Гиндилис Л. М

SETI: ПОИСК ВНЕЗЕМНОГО РАЗУМА

Хвала дерзновению проникла широко. Самые малые ученики обратились на путь исканий и пришли к Нам с разбором их устремлений. Каждый принес свои мечты: я разрушу все земные храмы, ибо истина не нуждается в стенах; я орошу все пустыни; я открою все тюрьмы, я уничтожу все мечи; я проведу все пути; я утру все слезы; я обойду все земли; я напишу книгу человечества; но самый маленький обратился к зажигающимся звездам и сказал: «здравствуйте, братья»… Утвердиться в этом дерзании привета — путь Вселенной.

Древняя легенда

ПРЕДИСЛОВИЕ

Мысль написать книгу о поисках внеземных цивилизаций зародилась у меня давно, но различные обстоятельства не позволяли осуществить ее. Со временем необходимость в такой книге, как мне кажется, возрастала. С момента выхода книги И. С. Шкловского «Вселенная, жизнь, разум» (первое издание появилось в 1962 г., последнее, шестое издание — в 1987 г.) прошло немало лет. Исследования в области SETI (так стали называть проблему поиска внеземных цивилизаций) продолжали развиваться, были сделаны важные открытия в смежных областях науки. Пришло время дать новый современный срез этой проблемы. Между тем серьезных научно-популярных книг по проблеме SETI на русском языке не было издано. Я решил восполнить этот пробел. Собственно, авторы очень часто указывают подобную причину. Но есть и некоторые дополнительные обстоятельства.

Так получилось, что я оказался вовлеченным в проблему SETI с первых шагов ее становления. В 1964 г. я участвовал в 1-м Всесоюзном совещании по внеземным цивилизациям, затем в 1971 г. — в 1-й советско-американской конференции по этой проблеме; в течение 25 лет я был ученым секретарем секции «Поиски космических сигналов искусственного происхождения» Научного совета по радиоастрономии АН СССР, затем председателем этой секции. В настоящее время руковожу Научно-культурным центром SETI. Мне довелось участвовать в экспериментальных работах по поиску радиосигналов ВЦ, быть участником многих дискуссий и обсуждений по проблеме SETI. Одним словом, накопился некоторый опыт, которым можно было поделиться. Так что я, в некотором смысле, даже чувствовал обязанность написать книгу. Это чувство усиливалось от сознания того, что многие, кто стоял у истоков проблемы, уже покинули этот мир. В жизнь вступает новое поколение исследователей SETI. Появились новые интересные идеи и подходы. Но вместе с тем прежний опыт начинает уже забываться. Мне не раз приходилось наблюдать, как в дискуссиях люди задаются теми же самыми вопросами, которые волновали и пионеров SETI много лет назад, и пытаются заново найти на них ответы, не принимая во внимание опыт и результаты прежних обсуждений, в которых принимали участие выдающиеся ученые. Я думаю, надо добиться того, чтобы не была утрачена связь времен. И это одна из задач, которые я ставил перед собой.

Несколько слов о характере книги. Она написана в жанре научно-популярной литературы. Книга доступна читателю со средним образованием. Она не требует никаких специальных знаний. В тех случаях, когда мне приходилось вводить специальные термины и понятия, я всегда стремился дать им подробное объяснение. Конечно, мне хотелось, чтобы книга читалась с интересом. Но это не значит, что она представляет собой легкое, занимательное чтиво. Нет, от читателя требуются определенные усилия. Это попытка серьезного разговора, соразмышления с читателем на волнующие темы.

По своему характеру проблема SETI — междисциплинарная, некоторые относят ее к числу общенаучных, а В. Ф. Шварцман убедительно доказывал, что она является предельно широкой — относится к культуре в целом. Неудивительно поэтому, что ею интересуются люди самого различного склада — и гуманитарии, и те, кто склонен к точным наукам, и естественники, и философы, люди с философским складом ума, и те, кого называют «технарями». Это создает определенные трудности при изложении проблемы. Приходится иметь в виду разные планы. Для решения этой задачи я использовал, наряду с обычным, еще и мелкий шрифт. Дополнительные детали, подробности, в том числе фрагменты текста с математическими формулами, даются мелким шрифтом. Читатель может, вообще, пропустить их без ущерба для понимания последующего текста. При желании он может вернуться к этим частям или совсем не возвращаться к ним. Но для определенной категории читателей эти подробности и детали, как я думаю, могут быть интересны.

Обычно в популярной литературе не принято давать литературные ссылки. Мы сочли все же необходимым отойти от этой традиции. Чтобы не затруднять читателя перелистыванием страниц, мы даем их не в конце книги, а в виде подстрочных примечаний. В конце каждой главы приводится список рекомендуемой литературы, в основном, научно-популярного характера. В конце книги мы приводим обзор библиографических указателей литературы по SETI и аннотированный список книг по проблеме SETI на русском языке, а также именной указатель.

