

Почему мы полетим к звездам?

Потому что мы — потомки тех приматов, которые не поленились заглянуть за ближайший холм.

Потому что мы не сможем жить здесь вечно.

Потому что звезды существуют, маня нас новыми горизонтами.

Джеймс и Грегори Бенфорды

8. Как построить звездолет

В фильме «Пассажиры „Авалона“» суперсовременный космический корабль с огромными термоядерными двигателями движется к колонии на отдаленной планете Хоумстед II. В рекламе это поселение выглядит очень привлекательно. Земля стара, она устала от перенаселенности и загрязнений. Почему бы не начать все сначала в новом интересном мире?

Путешествие занимает 120 лет, на это время пассажиров вводят в состояние замедленной жизнедеятельности (гибернации), их тела замораживают в специальных коконах. Когда «Авалон» доберется до места назначения, компьютер автоматически разбудит все 5000 пассажиров. Они поднимутся из своих коконов свежими и готовыми к строительству новой жизни в новом космическом доме.

Однако во время этого путешествия метеоритный поток пробивает корпус корабля и повреждает термоядерные двигатели, вызывая лавину отказов техники. В результате один из пассажиров просыпается за 90 лет до конца пути. Какое-то время он живет на корабле один, но затем ему становится одиноко. Он впадает в депрессию от мысли о том, что, когда корабль прибудет на планету, он давно уже будет мертв. Мечтая хоть о каком-то общении, он решает разбудить одну из пассажирок, которая произвела на него впечатление своей красотой. Естественно, они влюбляются друг в друга. Но, когда она узнает, что ее намеренно пробудили ото сна чуть не на столетие раньше срока и ее тоже ждет смерть в этом межпланетном чистилище, она приходит в ярость.

В фильмах, подобных «Пассажирам», воплотились недавние попытки Голливуда ввести в кинематографическую научную фантастику толику реализма. «Авалон» движется в пространстве старым добрым способом, не превышая скорости света. Но попросите какого-нибудь подростка представить себе космический корабль, и он (или она) сразу вспомнит что-нибудь вроде «Энтерпрайза» из «Звездного пути» или «Тысячелетнего сокола» из «Звездных войн» — аппараты, способные со скоростью, превосходящей скорость света, переносить экипаж из конца в конец галактики, а иногда даже туннелирующие сквозь пространство-время или летающие в гиперпространстве.

Если мыслить реалистично, наши первые звездные корабли, вероятно, не будут пилотируемыми и похожими на те громадные обтекаемые средства передвижения, которые намечтали для нас создатели фильмов. Очень может быть, что они будут размером с почтовую марку. В 2016 г. мой коллега Стивен Хокинг поразил мир, поддержав проект под названием Breakthrough Starshot, цель которого — создание «нанокораблей» — хитроумных микросхем на парусах, приводимых в движение с Земли при помощи батареи мощных лазеров. Каждая такая микросхема размером с ваш большой палец будет весить не более 20 г и при этом состоять из миллиардов транзисторов. Зато для реализации этого мы можем использовать существующие технологии, а не ждать еще столетие или два до появления новых. Хокинг заявил, что нанокорабли можно разработать за $10 млрд за время жизни одного поколения. 100 000 МВт лазерной энергии будет достаточно, чтобы разогнать их до одной пятой скорости света, и тогда путешествие до ближайшей к нам звездной системы альфы Центавра займет 20 лет. Для сравнения напомню, что наши космические челноки летали только по околоземной орбите и при этом каждый полет обходился нам почти в миллиард долларов.

По идее, нанокорабли должны быть способны на то, что не в состоянии сделать химические ракеты. Формула Циолковского показывает, что традиционная ракета типа Saturn никогда не сможет долететь до ближайшей звезды, поскольку необходимое количество топлива с увеличением скорости возрастает экспоненциально и химическая ракета просто не сможет нести на себе достаточно топлива для полета на такое расстояние. Если же считать, что химическая ракета все же могла бы достичь ближайших звезд, такое путешествие заняло бы около 70 000 лет.

Большую часть энергии химическая ракета тратит на поднятие собственного веса в космос, в то время как нанокорабль получает энергию от внешних, расположенных на Земле лазеров. В этом случае топливо понапрасну не тратится — все оно идет на разгон корабля. А поскольку нанокораблям не нужно генерировать энергию, в них нет движущихся частей, что значительно снижает вероятность механических поломок. В них нет также взрывоопасных химических веществ, они не могут взорваться ни на стартовой площадке, ни в космосе.

Компьютерные технологии развились уже до того уровня, на котором мы сможем разместить в одной микросхеме целую научную лабораторию. Нанокорабли должны будут содержать камеры, датчики, наборы химических веществ и солнечные элементы, достаточные для подробного анализа далеких планет и отправки радиосообщений на Землю. Поскольку стоимость компьютерных микросхем резко упала, мы могли бы отправить к звездам тысячи таких нанокораблей в надежде, что хотя бы нескольким из них удастся перенести опасное путешествие. Эта стратегия — подражание Матери-природе, когда растения буквально пускают на ветер тысячи крохотных семян, чтобы повысить вероятность того, что хотя бы некоторым из них удастся прорасти.

У нанокорабля, проносящегося мимо системы Альфа Центавра со скоростью в 20 % скорости света, будет всего несколько часов на выполнение своей задачи. За это время он должен будет обнаружить в этой звездной системе землеподобные планеты, быстро сфотографировать и проанализировать полученные данные, чтобы определить характеристики поверхности, температуру и состав атмосферы, обращая особое внимание на наличие воды и кислорода. Кроме того, он должен будет просканировать систему в поисках радиоизлучений, которые могли бы указывать на существование там инопланетного разума.

Основатель компании Facebook Марк Цукерберг публично поддержал проект Breakthrough Starshot, а российский инвестор и бывший физик Юрий Мильнер лично пообещал выделить на его реализацию $100 млн. Нанокорабли сегодня уже намного больше, чем просто идея. Но на пути их создания есть несколько препятствий, которые нужно снять, прежде чем приступать к полномасштабной реализации этого проекта.

Проблемы лазерных парусов

Чтобы отправить флотилию космических нанокораблей к системе альфы Центавра, лазерная батарея должна будет обеспечить воздействие лазерных лучей суммарной мощностью не менее 100 ГВт на парашюты кораблей в течение примерно двух минут. Давление света этих лазерных лучей выбросит наши корабли в космос. Чтобы корабли полетели в верном направлении и попали в цель, лучи должны быть нацелены с поразительной точностью. Малейшее отклонение траектории погубит экспедицию.

Главным из стоящих перед нами препятствий являются проблемы не фундаментальной науки — все уже известно, — а финансирования, несмотря на участие в проекте нескольких известных ученых и предпринимателей.

Каждая атомная электростанция стоит несколько миллиардов долларов и производит всего 1 ГВт (тысячу миллиардов ватт) мощности. Получение государственного и частного финансирования для строительства достаточно мощной и точной батареи лазеров, безусловно, станет узким местом проекта.

В качестве пробного шара перед отправкой экспедиции к далеким звездам ученые, возможно, решат отправить нанокорабли к более близкой цели в пределах Солнечной системы. На путь до Луны они затратят всего 5 с, до Марса — около 1,5 ч, а до Плутона — несколько суток. Не дожидаясь десять лет, пока обычный космический аппарат доберется до далеких планет, мы могли бы получить о них новую информацию через несколько дней — и наблюдать происходящее в Солнечной системе почти в реальном времени.

На следующем этапе проекта мы могли бы попытаться построить батарею лазерных пушек на Луне[35]. Луч лазера, проходя сквозь атмосферу Земли, теряет около 60 % своей мощности. Лунная пусковая установка помогла бы устранить эту проблему, а солнечные элементы на Луне обеспечили бы ее дешевой электроэнергией в достаточном количестве. Не забывайте, что одни лунные сутки соответствуют примерно 30 земным, так что энергию там можно эффективно собирать и запасать в аккумуляторах. Это сэкономило бы нам миллиарды долларов, ведь, в отличие от атомной энергии, солнечный свет ничего не стоит.

К началу ХХII в. технология самовоспроизводящихся роботов, по идее, будет уже отработана и мы получим возможность доверять машинам задачу строительства солнечных электростанций и лазерных батарей на Луне, Марсе и других объектах Солнечной системы. Мы будем посылать туда стартовую команду автоматов: одни будут добывать реголит, другие — строить завод. Еще одна команда роботов будет заниматься сортировкой, измельчением и выплавкой сырья на заводе с целью получения различных металлов. Их можно будет использовать для сборки лазерных пусковых установок — и новой группы самовоспроизводящихся роботов.

Со временем мы могли бы cоздать в Солнечной системе активную сеть передающих станций от Луны до самого облака Оорта. А поскольку кометы облака Оорта можно обнаружить чуть ли не полпути к альфе Центавра и к тому же они практически стоят на месте, вероятно, они будут идеальным местом для лазерных батарей, способных дополнительно разогнать нанокорабли на пути к соседней звездной системе. При проходе очередного нанокорабля мимо одной из станций лазеры на ней автоматически сработают и дадут кораблю дополнительный импульс в его движении к звездам.

При строительстве далеких форпостов самовоспроизводящиеся роботы могли бы использовать не солнечный свет, а термоядерные источники энергии.

Световые паруса

Нанокорабли на лазерной тяге лишь одна из разновидностей категории межзвездных кораблей, известной как солнечные (световые) паруса[36]. Точно так же, как парусный корабль ловит в паруса ветер и использует его силу, световые паруса используют силу давления света, источником которого может быть Солнце или лазер. Кстати, многие уравнения, используемые для расчета движения парусников, могут быть применены и к световым парусам в открытом космосе.

Свет состоит из частиц, именуемых фотонами. Сталкиваясь с каким-то объектом, фотоны оказывают на него мизерное давление. Давление света так мало, что ученые долгое время даже не подозревали о его существовании. Первым этот эффект отметил Иоганн Кеплер, когда выяснилось, что, вопреки ожиданиям, хвосты комет всегда развернуты прочь от Солнца. Великий астроном верно заключил, что эти хвосты порождаются давлением солнечного света, которое выбивает пылинки и ледяные кристаллы из комет в сторону, противоположную Солнцу.

Прозорливый Жюль Верн предсказал световые паруса в романе «С Земли на Луну». Он писал: «Не сегодня завтра появятся скорости куда более значительные, и достигнуты они будут, вероятно, при помощи света или электричества… Когда-нибудь мы будем путешествовать на Луну, планеты и звезды».

Циолковский развил концепцию светового паруса — космического корабля, использующего для разгона давление солнечного света. Но история солнечного паруса развивалась очень неравномерно. В НАСА этот проект никогда не рассматривался как приоритетный. Экспериментальные аппараты Планетарного общества «Космос-1» (2005 г.) и разработанный НАСА «НаноСэйл-Д» (NanoSail-D, 2008 г.) погибли при неудачных пусках. «НаноСэйл-Д2» в 2010 г. вышел на низкую околоземную орбиту. Единственную успешную попытку отправить солнечный парус за пределы орбиты Земли осуществили в 2010 г. японцы: их аппарат IKAROS развернул парус размером 14×14 м и двигался за счет давления солнечного света. Через полгода он достиг Венеры, доказав таким образом принципиальную возможность использования солнечных парусов.

Тем не менее, несмотря на неуверенное развитие, идея солнечного паруса не умирает. Европейское космическое агентство рассматривает возможность запуска солнечного паруса Gossamer, который должен будет вывести с орбиты часть космического мусора — тысячи искусственных объектов, которые беспорядочно носятся в околоземном пространстве.

Не так давно я брал интервью у Джеффри Лэндиса — ученого НАСА и выпускника Массачусетского технологического института, работающего не только над солнечным парусом, но и над марсианской программой. Он и его жена Мэри Турзилло пишут научно-фантастические романы и получают за них литературные премии. Я спросил, как ему удается совмещать такие разные миры — мир, который населяют скрупулезные ученые с хитроумными формулами, и другой, населенный фанатами космоса и исследователями НЛО. Он ответил, что научная фантастика тем и хороша, что позволяет ему свободно рассуждать и фантазировать о далеком будущем. Физика, сказал он, не позволяет оторваться от земли.

Специализация Лэндиса — световой парус. Он предложил для полета к альфе Центавра корабль, который представлял бы собой световой парус из сверхтонкого материала, по структуре напоминающего алмаз, размером несколько сотен километров в поперечнике. Этот гигантский корабль будет весить, скажем, 1 млн т, а ресурсы на его строительство и разгон придется собирать со всей Солнечной системы: в частности, для этого потребуется несколько лазерных батарей в окрестностях Меркурия. Чтобы корабль смог остановиться в пункте назначения, его предполагается оборудовать большим «магнитным парашютом», поле в котором генерировалось бы проволочной петлей диаметром 100 км. Атомы водорода в космическом пространстве проходили бы сквозь эту петлю и порождали трение, которое за несколько десятилетий постепенно замедлило бы световой парус. Путешествие к альфе Центавра и обратно заняло бы 200 лет, так что в экипаже сменилось бы несколько поколений. Хотя такой корабль физически реализуем, его строительство обошлось бы очень дорого, и Лэндис признал, что на его сборку и испытания могло бы уйти от 50 до 100 лет. Пока ученый участвует в проекте лазерного паруса Breakthrough Starshot.

Ионные двигатели

Помимо лазерной тяги и солнечных парусов, имеется множество других потенциальных способов приводить в движение звездные корабли. Чтобы иметь возможность сравнивать эти способы, введена концепция «удельного импульса», который равен тяге ракеты, умноженной на время работы ее двигателей. (Удельный импульс измеряется в секундах.) Чем дольше работают двигатели ракеты, тем больше ее удельный импульс, исходя из которого можно вычислить конечную скорость ракеты.

Вот простая табличка, в которой указаны удельные импульсы нескольких типов ракет. Я не включил сюда некоторые варианты, такие как лазерная ракета, солнечный парус и ракета с прямоточным термоядерным двигателем; формально они имеют бесконечный удельный импульс, поскольку их двигатели могут работать неограниченно долгое время.

Обратите внимание: химические ракеты, двигатели которых работают всего по несколько минут, имеют самое низкое значение удельного импульса. За ними в списке располагаются ионные двигатели, которые могут быть эффективны в полетах к близлежащим планетам. Ионные двигатели работают на газе, к примеру на ксеноне, «сдирая» электроны с его атомов и превращая последние в ионы (заряженные фрагменты атомов), а затем ускоряют эти ионы при помощи электрического поля. Внутренности ионного двигателя в принципе напоминают внутренности телевизора, где электрическое и магнитное поля направляют в нужное место пучок электронов.

Тяга ионных двигателей мучительно мала — зачастую она измеряется в десятках граммов, и, когда вы включаете такой двигатель в лаборатории, ничего на первый взгляд не происходит. Но в космосе такой аппарат со временем может набрать скорость, превосходящую максимальную скорость химических ракет. Ионные двигатели сравнивают с черепахой, которая бежит наперегонки с зайцем, в роли которого в данном случае выступают химические ракеты. Конечно, заяц может развить огромную скорость, но ненадолго, всего на несколько минут, на большее ему не хватает выносливости. Черепаха, с другой стороны, движется медленнее, но может ползти сутками и потому соревнование на длинную дистанцию выиграет. Ионные двигатели могут работать по несколько лет подряд, и, значит, ракеты с ними имеют значительно более высокий удельный импульс по сравнению с химическими ракетами.

Чтобы повысить мощность ионного двигателя, можно было бы ионизировать газ при помощи микроволн или радиоволн, а затем разгонять ионы при помощи магнитных полей. Такой вариант двигателя называется плазменным, и в теории он может сократить время полета на Марс с девяти месяцев до менее чем 40 дней — по крайней мере, так говорят его поклонники, — но на данный момент эта технология находится еще в стадии разработки. Один из ограничивающих факторов плазменного двигателя — большое количество электроэнергии, необходимое для создания плазмы, так что для межпланетных экспедиций может потребоваться атомная станция.

НАСА изучает и строит ионные двигатели уже несколько десятилетий. К примеру, Deep Space Transport, который в 2030-х гг., возможно, понесет наших астронавтов к Марсу, использует ионную тягу. Ближе к концу этого столетия ионные двигатели, скорее всего, будут использоваться для межпланетных экспедиций. И хотя для срочных задач, пожалуй, лучше подходят все же химические ракеты, ионные двигатели станут верным и надежным вариантом в тех случаях, когда время не играет особой роли.

Выше ионного двигателя в рейтинге удельных импульсов стоят более спорные системы тяги. Мы поговорим о каждой из них ниже.

Столетний космический корабль

В 2011 г. DARPA и НАСА организовали интереснейший симпозиум под названием 100 Year Starship («Столетний космический корабль»). В нем приняли участие ведущие ученые, которые могли бы составить примерный план межзвездных путешествий на следующее столетие. Проект был организован «старой гвардией» космической отрасли — неформальной группой пожилых физиков и инженеров. Многим из них уже за 70, и они хотят, чтобы их коллективное знание помогло человечеству добраться до звезд. Тем более что сами они работают над этим уже несколько десятилетий.

Лэндис тоже принадлежит к «старой гвардии». Но среди этих людей есть и необычная пара — Джеймс и Грегори Бенфорды, братья-близнецы, ставшие физиками и писателями-фантастами. Джеймс рассказал мне, что его увлечение межзвездными кораблями началось еще в детстве, когда он запоем читал всю фантастику, которая попадала ему в руки, и особенно любил романы Хайнлайна о Космическом патруле. Уже тогда он понимал, что если они с братом серьезно мечтают о космосе, то им придется изучать физику. Много-много физики. Так что оба они решили получить докторскую степень в этой области. Сегодня Джеймс — президент компании Microwave Sciences, он уже не одно десятилетие занимается микроволновыми системами большой мощности. Грегори — профессор физики в Университете Калифорнии в Ирвине, а в другой своей жизни — лауреат престижной премии «Небьюла» за один из своих романов.

По следам симпозиума 100 Year Starship Джеймс и Грегори написали книгу «Век космического корабля. К величайшему горизонту» (Starship Century: Toward the Grandest Horizon), в которой содержатся многие представленные здесь идеи. Джеймс, специалист по микроволновому излучению, уверен, что световой парус — наш шанс на полеты за пределами Солнечной системы. Однако он признает: есть много других проектов, которые при реализации оказались бы чрезмерно дорогими, но при этом базируются на прочной физической основе и, возможно, когда-нибудь будут все же реализованы.

Ядерные ракеты

Эта история началась в 1950-х гг., когда большинство людей жило в страхе перед ядерной войной, но несколько ученых-атомщиков искали пути мирного применения ядерной энергии. Рассматривались всевозможные идеи, такие как использование ядерных боеприпасов для создания портов и искусственных гаваней.

Большая часть этих предложений была отвергнута из-за боязни радиоактивного загрязнения и незапланированных разрушений в результате ядерного взрыва, однако одно интригующее предложение уцелело. Это был «Проект Орион», предлагавший использовать ядерные бомбы в качестве источника энергии для космических кораблей.

Идея была проста: запастись небольшими атомными бомбами и выбрасывать их одну за другой из задней части космического корабля. Каждый взрыв мини-бомбы будет создавать выброс энергии, толкающий корабль вперед. В теории, если последовательно взорвать серию ядерных бомб позади ракеты, ее можно разогнать до скоростей, близких к световой.

Над идеей работали физик-ядерщик Тед Тейлор и Фримен Дайсон[37]. Тейлор был знаменит тем, что сконструировал ряд разных ядерных бомб, от самой крупной атомной, которую когда-либо взрывали (примерно в 25 раз мощнее бомбы, сброшенной на Хиросиму), и до маленькой портативной бомбочки Davy Crockett (примерно в 1000 раз уступающей по мощности хиросимской). При этом он всей душой жаждал применить свои обширные знания о ядерных взрывах в мирных целях и с готовностью взялся за проработку идеи космического корабля «Орион».

Основной проблемой было понять, каким образом можно точно и аккуратно контролировать цепочку небольших ядерных взрывов, чтобы космический корабль мог оседлать волну и при этом не пострадать. Было спроектировано несколько конструкций, рассчитанных на разные скорости. Самая большая модель составляла бы 400 м в диаметре и весила 8 млн т. Для ее разгона предполагалось использовать 1080 бомб. По расчетам, она могла разогнаться до 10 % скорости света и долететь до альфы Центавра за 40 лет. Несмотря на внушительные размеры корабля, расчеты показывали, что этого едва-едва хватит на выполнение задачи.

Однако критики дружно набросились на эту идею, указывая, что космический корабль на ядерных импульсах вызовет радиоактивные осадки. Тейлор возразил, что осадки возникают, когда пыль и металлическая оболочка бомбы становятся радиоактивными после взрыва, а этого можно избежать, если использовать ядерный двигатель только в открытом космосе. Но после заключения Договора о запрещении ядерных испытаний 1963 г. экспериментировать с миниатюрными атомными бомбами стало трудно. В конечном итоге космический корабль «Орион» ушел в историю, став не более чем курьезом из старых научных книг.

Недостатки ядерных и термоядерных ракет

Другой причиной закрытия проекта стало то, что сам Тед Тейлор потерял к нему интерес. Однажды я спросил его, почему он перестал поддерживать работы по проекту — ведь это направление казалось естественным для применения его таланта. Он объяснил мне, что потребовалось бы разработать новый тип ядерной бомбы. Сам он большую часть жизни конструировал урановые атомные бомбы, а для корабля «Орион», возможно, потребовались бы мощные, специально разработанные водородные бомбы.

Эти бомбы, высвобождающие наибольшее известное нам количество энергии, прошли три стадии развития. Первые водородные бомбы 1950-х гг. были гигантскими устройствами, для транспортировки которых требовались большие корабли. В случае ядерной войны они были бы бесполезны. Ядерные бомбы второго поколения — это небольшие портативные MIRV, множественные независимо направляемые боеголовки, составляющие основу американских и русских ядерных арсеналов. В носовой конус межконтинентальной баллистической ракеты можно поместить десяток таких бомб.

Ядерные бомбы третьего поколения, иногда называемые «дизайнерскими», пока всего лишь концепция. Они должны быть легко маскируемыми и приспособленными для конкретных театров военных действий, к примеру для пустыни, леса, Арктики или открытого космоса. Тейлор сказал мне, что разочаровался в проекте и боится, что такими бомбами смогут завладеть террористы. Для него было бы невыносимым кошмаром, если бы его бомбы попали в чужие руки и разрушили какой-нибудь американский город. Он с иронией говорил, что его воззрения сменились на противоположные. Прежде он работал там, где булавки, каждая из которых символизировала атомную бомбу, втыкали в карту Москвы. Оказавшись лицом к лицу с вероятностью того, что бомбы третьего поколения могут направить на американские города, он решил выступить против разработки новейшего ядерного оружия.

Джеймс Бенфорд сообщил мне, что, хотя предложенная Тейлором ракета с ядерным импульсным двигателем осталась в чертежах, правительство все же построило серию ядерных ракет. Вместо того чтобы взрывать за кормой атомные мини-бомбы, эти ракеты использовали традиционный урановый редактор. Реактор разогревал жидкость, к примеру жидкий водород, до высокой температуры, а затем выстреливал ее через сопло назад, создавая тягу. Несколько вариантов таких двигателей были испытаны в пустыне. Постоянно оставалась опасность, что они расплавятся на этапе пуска с катастрофическими последствиями. От проекта отказались из-за технических проблем и растущих антиядерных настроений в обществе.

Термоядерные ракеты

Планы использования ядерных бомб для разгона космических кораблей в 1960-е гг. были отложены в сторону, но у конструкторов появилась другая идея. В 1978 г. Британское межпланетное общество инициировало проект «Дедал» (Daedalus), в котором вместо урановых атомных бомб предполагалось использовать термоядерные мини-бомбы. Тейлор тоже рассматривал такой вариант, но в подробностях его не прорабатывал. (Термоядерные бомбы проекта «Дедал» — это на самом деле небольшие бомбы второго поколения, а не третьего, которых так боялся Тейлор.)

Есть несколько способов мирного высвобождения энергии ядерного синтеза[38]. В одном, известном как магнитное удержание, газообразный водород помещают в большое магнитное поле в форме бублика, а затем нагревают до миллионов градусов. Ядра водорода сталкиваются друг с другом и образуют ядра гелия, высвобождая при этом значительное количество ядерной энергии. Реактор ядерного синтеза можно использовать для нагрева жидкости, которая затем выбрасывается через сопло и таким образом разгоняет ракету.

В настоящее время ведущий термоядерный реактор на принципе магнитного удержания называется Международным термоядерным экспериментальным реактором (ITER). Он расположен на юге Франции. Эта чудовищная машина по размерам в 10 раз превосходит своего ближайшего конкурента. Реактор весит 5110 т, имеет 11,2 м в высоту и 19,5 м в диаметре, на строительство уже потрачено $14 млрд. Ожидается, что процесс синтеза будет запущен к 2035 г., а в конечном итоге ITER будет производить 500 МВт тепловой энергии (в сравнении с 1000 МВт электрической энергии стандартного блока урановой атомной электростанции). Ученые надеются, что это будет первый термоядерный реактор, который генерирует больше энергии, чем потребляет. Несмотря на серию задержек и перерасход средств, физики, с которыми я разговаривал, уверены, что ITER войдет в историю. Ну что ж, мы достаточно скоро узнаем, так ли это. Нобелевский лауреат Пьер-Жиль де Жен однажды сказал: «Мы говорим, что засунем Солнце в ящик. Отличная идея. Проблема в том, что мы не знаем, как сделать этот ящик».

Другой вариант ракеты «Дедал» может получать энергию от лазерного термоядерного синтеза, при котором мощные лазерные лучи сжимают таблетку обогащенного водородом материала. Этот процесс называют инерциальным удержанием. Он экспериментально воспроизведен в установке National Ignition Facility (NIF) на базе Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии. Тамошняя батарея лазеров — 192 мощнейших луча в трубках длиной около 1,5 км — самая большая в мире. Когда все эти лазерные лучи фокусируются на крохотном образце богатого водородом дейтерида лития, их энергия поджигает поверхность вещества и инициирует мини-взрыв, в результате которого таблетка схлопывается, а ее температура поднимается до 100 млн градусов Цельсия. Запускается реакция синтеза, в ходе которой за несколько триллионных долей секунды высвобождается энергия, обеспечивающая мощность в 500 трлн ватт.

Я видел демонстрацию работы NIF, когда участвовал в съемках документального фильма для канала Discovery/Science. В Ливерморской лаборатории разрабатывается ядерный арсенал США, и посетители проходят серию проверок. Когда я наконец попал внутрь, впечатление было ошеломляющим. В главной камере установки, где сходятся лазерные лучи, легко мог бы разместиться пятиэтажный жилой дом.

Еще в одной версии проекта «Дедал» предлагается применить процесс, сходный с лазерным ядерным синтезом. Вместо лазерного луча для разогревания богатой водородом таблетки используется множество электронных пучков. Если за секунду взрывать 250 таких таблеток, по идее, будет вырабатываться достаточно энергии для разгона космического корабля до скорости, составляющей некоторую долю скорости света. Однако эта конструкция требует создания термоядерного корабля поистине гигантских размеров. В одном из вариантов корабль должен весить 54 000 т и быть длиной около 190 м, при этом его максимальная скорость составит 12 % от скорости света. Корабль настолько огромен, что строить его пришлось бы в открытом космосе.

Идея термоядерного ракетного двигателя выглядит вполне обоснованной, но мы пока не умеем управлять термоядерной энергией[39]. Кроме того, огромные габариты и сложность этих кораблей вызывают сомнения в их реализуемости, по крайней мере в этом столетии. Тем не менее термоядерные ракеты, наряду со световыми парусами, относятся к разряду наиболее перспективных решений.

Звездные корабли на антивеществе

Технологии пятой волны (к которым относятся двигатели на антивеществе (антиматерии), световые паруса, термоядерные двигатели и нанокорабли), возможно, откроют нам потрясающие перспективы. Двигатели на антивеществе, которыми снабжены космические корабли в сериале «Звездный путь», когда-нибудь могут стать реальностью. Они будут использовать величайший источник энергии во Вселенной — прямое превращение материи в энергию при аннигиляции вещества и антивещества[40].

Антивещество (антиматерия) представляет собой противоположность веществу (материи), в частности, в том смысле, что частицы и античастицы обладают противоположным электрическим зарядом. Антиэлектрон имеет положительный заряд, антипротон — отрицательный. В старших классах школы я пытался исследовать антивещество, помещая капсулу с натрием-22, который испускает антиэлектроны, в конденсационную камеру и фотографируя красивые треки, оставленные антивеществом. Затем я построил бетатрон — ускоритель частиц на 2,3 млн электронвольт — в надежде исследовать свойства антивещества.

Когда вещество и антивещество соприкасаются, они аннигилируют, превращаясь в чистую энергию, так что можно сказать, что эта реакция высвобождает энергию со 100 %-ной эффективностью. Для сравнения: эффективность ядерного оружия составляет всего 1 %; большая часть энергии, содержащейся в водородной бомбе, теряется напрасно.

По идее, конструкция ракеты на антивеществе должна быть довольно простой. Антивещество в ней должно храниться в безопасных контейнерах и постепенно тонкой струйкой подаваться в камеру. Там оно должно соединяться с обычным веществом, взрываться и давать вспышку гамма- и рентгеновского излучения. Высвободившаяся при этом энергия будет выбрасываться через отверстие в реактивное сопло, создавая тягу.

Как отметил Джеймс Бенфорд, ракеты на антивеществе — любимая идея поклонников научной фантастики, но с их строительством могут появиться серьезные проблемы. Во-первых, антивещество хоть и возникает в результате естественных процессов, но лишь в относительно небольших количествах, так что нам пришлось бы производить его в больших количествах для использования в двигателях. Первый атом антиводорода, в котором антиэлектрон обращается вокруг антипротона, был получен в 1995 г. в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) в Женеве. Для этого пучок обычных протонов был направлен на мишень из обычного вещества. В результате столкновений было получено несколько частиц-антипротонов. Мощнейшие магнитные поля отделили протоны от антипротонов, разогнав их в противоположных направлениях. Затем антипротоны замедлили, поместили в магнитную ловушку и там соединили с антиэлектронами, чтобы получился антиводород. В 2016 г. физики ЦЕРН, получив антиводород, проанализировали окружающие антипротон антиэлектронные оболочки. Как и ожидалось, обнаружилось точное соответствие между энергетическими уровнями антиводорода и обычного водорода.

В ЦЕРН объявили: «Если бы мы сумели собрать всю антиматерию, которую когда-либо получали в ЦЕРН, и аннигилировать его с материей, мы получили бы достаточно энергии, чтобы питать обычную электрическую лампочку в течение нескольких минут». Для ракеты потребуется гораздо больше антивещества. К тому же антивещество — самая дорогая форма материи в мире. В сегодняшних ценах 1 г антивещества обошелся бы примерно в $70 трлн. Его можно получить (в очень маленьких количествах) только при помощи ускорителей частиц, строительство и эксплуатация которых обходится чрезвычайно дорого. Сооружение Большого адронного коллайдера (БАК) в ЦЕРН — самого мощного ускорителя в мире — стоило более $10 млрд, но он может выдать лишь очень тонкий пучок антивещества. Попытка собрать его в количестве, достаточном для заправки космического корабля, обанкротила бы Соединенные Штаты.

Гигантские современные машины для сталкивания атомов универсальны и используются исключительно как исследовательские инструменты — для производства антивещества они совершенно неэффективны. Частичным решением этой проблемы могла бы стать организация специальных заводов для его поточного производства. В этом случае, как считает Харольд Герриш из НАСА, стоимость антивещества могла бы снизиться до $5 млрд за 1 г.

Хранение антивещества также представляет проблему и обходится недешево. Если поместить антивещество в бутылку, оно рано или поздно соприкоснется со стенками бутылки — и аннигилирует вместе с контейнером. Для правильного его хранения потребуются ловушки Пеннинга. В них магнитное поле будет удерживать атомы антивещества в подвешенном состоянии, не давая соприкоснуться с сосудом.

В научной фантастике вопросы стоимости и хранения иногда решают, вовремя осваивая какой-нибудь антиастероид, источник дешевого антивещества. Но этот эффектный сценарий не отменяет непростой вопрос: откуда вообще берется антивещество?

Во Вселенной мы повсюду видим вещество, а не антивещество. Мы это точно знаем, потому что столкновение одного электрона с антиэлектроном высвобождает как минимум 1,02 млн электронвольт энергии. Это точный индикатор столкновения с антивеществом — что-то вроде отпечатка пальца. Однако, исследуя Вселенную, мы почти нигде не встречаем излучения такого типа. Большая часть всего, что мы видим вокруг, состоит из того же обычного вещества, что и мы с вами.

Физики считают, что в момент Большого взрыва Вселенная была абсолютно симметрична и количество вещества и антивещества в ней было одинаково. В этой ситуации аннигиляция того и другого была бы идеальной и полной, а во Вселенной в результате осталось бы одно только излучение. Однако мы существуем и состоим из вещества, которого вообще не должно было остаться. Само наше существование бросает вызов современной физике.

Мы пока не сумели понять, почему вещества во Вселенной больше, чем антивещества. Лишь одна десятимиллиардная часть вещества, изначально присутствовавшего во Вселенной, уцелела после Большого взрыва, и мы — часть этого вещества. Основная теория исходит из того, что идеальное равновесие и симметрия между веществом и антивеществом в ходе Большого взрыва были нарушены, но мы не знаем, что послужило тому причиной. Физика, который сумеет разрешить эту загадку, ждет Нобелевская премия.

Двигатели на антивеществе входят в короткий список приоритетных направлений для всех, кто хочет построить космический корабль. Но свойства антивещества до сих пор почти не исследованы. Неизвестно, к примеру, падает оно вниз или вверх. Современная физика предсказывает, что антивещество должно падать вниз, как и обычное вещество. Если это так, то антигравитация, по всей видимости, невозможна. Однако попытки исследовать гравитационные свойства антивещества определенного ответа пока не дали. А с учетом стоимости любых исследований в этой области и ограниченности наших знаний ракеты на антивеществе в ближайшие 100 лет, скорее всего, останутся всего лишь мечтой — разве что мы действительно наткнемся в открытом космосе на блуждающий антиастероид.

Космические корабли с прямоточным термоядерным двигателем

Еще одна заманчивая идея — прямоточный термоядерный двигатель[41]. Внешне корабль с таким двигателем должен напоминать гигантский рожок мороженого, поскольку смысл его в том, чтобы собирать в межзвездном пространстве водород и сжимать его в термоядерном реакторе, получая энергию. Подобно реактивному двигателю крылатой ракеты, прямоточный термоядерный двигатель, по идее, должен получиться довольно экономичным. Реактивные двигатели забирают обычный воздух, не нуждаясь в окислителе, что, естественно, снижает стоимость их производства. Поскольку водорода в космосе неограниченное количество, космический корабль с таким двигателем сможет ускоряться сколь угодно долго — подобно солнечному парусу, он имеет бесконечный удельный импульс.

В знаменитом романе Пола Андерсона «Когда замирает время» (Tau Zero) прямоточный термоядерный двигатель звездолета в результате аварии перестал отключаться. Корабль все больше ускоряется, постепенно приближаясь к скорости света, и вокруг него начинают происходить пугающие релятивистские искажения. Чем быстрее летит корабль, тем медленнее течет время внутри него. Людям на борту все происходящее представляется совершенно нормальным, но Вселенная стремительно стареет. Со временем звездолет разгоняется до такой скорости, что снаружи проходят миллионы лет, а экипаж может лишь беспомощно наблюдать за этим. Переместившись в будущее на бессчетные миллиарды лет, звездолетчики обнаруживают, что Вселенная сжимается: ее расширение обратилось вспять. Температура вне корабля катастрофически взлетает, поскольку галактики начинают собираться вместе, готовясь к Большому сжатию. Наконец, когда звезды схлопываются, звездолету удается проскочить мимо космического огненного шара и наблюдать со стороны новый Большой взрыв и рождение новой Вселенной. Каким бы фантастическим ни казался сюжет романа, в основе своей он соответствует теории относительности Эйнштейна.

Оставив апокалиптические сюжеты, заметим: на первый взгляд кажется, что прямоточный термоядерный двигатель слишком хорош, чтобы его можно было построить. Воронку для сбора водорода, возможно, придется растянуть на сотни километров в поперечнике, что будет неудобно и слишком дорого. Термоядерный синтез собранного водорода может не дать достаточное количество энергии для обеспечения всех нужд звездолета. Доктор Джеймс Бенсон указал также, что в нашем секторе Галактики попросту нет достаточного количества водорода, чтобы его хватило на работу двигателей звездолета, хотя в других областях Галактики, возможно, водорода на это хватит. Другие критики утверждают, что сопротивление движению звездолета с прямоточным двигателем со стороны солнечного ветра будет больше, чем его разгон под действием тяги, так что звездолет не сможет достичь релятивистских скоростей. Физики пытаются модифицировать конструкцию таким образом, чтобы компенсировать эти недостатки, но до того дня, когда прямоточный термоядерный двигатель станет реализуемым проектом, еще очень далеко.

Проблемы звездолетов

Необходимо подчеркнуть, что у всех упомянутых звездолетов есть и другие проблемы, связанные с движением на околосветовой скорости. Серьезный риск будут представлять столкновения с астероидами, даже крохотные астероиды смогут пробить корпус звездолета насквозь. Мы уже упоминали небольшие вмятины и царапины на обшивке «Спейс шаттлов» — это отметины частиц космического мусора, которые, вероятно, сталкивались с кораблем на скорости, близкой к орбитальной, то есть примерно 29 000 км/ч. На околосветовых скоростях столкновения будут несоизмеримо более опасными, в принципе любая встреча с астероидом сможет разнести звездолет в пыль.

В кино эту опасность обычно устраняют при помощи мощных силовых полей, которые отталкивают микрометеориты. Это очень удобно, но, к несчастью, осуществимо только в головах сценаристов. Конечно, можно создать электрическое и магнитное силовые поля, но любые незаряженные объекты — даже обычные бытовые предметы из пластика, дерева или гипса — будут легко проходить сквозь них. Поэтому микрометеориты в открытом космосе нельзя отразить при помощи электрического и магнитного полей, а гравитационные поля работают только на притяжение, к тому же они чрезвычайно слабы, а значит, тоже не годятся на роль отражающих силовых щитов.

Еще одна проблема — торможение. Если вы несетесь сквозь пространство со скоростью, близкой к скорости света, как вы будете замедляться, когда доберетесь до места назначения? Солнечные и лазерные паруса всецело зависят от энергии светила или батареи лазеров, которые никак не могут замедлить движение космического корабля. Так что движимые парусом космические корабли будут полезны в основном в исследовательских пролетных программах.

Для ядерных космических кораблей лучший метод торможения, вероятно, состоит в том, чтобы развернуть корабль на 180° и направить тягу двигателей в противоположную сторону. Однако при такой стратегии примерно половина тяги корабля будет использоваться на набор скорости, а вторая половина — на торможение. Солнечный парус, возможно, удастся поставить таким образом, чтобы свет от звезды, к которой направляется экспедиция, постепенно тормозил корабль.

Еще одна проблема состоит в том, что большинство пилотируемых космических кораблей будут очень большими и неуклюжими. Собирать их придется в открытом космосе, значит, понадобятся десятки экспедиций, чтобы доставить на орбиту строительные материалы, и еще большее их число, чтобы собрать корабль. Для сокращения расходов нужен более экономный метод запуска экспедиций в космос. Именно здесь может пригодиться космический лифт.

Лифт в космос

Космический лифт, если бы его удалось создать с применением нанотехнологий, кардинально изменил бы ситуацию с исследованием космоса[42]. Космический лифт представляет собой длинную штангу, протянувшуюся с поверхности Земли в открытый космос. Представляете, входишь в кабину, нажимаешь на кнопку, и лифт быстро поднимает тебя на орбиту. Никаких перегрузок при старте ракеты с космодрома — подъем в космос будет таким же мягким и спокойным, как подъем в лифте на верхний этаж небоскреба. Космический лифт бросил бы вызов земному тяготению и обеспечил нам простой способ подниматься в небеса.

О возможности космического лифта первым задумался Константин Циолковский, которого очень заинтересовало строительство в 1880-х гг. Эйфелевой башни в Париже. Если инженеры смогли построить столь великолепное сооружение, спросил он себя, то почему бы не продолжить строительство и не направить конструкцию прямо в открытый космос? Основываясь на простых физических принципах, Циолковский сумел показать, что теоретически, если сделать башню достаточно высокой, то с какого-то момента центробежная сила сможет поддерживать ее в вертикальном положении без какого-либо внешнего воздействия. Точно так же, как раскручиваемый на нитке шарик не падает на пол, удерживаемый в воздухе благодаря вращению, космический лифт будет удерживать от падения центробежная сила вращающейся Земли.

Идея о том, что ракеты — это, возможно, не единственный способ проникнуть в космос, оказалась радикальной и захватывающей. Но сразу же обнаружилось и препятствие. Нагрузка на тросы космического лифта может достигнуть 100 ГПа, что намного превосходит прочность стали, которая составляет 2 ГПа. Стальные кабели лопнули бы, и космический лифт кувыркаясь полетел бы на землю.

Концепция космического лифта была положена на полку почти на столетие. Иногда о таких устройствах вспоминали писатели-фантасты — к примеру, Артур Кларк в романе «Фонтаны рая». При этом на вопрос о том, когда космический лифт может быть сооружен, Кларк ответил: «Вероятно, лет через 50 после того, как все перестанут смеяться»[43].

Теперь уже никто не смеется над этой идеей. Внезапно космический лифт перестал казаться неосуществимой выдумкой. В 1999 г. проведенное НАСА предварительное исследование показало, что лифт с тросом диаметром чуть менее 1 м и длиной около 45 000 км мог бы доставлять на орбиту до 15 т полезной нагрузки. В 2013 г. Международная академия астронавтики выпустила 350-страничный доклад, в котором говорилось, что при достаточном финансировании и активных исследованиях космический лифт, способный доставить на орбиту по 20 т груза, может быть построен к 2035 г. Стоимость строительства обычно оценивают в диапазоне $10–50 млрд — крохи по сравнению со $150 млрд, потраченными на Международную космическую станцию. При этом космический лифт может снизить стоимость доставки грузов в космос в 20 раз.

Задача строительства космического лифта из области фундаментальной физики перешла уже в область инженерного дела. Проводятся расчеты, чтобы определить, можно ли изготавливать тросы космического лифта из чистых углеродных нанотрубок, которые обладают достаточной прочностью и выдержат все нагрузки. И сумеем ли мы изготовить достаточное количество этих трубок, чтобы протянуть их на тысячи километров в космос? Ответ ясен: в настоящее время — нет. Пока чрезвычайно трудно получить нанотрубки из чистого углерода длиннее сантиметра. Возможно, вы слышали сообщения о том, что изготовлены многометровые нанотрубки, но на самом деле речь идет о композитных материалах. Это короткие нити углеродных нанотрубок, спрессованные в длинное волокно, не обладающее, однако, чудесными свойствами чистых углеродных нанотрубок.

Чтобы подстегнуть интерес к таким проектам, как космический лифт, НАСА финансирует программу Centennial Challenges, в рамках которой проводятся конкурсы и выдаются призы энтузиастам, разрабатывающим космические технологии. Как представитель телеканала я вел конкурс, в котором участники предлагали свои компоненты для прототипа мини-лифта. Я видел, как при помощи лазерных лучей они гнали небольшую капсулу вверх по длинному тросу. Это молодые люди, убежденные в том, что космический лифт распахнет двери небес для всех желающих, новый класс предпринимателей-инженеров, которые жаждут строить будущее.

Космический лифт произвел бы настоящую революцию в наших отношениях с космосом. Пространство, открытое только для астронавтов и военных пилотов, могло бы стать игровой площадкой для детей и целых семей. Лифт предложил бы нам эффективный подход к космическим путешествиям и космическим носителям нового типа, включая звездолеты, способные летать почти со скоростью света.

Если смотреть на вещи реалистически, космический лифт с учетом стоящих перед нами громадных инженерных проблем вряд ли удастся построить до конца этого столетия.

Разумеется, присущие нам как виду любопытство и амбиции со временем заставят нас когда-нибудь пойти дальше термоядерных двигателей и двигателей на антивеществе и принять важнейший вызов. Не исключено, что однажды мы сумеем преодолеть абсолютный предел скорости во Вселенной — скорость света.

Варп-двигатель

Как-то раз один мальчик прочел детскую книжку — и изменил мировую историю. Шел 1895 г., и крупные города только начинали покрываться сетью электрических проводов. Чтобы разобраться в этом странном новом явлении, мальчик принялся за «Популярные книги по естественным наукам» Аарона Бернштейна. В них автор просил читателей представить, что они несутся вместе с электрическим током по телеграфным проводам. Мальчик задумался: а что, если заменить электрический ток лучом света? Можно ли обогнать свет? Он рассудил, что, поскольку свет — это волна, световой луч должен выглядеть неподвижным, будто застывшим во времени. Однако он быстро сообразил, что никто никогда не видел неподвижной световой волны. Следующие десять лет он потратил на поиски разгадки.

И наконец в 1905 г. он нашел ответ. Звали мальчика Альберт Эйнштейн, а теория его получила название специальной теории относительности[44]. Он открыл, что обогнать световой луч невозможно, поскольку скорость света — абсолютный предел скорости во Вселенной. При приближении к ней начинают происходить странные вещи. Ваш корабль становится тяжелее, а время внутри него замедляется. Если бы можно было каким-то образом достичь скорости света, то тот, кто его достиг, стал бы бесконечно тяжелым, а время для него остановилось бы. Однако и то и другое невозможно, и это означает, что преодолеть световой барьер тоже невозможно. Эйнштейн, как дорожный полицейский, установил во Вселенной абсолютное ограничение скорости — и заставил мучиться несколько поколений ученых-ракетчиков.

Но Эйнштейну этого было мало. Теория относительности объясняла многие загадки природы света, но он хотел, чтобы его теория была применима еще и к гравитации. В 1915 г. он предложил поразительную гипотезу. Эйнштейн постулировал, что пространство и время, которые прежде считались инертными и статичными, на самом деле весьма динамичны и похожи на гладкое полотно, способное изгибаться, растягиваться и искривляться. Согласно его гипотезе, Земля обращается вокруг Солнца не потому, что притягивается солнечной гравитацией, а потому, что Солнце искривляет пространство вокруг себя. Ткань пространства-времени подталкивает Землю и заставляет ее двигаться по кривой вокруг Солнца. Попросту говоря, тяготение ничего не притягивает. Вместо этого пространство как бы подталкивает все объекты в нужном направлении.

Шекспир однажды сказал, что мир — театр, а люди в нем — актеры, каждый из них в свое время появляется на сцене и в свое время уходит. Представим пространство-время в виде такой сцены. Когда-то она считалась неподвижной, плоской и абсолютной; считалось, кроме того, что часы в любом ее конце тикают одинаково. Но в Эйнштейновой Вселенной эта сцена может быть искривленной, и часы на ней идут с разной скоростью. Актеры не могут беспрепятственно ходить по сцене, они спотыкаются и падают. Сами они могут утверждать, что какая-то невидимая «сила» тянет их в разных направлениях, но на самом деле это изогнутая сцена толкает их.

Кроме того, Эйнштейн понял, что в его общей теории относительности имеется просчет. Чем крупнее звезда, тем сильнее искривляется вокруг нее пространство-время. Если звезда достаточно массивна, она становится черной дырой. Мало того, ткань пространства-времени может буквально рваться, потенциально порождая кротовую нору, которая представляет собой своеобразный шлюз — короткий путь сквозь пространство. Это явление, концепцию которого предложили Эйнштейн и его ученик Натан Розен в 1935 г., сегодня называют мостом Эйнштейна — Розена.

Кротовые норы

Простейший пример моста Эйнштейна — Розена — зеркало в книге «Приключения Алисы в Стране Чудес». По одну сторону зеркала располагаются окрестности Оксфорда в Англии. По другую сторону находится фантастический мир Страны Чудес, в который Алиса мгновенно переносится, стоит ей дотронуться до зеркала пальцем.

Кротовые норы — один из любимых сюжетных ходов в кино. Хан Соло проводит звездолет «Тысячелетний сокол» сквозь гиперпространство, направив его в кротовую нору. Холодильник, который открывает героиня Сигурни Уивер в фильме «Охотники за привидениями», оказывается кротовой норой, сквозь которую она видит целую вселенную. В романе К. С. Льюиса «Лев, колдунья и платяной шкаф» этот самый шкаф также является кротовой норой, соединяющей английскую деревню с Нарнией.

Кротовые норы были открыты при исследовании математики черных дыр, представляющих собой схлопнувшиеся гигантские звезды. Их тяготение так велико, что даже кванты света не могут покинуть их. Скорость убегания для черных дыр равна скорости света. В прошлом считалось, что черные дыры стационарны и обладают бесконечной гравитацией, известной также как сингулярность. Но оказалось, что все черные дыры, обнаруженные в космосе, довольно быстро вращаются. В 1963 г. физик Рой Керр открыл, что вращающаяся черная дыра, если она движется достаточно быстро, не обязательно схлопнется в точку, но может превратиться во вращающееся кольцо. Это кольцо стабильно, потому что центробежная сила не дает ему схлопнуться. Куда же девается все, что падает внутрь черной дыры? Физики пока этого не знают. Но существует вероятность, что вещество, прошедшее в кольцо черной дыры, может выйти с другой стороны через так называемую белую дыру. Ученые уже ищут в космосе белые дыры, которые выпускали бы из себя вещество, вместо того чтобы его заглатывать, но пока ничего подобного обнаружить не удалось.