Принята следующая нумерация рисунков и таблиц: первые цифры указывают номер главы и параграфа, последние — порядковый номер рисунка (таблицы) в данном параграфе. Деление параграфа на пункты в нумерации не учитывается.

Я хочу выразить благодарность ответственному редактору книги В. Г. Сурдину, который очень придирчиво редактировал текст, внес множество уточнений и важных замечаний. Я благодарен А. Ф. Топунову и В. В. Бурдюжа, которые взяли на себя труд просмотреть отдельные части рукописи и внесли цепные замечания. Благодарю О. А. Меньшикову за помощь в подготовке рукописи к изданию.

Февраль 2001

Л. М. Гиндилис

SETI или CETI?

В литературе по проблеме «Внеземные цивилизации», наряду с термином SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence — поиск внеземного разума), используется также термин CETI (Communication with Extraterrestrial Intelligence — связь с внеземным разумом). Исторически первым появился термин CETI. Он был предложен в 1965 г. профессором Рудольфом Пешеком (R. Pešek), председателем Комиссии по астронавтике Чехословацкой Академии наук. Р. Пешек был первым председателем Комитета CETI Международной Академии Астронавтики (МАА). Термин CETI продержался приблизительно до середины 70-х годов, когда он постепенно стал вытесняться термином SETI. Основанием для такой замены послужило, вероятно, то обстоятельство, что прежде чем говорить об установлении связи с внеземными цивилизациями, их необходимо обнаружить. Следовательно, поиск должен предшествовать установлению связи.

В этой книге употребляется, в основном, термин SETI, за исключением тех случаев, когда мы ссылаемся на источники, где использовался термин CETI.

ВВЕДЕНИЕ

Как неслыханно красиво мыслить о кооперации с дальними мирами. Эта кооперация, начатая сознательно, вовлечет в орбиту сношения новые миры, и этот небесный кооператив будет расширять бесконечно свои возможности… Пробуждаясь, помните о дальних мирах, отхода ко сну, помните о дальних мирах…Новый мир нуждается в новых границах. У идущих должна быть дорога. Разве она узка но всему небосклону?

«Община»[1]

Жажда общения с дальними мирами даст возможность приобщиться к течению Космоса

«Беспредельность»[2]

Когда зовем в дальние миры, то не для отвергания от жизни, а для открытия новых путей

«Беспредельность»

Есть ли что-либо более волнующее на свете, чем вид звездного неба в ясную безлунную ночь, вдали от городских огней? Проходят века и тысячелетия, уходят, погружаются в Лету бушующие в них человеческие страсти, а звезды, как символы Вечности, продолжают сиять на небесном своде, вызывая неясные предчувствия и надежды. В чем притягательная сила, в чем очарование этих бесчисленных крошечных огней, блистающих в ночи? Быть может, в том, что они отмечают очаги Разума во Вселенной? Не связаны ли они с самой тайной нашего существования? Кто мы? Зачем мы здесь, на Земле? Откуда пришли и куда идем? В чем смысл, какова цель нашего существования? Странные вопросы… Вечные вопросы, над которыми тысячелетиями бьется пытливая человеческая мысль.

«Мы живем более жизнью Космоса, чем жизнью Земли, так как Космос бесконечно значительнее Земли», — писал К. Э. Циолковский[3]. Мало кто сознает значение этой связи, но предощущение ее, по-видимому, психологически присуще человеку.

В те далекие времена, когда господствовало мифологическое сознание, Небеса были населены Богами и Героями. Боги спускались на Землю и вступали в общение с людьми, а земные Герои приобщались к Богам и поселялись среди Них. Потом эта связь прервалась…

По мере того, как рационалистическая наука нового времени постепенно очерчивала перед нами контуры окружающего мира, у людей появились новые надежды. Когда Земля была низведена до положения одной из планет Солнечной системы, возникла убежденность в обитаемости других планет. Возможно, этому способствовало то, что крушение геоцентрической системы мира совпало по времени с эпохой великих географических открытий. Европейская цивилизация открывала для себя новый мир — мир нашей планеты. Просвещенное человечество было уверено, что так же как на вновь открываемых островах и землях живут незнакомые племена людей, точно так же на других небесных телах должны обитать присущие им племена разумных существ.

Тогда же появились первые проекты достижения планет с помощью… птиц, воздушных шаров и пушечных ядер. Эти наивные проекты, способные вызвать у современного читателя лишь улыбку, происходили от избытка энтузиазма при недостатке научных знаний. По-видимому, главным мотивом этих исканий было все то же подсознательное стремление людей чувствовать, что мы не одиноки на своей крошечной планете Земле в беспредельном пространстве Космоса.