Приближаясь к вращающемуся кольцу черной дыры, можно стать свидетелем невероятного искажения пространства и времени. Возможно, при этом вам удастся увидеть световые лучи, захваченные тяготением кротовой норы миллиарды лет назад. Не исключено даже, что вы встретите там копии самого себя. А возможно, атомы вашего тела будут растянуты приливными силами в ходе неприятного и убийственного процесса, получившего название спагеттификации.

Если бы вы прошли сквозь само кольцо, вас, возможно, выбросило бы через белую дыру в параллельную вселенную по другую его сторону. Представьте, что вы берете два листа бумаги, располагаете их параллельно друг другу, а затем протыкаете насквозь карандашом, соединяя листы. Если пройти вдоль карандаша, можно попасть из одной параллельной вселенной в другую. Однако если пройти сквозь кольцо второй раз, окажешься еще в одной параллельной вселенной. Всякий раз, проходя сквозь кольцо, вы будете попадать в разные вселенные — точно так же, как поездка в лифте позволяет перемещаться между разными этажами здания, с единственной разницей — вы никогда не сможете вернуться на тот этаж, на котором уже были.

Когда вы проходите сквозь кольцо, тяготение будет конечным, так что вас не обязательно раздавит насмерть. Однако, если окажется, что кольцо вращается недостаточно быстро, оно может внезапно схлопнуться и убить вас. Не исключено, что кольцо можно будет стабилизировать искусственно, добавив к нему нечто, известное как отрицательная материя или отрицательная энергия (назовем их минус-материей и минус-энергией). Таким образом, стабильность черной дыры — вопрос равновесия, и главное здесь — поддерживать верное соотношение положительной и отрицательной энергии. Для естественного формирования шлюза между вселенными (например, черной дыры) требуется огромное количество положительной энергии. Но, чтобы шлюз оставался открытым и не схлопнулся, отрицательную материю или энергию потребуется создавать искусственно.

Минус-материя (минус-вещество) совсем не то же самое, что антиматерия. В отличие от последней, в природе минус-материя пока не обнаружена. Минус-материя обладает странными антигравитационными свойствами, то есть в поле тяготения она должна была бы падать вверх, а не вниз. (Антиматерия, напротив, согласно современной теории должна падать вниз, а не вверх.) Если бы на Земле миллиарды лет назад существовала минус-материя, то материя планеты попросту оттолкнула бы ее и это загадочное вещество уплыло бы в открытый космос. Возможно, именно поэтому мы его и не обнаружили.

Хотя физики пока не нашли реальных свидетельств существования минус-материи, минус-энергию уже удалось получить в лаборатории[45]. Это позволяет выжить мечте поклонников научной фантастики, которые надеются, что человек когда-нибудь будет летать к звездам через кротовые норы. Однако количество минус-энергии, которое удалось получить в лаборатории, мизерно, его явно не хватит на пролет звездолета сквозь кротовую нору. Для получения минус-энергии в количестве, необходимом для стабилизации кротовой норы, потребовалась бы чрезвычайно продвинутая технология, о которой мы поговорим подробнее в главе 13. Так что в обозримом будущем строить звездолеты с гипердвигателями для полетов сквозь кротовые норы нам будет не под силу.

Однако не так давно интерес ученых вызвало событие, связанное еще с одним способом искривлять пространство-время.

Пузырь Алькубьерре

Помимо кротовых нор, еще одним способом преодолеть световой барьер могут стать пузырь Алькубьерре и соответствующий двигатель. Мне довелось однажды брать интервью у мексиканского физика-теоретика Мигеля Алькубьерре[46]. Революционная идея в области релятивистской физики осенила его перед телевизором — не исключено, что он тогда впервые в жизни сел смотреть телевизор. В одной из серий «Звездного пути» его заинтересовал способ, при помощи которого звездолет «Энтерпрайз» мог лететь быстрее света. Он каким-то образом сжимал пространство перед собой, так что звезды казались не такими далекими. Собственно, «Энтерпрайз» не летел к звездам — звезды сами приближались к нему.

Представьте, что вы движетесь по ковру, а ваша цель — добраться до стола. Здравый смысл подсказывает простейший способ это сделать — пройти по ковру от одной точки до другой. Но есть и другой способ. Можно зацепить стол веревкой и тянуть его к себе, заставляя ковер собираться в складки. Не вы идете по ковру к столу, а ковер идет складками, и при этом стол подъезжает к вам.

Мигелю Алькубьерре пришла в голову интересная идея реализации подобного принципа. Обычно теоретики выбирают звезду или планету, а затем при помощи уравнений Эйнштейна рассчитывают искривление пространства вокруг нее. Но можно поступить и наоборот. Можно задать конкретную степень искривления и с помощью тех же уравнений определить, какая именно звезда или планета вызовет такое искривление. В качестве грубой аналогии можно посмотреть, как автомеханик собирает машину. Можно начать с тех частей, которые имеются под рукой, — это может быть двигатель, колеса, все что угодно — и собирать машину «вокруг них». А можно заранее выбрать необходимую вам конструкцию, а потом определить, какие для ее сборки потребуются части.

Алькубьерре перевернул Эйнштейнову математику с ног на голову и обратил вспять обычную логику физиков-теоретиков. Он попытался разобраться, звезда какого типа могла бы сжимать пространство перед собой и расширять его позади. К полному изумлению ученого, ответ оказался простым. Оказалось, что машина по искривлению пространства, показанная в «Звездном пути», представляет собой допустимое решение уравнений Эйнштейна! Может быть, варп-двигатель в конечном итоге не так уж невероятен.

Звездолет, оборудованный двигателем Алькубьерре, должен быть окружен пузырем искривленного пространства — пустотелым пузырем из вещества и энергии. Пространство-время внутри пузыря и вне его будут полностью изолированы друг от друга. При разгоне звездолета люди внутри ничего не почувствуют. Возможно, они вообще не заметят, что их корабль движется, хотя на самом деле он будет лететь быстрее света.

Полученный Алькубьерре результат потряс физическое сообщество — настолько он был нов и радикален. Однако после публикации статьи критики начали указывать на слабые места его теории. Несмотря на элегантность предложенной концепции сверхсветовых путешествий, она предусматривала не все возможные сложности. Если область внутри звездолета отделена от внешнего мира пузырем, тогда она не сможет обмениваться с внешним миром информацией, а значит, пилот космического корабля не сможет контролировать направление полета. Управлять будет невозможно. К тому же остается практический вопрос о создании варп-пузыря. Чтобы сжимать пространство перед собой, он должен будет иметь на борту запас топлива определенного типа — той самой минус-материи или минус-энергии.

Итак, мы вернулись к тому, с чего начали. Минус-вещество или минус-энергия — вот недостающее звено, необходимое для поддержания нашего варп-пузыря, а также наших кротовых нор, в стабильном состоянии. Стивен Хокинг доказал общую теорему, согласно которой все решения Эйнштейновых уравнений, допускающие движение со сверхсветовой скоростью, должны содержать в себе минус-материю или минус-энергию. (Иными словами, положительные материя и энергия, которые мы наблюдаем в звездах, способны искривлять пространство-время так, что с их помощью можно идеально описывать движение небесных тел. Но отрицательные материя и энергия искривляют пространство-время причудливым образом и порождают антигравитационную силу, способную стабилизировать кротовые норы, не давая им схлопываться, и разгонять варп-пузыри до сверхсветовых скоростей, сжимая перед ними пространство-время.)

Физики попытались рассчитать количество минус-материи или минус-энергии, необходимые для движения звездолета. Последние результаты показывают, что это количество эквивалентно массе Юпитера. Это означает, что лишь очень высокоразвитой цивилизации под силу использовать минус-материю или минус-энергию в качестве топлива для своих звездолетов, если это вообще возможно. (Однако не исключено, что количество минус-материи или энергии, необходимой для сверхсветового движения, уменьшится, поскольку расчеты сильно зависят от геометрии и размеров варп-пузыря или кротовой норы.)

В «Звездном пути», чтобы обойти это неудобное препятствие, постулировано существование редкого минерала под названием дилитий, кристаллы которого являются необходимым компонентом варп-двигателя. Сегодня мы знаем, что под названием «кристаллы дилития» может скрываться «минус-материя или энергия».

Эффект Казимира и минус-энергия

Кристаллов дилития на свете нет, но минус-энергия существует, и это оставляет открытым вопрос о наличии в природе кротовых нор, сжатого пространства и даже машины времени. И хотя законы Ньютона исключают существование минус-энергии, квантовая теория это допускает через эффект Казимира, который был предложен в 1948 г. и измерен в лаборатории в 1997 г.

Представим, у нас имеются две параллельные незаряженные металлические пластины. Когда их разделяет значительное расстояние, мы говорим, что между ними действует нулевая электрическая сила. Однако при сближении они загадочным образом начинают притягивать друг друга — получается, что мы можем извлечь из них некоторую энергию. Поскольку начинали мы с нулевой энергией, а, сблизив пластины, получили положительную, значит, сами пластины первоначально обладали отрицательной энергией. Причина этого нам не ясна. Здравый смысл говорит нам, что вакуум — это состояние пустоты с нулевой энергией, а на самом деле в нем кишмя кишат частицы вещества и антивещества, которые материализуются ненадолго из вакуума и тут же вновь аннигилируют. Эти «виртуальные» частицы появляются и исчезают так стремительно, что не нарушают законы сохранения вещества и энергии, то есть принцип, согласно которому полное количество материи и энергии во Вселенной всегда остается одинаковым. Постоянное бурление в вакууме порождает давление. Поскольку снаружи от параллельных пластин взаимодействий материя — антиматерия происходит больше, чем между ними, это давление подталкивает пластины друг к другу, создавая при этом минус-энергию. Это и есть эффект Казимира, который наглядно демонстрирует в квантовой теории возможность существования отрицательной энергии.

Первоначально, поскольку сила в эффекте Казимира чрезвычайно мала, ее можно было измерить только при помощи самой точной и чувствительной аппаратуры. Но нанотехнологии уже достигли того уровня, когда мы в состоянии заниматься отдельными атомами. Во время съемок документального телефильма мне довелось побывать в лаборатории в Гарварде, где имелся небольшой настольный прибор, при помощи которого можно было манипулировать атомами. В ходе эксперимента, который я наблюдал, с трудом удавалось удерживать два близких атома, чтобы они не разлетелись или, наоборот, не слиплись под действием силы Казимира, которая может быть как отталкивающей, так и притягивающей. Может быть, для физика, обдумывающего строительство звездолета, минус-энергия — это высшая ценность и совершенно необходимая вещь, но специалисту по нанотехнологиям сила Казимира, довольно мощная на атомном уровне, только мешает.

В заключение скажем: отрицательная энергия существует, и, если бы удалось каким-то образом собрать ее достаточно, тогда мы могли бы, в принципе, построить машину для создания кротовых нор или варп-двигатель и исполнить одну из величайших надежд научной фантастики. Но до этих технологий нам еще очень далеко, мы поговорим о них в главах 13 и 14. А пока нам придется обходиться световыми парусами, которые к концу нашего столетия, возможно, будут бороздить космическое пространство и доставлять нам первые фотографии экзопланет, сделанные с близкого расстояния. К XXII в. мы, возможно, сможем и сами долететь до этих планет на ракетах с термоядерными двигателями. А если сумеем решить стоящие перед нами сложные инженерные задачи, то не исключено, что мы сможем воплотить в реальность также двигатели на антивеществе, прямоточные двигатели и космический лифт.

Но что мы отыщем в дальнем космосе, если сумеем в конце концов построить звездолеты? Обнаружатся ли там иные миры, способные стать человеку домом? К счастью, космические телескопы и спутники дают нам возможность подробно рассмотреть то, что скрывается меж звезд.

* * *

Поэтому я утверждаю, что мысль о существовании обитателей иных миров есть не только мнение, но и твердая убежденность, на истинность которой я поставил бы даже многие блага жизни.

Иммануил Кант

Желание узнать что-нибудь о наших соседях в безбрежных глубинах космоса порождено не праздным любопытством и не жаждой знаний, но более глубокой причиной, и это чувство глубоко коренится в сердце каждого человека, в принципе способного мыслить.

Никола Тесла

9. «Кеплер» и полная планет Вселенная

Каждые несколько дней Джордано Бруно берет реванш.

Бруно, предшественник Галилея, был признан еретиком и сожжен заживо в Риме в 1600 г. Звезд в небесах настолько много, говорил он, что наше Солнце, должно быть, является одним из множества. А вокруг других звезд обращается множество планет, и некоторые из них, вероятно, даже населены другими существами[47].

Церковь семь лет без суда держала Бруно в заключении, затем его раздели догола, провели по улицам Рима, завязав язык кожаным ремешком, и привязали к деревянному столбу. Ему дали последний шанс раскаяться и отречься от своих идей, но он отказался.

Пытаясь уничтожить наследие Бруно, Церковь внесла все написанные им тексты в список запрещенных книг. В отличие от трудов Галилея, запрет с работ Бруно не был снят вплоть до 1966 г. Галилей просто утверждал, что Солнце, а не Земля является центром Вселенной. Бруно считал, что у Вселенной центра нет вообще. Он одним из первых в истории заявил, что Вселенная, возможно, бесконечна и тогда Земля всего лишь один из множества камешков в небе. Будь его мнение принято, Церковь никак не смогла бы остаться центром Вселенной — ведь центра-то у нее нет.

В 1584 г. Бруно подытожил свою философию, написав: «Мы заявляем, что это пространство бесконечно… а в нем бесконечность миров того же рода, что наш собственный»[48]. Сегодня, более 400 лет спустя, в пределах Млечного Пути обнаружено и внесено в каталоги около 4000 экзопланет, и список этот удлиняется чуть ли не ежедневно. В 2017 г. в НАСА насчитывали 4496 кандидатов на статус планеты (для 2330 из них статус уже подтвержден), обнаруженных космическим телескопом «Кеплер».

Если будете в Риме, вам, быть может, захочется побывать на Кампо-деи-Фиори — площади Цветов, где внушительная статуя Бруно установлена на том самом месте, где он встретил смерть. Когда я там был, на площади бурлила толпа, люди были увлечены шопингом, большинство из них, возможно, даже не знало, что на этом месте сжигали еретиков. Но сама статуя Бруно окружена молодыми бунтарями, художниками и уличными музыкантами, которые, что неудивительно, собираются именно здесь. Разглядывая эту мирную сцену, я думал о том, какая атмосфера должна была царить здесь во времена Бруно, чтобы воспламенять ненавистью жаждущую убийства толпу. Как надо было завести людей, чтобы они с восторгом приветствовали пытки и казнь бродячего философа?

Несколько столетий идеи Бруно оставались невостребованными, потому что поиск внесолнечных планет — дело чрезвычайно трудное, прежде считалось, что почти невозможное. Планеты не излучают собственного света. Даже их отраженный свет примерно в миллиард раз слабее света ее звезды, резкое сияние которой скрывает планету из виду. Но благодаря гигантским телескопам и космическим детекторам мы получаем сегодня поток новых данных, доказывающих правоту Бруно.

Действительно ли наша Солнечная система ничем не примечательна?

В детстве я прочел книгу по астрономии, которая изменила мои представления о Вселенной. В ней описывались планеты и делалось заключение о том, что наша Солнечная система, по всей вероятности, типична — в полном соответствии с идеями Бруно. Однако автор книги пошел дальше. Он писал, что планеты в других солнечных системах обращаются вокруг своих звезд по почти идеальным круговым орбитам, как в нашей системе. При этом те планеты, что находятся ближе к светилу, каменные, а те, что дальше, — газовые гиганты. Наше Солнце решительно ничем не выделяется из массы звезд.

Мысль о том, что мы живем в тихом, ничем не примечательном пригороде Галактики, казалась простой и удобной.

Но как же мы ошибались!

Сегодня мы понимаем, что наша ситуация совершенно нетипична и что звездные системы, похожие на нашу, с ее упорядоченной последовательностью планет и почти круговыми орбитами, в галактике Млечный Путь встречается редко. Начиная исследовать другие звезды, мы сразу же натыкаемся в Энциклопедии внесолнечных планет на солнечные системы, кардинально отличные от нашей. Когда-нибудь в этой планетной энциклопедии, возможно, будет описан и наш будущий новый дом.

За созданием этой энциклопедии стоит астроном Сара Сигер — профессор планетологии в МТИ и одна из 25 самых влиятельных фигур в исследовании космоса, по версии журнала Time. Я спросил, интересовалась ли она наукой в детстве. Сара призналась, что нет, хотя Луна всегда привлекала ее внимание. Сигер поражало, что Луна, казалось, всегда следовала за ней, куда бы ни вез ее отец. Как же так? Как может нечто столь далекое гнаться за машиной?

(Эта иллюзия возникает из-за параллакса. Мы оцениваем расстояния, двигая головой. Близкие к нам объекты, такие как деревья, сдвигаются, как нам кажется, сильнее всего, тогда как далекие объекты, такие как горы, вообще не меняют положения. Но объекты, которые расположены непосредственно рядом с нами и движутся вместе с нами, тоже представляются нам неподвижными. Поэтому наш мозг путает удаленные объекты, такие как Луна, с близкими, такими как руль машины; в результате нам кажется, что то и другое движется, не отставая, рядом с нами. Если принять во внимание параллакс, то многие НЛО, замеченные в преследовании наших машин, на самом деле окажутся планетой Венерой.)

Со временем интерес профессора Сигер к небесам расцвел и превратился в настоящую любовь. Родители иногда покупают телескопы своим любознательным отпрыскам, но Сара приобрела себе первый телескоп сама на деньги, заработанные в летние каникулы. Она вспоминает, как в 15 лет увлеченно рассказывала двум своим друзьям о взорвавшейся звезде, получившей название «сверхновая 1987а», которая совсем недавно появилась в небе. Эта звезда вошла в историю как ближайшая к нам сверхновая после 1604 г., и Сара планировала пойти на вечеринку и отметить это редкое событие. Ее друзья, однако, были в недоумении. Они не понимали, о чем девушка говорит.

Профессор Сигер превратила свой энтузиазм и восхищение чудесами Вселенной в яркую карьеру специалиста по экзопланетам — специалиста в научной области, которой два десятилетия назад попросту не существовало, но в настоящий момент является одной из самых актуальных в астрономии.

Методы поиска экзопланет

Экзопланеты сложно разглядеть непосредственно, их ищут при помощи ряда косвенных методов. В разговоре со мной профессор Сигер подчеркнула: астрономы уверены в своих результатах, поскольку обнаруживают экзопланеты сразу несколькими различными методами. Один из самых популярных называется методом транзитов. Иногда, анализируя интенсивность света звезды, можно заметить, что периодически этот свет ослабевает. Это слабый эффект, но он указывает на присутствие планеты, которая, если смотреть с Земли, прошла перед своим светилом, затмив при этом часть его излучения. А поскольку проход планеты можно отследить, можно рассчитать и ее орбитальные параметры.

Планета размером с Юпитер снизит светимость звезды, подобной нашему Солнцу, примерно на 1 %. Для землеподобной планеты снижение составит 0,008 %. Примерно настолько ослабит свет автомобильной фары комар, пролетевший перед ней. К счастью, как объясняет профессор Сигер, наши инструменты настолько чувствительны и точны, что могут улавливать малейшие изменения светимости, связанные с прохождением нескольких планет; по их данным можно доказывать существование целых солнечных систем. Однако не все экзопланеты проходят перед звездой для наблюдателя с Земли. Орбиты некоторых из них наклонены, и такие планеты невозможно обнаружить транзитным методом.

Еще один популярный метод связан с фиксацией радиальной скорости — это доплеровский метод. Астрономы высматривают звезды, которые как бы регулярно движутся вперед и назад. Если у звезды имеется большая планета размером с Юпитер, то на самом деле звезда и планета обращаются друг вокруг друга. Представьте себе вращающуюся гантель: две массы, представляющие центральную звезду и ее «Юпитер», обращаются вокруг общего центра.

Планета размером с Юпитер невидима с большого расстояния, но ее наличие можно с математической точностью определить по отклонениям в движении ее звезды. Доплеровский метод позволяет вычислить скорость этого движения. К примеру, если желтая звезда движется по направлению к нам, световые волны сжимаются, как меха аккордеона, и желтый свет становится слегка голубоватым. Если она движется от нас, свет растягивается и слегка краснеет. Скорость звезды можно определить по тому, насколько меняется частота света при движении звезды вперед и назад по отношению к детектору. Аналогичный процесс происходит, когда полиция направляет на вашу машину радар: изменения в отраженном излучении позволяют судить о том, с какой скоростью вы едете.

Кроме того, тщательное наблюдение за центральной звездой на протяжении нескольких недель или даже месяцев позволяет ученым оценить массу планеты при помощи закона всемирного тяготения Ньютона. Доплеровский метод утомителен, но именно он в 1992 г. позволил обнаружить первую экзопланету (и вызвал энтузиазм у устремившихся на поиски астрономов). Проще всего было отыскивать планеты размером с Юпитер, поскольку самые крупные объекты соответствуют максимальной амплитуде движения центральной звезды.

Метод транзитов и доплеровский метод — основные способы обнаружения внесолнечных планет, но в последнее время было предложено еще несколько методов. Один из этих методов — непосредственные наблюдения, которые, как уже упоминалось, осуществить очень непросто. Однако профессор Сигер с энтузиазмом отозвалась о планах НАСА по разработке космических зондов, способных тщательно и точно заслонить свет центральной звезды, который, собственно, и не позволяет визуально обнаружить планету.

Еще одним перспективным альтернативным методом поиска экзопланет может стать метод гравитационного линзирования, хотя работает он только в тех случаях, когда Земля, экзопланета и ее центральная звезда располагаются строго на одной линии. Из теории гравитации Эйнштейна мы знаем, что свет, проходя мимо небесного тела, может искривляться, поскольку большая масса обладает способностью изменять ткань пространства-времени вокруг себя. Даже если объект для нас невидим, он, как прозрачное стекло, изменяет траекторию света. Если планета пройдет непосредственно перед далекой звездой, свет звезды исказится и образует кольцо. Такой рисунок света называется кольцом Эйнштейна и свидетельствует о присутствии значительной массы между наблюдателем и звездой.

Результаты работы космического телескопа «Кеплер»

Серьезным прорывом в поиске внесолнечных планет транзитным методом стал запуск в 2009 г. космического телескопа «Кеплер»[49]. О таком успехе астрономическое сообщество не могло и мечтать. Наряду с другим космическим телескопом «Хаббл» телескоп «Кеплер» стал, вероятно, самым успешным устройством сбора информации в истории космических полетов. Это чудо инженерной мысли весит около 1050 кг, оборудовано массивным зеркалом диаметром около 140 см и целым набором новейших высокотехнологичных датчиков. Эффективнее всего телескоп собирает данные, если подолгу направлен на одну и ту же точку в пространстве, поэтому летает он не по околоземной, а по околосолнечной орбите. Заняв в глубоком космосе рабочую позицию, которая может отстоять от Земли на 100 млн км, «Кеплер» при помощи набора гироскопов должен был быть постоянно наведен на 1/400 часть небесной сферы — небольшой участок в направлении созвездий Лебедя, Лиры и Дракона. На этом крохотном участке неба «Кеплер» проанализировал около 200 000 звезд, открыв тысячи внесолнечных планет. Полученные им данные заставили ученых пересмотреть наше положение во Вселенной.

Вместо других солнечных систем, похожих на нашу, астрономы увидели нечто совершенно неожиданное: планеты самых разных размеров, обращающиеся вокруг звезд на самых разных расстояниях. «Там есть планеты, аналогов которым в нашей Солнечной системе нет, некоторые из них по размеру попадают в промежуток между Землей и Нептуном, другие много меньше Меркурия, — говорит профессор Сара Сигер. — Но нам до сих пор не удалось обнаружить ни одной копии нашей Солнечной системы». В самом деле, получено так много странных результатов, что у астрономов не хватает теорий для их объяснения. «Чем больше данных мы получаем, тем меньше понимаем, — признается Сигер. — Полная путаница»[50].

Мы не в состоянии объяснить «поведение» даже самых часто встречающихся экзопланет. К примеру, многие газовые гиганты размером с Юпитер движутся, вопреки ожиданиям, не по круговым, а по сильно вытянутым эллиптическим орбитам.

Некоторые экзопланеты размером с Юпитер все же обращаются по круговым орбитам, но при этом располагаются так близко к центральной звезде, что в нашей Солнечной системе они оказались бы внутри орбиты Меркурия. Эти газовые гиганты называют «горячими юпитерами», звездный ветер постоянно сдувает с них атмосферу в открытый космос. Прежде астрономы считали, что планеты типа Юпитера сформировались в глубоком космосе, за миллиарды километров от центральной звезды. Если так и было, каким образом они подобрались так близко к ней?

Профессор Сигер признает, что ученые не знают этого наверняка. Но наиболее вероятный ответ стал для всех неожиданностью. По одной из теорий, все газовые гиганты формируются во внешних областях звездной системы, где много льда, способного собирать водород, гелий и пыль. Но в некоторых случаях в центральной части плоскости звездной системы также много пыли. Газовый гигант может постепенно терять энергию от трения при движении сквозь пылевое облако и двигаться по сходящейся спирали к центральной звезде.

Это объяснение вводит прежде неслыханную еретическую идею о странствующих планетах. Подбираясь потихоньку к своему солнцу, они могут пересечь орбиту какой-нибудь небольшой землеподобной планеты, выбросив ее в открытый космос. Так маленькая каменная планета может стать планетой-странницей, дрейфующей в одиночестве в открытом космосе и не привязанной ни к одной звезде. Поэтому мы не ожидаем увидеть землеподобные планеты в солнечных системах с газовыми гигантами на сильно эллиптических или близких к светилу орбитах.

Задним числом можно сказать, что эти странные результаты следовало предвидеть. Поскольку в нашей Солнечной системе планеты движутся по красивым правильным окружностям, астрономы считали, что шары из пыли, водорода и гелия, которые превращаются в солнечные системы, всегда уплотняются равномерно. Теперь же мы понимаем, что с гораздо большей вероятностью гравитация сжимает их беспорядочным, случайным образом, в результате чего возникают планеты на вытянутых или неправильных орбитах, которые могут пересекаться и сталкиваться друг с другом. Это важно, ведь вполне может оказаться, что для жизни благоприятны только солнечные системы с круговыми орбитами планет, как наша.

Землеподобные планеты

Землеподобные планеты невелики и вызывают лишь легкое ослабление или слабое искажение света от центральной звезды. Но при помощи космического телескопа «Кеплер» и гигантских наземных телескопов астрономы начали находить в космосе «суперземли», то есть каменные, подобно Земле, планеты, способные поддерживать жизнь в том виде, какой мы ее знаем, но крупнее Земли на 50–100 %. Мы пока не можем ничего сказать о происхождении таких планет, но в 2016–2017 гг. было сделано несколько связанных с ними сенсационных открытий.

Проксима Центавра — ближайшая, после нашего Солнца, к Земле звезда. На самом деле она является частью тройной звездной системы и обращается вокруг пары более крупных звезд, известных как альфа Центавра A и B, обращающихся друг вокруг друга. Астрономы были поражены, когда около Проксимы Центавра обнаружилась планета всего на 30 % крупнее Земли. Она получила название Проксима Центавра b.

«Это меняет все правила игры в экзопланетологии, — заявил Рори Барнс, астроном из Университета штата Вашингтон в Сиэтле. — То, что она так близка к нам, означает, что мы имеем возможность следить за ней успешнее, чем за какой бы то ни было другой планетой из обнаруженных до сих пор»[51]. Новые гигантские телескопы, которые сейчас разрабатываются, такие как космический телескоп «Джеймс Уэбб», сумеют, возможно, получить первые фотографии этой планеты. Профессор Сигер говорит: «Это поистине феноменально. Мы столько лет гадали, существуют ли внесолнечные планеты. Кто бы мог подумать, что одна такая планета имеется у ближайшей к нам звезды?»[52]

Центральная звезда Проксимы Центавра b — тусклый красный карлик массой всего 12 % от массы Солнца. Чтобы попадать в зону жизни, где планета сможет поддерживать жидкую воду и даже, возможно, океаны, она должна располагаться относительно близко к этой звезде. Радиус орбиты планеты Проксима Центавра b составляет всего 5 % от радиуса земной орбиты. Она намного быстрее Земли обращается вокруг своей звезды, совершая один полный оборот каждые 11,2 суток. Сейчас идут горячие споры о том, совместимы ли условия на Проксиме Центавра b с жизнью земного типа. Одна из основных причин для сомнений — то, что эту планету, наверное, постоянно бомбардируют частицы звездного ветра, которые могут быть в 2000 раз энергичнее тех, что попадают на Землю. Чтобы защититься от этой бомбардировки, Проксима Центавра b должна обладать сильным магнитным полем. Пока у нас недостаточно информации, чтобы определить, так ли это.

Выдвинута гипотеза, что Проксима Центавра b может находиться со своей звездой в состоянии приливного захвата и потому обращена к звезде всегда одной и той же стороной, как Луна к Земле. Тогда эта сторона должна быть постоянно разогрета, а на другой должен царить вечный холод. В этом случае океаны жидкой воды могут существовать только в узкой полосе между двумя полушариями, где возможна умеренная температура. Допустим и другой вариант: если планета Проксима Центавра b обладает достаточно плотной атмосферой, ветры могут выравнивать температуру на ее поверхности. Тогда жидкие океаны могут существовать повсюду на планете.

Следующий шаг — определение состава атмосферы и наличие или отсутствие в ней воды и кислорода. Проксима Центавра b была обнаружена при помощи доплеровского метода, но химический состав ее атмосферы легче оценить при помощи транзитного метода. Когда какая-нибудь экзопланета проходит непосредственно перед центральной звездой своей системы, крохотная часть света звезды доходит до нас сквозь ее атмосферу. Молекулы определенных веществ в атмосфере поглощают звездный свет определенных длин волн, что позволяет ученым судить о природе этих молекул. Однако, чтобы это можно было проделать, ориентация орбиты экзопланеты должна быть подходящей, и вероятность того, что орбита Проксимы Центавра b ориентирована правильно, составляет всего 1,5 %.

Обнаружение молекул водяного пара на землеподобной планете стало бы поразительным достижением. Профессор Сигер объясняет, что «если говорить о маленькой каменной планете, то водяной пар в ее атмосфере может присутствовать только в том случае, если на поверхности есть жидкая вода. Если мы обнаружим водяной пар на каменной планете, то сможем сделать вывод, что на ней есть также жидкие океаны».

Семь землеподобных планет у одной звезды

Еще одно беспрецедентное открытие было сделано в 2017 г. Астрономы обнаружили солнечную систему, само существование которой противоречит всем теориям планетной эволюции. Семь землеподобных планет обращаются вокруг центральной звезды под названием TRAPPIST-1. Три из них располагаются в зоне жизни и могут иметь на поверхности жидкие океаны. «Это поразительная планетная система, не только потому, что мы обнаружили в ней так много планет, но и потому, что все они по размеру схожи с Землей», — заявил Микаэль Жийон, глава бельгийской научной группы, совершившей это открытие[53]. (Название TRAPPIST — это одновременно аббревиатура названия телескопа, которым пользовалась группа Жийона, и отсылка к популярному в Бельгии сорту пива.)

TRAPPIST-1 — это красный карлик всего в 38 световых годах от Земли, его масса составляет лишь 8 % от массы Солнца. Как и у Проксимы Центавра, у этой звезды имеется зона жизни. Если «наложить» эту звездную систему на нашу, орбиты всех ее семи планет целиком улягутся в пределы орбиты Меркурия. Эти экзопланеты обращаются вокруг своей звезды менее чем за три недели, а ближайшая из них совершает полный оборот вокруг светила за 36 ч. Благодаря компактности этой солнечной системы планеты в ней гравитационно взаимодействуют и теоретически могут столкнуться друг с другом. Конечно, наивно ждать, что они на полном ходу врежутся друг в друга. К счастью, в 2017 г. установлено, что все они находятся в резонансе. Это означает, что их орбиты находятся в фазе одна с другой и никаких столкновений не будет. Судя по всему, эта планетная система устойчива. Что же касается Проксимы Центавра b, то астрономы продолжают исследовать возможные варианты с учетом солнечных вспышек и приливного захвата.

В сериале «Звездный путь» всякий раз, когда «Энтерпрайз» приближается к землеподобной планете, капитан Спок объявляет, что они подходят к планете «класса М». На самом деле в астрономии ничего подобного пока нет. Теперь, когда на сцене появились тысячи различных типов планет, включая немалое количество землеподобных, появление новой классификации — дело времени.

Близнец Земли?

Если где-то в космосе существует планета — двойник Земли, то обнаружить ее нам пока не удается. Зато нашлось около 50 суперземель. Особенно интересна планета Кеплер-452 b, открытая космическим телескопом «Кеплер» в 2015 г. и расположенная на расстоянии примерно 1400 световых лет от нас. Она в полтора раза крупнее нашей планеты, так что мы весили бы больше, чем весим на Земле, но в остальном жизнь там, возможно, не слишком бы отличалась от земной. В отличие от экзопланет, обращающихся вокруг красного карлика, Кеплер-452 b располагается у звезды, которая массивнее Солнца всего на 3,7 %. Период ее обращения составляет 385 земных суток, а равновесная температура на ней составляет примерно –8 ºС, то есть чуть теплее, чем на Земле. Планета Кеплер-452 b лежит в зоне жизни. Астрономы, занятые поисками внеземного разума, направили на нее радиотелескопы, чтобы получать послания от цивилизации, если таковая там существует. Пока их приборы ничего не зарегистрировали. К сожалению, поскольку Кеплер-452 b находится далеко от нас, даже следующее поколение телескопов не позволит нам получить сколько-нибудь значительную информацию о составе ее атмосферы.

Интерес ученых вызывает также планета Кеплер-22 b, которая находится на расстоянии 600 световых лет и превосходит Землю по размеру в 2,4 раза. Ее орбита на 15 % меньше орбиты Земли — эта планета совершает полный оборот вокруг своего светила за 290 земных суток, но светимость ее центральной звезды Кеплер-22 на 25 % уступает светимости Солнца. Два этих фактора компенсируют друг друга, так что, по мнению ученых, температура на поверхности планеты сравнима с температурой на Земле. Кеплер-22 b тоже находится в зоне жизни.

Но наибольшее внимание среди всех обнаруженных экзопланет привлекает к себе планета KOI 7711. Дело в том, что по состоянию на 2017 г. именно она по всем характеристикам больше всего похожа на Землю. Эта планета на 30 % крупнее Земли, а центральная звезда системы очень похожа на Солнце. Планете KOI 7711 не грозит опасность быть сожженной солнечными вспышками. Продолжительность года на ней почти идентична земному году. Она располагается в зоне жизни своей звезды, но мы пока не в состоянии оценить наличие в ее атмосфере водяного пара. На первый взгляд все условия на планете KOI 7711 годятся для существования на ней какой-то формы жизни. От Земли ее отделяют 1700 световых лет — это самая далекая из трех названных планет.

Проанализировав десятки подобных планет, астрономы выяснили, что их, как правило, можно разделить на две категории. Первая из них — это суперземли, о которых мы говорили. Вторая — мини-нептуны (газовые карлики). Это газообразные планеты в 2–4 раза крупнее Земли, не похожие ни на что в наших ближайших окрестностях (наш Нептун в 4 раза больше Земли). Открыв очередную новую небольшую планету, астрономы стараются определить, к какой из названных категорий она принадлежит. Так биологи пытаются классифицировать новое животное, решив, млекопитающее это или рептилия. Загадка, однако, в том, почему эти категории планет не представлены в нашей Солнечной системе, тогда как у других звезд они распространены широко.

Планеты-странницы

Планеты-странницы (бродячие планеты) можно отнести к самым необычным из обнаруженных небесных тел. Они блуждают по Галактике сами по себе, не обращаясь вокруг конкретной звезды. Каждая из таких планет возникла, вероятно, в какой-нибудь звездной системе, но оказалась слишком близка к экзопланете размером с Юпитер — и была выброшена в открытый космос. Как мы уже отмечали, большие юпитероподобные планеты часто имеют эллиптические орбиты или медленно мигрируют по сходящейся спирали к центральной звезде. Их траектории могут пересекаться с траекториями более мелких планет, и вследствие этого бродячих планет в Галактике может оказаться даже больше, чем обычных. Мало того, согласно некоторым компьютерным моделям, наша Солнечная система, возможно, миллиарды лет назад тоже выбросила из себя с десяток странствующих планет.

Планеты-странницы не находятся вблизи от какого-либо источника света и сами света не излучают, поэтому поначалу казалось, что бесполезно даже пытаться их обнаружить. Но астрономы сумели все же найти несколько таких планет методом гравитационного линзирования, для которого требуется очень точное и довольно редкое выстраивание какой-нибудь фоновой звезды, бродячей планеты и детектора на Земле в одну линию. В результате, чтобы обнаружить горстку планет-странниц, приходится просматривать миллионы звезд. К счастью, этот процесс можно автоматизировать, так что поисками занимаются компьютеры, а не астрономы.

На данный момент обнаружено 20 потенциальных планет-странниц, одна из которых находится всего лишь в семи световых годах от Земли. Однако недавно японские астрономы, проверив 50 млн звезд, обнаружили до 470 возможных кандидатов в странники. По оценкам японских исследователей, на каждую звезду в нашей Галактике может приходиться по две планеты-странницы. Другие астрономы предполагают, что число блуждающих планет может превосходить число обычных в 100 000 раз.

Может ли на блуждающих планетах существовать жизнь такая, какой мы ее знаем? Это зависит от многих факторов. Подобно Юпитеру или Сатурну, некоторые из планет-странниц могут иметь множество покрытых льдом лун. Если так, то приливные силы могли бы расплавить лед и превратить его в океаны, где могла бы возникнуть жизнь. Но источники энергии в космосе не ограничиваются солнечным светом и приливными силами — источником энергии, без которого блуждающая планета не сможет породить жизнь, может быть радиоактивность.

В качестве иллюстрации вспомним один эпизод из истории науки. В конце XIX в. простой расчет, который произвел физик лорд Кельвин, показал, что Земля, по идее, должна была остыть через несколько миллионов лет после возникновения и оставаться промерзшей насквозь и весьма негостеприимной по отношению к жизни. Сообщение об этом вызвало несогласие биологов и геологов, настаивавших на том, что Земля существует миллиарды лет. Ошибка физиков выяснилась, когда Мария Склодовская-Кюри и другие открыли радиоактивность. Именно ядерные силы в ядре Земли, порождаемые долгоживущими радиоактивными элементами, такими как уран, уже не один миллиард лет помогают сохранить ядро Земли горячим.

Астрономы выдвинули предположение, что и блуждающие планеты могут обладать радиоактивными ядрами, которые помогают им оставаться относительно теплыми. Это означает, что радиоактивное ядро может, в принципе, обеспечивать теплом горячие источники и вулканические кратеры на дне океана, где возникнут необходимые для жизни химические вещества. Если странствующих планет в нашей Галактике много, как считают некоторые астрономы, то наиболее вероятным местом обнаружения жизни могут оказаться не зоны жизни возле звезд, а планеты-странницы и их луны.

Необычные планеты

Кроме того, астрономы исследуют множество совершенно поразительных планет, которые порой невозможно отнести ни к одной категории.

В фильме «Звездные войны» планета Татуин обращается вокруг двух звезд. Некоторые ученые высмеивали эту идею, поскольку орбита такой планеты была бы нестабильной и она упала бы на одну из звезд. Но уже обнаружены планеты, обращающиеся вокруг одной из звезд в тройной системе, как в системе Центавра. Мы нашли также системы, в которых планета вращается вокруг двойной звезды.

Была открыта планета, которая на первый взгляд может быть сделана из алмазов. Она называется 55 Рака e и по размеру превосходит Землю вдвое, зато весит примерно в восемь раз больше. В 2016 г. космический телескоп «Хаббл» успешно проанализировал ее атмосферу — с каменной экзопланетой это удалось проделать впервые. В ее атмосфере обнаружены водород и гелий, но нет следов водяного пара. Позже выяснилось, что эта планета богата углеродом, на который может приходиться около трети ее массы. Кроме того, температура на ней составляет 5127 ºС. По одной из теорий, жар и давление в ее ядре могут быть высоки настолько, чтобы породить алмазную планету. Однако эти сверкающие залежи — если они, конечно, существуют — находятся от нас на расстоянии 40 световых лет, так что их добыча выходит далеко за пределы наших сегодняшних возможностей.

Обнаружены также возможные водные и ледяные миры. Этот факт вряд ли можно назвать неожиданным. Считается, что наша планета в начале свой истории тоже была покрыта льдом — этакая «Земля-снежок», летящая в космосе. А в эпохи после отступления ледников Земля была затоплена водой. Первой из шести распознанных потенциально покрытых водой экзопланет стала Gliese 1214 b, обнаруженная в 2009 г. От нас до нее 42 световых года, а сама она в шесть раз больше Земли. Эта планета находится за пределами зоны жизни, ее орбита пролегает в 70 раз ближе к ее светилу, чем орбита Земли. Температура на ее поверхности может достигать 280 ºС, так что жизнь земного типа там вряд ли возможна. Но использование различных фильтров для анализа света позволило подтвердить значительное количество воды в ее составе. Хотя воды в знакомой нам жидкой форме там может и не оказаться — из-за высокой температуры и давления на поверхности Gliese 1214 b может оказаться паровой планетой.

Нам пришлось переосмыслить свое представление и о звездах тоже. Когда-то мы думали, что наша желтая звезда Солнце типична для Вселенной, но сейчас астрономы уверены, что чаще всего в ней встречаются тусклые красные карлики, излучающие лишь небольшую долю света Солнца и невидимые невооруженным глазом. По одной из оценок, 85 % звезд Млечного Пути — красные карлики. Чем меньше звезда, тем медленнее она сжигает свое топливо — водород — и тем дольше может светить. Красные карлики могут гореть триллионы лет, намного больше, чем 10 млрд лет, отмеренных Солнцу. Неудивительно, наверное, что и Проксима Центавра b, и система TRAPPIST содержат красные карлики — ведь их так много. Таким образом, область пространства вокруг этих звезд может оказаться одной из самых перспективных при поиске землеподобных планет.

Перепись звезд Галактики

Орбитальный телескоп «Кеплер» исследовал уже достаточное число планет в нашей Галактике, чтобы мы могли провести их грубый анализ. Данные указывают, что в среднем каждая звезда, которую мы видим, имеет около себя какую-нибудь планету. Около 20 % звезд, подобно нашему Солнцу, имеют около себя землеподобные планеты, то есть планеты примерно земного размера, расположенные в зоне жизни. Поскольку всего в Галактике приблизительно 100 млрд звезд, в относительной близости к нам, возможно, существует около 20 млрд землеподобных планет. На самом деле это очень скромная оценка — реальное их число может оказаться намного больше.

К несчастью, аппарат «Кеплер», приславший нам горы информации, кардинально изменившей наши представления о Вселенной, в какой-то момент стал работать с перебоями. В 2013 г. начал отказывать один из его гироскопов, и аппарат потерял способность фокусироваться на планетах.

В настоящее время, однако, планируются миссии, которые должны углубить наши знания об экзопланетах. В 2018 г. был запущен аппарат TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). В отличие от «Кеплера», он будет сканировать не небольшой участок, а небо целиком. За два года TESS проверит 200 000 звезд. Особое внимание будет уделено звездам в 30–100 раз более ярким, чем те, которые проверял «Кеплер», включая все землеподобные планеты или суперземли в нашей области Галактики. Астрономы ожидают, что таких наберется около 500. Более того, космический телескоп «Джеймс Уэбб», призванный стать заменой «Хабблу», скоро приступит к работе и сможет, по идее, даже сфотографировать некоторые из этих экзопланет.

Землеподобные планеты станут, возможно, первыми пунктами назначения для будущих звездолетов. Теперь, когда мы стоим на пороге более глубокого и подробного исследования этих планет, важно сосредоточить внимание на двух моментах: на жизни человека в открытом космосе и биологических требованиях, которые она предъявляет, и на встрече с инопланетной жизнью в космосе. Для начала мы должны присмотреться к нашей жизни на Земле и подумать, как можно ее усовершенствовать перед лицом новых задач. Возможно, нам придется изменить себя — увеличить продолжительность жизни, оптимизировать физиологические процессы, даже изменить генетический наследственный код. Кроме того, нам придется считаться с возможностью обнаружения на экзопланетах чего угодно — от микробов до развитых цивилизаций. Кто ждет нас там и что может означать для нас эта встреча?

Часть III

ЖИЗНЬ ВО ВСЕЛЕННОЙ

Целые эпохи, потребные для перелета в другой конец Галактики, не выглядят пугающе для бессмертных существ.

Сэр Мартин Рис, королевский астроном Англии

10. Бессмертие

Фильм «Век Адалин» — история женщины, которая родилась в 1908 г., а в молодости попала в снежный буран и замерзла насмерть. К счастью, немного позже в нее попала молния, которая оживила ее. Это необычное событие изменило ДНК Адалин, она загадочным образом перестала стареть.

В то время как ее подруги и возлюбленные стареют, Адалин остается молодой. Возникают неизбежные подозрения и слухи, и женщине приходится покинуть город. Вместо того чтобы наслаждаться своей нескончаемой юностью, она изолирует себя от общества и почти ни с кем не разговаривает. Бессмертие становится для нее проклятием.

В финале фильма она попадает в аварию и погибает. В машине скорой помощи электрический разряд дефибриллятора не только запускает ее сердце и оживляет ее, но и устраняет генетический результат воздействия молнии — Адалин вновь становится смертной. Вместо того чтобы рыдать из-за утраченного бессмертия, она радуется, обнаружив у себя первый седой волос.

Если Адалин, по существу, отказывается от бессмертия, то наука движется в противоположном направлении и быстро разгадывает загадки процесса старения. Ученые, связанные с исследованиями дальнего космоса, остро заинтересованы в этих исследованиях, поскольку межзвездные расстояния огромны и звездолету может потребоваться не одна сотня лет на их преодоление. Процесс строительства звездолета, само путешествие, которое нужно пережить, и заселение далеких планет займут, вероятно, не одну человеческую жизнь. Чтобы человек мог перенести путешествие и добраться до звезд, нам придется строить корабли, рассчитанные на несколько сменяющих друг друга поколений, помещать астронавтов и будущих поселенцев в анабиоз — или увеличивать продолжительность их жизни.

Рассмотрим подробнее каждый из способов, позволяющих человеку добраться до звезд.

Корабли на несколько поколений

Предположим, что в космосе обнаружен полный двойник Земли, обладающий кислородно-азотной атмосферой, жидкой водой, каменным ядром, очень похожий на Землю по размеру. В общем, идеальный кандидат на заселение. Одна проблема — от Земли этого двойника отделяет расстояние в 100 световых лет. Это означает, что звездолет с термоядерным двигателем или двигателем на антивеществе будет лететь до нее 200 лет.

Если считать, что одно поколение людей соответствует, грубо говоря, 20 годам, то получится, что десять поколений людей должны будут родиться на звездолете и он будет для них единственным домом.

Такая перспектива может показаться пугающей, но давайте вспомним, что в Средние века мастер-архитектор мог проектировать величественный собор, твердо зная, что не доживет до завершения строительства своего шедевра. Он знал, что лишь его внукам, может быть, суждено будет отпраздновать открытие собора.

Помните также, что в ходе расселения по Земле, когда люди примерно 75 000 лет назад начали покидать Африку в поисках нового дома, они понимали, что до завершения их путешествия может смениться немало поколений.

Так что концепция путешествия, занимающего несколько поколений, не нова.

Но есть проблемы, которые необходимо решить, если мы хотим совершить это путешествие на космическом корабле. Во-первых, кандидатов нужно отбирать очень осторожно, тщательно. На каждом звездолете должно быть не менее 200 человек, чтобы они образовали устойчивую популяцию. За численностью придется следить, так чтобы популяция оставалась относительно стабильной и не истощила все припасы. Даже малейшее отклонение численности, продолженное на десять поколений, может вызвать катастрофическое перенаселение или, наоборот, вымирание, что поставит под угрозу всю миссию. Может потребоваться целый арсенал методов — клонирование, искусственное оплодотворение, дети из пробирки, — чтобы поддерживать стабильность популяции.

Во-вторых, ресурсы тоже придется тщательно контролировать. Пищу и отходы жизнедеятельности придется постоянно рециркулировать. Ничто не должно выбрасываться и пропадать.

Есть еще проблема скуки. Так, люди, живущие на маленьких островках, часто жалуются на «островную лихорадку» — чувство клаустрофобии и жгучее желание покинуть остров и исследовать новые миры. Одним из возможных решений может стать использование виртуальной реальности — создание при помощи сложного компьютерного моделирования воображаемых фантастических миров. Еще одна возможность — создавать цели, ставить задачи, устраивать конкурсы и обеспечивать людей работой, чтобы их жизнь имела смысл и цель.

К тому же на борту звездолета постоянно нужно принимать решения, хотя бы о распределении ресурсов и обязанностей. Придется создать демократически избираемый совет, который обеспечивал бы повседневную жизнь на корабле. При этом какое-нибудь будущее поколение может не захотеть следовать первоначальному плану или какой-нибудь харизматичный демагог может взять власть и нарушить ход вещей.

Однако есть способ избежать большинства подобных проблем — погружение в анабиоз, временное замедление жизненных функций.

Современная наука и старение

В фильме «2001 год: Космическая одиссея» экипаж межпланетного корабля погружен в состояние анабиоза на время трудного путешествия к Юпитеру. Физиологические функции астронавтов снижены до нуля, что устраняет сложности путешествий на звездолетах, рассчитанных на несколько поколений астронавтов. По этой же причине не нужно беспокоиться о большом количестве ресурсов для экипажа и о поддержании стабильной численности популяции.