Пожалуй, первым научным проектом по установлению связи с обитателями других планет можно считать предложение известного математика Ф. Гаусса — вырубить в тайге гигантский участок леса в форме фигуры, иллюстрирующей теорему Пифагора, и засеять ее пшеницей. По цветовому контрасту с окружающей тайгой такой участок должен быть хорошо заметен при наблюдении в телескоп с соседних планет. Увидев знакомую фигуру теоремы Пифагора на участке планеты, где ранее этого не наблюдалось, инопланетные астрономы должны понять, что на Земле живут разумные существа, которые подают им сигнал о своем существовании. Примерно в то же время с аналогичной идеей выступил австрийский астроном Иозеф Иоганн фон Литтров; он предложил вырыть в пустыне Сахара каналы в форме правильных геометрических фигур, заполнить их водой, налить на поверхность воды керосин и поджигать по ночам. Выдвигалась также идея сигнализировать инопланетянам с помощью больших зеркал, отражающих солнечные лучи.

Эти проекты в первую очередь, были рассчитаны на марсиан. По своим «глобальным «характеристикам Марс очень напоминает Землю, диаметр его всего вдвое меньше земного; период вращения вокруг оси, приводящий к смене дня и ночи, составляет 24h 37m 23s (у Земли 23h 56m 04s); наклон экватора к плоскости орбиты, обусловливающий смену времен года, равен 25°11′ (у Земли 23°26′). Эти данные были хорошо известны в XIX веке, и такое совпадение производило сильное впечатление. Представление об обитаемости Марса было распространено очень широко. Особенно укрепилось оно после того, как Дж. Скиапарелли открыл знаменитые марсианские «каналы»… (1877 г.). Правда, сам Скиапарелли считал их всего лишь участками суши, которые отличаются своей окраской от остальной поверхности. Но для многих людей, уверенных в обитаемости Марса, открытие «каналов» послужило убедительным подтверждением существования на нем разумной жизни. Большим энтузиастом этой идеи был американский астроном П. Ловелл, который на свои средства построил планетную обсерваторию во Флагстаффе (штат Аризона), где проводил многочисленные наблюдения Марса с помощью довольно крупного по тем временам 60-сантиметрового телескопа. Ловелл обнаружил сезонные изменения цвета марсианской поверхности. Он считал, что темные участки планеты покрыты растительностью, которая бурно разрастается с наступлением марсианской весны. Каналы, по его мнению, были построены марсианами, чтобы подводить воду для орошения растительности к засушливым экваториальным областям. Открытия Ловелла широко популяризировались и вызывали восторженный интерес. Стали создаваться общества друзей Марса, обсуждались проблемы установления контакта с марсианами. Похоже, земляне готовились к исторической встрече. Всеобщая убежденность была столь велика, что, как утверждается, Парижская Академия даже установила премию в 100 тысяч франков тому, кто первый установит прямой контакт с любым обитаемым миром, кроме Марса. Вопрос с Марсом казался практически решенным[4]. (Вероятно, срок конкурса уже истек, иначе Академии пришлось бы иметь дело с многочисленными контактантами, вступающими в общение с экипажами НЛО, прилетающими на Землю с самых различных уголков Галактики.)

Подходил к концу XIX век, на пороге стоял уже век двадцатый. В один из дней 1899 г. великий изобретатель Никола Тесла, как обычно, работал в своей лаборатории в Колорадо-Спрингс. Вдруг он заметил чрезвычайно странные колебания напряжения электрической сети. «Изменения, которые я заметил, — писал он, — были периодическими и носили столь явный характер чисел и команд, что не могли быть вызваны ни одной известной мне в то время причиной. Мне, конечно, хорошо были известны возмущения, вызываемые Солнцем, полярным сиянием и земными токами. Но я был глубоко уверен, что наблюдаемые мною вариации не могли быть вызваны ни одной из этих причин… Некоторое время спустя у меня мелькнула мысль, что, может быть, я наблюдал сигналы разумных существ… У меня все более крепло ощущение, что я был первым, кто услышал приветствие от одной планеты к другой»[5]. Это сообщение было опубликовано в канун 1900 г. Оно вызвало большой шум в прессе, изобретатель подвергся всеобщему осмеянию. Никола Тесла очень тяжело переживал эти насмешки, он никогда больше не возвращался к этому вопросу и навсегда унес с собой свою тайну.

ГЛАВА 1. Поиск внеземных цивилизаций

Пока насыщается пространство, посмотрим в дальние миры, почувствуем себя участниками их…Теперь звуки дальних миров могут быть уже скоро уловляемы

«Знаки Агни Йоги»[6]

…скоро все люди на земном шаре взглянут на небосвод с чувством любви и благоговения, взволнованные радостной вестью: Братья! Получено сообщение из другого мира, далекого и неизвестного!

Никола Тесла, 1900 г.

1.1. Радиосвязь на волне 21 см

Когда были открыты радиоволны и радиосвязь стала достоянием человеческой цивилизации, естественно, появилась мысль об использовании радиоволн для связи с обитателями других планет. В 1920 г. Г. Маркони сообщил о приеме сигналов неизвестного происхождения, он не исключал, что некоторые из них могли быть посланы с Марса. Приближалось великое противостояние Марса 1924 г. Американский астроном Дэвид Тодд предложил, чтобы во время противостояния все радиостанции земного шара прервали свои передачи, дабы не мешать приему марсианских сигналов (предлагалось отключать передатчики на 5 минут в течение каждого часа). Большинство ученых и владельцев радиостанций отнеслись к этому предложению скептически. Однако неожиданно оно получило поддержку со стороны Вооруженных Сил США. 24 августа 1924 г. командующий флотом ВМС США отдал приказ всем радиостанциям, находящимся в его подчинении, избегать вести передачи (за исключением самых необходимых случаев) и обратить внимание на возможность появления необычных сигналов. Аналогичное распоряжение было послано армейским станциям, а начальнику шифровального отдела войск связи было поручено провести расшифровку возможных сигналов. К этим мероприятиям присоединилось несколько частных радиостанций. Вскоре было получено сообщение о том, что чувствительные приемники в г. Ванкувере (Канада) зарегистрировали мощные сигналы. Однако, как выяснилось позднее, их источником оказался новый американский радиомаяк. Поскольку никаких необычных сигналов не было обнаружено, интерес к этой проблеме быстро иссяк.

Прошло четверть века, прежде чем идея использования радиоволн для связи с внеземными цивилизациями возродилась вновь. За этот небольшой отрезок своей истории земная цивилизация, пережившая вторую мировую войну, совершила крупный скачок в научном и техническом развитии. Одним из важных достижений стало рождение нового направления в изучении Вселенной — радиоастрономии.

В 1932 г. американский инженер Карл Янский, исследуя высокочастотные помехи на трансатлантической линии связи, обнаружил космическое радиоизлучение на волне 14,6 м, идущее из центра нашей Галактики. Астрономы были, по-видимому, совершенно не готовы к этому открытию; они просто не обратили на него внимание, и новый метод исследования Вселенной поначалу не получил должного развития. Это тем более удивительно, что еще в конце XIX века Эдисон в США и Лодж в Англии указывали на возможность излучения радиоволн от небесных объектов. Единственным человеком во всем мире, кто серьезно отнесся к открытию Янского, был Грот Ребер, американский астроном-любитель, радиоинженер по профессии. Он построил на свои средства первый параболический радиотелескоп диаметром 9,5 м и, начиная с 1940 г., приступил к систематическому исследованию космического радиоизлучения. В 1944 г. Ребер составил первую радиокарту неба в области Млечного Пути на волне 187 см, а в 1945 г. он наблюдал радиоизлучение Солнца на волне 62,5 см.

Развитие радиоастрономии сдерживалось отсутствием соответствующих технических средств — крупных радиотелескопов, которые можно было бы наводить в любую точку неба и с их помощью фокусировать слабое космическое радиоизлучение, а также отсутствием высокочувствительной приемной аппаратуры. Мощный стимул к развитию этой техники дала радиолокация. Поскольку радиолокация была связана с нуждами обороны, ее техника быстро развивалась. Появились крупные полноповоротные антенны, постоянно совершенствовалась приемная аппаратура. И то, и другое можно было использовать для радиоастрономии. Радиолокация внесла и непосредственный вклад в развитие радиоастрономии: в 1942 г. с помощью английских военных радаров было обнаружено радиоизлучение Солнца. К концу войны техника радиолокации развилась настолько, что уже в 1946 г. была успешно проведена радиолокация Луны.

По окончании Второй мировой войны на базе развившейся радиолокационной техники стала быстро развиваться радиоастрономия. К концу 1950-х годов в нескольких странах были сооружены большие радиотелескопы. Самым крупным из них в то время был 75-метровый радиотелескоп обсерватории Джодрелл Бэнк (Великобритания). В СССР в 1956 г. вступил в строй Большой пулковский радиотелескоп (БПР), а в 1959 г. — радиотелескоп РТ-22 Физического института им. П. Н. Лебедева АН СССР вблизи Серпухова. По размерам (диаметр зеркала 22 м) он значительно уступал гигантскому телескопу Джодрелл Бэнк, но зато обладал рекордно точной поверхностью, позволявшей производить наблюдения вплоть до волны 8 мм. В течение длительного времени РТ-22 оставался крупнейшим радиотелескопом миллиметрового диапазона волн. Ряд более скромных инструментов были созданы в Крымской экспедиции ФИАН, в Научно-исследовательском радиофизическом институте (НИРФИ) в Горьком, в Бюраканской астрофизической обсерватории и других научных учреждениях.

4 октября 1957 г. в СССР был осуществлен запуск первого искусственного спутника Земли, в 1959 г. стартовала межпланетная автоматическая станция «Луна-1», началась подготовка к запуску космических аппаратов на планеты Солнечной системы. Это потребовало развития средств космической связи и явилось дополнительным стимулом для создания крупных радиотелескопов и развития техники радиоастрономических исследований, поскольку потребности радиоастрономии и космической связи во многом совпадали.