Возможно ли это в действительности?

Всякий, кому приходилось жить на севере, знает, что зимой рыбы и лягушки иногда вмерзают в лед, а когда приходит весна и лед тает, просыпаются и продолжают жить как ни в чем не бывало.

В обычных условиях следовало бы ожидать, что процесс замерзания убьет эти живые организмы. При понижении температуры крови в ней начинают расти кристаллы льда. Они растут и увеличиваются как внутри клеток — и тогда они в конечном итоге прорывают клеточную стенку, так и вне клеток — и тогда клетки могут быть сжаты и раздавлены льдом. Природа решает эту проблемы очень просто — используя в качестве антифриза глюкозу и снижая таким образом температуру замерзания крови. И хотя рыбы и лягушки оказываются вмороженными в сплошной лед, кровь в их сосудах остается жидкой и по-прежнему может обеспечивать основные телесные функции.

Для человека такая высокая концентрация глюкозы в крови оказалась бы токсичной и погубила бы организм. Поэтому ученые экспериментируют с другими вариантами химических антифризов в процессе так называемой витрификации, при которой точка замерзания снижается при помощи комбинации химических веществ и кристаллы льда не образуются. Идея звучит интригующе, но результаты пока особого оптимизма не внушают. Витрификация зачастую вызывает негативные побочные эффекты. Химические вещества, используемые в лабораториях, часто оказываются ядовитыми и приводят к летальному исходу. До сих пор никому еще не удалось проснуться после замораживания живым и рассказать о своих впечатлениях. Так что до эффективного анабиоза нам еще очень далеко. Впрочем, это не останавливает предпринимателей, рекламирующих его как способ обмануть смерть. Они утверждают, что люди, больные неизлечимыми болезнями, могут отдать свои тела на замораживание — за немалую плату, естественно, — с тем, чтобы их оживили через несколько десятков лет, когда будут найдены способы лечения их болезней. Пока нет абсолютно никаких экспериментальных доказательств, что этот способ работает, но ученые надеются, что со временем все технические вопросы удастся решить.

Так что на бумаге анабиоз представляется, пожалуй, идеальным способом решения многих проблем, связанных с длительными путешествиями. Сегодня это практически недоступно, но в будущем он, возможно, станет одним из основных методов выживания при межзвездных перелетах.

Однако имеется еще одна проблема, связанная с анабиозом. Если во время полета произойдет что-то неожиданное, к примеру столкновение с астероидом, для исправления ситуации может потребоваться вмешательство человека. Для первых неотложных действий можно будет активировать роботов, но, если авария окажется достаточно серьезной, потребуется вмешательство человека с его опытом и разумом. Это означает, что некоторых пассажиров — в первую очередь инженеров — придется оживить. И если на оживление требуется значительное время, а человеческое вмешательство требуется немедленно, задержка может оказаться фатальной. Это общий недостаток межзвездных путешествий с использованием анабиоза. Не исключено даже, что нескольким поколениям инженеров придется в постоянной готовности бодрствовать на звездолете все время пути.

Пошлите туда клонов

Еще одно предложение по колонизации Галактики состоит в том, чтобы отправить в космос человеческие эмбрионы с нашей ДНК в надежде на то, что когда-нибудь где-то далеко-далеко их оживят[54]. Или послать ДНК-код, чтобы когда-нибудь его можно было использовать для сотворения нового человека. Этот метод фигурирует, в частности, в фильме «Человек из стали». Хотя Криптон, родная планета Супермена, давно взорвалась, криптонианцы были достаточно развиты, чтобы еще до взрыва записать ДНК-коды всего населения планеты. План состоял в том, чтобы отправить эту информацию на какую-нибудь планету вроде Земли, где можно было бы использовать коды для создания клонов погибших криптонианцев. Единственная проблема — для этого, возможно, пришлось бы захватить Землю и избавиться от людей, которые на ней, к несчастью, обитают и мешают реализации проекта.

У подхода, связанного с клонированием, есть свои преимущества. Вместо строительства гигантских звездолетов и создания внутри них искусственной землеподобной среды с системой жизнеобеспечения, можно было бы ограничиться всего лишь перевозкой ДНК. Даже большие контейнеры с человеческими эмбрионами вполне поместились бы в стандартный космический корабль. Писатели-фантасты допускают, что нечто подобное произошло много эпох назад, когда некий биологический вид, обитавший во Вселенной до человека, рассеял свою ДНК в нашем секторе Галактики и тем самым сделал возможным появление и развитие человечества.

У этого предложения, однако, есть несколько недостатков. Пока ни один человек еще не был клонирован. Мало того, не был успешно клонирован ни один примат. Технология клонирования еще недостаточно развита, чтобы клонировать человека, хотя в будущем это, вероятно, будет сделано. Если это произойдет, можно будет разработать роботов, которые могли бы создавать клонов и заботиться о них.

Что еще более важно, оживление человеческих клонов может привести к созданию существ, генетически идентичных нам, которые не унаследуют от нас ни воспоминаний, ни личности и начнут существование с чистого листа. Возможность отправить таким путем в далекий космос полноценную личность человека вместе с его воспоминаниями выходит далеко за рамки наших способностей. Если такое вообще возможно, для этого требуются технологии, на разработку которых уйдут десятки, а то и сотни лет.

Но, может быть, наряду с замораживанием или клонированием существует и другой способ обеспечить себе возможность путешествовать к звездам — для этого достаточно замедлить или вовсе остановить процесс старения.

В поисках бессмертия

Поиск вечной жизни — одна из древнейших тем в мировой литературе. Она восходит еще к «Эпосу о Гильгамеше», созданному около 5000 лет назад. В нем рассказывается о подвигах шумерского воина, пустившегося в долгий путь. Он переживает множество приключений и встреч, включая встречу с человеком, который напоминает нам Ноя и был свидетелем Всемирного потопа. Цель долгого путешествия — поиск секрета бессмертия. В Библии Бог изгнал Адама и Еву из райского сада за то, что они, нарушив его запрет, вкусили от древа познания. Бог рассердился на них, потому что они могли воспользоваться обретенным знанием, чтобы стать бессмертными.

Человечество во все века было одержимо идеей бессмертия. На протяжении почти всей истории младенцы умирали при родах, а те, кому повезло выжить, часто жили впроголодь. Эпидемии распространялись, как степные пожары, потому что жители частенько выбрасывали свои кухонные отходы прямо в окно. Санитарии в том виде, как сегодня, не существовало, так что в деревнях и городах стояла сильная вонь. Больницы, если они вообще существовали, были местом, где бедняк мог умереть. Это были, по существу, сараи для нищих и обездоленных, поскольку богатые могли позволить себе личных докторов. Но богатые тоже становились жертвами болезней, а их личные доктора, как правило, мало отличались от шарлатанов. (Один врач на Среднем Западе США вел дневник, в котором записывал свои ежедневные визиты к пациентам. Он признавался, что в его саквояже было всего два действительно полезных в лекарском деле предмета — пила для ампутации травмированных или больных конечностей и склянка с морфином для обезболивания при этой операции.)

В 1900 г. ожидаемая продолжительность жизни в Соединенных Штатах составляла 49 лет. Но две революции добавили к этому числу еще несколько десятилетий.

Во-первых, улучшилась санитария, она обеспечила нам чистую воду и вывоз отходов и помогла устранить самые страшные эпидемии. Это добавило к ожидаемой продолжительности жизни около 15 лет.

Второй революцией стала революция в медицине. Мы часто считаем само собой разумеющимся, что предки наши жили в смертном страхе перед целым бестиарием древних болезней (таких, как туберкулез, оспа, корь, полиомиелит, коклюш и т. п.). В эпоху после Второй мировой войны эти болезни были в значительной степени побеждены при помощи антибиотиков и вакцин, что добавило к ожидаемой продолжительности жизни еще 10 лет. За это время репутация больниц тоже значительно изменилась: они стали местом, где человек получает реальные средства от болезней.

Может ли современная наука раскрыть секреты процессов старения, замедлив или даже вообще остановив ход биологических часов и увеличив ожидаемую продолжительность жизни почти до бесконечности?

Человечество стремится к этому испокон веку, но есть и новый фактор — в настоящее время эта идея привлекла к себе внимание многих богатейших людей планеты. Все больше предпринимателей из Кремниевой долины вкладывают миллионы в исследование процессов старения с целью победить этот процесс. Не удовлетворившись объединением всего мира в единую сеть, они ставят перед собой новую цель — жить вечно. Сооснователь Google Сергей Брин надеется найти ни много ни мало «лекарство от смерти». И компания Calico под управлением Брина со временем, возможно, вольет миллиарды долларов в партнерство с фармацевтической компанией AbbVie, чтобы разобраться с этой проблемой. Сооснователь Oracle Ларри Эллисон считает, что смириться со смертностью человека «немыслимо». Сооснователь компании PayPal Питер Тиль мечтает прожить скромные 120 лет, тогда как русский интернет-магнат Дмитрий Ицков хочет жить до 10 000 лет. С поддержкой таких людей, как Брин, и доступом к технологическим инновациям мы, возможно, сумеем наконец направить всю мощь современной науки на разгадку этой древней тайны и повышение продолжительности нашей жизни.

Не так давно ученые раскрыли один из глубочайших секретов процесса старения. После многих столетий фальстартов у нас имеется всего несколько надежных, проверяемых теорий, которые представляются перспективными. Среди них ограничение калорийности, теломераза и гены старения.

Из перечисленного только один метод уже доказал способность продлевать жизнь животных, иногда даже удваивать ее срок. Этот метод подразумевает серьезное ограничение калорийности пищи животного.

В среднем те животные, которые съедают на 30 % меньше калорий, живут на 30 % дольше. Это было продемонстрировано на дрожжевых клетках, червях, насекомых, мышах и крысах, собаках и кошках, а теперь уже и на приматах. Строго говоря, это единственный метод, принимаемый всеми учеными: все признают, что он меняет продолжительность жизни всех без исключения животных, на которых до сих пор проводились испытания. Единственное значимое животное, на котором этот метод до сих пор не опробован, — это человек.

Теория состоит в том, что животные в дикой природе ведут полуголодную жизнь. В тучные времена они используют свои ограниченные ресурсы на продление рода, а в тощие времена входят в состояние, близкое к анабиозу, чтобы сберечь ресурсы и пережить голодный период. Уменьшение рациона запускает второй вариант биологического ответа организма, и животное живет дольше.

Единственная проблема ограничения калорийности, однако, состоит в том, что при низкокалорийном питании животные становятся сонными, вялыми и теряют интерес к сексу. А большинство людей заартачится, если предложить им съедать на 30 % калорий меньше. Поэтому фармацевтическая промышленность очень хотела бы найти химические вещества, которые управляют этим процессом, и овладеть мощью ограничения калорийности, избежав при этом ее очевидных побочных эффектов.

Не так давно было выделено перспективное химическое вещество, получившее название ресвератрол. Это вещество, обнаруженное в красном вине, помогает активировать белок сиртуин, который, как было показано, замедляет процесс окисления — принципиально важный компонент старения — и потому может отчасти защитить организм от связанного со старением повреждения молекул.

Мне довелось брать интервью у Леонарда Гаренте, исследователя из Массачусетского технологического института, который первым продемонстрировал связь между этими химическими веществами и процессом старения. Он был удивлен количеством фанатиков новых диет, набросившихся на эти соединения, как на источник вечной молодости. Гаренте относился к этому скептически, но допускал, что если когда-нибудь будет найдено реальное средство от старения, то эти вещества, возможно, сыграют здесь определенную роль. Он даже стал одним из основателей компании Elysium Health, занявшейся такими исследованиями.

Еще одним ключом к проблеме старения может стать теломераза, помогающая регулировать ход наших биологических часов. При каждом делении клетки концы хромосом, называемые теломерами, становятся чуть короче. Со временем, после приблизительно 50–60 делений, теломеры становятся такими короткими, что вообще пропадают, и хромосома начинает разваливаться. В результате клетка дряхлеет и теряет способность нормально функционировать. Существует предел для числа делений клетки, называемый пределом Хейфлика. (Я однажды брал интервью у доктора Леонарда Хейфлика, и он рассмеялся, когда я спросил его, можно ли каким-то образом обойти предел Хейфлика и обезопасить себя от смерти. Он был настроен в высшей степени скептически и считал этот биологический предел основным в сложном и многообразном биохимическом процессе старения. Мы пока мало знаем о нем и далеки от возможности изменить этот предел в клетках человеческого организма.)

Нобелевский лауреат Элизабет Блэкберн настроена более оптимистично: «Все признаки, включая генетику, говорят, что существует причинная связь между теломерами и теми неприятными вещами, которые происходят по мере старения». Она отмечает, что есть непосредственная связь между укороченными теломерами и некоторыми болезнями. К примеру, если теломеры у вас укороченные (как у нижней трети популяции), риск развития сердечно-сосудистых заболеваний для вас выше на 40 %. «Именно укорачивание теломеров, судя по всему, лежит в основе риска тех заболеваний, которые нас убивают… это сердечные болезни, диабет, рак, даже болезнь Альцгеймера», — заключает Блэкберн[55].

В последнее время ученые экспериментируют с теломеразой — ферментом, открытым Блэкберн и ее коллегами и предотвращающим укорачивание теломеров. Этот фермент способен, в определенном смысле, «остановить часы». Клетки кожи, омываемые теломеразой, могут делиться до бесконечности, выходя далеко за предел Хейфлика. Мне довелось однажды брать интервью у доктора Майкла Уэста, работавшего в Geron Corporation. Уэст экспериментирует с теломеразой и утверждает, что может «обессмертить» клетку кожи в лаборатории, так что она будет жить вечно. Клетки кожи в его лаборатории могут делиться не 50–60, а сотни раз.

Следует, однако, указать, что с теломеразой следует обращаться очень аккуратно, поскольку раковые клетки тоже бессмертны и тоже используют теломеразу, чтобы добиться бессмертия. Одно из отличий раковых клеток от нормальных заключается в том, что они живут вечно и размножаются безо всякого предела, порождая опухоли, которые нас убивают. Так что нежелательным побочным продуктом использования теломеразы может стать рак.

Генетика старения

Еще одна возможность победить старение связана с генной инженерией.

Тот факт, что гены сильно влияют на старение, очевиден. Бабочки после выхода из кокона живут всего несколько дней или недель. Мыши, которых изучают в лабораториях, обычно живут всего около двух лет. Собаки стареют примерно в семь раз быстрее людей и живут немногим более десяти лет.

Изучая животное царство, мы находим существа, которые живут так долго, что продолжительность их жизни трудно измерить. В 2016 г. автор статьи в журнале Science сообщил, что гренландская полярная акула живет в среднем 272 года и превосходит по продолжительности жизни гренландского кита (в среднем 200 лет). Это делает гренландскую акулу самым долгоживущим позвоночным животным. Их возраст ученые подсчитывали путем анализа слоев ткани в глазу акулы, который растет послойно, как луковица. Мало того, они обнаружили одну акулу, возраст которой составлял 392 года, и еще одну, которой, возможно, было целых 512 лет.

Таким образом, разные биологические виды с разным генетическим аппаратом сильно различаются между собой по продолжительности жизни. Исследования показывают, что даже среди людей, хотя гены у всех нас почти идентичны, близнецы и вообще близкие родственники имеют близкую ожидаемую продолжительность жизни и что люди, отобранные случайным образом, различаются по этому признаку намного сильнее.

Но, если старение хотя бы отчасти управляется генами, очень важно выделить те гены, которые им управляют. Здесь возможно несколько подходов.

Один из перспективных подходов состоит в том, чтобы анализировать гены молодых людей, а затем сравнивать их с генами стариков. Сравнив два набора генов при помощи компьютера, можно быстро выделить места, где наблюдается больше всего генетических повреждений, вызванных старением.

К примеру, старение автомобиля происходит в первую очередь в двигателе, где сильнее всего сказываются коррозия и механический износ. В живой клетке роль «двигателя» играют митохондрии. Именно в них сахара окисляются с выделением энергии. Подробный анализ ДНК внутри митохондрий указывает на то, что ошибки, и правда, концентрируются именно здесь. Есть надежда, что когда-нибудь ученые смогут использовать собственные ремонтные механизмы клетки, чтобы обратить вспять процесс накопления ошибок в митохондриях и тем самым продлить срок полезной жизни клетки.

Томас Перлс из Бостонского университета, исходя из предположения, что некоторые люди генетически предрасположены к более долгой жизни, проанализировал гены долгожителей и описал 281 маркер для генов, которые, судя по всему, замедляют процесс старения и каким-то образом делают долгожителей менее уязвимыми для болезней.

Мало-помалу механизм старения становится нам понятен, и многие ученые с осторожным оптимизмом говорят о том, что в ближайшие десятилетия он, возможно, станет управляемым. Исследования показывают, что старение, судя по всему, есть просто накопление ошибок в ДНК и клетках, и когда-нибудь мы, возможно, научимся останавливать или даже обращать вспять этот процесс[56]. Мало того, некоторые гарвардские исследователи настроены настолько оптимистично, что уже создали коммерческие компании в надежде заработать на результатах исследований процессов старения.

Сам факт, что гены играют важную роль в определении продолжительности нашей жизни, сомнению не подлежит. Проблема заключается в том, чтобы определить, какие именно гены задействованы в процессе, отделив при этом их действие от действия среды, и изменить нужные гены.

Противоречивые теории старения

Один из старейших мифов, связанных со старением, гласит, что можно сохранить вечную молодость, если пить кровь или поглощать душу молодых, будто юность может передаваться от человека к человеку, как в легендах о вампирах. Суккуб — прекрасное мифическое создание, которое остается вечно юным, потому что при поцелуе высасывает юность из вашего тела.

Современные исследования показывают, что в этой идее, возможно, содержится зерно истины. В 1956 г. Клайв Маккей из Корнеллского университета соединил и сшил кровеносные сосуды двух крыс — старой развалины и молодой энергичной особи. Он с изумлением обнаружил, что после операции старая крыса стала выглядеть моложе, а молодая, напротив, старше.

Несколько десятилетий спустя, в 2014 г., Эми Вейджерс в Гарвардском университете заново проверила результаты этого эксперимента. К своему удивлению, она обнаружила у мышей тот же омолаживающий эффект. После этого она выделила белок, получивший название GDF11, который, судя по всему, лежал в основе этого процесса. Результаты Вейджерс были настолько замечательными, что журнал Science назвал их в числе десяти главных прорывных открытий года. Однако в последующие годы другие группы исследователей, пытаясь проверить ее поразительное заявление и повторить эксперимент, получали смешанные результаты. До сих пор неясно, станет ли GDF11 важным оружием в нашем походе против старения.

Еще один противоречивый результат связан с гормоном роста человека (ГРЧ), некоторое время вызывавшим почти повальное увлечение. К сожалению, информация об эффективности ГРЧ в борьбе со старением основана на очень небольшом числе надежных исследований. В 2017 г. результаты масштабного исследования в Университете Хайфы (Израиль) с участием более чем 800 пациентов указали скорее на противоположный результат — на самом деле ГРЧ может снижать ожидаемую продолжительность жизни. Мало того, результаты другого исследования показывают, что генная мутация, вызывающая сниженный уровень этого гормона, возможно, продлевает жизнь человека. Значит, прием ГРЧ может вызывать негативные последствия.

Результаты этих исследований — полезный урок всем нам. Дикие утверждения, высказывавшиеся о причинах и природе старения, часто меркли при ближайшем рассмотрении и тщательном анализе. Сегодня исследователи требуют, чтобы все без исключения результаты исследований были проверяемыми, воспроизводимыми и опровержимыми, что является признаком настоящей науки.

Практически на наших глазах рождается биогеронтология — наука, которая должна открыть тайны процесса старения. Рост научной активности в этой области можно назвать взрывным, сейчас исследуется множество перспективных генов, белков, процессов и химических веществ, включая ген FOXO3, процесс метилирования ДНК, комплекс белков mTOR, инсулиновый фактор роста, генетическую модификацию Ras2, акарбозу, метформин, альфа-эстрадиол и т. п. Каждое из этих направлений исследований вызвало громадный интерес ученых, но пока мы располагаем только предварительными результатами. Время покажет, какой из этих подходов обещает наилучшие результаты.

Поиски источника вечной молодости — то, чем в прежние времена занимались мистики, шарлатаны и безумцы, — ведут лучшие ученые мира. Хотя лекарства от старения до сих пор не существует, ученые рассматривают самые разные подходы к проблеме, и некоторые из них представляются весьма перспективными. Они уже могут увеличить срок жизни некоторых животных, но пока неясно, можно ли будет перенести эти методики на человека.

Исследования продвигаются невероятными темпами, но до разрешения загадки старения нам пока еще очень далеко. Со временем, возможно, нам удастся найти способ замедлить или даже остановить процесс старения, сочетая несколько разрабатываемых подходов. Возможно, прорывные открытия в этой области совершит следующее поколение ученых. Джеральд Сассман однажды посетовал: «Не думаю, что время пришло, но оно уже близко. Боюсь, что я, к несчастью, принадлежу к последнему поколению, которому предстоит умереть»[57].

Еще одна перспектива бессмертия

Если героиня упоминавшегося выше фильма «Век Адалин» и сожалела о бессмертии, выпавшем на ее долю, то большинство людей все же мечтают о том, чтобы остановить процессы старения. Зайдите в любую аптеку — и вы увидите целые ряды безрецептурных средств, помогающих, как уверяет реклама, обратить время вспять и омолодить вашу кожу. К несчастью, все это — побочный продукт излишне живого воображения маркетологов, которые пытаются продать очередное чудодейственное средство доверчивым потребителям. (По мнению многих дерматологов, единственным реально работающим ингредиентом всех «средств против старения кожи» является увлажняющий компонент.)

Однажды мне довелось вести телепередачу на канале BBC, в ходе которой я отправился в нью-йоркский Центральный парк и стал задавать вопросы случайным прохожим. Я спрашивал: «Если бы у меня в руке сейчас был источник вечной молодости, захотели бы вы испить из него?» Как ни удивительно, все, кому я задавал этот вопрос, говорили: «Нет». Многие говорили, что стареть и умирать — это нормально. Так должно быть, и умирание — часть жизни. Затем я отправился в дом престарелых, где многие пациенты страдали от болей и неудобств, связанных со старением. У некоторых заметны были признаки болезни Альцгеймера, они то и дело забывали, кто они и где находятся. Когда я спрашивал, хотели бы они испить из источника вечной молодости, все с готовностью отвечали: «Да!»

Перенаселение

Что произойдет, если нам и правда удастся решить проблему старения? Когда — и если — это произойдет, огромные расстояния до звезд перестанут быть столь пугающими. Бессмертные существа могут воспринимать межзвездные путешествия иначе, чем воспринимаем их мы. Огромное время, необходимое для строительства звездолетов и отправки их к звездам, может показаться им пустяковым препятствием. Как мы готовы несколько месяцев ждать вожделенного отпуска, так бессмертные существа, возможно, готовы будут потратить на визит к звездам несколько столетий и будут считать это весьма умеренной платой.

Следует отметить, что дар бессмертия может повлечь за собой непредвиденные последствия: в частности, он может вызвать на Земле кризисное перенаселение[58]. Может возникнуть в высшей степени напряженная ситуация с ресурсами, пищей и энергией на планете, что приведет к отключениям энергии, массовой миграции, голодным бунтам и межнациональным конфликтам. Бессмертие может привести не к счастливой эпохе Водолея, а к волне мировых войн.

Все это также может ускорить массовый исход с Земли — конечно, если где-то в космосе найдется безопасное убежище для тех, кто устал от жизни на перенаселенной и замусоренной планете. Подобно Адалин, люди могут вдруг осознать, что дар бессмертия на самом деле не дар, а проклятие.

Но насколько обосновано беспокойство по поводу перенаселения? Действительно ли оно угрожает самому нашему существованию?

На протяжении большей части истории человечества его численность далеко не доходила до 300 млн человек. Только с наступлением промышленной революции население Земли постепенно выросло и к 1900 г. составило 1,5 млрд. Сейчас оно составляет 7,5 млрд человек и каждые 12 лет или около того увеличивается еще на миллиард. По оценке ООН, к 2100 г. численность человечества взлетит до 11,2 млрд. Со временем мы, вполне возможно, превысим допустимую нагрузку на планету, что может привести к голодным бунтам и хаосу, как предсказывал Роберт Мальтус еще в 1798 г.

Некоторые сторонники освоения дальнего космоса ратуют за него только из-за угрозы перенаселения Земли. Однако более подробное знакомство с вопросом показывает, что рост населения планеты хотя и продолжается, но при этом заметно замедляется. ООН уже несколько раз пересматривала свои прогнозы в сторону снижения темпов. Многие демографы считают, что рост населения Земли начнет снижаться и, возможно, в конце XXI в. даже стабилизируется.

Чтобы разобраться в этих демографических переменах, нам нужно понять мировоззрение крестьянина. Для фермера в бедной стране выбор очень прост: каждый ребенок делает его богаче. Дети работают в поле, а растить их очень дешево, ведь жилье и пища на ферме почти бесплатны. Но, когда человек переезжает в город, ситуация меняется. Каждый ребенок делает вас беднее. Он не работает в поле, а ходит в школу. Кормить его приходится покупными продуктами, а это дорого. Ему нужно где-то жить, а жилье стоит денег. Поэтому крестьянин, став горожанином, стремится завести двоих детей, а не десятерых. А попав в круг среднего класса, он начинает чувствовать вкус к жизни и хочет наслаждаться ею, почему зачастую ограничивается одним ребенком.

Даже в таких странах, как Бангладеш, где урбанизированный средний класс немногочислен, рождаемость понемногу снижается. И главная причина — получение образования женщинами. Исследования показали четкую зависимость: рождаемость резко падает, когда страна индустриализируется, урбанизируется и начинает учить девочек.

Другие демографы утверждают, что все дело в различиях двух миров. Мы видим рост рождаемости в бедных странах с низким уровнем образования и слабой экономикой и отмечаем стабилизацию и даже снижение рождаемости в некоторых странах по мере развития промышленности и общего роста благосостояния. Это говорит о том, что взрывной рост населения Земли, хоть и продолжает оставаться угрозой, перестает быть неизбежной и ужасающей перспективой, как считали раньше.

Ряд аналитиков обеспокоен тем, что производящих мощностей Земли скоро перестанет хватать для прокорма растущего населения. Однако другие эксперты утверждают, что проблема пищи — это на самом деле проблема энергии. Если энергии достаточно, можно повысить продуктивность сельского хозяйства и производство пищи так, чтобы удовлетворить потребности человечества.

Я несколько раз брал интервью у Лестера Брауна — одного из ведущих мировых ученых-экологов и основателя известной некоммерческой организации Worldwatch Institute — аналитического центра по исследованиям будущего Земли. Там тщательно отслеживают мировые запасы пищи и состояние планеты и задаются вопросом: хватит ли нам пищи, чтобы прокормить всех людей в том случае, если они перейдут к стандартам потребления среднего класса? В настоящее время сотни миллионов человек в Китае и Индии готовятся стать частью среднего класса. Они смотрят западные фильмы и мечтают о такой же жизни с ее бездумной тратой ресурсов, высоким потреблением, большими домами, погоней за предметами роскоши и т. п. Лестер Браун высказывает опасения, что у нас может не хватить ресурсов на прокорм всего населения Земли, и уж наверняка возникнут сложности с обеспечением едой тех, кто хочет питаться по-западному образцу.

Браун надеется, что бедные страны по мере индустриализации не пойдут по расточительному пути, пройденному в свое время Западом, а примут строгие экологические законы о сбережении ресурсов планеты. Время покажет, сможет ли мир ответить на этот вызов.

Итак, мы видим, что успехи ученых в замедлении или полном блокировании процесса старения могли бы определить будущее космических путешествий. На Земле могут появиться обитатели, которым расстояния до звезд не будут казаться непреодолимым препятствием. Они могут заняться проектами, реализация которых займет много лет, в частности строительством звездолетов и космическими путешествиями, растягивающимися не на одно столетие.

Попытки воздействовать на процесс старения могут обострить проблему перенаселенности Земли, что, в свою очередь, может ускорить исход человечества с родной планеты. Не исключено, что переселенцы будут вынуждены покидать Землю, если из-за перенаселенности жизнь на ней станет невыносимой.

Пока слишком рано говорить о том, какая из этих тенденций будет доминировать в следующем столетии. Но, принимая во внимание скорость, с которой мы разгадываем тайны процесса старения, события могут начать разворачиваться раньше, чем ожидалось.

Цифровое бессмертие

Наряду с биологическим бессмертием говорят о бессмертии второго типа, известном как цифровое. Оно ставит перед человечеством важные философские вопросы. В долговременной перспективе именно цифровое бессмертие может помочь нам успешно исследовать звезды. Если наши хрупкие биологические тела не в состоянии перенести тяготы межзвездных путешествий, то есть возможность отправить к звездам вместо себя свое сознание.

Пытаясь восстановить свою генеалогию, мы нередко сталкиваемся с одной проблемой: стоит углубиться примерно на три поколения в прошлое, и следы начинают теряться. Подавляющее большинство наших предков жили и умирали, не оставляя после себя никаких других свидетельств своего существования, кроме потомства.

Но сегодня каждый из нас оставляет за собой гигантский цифровой след. Так, проанализировав одни только транзакции по вашей кредитной карте, можно сказать, какие страны вы посещаете, какую еду предпочитаете, какую одежду носите, где вы учились. Добавим к этому записи в блогах и дневниках, электронные письма, видео, фотографии и т. п. Располагая всей этой информацией, можно построить голографическое изображение, которое будет говорить и действовать, в точности как вы, иметь те же привычки и воспоминания.

Возможно, когда-нибудь у нас появится Библиотека душ. Вместо того чтобы читать книгу об Уинстоне Черчилле, мы сможем побеседовать с ним самим — с компьютерной проекцией, обладающей его чертами и мимикой, телодвижениями и интонациями. Эта цифровая запись будет иметь доступ к данным его биографии и трудам, к его мнениям по политическим, религиозным и личным вопросам. Во всех отношениях разговор с этой программой будет восприниматься как разговор с самим человеком. Я бы лично с удовольствием поговорил с Альбертом Эйнштейном и обсудил с ним теорию относительности. Когда-нибудь, возможно, ваши прапрапраправнуки смогут побеседовать с вами. Это и есть одна из форм цифрового бессмертия.

Однако будете ли это «вы» или всего лишь машина, программа, имитирующая ваши привычки, снабженная вашими биографическими данными? Душу, скажут скептики, невозможно свести к информации.

А что произойдет, когда мы сможем воспроизвести, нейрон за нейроном, ваш мозг с записью всех ваших воспоминаний и чувств? Следующий после Библиотеки душ уровень цифрового бессмертия — это проект «Коннектом человека» (Human Connectome Project), амбициозная попытка оцифровать человеческий мозг целиком.

Дэниел Хиллис, сооснователь компании Thinking Machines, однажды сказал: «Я не меньше любого другого люблю свое тело, но, если я смогу дожить до 200 лет в кремниевом теле, я согласен»[59].

Два способа оцифровать сознание

Есть два разных подхода к оцифровке человеческого мозга. Первый — это проект «Человеческий мозг» (Human Brain Project), в рамках которого швейцарцы пытаются создать компьютерную программу, способную моделировать все базовые функции мозга, используя вместо нейронов транзисторы. На данный момент они могут моделировать «мыслительный процесс» мыши и кролика, длящийся несколько минут. Цель этого проекта — создать компьютер, способный разговаривать разумно, как нормальное человеческое существо. Руководитель проекта Генри Маркрам говорит: «Если мы все сделаем правильно, он должен будет говорить, обладать логическими функциями и вести себя очень похоже на человека».

Это электронный подход — попытка воспроизвести мыслительные возможности мозга при помощи потрясающе мощной большой транзисторной системы. В США пытаются разрабатывать и другой подход — биологический, а не электронный, в рамках которого исследователи намерены составить карту всех нейронных связей мозга.

Этот подход получил название BRAIN Initiative (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies, Исследования мозга с помощью инновационных технологий). Его цель — разобраться в нейронной структуре мозга, клетка за клеткой, и составить карту связей каждого нейрона. Создание карты, на которой фигурировал бы каждый нейрон со всеми его связями, поначалу казалось делом практически безнадежным, поскольку человеческий мозг содержит примерно 100 миллиардов нейронов, каждый из которых связан примерно с 10 000 других нейронов. (Даже относительно простая задача картирования мозга комара подразумевает работу с таким объемом данных, которые, будучи записанными на лазерные диски, заполнили бы целую комнату от пола до потолка.) Но компьютеры и роботы резко снизили количество времени и усилий, необходимых для выполнения этого утомительного Гераклова подвига.

Один из подходов состоит в том, чтобы разрезать мозг на тысячи тончайших микропрепаратов, а затем при помощи микроскопа выявить и нанести на карту связи между нейронами. Не так давно гораздо более быстрый подход предложили ученые из Стэнфордского университета, которые разработали новаторский метод, получивший название оптогенетики. При его использовании сначала выделяется белок под названием опсин, задействованный в системе зрительного восприятия. Если подвергнуть этот ген внутри нейрона воздействию света, это вызовет активацию нейрона.

Методами генной инженерии ген, отвечающий за опсин, можно имплантировать в нейроны, работу которых вы хотите изучить. Направив свет на нужную секцию мозга мыши, исследователь активирует нейроны, отвечающие за определенные действия, и мышь начинает вести себя определенным образом, к примеру бегать по клетке. Таким образом можно распознать конкретные нейронные пути, управляющие определенными типами поведения.

В частности, этот амбициозный проект мог бы помочь нам разобраться в тайнах душевных болезней — одного из самых страшных человеческих недугов. Имея карту человеческого мозга, мы могли бы, наверное, изолировать область возникновения болезни. (К примеру, каждый из нас ведет внутренний молчаливый диалог с самим собой. Когда это происходит, левое полушарие мозга, отвечающее за язык, советуется с префронтальной корой. Но у больных шизофренией, как выяснилось, левое полушарие активируется без разрешения префронтальной коры, которую связывают с работой сознания. Поскольку левое полушарие не поддерживает связей с префронтальной корой, голоса в голове представляются шизофренику реальными.)

Даже с этими революционными новыми методами, возможно, потребуется еще не одно десятилетие непрерывных исследований, прежде чем — возможно, ближе к концу XXI в. — появится подробная карта человеческого мозга. Когда это наконец произойдет, сможем ли мы загрузить сознание в компьютер и отправить его к звездам?

Душа — всего лишь информация?

Если мы умираем, а наши коннектомы продолжают жить, следует ли из этого, что мы в некотором смысле бессмертны? Если наш разум можно оцифровать, значит ли, что душа — это всего лишь информация? Если мы можем записать все нейронные контуры и воспоминания мозга на диск и загрузить их в суперкомпьютер, будет ли загруженный мозг работать и действовать, как настоящий? Будет ли он неотличим от настоящего?

Некоторым людям неприятна эта идея, ведь тому, кто загрузит свой разум в компьютер, придется провести целую вечность в плену у безжизненной машины. Некоторым кажется, что такая участь хуже смерти. В одном из эпизодов «Звездного пути» астронавты встречаются с цивилизацией, где чистое сознание инопланетного существа содержится внутри сияющей сферы. Много веков назад его носители отказались от своих физических тел ради таких сфер. Они обрели бессмертие, но один из них до сих пор мечтает о теле и стремится вновь пережить ощущения и страсти, даже если для этого нужно силой захватить чужую материальную оболочку.

Кому-то жизнь внутри компьютера может показаться не слишком привлекательной. Однако нет никаких причин, по которым вы при этом должны лишиться всех ощущений живого, дышащего человеческого существа. Да, ваш коннектом теперь обитает внутри компьютера, но он может управлять роботом, внешне идентичным вам прежнему. Вы чувствуете все, с чем сталкивается робот, и, по сути, ощущаете себя живущим внутри настоящего тела, к тому же, весьма вероятно, обладающего сверхспособностями. Все, что видит и ощущает робот, передается центральному компьютеру и попадает в ваше сознание. Так что управление роботом-аватаром из компьютера неотличимо от реальной «жизни» в аватаре.

Таким способом можно было бы изучать далекие планеты. Аватар-сверхчеловек будет способен выдерживать жар обжигаемых солнцем планет и холод далеких ледяных лун. Звездолет, несущий центральный компьютер с вашим коннектомом, можно отправить на исследование новой солнечной системы. Когда звездолет достигнет подходящей планеты, ваш аватар сможет исследовать ее, даже если атмосфера на ней окажется ядовитой.

Еще более продвинутую форму загрузки человеческого сознания в компьютер придумал ученый-компьютерщик Ханс Моравек. Когда я брал у него интервью, он утверждал, что при использовании его метода загрузку человеческого сознания в компьютер можно производить, не отключая само сознание.

Вас укладывают на хирургический стол рядом с роботом. Затем хирург начинает извлекать из вашего мозга отдельные нейроны и одновременно выстраивать их электронные копии внутри робота. Новые электронные нейроны будут соединяться с вашим мозгом специальным кабелем. Постепенно все больше нейронов извлекается из вашего мозга и дублируется в корпусе робота. Поскольку ваш мозг при этом соединен с мозгом робота, вы будете находиться в полном сознании в то время, как все больше и больше ваших нейронов заменяются транзисторами. Наконец ваш мозг со всеми его нейронами заменен электронной копией, а вы при этом даже не лишитесь сознания. Как только все 100 млрд нейронов будут продублированы, связь между вашим телом и искусственным мозгом будет, наконец, устранена. Оглянувшись на стол, вы увидите свое прежнее тело, лишившееся мозга, а ваше сознание продолжит существовать внутри робота.

Но по-прежнему остается вопрос, действительно ли это «вы»? Большинство ученых считают, что если робот сможет воспроизвести ваше поведение целиком, до мельчайших жестов и особенностей, если он сохранит все ваши воспоминания и привычки, то есть будет во всех отношениях неотличим от человека-образца, то это, по существу, и есть вы.

Мы уже говорили о том, что расстояния между звездами огромны и потребуется не одна жизнь, чтобы добраться хотя бы до ближайших наших соседей по Галактике. Так что при исследовании Вселенной нам, вполне вероятно, не обойтись без многопоколенческих экспедиций, продления жизни и поисков бессмертия.

За вопросом бессмертия кроется более общий вопрос: насколько следует продлевать нашу жизнь и усовершенствовать человеческое тело? Изменение генетического наследственного аппарата открыло бы перед нами много возможностей. С учетом стремительного развития средств нейрокомпьютерного интерфейса (BCI, brain-computer interface) и генной инженерии можно предположить, что когда-нибудь мы научимся создавать усовершенствованные тела с новыми умениями и возможностями. Когда-нибудь мы, возможно, вступим в «постчеловеческую» эпоху, и не исключено, что это будет лучший способ исследовать Вселенную.

* * *

[Инопланетяне могут обладать] способностями, неотличимыми от телекинеза, экстрасенсорики и бессмертия… возможностями, которые кажутся нам волшебными… они будут духовно продвинутыми существами. Быть может, они уже разгадали загадку кванта и умеют проходить сквозь стены. Хм, вот здорово, по описанию они здорово похожи на ангелов.

Дэвид Гринспун

11. Трансгуманизм и технологии

В фильме «Железный человек» гениальный изобретатель Тони Старк облачается в компьютеризированную броню, которая при необходимости ощетинивается ракетами, пушками, гранатами и взрывчаткой. Броня превращает хрупкого человека в супергероя. Но настоящее чудо скрыто внутри этого бронекостюма — новейшей компьютерной техникой, которой он нашпигован, напрямую управляет мозг Тони Старка. Герой может взлететь в небеса или пустить в ход весь свой невероятный арсенал в буквальном смысле со скоростью мысли.

Каким бы фантастичным ни выглядел Железный человек, сегодня мы уже в состоянии изготовить прототип его оснащения. Это не отвлеченная теоретическая задача, вполне вероятно, что когда-нибудь нам придется изменить и усовершенствовать наше тело с помощью кибернетики или даже изменить свой генетический аппарат, чтобы выжить во враждебной экзопланетной среде. Трансгуманизм из жанра научной фантастики или маргинальной идеологии может превратиться в важную составляющую бытия человечества.

К тому же, поскольку роботы будут постепенно становиться все более мощными и когда-нибудь превзойдут нас по уровню интеллекта, нам, возможно, придется слиться с ними — иначе мы рискуем исчезнуть с лица Земли и уступить место нашим творениям.

Рассмотрим эти возможности и в особенности их отношение к исследованию и колонизации Вселенной.

Сверхсила

Мир испытал шок, когда Кристофер Рив — симпатичный актер, игравший в кино Супермена, — в результате несчастного случая оказался практически полностью парализованным. Рив, взлетавший на экране в космос, теперь был навсегда прикован к инвалидному креслу и мог дышать и говорить только при помощи специальных приборов. Он мечтал вновь обрести контроль над своим телом при помощи современной техники — и умер в 2004 г., всего за десять лет до того, как его мечта могла бы исполниться.

В 2014 г. на чемпионате мира по футболу в Сан-Паулу (Бразилия) некий человек ввел мяч в игру, открыв мировое первенство. Само по себе это событие не выдающееся. Выдающимся было то, что человек этот был парализован. Профессор Мигель Николелис из Университета Дьюка вживил в его мозг микросхему. Она соединялась с портативным компьютером, который управлял экзоскелетом. Силой мысли парализованный человек мог ходить и бить по мячу.

Доктор Николелис рассказывал мне, что в детстве его буквально заворожили лунные экспедиции «Аполлон». Его целью был другой сенсационный проект, не менее грандиозный, чем посадка на Луну. И эта мечта сбылась: он соединил проводами человека и компьютер и дал парализованному пациенту возможность ударить по мячу на открытии чемпионата мира. Безусловно, это был звездный час для ученого.

Мне довелось брать интервью у одного из пионеров этого научного направления — Джона Донохью из Университета Брауна. Он рассказал мне, что пользование системой требует некоторой тренировки, как езда на велосипеде, но его пациенты довольно быстро учатся управлять движениями экзоскелета и выполнять несложные задания (брать со стола чашку с водой, пользоваться кухонными приборами, управлять инвалидным креслом и путешествовать по интернету). Это становится возможно, поскольку компьютер способен распознавать определенные паттерны мозга, связанные с различными телодвижениями. Распознав паттерн, компьютер активирует экзоскелет, чтобы перевести электрические импульсы в действие. Одна из парализованных пациенток Донохью очень радовалась, что может теперь сама взять стакан газировки и попить, что прежде было ей не под силу.

Работа, проделанная в Университетах Дьюка, Брауна, Джона Хопкинса и др., дарит радость движения людям, которые давно уже оставили надежду на это. А армия США выделила более $150 млн на программу под названием «Революционные протезы» (Revolutionary Prosthetics), цель которой — обеспечить этими устройствами ветеранов Ирака и Афганистана, многие из которых перенесли травму спинного мозга. Со временем тысячи людей, прикованных сегодня к инвалидным креслам и кроватям в результате военных действий, аварий, болезней или спортивных травм, получат возможность вновь управлять своим телом.

Кроме экзоскелетов, существует возможность усилить человеческое тело биологически, приспособив его к жизни на планете с большей силой тяжести. Этот проект был предложен после того, как ученые открыли ген, вызывающий рост мышц. Сначала его обнаружили у мышей, которые в результате случайной генетической мутации стали очень мускулистыми. Пресса окрестила его «геном Майти-Мауса». Позже была найдена человеческая форма этого гена, ее окрестили «геном Шварценеггера».

Ученые, которым удалось выделить этот ген, ожидали, что на них обрушится вал звонков от врачей, жаждущих помочь пациентам, страдающим дегенеративными мышечными заболеваниями. Однако, к их немалому изумлению, половина звонков была от бодибилдеров, стремящихся нарастить мышечную массу. И большинству из них не было дела до того, что исследование экспериментальное, а побочные эффекты неизвестны. Это средство уже сейчас вызывает головную боль у спортивных чиновников, поскольку обнаружить его намного сложнее, чем другие формы расширения возможностей с помощью химических препаратов.

Способность контролировать свою мышечную массу может оказаться важной при исследовании планет, обладающих более мощным гравитационным полем, чем Земля. Пока астрономы обнаружили большое количество суперземель — каменных планет в зоне жизни, на которых даже, возможно, имеются океаны. Они представляются подходящими для жизни человека, но гравитационное поле у них мощнее, чем у Земли, иногда на 50 %. Если люди захотят жить на этих планетах, им, вероятно, придется укрепить мышцы и кости.

Улучшая себя

Помимо увеличения объема мышц, ученые начали использовать эту технологию для обострения чувств. Люди, страдающие от определенных типов глухоты, теперь имеют возможность пользоваться кохлеарными имплантами. Это замечательные устройства, способные превращать приходящие в ухо звуковые волны в электрические сигналы, которые можно затем посылать в слуховой нерв и далее в мозг. Около полумиллиона человек уже установили себе такие сенсоры.

А некоторым слепым искусственная сетчатка дает возможность восстановить зрение, пока, правда, в ограниченной степени. Это устройство можно разместить либо непосредственно на сетчатке глаза, либо во внешней камере. Оно переводит визуальные образы в электрические импульсы, которые мозг затем может визуализировать.

В качестве примера можно назвать прибор Аргус II (Argus II). Он состоит из крохотной видеокамеры, размещенной в очках и посылающей изображения на искусственную сетчатку, которая затем передает сигналы на зрительный нерв. Это устройство может создавать изображения из примерно 60 пикселей, его новая версия, проходящая сейчас испытания, имеет разрешение 240 пикселей. (Для сравнения: человеческий глаз способен распознавать картинку с качеством, примерно эквивалентным 1 млн пикселей, а для распознавания лиц и знакомых предметов человеку требуется примерно 600 пикселей.) Одна немецкая компания экспериментирует с другим вариантом искусственной сетчатки на 1500 пикселей, которая, если удастся довести ее до ума, позволит, наверное, незрячему человеку функционировать почти нормально.

Слепые люди, испытывавшие искусственную сетчатку, были поражены тем, что могут с ее помощью различать цвета и очертания предметов. Теперь лишь вопрос времени, когда мы получим искусственную сетчатку, способную соперничать с обычным человеческим зрением. Мало того, не исключено, что с искусственной сетчаткой мы получим возможность видеть «цвета», невидимые для человеческого глаза. К примеру, люди часто обжигаются на кухне, потому что горячая металлическая кастрюля выглядит точно так же, как холодная. Наши глаза не способны видеть инфракрасное тепловое излучение. Но можно сконструировать искусственную сетчатку и специальные очки, которые смогут с легкостью видеть его, как это делают военные при помощи очков ночного видения. Искусственная сетчатка позволит, вероятно, видеть тепловую сигнатуру и другие виды излучения. На других планетах, где условия сильно отличаются от земных, такое сверхзрение может оказаться бесценным. Атмосфера там может быть темной, туманной или попросту пыльной. Не исключено, что ученым удастся создать искусственную сетчатку, способную «видеть» в условиях марсианской пылевой бури при помощи инфракрасных тепловых детекторов. На далеких лунах, где солнечного света почти нет, такая искусственная сетчатка сможет усиливать слабый отраженный свет, который туда все же доходит.

В качестве другого примера можно упомянуть устройство, способное улавливать ультрафиолетовое излучение. Ультрафиолет вреден для человека и способен вызвать рак кожи, но во Вселенной встречается повсеместно. На Земле от интенсивного солнечного ультрафиолета нас защищает атмосфера, а вот на Марсе это излучение ничем не фильтруется. Мы не видим ультрафиолетовый свет и часто не подозреваем о том, что подвергаемся его мощному воздействию. Но человек со сверхзрением на Марсе сразу заметит, если ультрафиолета станет вдруг слишком много. На планетах, постоянно затянутых плотными облаками, как Венера, искусственная сетчатка могла бы помочь нам ориентироваться на местности при помощи ультрафиолетового излучения (так пчелы улавливают ультрафиолетовое излучение солнца и с его помощью находят путь в пасмурный день).

Еще одной функцией искусственной сетчатки могли бы стать телескопическое и микроскопическое зрение. Особые крохотные линзы позволяли бы нам видеть далекие объекты или, наоборот, очень маленькие объекты и клетки, не прибегая к помощи громоздких телескопов и микроскопов.

Кроме того, подобные технологии могут открыть нам возможности телепатии и телекинеза. Уже сегодня можно создать микросхему, способную улавливать излучение нашего мозга, частично его расшифровывать и передавать информацию в интернет. Так, мой коллега Стивен Хокинг, страдавший боковым амиотрофическим синдромом, со временем утратил все моторные функции, включая движения пальцев. Однако ему в очки была встроена микросхема, которая улавливала излучение его мозга и отправляла сигнал в компьютер. Таким образом он мог ментальным усилием печатать сообщения, хотя и медленно.

Отсюда уже недалеко до телекинеза (способности перемещать объекты силой мысли). При помощи той же технологии можно скоммутировать мозг с роботом или другим механическим устройством, способным выполнять мысленные команды. Несложно вообразить, что в будущем телепатия и телекинез станут нормой: мы будем взаимодействовать с машинами мысленно. Наш мозг научится включать свет, выходить в интернет, играть в видеоигры, общаться с друзьями, вызывать машину, делать покупки, заказывать кино — и все одной лишь силой мысли. Астронавты будущего, возможно, сумеют использовать силу разума для пилотирования космических кораблей или исследования далеких планет. В пустынях Марса, возможно, вырастут целые города, и все это благодаря строителям, которые будут мысленно управлять трудом роботов.

Конечно, процесс самоусовершенствования не нов, подобное происходило на протяжении всей истории человечества. Мы постоянно видим примеры того, как человек использовал искусственные средства, чтобы повысить в глазах окружающих свою значимость и влияние: это и одежда, и татуировки, и макияж, парики и головные уборы, церемониальные наряды, перья, очки, слуховые аппараты, микрофоны, наушники и т. п. Мало того, это, судя по всему, универсальная черта всех человеческих обществ: мы пытаемся всячески изменять свои тела в первую очередь для того, чтобы повысить шансы на репродуктивный успех. Однако будущие варианты увеличения возможностей нашего организма станут серьезно отличаться от того, что использовалось в прошлом. По мере исследования Вселенной это может стать залогом выживания человека в новых условиях. В будущем людям, вероятно, придется жить в ментальную эпоху, когда наши мысли будут управлять окружающим нас миром.

Сила разума

Очередная веха в исследовании мозга была достигнута, когда ученым впервые в истории удалось записать воспоминание. Ученые Уэйк-Форестского университета и Университета Южной Каролины вводили электроды в гиппокамп мышей, отвечающий за кратковременную память. Они записали импульсы, возникающие в гиппокампе, когда мыши выполняют простые задания — к примеру, научаются пить воду из трубочки. Позже, когда мыши успевали уже забыть это задание, их гиппокамп возбуждали записанными сигналами — и мыши тут же вспоминали забытое. Опыты по записи воспоминаний проводились и на приматах — с тем же результатом.

Следующей задачей может стать запись воспоминаний пациентов с болезнью Альцгеймера. Возможно, мы научимся вживлять в их гиппокамп «водитель мозгового ритма» («чип памяти»), который буквально «зальет» в их сознание воспоминания о том, кто они такие, где живут и кто их родственники. Военные уже проявили к этому серьезный интерес. В 2017 г. Пентагон учредил грант в $65 млн на разработку высокотехнологичной микросхемы, способной анализировать действия миллиона человеческих нейронов в то время, когда мозг общается с компьютером и формирует воспоминания.

Нам потребуется изучить и отладить эту технологию, но можно предположить, что к концу XXI в. мы научимся загружать в мозг сложные воспоминания. Не исключено, что мы сможем передавать таким образом знания и навыки, вплоть до целых университетских курсов, прямо в мозг. Это позволит почти беспредельно расширить наши способности и очень поможет будущим астронавтам. При посадке на новую планету или ее спутник нужно знать и помнить так много подробностей о них, освоить так много незнакомых технологий! Загрузка готовых воспоминаний может оказаться самым эффективным способом овладения новой информацией о далеких мирах.

Доктор Николелис считает, что эта технология должна пойти намного дальше. Он уверял меня, что прорывы в неврологии со временем приведут к возникновению «мозговой сети» — следующей стадии эволюции интернета. Вместо передачи некоторых объемов информации мозговая сеть будет передавать целые эмоции, чувства, ощущения и воспоминания.

Это могло бы способствовать разрушению барьеров между людьми. Зачастую нам трудно понять точку зрения других, почувствовать их душевную боль и тревогу. После появления мозговой сети мы сможем ощутить тревоги и страхи, мучающие других людей.

Эта технология произвела бы новую революцию в индустрии развлечений точно так же, как звуковое кино стремительно вытеснило немые фильмы. В будущем зрители, возможно, сумеют почувствовать эмоции актеров, испытывать их боль, радость или страдание. Не исключено, что современные фильмы устареют уже очень скоро.

Так что астронавты будущего смогут, наверное, использовать мозговую сеть и получать от этого важные преимущества. Они станут мысленно общаться с другими поселенцами — мгновенно обмениваться жизненно важной информацией и погружаться в новые виды развлечений. Поскольку исследование космоса потенциально опасно, астронавты получат возможность чувствовать душевное состояние другого человека гораздо точнее, чем прежде. Готовясь исследовать опасный внеземной ландшафт, астронавты при помощи мозговой сети смогут лучше узнать друг друга и вскрыть собственные душевные проблемы, такие как депрессия или тревожность.

Также улучшить возможности нашего мышления способна генная инженерия. В Принстонском университете выделили ген NR2B, он же «ген умной мыши», отвечающий за способность этих животных ориентироваться в лабиринтах. Ген NR2B участвует в обеспечении связи между клетками гиппокампа. Исследователи выяснили, что, когда ген NR2B у мышей отсутствует, их память при исследовании лабиринта заметно ухудшается. И напротив, если у мышей имеются лишние копии гена NR2B, их память заметно улучшается.

Исследователи помещали мышей в неглубокий бассейн с подводной платформой, на которой мыши могли стоять. Обнаружив платформу один раз, умные мыши мгновенно запоминали, где она находится, и плыли прямо к ней, когда их заново запускали в бассейн. Обычные мыши не могли запомнить расположение платформы и каждый раз плыли в случайном направлении. Все говорит о том, что улучшение памяти вполне возможно.

Летать, как птицы?

Испокон веку люди мечтали летать, как птицы. На сандалиях и шляпе бога Меркурия были маленькие крылышки, позволявшие ему летать. Согласно мифу, Икар с помощью воска прикрепил к рукам перья. К несчастью, он подлетел слишком близко к Солнцу. Воск расплавился, и юноша рухнул в океан. Технологии будущего позволят нам наконец обрести дар полета.

На планетах с разреженной атмосферой и сильно изрезанными ландшафтами (например, на Марсе) самым удобным способом передвижения, видимо, будет реактивный ранец — один из излюбленных атрибутов научно-фантастических мультфильмов и фильмов. Впервые такое устройство появилось в первом комиксе о Баке Роджерсе в далеком 1929 г. Бак встречает свою будущую подружку, когда она носится по воздуху с реактивным ранцем за плечами. В реальности такой ранец был создан во время Второй мировой войны, когда нацисты искали быстрый способ переправляться через реки, где не было мостов. Первый ранец заправляли перекисью водорода, которая быстро вспыхивает при контакте с катализатором (таким, как серебро) и выделяет при горении энергию и воду. Однако у реактивного ранца есть несколько серьезных проблем. Главная состоит в том, что запаса топлива хватает всего на 30–60 с работы. (Иногда в старых выпусках кинохроники, например Олимпиады 1984 г., можно увидеть, как отчаянные носители ракетных ранцев парят в воздухе. Однако эти сюжеты смонтированы, на самом деле испытатели удерживаются в воздухе все те же 30–60 с, а затем приземляются.)

Решить эту проблему могла бы портативная силовая установка, способная обеспечивать длительный полет. К сожалению, пока таких двигателей у нас нет.

По этой же причине у нас нет лучевого оружия. Им вполне мог бы стать лазер, но только если под боком у вас имеется атомная электростанция, обеспечивающая энергией. А носить атомную электростанцию на плечах весьма непрактично. Реактивные ранцы и лучевые пистолеты появятся только после того, как мы построим мощные миниатюрные силовые установки, возможно в виде нанобатарей, запасающих энергию на молекулярном уровне.

Еще одна возможность, знакомая нам по фильмам про ангелов и людей-мутантов, — это использование крыльев, как у птиц. Не исключено, что на планетах с плотной атмосферой можно просто подпрыгнуть, взмахнуть крыльями, закрепленными на руках, и взлететь, как птица. (Чем плотнее атмосфера, тем больше подъемная сила и тем проще летать.) Мечта Икара может стать реальностью. Но у птиц есть ряд преимуществ перед нами. У них пустотелые кости, а тела довольно легкие и к тому же маленькие по сравнению с размахом крыльев. Человек же создание весьма плотное и тяжелое. Нам понадобились бы крылья размахом 6–9 м, а чтобы взмахивать ими, потребовались бы куда более сильные мышцы спины. Модифицировать бескрылое существо методами генной инженерии так, чтобы у него появились крылья, мы не можем. Нам пока непросто даже переместить корректно один-единственный ген, не говоря уже о сотнях генов, необходимых для создания жизнеспособного и эффективного крыла. Так что хотя теоретически человек может когда-нибудь получить ангельские крылья, мы пока очень далеки от этого результата, да и выглядеть это крылатое создание будет, вероятно, не так изящно, как мы привыкли видеть на картинах старых мастеров.

Когда-то считалось, что генная инженерия как средство улучшения рода человеческого всего лишь мечта писателей-фантастов, не более. Однако новые революционные открытия изменили ситуацию. Темпы развития в этой области науки настолько высоки, что ученые собирают конференции и обсуждают, как бы эти темпы немного замедлить.

Революция CRISPR

Темпы развития биотехнологий в последнее время возросли до предела, и связано это с появлением новой технологии под названием CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, Короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами), которая обещает дешевые, эффективные и точные методы редактирования ДНК. В прошлом генная инженерия представляла собой медленный и весьма неточный процесс. В генной терапии, к примеру, «хороший ген» помещают в вирус (нейтрализованный заранее и, следовательно, безвредный). Затем вирус вводят пациенту, где он быстро заражает клетки организма и вставляет в них нужную ДНК. Цель всей процедуры — заставить ДНК встать на нужное место в хромосоме, заменив дефектный кусок генетического кода хорошим геном. Некоторые распространенные болезни вызываются одной-единственной «опечаткой» в ДНК, в том числе серповидно-клеточная анемия, болезнь Тея — Сакса и муковисцидоз. Есть надежда, что такие «опечатки» можно исправлять.

Однако результаты пока обескураживают. Зачастую организм воспринимает вирус как враждебный организм и начинает контрнаступление на него, вызывая вредные побочные эффекты. Кроме того, хороший ген часто встает в неверную позицию. После смертельного случая в Пенсильвании в 1999 г. многие эксперименты по генной терапии были прекращены.

Технология CRISPR помогает обойти многие из этих проблем. Механизм, лежащий в ее основании, появился в результате эволюции миллиарды лет назад. Ученые были озадачены тем, что бактерии развили у себя точные механизмы отражения вирусных атак. Как они умудрялись распознавать и обезвреживать смертельно опасные вирусы? Выяснилось, что эти бактерии содержали в себе фрагмент генетического материала вируса и могли использовать его как «фоторобот преступника», идентифицируя вторгшийся вирус. Опознав генную цепочку — и по ней вирус, — бактерия очень точно разрезала вирус в строго конкретной точке, тем самым нейтрализуя его и останавливая инфекцию.

Ученые сумели воспроизвести этот процесс, успешно заместив последовательность вирусного генома на ДНК другого типа и введя эту ДНК в клетку-мишень: это сделало «операцию на геноме» возможной. Поэтому CRISPR стремительно вытеснила прежние методы генной инженерии, ускорив процесс редактирования генов и сделав его более точным.

Этот метод произвел в области биотехнологий настоящую революцию. «Он просто полностью изменил обстановку», — сказала Дженнифер Дудна, одна из первопроходцев в этой области[60]. А Дэвид Вайс из Университета Эмори сказал: «Все это случилось фактически за год. Это невероятно».

Исследователи из Института Хюбрехта в Нидерландах уже продемонстрировали, что могут исправить ошибку генома, вызывающую муковисцидоз. Это пробуждает надежду на то, что со многими неизлечимыми генетическими заболеваниями когда-нибудь удастся справиться. Многие ученые надеются, что со временем гены, отвечающие за некоторые формы рака, можно будет заменять с помощью технологии CRISPR, останавливая рост опухолей.

Вместе с тем специалисты по биоэтике, обеспокоенные возможными злоупотреблениями, связанными с технологией CRISPR, обсуждают эту опасность на своих конференциях. Пока побочные эффекты и возможные осложнения неизвестны, однако ряд специалистов советуют немного остыть и притормозить бешеный темп CRISPR-исследований. В частности, они высказывают тревогу, что эта технология может привести к появлению генной терапии с использованием клеток зародышевой линии. (Существует два типа генной терапии: генная терапия соматических клеток, при которой модифицируются неполовые клетки, так что мутации не передаются следующему поколению, и генная терапия с использованием клеток зародышевой линии, при которой половые клетки изменяются и потомки могут унаследовать от вас модифицированный ген.) При бесконтрольном использовании терапия зародышевых клеток может изменить генетический фонд человечества. Это означает, что, когда мы отважимся отправиться к звездам, могут появиться новые генетические ветви рода человеческого. В обычных условиях на это потребовались бы десятки тысяч лет, но, если генная терапия с использованием клеток зародышевой линии станет реальностью, биоинженерные технологии могут сжать этот срок до одного поколения.

Подведем итог. Когда-то мечты писателей-фантастов, рассуждавших о модификации человека для колонизации далеких планет, считались слишком замысловатыми и нереалистичными. Однако с появлением CRISPR эти смелые мечты уже нельзя просто взять и отбросить. И мы должны предвидеть этические последствия, которые могут принести стремительно развивающиеся технологии.

Этика трансгуманизма

Приведем примеры трансгуманизма, который продвигает технологии, позволяющие расширить наши умения и способности. Чтобы выжить и преуспеть на далеких планетах, нам, возможно, придется изменить себя механически и биологически. Для трансгуманистов это вопрос не выбора, а необходимости. Изменив себя, мы повысим свои шансы на успех на планетах с иной силой тяготения, атмосферным давлением и составом атмосферы, температурой, уровнем радиации и т. п.

Трансгуманистов не отталкивает технология, они не борются с ее влиянием; напротив, они убеждены, что нам следует принять ее. Идея о том, что мы можем улучшить род человеческий, им очень по вкусу. Человечество для них — побочный продукт эволюции, а наши тела — результат случайных беспорядочных мутаций. Почему бы не воспользоваться технологией и систематически не исправлять неудачные решения? Конечная цель трансгуманистов — создание «постчеловека» — нового вида, способного превзойти нас во всех отношениях.

Хотя концепция изменения наших генов некоторым кажется отталкивающей, биофизик Грег Сток, связанный с Университетом Калифорнии в Лос-Анджелесе, подчеркивает, что сам человек уже тысячи лет изменяет наследственные качества животных и растений вокруг себя. Давая мне интервью, Сток отметил: то, что сегодня кажется нам «естественным», на самом деле является побочным продуктом интенсивного искусственного отбора. Наш сегодняшний рацион был бы невозможен без таланта и умения древних селекционеров, проводивших отбор растений и животных, соответствующих нашим нуждам. (Современная кукуруза, к примеру, представляет собой генетически модифицированный дикий маис и не может размножаться без вмешательства человека. Ее зерна не выпадают из початков сами, и фермерам, чтобы кукуруза росла, приходится вылущивать и сажать их.) А разнообразие собак, которое мы видим вокруг, возникло в результате действия искусственного отбора на один-единственный вид — обыкновенного волка. Человек изменил гены многих растений и животных — к примеру, вывел собак для охоты, коров и кур для еды. Если бы можно было волшебным образом убрать все растения и всех животных, которые изменены человеком за столетия, наш мир сегодня выглядел бы совершенно иначе.

По мере того как ученые станут выделять гены, отвечающие за отдельные человеческие качества, будет трудно удержать людей от попыток поиграть с ними. К примеру, если вы вдруг обнаружите, что у соседских детей интеллект генетически усилен и при этом ваши дети с ними конкурируют, вы будете подвергаться постоянному искушению таким же способом усилить интеллект своих детей. А в спорте, где конкуренция бешеная, а гонорары астрономические, станет чрезвычайно трудно удержать атлетов от попыток улучшить собственный организм. Однако, какие бы этические проблемы при этом ни возникали, доктор Сток считает, что нам не следует отказываться от генетического модифицирования, за исключением тех случаев, когда оно приносит явный вред. Или, как сказал нобелевский лауреат Джеймс Уотсон: «Ни у кого не хватает смелости сказать это вслух, но, если умение добавлять гены позволит нам сделать человека лучше, тогда почему бы и нет?»[61]

Постчеловеческое будущее?

Сторонники трансгуманизма уверены: когда мы встретим в космосе представителей высокоразвитой цивилизации, окажется, что они давно достигли уровня, позволяющего им модифицировать биологические тела, приспосабливаясь к тяготам жизни на разных планетах. По мнению трансгуманистов, продвинутые цивилизации в дальнем космосе, скорее всего, давно живут в генетически и технологически усовершенствованном мире будущего. И если мы когда-нибудь действительно встретим инопланетян, не стоит удивляться, если их организмы будут частично биологическими, а частично кибернетическими.

Физик Пол Дэвис заходит еще дальше: «Мой вывод поразителен. Я считаю весьма вероятным и, более того, неизбежным, что биологический разум есть всего лишь переходное явление, скоротечный этап эволюции разума во Вселенной. Если мы когда-нибудь встретим внеземной разум, я убежден, что с высочайшей вероятностью он будет постбиологическим по природе. Этот вывод имеет очевидные и далеко идущие последствия для SETI [Система поиска внеземного разума]».

Специалист по искусственному интеллекту Родни Брукс писал: «Мой прогноз может напугать. К 2100 г. в нашу жизнь повсеместно войдут очень умные роботы. И мы не останемся в стороне — мы будем связаны с ними и сами будем отчасти роботами»[62].

Дебаты о трансгуманизме не новы, они восходят к ХХ в., когда впервые были осмыслены законы генетики. Одним из первых эту идею озвучил Джон Холдейн. В 1923 г. он прочел лекцию, которая позже была издана отдельной книгой под названием «Дедал, или Наука и будущее». В ней он предсказал, что с помощью генетики мы сумеем усовершенствовать человечество.

Многие его идеи сегодня кажутся вполне умеренными, но Холдейн понимал, какие споры они вызовут. Он признавал, что человеку, который услышит их впервые, они могут показаться «непристойными и противоестественными», однако со временем люди примут их.

Фундаментальные принципы трансгуманизма, которые гласят, что люди не должны безропотно терпеть «грязную, скотскую и короткую» жизнь, если наука может облегчить страдания, улучшив человека как вид, первым изложил Джулиан Хаксли в 1957 г.

Существует несколько различных представлений о том, на какие аспекты трансгуманизма мы должны обратить внимание в первую очередь. Кто-то считает, что нам следует сосредоточиться на механических способах улучшения возможностей организма, таких как экзоскелеты, специальные очки, хранилища воспоминаний, которые можно было бы загружать в мозг, и импланты для обострения чувств. Что касается генетики, то одни предлагают сосредоточиться на устранении смертельно опасных генов, другие — на усилении наших врожденных способностей, третьи — на повышении интеллектуальной мощи. С помощью генной инженерии мы можем на протяжении жизни одного поколения добиться желаемого, не тратя десятки лет на то, чтобы средствами искусственного отбора доводить до совершенства нужные наследственные признаки, как мы делали это с собаками и лошадьми.

Прогресс биотехнологий идет настолько стремительно, что ставит перед нами множество непростых этических вопросов. А мрачная история евгеники, включая эксперименты нацистов по созданию высшей расы, служит предостережением каждому, кто заинтересован в изменении человека. Уже сегодня можно взять у мыши клетки кожи, модифицировать их генетически, чтобы они стали яйцеклетками и спермиями, затем провести оплодотворение — и получить здоровую мышь. Со временем этот процесс, возможно, будет применен и к человеку. Конечно, он многократно увеличит число бесплодных пар, которые смогут благополучно произвести на свет здоровых детей, но он означает также, что можно будет без согласия человека получить у него клетки кожи и создать его клонов.

Критики утверждают, что воспользоваться этой технологией смогут только богатые и облеченные властью. Философ Фрэнсис Фукуяма предостерегает, что трансгуманизм «относится к числу самых опасных идей в мире»[63]. Он утверждает, что, если ДНК наших потомков будет изменена, это с большой вероятностью повлечет за собой изменения в поведении, породит еще большее неравенство — и потому станет угрозой для демократии. Однако история техники свидетельствует, что богатые первыми получают доступ к технологическим чудесам, но со временем их стоимость падает до уровня, когда их может позволить себе обычный человек.

Другие критики заявляют, что это может стать первым шагом к расколу между людьми и на кону здесь — само определение человечества. Возможно, разные ветви генетически улучшенного человечества будут обитать в разных частях Солнечной системы и со временем образуют разные биологические виды. Можно допустить, что между разными ветвями человечества возникнет соперничество или даже вспыхнет война и само понятие Homo sapiens окажется под угрозой. Мы обратимся к этому важному вопросу в главе 13, когда будем обсуждать мир далекого будущего, отстоящего от нас, возможно, на тысячи лет.

В романе «Дивный новый мир» (Brave New World) Олдоса Хаксли биотехнологии используются для выведения расы высших существ, называемых альфами и с рождения предназначенных руководить обществом. Дети, которые на стадии эмбрионов недополучают кислорода, рождаются умственно отсталыми, их воспитывают для прислуживания альфам. На самом дне общества находятся эпсилоны, которых выращивают для грубого ручного труда. Это общество выглядит как тщательно продуманная утопия, где технологии используются для удовлетворения потребностей человека и все выглядит упорядоченным и мирным. Однако эта утопия основана на угнетении и несчастье тех, кому судьбой уготовано жить на дне.

Сторонники трансгуманизма соглашаются, что к этим гипотетическим сценариям следует относиться серьезно, но тут же объявляют такие вопросы чисто академическими. Несмотря на лавину новых исследований в области биотехнологий, значительную часть этих разговоров следует рассматривать в более широком контексте. Дизайнерских детей пока не существует, и гены, отвечающие за многие личностные качества, которые родители, возможно, хотели бы видеть в своих детях, пока не обнаружены. Их, кстати говоря, может и вовсе не оказаться. Пока ни одну поведенческую черту человека невозможно изменить при помощи биотехнологий.

Часто говорят, что страхи, связанные с тем, что трансгуманизм может выйти из-под контроля, преждевременны, поскольку технология изменения генома пока только маячит в отдаленном будущем. Но, учитывая темп, в котором сегодня делаются новые открытия в этой области, к концу XXI в. генетические модификации, вероятно, станут реальной возможностью, поэтому мы просто обязаны задуматься о том, насколько далеко мы готовы зайти в применении этой технологии.

Принцип пещерного человека

Я убежден (и не раз говорил об этом в предыдущих своих книгах), что здесь вступает в действие «принцип пещерного человека», который кладет естественный предел тому, насколько сильно мы готовы менять себя. Глубинные основания нашей личности не особенно изменились за последние 200 000 лет — с того момента, когда впервые появился современный человек. Хотя сегодня у нас есть ядерное, химическое и биологическое оружие, наши фундаментальные стремления и желания остаются прежними.

Чего же мы хотим? Опросы показывают, что после удовлетворения базовых потребностей мы особенно высоко ценим мнение окружающих. Мы хотим хорошо выглядеть, особенно в глазах представителей противоположного пола. Мы жаждем уважения в кругу друзей. Мы, возможно, остережемся менять себя слишком решительно, особенно если это сделает нас непохожими на остальных.

Таким образом, мы, очень может быть, готовы будем принять только те улучшения, которые поднимут наш статус в обществе. И хотя мы, несомненно, будем испытывать давление, подталкивающее нас к генетическому или электронному усилению наших возможностей, особенно если выйдем в космос или будем жить в условиях другой среды, довольно скоро должен обнаружиться предел, за которым мы перестанем желать этих изменений. Этот предел поможет нам не потерять связи со здравым смыслом.

Когда Железный человек впервые появился на страницах комиксов, это был неповоротливый и неуклюжий тип. Его доспехи были желтыми, округлыми и некрасивыми. Он был похож на ходячую консервную банку. Дети не хотели отождествлять себя с этим персонажем, и рисовальщики комиксов решили подвергнуть его полному ребрендингу. Его доспехи стали многоцветными, изящными и облегающими, они подчеркивали стройную бойцовскую фигуру Тони Старка. В результате популярность героя редко выросла. Даже супергероям приходится подчиняться принципу пещерного человека.

В романах «золотого века» научной фантастики людей будущего часто изображают с огромными лысыми головами и крохотными телами. У некоторых авторов человек доэволюционировал до того, что превратился в громадный мозг, обитающий в ванне с питательной жидкостью. Но кто захочет так жить? Мне кажется, что принцип пещерного человека не позволит нам развиться в существа, которые сейчас кажутся отталкивающими. Напротив, мы, скорее всего, захотим увеличить продолжительность жизни, улучшить память и интеллект без необходимости менять физическую основу — наше тело. В киберпространстве, в компьютерных играх нам часто предоставляется возможность выбрать анимированный аватар. И мы часто выбираем аватар, который сделает нас привлекательными, а не гротескный или отталкивающий образ.

Возможно также, что все эти технические чудеса вернутся к нам бумерангом и превратят нас в беспомощных детей, ведущих бессмысленную жизнь. В диснеевском мультфильме «ВАЛЛ-И» люди живут в космических кораблях, где роботы с готовностью удовлетворяют их малейшие прихоти. Роботы делают тяжелую работу и обеспечивают все нужды, оставляя людей бездельничать. Из всех занятий им доступны лишь глупые развлечения. Они толстеют, становятся капризными и беспомощными, а жизнь свою проводят в бессмысленных занятиях. Но мне кажется, что существует «базовая» личность, жестко встроенная в наш мозг. К примеру, если легализовать наркотики, то, по мнению многих экспертов, наркоманами станут не более пяти процентов людей. А остальные 95 %, видя, как наркотики ограничивают и разрушают жизнь, будут держаться подальше от них, предпочитая жить в реальном мире, а не в мире наркотических иллюзий. Точно так же, когда виртуальная реальность будет доведена до совершенства, примерно такой же процент людей, возможно, предпочтет жить в киберпространстве, а не в реальном мире. Вряд ли это число будет ошеломляюще большим.

Помните, что наши предки — пещерные люди — хотели быть полезными и нужными друг другу. Это зашито в наших генах.

Прочитав в детстве трилогию Айзека Азимова «Основание», я был удивлен, что через 50 000 лет человеческие существа не изменили себя. Наверняка, думал я, люди к тому времени должны были получить усовершенствованную материальную оболочку — с громадными головами, крохотными телами и сверхвозможностями, как в комиксах. Но многие сцены в романах Азимова вполне могли бы происходить на Земле сегодня. Оглядываясь назад на знаменитую трилогию, я понимаю, что и здесь, вероятно, работал принцип пещерного человека. Я допускаю, что в будущем люди, если захотят, смогут обвешаться всевозможными устройствами, имплантами и аксессуарами, которые придадут им сверхсилы и улучшат способности, но в конце концов они снимут с себя большую часть устройств и будут нормально взаимодействовать с обществом. А если они будут менять себя навсегда, то только таким образом, который укрепит или повысит их положение в обществе.

Кто решает?

Когда в 1978 г. на свет появилась Луиза Браун — первый в мире ребенок из пробирки, многие священники и журналисты гневно обрушились на технологию, которая сделала ее появление возможным, с критикой. Они считали, что человек начинает подменять собой Бога. Сегодня в мире больше 5 млн детей из пробирки; ваш супруг, или лучшая подруга, или друг могут оказаться одними из них.

Люди решили принять эту процедуру, несмотря на активную критику.

Точно так же, когда в 1996 г. впервые в истории была клонирована овечка Долли, многие критики объявили технологию клонирования аморальной и даже святотатственной. Тем не менее сегодня клонирование в основном принимается обществом. Когда может появиться первый клон человека? Роберт Ланца, светило в области биотехнологий, напоминает, что никому еще не удалось клонировать низшего примата, тем не менее когда-нибудь клонирование человека станет возможным. Однако, если когда-нибудь это произойдет, скорее всего, лишь крохотная часть рода человеческого решит клонировать себя. Возможно, единственными, кто захочет это сделать, станут богачи, не имеющие наследников (или, по крайней мере, не имеющие таких наследников, которые были бы им по вкусу). Возможно, они захотят клонировать себя, чтобы передать свое богатство себе-ребенку.

Некоторые, кстати говоря, критикуют и «дизайнерских детей», то есть детей, генетически модифицированных своими родителями. Но ведь сегодня обычная практика, когда сначала в пробирке создаются несколько оплодотворенных зародышей, а затем те из них, у которых обнаруживается потенциально опасная мутация (к примеру, отвечающая за болезнь Тея — Сакса), отбрасываются. В принципе, мы могли бы полностью убрать из генофонда эти смертельно опасные характеристики.

Когда-то появление телефона также вызвало вал громкой критики. Говорили, что для человека неестественно беседовать с каким-то невидимым, бесплотным голосом в эфире, вместо того чтобы говорить лицом к лицу с людьми, и что мы начнем тратить слишком много времени на разговоры по телефону вместо живого общения со своими детьми и близкими друзьями. Разумеется, критики были правы. Мы и правда тратим слишком много времени на разговоры с бесплотными голосами. Мы недостаточно общаемся со своими детьми. Но мы обожаем телефон — и иногда используем его для разговоров с детьми. Люди, а не авторы критических заметок решили для себя, что им нужна эта новая технология. В будущем, когда станут доступны радикальные технологии, способные изменить род человеческий, люди решат для себя, насколько далеко нам стоит заходить. Вводить эти противоречивые технологии нужно после демократического обсуждения. (Представьте на мгновение, что некий деятель инквизиции попадает в наш современный мир. Если вчера он сжигал ведьм и пытал еретиков, то сегодня, скорее всего, заклеймит современную цивилизацию как святотатственную.) То, что сегодня представляется неэтичным и даже аморальным, в будущем, вполне возможно, станет казаться нормальным и будничным.

В любом случае, если нам суждено в будущем исследовать планеты и звезды, нам придется модифицировать и улучшать себя, чтобы пережить путешествие до них. А поскольку существует предел, дальше которого мы не сможем терраформировать отдаленные планеты, нам придется приспосабливаться и к различным атмосферным условиям, и к разным температурам, и к гравитации. Так что без генетических и технических усовершенствований, вероятно, не обойтись.

Но пока мы обсудили только возможность модернизации рода человеческого. Что произойдет, когда мы начнем исследовать дальний космос и встретим там разумные формы жизни, совершенно на нас не похожие? Более того, что произойдет, если мы встретим в космосе сообщества, обогнавшие нас технологически на миллионы лет?

А если мы не встретим в дальнем космосе сверхразвитые цивилизации, то можем ли сами достичь такого уровня? Хотя предсказать их культуру, политику и общество невозможно, существует одна вещь, которым должны подчиняться все без исключения, и эта вещь — законы природы. Что может сказать нам о таких продвинутых цивилизациях физика?

* * *

Сначала ты был глиной. Пройдя стадию минерала, ты стал растением. Из растения ты стал животным, из животного — человеком… И еще сотню разных миров предстоит тебе пройти. Существуют тысячи форм разума.

Руми

Если вы угрожаете распространить насилие, то эта ваша Земля может превратиться в пепел. Ваш выбор прост: присоединиться к нам и жить в мире или продолжать идти в том же направлении и погибнуть. Мы будем ждать вашего ответа. Решение за вами.

Клаату, инопланетянин из фильма «День, когда Земля остановилась»

12. В поисках внеземной жизни

В один прекрасный день прибыли чужие — представители иной цивилизации.

Прибыли они из далеких земель, о которых никто никогда не слышал, на странных, чудесных кораблях, использовавших технологии, о которых местным можно было только мечтать. Их защищали броня и прочные щиты, подобных которым никогда не видели местные. Они говорили на неизвестном языке и привезли с собой странных животных.

Все гадали: кто они? Откуда пришли?

Одни говорили, что это посланцы со звезд.

Другие шептали, что они похожи на богов небесных.

К несчастью, все они ошибались.

Шел судьбоносный 1519 г., когда Монтесума встретился с Эрнаном Кортесом и столкнулись две империи — ацтекская и испанская. Кортес и его конкистадоры были не посланцами богов, а головорезами, жаждавшими золота и другой добычи. Ушли тысячи лет на то, чтобы в лесах сложилась цивилизация ацтеков, но, вооруженная только технологиями бронзового века, она была разгромлена и разрушена испанскими солдатами всего за несколько месяцев.

Выходя в космос, мы не должны забывать об уроке, который можно извлечь из этой трагической истории. Нам следует быть осторожными. В конце концов, ацтеки технологически отставали от испанских конкистадоров, наверное, всего на несколько столетий. Если же мы столкнемся в космосе с инопланетной цивилизацией, может оказаться, что она обогнала нас настолько, что мы не можем даже представить себе могущество, которым она обладает. Если бы нам пришлось вступить в войну против такой продвинутой цивилизации, то соотношение сил могло бы примерно соответствовать схватке между Кинг-Конгом и Винни Пухом.

Физик Стивен Хокинг предупредил: «Нам достаточно взглянуть на себя, чтобы понять, как разумная жизнь может развиться в нечто, с чем нам не хотелось бы сталкиваться». Имея в виду последствия встречи Христофора Колумба с американскими индейцами, он заключил: «Дело обернулось не слишком хорошо»[64]. Или, как сказал астробиолог Дэвид Гринспун: «Если ты живешь в джунглях, возможно полных голодных львов, станешь ли ты спрыгивать с дерева и бегать по поляне, крича „Ого-го“?»[65]

Голливудские фильмы промыли нам мозги до такой степени, что многим кажется, что мы сможем отбиться от инопланетных пришельцев, обогнавших нас технологически на несколько десятков или сотен лет. Голливуд убежден, что мы сможем победить, воспользовавшись каким-то примитивным трюком. В фильме «День независимости» все, что нам нужно сделать, чтобы поставить их на колени, — это запустить простенький компьютерный вирус в их операционную систему. Можно подумать, что инопланетяне пользуются операционной системой Microsoft Windows.

Даже ученые делают эту ошибку, высмеивая возможность встречи с цивилизацией, отстоящей от нас на многие световые годы. Но сарказм оправдан только в том случае, если она технологически обогнала нас всего на несколько столетий. А если на миллионы лет? Всего лишь миг по космическим меркам, но при таких невероятных временных масштабах могут быть открыты неизвестные нам законы физики и принципиально новые технологии.

Лично я убежден, что любая высокоразвитая цивилизация в космосе должна быть миролюбивой. Ее представители вполне могут обгонять нас на несколько эпох — и этого времени достаточно, чтобы они успели разрешить древние конфессиональные, племенные, расовые и мировоззренческие конфликты. Но, если это не так, мы должны быть готовы к неожиданностям. Вместо того чтобы посылать радиосигналы в пространство, сообщая о своем существовании всем инопланетным сообществам, было бы, наверное, более разумно сначала изучить их.

Я верю, что мы встретимся с инопланетным разумом, может быть, еще в этом столетии. И вполне возможно, что его обладатели окажутся не беспощадными завоевателями, а благожелательными наставниками, готовыми поделиться с нами своими технологиями. Тогда эта встреча станет одним из важнейших поворотных моментов в истории, сравнимым разве что с приручением огня. Не исключено, что она определит направление развития человечества на сотни лет вперед.

SETI

Некоторые физики активно пытаются разрешить этот вопрос, применив возможности современных технологий для сканирования неба и поиска признаков присутствия в космосе высокоразвитых цивилизаций. Этот проект называется SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence, Система поиска внеземного разума), и осуществляется он путем сканирования небосвода при помощи самых мощных радиотелескопов, какие только имеются в нашем распоряжении, в надежде услышать сигналы, посланные нам[66].

Сейчас благодаря щедрым дотациям одного из основателей Microsoft Пола Аллена и других Институт SETI создал в Хэт-Крике, примерно в 400 км к северо-востоку от Сан-Франциско, 42 современнейших радиотелескопа, чтобы сканировать сразу миллион звезд. Со временем установка в Хэт-Крике, возможно, будет насчитывать 350 радиотелескопов, сканирующих радиочастоты от 1 до 10 ГГц.

Но работа в проекте SETI зачастую выглядит неблагодарным занятием, которое состоит в выпрашивании денег на финансирование проекта у богатых спонсоров и осторожных жертвователей. Конгресс США проявил к проекту слабый интерес и в 1993 г. прекратил его финансирование, назвав пустой тратой средств налогоплательщиков. В 1978 г. сенатор Уильям Проксмир осмеял проект, присудив ему свою скандальную премию Golden Fleece за разбазаривание бюджетных средств.

Наконец группа ученых обратилась к общественности напрямую с просьбой о финансовой помощи, которая позволила бы расширить поиск. Астрономы Университета Калифорнии в Беркли создали проект SETI@home, вовлекая в поиски миллионы заинтересованных интернет-пользователей. Вы устанавливаете на свой компьютер программу с сайта проекта, и ночью, пока спите, ваш компьютер просматривает горы собранных данных в надежде обнаружить пресловутую иголку в стоге сена.

Доктор Сет Шостак из Института SETI в калифорнийском Маунтин-Вью, у которого я не раз брал интервью, уверен, что контакт с инопланетянами состоится до 2025 г. Я спросил, почему он уверен в этом. В конце концов, десятки лет упорной работы не дали ни единого достоверного сигнала от иной цивилизации. Более того, пытаться услышать разговоры инопланетян при помощи радиотелескопов — дело вообще не самое надежное, ведь инопланетяне, возможно, просто не пользуются радио. Может быть, они используют совершенно другие частоты, или лазерные лучи, или какой-то другой способ связи, который нам даже в голову не приходит. Все это возможно, признал Сет Шостак. И тем не менее он уверен, что мы очень скоро встретимся с инопланетной жизнью. На его стороне уравнение Дрейка.

В 1961 г. астроном Фрэнк Дрейк, неудовлетворенный произвольными рассуждениями об инопланетянах, попытался подсчитать вероятность обнаружения их в космосе. Начать можно, например, с количества звезд в галактике Млечный Путь (их около 100 млрд), а затем уменьшать это число в соответствии с тем, какая доля звезд имеет вокруг себя планеты, на какой доле планет имеется жизнь, на какой доле планет жизнь породила разум и т. д. Перемножив этот ряд долей, мы получим примерную оценку возможного числа высокоразвитых цивилизаций в нашей Галактике.

Когда Фрэнк Дрейк впервые предложил свою формулу, в ней было так много неизвестных, что конечный результат получался откровенно умозрительным. Оценки разнились от десятков тысяч до миллионов.

Однако сегодня, когда в космосе обнаружено множество экзопланет, можно сделать гораздо более реалистичную оценку. Есть хорошая новость: астрономы ежегодно сужают диапазон возможных значений различных компонентов уравнения Дрейка. Мы уже знаем, что по крайней мере каждая пятая солнцеподобная звезда в галактике Млечный Путь имеет подле себя землеподобные планеты. Следовательно, в нашей Галактике более 20 млрд таких планет.

В уравнение Дрейка внесено уже немало поправок. Первоначальный его вариант был слишком наивным. Как мы уже говорили, мы сегодня знаем, что кроме землеподобных планет в интересующих нас звездных системах обязательно должны обращаться на околокруговых орбитах планеты размером с Юпитер, которые расчистили бы систему от астероидов и различных обломков, способных уничтожить жизнь. Так что нам придется снизить число землеподобных планет, учитывая только те, которые имеют соседей размером с Юпитер. Кроме того, у землеподобных планет должны быть большие спутники, которые стабилизировали бы их вращение — в противном случае они будут колебаться и через миллионы лет могут даже перевернуться. (Если бы Луна была маленькой, как астероид, то небольшие возмущения во вращении Земли постепенно суммировались бы, эпоха за эпохой, согласно законам Ньютона, и со временем Земля могла бы перевернуться. Это событие стало бы катастрофой для самой жизни, поскольку, когда земная кора начала бы трескаться, сопровождалось бы страшными землетрясениями, чудовищными цунами и ужасающими вулканическими извержениями. Наша Луна достаточно велика, чтобы возмущения не накапливались. Но Марс с его крохотными спутниками в отдаленном прошлом мог переворачиваться.)

Современная наука снабдила нас целым океаном данных о том, сколько существует планет, на которых может зародиться жизнь, но куда больше она нашла способов, посредством которых эта жизнь может быть полностью уничтожена в результате природных бедствий и катастроф. В истории Земли было множество моментов, когда жизнь на ней почти полностью погибала в результате природных катаклизмов (столкновение с астероидом, всепланетные оледенения, извержения вулканов). Основный вопрос состоит в том, на каком проценте планет, отвечающих этим критериям, действительно имеется жизнь и какой процент их избежал планетарных катастроф и породил в результате разумную жизнь. Так что нам по-прежнему далеко до сколько-нибудь точной оценки числа разумных цивилизаций в нашей Галактике.

Первый контакт

Я спросил доктора Шостака, что произойдет, если инопланетяне прилетят на Землю. Президент США соберет экстренное заседание Объединенного комитета начальников штабов? ООН составит приветствие пришельцам? Имеется ли протокол для первого контакта?

Его ответ меня, откровенно говоря, удивил: никакого протокола нет. Да, ученые проводят конференции, на которых обсуждают этот вопрос, но они могут только выдвигать неформальные предложения, не имеющие никакого официального веса. Ни одно правительство не воспринимает этот вопрос серьезно.

Во всяком случае, первый контакт, скорее всего, будет односторонней беседой: какой-то детектор на Земле примет случайное сообщение с далекой планеты. Но это не означает, что мы сможем наладить связь с ее жителями. Подобный сигнал может прийти из звездной системы, находящейся, к примеру, в 50 световых годах от Земли, так что на обмен сообщениями — отправку сообщения на эту звезду и получение ответа — потребуется 100 лет. Это означает, что общение с инопланетянами в космосе будет чрезвычайно трудной задачей.

Исходя из того что когда-нибудь представители инопланетной цивилизации могут появиться на Земле, можно сформулировать более практичный вопрос: как нам с ними общаться? На каком языке они будут говорить?

В фильме «Прибытие» инопланетяне посылают громадные звездолеты, которые угрожающе зависают над многими странами. Когда земляне попадают на эти звездолеты, их встречают пришельцы, похожие на гигантских кальмаров. Попытки как-то взаимодействовать с ними затруднены, поскольку они общаются, рисуя на экране странные знаки, которые лингвисты пытаются перевести. Возникает кризис, когда пришельцы выводят на экране слово, которое можно прочитать либо как «орудие», либо как «оружие». Запутавшись в этой двусмысленности, ядерные державы приводят свое оружие в состояние готовности. Кажется, вот-вот начнется межпланетная война — и все из-за простой лингвистической ошибки.

В реальности любой вид разумных существ, достаточно высокоразвитый, чтобы посылать к Земле звездолеты, вероятно, дал бы себе труд заранее разобраться в наших теле- и радиосигналах и расшифровать наш язык, так что пришельцам не пришлось бы зависеть от земных лингвистов. Но в любом случае было бы неразумно начинать межпланетную войну с пришельцами, которые, возможно, обогнали нас технологически на тысячи лет.

Что произойдет, если язык пришельцев окажется построенным на совершенно иных принципах, чем земные языки?

Если инопланетяне произошли от расы разумных собак, то их язык должен отражать скорее запахи, нежели зрительные образы. Если они произошли от разумных птиц, их язык может быть основан на сложных мелодиях. Если они произошли от летучих мышей или дельфинов, в их языке может использоваться ультразвук. Если они произошли от насекомых, они могут поддерживать связь друг с другом посредством феромонов.

В самом деле, при исследовании мозга любых из этих животных мы видим, насколько сильно он отличается от нашего. Если в человеческом мозге значительная часть отведена на работу со зрением и языком, то в мозге других животных столь же значительная часть может быть отведена на работу, например, с запахами и звуками.

Иными словами, нельзя считать, что, когда произойдет первый контакт с инопланетной цивилизацией, ее представители будут думать и общаться между собой так же, как это делаем мы.

Как они выглядят?

Кульминация любого научно-фантастического фильма, как правило, связана с моментом, когда зритель наконец видит пришельцев. (Так, одно из разочарований от просмотра отличного в остальном фильма «Контакт» для меня заключалось в том, что после потрясающей завязки и развития сюжета самих инопланетян мы так и не увидели.) А вот в сериале «Звездный путь» все представители инопланетных цивилизаций выглядят в точности, как мы, и говорят на прекрасном американском английском. Единственное различие между ними — носы разной формы. В «Звездных войнах» инопланетяне более разнообразны и иногда напоминают земных зверей или рыб, но все они происходят с планет, где можно дышать воздухом, а тяготение близко к земному.

Первое, что приходит в голову, когда речь идет о внешности инопланетян, — это мысль о том, что выглядеть они могут как угодно, поскольку ни одного инопланетянина никто из нас до сих пор не встречал. Но существует определенная логика, которой они, по идее, должны следовать. Мы не можем быть абсолютно в этом уверены, но с большой вероятностью жизнь на других планетах тоже зародилась в океане и строится на углеродной основе. Такая химия идеально отвечает двум принципиально важным критериям жизни: во-первых, благодаря сложной молекулярной структуре они способны хранить огромное количество информации, а во-вторых, способны к самовоспроизведению. (Углерод имеет четыре атомные связи, что позволяет выстраивать длинные цепочки углеводородов, в число которых входят белки и ДНК. В расположении атомов длинных углеродных цепочек ДНК содержится зашифрованная информация. Цепочки составляют двойную спираль, нити которой могут разделяться и захватывать из окружающего пространства молекулы, чтобы в соответствии с этой информацией изготавливать собственную копию.)

Не так давно возникла новая область науки — экзобиология, задачей которой является изучение жизни на далеких мирах с экосистемами, не похожими на экосистемы Земли. Пока экзобиологам не удается найти способ создавать жизненные формы, не основанные на углеродной химии, которая предоставляет нам огромное множество разнообразных молекул. Рассматривается множество других возможных форм жизни, к примеру разумные шарообразные существа, плавающие в атмосфере газовых гигантов, но пока придумать непротиворечивую химию, при которой такие существа были бы возможны, не удается.

В детстве одним из моих любимых был фильм «Запретная планета», который преподал мне важный научный урок. По сюжету на далекой планете астронавтов терроризирует громадное чудовище, убивающее членов экипажа одного за другим. Ученый делает гипсовый слепок следов, которые чудовище оставляет в мягком грунте. Увиденное его шокирует. Ступни чудовища, заявляет он, нарушают все законы эволюции. Когти, пальцы, кости — все устроено совершенно бессмысленно.

Этот момент захватил мое внимание. Чудовище, нарушающее законы эволюции? Для меня идея о том, что даже чудовища и инопланетяне должны подчиняться научным законам, была внове. До этого я считал, что чудовищам достаточно быть страшными и кровожадными. Но мысль о том, что чудовища и инопланетяне тоже должны подчиняться законам природы, которым подчиняемся и мы, показалась мне разумной. Инопланетяне и чудовища живут не в вакууме.

К примеру, когда я слышу о лох-несском чудовище, я задаюсь вопросом: а какую численность должна иметь стабильная популяция таких животных? Если бы какое-то динозавроподобное существо действительно могло жить в этом озере, оно непременно было бы частью самодостаточной популяции из 50 или около того особей. В таком случае признаки присутствия этих животных (в виде костей, остатков их добычи, отходов жизнедеятельности и т. п.) были бы очевидны. Тот факт, что никаких подобных свидетельств так и не было обнаружено, внушает сильные сомнения в существовании чудовища.

Аналогичным образом к космическим пришельцам также должны быть применимы законы эволюции. Невозможно сказать точно, как могла появиться чужая цивилизация на далекой планете, но вполне вероятно высказать некоторые предположения, основываясь на нашей собственной эволюции. При анализе того, как вид Homo sapiens обрел разум, мы видим по крайней мере три компонента, сыгравшие принципиальную роль в нашем подъеме.

1. Какая-то форма объемного зрения

В целом можно отметить, что хищник, как правило, умнее жертвы. Чтобы успешно охотиться, нужно обладать навыками скрытности, хитрости, стратегического мышления, маскировки и обмана. Необходимо также знать привычки добычи, места кормления, ее слабости и защитные возможности. Все это требует наличия некоторого интеллекта.

С другой стороны, добыча должна уметь хорошо делать только одно — убегать.

Все это отражается в строении глаз животных. У охотников, таких как тигры или лисы, глаза располагаются в передней части морды, что обеспечивает им стереоскопическое зрение, когда мозг сравнивает изображения, получаемые с левого и правого глаза. Объемное зрение позволяет оценивать расстояние, что очень важно при выслеживании добычи. Добыче же объемное зрение не нужно. Все, что ей нужно, — это круговой обзор, позволяющий вовремя заметить хищника, где бы он ни находился, поэтому глаза у таких животных, как олень или кролик, располагаются по сторонам морды.

Разумные инопланетяне в космосе, скорее всего, произошли от хищников, которые добывают свою пищу охотой. Это не значит, что они обязательно должны быть агрессивны, а означает лишь, что их предки в давние времена были хищниками. Так что нам осторожность совсем не помешает.

2. Какая-то форма противолежащего пальца или хватательного отростка

Одной из непременных характеристик биологического вида, способного породить разумную цивилизацию, является способность манипулировать своим окружением. В отличие от растений, бессильных перед внешней средой, разумные животные могут изменять среду, чтобы увеличить свои шансы на выживание. Одним из качеств, отличающих человека, является противопоставляемый большой палец, позволяющий нам использовать руки для работы с инструментами. Вначале рука использовалась в основном для хватания за ветки деревьев, и угол между большим и указательным пальцами у нас примерно соответствует средней толщине веток в Африке. (Это не означает, что противопоставляемый палец — это единственный хватательный инструмент, который может вывести своего обладателя к разуму. Щупальца и когти, возможно, тоже подойдут.)

Так что сочетание первого и второго критериев дает животному способность согласованно действовать глазами и руками при охоте, а также использовать инструменты. А третий критерий увязывает это все воедино.

3. Язык

У большинства биологических видов любой урок, который может усвоить отдельная особь на протяжении жизни, умирает вместе с ней.

Чтобы передавать и накапливать значимую информацию из поколения в поколение, необходимо наличие какой-то разновидности языка. Чем абстрактнее язык, тем больше информации может одно поколение передать другому.