Одним из первых объектов, исследовавшихся методами радиоастрономии, было Солнце. Исследования показали, что источником радиоизлучения Солнца является не его видимая поверхность (фотосфера), а внешние слои солнечной атмосферы — хромосфера и корона. Была построена теория радиоизлучения спокойного (наблюдаемого в годы минимума солнечной активности) и «возмущенного» Солнца. В 1945 г. Было обнаружено радиоизлучение Луны, а в середине 1950-х годов — радиоизлучение планет Солнечной системы. Наряду с исследованием общего, распределенного по всему небу радиоизлучения, было обнаружено огромное количество дискретных радиоисточников. Часть из них связаны с газовыми туманностями в нашей Галактике, часть — с остатками вспышек сверхновых звезд. Большинство источников оказались расположенными за пределами нашей Галактики. Среди них — обычные (нормальные) галактики, типа нашей, и мощнейшие радиогалактики, как например, знаменитый источник радиоизлучения в созвездии Лебедя (Лебедь-А).

Радиоастрономические исследования существенно обогатили наши знания о Вселенной. Они позволили получить данные о физических условиях на планетах и Солнце, в межзвездной и межгалактической среде, о прохождении космических лучей и о совершенно новых, неизвестных раньше объектах. Радиотелескопы проникли далеко вглубь Вселенной, значительно дальше оптических телескопов, и позволили получить важные сведения о строении Вселенной и о ранних этапах ее эволюции.

Одним из самых замечательных достижений радиоастрономии явилось открытие радиолинии межзвездного водорода на волне 21 см. Аналогично тому, как в оптическом спектре звезд и галактик, наряду с непрерывным спектром, наблюдаются отдельные спектральные линии, излучаемые отдельными химическими элементами при определенных условиях, — так и в радиодиапазоне появилась теперь своя спектральная линия, излучаемая нейтральным водородом, заполняющим межзвездную среду. Частота ее 1420,4 МГц, длина волны 21 см. Существование этой линии было предсказано нидерландским астрономом Хендриком ван де Хюлстом в 1944 г., когда до оккупированной Голландии дошло известие о наблюдениях Ребера. Работа ван де Хюлста была опубликована в 1948 г. На нее сразу же обратил внимание И. С. Шкловский, он произвел расчет ожидаемой интенсивности линии и показал, что ее можно обнаружить с имеющимися радиотелескопами. В 1951 г. она была открыта практически тремя группами радиоастрономов в США, Голландии и Австралии. Наряду с линией водорода, И. С. Шкловский рассчитал возможность наблюдения некоторых других радиолиний, в том числе линию гидроксила ОН, но она была обнаружена только в 1963 г.

Таково было состояние радиоастрономии, когда в 1959 г. в журнале «Nature» появилась статья Джузеппе Коккони и Филипа Моррисона «Поиск межзвездных коммуникаций», в которой они проанализировали возможности радиосвязи с внеземными цивилизациями. В отличие от 1920-х годов речь уже не могла идти о сигналах с Марса или других планет Солнечной системы. Авторы рассмотрели возможность приема сигналов от существ, обитающих на планетах, обращающихся вокруг других звезд.

Свои доводы в этом отношении Коккони изложил немногим раньше в письме к директору обсерватории Джодрелл Бэнк Бернарду Ловеллу от 29 июня 1959 г.

«1. Жизнь на планетах не представляется очень редким явлением. Из десяти солнечных планет на одной расцвела жизнь, а, может быть, какая-то жизнь имеется и на Марсе. Солнечная система не является чем-то необычным; можно ожидать, что другие звезды со сходными характеристиками обладают подобным же числом планет. Вероятно, скажем, из сотни ближайших к Солнцу звезд несколько имеют планеты, где существует жизнь, находящаяся на высокой ступени развития.

2. Вероятно также, что на некоторых из этих планет живые существа развились гораздо дальше, чем люди на Земле. Цивилизация, опередившая нашу всего на несколько сот лет, обладала бы гораздо большими техническими возможностями, чем мы сейчас.

3. Предположим, что существует развитая цивилизация на некоторых из этих планет, т. е. в пределах 10 световых лет от нас. Возникает вопрос, как установить с ней связь?»[7].

Коккони и Моррисон считали, что единственной возможностью установления межзвездной связи является использование электромагнитных волн. Не говоря уже о том, что они распространяются с предельно возможной для физического взаимодействия скоростью с ≈ 300 000 километров в секунду, электромагнитные волны свободно проходят через намагниченную межзвездную плазму (в отличие, например, от заряженных частиц, которые бесконечно блуждают по запуганным силовым линиям галактического магнитного поты). Следующий вопрос —

какой участок спектра электромагнитных волн надо выбрать для межзвездной связи? Ведь шкала электромагнитных волн простирается от радиодиапазона до рентгеновских и гамма-лучей, включая субмиллиметровую и оптическую (инфракрасную, видимую и ультрафиолетовую) области спектра. Вначале Коккони полагал, что предпочтительнее использовать гамма-лучи. Его привлекало то, что естественные источники гамма-излучения очень редки, поэтому искусственный источник было бы легко обнаружить. Однако при обсуждении с Моррисоном последний подверг эту идею острой критике, указывая на трудности генерации и приема гамма-излучения. Эти доводы нельзя признать убедительными, ибо они исходят из характера развития нашей земной техники. Но, в конечном счете, Моррисон оказался прав. Дело в том, что в гамма-диапазоне очень высок уровень так называемого квантового шума, затрудняющего передачу и прием информации. А это — принципиальное обстоятельство, не связанное с уровнем развития внеземных цивилизаций.