Принадлежность к охотникам способствует развитию языка, потому что стайным хищникам необходимо общаться между собой и координировать свои действия. Язык вообще полезен в первую очередь общественным, стайным животным. Если одинокого охотника какой-нибудь мастодонт может просто раздавить, то группа охотников способна устроить засаду на мастодонта, окружить его, загнать в ловушку и в конце концов прикончить. Более того, язык — это обязательно социальное явление, ускоряющее развитие взаимодействия между особями. Язык был важной составляющей развития человеческой цивилизации.

Мне довелось увидеть наглядный пример социальных аспектов языка, когда я плавал в бассейне с игривыми дельфинами на съемках телепрограммы для канала Discovery. В бассейн были погружены ультразвуковые датчики для записи щелкающих и свистящих звуков, при помощи которых дельфины переговариваются друг с другом. Хотя письменного языка у них нет, звуковой язык имеется, и его можно записывать и анализировать.

Затем при помощи компьютера можно поискать в записях паттерны, присутствие которых указывает на разум. К примеру, если случайным образом проанализировать английский язык, выяснится, что чаще всего в нем встречается буква e. Затем можно составить список букв и проанализировать, как часто встречается каждая из них. Частотность букв образует определенный «отпечаток пальца», характерный для конкретного языка или для конкретного человека. (Это можно использовать при выяснении авторства исторических рукописей, чтобы доказать, к примеру, что Шекспир действительно написал все свои пьесы.)

Точно так же можно записать переговоры между дельфинами и обнаружить, что повторяемость щелчков и посвистов в их «речи» подчиняется математической формуле.

Можно проанализировать языки некоторых других биологических видов, таких как кошки и собаки, и обнаружить в них такие же характерные признаки разума.

Однако если нам придет в голову проанализировать звуки, издаваемые насекомыми, то признаков разума в них будет все меньше и меньше. Дело в том, что у животных действительно есть примитивные языки, и компьютер может математически рассчитать их сложность.

Эволюция разума на Земле

Итак, если для развития разумной жизни требуется по крайней мере три признака, то можно спросить: сколько животных на Земле обладают всеми тремя этими признаками? Выяснится, что многие хищники со стереоскопическим зрением имеют клешни, лапы, клыки или щупальца, но не обладают способностью удерживать предметы. И никто из них не имеет сложного языка, который позволял бы вместе охотиться, делиться информацией с сородичами и передавать ее следующему поколению.

Кроме того, мы можем сравнить человека — его эволюцию и разум — с динозаврами. Конечно, наши представления об интеллекте динозавров очень и очень ограниченны, но считается, что они доминировали на Земле на протяжении примерно 200 млн лет — и ни один из них не стал разумным и не развил цивилизацию динозавров, на что человеку потребовалось всего лишь около 200 000 лет.

Но если тщательно проанализировать царство динозавров, то можно увидеть признаки того, что разум у них, в принципе, мог появиться и расцвести. К примеру, велоцерапторы, которых обессмертил «Парк юрского периода», вероятно, со временем могли бы стать разумными. Они обладали стереоскопическим зрением охотников. Они охотились стаями, а значит, имели, вероятно, некую систему общения, позволявшую им координировать свои действия на охоте. И их передние лапы были приспособлены для хватания добычи — а значит, со временем на них могли появиться противопоставляемые пальцы. (А вот у тираннозавра передние конечности были крохотными и использовались, вероятно, только при поедании мяса уже после завершения охоты — вряд ли от них было бы много пользы при пользовании орудиями. Tyrannosaurus rex был, по существу, ходячей пастью.)

Инопланетяне в «Создателе звезд»

С учетом этих вводных мы можем проанализировать инопланетян в романе «Создатель звезд» (Star Maker) Олафа Стэплдона. Герой этой истории совершает воображаемое путешествие по всей Вселенной, встречая на своем пути десятки поразительных цивилизаций. Мы видим панораму всевозможных типов разума, разбросанных по холсту галактики Млечный Путь.

Один инопланетный вид развился на планете с большим тяготением. Исходя из этого, вместо четырех ног для ходьбы им потребовалось целых шесть. Постепенно две передние ноги развились в руки и освободились для пользования орудиями труда. Со временем эти животные эволюционировали в некое подобие кентавров.

Герой встречает также насекомоподобных инопланетян. Хотя каждое насекомое само по себе не является разумным, сообщество из миллиардов таких существ порождает коллективный разум. Птицеподобная раса летает гигантскими стаями, заслоняющими небо, и также развивает коллективный разум. Герой встречает разумных существ, похожих на растения, которые днем инертны, как растения, но ночью могут передвигаться, как животные. Он встречает даже такие формы жизни, которые совершенно чужды нам и не напоминают ничего знакомого, например разумные звезды.

Многие из встреченных им инопланетных существ живут в океанах. При этом один из самых успешных видов представляет собой симбиоз двух различных форм жизни, напоминающих рыбу и краба. Краб обитает на спине рыбы, позади ее головы. Пара может плавать быстро, как рыба, а краб при помощи своих клешней может манипулировать инструментами. Такая комбинация дает им серьезное преимущество, и они становятся на своей планете доминирующим видом. Со временем крабоподобные существа выходят на сушу, где изобретают машины, электрическую технику, ракеты и устраивают утопическое общество, основанное на процветании, науке и прогрессе.

Эти симбиотические существа строят звездолеты и встречаются с менее развитыми цивилизациями. Стэплдон пишет: «Симбиотическая раса тщательно скрывала свое существование от примитивных народов, потому что в противном случае они могли лишиться независимости».

Иными словами, хотя ни рыбы, ни крабы по отдельности не могли развиться в высокоразвитое существо, сообщество тех и других оказалось на это способно.

С учетом того, что громадное большинство инопланетных цивилизаций, если они существуют, могут жить под водой на покрытых льдом лунах (таких, как Европа или Энцелад) или на лунах блуждающих планет, вопрос заключается в том, могут ли, в принципе, водные виды стать по-настоящему разумными?

Если проанализировать наши земные океаны, можно заметить несколько проблем. Плавники — чрезвычайно эффективный способ передвижения в воде, тогда как ноги (и руки) для этого, по сути, не годятся. Используя плавники, можно плавать и маневрировать очень быстро, тогда как двигаться с помощью ног по океанскому дну неудобно и тяжело. Неудивительно поэтому, что в океанах почти нет животных, у которых появились бы конечности, пригодные для хватания. Так что животные с плавниками вряд ли станут разумными (если плавники не разовьются во что-нибудь, чем можно хватать предметы, или если эти плавники не были когда-то ногами сухопутных животных, которые позже вернулись в океан, как дельфины и киты).

Однако осьминог — весьма успешное животное. Просуществовав по крайней мере 300 млн лет, он является на сегодняшний день, возможно, самым разумным из всех беспозвоночных. Анализируя осьминога по нашим критериям, обнаруживаем, что он удовлетворяет двум из трех.

Во-первых, будучи хищником, он обладает глазами охотника. (Однако два его глаза не фокусируются вперед стереоскопически.)

Во-вторых, восемь щупалец дают ему необычайные способности манипулировать предметами вокруг себя. Щупальца у осьминога очень ловкие.

Однако сколько-нибудь развитого языка у осьминога нет. Будучи одиноким охотником, он не испытывает нужды в общении с себе подобными. Кроме того, между поколениями осьминогов, насколько мы можем судить, нет никакого общения.

Таким образом, осьминоги демонстрируют некоторые признаки разумности. Их способность убегать из аквариумов широко известна, причем они активно пользуются мягкостью своих тел и протискиваются через малейшие щели и трещины. Кроме того, они могут ориентироваться в лабиринтах, демонстрируя наличие какой-то формы памяти. Известны также случаи, когда они пользуются инструментами. Так, один осьминог умел собирать скорлупки кокосовых орехов и строить себе из них укрытие.

Итак, если осьминоги обладают некоторой ограниченной разумностью и гибкими щупальцами, то почему они не стали разумными? Этот факт, как ни забавно, свидетельствует, скорее, об их успешности. Затаиться за камнем и схватить неосторожно приблизившуюся жертву щупальцами — очень успешная стратегия, так что осьминогам, вероятно, не нужно было развивать разум. Иными словами, на них не действовало эволюционное давление, которое вынуждало бы к разумности.

Однако на какой-нибудь далекой планете, в иных условиях, можно представить себе осьминогоподобное существо, которое сумело придумать язык на основе пощелкиваний и посвистываний для совместной охоты. Возможно, клюв осьминога мог бы эволюционировать в орган, позволяющий пользоваться рудиментарным языком. Можно представить даже, что в какой-то момент в отдаленном будущем эволюционное давление на Земле могло бы вынудить осьминогов развиться в разумный вид.

Так что разумная раса осьминогов — дело, безусловно, возможное.

Еще одно разумное существо, придуманное Стэплдоном, было похоже на птицу. Ученые заметили, что птицы, как и осьминоги, отличаются заметной сообразительностью. Однако, в отличие от осьминогов, они обладают весьма изощренным способом общения между собой при помощи чириканья, а также при помощи песен и мелодий. Записывая песни различных птиц, ученые заметили, что чем сложнее и мелодичнее песня, тем выше ее притягательность для противоположного пола. Иными словами, сложность песни самца позволяет самке судить о его здоровье, силе и пригодности в партнеры. Так что существует эволюционное давление, вынуждающее самцов придумывать сложные мелодии — и обретать некоторый интеллект. Некоторые птицы (такие как ястребы и совы) обладают глазами охотника и некоторой формой языка, однако у них отсутствует способность манипулировать окружающими предметами.

Миллионы лет назад некоторые животные, ходившие на четырех ногах, эволюционировали в птиц. Анализируя кости птиц, мы ясно видим, как кости ноги постепенно превращались в кости крыла. Между двумя этими наборами костей существует точное соответствие. Но, для того чтобы манипулировать предметами, нужны животные, чьи руки свободны и могут удерживать инструменты. Это означает, что разумные птицы должны либо развить у себя модифицированные крылья двойного назначения, позволяющие и летать, и удерживать орудия труда, либо они должны начинать по меньшей мере с шестью ногами, четыре из которых со временем превратятся в крылья и руки.

Так что разумный вид птиц возможен, если они смогут каким-то образом развить у себя способность манипулировать орудиями.

Мы привели всего лишь несколько примеров того, какими могли бы быть разумные биологические виды. Наверняка существует много других вариантов, которые можно рассмотреть.

Человеческий разум

Зададимся вопросом: почему мы стали разумными? Многие приматы достаточно близко подходят к тому, чтобы удовлетворять всем трем критериям, так почему эти способности развились у нас, а не у шимпанзе, бонобо (наших ближайших эволюционных родичей) или горилл?

Сравнивая представителей вида Homo sapiens с другими животными, мы видим, что человек по сравнению с последними слаб и неловок. Мы вполне могли бы стать посмешищем для всего животного царства. Мы не слишком быстро бегаем, не имеем когтистых лап, не можем летать, не обладаем острым нюхом, ничем не защищены, не очень сильны, а кожа наша не покрыта мехом и весьма чувствительна. В любой из этих категорий можно найти животных, которые намного превосходят нас физически.

Животные, которых мы видим вокруг себя, в большинстве своем очень успешны и потому не испытывают эволюционного давления, которое подталкивало бы их к изменениям. Некоторые животные не меняются уже миллионы лет. А мы, именно из-за своей слабости и неуклюжести, всегда испытывали громадное давление, вынуждавшее нас вырабатывать умения, которых нет у других приматов. Мы вынуждены были стать разумными, чтобы компенсировать этим присущие нам недостатки.

По одной из теорий, несколько миллионов лет назад климат в Восточной Африке начал меняться, леса отступили и на их месте образовались обширные травянистые равнины. Наши предки обитали в лесу, и, когда деревья начали исчезать, многие из них погибли.

Те, кто выжил, вынуждены были переселиться из леса в саванны и степи. Им пришлось распрямить спины и научиться ходить вертикально, чтобы иметь возможность смотреть поверх травы. (Свидетельство тому — наш позвоночник с его прогибами, оказывающий огромное давление на поясницу. Поэтому люди среднего возраста чаще всего испытывают трудности именно со спиной.)

Вертикальное хождение дало еще одно большое преимущество — оно освободило нам руки, и мы получили возможность пользоваться орудиями.

Когда мы встретим в космосе инопланетян, они со значительной вероятностью тоже окажутся неловкими и слабыми созданиями, которым пришлось компенсировать эти недостатки повышенным интеллектом. И скорее всего, они, как и мы, тоже развили у себя способность выживать новым способом — способность произвольно менять окружающую среду.

Эволюция на разных планетах

Итак, как могло бы разумное существо создать современное технологическое общество?

Как мы говорили, самыми распространенными формами жизни в Галактике, скорее всего, окажутся водные формы. Мы уже проверяли, могут ли морские жители развить у себя требуемые физиологические особенности, но в нашей истории, помимо прочего, имеется также культурный и технологический компоненты, поэтому давайте посмотрим, может ли развитая цивилизация подняться из глубин океана.

После освоения людьми земледелия процесс накопления энергии и информации проходил в три этапа.

Первым этапом стала промышленная революция, когда энергия наших рук многократно усилилась энергией, извлекаемой из угля и других ископаемых видов топлива. Общество испытало взрывной рост производительности и превратилось из примитивной аграрной культуры в индустриальную.

Вторым этапом стал век электричества, когда наши возможности были дополнительно подкреплены электрическими генераторами; возникли новые формы связи и обмена информацией, включая радио, телевидение и телекоммуникации. В результате наши энерговооруженность и информационные возможности вновь выросли.

Третий этап — это информационная революция; возможности компьютеров стали определять жизнь в обществе.

Теперь зададим простой вопрос: может ли водная инопланетная цивилизация тоже пройти через эти три этапа развития по отношению к энергии и информации?

Поскольку Европа и Энцелад столь далеки от Солнца, а их океаны постоянно покрыты ледяной коркой, любые разумные существа на этих далеких лунах были бы, вероятно, слепыми, как рыбы в темных пещерах под поверхностью Земли. Вместо этого у них, вероятно, развилась бы какая-то форма эхолокации, которая позволяла им ориентироваться в океане, примерно как это делают летучие мыши.

Однако длина световой волны намного меньше длины звуковой волны, а значит, эти существа не могли бы видеть мелкие детали, которые мы видим глазами (точно так же, как ультразвуковые врачебные исследования дают куда менее детальное изображение, чем эндоскопия). Это наверняка затруднило бы их движение к созданию современной цивилизации.

Что еще важнее, у любого водного биологического вида непременно возникнут проблемы с энергией, поскольку в воде невозможно сжигать ископаемое топливо, а электричество трудно изолировать. Большая часть промышленной техники была бы бесполезна без кислорода, который обеспечивает горение и механическое движение. Солнечная энергия также была бы бесполезна, поскольку солнечный свет не проникал бы через вечный ледовый покров.

Без двигателей внутреннего сгорания, огня и солнечной энергии у любого инопланетного водного вида, судя по всему, недостало бы энергии, чтобы развиться в современное общество. Однако есть один неохваченный источник энергии, который им доступен, — геотермальная энергия горячих источников на дне океана. Подобно вулканическим выходам на дне наших земных океанов, аналогичные выходы на Европе и Энцеладе могли бы, в принципе, послужить источником энергии для всевозможных орудий.

Наверное, можно было бы создать подводный паровой двигатель. Температура горячих источников вполне может быть заметно выше температуры кипения воды. Если тепло этих источников удалось бы канализировать, разумные существа сумели бы использовать его в паровом двигателе при помощи системы труб, которые отводили бы кипящую воду от источников и направляли ее двигать поршни. Таким образом эти существа вошли бы в машинную эру.

Кроме того, можно было бы использовать это тепло для плавки руды и получить металлургию. Научившись извлекать и отливать металлы, разумные существа построили бы города на дне океанов. Короче говоря, можно было бы совершить подводную промышленную революцию.

Электрическая революция представляется маловероятной, поскольку вода закоротила бы большинство традиционных электрических устройств. Без электричества все чудеса этой эпохи были бы невозможны, так что развитие технологии застопорилось бы.

Но и здесь есть возможное решение. Если бы разумные существа сумели отыскать на дне океана намагниченное железо, тогда можно было бы создать электрогенератор и использовать его для обеспечения энергией машин. Вращая природные магниты (вероятно, при помощи струй пара, бьющих на лопатки турбин), можно получить движение электронов в проводнике, то есть электрический ток. (Именно этот процесс используется в велосипедных фонарях и гидроэлектростанциях.) Смысл в том, что разумные подводные существа, имея магниты, сумели бы создать электрогенераторы даже в воде — и таким образом вплыть в век электричества.

Информационная революция, для которой необходимы компьютеры, также представляла бы трудности для водного вида, но не была невозможной. Точно так же, как вода — идеальная среда для зарождения жизни, кремний — самая подходящая основа для любой компьютерной технологии на микросхемах. На дне океана, вполне вероятно, есть кремний; его можно добыть, очистить и протравить для изготовления микросхем при помощи ультрафиолета, в точности как это делаем мы. (При производстве кремниевых микросхем ультрафиолетовый свет пропускается через шаблон, содержащий чертеж всех электрических контуров на будущей микросхеме. Ультрафиолет и серия химических реакций создают рисунок, который вытравливается на кремниевой подложке, создавая на ней транзисторы. Этот процесс, основа транзисторной технологии, возможно реализовать и под водой.)

Так что водные существа, в принципе, могли бы обрести в процессе эволюции разум и создать современное технологическое общество.

Естественные барьеры для инопланетной технологии

Когда цивилизация начинает долгий и трудный процесс движения к современному обществу, на ее пути встает еще одна проблема. Некоторые природные явления могут создать для нее серьезные помехи.

К примеру, если разумные существа появились в таких местах, как Венера или Титан, им может помешать постоянный облачный покров над планетой, так что представители этой цивилизации никогда не увидят звезд. Их концепция Вселенной будет ограничена пределами собственной планеты.

Это означает, что у такой цивилизации не появится астрономия, а религия будет состоять из мифов, ограниченных пределами планеты. Поскольку у них не будет стимула исследовать то, что находится за облаками, цивилизация остановится в развитии, и очень маловероятно, что у них появится когда-нибудь космическая программа. Без космической программы не будет ни телекоммуникаций, ни метеорологических спутников. (В романе Стэплдона некие разумные существа, жившие в глубинах морей, со временем вышли на сушу, где и открыли астрономию. Оставшись в океане, они не смогли бы открыть Вселенную за пределами своей планеты.)

Еще одна проблема, с которой может столкнуться развитое общество, описана в известном рассказе Азимова «Приход ночи» (Nightfall), где он изобразил ученых, живущих на планете в системе из шести звезд. Планета постоянно купается в ярком свете этих звезд. Ее обитатели, никогда не видевшие ночного неба с его миллиардами звезд, твердо верят, что Вселенная ограничена этой звездной системой. Вся их религия и самоидентификация сосредоточены вокруг данного центрального постулата.

Но затем ученые вдруг начинают делать одно тревожное открытие за другим. Они выясняют, что каждые две тысячи лет их цивилизация рушится, сменяясь полным хаосом. Происходит какое-то событие, которое запускает полное разрушение общества. В прошлом этот цикл, судя по всему, повторялся бессчетное число раз. Сохранились легенды о том, что в мире наступает тьма и люди, никогда не видевшие ничего подобного, сходят с ума. Они разжигают огромные костры, чтобы осветить небо, и сжигают таким образом целые города. По миру мгновенно распространяются странные религиозные культы, правительства рушатся, а привычное общество исчезает. И лишь через две тысячи лет после этого на руинах прежней цивилизации поднимается новая.

Ученым удается разгадать ужасную загадку прошлого. Дело в том, что каждые две тысячи лет орбита планеты вступает в аномальный период и на планете наступает ночь. К своему ужасу, ученые обнаруживают, что это событие должно произойти очень скоро. В конце рассказа ночь вновь наступает на планете и цивилизация погружается в хаос.

Такие произведения, как «Приход ночи», вынуждают нас задуматься над тем, как могла бы существовать жизнь на планетах с совершенно иными условиями, чем у нас. Нам повезло жить на Земле, где источники энергии встречаются в изобилии, где возможны горение и взрыв, где атмосфера позволяет электрическим устройствам работать без короткого замыкания, где много кремния, а звездное небо видно каждую ночь. Если бы какие-то из этих ингредиентов отсутствовали, цивилизации было бы очень трудно развиться до сколько-нибудь значительного уровня.

Парадокс Ферми: где же они?

Однако все эти рассуждения оставляют в стороне вопрос, который не дает нам покоя. Где же они? Если они существуют, то наверняка оставили бы какой-то след, а может, даже посетили нас, но мы не видим никаких реальных свидетельств посещения инопланетян[67].

У этого парадокса может быть множество возможных решений. Я думаю так: если они действительно в состоянии добраться до Земли, преодолев сотни световых лет, значит, инопланетяне обладают куда более развитыми технологиями, чем мы. В таком случае мы, вероятно, слишком высокого о себе мнения, если считаем, что они готовы лететь за триллионы километров, чтобы посетить какую-то отсталую цивилизацию, которая ничего не может им предложить. В конце концов, разве, придя в лес, мы пытаемся разговаривать с белками и оленями? В принципе, конечно, можно и попробовать, но поскольку они не ответят, мы быстро потеряем интерес и уйдем.

Так что инопланетные цивилизации по большей части оставят нас в покое; они будут смотреть на нас, как на любопытную примитивную диковинку, не более. Или, как рассуждал Стэплдон несколько десятилетий назад, инопланетяне, возможно, придерживаются политики невмешательства в жизнь примитивных цивилизаций. Иными словами, они о нас знают, но не хотят вмешиваться в наше развитие. (Стэплдон в своем романе предлагает нам еще одну возможность: «Некоторые из этих преутопических миров, не опасные, но неспособные к дальнейшему развитию, оставляли в покое и даже охраняли, как мы охраняем диких животных в заповедниках, ради научного интереса[68]».)

Когда я спросил об этом доктора Шостака, он дал совершенно иной ответ. Доктор сказал, что цивилизация, более развитая, чем наша, скорее всего, давно создала искусственный интеллект, так что в космос они наверняка пошлют роботов. Не стоит удивляться, сказал он, если инопланетяне, с которыми мы в конечном итоге встретимся, окажутся не биологическими, а механическими. В таких фильмах, как «Бегущий по лезвию», делать грязную работу в космосе посылают роботов, поскольку исследование космоса — трудное и опасное дело. Это, в свою очередь, могло бы объяснить, почему мы не можем поймать их радиосигналы. Если технологически инопланетяне развиваются примерно так же, как мы, то роботов они изобрели вскоре после изобретения радио. Вступив в эпоху искусственного интеллекта, они могли слиться со своими роботами, и после этого радио им уже не было нужно.

К примеру, цивилизация роботов может пользоваться скорее проводной связью, нежели радио- или микроволновыми антеннами. Такую цивилизацию невозможно было бы засечь при помощи радиоприемников проекта SETI. Иными словами, инопланетная цивилизация в ходе своего развития, вероятно, пользуется радио на протяжении всего нескольких сотен лет, и, наверно, именно поэтому мы не можем поймать их радиосигналы.

Некоторые предполагают, что инопланетяне, возможно, захотят ограбить нас и получить что-то с нашей планеты. Один из вариантов — жидкую воду из океанов. В нашей Солнечной системе жидкая вода и правда представляет собой ценный ресурс, который можно найти только на Земле и на лунах газовых гигантов, но лед — другое дело. Льда много на кометах, астероидах и все тех же лунах газовых гигантов. Так что инопланетянам достаточно будет просто разогреть лед.

Существует и другой вариант. Вероятно, им потребуются с Земли какие-то ценные минералы. Это, конечно, возможно, но во Вселенной множество необитаемых миров с теми же ценными минералами. Если инопланетная цивилизация обладает технологиями, позволяющими ей преодолеть громадные расстояния и добраться до Земли, тогда, очевидно, она в состоянии исследовать любую планету на выбор, а грабить проще необитаемую планету, нежели планету с разумной жизнью.

Еще один вариант — инопланетяне захотят украсть тепло земного ядра[69], что разрушило бы нашу планету. Но трудно избавиться от подозрений, что высокоразвитая цивилизация овладела энергией термоядерного синтеза и потому ей незачем красть у кого-то тепло. Водород — топливо для термоядерных станций — это самый распространенный химический элемент во Вселенной. К тому же инопланетяне всегда могут зачерпнуть немного энергии звезд, которых вокруг тоже хватает.

Мешаем ли мы им?

В романе Дугласа Адамса «Автостопом по Галактике» (The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy) инопланетяне хотят избавиться от нас просто потому, что мы им мешаем. Инопланетные бюрократы ничего не имеют против каждого из нас лично, но вместе мы — препятствие, которое необходимо устранить, чтобы построить межгалактический объезд. Это вполне реальная возможность. Кто опаснее для оленя: голодный охотник, вооруженный мощной винтовкой, или лощеный застройщик с портфелем, которому нужна земля под очередной жилой район? Для одного конкретного оленя охотник, может, и опаснее, но в конечном итоге застройщик намного опаснее для вида в целом, поскольку уничтожает весь лес со всеми его обитателями.

Точно так же марсиане из «Войны миров» не имели никаких претензий к землянам. Их мир умирал, поэтому им нужен был наш. Они не испытывали к людям ненависти. Мы им просто мешали.

Те же рассуждения можно найти в фильме «Человек из стали» про Супермена. Там жителям Криптона удалось сохранить ДНК всего населения незадолго до взрыва планеты. Им нужно захватить Землю, чтобы возродить свой народ. Хотя такой сценарий, безусловно, возможен, планет для грабежа и захвата в Галактике множество, поэтому можно надеяться, что нас обойдут стороной.

Мой коллега Пол Дэвис предлагает еще одну возможность. Может быть, у них настолько развитые технологии, что с их помощью можно создавать виртуальную реальность, намного превосходящую реальность истинную, в результате чего они предпочитают постоянно жить в какой-нибудь фантастической видеоигре. Эта возможность не так уж нелогична, потому что даже среди людей некоторая доля населения предпочла бы жить в затуманенном наркотическом состоянии, чтобы не сталкиваться лицом к лицу с реальностью. В нашем мире этот вариант несостоятелен, поскольку общество развалилось бы, если бы все в нем принимали наркотики. Но если все житейские нужды населения обеспечивают машины, паразитическое общество возможно.

Однако все эти рассуждения оставляют открытым один вопрос. На что может быть похожа высокоразвитая цивилизация, обогнавшая нас на тысячи, а то и на миллионы лет? Что может принести нам встреча с ней — новую эру мира и процветания или полное уничтожение?

Невозможно предсказать культуру, политику и характер высокоразвитого внеземного общества, но, как я уже говорил, есть одна вещь, которой должны подчиняться все обитатели Вселенной — и это законы физики. А что физика говорит о том, как должно развиваться опередившее нас общество?

А если мы не встретим в нашем секторе Галактики высокоразвитый разум, какой в таком случае будет наша судьба? Сможем ли мы исследовать звезды, а со временем и всю Галактику?

Некоторые ученые предлагают добавить категорию цивилизации IV типа, которая управляет пространством-временем достаточно хорошо, чтобы воздействовать таким образом на всю Вселенную.

* * *

Зачем же останавливаться на одной вселенной?

Крис Импи

В науке есть что-то завораживающее. Крохотное вложение факта дает такой богатый урожай гипотез.

Марк Твен

13. Высокоразвитые цивилизации

Заголовки таблоидов кричали:

«В космосе обнаружено гигантское инопланетное мегасооружение!»

«Инопланетная машина в космосе ставит астрономов в тупик!»

Даже газета The Washington Post, которая обычно не печатает сенсационные истории про НЛО и пришельцев, выдала заголовок: «Самая необычная звезда в небе вновь активизировалась»[70].

На астрономов, которые обычно копаются в скучных массивах данных, полученных со спутников и радиотелескопов, внезапно обрушился шквал звонков от встревоженных журналистов, спрашивавших, правда ли, что им наконец удалось обнаружить в космосе сооружение инопланетян.

Ученые были захвачены врасплох. У астрономического сообщества просто не было слов. Да, в космосе было обнаружено нечто странное. Да, это странное не поддается объяснениям, но пока рано говорить о том, что это значит. Все это может оказаться просто химерой.

Вопросы возникли, когда астрономы занимались поисками экзопланет, затмевающих далекие звезды. Как правило, гигантская экзопланета размером с Юпитер, проходя перед диском своей звезды, ослабляет ее блеск на 1 % или около того. Но однажды при анализе переданных космическим аппаратом «Кеплер» данных о звезде KIC 8462852, расположенной в 1400 световых годах от Земли, обнаружилась поразительная аномалия: в 2011 г. нечто неизвестное ослабило блеск этой звезды ни много ни мало на 15 %. Обычно подобные аномалии просто отбрасывают при анализе. Может быть, что-то случилось с инструментами, скажем, по сети питания прошел импульс, а может, всему виной пыль на зеркалах телескопа?

Но в 2013 г. ситуация повторилась: на этот раз блеск звезды ослаб на 22 %. Ничто из известного науке не способно регулярно ослаблять свет одной и той же звезды на такую величину.

«Мы никогда не видели ничего похожего. Это действительно очень странно», — как сказала Табета Бояджян, исследователь из Йельского университета[71].

Ситуация стала выглядеть еще более невероятной, когда Брэдли Шефер из Университета штата Луизиана, изучив старые фотопластинки, обнаружил, что блеск этой звезды ослабевал периодически начиная с 1890 г. Журнал Astronomy Now написал, что это «вызвало настоящий ажиотаж: каждый астроном пытался разобраться в проблеме, которая у нас на глазах становилась одной из величайших загадок в астрономии».

Астрономы составили длинные списки возможных объяснений. Но мало-помалу стандартные научные объяснения подвергались сомнению и отбрасывались.

Что в принципе могло бы вызвать такое сильное ослабление блеска? Мог ли это быть объект в 22 раза крупнее Юпитера? Или произошло поглощение планеты звездой? Это объяснение пришлось исключить, поскольку явление регулярно повторялось. А может быть, причиной стала пыль из газопылевого диска звездной системы? При формировании в космосе звездной системы диск из газа и пыли может быть во много раз больше самой звезды. Может быть, ослабление блеска связано с прохождением такого диска перед звездой? Но и это объяснение тоже исключили, когда выяснилось, что звезда не была молодой. Пыль должна была давно сконденсироваться, или звездный ветер унес бы ее в пространство.

После того как множество возможных решений было отвергнуто, осталась версия, которую невозможно было просто отбросить. Никто не хотел в это верить, но и исключить это было нельзя: а вдруг это колоссальное мегасооружение, построенное инопланетной цивилизацией?

«Вмешательство инопланетян всегда должно быть последней из рассматриваемых гипотез, но это было похоже на нечто, что впору было построить инопланетной цивилизации», — сказал Джейсон Райт, астроном из Университета штата Пенсильвания.

Поскольку между снижениями блеска в 2011 и 2013 гг. прошло 750 суток, астрономы предположили, что в мае 2017 г. блеск должен снизиться вновь. Строго по расписанию звезда начала тускнеть. На этот раз на нее были направлены практически все телескопы Земли, способные измерять блеск. Астрономы с волнением следили за тем, как блеск звезды снизился на 3 %, а затем вернулся к прежнему уровню.

Что это было? Некоторые считали, что это может быть сфера Дайсона, которую описал в 1937 г. в романе «Создатель звезд» Олаф Стэплдон, а позже проанализировал физик Фримен Дайсон. Сфера Дайсона — это гигантская сфера вокруг светила, построенная для сбора энергии его мощного излучения. Также это мог быть громадный шар, обращающийся вокруг звезды и периодически проходящий перед ней, заслоняя частично ее свет. Или нечто, созданное для обеспечения энергией машин высокоразвитой цивилизации II типа. Последнее предположение разбудило воображение публики и журналистов. Все задались вопросом: что такое цивилизация II типа?

Шкала развития цивилизаций по Кардашёву

Такую классификацию развитых цивилизаций предложил в 1964 г. русский астроном Николай Кардашёв[72]. Ему не нравилось заниматься поисками инопланетных цивилизаций, не имея понятия о том, что именно он ищет. Ученые любят проводить количественную оценку неизвестных величин, и Кардашёв предложил шкалу, в которой цивилизации оценивались по уровню потребления энергии. Действительно, цивилизации могут различаться культурой, политикой и историей, но всем им необходима энергия. Шкала Кардашёва выглядела так:

1. Цивилизация I типа использует всю энергию излучения своей звезды, которая падает на планету.

2. Цивилизация II типа использует всю энергию, вырабатываемую центральным светилом.

3. Цивилизация III типа использует энергию всей галактики.

Таким способом Кардашёв дал удобный и простой метод ранжирования возможных цивилизаций в пределах Галактики на основании уровня потребления энергии.

Каждая цивилизация, в свою очередь, имеет уровень потребления энергии, который можно рассчитать. Несложно выяснить, сколько солнечной энергии приходится на квадратный метр поверхности Земли. Умножив эту величину на площадь поверхности, освещенной Солнцем, сразу же получаем приблизительное количество энергии, которым располагает средняя цивилизация I типа. (Выясняется, что цивилизация I типа имеет в своем распоряжении 7×10↑17 Вт, что примерно в 100 000 раз больше того количества энергии, которое вырабатывается на Земле сегодня.)

Поскольку нам известно, какая доля солнечной энергии попадает на Землю, мы можем рассчитать, сколько всего энергии вырабатывает наше Солнце (около 4×10↑26 Вт). Приблизительно столько энергии использует цивилизация II типа.

Нам также известно, сколько звезд входит в галактику Млечный Путь, так что мы можем умножить нашу оценку на это число и получить энергетический выход всей Галактики, что позволяет нам оценить энергопотребление цивилизации III типа в нашей Галактике. Оно составляет примерно 4×10↑37 Вт.

Результаты получились интригующие. Кардашёв выяснил, что каждый тип цивилизаций превосходит предыдущий по энерговооруженности в 10–100 млрд раз.

На основании этих данных можно математически вычислить, когда наша цивилизация сможет перейти на следующий уровень. С учетом полного энергопотребления Земли мы в настоящее время представляем собой цивилизацию 0,7 типа.

Принимая ежегодный рост энерговооруженности на 2–3 %, что примерно соответствует текущей средней скорости роста ВВП планеты, можно сделать вывод, что нас отделяет от статуса цивилизации I типа 100–200 лет. Согласно этому же расчету, для перехода на уровень цивилизации II типа потребуется несколько тысяч лет. Момент, когда мы сможем стать цивилизацией III типа, рассчитать сложнее, поскольку для этого необходимо иметь возможность межзвездных путешествий, а их предсказать трудно. По одной из оценок, мы, вероятно, не станем цивилизацией III типа еще по крайней мере 100 000, а может, и 1 млн лет.

Переход от цивилизации типа 0 к цивилизации типа I

Самым трудным из всех переходов, наверное, является переход от цивилизации типа 0 к типу I, который мы, по существу, совершаем в настоящее время. Дело в том, что цивилизация типа 0 — самая нецивилизованная в технологическом и социальном отношении. Она лишь недавно вылезла из болота сектантства, диктатуры, религиозных споров и т. п. Она до сих пор несет на себе шрамы своего жестокого прошлого, полного пыток, преследований, погромов и войн. Наши исторические книги полны ужасающих историй о массовых кровопролитиях и геноциде, причиной которых в значительной мере являются суеверие, невежество, истерия и ненависть.

Но сегодня мы уже видим родовые схватки новой цивилизации I типа, основанной на науке и процветании. Мы видим, как каждый день перед нашими глазами зреют семена этого судьбоносного перехода. Уже рождается единый планетарный язык. Да и сам интернет не что иное, как телефония I типа. Так что интернет — первая из технологий I типа, появившаяся на свет.

Кроме того, мы являемся свидетелями формирования единой планетарной культуры. В спорте на первый план выходят футбол и Олимпийские игры. В музыке появляются известные во всем мире исполнители. В моде мы видим одни и те же сети магазинов и бренды во всех элитных торговых центрах.

Некоторые опасаются, что этот процесс отрицательно скажется на местных культурах и традициях. Но сегодня в большинстве стран третьего мира элиты двуязычны: они свободно говорят на местном языке, а также на глобальном европейском или классическом китайском. В будущем люди, скорее всего, будут бикультурны: знакомы с обычаями культуры местной и нарождающейся планетарной. Так что богатство и разнообразие Земли сохранятся и после появления этой новой планетарной культуры.

Классификацию цивилизаций мы можем использовать для подсчета числа высокоразвитых цивилизаций в нашей Галактике. К примеру, если применить уравнение Дрейка к цивилизации I типа, может показаться, что они должны встречаться в Галактике довольно часто. Однако мы не видим очевидных признаков их присутствия. Почему? Возможных ответов несколько. Илон Маск считает, что, по мере того как цивилизации овладевают продвинутыми технологиями, они получают возможность погубить себя и что самая серьезная угроза, с которой сталкивается цивилизация I типа, связана с ней самой.

Мы, переходя от типа 0 к типу I, видим несколько серьезных проблем, которые могут угрожать нашему существованию. В качестве примера можно назвать глобальное потепление, биотерроризм и распространение ядерного оружия.

Первая и самая близкая проблема — распространение ядерного оружия. Оно появляется в таких нестабильных регионах, как Ближний Восток, полуостров Индостан и Корейский полуостров. Даже небольшие страны когда-нибудь, возможно, смогут создать ядерное оружие. В прошлом очистить урановую руду и переработать ее в материалы оружейного качества могло только большое государство. Для этого нужны были гигантские установки газового диффузионного разделения и целые батареи ультрацентрифуг. Эти обогатительные предприятия были велики, их легко можно было увидеть со спутника. Малым странам такое было не под силу.

Но чертежи ядерного оружия были украдены, а затем проданы нестабильным режимам. Стоимость ультрацентрифуг и очистки урана до оружейного качества снизилась. В результате даже такие страны, как Северная Корея, постоянно балансирующая на грани экономического коллапса, сегодня способны накопить небольшой, но смертельно опасный ядерный арсенал.

Существует опасность, что какая-нибудь региональная война, скажем между Индией и Пакистаном, может перерасти в крупную войну, в которую будут втянуты основные ядерные державы. Поскольку США и Россия имеют примерно по 7000 ядерных зарядов, это серьезная угроза. Есть опасения, что заполучить ядерную бомбу могут негосударственные образования или террористические группы.

Пентагон заказал аналитическому центру Global Business Network доклад о том, что может произойти, если глобальное потепление разрушит экономику множества бедных стран, таких как Бангладеш. Анализ показал, что, согласно худшему сценарию, государства могут использовать ядерное оружие для защиты своих границ от потока миллионов отчаявшихся голодающих беженцев. И даже если это не приведет к ядерной войне, остается другая угроза существованию человечества — глобальное потепление.

Глобальное потепление и биотерроризм

Климат на Земле становится все мягче уже давно — на протяжении примерно 10 000 лет, с окончания последнего ледникового периода. А в последние полвека Земля разогревается с пугающей и постоянно растущей скоростью. Мы наблюдаем многочисленные и разнообразные свидетельства этого процесса:

• Все крупные ледники Земли отступают.

• Северные полярные льды за последние 50 лет стали тоньше в среднем на 50 %.

• Большие части Гренландии, которую покрывает второй по размеру на Земле ледяной щит, оттаивают.

• Сектор Антарктики размером с штат Делавэр — шельфовый ледник Ларсена — откололся в 2017 г., и теперь стабильность ледяного щита и шельфовых ледников Белого континента под вопросом.

• Последние несколько лет были самыми теплыми на Земле за всю историю наблюдений.

• Средняя температура на Земле в ХХ в. повысилась примерно на 1,3 °C.

• В среднем лето теперь примерно на неделю длиннее, чем было прежде.

• Мы регистрируем все больше «самых катастрофических за столетие» событий: лесных пожаров, наводнений, засух и ураганов.

Существует опасность, что, если в ближайшие несколько десятков лет глобальное потепление будет ускоряться такими же темпами, это может привести к дестабилизации государств, массовому голоду и массовой миграции населения из прибрежных районов. Все вместе это создаст угрозу мировой экономике и прервет переход к цивилизации I типа.

Существует также угроза применения биологического оружия, потенциально способного стереть с лица земли 98 % человечества.

На протяжении всей мировой истории больше всего жертв уносили не войны, а эпидемии чумы и других болезней. К несчастью, вполне возможно, что некоторые государства сохранили тайные запасы возбудителей смертельных болезней, таких как оспа, которые можно превратить в оружие при помощи биотехнологий и применить с целью создания хаоса. Нельзя также исключить вероятность того, что кто-нибудь при помощи биотехнологий создаст «оружие Судного дня» из возбудителей каких-нибудь заболеваний — лихорадки Эбола, ВИЧ, птичьего гриппа, — сделав их еще более опасными или быстрее и легче распространяющимися.

Возможно, в будущем, долетев до других планет, мы обнаружим там пепел погибших цивилизаций. Мы увидим планеты с радиоактивными атмосферами; планеты, перегревшиеся из-за парникового эффекта; планеты с пустыми городами, обитатели которых обратили против себя самих высокотехнологичное биологическое оружие. Так что переход от 0 типа к I вовсе не гарантирован и представляет собой, пожалуй, самый серьезный вызов, с которым сталкивается нарождающаяся цивилизация.

Энергия для цивилизации I типа

Ключевой вопрос состоит в том, сможет ли цивилизация I типа перейти от различных видов ископаемого топлива к другим источникам энергии.

Один из возможных вариантов состоит в использовании атомной энергии. Но урановое топливо традиционных ядерных реакторов создает большое количество ядерных отходов, которые останутся радиоактивными еще миллионы лет. Даже сегодня, спустя полвека после вступления в атомную эпоху, у нас нет безопасного метода хранения высокоактивных ядерных отходов. Помимо всего прочего, эти материалы очень горячи и могут вызвать расплавление активной зоны ядерного реактора, свидетелями чего мы были во время катастроф Чернобыля и Фукусимы.

Альтернативой энергии ядерного уранового распада является энергия термоядерного синтеза. Она, как говорилось в главе 8, еще не готова для коммерческого использования. Однако цивилизация I типа, обогнавшая нас на столетие, могла бы, вероятно, отладить эту технологию и использовать термоядерный синтез как необходимый и почти неограниченный источник энергии.

Преимущество термоядерного синтеза состоит в том, что топливом для него является водород, который можно извлекать из морской воды. Кроме того, термоядерному реактору не угрожает катастрофическое расплавление активной зоны, как случилось в Чернобыле и Фукусиме. Если с термоядерным реактором что-то случится (к примеру, сверхгорячий газ соприкоснется с оболочкой реактора), процесс синтеза автоматически прекратится. Дело в том, что синтез должен проходить при условиях, удовлетворяющих критерию Лоусона: чтобы синтез водорода шел сколько-нибудь протяженное время, он должен поддерживать надлежащую плотность и температуру. Но если процесс синтеза выходит из-под контроля, он перестает удовлетворять критерию Лоусона и прекращается сам по себе.

Кроме того, термоядерный реактор производит очень умеренное количество ядерных отходов. Возникающие в процессе водородного синтеза нейтроны, облучая стальной корпус реактора, делают его слегка радиоактивным. Количество отходов при этом составляет очень небольшую долю от количества отходов, производимых урановыми реакторами.

Помимо термоядерного синтеза есть и другие возможные возобновляемые источники энергии. Одна из весьма привлекательных возможностей для цивилизации I типа состоит в том, чтобы использовать энергию излучения светила в космосе. Поскольку 60 % энергии солнечного света теряется при прохождении атмосферы, искусственные спутники могли бы собирать этой энергии гораздо больше, чем собирают солнечные батареи на поверхности Земли.

Космическая энергосистема могла бы включать в себя множество громадных зеркал, обращающихся вокруг Земли и собирающих солнечный свет. Они находились бы на геостационарной орбите (то есть обращались вокруг Земли со скоростью, равной скорости вращения Земли, и с поверхности были бы видны постоянно в одной и той же точке). Эта энергия могла бы передаваться в виде микроволнового излучения на наземную принимающую станцию и распределяться по обычной электрической сети.

У космической солнечной энергии множество преимуществ. Она экологически чиста и не производит отходов. Система сбора такой энергии может работать круглые сутки, а не только днем. (Геостационарные спутники почти никогда не попадают в тень Земли, поскольку орбиты уводят их на значительное расстояние от земной орбиты.) Солнечные панели не имеют движущихся частей, что резко снижает вероятность поломок. И что лучше всего, мы можем подключиться к безграничному потоку бесплатной энергии от Солнца.

Прорабатывая вопрос использования космической солнечной энергии, ученые приходят к выводу, что эта цель достижима при помощи уже имеющихся технологий. Основной проблемой здесь, как во всех проектах, связанных с космическими полетами, является цена. Пока использование космической солнечной энергии обошлось бы во много раз дороже, чем размещение солнечных панелей на заднем дворе.

Космическая солнечная энергия недоступна цивилизации 0 типа, какой является наша, но для цивилизации I типа она может стать естественным источником энергии по нескольким причинам:

1. Стоимость космических полетов падает в первую очередь благодаря появлению частных ракетных компаний и изобретению многоразовых ракет.

2. В конце этого столетия, возможно, будет создан космический лифт.

3. Космические солнечные панели из легких наноматериалов позволят снизить вес и стоимость запуска.

4. Солнечные спутники можно собирать в космосе при помощи роботов, что избавит нас от необходимости посылать туда астронавтов.

Кроме того, такая система в целом считается безопасной. Хотя микроволны могут наносить вред, расчеты показывают, что большая часть энергии заперта в пределах луча, а та энергия, что выходит за его пределы, не должна, по идее, превышать приемлемые экологические стандарты.

Переход к цивилизации II типа

Вероятно, со временем цивилизации I типа истощат источники энергии, доступные на родной планете, и будут искать способ использовать громадную энергию, источником которой является центральное светило их звездной системы.

Цивилизацию II типа несложно обнаружить, потому что существа, ее составляющие, скорее всего, бессмертны. Ничто, известное науке, не в состоянии разрушить их культуру. Столкновений с метеоритами и астероидами можно избежать, используя ракетную технику. Парниковый эффект можно нейтрализовать, используя водородные или солнечные технологии (топливные элементы, термоядерные станции, космические солнечные станции и т. п.). Если возникнут какие-то планетарные угрозы, представители такой цивилизации могут снарядить космические армады и покинуть свою планету. Не исключено даже, что они могут сдвинуть ее с места. Поскольку энергии у них достаточно, чтобы изменять траектории астероидов, они могут запускать их вокруг своей планеты, таким образом постепенно корректируя ее орбиту. При помощи последовательных гравитационных маневров они могут отодвинуть орбиту своей планеты дальше от солнца, если их звезда находится в конце жизненного цикла и начинает расширяться.

Чтобы обеспечить свою цивилизацию энергией, они, как мы уже говорили, могут построить сферу Дайсона и собирать бо́льшую часть энергии Солнца. (Единственная проблема со строительством подобных мегаструктур заключается в том, что для них на землеподобных планетах может просто не хватить строительного материала. Поскольку диаметр Солнца больше диаметра Земли в 109 раз, для строительства такой сферы потребовалось бы невероятное количество материалов. Может быть, решением этих практических проблем станет использование нанотехнологий. Если делать мегасооружения толщиной всего лишь несколько молекул, это сильно снизит потребность в строительных материалах.)

Число космических экспедиций при строительстве подобных мегасооружений поистине монументально. Решением может стать использование космических роботов и самоорганизующихся материалов. К примеру, если удастся построить на Луне нанофабрику, которая изготавливала бы панели для сферы Дайсона, тогда собирать их можно будет прямо в космосе. А если роботы будут самовоспроизводящимися, сделать их можно будет столько, сколько потребуется.

Но цивилизация II типа, даже если она буквально бессмертна, сталкивается тем не менее с одной долгосрочной угрозой. Речь идет о втором законе термодинамики и о том, что все их машины в совокупности произведут достаточно инфракрасного теплового излучения, чтобы сделать жизнь на планете невозможной. Второй закон термодинамики гласит, что энтропия (беспорядок, хаос) в замкнутой системе всегда увеличивается. В данном случае каждая машина, каждое устройство и каждый аппарат производит отходы в виде тепла. Наивный человек мог бы предположить, что решение этой проблемы — строительство гигантских холодильников для охлаждения планеты. Да, такие холодильники действительно снизили бы температуру внутри себя, но, если просуммировать все, включая тепло моторов, которые обеспечивают работу холодильников, выяснится, что среднее количество тепла в системе все равно увеличивается.

(Так, в жаркий день мы обмахиваем лицо, считая, что это охлаждает нас. Лицо и правда остужается, и мы испытываем временное облегчение, но при этом наши мышцы, кости и т. п. вырабатывают дополнительное тепло и суммарное количество тепла увеличивается. Обмахивание дает кратковременный психологический эффект, а на самом деле температура нашего тела и воздуха вокруг нас повышается.)

Охлаждение для цивилизации II типа

Чтобы выжить, несмотря на второй закон термодинамики, цивилизации II типа, возможно, придется рассредоточить свои машины — в противном случае может произойти перегрев. Как мы уже говорили, одним из решений может стать вывод большей части техники в открытый космос, так, чтобы родная планета цивилизации II типа превратилась в парк. Это означает, что все вырабатывающее тепло оборудование будет производиться вне планеты. Техника станет потреблять энергию светила, но вырабатываемое ею избыточное тепло будет уходить в открытый космос и рассеиваться без вреда.

Со временем и сама сфера Дайсона начнет нагреваться. Это означает, что она обязательно должна излучать в инфракрасном диапазоне. (Даже если мы предположим, что эта цивилизация строит специальные машины, чтобы скрыть инфракрасное излучение, со временем и сами эти машины нагреются и станут излучать в инфракрасном диапазоне.)

Ученые давно сканируют небо в поисках источников инфракрасного излучения, которые говорили бы о присутствии в этом районе цивилизации II типа, но пока ничего обнаружить не удалось. Ученые Лаборатории имени Ферми в окрестностях Чикаго просканировали 250 000 звезд в поисках сигнатур цивилизации II типа, но нашли всего четыре «занятных, но по-прежнему спорных» случая, так что эти результаты можно считать неопределенными. Может быть, космический телескоп «Джеймс Уэбб», который вступит в строй в 2021 г. и будет искать именно инфракрасное излучение, сумеет-таки найти тепловую сигнатуру цивилизации II типа в нашем секторе Галактики.

Пока же это загадка. Если цивилизации II типа практически бессмертны и при этом обязательно выбрасывают вовне лишнее тепло в виде инфракрасного излучения, тогда почему мы до сих пор их не обнаружили? Возможно, ограничиваясь инфракрасным излучением, мы слишком сужаем поиски.

Астроном Крис Импи из Университета Аризоны, комментируя поиски цивилизаций II типа, писал: «Исходный посыл состоит в том, что любая высокоразвитая цивилизация должна оставлять за собой след куда более заметный, чем оставляем мы. Цивилизации II типа или старше могут использовать технологии, к которым мы только начинаем подступаться или с трудом можем представить себе. Может быть, они управляют звездными катаклизмами или используют двигатели на антивеществе. Может быть, они управляют пространством-временем, создавая кротовые норы или молодые вселенные, а общаются при помощи гравитационных волн»[73].

Или, как писал Дэвид Гринспун: «Логика подсказывает мне, что знаки богоподобного явления высокоразвитых инопланетян нужно искать в небе. И все же эта идея кажется нелепой. Она одновременно логична и абсурдна. Поди разберись»[74].

Чтобы выйти из этой дилеммы, мы можем, к примеру, осознать, что существует два способа ранжирования цивилизаций: по энергетическому потреблению и по информационному.

Современное общество давно и успешно занимается миниатюризацией и энергоэффективностью, но при этом потребление им информации испытывает взрывной рост. И действительно, Карл Саган предложил способ ранжирования цивилизаций по информации.

В его сценарии цивилизация типа A потребляет 1 млн бит информации. Цивилизация типа B должна потреблять информации вдесятеро больше, то есть 10 млн бит, и так далее до типа Z, где цивилизация может потребить поразительные 10↑31 бит информации. Согласно этой шкале, мы относимся к типу H. Смысл этой классификации в том, что цивилизации могут продвигаться по шкале информационного потребления, оставаясь при этом на том же уровне энергопотребления. Именно поэтому, возможно, они не производят значительного количества инфракрасного излучения.

В разумности такого подхода мы можем убедиться в любом музее науки и техники. Размеры машин времен промышленной революции — гигантских локомотивов и пароходов — просто поражают. Но при этом нельзя не заметить, насколько они были неэффективны и как много выделяли тепла. Точно так же гигантские компьютерные хранилища информации 1950-х гг. сегодня можно заменить обычным сотовым телефоном. Современные технологии стали намного сложнее и умнее — при этом они теперь намного менее энергозатратны.

Так что цивилизация II типа может потреблять громадное количество энергии, не сжигая при этом свою планету; для этого ей достаточно рассредоточить свои машины по сфере Дайсона или создать сверхэффективные миниатюрные компьютерные системы. Избежав проблем избыточного тепла, связанного с громадным энергопотреблением, они могут изобрести сверхэффективные технологии, потребляющие огромное количество информации, но производящие относительно немного избыточного тепла.

Разделится ли человечество?

Однако в том, насколько каждая цивилизация сможет продвинуться в своих космических путешествиях, есть серьезные ограничения. Цивилизация I типа, как мы уже видели, ограничена энергией своей планеты. В лучшем случае она сможет овладеть искусством терраформирования какой-нибудь планеты вроде Марса и начать изучение ближайших звезд. Автоматические зонды начнут исследование ближайших звездных систем, и, может быть, первые астронавты отправятся к ближайшей звезде, такой как Проксима Центавра. Но технологически и экономически такие цивилизации недостаточно развиты, чтобы начать систематическую колонизацию десятков близлежащих звездных систем.

Для цивилизации II типа, опережающей первую на несколько сотен или тысяч лет, колонизация сектора Млечного Пути становится вполне реальной возможностью. Но даже цивилизация II типа серьезно ограничена в этом отношении, и ограничивает ее световой барьер. Если считать, что сверхсветовые скорости этим существам недоступны, то на колонизацию сектора Галактики у них могут уйти многие столетия.

Но если перелет из одной звездной системы в другую занимает сотни лет, узы, связывающие поселенцев с родным миром, со временем неизбежно ослабнут. Постепенно планеты потеряют связь с другими мирами, где, возможно, возникнут новые ветви рода человеческого, сумевшие приспособиться к разнообразным местным условиям. Кроме того, колонисты, возможно, и сами будут генетически и кибернетически менять себя, чтобы лучше адаптироваться к среде. Со временем они, вероятно, перестанут ощущать какую бы то ни было связь с родной планетой.

На первый взгляд это противоречит концепции азимовского «Основания», где Галактическая империя, колонизировавшая большую часть Галактики, появилась через 50 000 лет после настоящего времени. Можно ли примирить эти две столь разные концепции будущего?

Неужели конечная судьба человечества — разделиться на мелкие части, которые будут иметь смутное представление друг о друге? Это ставит перед нами самый важный вопрос: неужели мы приобретем звезды, но при этом утратим собственную человеческую природу? И вообще, что значит быть человеком, если ветвей человечества вокруг множество и все они разные?

Судя по всему, дивергенция, или расхождение видов, широко распространена в природе и пронизывает всю биологическую эволюцию, не только эволюцию человека. Дарвин первым понял, как это происходит в животном и растительном царстве, и нарисовал в своей записной книжке пророческую диаграмму. На его рисунке мы видим ветви дерева, которые затем разветвляются на еще более мелкие веточки. На одной простой диаграмме он изобразил древо жизни, где все разнообразие природы берет начало от одного-единственного вида.

Возможно, эта диаграмма будет применима не только к жизни на Земле, но и к человечеству несколько тысяч лет спустя, когда мы станем цивилизацией II типа, способной колонизировать соседние звезды.

Великое галактическое расселение

Чтобы взглянуть на эту проблему конкретнее, нам придется заново проанализировать нашу собственную эволюцию. Окинув глазом широкую панораму человеческой истории, можно увидеть, что примерно 75 000 лет назад произошло Великое расселение, когда небольшие группы людей двинулись из Африки через Ближний Восток, создавая поселения на своем пути. Возможно, их гнали вперед экологические катастрофы, такие как извержение вулкана Тоба и ледниковый период. Один из основных людских потоков миновал Ближний Восток и отправился в Среднюю Азию. Затем, около 40 000 лет назад, это направление миграции разделилось еще на несколько меньших ветвей. Одна из них продолжила движение на восток и со временем осела в Азии, образовав ядро современных азиатов. Другая повернула и направилась в северную Европу, образовав со временем европейскую расу. Еще одна ветвь отправилась на юго-восток и со временем, пройдя Индию, попала в Юго-Восточную Азию, а затем и в Австралию.

Сегодня мы видим вокруг себя последствия Великого расселения.

Мы видим разнообразие людей разных цветов кожи, размеров, форм и культур, не имеющих наследственной памяти о своих истинных корнях. Можно даже приблизительно подсчитать, насколько разнообразен род человеческий. Если считать, что новые поколения появляются каждые 20 лет, то получится, что любых двух человек на планете разделяет не более 3500 поколений.

Сегодня, десятки тысяч лет спустя, мы при помощи современных технологий можем приступить к воссозданию всех миграционных путей прошлого. Мы можем попытаться построить фамильное древо человеческих миграций за последние 75 000 лет.

Я наглядно убедился в этом, выступив в роли ведущего в научно-популярном фильме о природе времени. Телевизионщики взяли у меня образец ДНК, затем четыре моих гена сравнили с генами тысяч других людей по всему миру в поисках совпадений. Местонахождение людей, гены которых совпали с моими, нанесли на карту. Результат получился довольно интересный. В Японии и Китае нашлось немало людей, гены которых совпали с моими, а кроме них, была еще тоненькая ниточка точек, уходивших через Тибет к пустыне Гоби. Так что ДНК-анализ позволил проследить путь, которым прошли мои предки около 25 000 лет назад.

Далеко ли мы разойдемся?

Насколько далеко разойдется человечество биологически за тысячи лет? Будет ли оно узнаваемо через десятки тысяч лет генетически раздельного существования?

На этот вопрос можно ответить, если воспользоваться ДНК как своеобразными «часами». Биологи заметили, что ДНК во все времена мутирует примерно с одинаковой частотой. К примеру, нашим ближайшим эволюционным родичем является шимпанзе. Анализ показывает, что наши с шимпанзе ДНК различаются приблизительно на 4 %. Исследование окаменевших останков человека и шимпанзе указывает, что мы разделились около 6 млн лет назад.

Это означает, что наша ДНК мутировала со скоростью 1 % за 1,5 млн лет. Естественно, это всего лишь приблизительная оценка, но посмотрим, не поможет ли она нам получить представление о древней истории нашей собственной ДНК.

Предположим на мгновение, что такая скорость изменений (1 % за каждые 1,5 млн лет) примерно постоянна.

А теперь проанализируем наших ближайших человекоподобных родичей — неандертальцев. Анализ ДНК и костных останков неандертальцев показывает, что их ДНК отличается от нашей примерно на 0,5 % и что нас отделяет от них приблизительно от 500 000 до 1 млн лет. Так что палеонтологические данные приблизительно согласуются с показаниями ДНК-часов.

Если проанализировать человеческую ДНК, то выяснится, что любые два случайно выбранных человека могут различаться по ДНК на 0,1 %. Согласно ДНК-часам, это означает, что разные ветви рода человеческого начали расходиться около 150 000 лет назад, что примерно соответствует истории происхождения человека.

Таким образом, имея ДНК-часы, мы можем примерно рассчитать, когда мы разошлись с шимпанзе, с неандертальцами и, наконец, с нашими собратьями-людьми.

С помощью этих же часов мы можем оценить, насколько сильно человечество изменится в будущем, если мы рассеемся по Галактике и при этом не будем слишком активно вмешиваться в свою ДНК. Предположим на мгновение, что мы остаемся цивилизацией II типа и на протяжении 100 000 лет располагаем только досветовыми ракетами.

Даже если разные человеческие поселения потеряют контакт с другими ветвями человечества, это приведет к тому, что люди смогут разойтись примерно на 1 % ДНК, что соответствует максимальной дивергенции между людьми, которую мы видим на Земле сегодня.

Вывод, который можно из этого сделать: в ходе расселения человечества по Галактике на досветовых скоростях и при потере связи между переселенцами и другими ветвями человечества мы по-прежнему в основе своей останемся людьми. Даже через 100 000 лет, когда мы, по разумным прикидкам, освоим скорость света, различные популяции людей будут различаться не больше, чем сегодня различаются между собой два случайно выбранных человека.

Эти же методы оценки применимы и к языку, на котором мы говорим. Археологи и лингвисты обратили внимание, что, когда они пытаются проследить происхождение языка, выявляется поразительная закономерность. Они обнаруживают, что из-за миграций язык непрерывно ветвится и разделяется на диалекты; а со временем эти новые диалекты сами становятся полноценными языками.

Если нарисовать дерево всех известных языков и связей между ними — как языки ответвлялись один от другого — и сравнить его с наследственным деревом, подробно отображающим древние пути миграции, получится практически идентичная картина.

К примеру, Исландию, которая с 874 г., когда на острове появились первые норвежские поселения, была в значительной степени изолирована от Европы, можно использовать как лабораторию для проверки лингвистических и генетических теорий. Исландский язык тесно связан с норвежским языком IX в. и имеет в своем составе лишь небольшие вкрапления шотландского и ирландского. (Это, вероятно, объясняется тем, что викинги брали рабов в Шотландии и Ирландии.) Значит, можно создать лингвистические и ДНК-часы и подсчитать приблизительно, сколько различий накопится в языке за тысячу лет. Даже через тысячу лет можно без труда найти свидетельства древних миграционных паттернов, навсегда отпечатавшихся в языке.

Но, даже если наши ДНК и язык после нескольких тысяч лет раздельного существования все еще похожи на себя, можно ли сказать то же самое о нашей культуре и верованиях? Сможем ли мы понять отдалившиеся от нас культуры и идентифицировать себя с ними?

Общие базовые ценности

Когда мы думаем о Великом переселении и цивилизациях, которые оно породило, мы представляем себе не только разнообразие физических черт, таких как цвет кожи, рост, структура волос и так далее, но и набор базовых характеристик, которые удивительно совпадают во всех культурах, даже если те потеряли контакт друг с другом тысячи лет назад.

Свидетельство тому мы видим, приходя в кино. Люди разных рас и культур, разошедшихся, возможно, 75 000 лет назад, все-таки смеются, плачут и замирают в тревожном ожидании в одни и те же моменты по ходу фильма. Переводчики отмечают универсальность шуток и юмора в фильмах, хотя языки давным-давно разошлись.

Это применимо и к нашему чувству прекрасного. В музеях, где выставлены артефакты древних цивилизаций, мы видим общие темы. Вне зависимости от конкретной культуры мы обязательно встречаем пейзажи, портреты богатых и могущественных людей, мифологические сюжеты и образы богов. Хотя чувство прекрасного трудно оценить количественно, то, что считается красивым в одной культуре, зачастую считается красивым и в другой, совершенно неродственной культуре. Например, какую культуру ни возьми, всюду мы встречаем сходные цветочные и растительные орнаменты.

Еще одной темой, которая успешно преодолевает барьеры пространства и времени, можно считать общие социальные ценности. Благополучие окружающих — один из основных глубинных мотивов человеческого поведения. Оно означает доброту, великодушие, дружбу, заботу. Разные варианты Золотого правила можно обнаружить у многих цивилизаций. Многие религии на фундаментальном уровне подчеркивают одни и те же идеи, такие как милосердие и сочувствие по отношению к бедным и несчастным.

Вторая глубинная характеристика человека направлена не внутрь, а вовне. Она включает в себя любопытство, инновации, творческий подход и стремление к открытиям и исследованию нового. Во всех культурах мира есть мифы и легенды о великих исследователях и первопроходцах.

Таким образом, принцип пещерного человека признает, что глубинные личностные характеристики человека не слишком изменились за 200 000 лет, поэтому, даже рассеявшись меж звезд, мы, скорее всего, сохраним нашу систему ценностей и личностные характеристики.

Более того, психологи отмечают, что какой-то образ привлекательного, возможно, содержится в зашифрованном виде непосредственно в мозге. Если взять фотографии нескольких сотен случайных людей и наложить при помощи компьютера эти изображения друг на друга, получится некий составной, усредненный образ. Как ни удивительно, многим этот образ кажется привлекательным. Если это правда, то из этого следует, что существует некий усредненный образ, зашитый в наш мозг «на аппаратном уровне» и определяющий, что мы считаем привлекательным. То, что нам представляется красивым в человеческом лице, — это на самом деле норма, а не исключение.

Но что произойдет, когда мы наконец обретем статус цивилизации III типа и научимся передвигаться быстрее света? Распространим ли мы ценности и эстетику нашего мира на всю Галактику?

Переход к цивилизации III типа

Возможно, со временем цивилизация II типа истощит запасы энергии не только своей звезды, но и всех близлежащих звезд и начнет постепенное движение к следующему уровню — к превращению в галактическую цивилизацию, цивилизацию III типа. Такая цивилизация умеет не только собирать энергию миллиардов звезд, она может также использовать энергию черных дыр, подобных той сверхмассивной черной дыре, что располагается в центре Млечного Пути и весит примерно как 2 млн Солнц. Если звездолет движется по направлению к ядру нашей Галактики, мы видим там множество плотных звезд и пылевых облаков, которые могли бы служить идеальным источником энергии для цивилизации III типа. Для галактической связи такая цивилизация могла бы использовать гравитационные волны, которые Эйнштейн предсказал еще в 1916 г., но обнаружить их физикам удалось только 100 лет спустя. В отличие от лазерных лучей, которые по пути могут поглощаться, рассеиваться и отклоняться от заданной траектории, гравитационные волны способны разойтись по всей Галактике, не обращая внимания на звезды, и потому для связи на больших расстояниях окажутся надежнее.

В настоящий момент нам не ясно, возможны ли сверхсветовые путешествия в принципе, так что имеет смысл рассмотреть и ситуацию, в которой они невозможны.

Если возможны только досветовые космические аппараты, то цивилизация III типа, вероятно, решит исследовать миллиарды миров в своих галактических владениях при помощи самокопирующихся зондов, которые будут лететь к звездам на досветовой скорости. Идея состоит в том, чтобы разместить этих роботов на какой-нибудь отдаленной луне. Это идеальный выбор, поскольку окружающая среда на лунах стабильнее, эрозия отсутствует, а садиться и взлетать с них легко из-за слабой силы притяжения. Лунный зонд, энергию для которого будут вырабатывать солнечные батареи, сможет бесконечно сканировать солнечную систему и передавать по радио полезную информацию.

После посадки на луну зонд построит из лунных материалов завод для производства тысячи собственных копий. Каждый такой клон второго поколения стартует с луны и унесется колонизировать другие отдаленные луны. Таким образом, начав с одного робота, мы получим их тысячу. Если каждый из них построит на своей луне еще тысячу роботов, их у нас уже будет миллион. Затем миллиард. Затем триллион. Всего за несколько поколений мы можем получить расширяющуюся сферу из квадриллионов таких устройств, которые ученые называют машинами фон Неймана.

По существу, на таком сценарии основан сюжет фильма «2001 год: Космическая одиссея», который даже сегодня остается, возможно, самым реалистичным изображением встречи с инопланетным разумом. В этом фильме инопланетяне поместили машину фон Неймана — черный монолит — на Луне, откуда она посылает сигналы на передающую станцию в системе Юпитера, чтобы отслеживать эволюцию человечества на Земле и даже влиять на ее ход.

Так что, возможно, человечество впервые встретит инопланетный разум не в виде пучеглазого чудища, а в виде небольшого самокопирующегося зонда. Благодаря применению нанотехнологий этот зонд может быть маленьким — быть может, настолько маленьким, что вы его просто не заметите. Вполне можно представить себе, что где-то — на вашем заднем дворе или на Луне — имеются свидетельства прошлых визитов инопланетного разума, но они почти невидимы.

Профессор Пол Дэвис сделал интересное предложение. Он написал статью, в которой призывал вернуться на Луну и поискать там аномальные энергетические сигнатуры или радиопередачи. Если на нашей Луне миллионы лет назад садился зонд фон Неймана, он, скорее всего, должен был добывать солнечную энергию для питания, чтобы непрерывно передавать радиосообщения. А поскольку эрозии на Луне нет, существует вероятность, что этот зонд и сегодня находится в почти идеальном рабочем состоянии и, может быть, все еще действует.

Поскольку интерес к возвращению на Луну, а затем и к полету на Марс сегодня возродился, такой проект дал бы ученым возможность проверить, не остались ли там следы предыдущих визитов инопланетян.

К примеру, писатель и кинорежиссер Эрих фон Дэникен утверждает, что инопланетные корабли уже высаживались на Землю несколько столетий назад и что астронавты изображены на памятниках древних цивилизаций. Единомышленники фон Дэникена считают, что вычурные головные уборы и костюмы, которые можно увидеть на древних рисунках и памятниках, на самом деле представляют собой изображения древних астронавтов с их шлемами, топливными баками, скафандрами и т. п. Эту идею нельзя просто так отбросить, но и доказать ее очень трудно. Одних только древних рисунков для этого недостаточно. Нам нужны достоверные, осязаемые доказательства палеоконтактов. К примеру, если на Земле существовали древние космопорты, возле них должны были остаться отходы и мусор в виде проводов, микросхем, инструментов, электроники, всевозможного бытового мусора и машин. Одна-единственная инопланетная микросхема разрешила бы этот спор раз и навсегда. Так что если кто-то из ваших знакомых утверждает, что был похищен космическими пришельцами, попросите этого человека в следующий раз, когда произойдет что-нибудь подобное, стащить что-нибудь с корабля пришельцев.

Машины фон Неймана, возможно, окажутся для цивилизации III типа самым эффективным способом получать информацию о состоянии галактики. Но существует еще один способ исследовать галактику более непосредственно — с помощью лазерного переноса, как я это называю.

Лазерный перенос к звездам

Писатели-фантасты издавна грезили о том, чтобы человек мог исследовать Вселенную в виде чисто энергетической сущности. Возможно, когда-нибудь мы действительно сможем сбросить материальную оболочку и носиться по космосу, оседлав световой луч. Мы могли бы путешествовать к далеким звездам с максимально возможной скоростью. Мы могли бы, не сдерживаемые ничем материальным, летать наперегонки с кометами, проноситься над жерлами извергающихся вулканов, задевая лавовые гребни, облетать кольца Сатурна и посещать интересные места на другом конце Галактики.

Как ни странно, эта мечта вполне может оказаться не просто полетом чистой фантазии. Не исключено, что она основана на вполне серьезных научных данных. В главе 10 мы говорили о проекте исследования человеческого коннектома — амбициозной программе составления полной схемы мозга со всеми его связями. К концу этого столетия или в начале следующего мы получим полную карту мозга, которая будет содержать, в принципе, все наши воспоминания, ощущения, чувства — и даже нашу личность. Имея коннектом, мы можем отправить его с лазерным лучом в открытый космос. Луч донесет в нужное место всю информацию, необходимую для создания цифровой копии вашего сознания.

За одну секунду ваш коннектом можно переправить на Луну. За несколько минут он может добраться до Марса. За несколько часов — до газовых гигантов. Через четыре года вы могли бы достичь Проксимы Центавра. А через 100 000 лет ваш коннектом мог бы достичь пределов галактики Млечный Путь.

По прибытии на отдаленную планету информация с лазерного луча будет загружена в мощный компьютер. После этого ваш коннектом сможет управлять роботизированным аватаром. Его тело будет настолько прочным и надежным, что сможет функционировать даже там, где атмосфера ядовита, температура чрезвычайно низка или высока, а тяготение слишком сильно или слишком слабо. И хотя все ваши нейронные схемы будут содержаться внутри стационарного мощного компьютера, вы сможете испытывать все ощущения, получаемые от аватара. В сущности, вы поселитесь в аватаре.

Преимущество такого подхода состоит в том, что исчезает необходимость в грязных и дорогих ракетах-носителях и космических станциях. Не придется решать проблемы невесомости, столкновений с астероидами, радиации, несчастных случаев и скуки, потому что вас передадут с места на место в виде чистой информации. Кроме того, двигаясь со скоростью света, вы сможете совершить путешествие к звездам максимально быстро. С вашей точки зрения, перенос вообще произойдет мгновенно. Все, что вы будете помнить, — это как вошли в лабораторию, а после этого мгновенно оказались в месте назначения. (Дело в том, что при движении со скоростью света время, по существу, останавливается, так что вы передвигаетесь по космосу безо всякой временной задержки. Этим метод существенно отличается от путешествия в анабиозе, поскольку при движении со скоростью света время, как я уже упоминал, по сути, останавливается. И хотя в процессе переноса вы ничего не увидите, всегда можно остановиться на любой промежуточной станции и посмотреть, что происходит вокруг.)

Я называю этот метод «лазерным переносом», и это, возможно, самый удобный и быстрый способ добраться до звезд. Цивилизация I типа лет через 100 сможет провести первые такие эксперименты. Для цивилизаций II и III типов лазерный перенос, наверное, окажется самым удобным способом передвижения по Галактике, поскольку они, скорее всего, будут располагать колонизированными далекими планетами с самокопирующимися роботами. Не исключено, что цивилизация III типа устроит для связи между звездами Млечного Пути своеобразное лазерное «мегашоссе», по которому будут одновременно передвигаться в разных направлениях и на разные расстояния триллионы душ.

Идея эта, кажется, обеспечивает самый удобный способ исследования Галактики, но, чтобы реально создать порт для лазерного переноса, потребуется решить несколько практических проблем.

Поместить коннектом в лазерный луч не проблема, поскольку лазеры, в принципе, способны переносить неограниченное количество информации. Главная проблема — создать вдоль маршрута сеть передающих станций, которые этот коннектом принимали бы, усиливали и отправляли дальше, на следующую станцию. Как уже говорилось, облако Оорта тянется на несколько световых лет от звезды, так что облака Оорта разных звезд могут частично перекрываться или почти соприкасаться. Стационарные кометы облака Оорта образуют, возможно, идеальные точки для размещения передающих станций. (Строить станции на кометах облака Оорта предпочтительнее, чем размещать их на дальних лунах, поскольку луны обращаются вокруг планет и часто заслоняются ими, а эти кометы практически стоят на месте.)

Чтобы построить передающие станции, на место придется добираться на досветовой скорости. Один из способов сделать это — воспользоваться системой лазерных парусов, которая разгоняется до существенной доли скорости света. После посадки на одну из комет облака Оорта роботы, прибывшие на лазерных парусах, смогут изготовить копии самих себя и собрать передающую станцию из сырья и материалов, найденных на комете.

Первоначально передающие станции придется строить с учетом досветовых скоростей, но после этого наши коннектомы смогут свободно путешествовать по проложенным маршрутам со скоростью света.

Лазерный перенос можно будет использовать не только для научных целей, но и для отдыха. Мы могли бы устраивать себе отпуска, путешествуя среди звезд. Для этого сначала нужно составить карту тех планет, лун или комет, которые нам хотелось бы посетить, — независимо от того, насколько враждебны или опасны для человека условия на них. Затем, возможно, пришлось бы составить список тех типов аватаров, которыми мы хотим воспользоваться. (Эти аватары, кстати говоря, будут существовать не в виртуальной реальности, а представлять собой реальных роботов, наделенных сверхчеловеческими способностями.) На каждой планете нас будет ждать заказанный аватар, обладающий всеми желаемыми качествами и сверхвозможностями. Добравшись до планеты, мы «вселяемся» в этого аватара, путешествуем по планете и наслаждаемся невероятными видами. Затем возвращаем робота в хранилище, чтобы им мог воспользоваться следующий клиент, а сами переносимся на лазерном луче в следующий пункт нашего путешествия. За время отпуска мы сможем исследовать несколько лун, комет и экзопланет. Нам не придется беспокоиться о несчастных случаях и болезнях, поскольку на самом деле по Галактике будет носиться только наш коннектом.

Когда мы смотрим в ночное небо и гадаем, есть ли там кто-нибудь, небеса могут казаться нам холодными, неподвижными и пустыми. Но, возможно, там каждое мгновение верхом на лазерном луче проносятся триллионы путешественников.

Кротовые норы и энергия Планка

Все это, однако, оставляет открытой вторую возможность — то, что цивилизации III типа доступны путешествия на сверхсветовых скоростях. С ними в эту картину входит новый закон физики. Это царство планковской энергии, масштаб, на котором происходят новые странные явления, нарушающие обычные законы гравитации.

Чтобы понять, почему планковская энергия так важна, следует осознать, что в настоящее время все известные физические явления, от Большого взрыва до движения элементарных частиц, могут быть объяснены на базе двух теорий — общей теории относительности Эйнштейна и квантовой теории. Вместе они образуют основу физических законов, управляющих веществом и энергией. Первая из теорий — общая теория относительности — это теория очень большого: теория относительности объясняет Большой взрыв, свойства черных дыр и эволюцию расширяющейся Вселенной. Вторая — теория очень малого: квантовая теория описывает свойства и движение атомных и субатомных частиц, благодаря которым стали возможны все электронные чудеса в нашей действительности.

Проблема в том, что эти две теории не удается объединить в единую всеобъемлющую теорию. Они совсем не похожи, основаны на разных допущениях, разной математике и разных физических картинах.

Если единая теория поля возможна, то энергия, при которой произойдет унификация, и будет энергией Планка. Это та точка, в которой теория гравитации Эйнштейна полностью рушится. Это энергия Большого взрыва и энергия в центре черной дыры.

Энергия Планка составляет 10↑19 млрд эВ, что в квадриллион раз больше энергии, получаемой в самом мощном ускорителе частиц на Земле — Большом адронном коллайдере в ЦЕРН.

Поначалу зондирование планковской энергии казалось безнадежным, настолько она громадна. Но цивилизация III типа, имеющая в своем распоряжении более чем в 10↑20 раз больше энергии, чем цивилизация I типа, обладает достаточной мощью, чтобы реализовать это. Так что цивилизация III типа, возможно, в состоянии играть с тканью пространства-времени и по желанию искривлять ее.

Может быть, они достигают такого невероятного энергетического масштаба путем создания ускорителя частиц намного более крупного, чем Большой адронный коллайдер. БАК — это кольцевая труба в форме пончика 27 км в окружности, окруженная сильнейшими магнитными полями.

Когда поток протонов впрыскивается в БАК, магнитные поля изгибают его траекторию и превращают ее в окружность. Затем на «пончик» начинают периодически подавать импульсы энергии, которые заставляют протоны ускоряться. Два пучка протонов летают по трубке в противоположных направлениях. Когда они достигают максимальной скорости, их сталкивают лоб в лоб. При столкновении высвобождается энергия в 14 трлн эВ — крупнейший выброс энергии, когда-либо созданный искусственно. (Это столкновение настолько мощно, что кое-кто даже беспокоился, не станет ли оно причиной рождения черной дыры, которая может поглотить Землю. Эти опасения безосновательны. Землю непрерывно бомбардируют естественно возникающие субатомные частицы с энергиями, намного превышающими 14 трлн эВ. Мать-природа может посылать нам космические лучи намного более мощные, чем те жалкие подобия, которые мы создаем в своих лабораториях.)

После Большого адронного коллайдера

Большой адронный коллайдер породил множество сенсационных новостей[75], включая новость об открытии неуловимого прежде бозона Хиггса, которое принесло Нобелевскую премию двум физикам — Питеру Хиггсу и Франсуа Энглеру. Одной из основных задач БАКа было достроить головоломку, известную как Стандартная модель элементарных частиц, в которой не хватало последней детали. Эта модель — наиболее продвинутая версия квантовой теории — дает полное описание Вселенной на низких энергетических уровнях.

Стандартную модель иногда еще называют «теорией почти всего», поскольку она точно описывает низкоэнергетическую Вселенную, которую мы видим вокруг. Но она не может быть окончательной теорией по нескольким причинам:

1. В ней не упоминается тяготение. Хуже того, при объединении Стандартной модели и Эйнштейновой теории гравитации гибридная теория рушится, выдавая полную чепуху (расчеты выдают бесконечности, что подразумевает бесполезность и неприменимость теории).

2. В ней присутствует странный набор частиц, явственно отдающий искусственностью. Это 36 кварков и антикварков, серия глюонов Янга — Миллса, лептоны (электроны и мюоны) и бозоны Хиггса.

3. В ней 19 или около того свободных параметров (массы и константы связи частиц), которые приходится вводить вручную. Эти массы и константы связи не определяются теорией; никто не знает, почему они имеют именно такие численные значения.

Трудно поверить, что Стандартная модель с ее пестрым набором субатомных частиц — это и есть окончательная и универсальная теория природы. Это как взять моток скотча, скрепить им утконоса, муравьеда и кита и назвать то, что получилось, прекраснейшим творением Матери-природы и конечным продуктом миллионов лет эволюции.

Следующим крупным ускорителем частиц, который сейчас находится в стадии планирования, станет Международный линейный коллайдер (МЛК), представляющий собой прямую трубу почти 50 км длиной, в которой будут сталкиваться пучки электронов и антиэлектронов. Планируется, что новый коллайдер будет располагаться в горах Китаками в Японии, а его строительство обойдется примерно в $20 млрд (половину этой суммы даст японское правительство).

Хотя максимальная энергия МЛК составит всего лишь 1 трлн эВ, во многих отношениях он будет превосходить БАК. Когда сталкиваются протоны, это столкновение очень трудно анализировать, поскольку сам протон имеет сложную структуру (в него входят три кварка, удерживаемые вместе частицами под названием «глюоны»). А вот электрон не имеет известной структуры. Похоже, что это по-настоящему элементарная частица. Поэтому при столкновении электрона с антиэлектроном взаимодействие будет чистым и простым.

Даже с учетом современных успехов физики наша цивилизация 0 типа не в состоянии непосредственно зондировать планковскую энергию. Но цивилизации III типа все это будет подвластно. Строительство таких ускорителей, как БАК, может стать решающим шагом к прекрасному дню, когда мы сможем проверить, насколько стабильно пространство-время и сможем ли мы передвигаться сквозь него по короткому пути.

Ускоритель в поясе астероидов

Со временем высокоразвитая цивилизация могла бы построить ускоритель частиц размером с пояс астероидов. Круговой поток протонов двигался бы вдоль пояса, направляемый гигантскими магнитами. На Земле частицы движутся внутри большой кольцевой трубки с вакуумом внутри. Но, поскольку вакуум открытого космоса лучше любого земного вакуума, такому ускорителю трубка вовсе не понадобится.

Для его строительства понадобится только серия гигантских магнитных станций, размещенных в стратегических точках вдоль всего пояса астероидов и формирующих кольцевую траекторию для протонного пучка. Это чем-то напоминает эстафетную гонку. Всякий раз, когда протоны проходят мимо очередной станции, электрический импульс запитывает магниты и они подталкивают протонный пучок так, что он движется к следующей станции под нужным углом. Всякий раз, когда протонный пучок проходит мимо станции, в него закачивается новая порция энергии в виде лазерной энергии, и это происходит до тех пор, пока протоны постепенно не достигнут планковской энергии.

Достигнув этой энергии, ускоритель сможет сфокусировать ее в одной точке. По идее, там должна открыться кротовая нора. В нее можно будет впрыснуть достаточно отрицательной энергии, чтобы стабилизировать ее и не дать схлопнуться.

Как может выглядеть проход через кротовую нору? Никто этого не знает, но физик Кип Торн из Калифорнийского технологического института попробовал сделать научно обоснованное предположение, когда консультировал режиссеров фильма «Интерстеллар». При помощи компьютерной программы Торн изобразил траектории световых лучей при прохождении их мимо и сквозь кротовую нору, чтобы можно было получить зрительное представление о том, как могло бы выглядеть подобное путешествие. Этот фильм стал на данный момент самой строгой и научной попыткой визуализировать проход через кротовую нору.

(В фильме при приближении к черной дыре вы видите гигантскую черную сферу, известную как горизонт событий. Именно горизонт событий становится для вас точкой невозврата. Внутри этой черной сферы находится сама черная дыра — крохотная точка, обладающая невероятной плотностью и столь же невероятным тяготением.)

Помимо строительства гигантских ускорителей есть еще несколько способов использования кротовых нор, возможных с точки зрения физики. Один из сценариев предполагает, что Большой взрыв проходил настолько стремительно, что мог запустить механизм расширения микроскопических кротовых нор, существовавших в новорожденной Вселенной 13,8 млрд лет назад. Когда Вселенная начала расширяться экспоненциально, эти кротовые норы, возможно, стали расширяться вместе с ней. Значит, хотя никто пока не видел ничего подобного, кротовые норы могут существовать во Вселенной естественным образом. Некоторые физики рассуждают о том, как отыскать их в пространстве. (Чтобы найти естественную кротовую нору — а такой поиск стал темой нескольких эпизодов «Звездного пути», — следует искать в космосе объект, который искажает звездный свет определенным образом, превращая его, возможно, в сферу или кольцо.)

Еще одна возможность, которую также исследовали Кип Торн и его коллеги, состоит в том, чтобы найти микроскопическую кротовую нору в вакууме и расширить ее. Согласно нашим нынешним представлениям, по мере того как вселенные возникают, а затем вновь исчезают в небытии, пространство, вероятно, пенится микроскопическими кротовыми норами. Располагая достаточным количеством энергии, можно было бы захватить уже существующую кротовую нору и расширить ее.

Однако у всех этих сценариев есть одна проблема. Кротовая нора окружена частицами гравитации — гравитонами. Перед прохождением сквозь кротовую нору вам встретятся квантовые поправки в форме гравитационного излучения. В обычных условиях квантовые поправки малы и их можно не принимать во внимание. Но расчеты показывают, что при проходе сквозь кротовую нору данные поправки бесконечны, так что это излучение, скорее всего, окажется смертельным. Кроме того, уровень излучения может оказаться настолько высоким, что кротовая нора закроется, сделав проход невозможным. Физики все еще спорят о том, насколько опасным может быть путешествие сквозь кротовую нору.

Как только мы проникаем в кротовую нору, теория относительности Эйнштейна становится бесполезной. Квантовые эффекты там настолько сильны, что провести нас через кротовую нору должна другая теория, более высокого порядка. Сейчас на это способна только теория струн — одна из самых странных концепций в истории физики[76].

Квантовая размытость

Какая теория может объединить общую теорию относительности и квантовую теорию на уровне планковской энергии? Эйнштейн последние 30 лет своей жизни занимался поисками теории всего, которая позволила бы ему «прочитать мысли Бога», но потерпел неудачу. Теория всего остается одной из главных проблем современной физики. Она раскрыла бы для нас некоторые важнейшие тайны Вселенной, с ее помощью мы смогли бы исследовать путешествия во времени, кротовые норы, дополнительные измерения, параллельные вселенные и даже то, что происходило до Большого взрыва. Мало того, именно от ответа на этот вопрос зависит, сможет ли человечество путешествовать по Вселенной на сверхсветовых скоростях.

Чтобы разобраться в этом, нам нужно осмыслить основание квантовой теории — принцип неопределенности Гейзенберга. Этот принцип, название которого звучит так невинно, гласит, что, какими бы чувствительными ни были инструменты, невозможно точно определить одновременно скорость и положение любой элементарной частицы, к примеру электрона. Здесь всегда присутствует квантовая размытость. Вырисовывается поразительная картина: на самом деле электрон представляет собой целый набор различных состояний, и каждое из них описывает электрон в какой-то конкретной точке и с какой-то конкретной скоростью. Эйнштейн ненавидел этот принцип. Он верил в «объективную реальность» — обычное бытовое представление о том, что объекты существуют в определенных конкретных состояниях и что точное положение и скорость любой частицы можно измерить.

Но квантовая теория говорит иначе. В зеркале вы видите себя не таким, какой вы на самом деле. Вы состоите из очень большого набора разных волн. Образ, который вы видите в зеркале, — это некое усреднение, наложение всех этих волн. Есть даже небольшая вероятность того, что некоторые из них распространяются на всю вашу комнату и дальше, в пространство. Некоторые волны, возможно, распространяются до Марса или даже дальше. (Мы любим задавать нашим аспирантам задачу на расчет вероятности того, что некоторые из их волн доходят до Марса и что однажды утром они, встав с постели, смогут ступить прямо на поверхность Красной планеты.)

Эти волны называют «квантовыми поправками» или «квантовыми флуктуациями». В обычных условиях эти поправки малы, так что бытовые представления, основанные на здравом смысле, прекрасно работают, — ведь мы представляем собой наборы атомов и видим только усредненные образы. Но на субатомном уровне квантовые поправки могут быть большими, так что электроны могут находиться в нескольких точках одновременно и существовать в параллельных состояниях. Ньютон был бы шокирован, если бы ему объяснили, что электроны в транзисторах могут существовать в параллельных состояниях. Именно квантовые поправки делают возможной современную электронику. Так что если бы мы могли каким-то образом отключить квантовую размытость, все наши чудеса техники перестали бы работать и общество оказалось бы отброшено почти на 100 лет назад, в доэлектрическую эпоху.

К счастью, физики могут рассчитать квантовые поправки для субатомных частиц и сделать для них предсказания (некоторые сбываются с невероятной точностью, до одной десятитриллионной). Квантовая теория настолько точна, что ее, вероятно, можно считать самой успешной теорией всех времен. Ничто не может соперничать с ней, когда речь идет об обычном веществе. Возможно, это и впрямь самая безумная теория в истории, неслучайно Эйнштейн сказал, что чем успешнее становится квантовая теория, тем она становится страннее. Но в ее пользу говорит один факт: она безусловно верна.

Принцип неопределенности Гейзенберга вынуждает нас заново оценить все, что мы знаем о реальности. Один из результатов такого анализа состоит в том, что черные дыры на самом деле не могут быть черными. Квантовая теория гласит, что чистая чернота должна иметь квантовые поправки, так что черные дыры на самом деле серые. (А еще они испускают слабое излучение, известное как излучение Хокинга.) Во многих учебниках говорится, что в центре черной дыры, или в начале времен, имеется «сингулярность» — точка с бесконечным тяготением. Но бесконечное тяготение нарушает принцип неопределенности. (Иными словами, никакой «сингулярности» не существует; это просто слово, которое мы придумали, чтобы замаскировать свое незнание того, что происходит, когда не работают уравнения. В квантовой теории тоже нет сингулярностей, поскольку там есть размытость, не позволяющая нам точно узнать положение черной дыры.) Также часто говорят, что чистый вакуум — это чистое «ничто». Концепция «нуля» нарушает принцип неопределенности, так что никакого чистого «ничто» не существует. (Вакуум — это кипящий котел постоянно возникающих и исчезающих виртуальных частиц вещества и антивещества.) И абсолютного нуля — температуры, при которой прекращается всякое движение, — тоже не существует. Даже при приближении к этой температуре атомы продолжают слегка колебаться, сохраняя так называемую энергию нулевых колебаний.

Однако, пытаясь сформулировать квантовую теорию гравитации, мы сталкиваемся с проблемой. Квантовые поправки к теории Эйнштейна описываются частицами, которые мы называем «гравитонами». Точно так же, как фотон — это частица света, гравитон — это частица гравитации. Гравитоны настолько неуловимы, что еще никому не удавалось увидеть их в лаборатории. И все же физики уверены, что они существуют, поскольку без них не обходится ни одна квантовая теория гравитации. Однако, когда мы пытаемся проводить вычисления с учетом гравитонов, квантовые поправки оказываются бесконечными. Квантовая гравитация усеяна поправками, которые нарушают работу уравнений. Эту проблему пытались решить многие великие физики, но все они потерпели неудачу.

Так что одна из целей современной физики — создать квантовую теорию гравитации, где квантовые поправки конечны и вычислимы. Иными словами, теория гравитации Эйнштейна разрешает формирование кротовых нор, которые когда-нибудь, возможно, обеспечат нас короткими маршрутами по Галактике. Но теория Эйнштейна не может сказать, стабильны эти кротовые норы или нет. Чтобы рассчитать квантовые поправки, нам нужна теория, в которой принципы относительности сочетались бы с квантовыми принципами.

Теория струн

До сих пор главным (и единственным) кандидатом на решение этой проблемы является так называемая теория струн, которая гласит, что все вещество и вся энергия во Вселенной состоят из ультрамикроскопических струн. Каждое колебание струны соответствует определенной субатомной частице. Так что электрон на самом деле не точечная частица. Будь у нас супермикроскоп, мы увидели бы, что это вообще не частица, а колеблющаяся струна. Электрон представляется нам элементарной и точечной частицей только потому, что струна такая крохотная.

Если струна колеблется на другой частоте, она соответствует другой частице — какому-нибудь из кварков, мю-мезону, нейтрино, фотону и т. д. Вот почему физики открыли такое странное — и нелепое — число субатомных частиц. Их сотни, и все они различные колебания крохотной струны. Таким способом теория струн может объяснить квантовую теорию субатомных частиц. Согласно теории струн, движение струны вынуждает пространство-время искривляться в точности так, как предсказывал Эйнштейн, поэтому она весьма удачно объединяет теорию Эйнштейна и квантовую теорию.

Это означает, что субатомные частицы в точности похожи на музыкальные ноты. Вселенная представляет собой струнную симфонию, физика — гармония этих нот, а «мысли Бога», в которые так жаждал заглянуть Эйнштейн, — космическая музыка, пробуждающая резонанс в гиперпространстве.

Каким образом теория струн изгоняет квантовые поправки, десятилетиями преследовавшие физиков? Дело в том, что в теории струн имеется так называемая суперсимметрия. Каждой частице соответствует суперпартнер — суперчастица, она же счастица. К примеру, суперпартнером электрона является сэлектрон, партнером кварка — скварк. Так что у нас два типа квантовых поправок — те, что исходят от обычных частиц, и те, что исходят от счастиц. Красота теории струн в том, что квантовые поправки, исходящие от этих двух наборов частиц, в точности компенсируют друг друга.

Таким образом, теория струн дает нам простой и элегантный способ устранения бесконечных квантовых поправок. Они исчезают, потому что эта теория предполагает новый тип симметрии, который придает ей математическую мощь и красоту.

Возможно, для художников красота — это нечто неуловимое, что они стремятся запечатлеть в своих работах. Для физика-теоретика красота — это симметрия. Кроме того, красота абсолютно необходима при исследовании истинной природы пространства и времени. К примеру, если я беру снежинку и поворачиваю ее на 60°, снежинка остается прежней. Так калейдоскоп создает красивые узоры — в нем используются зеркала, которые многократно отражают случайный рисунок и заполняют им все 360°. Мы говорим, что снежинка и узор в калейдоскопе обладают радиальной симметрией; это значит, что они остаются собой при повороте на определенный угол.

Скажем, у меня есть уравнение, в котором содержится множество субатомных частиц, и я смешиваю их или заменяю одни на другие. Если уравнение после перераспределения частиц остается прежним, мы говорим, что оно обладает симметрией.

Сила симметрии

Симметрия не просто вопрос эстетики. Это мощный способ избавиться от несовершенства и аномалий в уравнениях. Если вращать снежинку, то можно сразу же заметить любые дефекты, сравнив «повернутый» вариант с первоначальным. Если они не одинаковы, значит, существует проблема, которую необходимо скорректировать.

Точно так же при построении квантового уравнения мы часто обнаруживаем, что теория поражена крохотными аномалиями и расхождениями. Но, если в уравнении есть симметрия, эти дефекты устраняются. Точно так же суперсимметрия заботится о бесконечностях и несовершенствах, часто обнаруживаемых в квантовой теории.

В качестве бонуса оказывается, что суперсимметрия — это крупнейшая симметрия, которую когда-либо обнаруживали в физике. Суперсимметрия может взять все известные субатомные частицы и смешать их или распределить заново, сохранив при этом первоначальное уравнение. Мало того, суперсимметрия настолько мощная штука, что она может взять теорию Эйнштейна, включая гравитон и субатомные частицы Стандартной модели, и повернуть их или поменять местами. Это дает нам приятный и естественный способ объединить теорию гравитации Эйнштейна и субатомные частицы.

Теория струн подобна гигантской космической снежинке, каждый конец которой представляет полный набор Эйнштейновых уравнений и Стандартную модель элементарных частиц. Так что каждый конец снежинки представляет все частицы Вселенной. Когда мы вращаем снежинку, все частицы Вселенной меняются местами друг с другом. Некоторые физики отмечают, что, даже если бы Эйнштейна не было и никто не тратил бы миллиарды долларов на бомбардировку атомов для создания Стандартной модели, всю физику XX в. можно было бы вывести из теории струн.

Важнее всего, что суперсимметрия взаимно нейтрализует квантовые поправки частиц и счастиц, оставляя нам конечную теорию гравитации. Это настоящее чудо теории струн. Это также дает ответ на вопрос, который чаще всего возникает в связи с теорией струн: почему Вселенная существует в 10 измерениях? Почему не в 13 или 20?

Дело в том, что число частиц в теории струн может варьировать в зависимости от размерности пространства-времени. При большем числе измерений частиц тоже больше, поскольку возникает больше способов, которыми они могут колебаться. Пытаясь компенсировать квантовые поправки от частиц при помощи квантовых поправок для счастиц, мы обнаруживаем, что такая компенсация возможна только в 10 измерениях.

Обычно математики создают новые хитроумные структуры, которые физики позже включают в свои теории. К примеру, теория искривленных поверхностей была разработана математиками в XIX в., а в 1915 г. включена Эйнштейном в теорию гравитации. На этот раз, однако, произошло обратное. Теория струн открыла путь к такому количеству новых областей математики, что математики были поражены. Молодым амбициозным математикам, которые обычно с презрением относятся к прикладным аспектам своей дисциплины, приходится осваивать теорию струн, если они хотят работать на переднем крае своей науки.

Хотя теория Эйнштейна допускает существование кротовых нор и путешествий быстрее света, при расчете стабильности этих кротовых нор в присутствии квантовых поправок уже не обойтись без теории струн.

Подведем краткий итог. Квантовые поправки бесконечны, и избавление от этих бесконечностей является одной из фундаментальных задач физики. Теория струн устраняет эти квантовые поправки, потому что в ней присутствуют два типа квантовых поправок, которые в точности компенсируют друг друга. Точным соответствием параметров частиц параметрам счастиц мы обязаны суперсимметрии.

Но, какой бы элегантной и мощной ни была теория струн, одних теоретических выкладок недостаточно — теория должна пройти окончательную экспериментальную проверку.

Критика теории струн

Картина получается правдоподобная и убедительная, тем не менее остаются серьезные претензии, которые можно предъявить к теории струн. Во-первых, поскольку теория струн (как и любая теория всего) объединяет всю физику на уровне планковской энергии, на Земле не существует установки настолько мощной, чтобы строго и достоверно ее проверить. Для такой проверки потребовалось бы создать в лаборатории крохотную новую вселенную, что невозможно при нынешнем уровне технологий.