Рис. 1.1.1. Шкала электромагнитных воли

Далее, для того чтобы сигнал можно было бы обнаружить, он должен выделяться на фоне излучения звезды, вблизи которой движется обитаемая планета. Следовательно, надо использовать диапазон спектра, в котором излучение самой звезды относительно мало. Кроме того, необходимо, чтобы сигнал не испытывал сильного ослабления при распространении через среду между цивилизациями. Коккони и Моррисон нашли, что всем этим условиям удовлетворяют радиоволны в диапазоне от 300 м до 1 см (частота 1 ÷ 30000 МГц). Более длинные волны заметно поглощаются в межзвездной среде, более короткие — в земной атмосфере[8].

Оставался, однако, еще один — главный вопрос — на какой частоте внутри этого диапазона следует искать разумный сигнал. В обычном радиовещательном приемнике мы легко переходим с одной частоты на другую, поворачивая ручку настройки, и обследуя таким образом довольно широкий диапазон спектра. Но предельно-чувствительные радиоастрономические приемники предназначены, как правило, для наблюдения на одной определенной частоте. Они могут перестраиваться только в пределах очень узкого диапазона. Для исследования соседней полосы надо делать новый приемник. Перекрыть с помощью таких приемников весь свободный от поглощения диапазон радиоволн — технически очень сложная (почти безнадежная) задача.

И вот тут у Моррисона возникла блестящая мысль: использовать для межзвездной связи частоту радиолинии водорода 1420 МГц (длина волны 21 см), которая как раз попадает внутрь указанного диапазона (почти в самую его середину). Моррисон подчеркивал, что радиолиния водорода — это как бы созданный самой природой уникальный эталон частоты. Поэтому можно ожидать, что все цивилизации, «не сговариваясь», выберут ее для установления связи. Добавим еще, что водород — самый распространенный элемент во Вселенной, поэтому исследования на волне 21 см дают очень ценные сведения о строении Галактики. Отсюда следует, что любая цивилизация, занимающаяся изучением Космоса, даже в том случае, если она и не помышляет о межзвездной связи, рано или поздно, обнаружив радиолинию водорода, несомненно, начнет вести наблюдения в этой линии. Значит, если на ее частоте передавать сигналы межзвездной связи, они могут быть обнаружены в процессе обычных радиоастрономических наблюдений. Это должно быть дополнительным стимулом для передающей цивилизации использовать именно эту частоту.

Идея использовать частоту радиолинии водорода окончательно сформировалась летом 1959 г., когда Коккони и Моррисон встретились в Москве на конференции по космическим лучам. В августе они направили статью в «Nature», а в сентябре она была опубликована. В статье содержались необходимые расчеты, из которых следовало, что, если около ближайших к нам звезд имеются цивилизации, передающие радиопозывные на волне 21 см при помощи такой же, как у нас, техники (мощность передатчика, размер передающей антенны), то их сигналы можно обнаружить на Земле. Это открывало хорошие перспективы для начала поисков.

1.2. Проект «Озма»

Бывают идеи, которые намного опережают свое время. Они посещают одиноких мыслителей и остаются непонятыми и не принятыми, пока не приходит их срок. Только тогда, вспоминая о тех, кто сказал первое слово, мы поражаемся их гениальной прозорливости. Но когда идея созрела, когда она «носится в воздухе», она обычно затрагивает сразу несколько умов. Так произошло и с идеей межзвездной связи. В то время как Коккони и Моррисон вырабатывали свои предложения по межзвездной связи и пытались привлечь внимание английских коллег к этой проблеме[9] на их родине, в США, в Национальной радиоастрономической обсерватории (НРАО), уже велась подготовка к приему радиосигналов от внеземных цивилизаций на волне 21 см.

Одним из первых сотрудников НРАО был молодой радиоастроном Фрэнк Дрейк, только что закончивший аспирантуру Гарвардского университета. Когда он прибыл в Грин Бэнк в апреле 1958 г., обсерватория еще строилась. В марте 1959 г. было завершено сооружение 26-метрового радиотелескопа, предназначенного для исследования Галактики в линии водорода 21 см. Ф. Дрейк, с юности увлеченный идеей существования разумной жизни во Вселенной, задумался над гем, нельзя ли использовать этот радиотелескоп для приема сигналов от внеземных цивилизаций.