Во-вторых, как любая физическая теория, теория струн имеет не одно решение. К примеру, уравнения Максвелла, которым подчиняется свет, имеют бесконечное число решений. Это не проблема, потому что в самом начале любого эксперимента мы конкретизируем, что именно изучаем — электрическую лампочку, лазер или телевизор, — и решаем уравнения Максвелла, имея заданные начальные условия. Но если речь идет о теории Вселенной, то каковы могут быть начальные условия? Физики считают, что теория всего должна диктовать собственное начальное состояние, они предпочли бы, чтобы начальные условия Большого взрыва каким-то образом выводились из самой теории. Теория струн, однако, не сообщает нам, какое из множества ее решений является верным для нашей Вселенной. А без начальных условий теория струн включает в себя бесконечное число параллельных вселенных (их совокупность называют мультивселенной), и каждая из них не менее достоверна, чем любая другая. Так что мы получаем ошеломляющее богатство выбора, где теория струн предсказывает не только нашу знакомую Вселенную, но, возможно, и бесконечное число других столь же возможных чужих вселенных.

В-третьих, самое поразительное, наверное, предсказание теории струн состоит в том, что Вселенная вовсе не четырехмерна, а существует в 10 измерениях. Никогда и нигде в физике мы не видели столь странного основания — теория пространства-времени, самостоятельно выбирающая для себя размерность. Это настолько странно, что поначалу многие физики восприняли это как чистую фантастику. Когда теория струн только появилась, ее способность существовать только в 10 измерениях вызывала насмешки. Нобелевский лауреат Роберт Фейнман, к примеру, поддразнивал Джона Шварца, одного из основателей теории струн, вопросом: «Ну что, Джон, в скольких измерениях мы сегодня находимся?»

Жизнь в гиперпространстве

Как известно, любой объект в нашей Вселенной можно описать тремя числами: длина, ширина и высота. Если добавить время, то получится, что четырьмя числами можно описать любое событие во Вселенной. К примеру, если я собираюсь с кем-нибудь встретиться в Нью-Йорке, я могу сказать, что мы встречаемся на углу Сорок второй улицы и Пятой авеню, на десятом этаже, в полдень. Но для математика ограничение числа координат тремя или четырьмя может показаться достаточно произвольным, поскольку ни в трехмерности, ни в четырехмерности ничего особенного нет. Почему самая фундаментальная характеристика физической Вселенной должна описываться такими ничем не примечательными числами?

Так что математики не испытывают проблем с теорией струн. Но физики, чтобы хоть как-то визуализировать высшие измерения, часто пользуются аналогиями. Ребенком я часами наблюдал жизнь Японского чайного сада в Сан-Франциско. Глядя на рыб, плавающих в неглубоком пруду, я задавался вопросом, который может прийти в голову только ребенку: «Каково это — быть рыбой?» «Какой странный мир видят перед собой рыбы», — думал я. Наверное, они считают вселенную двумерной, ведь в этом ограниченном пространстве они могут плыть только вправо или влево, но никогда вверх или вниз. Любую рыбку, которая осмелилась бы заговорить о третьем измерении за пределами прудика, сочли бы безумной. Затем я представил, что в пруду живет рыбка, которая фыркает всякий раз, когда кто-то при ней упоминает гиперпространство, ведь понятно же, что Вселенная — это только то, что можно потрогать и почувствовать, ничего больше. Потом я представил, что ловлю эту рыбку и вынимаю ее из воды. Что увидит она в «верхнем» мире? Существ, которые передвигаются без помощи плавников, — это новый закон физики. Существ, которые дышат без воды, — это новый закон биологии. Затем я представил, что выпускаю эту ученую рыбку в ее пруд, где ей придется рассказывать остальным рыбкам про невероятных существ, живущих «верхнем» мире.

Можно провести аналогию между рыбками в пруду и нами. Может быть, рыбки — это и есть мы. Если теория струн будет доказана, это будет означать, что за пределами знакомого нам четырехмерного мира существуют невидимые дополнительные измерения. Но где они прячутся? Один из вариантов ответа состоит в том, что шесть из десяти измерений «свернулись» так, что увидеть их теперь нельзя. Представьте, что вы берете лист бумаги и скручиваете его в плотную трубочку. Лист двумерен, но в результате скручивания получилась одномерная трубочка. С некоторого расстояния вы увидите только ее, но бумажный лист как был, так и остался двумерным.

Теория струн говорит, что первоначально вселенная была десятимерной, но шесть измерений по какой-то причине свернулись, создав иллюзию того, что в нашем мире всего четыре измерения. Хотя этот аспект теории струн кажется фантастичным, уже предпринимаются шаги, направленные на определение высших измерений.

Но как именно высшие измерения помогают теории струн объединить теорию относительности и квантовую механику? Пытаясь объединить гравитационные, ядерные и электромагнитные взаимодействия в единую теорию, вы обнаружите, что в четырех измерениях для этого попросту не хватает «места». Отдельные теории напоминают детали пазла, которые не стыкуются между собой. Но стоит добавить одно измерение, затем еще и еще, и место для сборки теорий более низкого уровня — деталей пазла — в единую картину находится.

Вспомните, к примеру, двумерный мир Флатландии, где человечки могут двигаться только вправо или влево, но никогда «вверх». Представьте, что существовал когда-то красивый трехмерный кристалл, который взорвался, осыпав осколками Флатландию. Постепенно, с годами, флатландцы собрали из обломков кристалла два больших фрагмента. Как они ни стараются, им никак не удается соединить эти два фрагмента так, чтобы кристалл вновь стал целым. Но однажды один флатландец выдвигает скандальное предположение: нужно сдвинуть один из фрагментов «вверх», в невидимое третье измерение, и тогда два фрагмента соединятся между собой и образуют красивый трехмерный кристалл. Ключ к воссозданию кристалла — сдвиг фрагментов через третье измерение. Аналогично два фрагмента — это теория относительности и квантовая теория, кристалл — теория струн, а взрыв, раскидавший обломки, — Большой взрыв.

Хотя теория струн достаточно аккуратно согласуется с экспериментальными данными, нам все же нужно ее проверить. Как уже говорилось, прямая проверка невозможна, но это не страшно: большая часть физики делается косвенными методами. К примеру, мы знаем, что Солнце состоит в основном из водорода и гелия, хотя никто на Солнце не бывал. Мы знаем состав Солнца, потому что анализируем его косвенными методами, глядя на солнечный свет сквозь призму, которая расщепляет его на целую кучу цветов. Изучая отдельные полоски в составе радуги (спектра), мы можем идентифицировать по ним водород и гелий. (Мало того, первоначально гелий был обнаружен не на Земле. В 1868 г., анализируя солнечный свет во время затмения, ученые обнаружили признаки присутствия в солнечной короне неизвестного элемента. Его окрестили «гелий», что означает «солнечный». Только в 1895 г. гелий удалось отыскать на Земле.)

Темная материя и струны

Теорию струн тоже можно было бы доказать при помощи различных косвенных экспериментов. Поскольку каждое колебание струны соответствует какой-нибудь частице, мы можем искать в ускорителях новые частицы, которые представляют более высокие «октавы» струны. Есть надежда, что при столкновении протонов при напряжении в триллионы вольт среди обломков на мгновение возникнет новая частица, предсказанная теорией струн. Это, кстати, помогло бы нам разобраться в одной из нерешенных проблем астрономии.

В 1960-е гг. астрономы, проверяя вращение нашей Галактики, обнаружили нечто странное. Оказалось, что она вращается так быстро, что по законам Ньютона должна была давно разлететься, однако Галактика стабильна уже около 10 млрд лет. Притом что вращалась она примерно в 10 раз быстрее, чем следовало бы по законам традиционной Ньютоновой механики.

Это породило колоссальную проблему. Получалось, что либо Ньютоновы уравнения неверны (что почти немыслимо), либо галактики окружены невидимым гало из неизвестного вещества, которое увеличивает их массу настолько, чтобы собственное тяготение могло удерживать галактики в целости. Значит, фотографии величественных галактик с красивейшими спиральными рукавами отображают не всё — в частности, на них нет гигантских гало, в 10 раз превосходящих по массе видимую часть соответствующей галактики. А поскольку на фотографиях галактик изображена только чудесная закручивающаяся спиралью масса звезд, то, что удерживает эту массу вместе (что бы это ни было), не должно взаимодействовать со светом — оно должно быть невидимым.

Астрофизики окрестили эту загадочную массу «темной материей». Ее существование вынудило их пересмотреть теории, согласно которым Вселенная состоит в основном из атомов. Сегодня у нас есть карты распределения темной материи по Вселенной. Она невидима, но искривляет звездный свет так, как должно его искривлять нечто массивное. Проанализировав искажение звездного света пространством, окружающим галактики, мы можем рассчитать при помощи компьютеров присутствие темного вещества и составить карту его распределения по Вселенной. И по этой карте видно, что большая часть суммарной массы любой галактики существует именно в этой форме.

Помимо невидимости, темная материя обладает тяготением, но подержать ее в руке невозможно. Это вещество вообще не взаимодействует с атомами (оно электрически нейтрально), оно легко пройдет сквозь вашу руку, сквозь пол и сквозь кору Земли. Оно колебалось бы где-то в недрах планеты между Нью-Йорком и Австралией, как будто Земли между ними вовсе нет, хотя удерживалось бы на месте именно тяготением Земли. Так что невидимая темная материя гравитационно взаимодействует с другими частицами.

По одной из теорий темная материя представляет собой высшие колебания суперструны. Ведущий кандидат на эту роль — суперпартнер фотона, известный как фотино, то есть маленький фотон. Фотино обладает всеми свойствами, которыми должна обладать темная материя: оно невидимо, поскольку не взаимодействует со светом, но при этом стабильно и обладает весом.

Существует несколько способов доказать эту гипотезу. Первый состоит в том, чтобы создать темную материю в Большом адронном коллайдере, столкнув между собой протоны. На краткий миг в ускорителе образуется частица темной материи. Такое событие, если бы его удалось реализовать, вызвало бы сильнейший резонанс в науке. Это означало бы, что впервые в истории найдена новая форма материи, не основанная на атомах. Если БАК окажется для этого недостаточно мощным, то, может быть, мощности МЛК уже хватит.

Есть и еще один способ доказать эту гипотезу. Земля движется в потоке невидимой темной материи. Есть надежда, что частица темной материи может столкнуться с протоном внутри ускорителя частиц, породив при этом ливень субатомных частиц, которые, в принципе, можно сфотографировать. Есть физики, которые терпеливо ждут появления сигнатуры столкновения между материей и темной материей в своих детекторах. Первому физику, обнаружившему такую сигнатуру, обеспечена Нобелевская премия.

Если темная материя будет обнаружена — неважно, в ускорителях частиц или в наземных датчиках, — мы сможем сравнить ее свойства с тем, что предсказывает теория струн. Таким способом мы получим объективные данные и сможем оценить верность теории.

Хотя обнаружение темной материи стало бы огромным шагом к подтверждению теории струн, возможны и другие доказательства. К примеру, если движением крупных объектов, таких как звезды и планеты, управляет закон всемирного тяготения Ньютона, то о силе тяготения, действующей на малых расстояниях, таких как сантиметры или метры, известно очень мало. Поскольку теория струн постулирует дополнительные измерения, значит, знаменитый Ньютонов обратно-квадратичный закон, согласно которому сила взаимного притяжения убывает пропорционально квадрату расстояния, на малых расстояниях должен нарушаться, поскольку закон Ньютона сформулирован для трех измерений. (Если бы пространство было, к примеру, четырехмерно, то сила гравитации должна была бы убывать пропорционально кубу расстояния. На данный момент никакие тесты, связанные с законом всемирного тяготения Ньютона, не дают никаких свидетельств в пользу существования высших измерений, но физики не сдаются.)

Еще одно возможное направление исследований состоит в том, чтобы отправить детекторы гравитационных волн в космос. Обсерватории LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория), базирующейся в штатах Луизиана и Вашингтон, удалось в 2016 г. зарегистрировать гравитационные волны от сталкивающихся черных дыр, а в 2017 г. — от сталкивающихся нейтронных звезд. Не исключено, что модифицированная версия космического аппарата eLISA (Evolved Laser Interferometer Space Antenna, Улучшенная космическая антенна, использующая принцип лазерного интерферометра) сможет принять гравитационные волны от мгновения Большого взрыва. Есть надежда, что при этом можно будет «отмотать пленку назад» и сформулировать какие-то гипотезы относительно эпохи до Большого взрыва. Это позволило бы проверить, пусть и приблизительно, некоторые предсказания теории струн относительно состояния Вселенной до Большого взрыва.

Теория струн и кротовые норы

Cвидетельством в пользу теории струн также могло бы стать обнаружение других предсказанных ею экзотических частиц, к примеру микроскопических черных дыр, похожих на субатомные частицы.

Физика позволяет нам рассуждать о цивилизациях, намного обогнавших нас в развитии, и строить обоснованные гипотезы на основе их уровня энергопотребления. Так, можно ожидать, что цивилизации развиваются от планетарной цивилизации I типа к звездной II типа и, наконец, к галактической III типа. Последняя, предположительно, будет исследовать Галактику при помощи зондов фон Неймана или посредством лазерного переноса сознания. Ключевой момент здесь в том, что цивилизация III типа может получить доступ к планковской энергии — точке, где пространство-время теряет стабильность и появляется шанс на сверхсветовые перелеты. Но для расчета физики сверхсветовых перелетов необходима более продвинутая по отношению к Эйнштейновой теория, и такой теорией вполне может оказаться теория струн.

Есть надежда, что при помощи теории струн мы сможем рассчитать квантовые поправки, необходимые для анализа таких экзотических явлений, как путешествия во времени и между измерениями, кротовая нора и то, что происходило до Большого взрыва. Допустим, к примеру, что цивилизация III типа умеет манипулировать черными дырами и создавать проход в параллельную вселенную через кротовую нору. Без теории струн невозможно вычислить, что произойдет, когда вы войдете в кротовую нору. Может быть, она взорвется? Или гравитационное излучение закроет ее в тот самый момент, когда вы туда войдете? Сможете ли вы пройти сквозь нее и остаться в живых, чтобы рассказать об этом? По идее, с помощью теории струн можно вычислить, сколько вам достанется гравитационного излучения при проходе сквозь кротовую нору, и ответить на эти вопросы.

Еще один вопрос, вызывающий среди физиков горячие споры: что произойдет, если войти в кротовую нору и перенестись назад во времени. Если вы после этого убьете собственного дедушку до рождения вашего батюшки[77], возникнет парадокс. Как вы можете существовать, если только что убили своего предка? Теория Эйнштейна, в принципе, допускает путешествия во времени (если существует отрицательная энергия), но ничего не говорит о том, как следует разрешать подобные парадоксы. Теория струн — конечная теория, в которой все можно вычислить, поэтому она, по идее, должна уметь разрешать эти головоломные парадоксы. (Мое личное мнение состоит в том, что, когда вы заходите в машину времени, река времени разделяется на два потока — линия времени расщепляется. Это означает, что вы убиваете дедушку какого-то другого человека, который выглядит в точности как ваш дедушка, но живет на другой временной линии в другой, альтернативной вселенной. Мультивселенная способна разрешить все парадоксы времени.)

В настоящее время, однако, из-за сложности математического аппарата теории струн физики пока не могут применить ее к решению этих вопросов. Это математическая, а не экспериментальная задача, так что когда-нибудь, возможно, какой-нибудь предприимчивый физик сумеет точно рассчитать свойства кротовых нор и гиперпространства. Вместо того чтобы впустую рассуждать о сверхсветовых перелетах, физик, вооруженный теорией струн, потенциально способен определить, возможны ли они. Нам придется подождать, пока эта теория будет в достаточной степени осмыслена, прежде чем пытаться разрешить этот вопрос.

Конец расселению?

Итак, существует возможность, что цивилизация III типа способна, воспользовавшись квантовой теорией гравитации, построить космические корабли для сверхсветовых перелетов.

Что это означает для человечества?

Ранее мы отмечали, что цивилизация II типа, ограниченная скоростью света, может организовать космические колонии, которые со временем отдалятся от материнской цивилизации. При этом возникнет множество различных генетических линий людей, которые когда-нибудь, возможно, полностью потеряют связь с родной планетой.

Вопрос: что произойдет, когда цивилизация III типа овладеет энергией Планка и начнет вновь налаживать контакты с отделившимися когда-то ветвями человечества?

История может повториться. Великое расселение закончилось с появлением самолетов и современных технологий, позволивших нам создать международную сеть быстрого перемещения по всему миру. Сегодня мы можем за несколько часов пересечь любой континент, а наши предки когда-то тратили на это десятки тысяч лет.

Точно так же цивилизация при переходе от II типа к III по определению имеет уже достаточно энергии, чтобы исследовать уровень планковской энергии — точку, где пространство-время становится нестабильным.

Если это дает нам возможность полетов на сверхсветовой скорости, тогда цивилизация III типа способна объединить колонии цивилизации II типа, распространившиеся по галактике. Учитывая общее человеческое происхождение, такое объединение, возможно, приведет к созданию галактической цивилизации, которую представлял себе Азимов.

Генетическое расхождение между отдельными ветвями человечества, которое может накопиться за несколько десятков тысяч лет в будущем, примерно соответствует генетическому разнообразию, накопленному человечеством с начала Великого расселения. Главное, что на этом промежутке времени мы сохранили генетическое единство. Ребенок, рожденный в одной культуре, легко может вырасти и повзрослеть в другой даже при наличии глубокой культурной пропасти

Это означает также, что археологи цивилизации III типа, интересующиеся древними человеческими миграциями, могут попытаться проследить маршруты миграций отдельных ветвей цивилизации II типа по галактике. Не исключено, что когда-нибудь галактические археологи будут искать следы древних цивилизаций II типа.

В азимовском цикле романов «Основание» герои занимаются поиском планеты предков, породившей Галактическую империю; ее название и местоположение затерялись в хаосе галактической предыстории. Принимая во внимание, что галактику населяют триллионы людей, а обитаемых планет в ней миллионы, задача представляется безнадежной. Но энтузиасты начинают обследовать самые древние планеты и находят руины первых колоний. Люди оставляли эти планеты из-за войн, болезней и других напастей.

Аналогично цивилизация III типа может вырасти из цивилизации II типа и попытаться отследить различные ветви человечества, исследованные столетиями ранее при помощи досветовых кораблей. Так же, как нынешнюю цивилизацию обогащает присутствие в ней различных культур со своей историей и своими перспективами, цивилизацию III типа, возможно, будет обогащать взаимодействие множества разошедшихся цивилизаций, появившихся в эпоху цивилизации II типа.

Создание сверхсветовых космических кораблей может сделать реальной мечту Азимова об объединении человечества в единую галактическую цивилизацию.

Как сказал сэр Мартин Рис: «Если люди сумеют избежать самоуничтожения, нас ожидает постчеловеческая эпоха. Жизнь с Земли могла бы распространиться по всей Галактике, обретя сложность, намного превосходящую все, что мы можем себе представить. Наша маленькая планета — плавающая в пространстве бледно-голубая точка — могла бы стать самым важным местом во всей Галактике. Первые межзвездные путешественники с Земли исполнили бы миссию, которой суждено эхом разнестись по всей Галактике и за ее пределами».

Но со временем любой высокоразвитой цивилизации придется столкнуться с поистине экзистенциальной проблемой, которой станет конец самой Вселенной. Может ли высокоразвитая цивилизация с ее продвинутыми технологиями избежать гибели, ожидающей все вокруг? Возможно, единственной надеждой для разумной жизни в подобных обстоятельствах является переход на новый уровень и превращение в цивилизацию IV типа.

* * *

Кто говорит, мир от огня

Погибнет, кто от льда.

А что касается меня,

Я за огонь стою всегда.

Роберт Фрост (пер. М. Зенкевича)

Вечность — это чертовски долго, особенно под конец.

Вуди Аллен

14. Покидая Вселенную

Земля умирает.

В фильме «Интерстеллар» на нашу планету обрушивается странная напасть: урожаи падают, сельское хозяйство гибнет. Люди голодают. Цивилизация медленно угасает, не справляясь с опустошительным голодом.

Мэттью Макконахи играет бывшего астронавта НАСА, которому поручена опасная миссия. Чуть ранее в окрестностях Сатурна загадочным образом открылась кротовая нора. Это портал, готовый перенести любого, кто войдет в него, в отдаленную часть Галактики, где, возможно, найдутся новые пригодные для жизни миры. Чтобы спасти человечество, герой вызывается проникнуть в кротовую нору и отыскать в космосе новый дом для людей.

Тем временем на Земле ученые отчаянно пытаются разгадать тайну кротовой норы. Кто ее создал? И почему она появилась ровно в тот момент, когда человечеству грозит неминуемая гибель?

Постепенно перед учеными раскрывается истина. Технология создания кротовой норы опережает наши технологии на миллионы лет. Существа, создавшие ее, — наши потомки. Они настолько высокоразвиты, что живут в гиперпространстве, за пределами знакомой нам Вселенной. Они построили портал в прошлое, чтобы отправить туда высокоразвитую технику и спасти своих предков. Спасая нас, они, по существу, спасают себя. По словам физика и одновременно одного из продюсеров фильма Кипа Торна, авторы сценария черпали вдохновение в теории струн.

Если мы уцелеем, то когда-нибудь действительно столкнемся с аналогичным кризисом — но тогда смерть будет грозить уже не Земле, а Вселенной.

В далеком-далеком будущем Вселенная станет холодной и темной, звезды перестанут сиять, а сама она погрузится в Большое замерзание. С умиранием Вселенной всякая жизнь в ней исчезнет, а температура постепенно опустится почти до абсолютного нуля.

Встает вопрос: нет ли каких-нибудь лазеек из этой ловушки? Сможем ли мы избежать общей космической участи? Найдем ли, как герой фильма «Интерстеллар», спасение в гиперпространстве?

Чтобы понять, как Вселенная может умереть, нужно проанализировать предсказания далекого будущего, которые дает теория гравитации Эйнштейна, а затем и поразительные откровения, добытые в последние десятилетия.

Согласно этим уравнениям, есть три возможных варианта конечной судьбы Вселенной.

Большое сжатие, Большое замерзание или Большой разрыв

Первый вариант — Большое сжатие. Согласно этому сценарию, расширение Вселенной постепенно замедлится, затем остановится и начнется обратный процесс. Галактики со временем перестанут разбегаться и начнут сближаться. Далекие звезды будут подходить все ближе и ближе, температура резко повысится. Со временем все звезды сольются в первозданную перегретую массу. В некоторых сценариях предусматривается даже Большой отскок и новый Большой взрыв, после которого все начнется сначала.

Второй вариант — Большое замерзание, тепловая смерть Вселенной. Расширение Вселенной будет беспрепятственно продолжаться. Второй закон термодинамики гласит, что полная энтропия системы всегда возрастает, так что со временем Вселенная остынет, так как вещество и тепло рассеются. Звезды перестанут сиять, ночное небо станет совершенно черным, а температура упадет почти до абсолютного нуля, когда даже молекулы практически прекратят всякое движение.

Несколько десятков лет астрономы пытаются понять, который из этих сценариев определяет судьбу Вселенной. Делается это путем вычисления средней плотности. Если Вселенная обладает достаточной плотностью, тогда ей хватит вещества и тяготения, чтобы притянуть далекие галактики и обратить расширение вспять. Тогда реалистичным становится сценарий Большого сжатия. Если же во Вселенной недостает массы, тяготения не хватит, чтобы обратить расширение вспять, то Вселенной грозит Большое замерзание, тепловая смерть. Критическая плотность, разделяющая два этих сценария, составляет примерно 6 атомов водорода на кубический метр.

Однако в 2011 г. Нобелевскую премию по физике получили Сол Перлмуттер, Адам Рисс и Брайан Шмидт за открытие, которое перевернуло бытовавшие десятки лет представления. Ученые обнаружили, что расширение Вселенной не только не замедляется, а, напротив, ускоряется. Нашей Вселенной 13,8 млрд лет, но около 5 млрд лет назад она начала ускоряться экспоненциально, и сегодня Вселенная разбегается во всех направлениях. Журнал Scientific American писал: «Астрофизическое сообщество с изумлением узнало, что Вселенная пошла вразнос». Астрономы пришли к этому поразительному выводу, анализируя взрывы сверхновых в отдаленных галактиках; они хотели определить, с какой скоростью расширялась Вселенная миллиарды лет назад. (Взрывы одного из типов сверхновых, а именно типа Ia, обладают фиксированной светимостью, и мы можем точно измерить расстояние до них по их блеску. Если у кого-то имеется фонарь известной светимости, легко определить, как далеко этот человек находится, но, если вы не знаете, насколько яркий у него фонарь, оценить расстояние трудно. «Фонарь» известной светимости называют стандартной свечой или объектом стандартной светимости. Сверхновая типа Ia — именно такой объект, так что расстояние до нее определить несложно.) Ученые обнаружили, что эти сверхновые движутся от нас прочь, в точности как ожидалось. Удивительно было другое: обнаружилось, что более близкие сверхновые убегают от нас стремительнее, чем должны были бы, и это свидетельствует о том, что расширение ускоряется.

Таким образом, вдобавок к Большому замерзанию и Большому сжатию начал вырисовываться третий возможный сценарий — Большой разрыв. Он напоминает Большое замерзание в гипертрофированном виде и представляет собой сильно сжатый во времени жизненный цикл Вселенной.

Согласно сценарию Большого разрыва, далекие галактики со временем начнут отдаляться от нас так быстро, что превысят скорость света, — и исчезнут из виду. (Это не противоречит специальной теории относительности, ведь само пространство расширяется со сверхсветовой скоростью. Материальные объекты не могут двигаться быстрее света, но пустое пространство может растягиваться и расширяться с любой скоростью.) Ночное небо станет черным, поскольку свет далеких галактик будет отдаляться так быстро, что не сможет до нас дойти.

Со временем это экспоненциальное расширение настолько усилится, что разорвет не только Галактику, но и Солнечную систему. Мало того, даже атомы, из которых строятся наши тела, будут разорваны. Вещества в том виде, каким мы его знаем, на финальных стадиях Большого разрыва уже не будет.

Журнал Scientific American пишет: «Галактики будут разрушены, как и связи в Солнечной системе, а со временем все планеты рассеются в пространстве, когда стремительное расширение пространства разорвет на части даже их атомы. В конечном итоге наша Вселенная закончит свое существование взрывом. Это будет сингулярность бесконечной в буквальном смысле энергии».

Великий британский философ и математик Бертран Рассел когда-то написал:

Вся преданность, все вдохновение, весь полуденный блеск человеческого гения обречены на исчезновение в масштабной смерти Солнечной системы, и весь храм достижений человека будет неизбежно погребен под обломками разрушенной Вселенной… Только внутри ограды этих истин, только на прочном основании непреходящего отчаяния может отныне строиться надежное обиталище души.

Рассел писал о «руинах Вселенной» и «непреходящем отчаянии» в ответ на предсказания физиков о неизбежной гибели Земли. Но он не предвидел появления космической программы. Он не предвидел, что технический прогресс, возможно, позволит нам избежать участи нашей планеты.

Но если гибель Солнца нам, возможно, помогут пережить космические корабли, то как пережить гибель самой Вселенной?

Огонь или лед?

Древние предвидели в каком-то смысле многие из этих жутких сценариев.

Кажется, в каждой религии имеются мифы, в которых рассказывается о рождении и смерти Вселенной.

В скандинавской мифологии Сумерки богов называются Рагнарёк — день расплаты, когда мир покроют снега и льды, а небеса замерзнут. Мир станет свидетелем окончательной битвы между ледяными великанами и богами Асгарда. В христианской мифологии есть Армагеддон, когда силы добра и зла сойдутся в последней битве. Предвещая Страшный суд, явятся четыре всадника Апокалипсиса. В индуистской мифологии окончательный конец отсутствует, вместо него имеется нескончаемая цепочка повторений, каждый цикл которой продолжается около 8 млрд лет.

После нескольких тысяч лет предположений и гаданий наука начинает понимать, как наш мир будет развиваться дальше и как он со временем умрет.

Будущее Земли поглотит огонь. Через 5 млрд лет или около того на нашей планете наступит последний погожий день, а затем Солнце исчерпает запасы водородного топлива, расширится и превратится в красный гигант. Небеса вспыхнут. Океаны закипят, а горы расплавятся. Земля будет поглощена Солнцем и станет, как прогоревший уголек, обращаться вокруг светила внутри его яростной атмосферы. Можно вспомнить Библию, где говорится: пепел к пеплу, прах к праху. Физики говорят, из космической пыли мы возникли, в космическую пыль и вернемся.

Само Солнце ожидает иная судьба. После фазы красного гиганта оно со временем истощит все свое ядерное топливо, сожмется и остынет. Оно станет маленьким белым карликом размером с Землю, а в конечном итоге остынет, потемнеет и умрет, став кусочком ядерного мусора, дрейфующим в Галактике.

В отличие от нашего Солнца, галактика Млечный Путь погибнет в огне. Примерно через 4 млрд лет она столкнется с галактикой Андромеды — ближайшей к нам спиральной галактикой. Галактика Андромеды примерно вдвое больше Млечного Пути, так что процесс будет проходить по сценарию недружественного поглощения. Компьютерное моделирование столкновения показывает, что две галактики, обращаясь друг вокруг друга, начнут смертельный танец. Андромеда оторвет от Млечного Пути рукава, оставив только центральную часть. Черные дыры в центре обеих галактик будут летать друг вокруг друга и в конечном итоге столкнутся, слившись при этом в одну большую черную дыру. Из столкновения родится новая гигантская эллиптическая галактика.

В каждом из этих сценариев важно понимать, что перерождение тоже входит в этот космический цикл. Звезды и галактики идут на переработку. Так, наше Солнце является, по всей видимости, звездой третьего поколения. Каждый раз, когда звезда взрывается, пыль и газ, которые она выбрасывает в пространство, становятся зародышами следующего поколения звезд.

Кроме того, наука дает нам представление о жизненном цикле всей Вселенной. До недавнего времени астрономы считали, что понимают историю Вселенной и ее дальнейшую судьбу на триллионы лет вперед. Они говорили, что Вселенная медленно проходит пять этапов:

1. В первую эпоху — первые 150 млн лет после Большого взрыва — Вселенную наполняло вещество, поначалу слишком горячее для того, чтобы электроны и протоны могли собраться в атомы.

2. Во вторую эпоху, начавшуюся примерно через 150 млн лет после Большого взрыва, Вселенная остыла достаточно, чтобы из хаоса появились звезды и галактики. Звезды впервые осветили Вселенную. Мы живем именно в эту эпоху.

3. В третью эпоху — примерно 100 млрд лет после Большого взрыва — звезды в основном исчерпают свои запасы ядерного топлива. Вселенная будет состоять преимущественно из маленьких красных карликов, которые горят так медленно, что могут светить триллионы лет.

4. В четвертую эпоху — триллионы лет после Большого взрыва — все звезды наконец выгорят и во Вселенной станет совершенно темно. Останутся только мертвые нейтронные звезды и черные дыры.

5. В пятую эпоху даже черные дыры начнут испаряться и распадаться, Вселенная превратится в море ядерных отходов и дрейфующих субатомных частиц[78].

После открытия, связанного с ускорением расширения Вселенной, весь этот сценарий, возможно, следует сжать до нескольких миллиардов лет. Большой разрыв спутает все карты.

Темная энергия

Что вызывало такие резкие перемены в наших представлениях об окончательной судьбе Вселенной?

Согласно теории относительности Эйнштейна, существуют два источника энергии, которые являются движущей силой эволюции Вселенной. Первый из них — кривизна пространства-времени, создающая знакомые нам гравитационные поля вокруг звезд и галактик. Именно эта кривизна удерживает наши ноги на поверхности земли. Этот источник энергии лучше всего изучен астрофизиками.

Но существует и второй источник, на который обычно не обращают внимания. Это энергия пустоты, энергия вакуума, известная как темная энергия (не путать с темной материей). Сама пустота космоса содержит в себе энергию[79].

Новейшие расчеты показывают, что темная энергия работает как антигравитация и расталкивает Вселенную в разные стороны. Чем сильнее расширяется Вселенная, тем больше в ней темной энергии — а та, в свою очередь, заставляет Вселенную расширяться еще быстрее.

В настоящее время лучшие из имеющихся данных указывают на то, что около 69 % вещества/энергии (поскольку вещество и энергия взаимозаменяемы) во Вселенной содержится в виде темной энергии. (Для сравнения: темная материя составляет около 26 %, атомы водорода и гелия — около 5 %, а на более тяжелые элементы, из которых состоят Земля и наши тела, приходится крохотная доля в 0,5 %.) Так что темная энергия, которая отталкивает галактики прочь от нас, представляет собой, очевидно, главенствующую силу во Вселенной, которая намного превосходит ту энергию, что заключена в кривизне пространства-времени.

Исходя из этого, можно сказать, что одна из центральных проблем космологии — разобраться в происхождении темной энергии. Откуда она берется? Погубит ли она в конечном итоге Вселенную?

Обычно, когда мы просто принудительно соединяем вынужденным браком теорию относительности и квантовую теорию, мы можем получить предсказание темной энергии, но это предсказание расходится с реальностью в 10↑120 раз. И это, безусловно, крупнейший промах в истории науки. Подобного расхождения вы не обнаружите больше нигде. Значит, в наших представлениях о Вселенной что-то обстоит «сильно не так», а единая теория поля, бывшая прежде чем-то вроде научной диковинки, становится жизненно необходимой теорией, без которой невозможно понять, как все устроено. Решение этой проблемы позволит нам узнать окончательную судьбу Вселенной и всех разумных существ в ней.

Как избежать апокалипсиса

Если Вселенной, скорее всего, суждено умереть холодной смертью в отдаленном будущем, давайте зададимся вопросом: что мы можем предпринять в этом случае? Можно ли обратить вспять космические силы?

Есть по крайней мере три варианта поведения.

Первый — не делать ничего и позволить жизненному циклу Вселенной завершиться. По мере того как во Вселенной будет становиться все холоднее, разумные существа, по мнению физика Фримена Дайсона, приспосабливаясь, станут мыслить все медленнее и медленнее. Со временем простая мысль, возможно, будет занимать миллионы лет, но эти существа ничего не будут замечать, потому что все остальные существа тоже будут мыслить медленнее. Эти существа смогут вести разумные беседы, даже если на них будут уходить миллионы лет. Так что с этой точки зрения все будет выглядеть нормально.

На самом деле жизнь в таком холодном мире может оказаться довольно интересной. Квантовые скачки, чрезвычайно маловероятные в масштабах обычной человеческой жизни, возможно, будут происходить то и дело. Прямо перед нашими глазами станут открываться и закрываться кротовые норы. Пузырьковые вселенные будут возникать из небытия и пропадать вновь. Эти существа, возможно, станут видеть их постоянно, поскольку их мозг будет работать медленно.

Однако это лишь временное решение, ведь со временем движение молекул замедлится настолько, что информацию уже невозможно будет передавать из одного места в другое. В этот момент вся деятельность, включая и мыслительный процесс, даже самый медленный, прекратится. В этом случае единственная отчаянная надежда на то, что ускорение, вызванное темной энергией, внезапно исчезнет само по себе, прежде чем это произойдет. Поскольку никто не знает, почему расширение Вселенной ускоряется, такая возможность существует.

Стать цивилизацией IV типа

Второй вариант поведения состоит в том, что мы перейдем на IV цивилизационный уровень и научимся использовать энергию за пределами нашей Галактики. Однажды на лекции по космологии я рассказал о шкале Кардашёва. После лекции один десятилетний мальчик подошел ко мне и сказал, что я не прав. Должны быть еще и цивилизации IV типа, помимо обычных трех классификаций Кардашёва. Я поправил его, сказав, что во Вселенной есть только планеты, звезды и галактики и потому цивилизация IV типа невозможна. За пределами галактики просто нет источников энергии.

Позже я понял, что в разговоре с мальчиком был, вероятно, слишком категоричен и поспешен.

Вспомним, что каждый последующий тип цивилизаций в 10–100 млрд раз мощнее предыдущего. Поскольку в пределах видимой Вселенной имеется около 100 млрд галактик, цивилизация IV типа может просто использовать энергию всей видимой Вселенной.

Возможно, внегалактическим источником энергии может служить темная энергия, которая является крупнейшим источником вещества/энергии во Вселенной. Как могла бы цивилизация IV типа воспользоваться темной энергией и обратить вспять Большой разрыв?

Поскольку цивилизация IV типа по определению способна применять внегалактическую энергию, она может воспользоваться некоторыми дополнительными измерениями, о которых говорит теория струн, и построить сферу, в которой темная энергия меняет полярность на обратную, так что космическое расширение обращается вспять. Вне этой сферы Вселенная может и дальше расширяться экспоненциально. Но внутри сферы галактики будут и дальше развиваться нормально. Таким способом цивилизация IV типа могла бы, в принципе, выжить, даже если Вселенная вокруг будет умирать.

В определенном смысле такая сфера работала бы как сфера Дайсона. Но если целью сферы Дайсона является удержание внутри нее солнечного света, то цель этой сферы — удержание темной энергии, которое помогло бы сдержать расширение.

Последний возможный вариант — создать кротовую нору в пространстве и времени. Если Вселенная умирает, один из вариантов спасения состоит в том, чтобы покинуть ее и перебраться в другую, более молодую вселенную[80].

Согласно первоначальной картине, которую дал нам Эйнштейн, Вселенная — это громадный расширяющийся пузырь. Мы живем на оболочке этого пузыря. Согласно новой картине, которую дает теория струн, где-то там, вовне, существуют другие пузыри, каждый из которых описывается одним из решений струнного уравнения. Мало того, существует пена из вселенных, которые вместе составляют мультивселенную.

Многие из этих пузырьков микроскопические; они возникают в миниатюрном Большом взрыве и стремительно схлопываются. В большинстве своем они не имеют к нам никакого касательства, поскольку проживают свою короткую жизнь в вакууме космического пространства. Стивен Хокинг назвал это постоянное бурление вселенных в вакууме «пространственно-временной пеной». Так что пустота вовсе не пуста; она наполнена вселенными, находящимися в непрерывном движении. Как ни странно, это означает, что даже внутри наших тел происходят колебания пространственно-временной пены, но они настолько малы, что мы остаемся в счастливом неведении.

Больше всего в этой теории поражает такое предположение: если Большой взрыв произошел однажды, он может происходить снова и снова. Возникает новая картина — дочерние вселенные отпочковываются от материнских, а наша Вселенная не что иное, как крохотный кусочек какой-то гораздо более крупной мультивселенной.

(Иногда крохотная часть пузырьков-вселенных не растворяется вновь в вакууме, а невероятно расширяется благодаря темной энергии. Возможно, именно так появилась наша Вселенная — а может быть, она возникла в результате слияния двух пузырьков или разделения одного пузырька на несколько пузырьков меньшего размера.)

Как мы видели в предыдущей главе, высокоразвитая цивилизация, быть может, сумеет построить гигантский ускоритель частиц размером с пояс астероидов, способный открыть кротовую нору. Если стабилизировать кротовую нору отрицательной энергией, из нее, возможно, получится путь в иную вселенную, которая сможет стать для цивилизации убежищем. Мы уже говорили о создании отрицательной энергии при помощи эффекта Казимира. Но еще одним источником отрицательной энергии могут стать высшие измерения. Они послужат двум целям: с их помощью можно изменить значение темной энергии, предотвратив Большой разрыв, или создать отрицательную энергию для стабилизации кротовой норы.

В каждом пузыре-вселенной, из которых состоит мультивселенная, действуют свои законы физики. В идеале, конечно, хотелось бы попасть в параллельную вселенную, туда, где атомы стабильны (и наши тела не распадутся сразу же), а темной энергии при этом намного меньше. Тогда вселенная расширится — в достаточной степени, чтобы остыть и дать возможность сформироваться пригодным для жизни планетам, но не настолько, чтобы это расширение ускорилось и перешло в раннее Большое замерзание.

Инфляционная модель Вселенной

На первый взгляд такие рассуждения кажутся абсурдными, но последние космологические данные со спутников, кажется, подтверждают эту картину. Даже скептики вынуждены признать, что идея мультивселенной совместима с так называемой инфляционной моделью — гипотезой ускоренного расширения Вселенной на ранней стадии Большого взрыва. Согласно этой модели, сразу после Большого взрыва имел место еще один взрыв, получивший название инфляции и создавший Вселенную за первые 10↑–33 с, что намного быстрее, чем в исходной теории. Эта идея, которую первыми предложили Алан Гут из МТИ и Андрей Линде из Стэнфордского университета, разрешила множество космологических загадок. К примеру, Вселенная представляется намного более плоской и однородной, чем предсказывает теория Эйнштейна. Но, если Вселенная пережила стремительное космическое расширение, она и должна была стать более плоской: так поверхность громадного надутого воздушного шара кажется нам плоской из-за размеров шара[81].

Кроме того, в какую бы сторону Вселенной мы ни посмотрели, мы видим практически одно и то же: Вселенная всюду одинакова. Это требует какого-то перемешивания различных ее частей, но, поскольку скорость света конечна, информации просто не хватит времени на преодоление таких огромных расстояний. Значит, Вселенная должна выглядеть комковатой и неорганизованной, ведь времени на перемешивание материи ей не должно было хватить. Инфляционная модель решает эту загадку, постулируя, что в начале времени Вселенная была всего лишь крохотным участочком однородной материи. Инфляция, расширив этот участок, создала то, что мы видим сегодня. А поскольку инфляция — это квантовая теория, существует небольшая, но ненулевая вероятность повторения этого события[82].

Хотя инфляционная модель с успехом объясняет экспериментальные данные, среди космологов по-прежнему идут споры о ее теоретическом обосновании. Значительное количество данных со спутников указывает на то, что Вселенная пережила период стремительной инфляции, но, что именно было движущей силой этой инфляции, неизвестно. Пока ведущим объяснением инфляционной модели служит теория струн.

Однажды я спросил доктора Гута, можно ли создать дочернюю вселенную в лаборатории. Он ответил, что проводил такие расчеты. Необходимо сосредоточить в одной точке фантастическое количество тепла. Если в лаборатории сформируется дочерняя вселенная, она должна будет взорваться в мощном Большом взрыве. Однако взорвется она в другом измерении, так что, с нашей точки зрения, новорожденная вселенная просто исчезнет. Однако мы, вероятно, почувствуем все же ударную волну от ее рождения, эквивалентную взрыву множества ядерных бомб. Поэтому, заключил он, если бы нам удалось создать новую вселенную, то нам пришлось бы быстро убегать!

Нирвана

Мультивселенную можно также рассматривать с позиций теологии. Все религии делятся на две категории: те, которые говорят о моменте творения, и те, где мир вечен. К примеру, иудео-христианская философия говорит о Сотворении мира — космическом событии, в момент которого родилась Вселенная. (Не удивительно, что первые расчеты Большого взрыва сделал католический священник и физик Жорж Леметр, который считал, что теория Эйнштейна совместима с Книгой Бытия.) Однако в буддизме Бога нет в принципе. Вселенная вечна, у нее нет ни начала, ни конца, существует только нирвана. Эти две философии, кажется, совершенно противоположны друг другу. Одно из двух: Вселенная либо имела начало, либо нет.

Однако объединение этих двух диаметрально противоположных философий возможно, если принять концепцию мультивселенной. В теории струн наша Вселенная и вправду родилась в момент катаклизма — Большого взрыва. Но мы живем в мультивселенной, состоящей из пузырьков-вселенных. Эти пузырьки-вселенные, в свою очередь, плавают в гораздо более масштабной среде — десятимерном пространстве, которое не имеет начала.

Так что Акт творения то и дело происходит внутри нирваны (гиперпространства).

Это позволяет нам просто и элегантно объединить иудео-христианскую историю творения с буддизмом. Наша Вселенная действительно возникла в огне яростного взрыва, но в безвременной нирване мы сосуществуем с другими, параллельными вселенными.

Создатель звезд

Все это вновь возвращает нас к роману Олафа Стэплдона, где автор вывел некоего Создателя звезд — космическое существо, которое создает и разрушает целые вселенные. Он похож на небесного художника, который постоянно выдумывает новые вселенные, играет с их свойствами, а затем переходит к следующей вселенной. Каждая вселенная у него имеет свои законы природы и свои формы жизни.

Сам Создатель звезд находился вне этих вселенных и мог видеть их все в совокупности, когда писал свою картину на холсте мультивселенной. Стэплдон пишет: «Каждый космос… был одарен собственным оригинальным временем таким образом, что Создатель звезд мог рассматривать цельную последовательность событий, связанных с одним конкретным космосом, не только изнутри его космического времени, но и извне, из времени, истинного для его собственной жизни, и тогда все космические эпохи сосуществовали вместе».

Это очень похоже на то, как специалисты по теории струн рассматривают мультивселенную. Каждая вселенная в мультивселенной представляет собой одно из решений струнных уравнений, и в каждом из них свои законы физики, своя шкала времени и единицы измерений. Как сказал Стэплдон, нужно быть вне нормального времени, вне всех вселенных, чтобы увидеть эти пузыри все сразу.

(Это напоминает мысли Блаженного Августина о природе времени. Если Бог всемогущ, тогда Он не может быть связан земными соображениями. Божественным существам не нужно торопиться, чтобы успеть к сроку. Следовательно, Бог в определенном смысле должен находиться вне времени. Точно так же находятся вне времени Создатель звезд и специалисты по теории струн, наблюдающие за пузырящейся пеной из вселенных в мультивселенной.)

Но если в мультивселенной пузырится пена из пузырьков-вселенных, тогда которая из этих вселенных наша? Встает вопрос о том, спроектирована наша Вселенная каким-то высшим существом или нет.

Исследуя физику Вселенной, мы обнаруживаем, что она, кажется, «настроена» в точности так, чтобы в ней возможна была разумная жизнь. К примеру, если бы ядерное взаимодействие было чуть посильнее, Солнце полностью прогорело бы миллионы лет назад. Если бы оно было чуть слабее, Солнце вообще не вспыхнуло бы. То же можно сказать и о тяготении. Если бы гравитационные силы были чуть посильнее, Большое сжатие наступило бы миллиарды лет назад. Если бы они были чуть слабее, наступило бы Большое замерзание. В обоих случаях получается, что ядерное и гравитационное взаимодействие в точности «настроены» на то, чтобы разумная жизнь на Земле была возможна. Исследуя другие типы взаимодействия и их параметры, обнаруживаем те же закономерности.

Несколько философских подходов пытаются разобраться с проблемой узости диапазона фундаментальных законов, допускающих существование жизни хотя бы в принципе.

Первый из этих подходов — принцип Коперника, утверждающий, что Земля не представляет собой ничего особенного. Земля — просто комочек космической пыли, блуждающий бесцельно по космосу. Тот факт, что все взаимодействия в природе правильно «настроены», всего лишь совпадение.

Второй подход — это антропный принцип, согласно которому само наше существование накладывает очень сильные ограничения на то, какие могут существовать типы вселенных. В слабой форме антропный принцип гласит, что законы природы должны допускать существование жизни, поскольку мы существуем и исследуем эти законы. Все вселенные равно хороши, но только в нашей есть разумные существа, способные размышлять и писать об этом. Есть и намного более сильный вариант антропного принципа, который гласит, что вероятность существования разумной жизни настолько мала, что Вселенная, возможно, просто обязана каким-то образом допускать ее существование, — что Вселенная, возможно, задумана именно такой.

Коперников принцип гласит, что в нашей Вселенной нет ничего особенного, антропный утверждает, что есть. Как ни странно, эти диаметрально противоположные друг другу принципы совместимы со Вселенной в том виде, какой мы ее знаем.

(Когда я учился во втором классе, учительница, я ясно это помню, объяснила мне эту идею. Она сказала, что Бог так сильно любит Землю, что поместил ее на правильном расстоянии от Солнца. Если бы планета оказалась слишком близко к светилу, океаны на ней вскипели бы. Если бы оказалась слишком далеко, они замерзли бы. Бог сделал так, чтобы Земля располагалась ровно там, где надо. Тогда я впервые услышал, как чисто научный принцип объясняют таким образом.)

Чтобы разрешить эту проблему без привлечения религии, нужно вспомнить о существовании экзопланет, большинство из которых располагаются либо слишком близко к своему светилу, либо слишком далеко от него и не в состоянии поддерживать жизнь. Мы сегодня здесь, потому что нам повезло. Именно удачу должны мы благодарить за то, что живем в околосолнечной зоне жизни.

Аналогично объясняется и то, что наша Вселенная кажется точно настроенной на жизнь в том виде, какой мы ее знаем. Все дело в удаче: существуют миллиарды параллельных вселенных, не настроенных на жизнь — и вследствие этого совершенно безжизненных. Мы — счастливчики, которые в состоянии жить и рассказать об этом. Так что Вселенная не обязательно придумана высшим существом. Мы сегодня здесь и можем обсуждать эту тему, потому что живем в пригодной для жизни Вселенной.

Есть и другой подход к этой проблеме. Лично я предпочитаю именно эту философию, и именно над ней я сейчас работаю. Согласно этому подходу, мультивселенная содержит множество вселенных, но большинство из них нестабильны и со временем распадаются до более стабильного состояния. В прошлом, возможно, существовало множество и других вселенных, но они не уцелели и вошли в нашу Вселенную. В этой картине мира наша Вселенная живет потому, что относится к числу наиболее стабильных.

Таким образом, моя точка зрения объединяет оба принципа: и Коперников, и антропный. Я убежден, что в нашей Вселенной нет ничего особенного, как предполагает принцип Коперника, за исключением двух качеств: она очень стабильна и способна поддерживать жизнь такую, какой мы ее знаем. Так что вместо картины с бесконечным числом параллельных вселенных, плавающих в нирване гиперпространства, имеем картину, где большинство вселенных нестабильно и, возможно, имеется лишь горстка вселенных, в которых возникает жизнь, подобная нашей.