Как раз в это время были проведены первые попытки радиолокации Венеры. Дрейк рассуждал следующим образом. Предположим, передатчик внеземной цивилизации имеет те же характеристики, что и радар в Вестфорде, с помощью которого осуществлялась радиолокация Венеры. На каком расстоянии можно было бы принять эти сигналы с помощью 26-метрового радиотелескопа НРАО? Расчет показал, что прием возможен с расстояния 8,7 световых лет. Это равно расстоянию до Сириуса и вдвое превышает расстояние до ближайшей звезды Проксима Центавра. В сфере такого радиуса находятся 6 звезд. Если увеличить диаметр приемной антенны, соответственно увеличился и дальность приема. Так, с помощью 300 метровой антенны, которая сооружалась в то время на острове Пуэрто-Рико, можно было бы довести дальность обнаружения до 100 световых лет. В сфере такого радиуса содержится около 10000 звезд. Итак, связь на межзвездные расстояния вполне возможна. Каков должен быть характер сигнала?

При заданной мощности передатчика дальность радиопередачи тем больше, чем меньше (уже) полоса частот передаваемого сигнала. Следовательно, для обеспечения большей дальности сигнал должен быть узкополосным. Такой сигнал имеет еще одно преимущество: его легко отличить от космических радиоисточников естественного происхождения, поскольку они, как правило, излучают в широкой полосе частот. Далее, если передатчик расположен на планете, обращающейся вокруг звезды, то, вследствие эффекта Доплера, его частота должна периодически меняться. Это также поможет отличить сигнал внеземной цивилизации от космических шумов естественного происхождения (и от их земных помех). Наконец, если при передаче информации используется амплитудная модуляция, то мощность сигнала будет испытывать вариации со временем.

При выборе диапазона волн для межзвездной связи Дрейк уделил основное внимание анализу шумов. Он считал, что шумы аппаратуры можно не принимать во внимание, а точнее, их не следует принимать во внимание, так как с развитием радиотехники мы неизбежно придем к состоянию, когда они могут быть сделаны меньше шумов фона. Он назвал это «принципом технического совершенства». Под техническим совершенством Дрейк подразумевает такое состояние техники, когда пределы чувствительности аппаратуры определяются не ее недостатками (например, шумами приемника), а естественными ограничениями, над которыми человек не властен. При этом дальнейшее совершенствование аппаратуры не имеет смысла. Дрейк постулировал, что земная радиотехника достигнет этого состояния в течение ближайших 50 лет. (Сейчас, спустя 40 лет, можно констатировать, что его прогноз успешно сбывается.)

Таким образом, весь период от начала использования радиоволн до состояния совершенной радиотехники должен занять период порядка 100 лет. В истории становления нашей земной цивилизации то всего лишь короткий миг. Если это верно и для других цивилизаций, то значит они очень быстро, скачком переходят из состояния отсутствия радиотехники к состоянию совершенной радиотехники. Цивилизаций, подобных нашей, которые находятся в переходном состоянии, должно быть очень мало. Следовательно, те цивилизации, сигналы которых мы надеемся обнаружить, уже достигли технического совершенства в радиотехнике. Поэтому для них существенны лишь естественные, принципиально неустранимые ограничения. К таким ограничениям относятся шумы фона. Дрейк рассмотрел два источника фона — галактическое радиоизлучение и радиоизлучение атмосферы.

Галактический фон обусловлен суммарным излучением радиоисточников, он определяет радиояркость неба за пределами атмосферы, подобно тому, как яркость фона ночного неба вне атмосферы определяется суммарным излучением звезд[10]. И точно также, как яркость ночного неба ограничивает возможность наблюдения слабых оптических объектов — так и яркость радиофона ограничивает возможность обнаружения слабых радиосигналов. Если прием сигналов ведется с поверхности планеты, то вклад в наблюдаемую радиояркость неба будет давать также излучение атмосферы.

Рис. 1.2.1. Зависимость яркости фона от частоты в радиодиапазоне, по Ф. Дрейку, 1960 г. Приведены две составляющие — галактический фон и излучение земной атмосферы. Суммарная кривая имеет минимум в области 10^3-10^4 МГц. В этой области целесообразно искать сигналы межзвездной связи. Современные данные — см. гл. 7

Дрейк рассмотрел зависимость яркости фона от частоты в радиодиапазоне. На рис. 1.2.1., взятом из его статьи[11], по горизонтальной оси отложена частота, а по вертикальной — температура, характеризующая интенсивность излучения фона. Как видно из этого рисунка, на низких частотах преобладает галактический фон, на более высоких — фон, связанный с излучением атмосферы. Суммарная кривая имеет четко выраженный минимум в области от 1000 до 10000 МГц (или по длинам волн от 30 см до 3 см). Эта область минимума шумов и является наиболее подходящей для межзвездной связи. Она значительно уже, чем указанная Коккони и Моррисоном. Радиолиния водорода попадает внутрь этого диапазона. Дрейк также высказался за то, чтобы искать сигналы на частоте этой линии. В цитированной выше статье, вышедшей в 1960 г., он ссылается на предложение Коккони и Моррисона, однако, на самом деле, ему приходилось принимать во внимание другие соображения (см. ниже).