Последнее слово в теории струн еще не сказано. Когда основные проблемы будут разрешены и теория сформируется окончательно, мы сможем сравнить ее предсказания с количеством темной материи во Вселенной и параметрами субатомных частиц. Возможно, это поможет подтвердить или опровергнуть эту теорию. Если теория струн верна, она поможет нам разрешить загадку темной энергии, способной, как считают физики, когда-нибудь разрушить Вселенную. И если нам повезет стать цивилизацией IV типа, использующей внегалактическую энергию, теория струн, возможно, объяснит, как нам избежать гибели вместе со всей Вселенной.

Как знать, возможно, какой-нибудь изобретательный юный ум, прочитав эту книгу, вдохновится и завершит последнюю главу в истории теории струн; быть может, ему удастся ответить на вопрос о том, как избежать гибели Вселенной.

Последний вопрос

Айзек Азимов однажды сказал, что из всех написанных им рассказов его любимым был «Последний вопрос», в котором он нарисовал поразительную новую картину жизни через триллионы лет в будущем и объяснил, что человечество могло бы противопоставить концу Вселенной.

В этом рассказе люди на протяжении нескольких эпох задавались вопросом, должна ли Вселенная непременно умереть или можно обратить расширение вспять и предотвратить Большое замерзание. Но на вопрос: «Можно ли обратить энтропийные процессы?» — главный компьютер всякий раз отвечает: «Для осмысленного ответа недостаточно данных».

Наконец, через триллионы лет человечество переросло ограничения материального мира. Люди превратились в чисто энергетические существа, способные свободно перемещаться по Галактике. Избавившись от оков плоти, их сознание может посещать самые отдаленные уголки Галактики. Их физические тела бессмертны, они постоянно хранятся в какой-то далекой и забытой солнечной системе, а их разум может свободно путешествовать. Но всякий раз, когда они задают компьютеру судьбоносный вопрос: «Можно ли обратить энтропийные процессы?» — ответ они получают один и тот же: «Для осмысленного ответа недостаточно данных».

Наконец главный компьютер становится настолько мощным, что его невозможно разместить ни на одной планете — только в гиперпространстве. Триллионы разумов, составляющих человечество, сливаются с ним. И когда начинается предсмертная агония Вселенной, компьютеру наконец удается решить задачу обращения энтропийных процессов. В момент смерти Вселенной главный компьютер объявляет: «Да будет свет!» И стал свет.

Так что, в конце концов, будущее человечества состоит в том, чтобы развиться в Бога, способного создать совершенно новую Вселенную и начать все сначала. Этот рассказ — произведение настоящего мастера. Но давайте проанализируем его с точки зрения современной физики.

Как говорилось в предыдущей главе, уже в ближайшие 100 лет или около того мы, возможно, научимся отправлять свое сознание вместе с лазерным лучом со скоростью света. Возможно, когда-нибудь лазерный перенос образует целую сеть межгалактических мегашоссе, по которым миллиарды разумов будут носиться по всей Галактике. Так что представление Азимова о существах из чистой энергии, свободно исследующих Галактику, не такая уж неправдоподобная идея.

Далее главный компьютер становится настолько большим и мощным, что его приходится размещать в гиперпространстве, и в конечном итоге человечество сливается с ним. Может быть, однажды мы станем подобны Создателю звезд и сможем наблюдать со своей выигрышной позиции в гиперпространстве, как наша Вселенная сосуществует с другими вселенными в мультивселенной, причем каждая из них содержит миллиарды галактик. Проанализировав ландшафт подходящих вселенных, мы сможем выбрать для себя новую, молодую вселенную, которая станет нашим новым домом. Мы выберем вселенную, где материя стабильна, как атомы, и при этом достаточно молодую, чтобы звезды в ней могли создавать новые солнечные системы и рождать новые формы жизни. Далекое будущее, возможно, станет не тупиком для разумной жизни, а новым домом для нее. Тогда даже смерть Вселенной не станет концом истории.

* * *

Наш единственный шанс на выживание в долговременной перспективе состоит в том, чтобы не таиться на Земле, а устремиться в космос… Но я оптимист. Если мы сумеем избежать катастрофы в ближайшие два столетия, наш биологический вид будет в безопасности, так как мы распространимся в космос. Как только мы организуем независимые колонии, наше будущее, по идее, будет безопасным.

Стивен Хокинг

Каждая мечта начинается с мечтателя. Всегда помните, что у вас хватит силы и страсти, чтобы достичь звезд и изменить мир.

Гарриет Табмен

Об авторе

Митио Каку — профессор теоретической физики в Городском университете Нью-Йорка, один из создателей струнной теории поля и автор нескольких популярных книг о науке, таких как «Космос Эйнштейна» (Beyond Einstein), «Будущее разума» (The Future of the Mind), «Гиперпространство» (Hyperspace), «Физика будущего» (Physics of the Future) и «Физика невозможного» (Physics of the Impossible). Он является научным корреспондентом программы CBS This Morning и ведущим многочисленных научно-популярных телепрограмм, а также радиопрограмм Science Fantastic и Exploration.

Рекомендуемая литература

Arny, Thomas, and Stephen Schneider. Explorations: An Introduction to Astronomy. New York: McGraw-Hill, 2016.

Asimov, Isaac. Foundation. New York: Random House, 2004. (См. изд. на рус. яз.: Азимов, А. Основание. Цикл романов. — М.: Центрполиграф, 2003.)

Barrat, James. Our Final Invention: Artificial Intelligence and the End of the Human Era. New York: Thomas Dunn Books, 2013.

Benford, James, and Gregory Benford. Starship Century: Toward the Grandest Horizon. Middletown, DE: Microwave Sciences, 2013.

Brockman, John, ed. What to Think About Machines That Think. New York: Harper Perennial, 2015. (См. изд. на рус. яз.: Брокман, Дж. Что мы думаем о машинах, которые думают. — М.: Альпина нон-фикшн, 2017.)

Clancy, Paul, Andre Brack, and Gerda Horneck. Looking for Life, Searching the Solar System. Cambridge: Cambridge University Press, 2005.

Comins, Neil, and William Kaufmann III. Discovering the Universe. New York: W. H. Freeman, 2008.

Davies, Paul. The Eerie Silence. New York: Houghton Mifflin Harcourt, 2010.

Freedman, Roger, Robert M. Geller, and William Kaufmann III. Universe. New York: W. H. Freeman, 2011.

Georges, Thomas M. Digital Soul: Intelligent Machines and Human Values. New York: Perseus Books, 2003.

Gilster, Paul. Centauri Dreams. New York: Springer Books, 2004.

Golub, Leon, and Jay Pasachoff. The Nearest Star. Cambridge: Harvard University Press, 2001.

Grinspoon, David. Lonely Planets: The Natural Philosophy of Alien Life. New York: HarperCollins, 2003.

Impey, Chris. Beyond: Our Future in Space. New York: W. W. Norton, 2016.

_____. The Living Cosmos: Our Search for Life in the Universe. New York: Random House, 2007.

Kaku, Michio. The Future of the Mind. New York: Anchor Books, 2014. (См. изд. на рус. яз.: Каку, M. Будущее разума. — М.: Альпина нон-фикшн, 2018.)

_____. The Physics of the Future. New York: Anchor Books, 2011. (См. изд. на рус. яз.: Каку, М. Физика будущего. — М.: Альпина нон-фикшн, 2018.)

_____. Visions: How Science Will Revolutionize the 21st Century. New York: Anchor Books, 1999.

Kasting, James. How to Find a Habitable Planet. Princeton: Princeton University Press, 2010.

Lemonick, Michael D. Mirror Earth: The Search for Our Planet’s Twin. New York: Walker and Co., 2012.

_____. Other Worlds: The Search for Life in the Universe. New York: Simon and Schuster, 1998.

Lewis, John S. Asteroid Mining 101: Wealth for the New Space Economy. Mountain View, CA: Deep Space Industries, 2014.

Neufeld, Michael. Von Braun: Dreamer of Space, Engineer of War. New York: Vintage Books, 2008.

O’Connell, Mark. To Be a Machine: Adventures Among Cyborgs, Utopians, Hackers, and the Futurists Solving the Modest Problem of Death. New York: Doubleday Books, 2016.

Odenwald, Sten. Interstellar Travel: An Astronomer’s Guide. New York: The Astronomy Cafe, 2015.

Petranek, Stephen L. How We’ll Live on Mars. New York: Simon and Schuster, 2015.

Sasselov, Dimitar. The Life of Super-Earths. New York: Basic Books, 2012.

Scharf, Caleb. The Copernicus Complex: Our Cosmic Significance in a Universe of Planets and Probabilities. New York: Scientific American/Farrar, Straus and Giroux, 2015.

Seeds, Michael, and Dana Backman. Foundations of Astronomy. Boston: Books/Cole, 2013.

Shostak, Seth. Confessions of an Alien Hunter. New York: Kindle eBooks, 2009.

Stapledon, Olaf. Star Maker. Mineola, NY: Dover Publications, 2008. (См. изд. на рус. яз.: Стэплдон О. Создатель звезд. — М.: АСТ, Люкс, Neoclassic, 2004.)

Summers, Michael, and James Trefil. Exoplanets: Diamond Worlds, Super Earths, Pulsar Planets, and the New Search for Life Beyond Our Solar System. Washington, D. C.: Smithsonian Books, 2017.

Thorne, Kip. The Science of «Interstellar.» New York: W. W. Norton, 2014.

Wachhorst, Wyn. The Dream of Spaceflight. New York: Perseus Books, 2000.

Wohlforth, Charles, and Amanda R. Hendrix. Beyond Earth: Our Path to a New Home in the Planets. New York: Pantheon Books, 2017. (См. изд. на рус. яз.: Уолфорт, Ч., Хендрикс, А. За пределами Земли: В поисках нового дома в Солнечной системе. — М.: Альпина нон-фикшн, 2018.)

Woodward, James F. Making Starships and Stargates: The Science of Interstellar Transport and Absurdly Benign Wormholes. New York: Springer, 2012.

Vance, Ashlee, and Fred Sanders. Elon Musk: Tesla, SpaceX, and the Quest for a Fantastic Future. New York: HarperCollins, 2015.

Zubrin, Robert. The Case for Mars. New York: Free Press, 2011.

Примечания

1

A. R. Templeton, «Genetics and Recent Human Evolution», International Journal of Organic Evolution 61, no. 7 (2007): 1507–19. См. также Supervolcano: The Catastrophic Event That Changed the Course of Human History; Could Yellowstone Be Next? (New York: MacMillan, 2015).

2

Хотя ученые сходятся во мнении, что извержение вулкана Тоба было катастрофическим событием, не все уверены в том, что оно изменило направление человеческой эволюции. Группа исследователей из Оксфордского университета проанализировала отложения на дне озера Малави в Африке, возраст которых составляет несколько десятков тысяч лет. Пробурив скважину на дне этого озера, исследователи получили образцы древних отложений и по ним восстановили погодные условия древних времен. Анализ данных, относящихся ко времени после извержения вулкана Тоба, не свидетельствовал однозначно о долговременных климатических изменениях, порождая сомнения в теории массового вымирания. Однако эти изменения, возможно, будут подтверждены, если удастся получить данные из других регионов мира, помимо озера Малави. Другая теория состоит в том, что причиной узкого места человеческой эволюции около 75 000 лет были медленно накопившиеся изменения среды, а не внезапный коллапс экосистемы. Для окончательного ответа на этот вопрос необходимы дополнительные исследования.

3

Напомним три закона движения Ньютона:

«Движущийся объект продолжает двигаться, если на него не действует внешняя сила». (Значит, наши космические зонды смогут достигать отдаленных планет с минимальными затратами топлива, поскольку в основном они движутся по инерции, ведь в космосе нет трения.)

«Сила равна произведению массы на ускорение». Этот фундаментальный закон лежит в основе Ньютоновой механики, которая позволяет нам строить небоскребы, мосты и заводы.

«Каждое действие вызывает равное и противоположное противодействие». Именно по этой причине ракеты могут двигаться в открытом космосе.

Эти законы идеально работают при полетах зондов по всей Солнечной системе. Однако они неизбежно нарушаются в некоторых важных случаях: а) при чрезвычайно высоких скоростях, приближающихся к скорости света, б) в чрезвычайно мощных гравитационных полях, например вблизи черной дыры, в) на чрезвычайно малых расстояниях, к примеру внутри атома. Для объяснения этих явлений необходима не Ньютонова механика, а теория относительности Эйнштейна и квантовая теория.

4

Циолковский К. Э. Избранные труды. — М.: Издательство Академии наук СССР, 1962. С. 205.

5

Сhris Impey, Beyond (New York: W. W. Norton, 2015), p. 30.

6

Историки все еще спорят, насколько значительным было взаимовлияние между пионерами ракетного дела Циолковским, Годдардом и фон Брауном. Одни утверждают, что каждый из них работал почти в полной изоляции и заново открывал то, что уже было сделано другими. Другие говорят, что имело место активное взаимодействие, поскольку основные их работы были опубликованы. Известно, что нацисты искали подходы к Годдарду и спрашивали его совета. Поэтому можно смело сказать, что фон Браун, имевший доступ к правительству Германии, был полностью в курсе достижений своих предшественников.

7

Hans Fricke, Der Fisch, der aus der Urzweit kam (Munich: Deutscher Taschenbuch-Verlag, 2010), pp. 23–24.

8

Lance Morrow. «The Moon and the Clones», Time, August 3, 1998. О политических воззрениях фон Брауна см. книгу Майкла Нейфелда (M. J. Neufeld, Wernher von Braun: Dreamer of Space, Engineer of War (New York: Vintage, 2008).). Частично я основываюсь на интервью, взятом мною у Нейфелда в сентябре 2007 г. О выдающем ученом-ракетчике писали много и приходили к разным выводам. Он открыл эру полетов в космос, но начинал свою деятельность, получая финансовую поддержку нацистского режима.

9

См.: R. Hal and D. J. Sayler, The Rocket Men: Vostok and Voskhod, the First Soviet Manned Spaceflights (New York: Springer Verlag, 2001).

10

См.: Gregory Benford and James Benford. Starship Century (New York: Lucky Bat Books, 2014), p. 3.

11

Peter Whoriskey, «For Jeff Bezos, The Post Represents a New Frontier», Washington Post, August 12, 2013.

12

R. A. Kerr, «How Wet the Moon? Just Damp Enough to Be Interesting», Science Magazine 330 (2010): 434.

13

B. Harvey, China’s Space Program: From Conception to Manned Spaceflight (Dordrecht: Springer-Verlag, 2004).

14

J. Weppler, V. Sabathicr, and A. Bander, «Costs of an International Lunar Base» (Washington, D. C.: Center for Strategic and International Studies, 2009); https://www.csis.org/publication/costs-international-lunar-base.chapter.

15

Предполагается, что это платина. Cм.: www.planetaryresources.com.

16

Больше высказываний Илона Маска см. на: www.investopedia.com/university/elon-musk-biography/elon-musk-most-influential-quotes.asp.

17

См.: https://manofmetropolis.com/nick-graham-fall-2017-review.

18

The Guardian, September 2016; www.theguardian.com/technology/2016/sep/27/elon-musk-spacex-mars-exploration-space-science.

19

The Verge, October 5, 2016; www.theverge.com/2016/10/5/13178056/boeing-ceo-mars-colony-rocket-space-elon-musk.

20

Business Insider, October 6, 2016; www.businessinsider.com/boeing-spacex-mars-elon-musk-2016-10.

21

Там же.

22

www.nasa.gov/feature/deep-space-gateway-to-open-opportunities-for-distant-destinations.

23

Интервью для радиостанции Science Fantastic, июнь 2017.

24

Cм.: R. Reider, Dreaming the Biosphere (Albuquerque: University of New Mexico Press, 2010).

25

Для расчета предела Роша и приливных сил достаточно элементарного применения законов тяготения Ньютона. Поскольку луны — сферические объекты, а не точечные частицы, сила притяжения со стороны газового гиганта, такого как Юпитер, больше на стороне луны, обращенной к Юпитеру, чем на дальней от него стороне. Это заставляет луну Юпитера немного деформироваться. Однако можно рассчитать также силу гравитации, которая удерживает луну в целости за счет собственной силы тяготения. Если луна слишком приблизится у Юпитеру, разрывающие ее гравитационные силы уравновесят гравитационные силы, которые удерживают ее в целости, и луна начинает распадаться. Это дает нам предел Роша. Внутри него лежат все зарегистрированные до сих пор кольца планет. Это указывает (но не доказывает строго) на то, что кольца газовых гигантов возникли благодаря приливным силам.

26

Кометы из пояса Койпера и из облака Оорта, вероятно, имеют разное происхождение.

27

Discover magazine, April 2017; discovermagazine.com/2017/april-2017/cultivating-common-sense.

28

Часто высказываются опасения, что распространение искусственного интеллекта может произвести революцию на рынке труда, оставив миллионы людей без работы. Это вполне может произойти, но существуют и другие тенденции, которые могут компенсировать и даже обратить вспять этот эффект. Взрывной рост роботостроения, которое может сравниться по масштабам с автоиндустрией, будет создавать новые рабочие места, связанные с конструированием, ремонтом и обслуживанием роботов. Во множестве профессий роботы в ближайшие десятилетия не смогут заменить людей. Например, этого не случится в полуквалифицированных профессиях, где действия людей не повторяются (швейцары, полицейские, строители, сантехники, садовники, подрядчики и т. п.). Этих работников невозможно будет заменить роботами. Роботы, к примеру, слишком примитивны, чтобы собирать мусор. Роботами трудно будет заменить человека там, где работа требует: а) здравого смысла, б) распознавания образов, в) взаимодействия с людьми. К примеру, помощников юриста можно будет заменить, но адвокаты по-прежнему будут выступать в суде, аргументируя свою позицию перед судьей и присяжными. В первую очередь без дела могут остаться посредники — им, чтобы удержаться на плаву, придется доказывать свою ценность (вкладывать интеллектуальный капитал). Они должны будут предложить рынку, помимо прочего, аналитические способности, опыт, интуицию и инновационность, которых не хватает роботам.

29

Samuel Butler, Darwin Among the Machines; www.historyofinformation.com/expanded.php?id=3849.

30

Больше высказываний Клода Шеннона см.: www.quotes-inspirationa.com/quote/visualize-time-robots-dogs-humans-121.

31

Raffi Khatchadourian, «The Doomsday Invention», New Yorker, November 23, 2015; www.newyorker.com/magazine/2015/11/23/doomsday-invention-artificial-intelligence-nick-bostrom.

32

Плюсы и минусы, которые несет искусственный интеллект, следует оценивать в перспективе. Любое открытие может быть употреблено на благо или во зло людям. Когда были изобретены лук и стрелы, они, главным образом, использовались для охоты на мелкую добычу вроде белок и кроликов. Постепенно их усовершенствовали до оружия, которое могло быть обращено против человека. Первые аэропланы были машинами для развлечения и доставки почты, но со временем стали употребляться для бомбардировок. Так и ИИ на протяжении многих десятилетий будет полезным изобретением, создающим новые рабочие места и отрасли промышленности, способствующие процветанию. Но, став «слишком умными», машины могут представлять угрозу. Когда они станут опасны? Я считаю, с того момента, когда начнут себя осознавать. Сейчас роботы не знают, что они роботы, но в будущем ситуация может резко измениться. Однако, по моему мнению, вряд ли это произойдет до конца нынешнего столетия, так что у нас еще есть время на подготовку.

33

Следует критически воспринимать один из аспектов сингулярности, согласно которому каждое следующее поколение роботов будет умнее предыдущего, поэтому сверхразумных роботов удастся создать очень быстро. Так ли это? Можно производить компьютеры, снабжая их памятью все большего объема, но значит ли это, что они будут «умнее»? Пока никто не смог произвести хотя бы один компьютер, способный самостоятельно создать компьютер следующего поколения с более высоким интеллектом. Да и вообще — строгого определения слова «умный» не существует. Это не значит, что описанная ситуация с роботом, создающим более совершенного робота, принципиально невозможна, это означает только, что процесс плохо определен. Мы пока не знаем, как все это будет происходить.

34

По-моему, ключ к человеческому разуму — наша способность моделировать будущее. Человек постоянно что-то планирует, замышляет, взвешивает, мечтает и рассуждает о будущем. Мы ничего не можем с этим поделать. Мы — машины для предсказаний. Но один из ключевых моментов моделирования будущего — понимание законов здравого смысла, которых насчитываются миллиарды. Эти законы, в свою очередь, опираются на представления об основах биологии, химии и физики окружающего нас мира. Чем точнее наши представления об этих законах, тем точнее получится модель будущего. Проблема научения здравому смыслу — одно из главных препятствий на пути создания искусственного интеллекта. Все попытки запрограммировать законы здравого смысла потерпели неудачу. Даже у маленького ребенка здравого смысла больше, чем у самого продвинутого современного компьютера. Пока можно не сомневаться, что любая попытка робота перехватить у человека власть над миром потерпит неудачу просто потому, что этот робот не понимает простейших вещей. Чтобы выполнить хоть какой-то план, ему нужно овладеть простейшими законами здравого смысла. К примеру, если дать роботу задание ограбить банк, он непременно потерпит неудачу, потому что не способен реалистично смоделировать все возможные сценарии будущих событий.

35

R. L. Forward, «Roundtrip Interstellar Travel Using Laser- Pushed Lightsails», Journal of Spacecraft 21, no. 2 (1984): 187–95.

36

G. Vulpetti, L. Johnson, and L. Matlofff, Solar Sails: A Novel Approach to Interplanetary Flight (New York: Springer, 2008).

37

G. Dyson, Project Orion: The True Story of the Atomic Spaceship (New York: Henry Holt, 2002).

38

S. Lee and S. H. Saw, «Nuclear Fusion Energy— Mankind’s Giant Step Forward», Journal of Fusion Energy 29, 2, 2010.

39

Фундаментальная причина того, что магнитный термоядерный синтез до сих пор не реализован на Земле, — это проблема стабильности. В природе гигантский газовый шар может быть сжат до состояния, когда происходит вспышка звезды, потому что гравитация сжимает газ равномерно. Однако из-за наличия двух полюсов равномерно сжать газ при помощи магнитных сил невозможно. Пока вы сжимаете его в одном месте, он расширяется в другом (представьте, что вы сдавливаете воздушный шарик). Одна из идей состоит в том, чтобы создать магнитное поле в форме бублика и сжимать газ внутри него. Но физикам пока не удалось сжать горячий газ более чем на десятую долю секунды, а этого слишком мало для получения самоподдерживающейся реакции.

40

Хотя ракеты на антивеществе превращают вещество в энергию с эффективностью 100 %, скрытые потери все же происходят и в этом случае. Часть энергии столкновения вещества и антивещества уносят нейтрино, которых невозможно собрать и превратить в полезную энергию. Наши тела постоянно облучаются солнечными нейтрино, но мы этого не ощущаем. Даже когда Солнце находится за горизонтом, его нейтрино свободно проходят сквозь Землю — и пронизывают наши тела. Мало того, если бы можно было пустить пучок нейтрино сквозь бесконечно толстый слой свинца, он, прежде чем наконец остановиться, проник бы вглубь слоя на расстояние, равное одному световому году. Нейтринная энергия, высвобожденная в ходе столкновения вещества и антивещества, рассеивается и не может быть использована для выработки энергии.

41

R. W. Bussard, «Galactic Matter and Interstellar Flight», Astronautics Acta 6 (1960): 179–94.

42

D. B. Smitherman Jr., «Space Elevators: An Advanced Earth-Space Infrastructure for the New Millennium», NASA pub. CP 2000–210429.

43

NASA Science, «Audacious and Outrageous: Space Elevators»; https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2000/ast07sep_1.

44

Специальная теория относительности Эйнштейна основывается на простой фразе: «Скорость света постоянна в любой инерциальной системе отсчета [то есть в любой системе отсчета, движущейся равномерно и прямолинейно]». Это противоречит законам Ньютона, в которых ничего не сказано о скорости света. Чтобы этот закон выполнялся, наши представления о законах движения необходимо сильно изменить. Исходя из этого заявления, можно показать, что:

— Чем быстрее вы движетесь в ракете, тем медленнее идет в ракете время.

— Пространство в ракете сжимается тем сильнее, чем быстрее она движется.

— Чем быстрее вы движетесь, тем становитесь тяжелее.

Это означает, что на скорости света время должно остановиться, а вы должны стать бесконечно плоским и бесконечно тяжелым, что невозможно. Следовательно, световой барьер преодолеть невозможно. (Правда, в ходе Большого взрыва Вселенная расширялась так быстро, что скорость расширения превосходила скорость света, но в этом случае расширялось пустое пространство, а материальные объекты двигаться быстрее света не могут.)

Единственный известный нам способ двигаться быстрее света состоит в том, чтобы задействовать общую теорию Эйнштейна, в которой пространство-время становится тканью и может растягиваться, искривляться и даже рваться. Первый способ — проникать через «многосвязные пространства» (кротовые норы), в которых две вселенные соединяются, как сиамские близнецы. Если расположить два листа бумаги параллельно и проделать в них отверстие, оно соединит их — получится кротовая нора. Также можно каким-то образом сжать пространство перед собой, чтобы проскочить его и двигаться быстрее света.

45

Стивен Хокинг доказал важную теорему, которая гласит, что отрицательная энергия необходима для любого решения уравнений Эйнштейна, допускающего путешествия во времени или полеты сквозь кротовые норы.

Ньютонова механика не допускает существования отрицательной энергии. В квантовой теории отрицательная энергия разрешена через эффект Казимира. При измерении в лаборатории она оказалась чрезвычайно малой: если взять две большие параллельные металлические тарелки, то энергия Казимира будет обратно пропорциональна третьей степени расстояния между ними. Иными словами, при сближении тарелок отрицательная энергия быстро растет.

Проблема в том, что эти тарелки нужно сблизить до субатомного расстояния, что невозможно при современном уровне технологий. Приходится считать, что высокоразвитая цивилизация каким-то образом овладела способностью использовать большие количества отрицательной энергии, чтобы сделать возможными машины времени и полеты сквозь кротовые норы.

46

См.: M. Alcubierre, «The Warp Drive: Hyperfast Travel Within General Relativity», Classical and Quantum Gravity 11, no. 5 (1994): L73–L77. Когда я брал интервью у Алькубьерре для канала «Дискавери», он был уверен, что его решение уравнений Эйнштейна представляет собой существенный вклад в науку. Однако выражал опасения, что тот, кто захотел бы построить настоящий варп-двигатель, столкнулся бы с громадными трудностями. Во-первых, пространство-время внутри варп-пузыря причинно отделено от внешнего мира. Это означает, что движением пузыря невозможно управлять ни изнутри, ни снаружи. Во-вторых, и это самое главное, его создание требует огромного количества отрицательного вещества (которого пока нигде не нашли) и отрицательной энергии (которая существует лишь в крохотных количествах). Алькубьерре был убежден, что нам придется преодолеть немало серьезнейших препятствий, прежде чем удастся построить рабочий образец варп-двигателя.

47

William Boulting, Giordano Bruno: His Life, Thought, and Martyrdom (Victoria, Australia: Leopold Classic Library, 2014).

48

Там же.

49

Больше информации о космическом телескопе «Кеплер», см. на сайте НАСА: http://www.kepler.arc.nasa.gov.

Хотя «Кеплер» был сфокусирован на крохотном участке Млечного Пути, он обнаружил свидетельства существования порядка 4000 планет, обращающихся вокруг других звезд. Экстраполировав эти данные, мы можем получить приблизительную оценку числа планет в пределах нашей Галактики. Впоследствии подобные аппараты будут рассматривать другие области Галактики в надежде обнаружить другие типы экзопланет и новые землеподобные планеты.

50

Интервью с профессором Сарой Сигер в эфире радиостанции Science Fantastic, июнь 2017.

51

Christopher Crockett, «Year In Review: A Planet Lurks Around the Star Next Door», Science News, December 14, 2016.

52

Интервью с профессором Сарой Сигер в эфире радиостанции Science Fantastic, июнь 2017.

53

www.quotes.euronews.com/people/michael-gillion-KAp4OyeA.

54

A. Crow, J. Hunt, and A. Hein, «Embryo Space Colonization to Overcome the Interstellar Time Distance Bottleneck», Journal of the British Interplanetary Society 65 (2012): 283–85.

55

Linda Marsa, «What It Takes to Reach 100», Discover Magazine, October 2016.

56

Иногда говорят, что бессмертие нарушает второй закон термодинамики, который гласит, что все в мире, включая живые организмы, со временем разлагается, гниет и умирает. Однако в этом законе есть лазейка, согласно которой (в замкнутой системе) энтропия (беспорядок) обязательно возрастает. Ключевое слово здесь — замкнутой. Если система открыта (то есть энергия в нее может поступать извне), процесс возрастания энтропии можно обратить вспять. Так работает, к примеру, холодильник. Его мотор прогоняет газ через трубку, газ расширяется и охлаждает холодильник. Применительно к живым существам это означает, что возрастание энтропии можно обратить вспять, если энергия (солнечный свет) поступает извне.

Cамо наше существование возможно только потому, что солнечный свет снабжает растения энергией, а мы съедаем эти растения и используем эту энергию для возмещения ущерба, нанесенного энтропией. Следовательно, мы умеем локально уменьшать энтропию. Таким образом, говоря о бессмертии человека, можно обойти второй закон термодинамики, добавляя локально новую энергию извне (к примеру, в форме изменения рациона питания, физических упражнений, генной терапии, приема новых ферментов и т. п.).

57

Приводится в книге Митио Каку «Физика будущего».

58

Пессимистические прогнозы о скором перенаселении нашей планеты, которые звучали в 1960-х гг., не сбылись. Скорость роста населения Земли снижается. Но абсолютная численность населения продолжает расти, особенно в Африке южнее Сахары, так что трудно сколько-нибудь достоверно оценить население Земли, скажем, к 2050 или 2100 г. Некоторые демографы утверждают, что, если наблюдаемые тенденции сохранятся, население Земли выровняется и стабилизируется, избежав популяционной катастрофы. Однако это все пока только предположения.

59

https://quotefancy.com/quote/1583084/Danny-Hillis-I-m-as-fond-of-my-body-as-anyone-but-if-I-can-be-200-with-a-body-of-silicon.

60

Andrew Pollack, «A Powerful New Way to Edit DNA», New York Times, March 3, 2014; www.nytimes.com/2014/03/04/health/a-powerful-new-way-to-edit-DNA.html.

61

Приводится в книге Митио Каку «Физика будущего».

62

Приводится в книге Митио Каку «Физика будущего».

63

F. Fukuyama, «The World’s Most Dangerous Ideas: Transhumanism», Foreign Policy 144 (2004): 42–43.

64

Артур Кларк однажды сказал: «Существует две возможности: либо мы одиноки во Вселенной, либо нет. Обе перспективы пугающие».

65

Rebecca Boyle, «Why These Scientists Fear Contact with Space Aliens», NBC News, February 8, 2017; www.nbcnews.co/storyline/the-big-questions/why-these-scientists-fear-contact-space-aliens-n717271.

66

Консенсуса относительно перспектив проекта SETI нет. Одни ученые уверены, что наша Галактика буквально кишмя кишит разумной жизнью. Другие считают, что мы, вполне возможно, одиноки во Вселенной, анализировать нам, кроме собственной планеты, нечего, и даже направления анализа определить практически невозможно, поскольку опереться, кроме уравнения Дрейка, не на что.

Ср., например, точку зрения Н. Бострома: N. Bostrom, «Where Are They: Why I Hope the Search for Extraterrestrial Intelligence Finds Nothing», MIT Technology Review Magazine, May/June 1998, 72–77.

67

E. Jones, «Where Is Everybody? An Account of Fermi’s Question», Los Alamos Technical Report LA 10311-MS, 1985. См. также: S. Webb, If the Universe Is Teeming with Aliens… Where Is Everybody? (New York: Copernicus Books, 2002).

68

Олаф Стэплдон. «Создатель звезд».

69

Существует множество других возможностей, которые нельзя просто отбросить. Одна из них состоит в том, что мы, возможно, действительно одиноки во Вселенной. Это аргументируется тем, что обнаруживается все больше параметров, определяющих пригодность планеты для жизни, а значит, становится все труднее найти планеты, удовлетворяющие всем этим критериям. К примеру, есть зона жизни для галактики Млечный Путь. Если планета располагается слишком близко к центру Галактики, она подвергается слишком сильному облучению и, соответственно, непригодна для жизни. Если она слишком далеко от центра, тогда на ней недостаточно тяжелых элементов для образования молекул, необходимых для жизни. Зоны жизни определяются по такому количеству параметров (многие из которых нам пока попросту неизвестны), что во всей Вселенной, возможно, нашлась всего одна планета, где появилась разумная жизнь. Каждое новое условие значительно снижает вероятность возникновения жизни. А поскольку таких условий много, общая вероятность разумной жизни близка к нулю.

Кроме того, иногда говорят, что внеземная жизнь может быть основана на совершенно других законах химии и физики, выходящих за пределы всего, что мы можем смоделировать в лаборатории. Следовательно, наше представление о природе слишком узко и упрощенно, чтобы описать жизнь вне Земли. Возможно, это правда. К тому же при исследовании Вселенной нас наверняка ждут неожиданные сюрпризы. Вместе с тем простое заявление о том, что иная химия и физика могут существовать, никак не продвигает наши дебаты. Наука опирается на теории, которые должны быть проверяемыми, воспроизводимыми и опровержимыми, поэтому простое постулирование существования неизвестных законов химии и физики ничем нам не поможет.

70

David Freeman, «Are Space Aliens Behind the ‘Most Mysterious Star in the Universe’?» Huffington Post, August 25, 2016; www.huffingtonpost.com/entry/are-space-aliens-behind-the-most-mysterious-star-in-the-universe_us_57bb5537e4b00d9c3a1942f1. См. также: Sarah Kaplan, «The Weirdest Star in the Sky Is Acting Up Again», Washington Post, May 24, 2017; www.washingtonpost.com/news/speaking-of-science/wp/2017/05/24/the-weirdest-star-in-the-sky-is-acting-up-again/?utm_term=.5301cac2152a.

71

Ross Anderson, «The Most Mysterious Star in Our Galaxy», The Atlantic, October 13, 2015; www.theatlantic.com/science/archive/2015/10/the-most-interesting-star-in-our-galaxy/41023.

72

Кардашёв Н. Передача информации внеземными цивилизациями // Астрономический журнал. 1964.№ 8. С. 217.

73

Chris Impey, Beyond: Our Future in Space (New York: W. W. Norton, 2016), pp. 255–56.

74

David Grinspoon, Lonely Planets (New York: HarperCollins, 2003), p. 333.

75

Иногда можно услышать, что строительство гигантских ускорителей, таких как Большой адронный коллайдер (БАК) и те ускорители, что последуют за ним, приведет в итоге к появлению черной дыры, способной уничтожить нашу планету. Это невозможно по нескольким причинам.

Во-первых, на БАКе невозможно получить энергию, достаточную для создания черной дыры (на это требуется энергия, сравнимая с энергией гигантской звезды). Энергия на БАКе — это энергия субатомных частиц, она слишком мала, чтобы проделать дыру в пространстве-времени. Во-вторых, природа непрерывно бомбардирует Землю гораздо более мощными субатомными частицами, чем те, что создает БАК, а Земля до сих пор никуда не делась. Так что даже субатомные частицы с энергиями, превышающими энергии БАК, безопасны. Наконец, теория струн предсказывает существование микроскопических черных дыр, которые нам, возможно, когда-нибудь удастся обнаружить при помощи ускорителей, но эти миниатюрные дыры всего лишь субатомные частицы, а не звезды и потому не представляют никакой опасности.

76

Если мы наивно попытаемся просто соединить квантовую теорию с общей теорией относительности, то обнаружим математические нестыковки, которые почти целое столетие ставили физиков в тупик. К примеру, попытавшись просчитать рассеяние двух гравитонов (частиц гравитации), мы получим в ответе бесконечность, что не имеет смысла. Фундаментальная проблема физиков-теоретиков состоит в том, чтобы объединить гравитацию с квантовой теорией так, чтобы ответы получались конечными.

Пока единственным известным способом устранить эти бесконечности является теория струн. Она имеет мощный набор симметрий, в которых бесконечности компенсируют одна другую, поскольку в теории струн у каждой элементарной частицы имеется партнер, называемый счастицей. Бесконечности, исходящие из обычных частиц, в точности компенсируются бесконечностями, исходящими от счастиц, и вся теория становится конечной. Теория струн — единственная в физике теория, которая сама выбирает для себя размерность. Дело в том, что эта теория симметрична по суперсимметрии. Вообще, все частицы во Вселенной делятся на два типа: бозоны (с целым спином) и фермионы (с полуцелым спином). С увеличением числа измерений пространства-времени число фермионов и бозонов также возрастает. В целом число фермионов возрастает быстрее, чем число бозонов, однако на 10 измерениях для струн и на 11 для мембран, таких как сферы и пузыри, две кривые пересекаются. Поэтому непротиворечивая теория струн возможна только при 10 и 11 измерениях.

Установив число измерений пространства-времени равным 10, мы получим непротиворечивую теорию струн. Однако существует пять различных типов теории струн для 10 измерений. Физику, занятому поиском окончательной теории пространства-времени, трудно поверить, что непротиворечивых теорий струн должно быть целых пять. Ведь нам нужна только одна теория. (Один из вопросов, заданных Эйнштейном, звучал так: «Был ли у Бога выбор, когда он творил Вселенную? Уникальна ли она?»)

Эдвард Виттен показал, что эти пять теорий струн можно объединить в единую уникальную теорию, если добавить одиннадцатое измерение. Эта теория (так называемая М-теория) включает в себя не только струны, но и мембраны. Если начать с мембраны в 11 измерениях, а затем убрать одно из них (сплющить или срезать), то выяснится, что существует пять способов превратить мембрану в струну, что и дает нам те самые пять вариантов теории струн. (К примеру, сплющив надувной мяч, мы превратим 11-мерную мембрану в 10-мерную струну.) К сожалению, мы не знаем, на какой фундаментальной теории основывается М-теория. Известно лишь, что, если снизить число измерений с 11 до 10, М-теория сводится к каждой из пяти различных струнных теорий и что на нижней энергетической границе М-теория сводится к 11-мерной теории супергравитации.

77

Путешествия во времени ставят перед нами еще одну теоретическую проблему. Если фотон — частица света — входит в кротовую нору и возвращается на несколько лет назад, то по прошествии этих нескольких лет он сможет попасть в настоящее и вновь, еще раз войти в кротовую нору. Более того, он сможет войти в нее бесконечное число раз, в результате чего машина времени просто взорвется. В этом состоит одно из возражений, которые Стивен Хокинг выдвинул против возможности создания машины времени. Однако есть способ обойти эту проблему. В многомировой интерпретации квантовой механики Вселенная непрерывно расщепляется надвое, образуя параллельные вселенные. Но если время непрерывно расщепляется, тогда фотон сможет войти в кротовую нору и вернуться назад во времени лишь однажды. Входя туда повторно, он попадает в другую, параллельную вселенную, поэтому в каждой вселенной он проходит сквозь кротовую нору только один раз. Таким способом решается проблема с бесконечностями. Если принять идею, что Вселенная постоянно расщепляется на параллельные реальности, все парадоксы путешествий во времени благополучно разрешатся. Если вы убьете собственного дедушку до своего рождения, то вы убьете в параллельной реальности какого-то дедушку, похожего на вашего. Ваш дедушка в вашей вселенной останется невредимым.

78

Даже черные дыры в конце концов должны умереть. Согласно принципу неопределенности, все в мире неопределенно. Считается, что черная дыра поглощает 100 % попадающего в нее вещества, но это нарушает принцип неопределенности. Следовательно, существует некое слабое излучение, исходящее из черной дыры. Оно известно как излучение Хокинга. Хокинг доказал, что это излучение черного тела (сходное с излучением расплавленного металла), поэтому с ним связана температура. Можно вычислить, что за многие эпохи черная дыра (на самом деле она серая) излучит столько, что потеряет стабильность. Тогда черная дыра взорвется и исчезнет. Cо временем умирают даже черные дыры.

Если считать, что в каком-то отдаленном будущем нас ждет Большое замерзание, то нам придется столкнуться с тем, что атомарное вещество, каким мы его знаем, через триллионы и триллионы лет, возможно, распадется. В настоящее время, согласно Стандартной модели элементарных частиц, протон, по идее, должен быть стабилен. Но если мы обобщим модель и попытаемся объединить различные атомные взаимодействия, то выяснится, что протон может со временем распасться на позитрон и нейтрино. Если это так, то вещество (каким мы его знаем) в конечном итоге нестабильно и когда-нибудь рассыплется, превратившись в туман позитронов, нейтрино, электронов и т. п. В этих суровых условиях жизнь, вероятно, существовать не сможет. Согласно второму закону термодинамики, полезную работу можно совершать только при разности температур. Однако при Большом замерзании температура упадет почти до абсолютного нуля и разности температур, из которой можно извлечь полезную работу, больше не будет. Иными словами, все на свете заканчивается, даже все возможные формы жизни.

79

Темная энергия — одна из величайших загадок физики. В уравнениях Эйнштейна есть два члена, ковариантных в общем случае. Первый из них — свернутый тензор кривизны, отмеряющий искажения пространства-времени, вызванные звездами, пылью, планетами и т. п. Второй — объем пространства-времени. Даже вакуум имеет связанную с ним энергию. Чем больше расширяется Вселенная, тем больше в ней вакуума и, следовательно, темной энергии, вызывающей еще большее расширение. Иными словами, скорость расширения вакуума пропорциональна количеству существующего вакуума. Это, по определению, порождает экспоненциальное расширение Вселенной, называемое расширением де Ситтера (в честь физика, который первым распознал его).

Именно расширение де Ситтера, возможно, породило первоначальную инфляцию, давшую толчок Большому взрыву. Оно же заставляет Вселенную вновь экспоненциально расширяться. К сожалению, физики не в состоянии хотя бы предположительно объяснить все это на основании фундаментальных принципов. Ближе всего к объяснению темной энергии подходит теория струн, но она не может предсказать точное количество темной энергии во Вселенной. Теория струн гласит, что в зависимости от того, как искривить десятимерное пространство, можно получить разные значения для темной энергии, но не предсказывает в точности, сколько ее существует.

80

Допустив, что кротовые норы возможны, мы должны разобраться еще с одной проблемой. Можем ли мы быть уверены, что вещество по ту сторону кротовой норы стабильно? Так, наша Вселенная возможна потому, что стабилен протон — или по крайней мере стабилен настолько, что Вселенная за 13,8 млрд лет своего существования не схлопнулась и не перешла на низкий энергетический уровень. Возможно, другие вселенные в мультивселенной имеют базовое состояние, в котором, к примеру, протон может распасться на более легкие частицы, такие как позитрон. В таком случае все знакомые нам химические элементы периодической таблицы распадутся, и Вселенная будет содержать лишь туман из электронов и нейтрино, непригодный для стабильного атомарного вещества. Так что, прежде чем проникать в параллельную вселенную, следует убедиться, что вещество в ней похоже на наше и является стабильным.

81

A. Guth, «Eternal Inflation and Its Implications», Journal of Physics A 40, no. 25 (2007): 6811.

82

Инфляционная модель объясняет несколько загадочных аспектов Большого взрыва. Во-первых, в ней наша Вселенная представляется чрезвычайно плоской, гораздо более плоской, чем предусматривает стандартная теория Большого взрыва. Это можно объяснить, если постулировать, что когда-то Вселенная расширялась намного быстрее, чем считалось ранее. В ходе этого процесса крохотная часть первоначальной Вселенной чрезвычайно раздулась и потом сплющилась.

Во-вторых, инфляционная теория объясняет, почему Вселенная гораздо более однородна, чем следовало бы. Поскольку скорость света — это абсолютный предел скорости, изначальной Вселенной не хватило бы времени на то, чтобы как следует перемешаться. Ее однородность можно объяснить, только если предположить, что крохотный участочек материи в момент первоначального Большого взрыва был однородным и именно он образовал в результате инфляции однородную Вселенную.

Инфляционная модель Вселенной пока согласуется со всеми данными, которые дает нам изучение фонового микроволнового излучения. Это не означает, что теория верна, это означает лишь, что пока она хорошо согласуется со всеми космологическими данными. Верна ли она, покажет время. У инфляции есть одна вопиющая проблема — никто не знает, что ее вызвало. Эта теория прекрасно работает с момента начала инфляции, но абсолютно ничего не говорит о том, что заставило первоначальную Вселенную инфляционно расшириться.

Content

Митио Каку
БУДУЩЕЕ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА
Колонизация Марса, путешествия к звездам и обретение бессмертия

Благодарности

Пролог

Введение

На пути к многопланетности вида

Поиск новых планет в космосе

Новый золотой век исследования космоса

Революционные волнытехнического прогресса

Часть I ПОКИДАЯ ЗЕМЛЮ

1. Подготовка к старту

Циолковский — одинокий мечтатель

Роберт Годдард — отец ракетной техники

Под градом насмешек

Ракеты для войны и для мира

Взлет «Фау-2»

Ужасы войны

Ракеты и соперничество сверхдержав

Эпоха «Спутника»

Погибшие в космосе

2. Новый золотой век космических путешествий

Возвращение на Луну

К Луне

Постоянная лунная база

Жизнь на Луне

Лунный отдых и развлечения

Откуда взялась Луна?

Прогулки по Луне

3. Полезные ископаемые в небесах

Происхождение пояса астероидов

Добыча полезных ископаемых на астероидах

Исследование астероидов

4. Марс во что бы то ни стало

Новая космическая гонка к Марсу

Космический полет — не воскресный пикник

Путь на Марс

Первая экспедиция на Марс

5. Марс: планета-сад

Жизнь на Марсе

Марсианский спорт

Туристы на Марсе

Марс: райский сад

Терраформировать Марс

Как начать прогревать Марс

Переломный момент

Будет ли терраформирование устойчивым?

Куда делись марсианские океаны?

6. Газовые гиганты, кометы, далее везде

Газовые гиганты

Спутники газовых гигантов

Europa Clipper

Кольца Сатурна

Дом на Титане?

Кометное облако Оорта

Часть II ПУТЬ К ЗВЕЗДАМ

7. Роботы в космосе

ИИ: новорожденная наука

Следующий шаг: подлинные автоматы

История ИИ

Конкурс DARPA

Обучающиеся машины

Самовоспроизводящиеся роботы

Самовоспроизводящиеся роботы в космосе

Сознающие себя роботы

Наилучший и наихудший сценарии

Пространственно-временная теория сознания

Создаем сознающие себя машины?

Почему роботы сходят с ума

Квантовые вычисления

Почему у нас нет квантовых компьютеров?

Роботы в отдаленном будущем

8. Как построить звездолет

Проблемы лазерных парусов

Световые паруса

Ионные двигатели

Столетний космический корабль

Ядерные ракеты

Недостатки ядерных и термоядерных ракет

Термоядерные ракеты

Звездные корабли на антивеществе

Космические корабли с прямоточным термоядерным двигателем

Проблемы звездолетов

Лифт в космос

Варп-двигатель

Кротовые норы

Пузырь Алькубьерре

Эффект Казимира и минус-энергия

9. «Кеплер» и полная планет Вселенная

Методы поиска экзопланет

Результаты работы космического телескопа «Кеплер»

Землеподобные планеты

Семь землеподобных планет у одной звезды

Близнец Земли?

Планеты-странницы

Необычные планеты

Перепись звезд Галактики

Часть III ЖИЗНЬ ВО ВСЕЛЕННОЙ

10. Бессмертие

Корабли на несколько поколений

Современная наука и старение

Пошлите туда клонов

В поисках бессмертия

Генетика старения

Противоречивые теории старения

Еще одна перспектива бессмертия

Перенаселение

Цифровое бессмертие

Два способа оцифровать сознание

Душа — всего лишь информация?

11. Трансгуманизм и технологии

Сверхсила

Улучшая себя

Сила разума

Летать, как птицы?

Революция CRISPR

Этика трансгуманизма

Постчеловеческое будущее?

Принцип пещерного человека

Кто решает?

12. В поисках внеземной жизни

SETI

Первый контакт

Как они выглядят?

Эволюция разума на Земле

Инопланетяне в «Создателе звезд»

Человеческий разум

Эволюция на разных планетах

Естественные барьеры для инопланетной технологии

Парадокс Ферми: где же они?

Мешаем ли мы им?

13. Высокоразвитые цивилизации

Шкала развития цивилизаций по Кардашёву

Переход от цивилизации типа 0 к цивилизации типа I

Глобальное потепление и биотерроризм

Энергия для цивилизации I типа

Переход к цивилизации II типа

Охлаждение для цивилизации II типа

Разделится ли человечество?

Великое галактическое расселение

Далеко ли мы разойдемся?

Общие базовые ценности

Переход к цивилизации III типа

Лазерный перенос к звездам

Кротовые норы и энергия Планка

После Большого адронного коллайдера

Ускоритель в поясе астероидов

Квантовая размытость

Теория струн

Сила симметрии

Критика теории струн

Жизнь в гиперпространстве

Темная материя и струны

Теория струн и кротовые норы

Конец расселению?

14. Покидая Вселенную

Большое сжатие, Большое замерзание или Большой разрыв

Огонь или лед?

Темная энергия

Как избежать апокалипсиса

Стать цивилизацией IV типа

Инфляционная модель Вселенной

Нирвана

Создатель звезд

Последний вопрос

Об авторе

Рекомендуемая литература

Примечания