Предложение Дрейка начать поиск сигналов было поддержано директором обсерватории Отто Струве (правнуком известного пулковского астронома В. Я. Струве). Ему пришлось взять на себя нелегкую ответственность, ибо для значительной части ученых попытка поиска разумных сигналов из Космоса выглядела как чисто фантастическая затея, недостойная серьезной науки. Высокий авторитет Отто Струве в научном мире, его безупречная научная репутация помогли преодолеть это предубеждение. Публикация статьи Коккони и Моррисона оказала исследователям большую моральную поддержку.

Программа поиска сигналов внеземных цивилизаций (ВЦ) была названа — проект «Озма» (по имени сказочной принцессы из страны Оз). Работы по проекту начались в апреле 1959 г. Предстояло создать приемник для обнаружения сигналов. Вопрос выбора частоты встал теперь в чисто практическом плане. Работа Коккони и Моррисона еще не была опубликована. Из чего же исходили исследователи? В 1985 г., на конференции, посвященной 25-летию проекта «Озма», Дрейк рассказал, что его очень беспокоила возможная критика со стороны научных кругов и общественности. Сделать проект полностью секретным было невозможно. Поэтому участники эксперимента решили придумать для него научное прикрытие. Как раз в это время на ряде обсерваторий начались эксперименты по исследованию эффекта Зеемана в линии 21 см. Эффект Зеемана состоит в расщеплении спектральной линии в сильном магнитном поле на несколько компонентов, расстояние между которыми позволяет определить напряженность магнитного поля в межзвездной среде. Это важная астрофизическая задача. Для исследования эффекта Зеемана надо было иметь узкополосный спектральный приемник с двумя каналами и с высокой стабильностью частоты. Эти требования отвечали и задачам поиска разумных сигналов. Таким образом, было решено сделать приемник на волну 21 см для исследования эффекта Зеемана и использовать его для поиска сигналов ВЦ. То есть частота была выбрана не из каких-то принципиальных соображений, а из чисто практических целей. «Это был путь предотвратить критику обсерватории и сразу убить двух зайцев»[12].

Рис. 1.2.2. Блок-схема приемника Дрейка

Блок-схема приемника Дрейка изображена на рис. 1.2.2. Это приемник супергетеродин с диаграмной модуляцией. В фокусе параболической антенны устанавливаются два рупора. В один из них попадает излучение от искомого источника, в другой — от соседней области неба. С помощью электронного переключателя оба рупора попеременно подключаются к входу приемника с частотой 5 Гц. По этой причине искомый сигнал от источника будет модулирован с той же частотой. Синхронный детектор на выходе приемника выделяет лишь этот модулированный сигнал. Такая схема, часто применяемая в радиоастрономии, дает возможность выделять очень слабые сигналы, значительно более слабые, чем шумы аппаратуры и ограниченные лишь величиной флуктуаций шума. Кроме того, эта схема позволяет значительно подавлять земные помехи. Поскольку помеха попадает в антенну, на вход приемника, минуя отражение от зеркала, она в равной мере действует на оба рупора и поэтому остается немодулированной, в результате она не может пройти через синхронный детектор. (Разумеется, полностью избавиться от помех никогда не удается, очень сильная помеха хоть и подавляется, все же проникает в приемник[13], но значительную часть помех таким способом можно исключить.)

На входе приемника, непосредственно за модулятором, стоял параметрический усилитель, настроенный на частоту радиолинии водорода 1420,4 МГц. В 1959 г. параметрический усилитель был еще новинкой. Для приемника Дрейка он был пожертвован Эшли, президентом одной промышленной фирмы, с большой симпатией относившимся к проекту Озма.

С помощью четырех смесителей сигнал испытывал четырехкратное преобразование по частоте и после каждого преобразования усиливался усилителем промежуточной частоты. После четвертого преобразования сигнал разделялся на два канала: узкополосный и широкополосный. Сигналы в каждом канале детектировались и поступали на дифференцирующую цепочку, где осуществлялось их вычитание. Коэффициенты усиления в каналах были подобраны таким образом, что когда на вход фильтров подавался очень широкополосный сигнал (с полосой не менее чем полоса широкополосного канала), то выходные напряжения на фильтрах были равны. В результате после вычитания на выходе дифференцирующей цепочки напряжение равнялось нулю. Если же в приемник поступает узкополосный сигнал, то, так как он занимает только часть полосы широкополосного канала, напряжения на выходе фильтров уже не будут равны, и после вычитания на выходе дифференцирующей цепочки появится сигнал, который и будет зарегистрирован. Таким образом, приемник воспринимает только узкополосные сигналы.

В приемнике имеется устройство для изменения частоты настройки. При выполнении проекта Озма использовалась полоса узкополосного канала 100 Гц. С такой полосой за счет изменения частоты настройки обследовался интервал частот в 400 кГц. Время наблюдения каждой полосы 100 Гц составляло 1 минуту.

Приемник был готов к весне 1960 г. Для наблюдения были выбраны две звезды солнечного типа — τ Кита и ε Эридана, расположенные на расстоянии около 11 световых лет от Солнца. Первые наблюдения были проведены в апреле 1960 г.

Уолтер Салливан так описывает начало этого исторического эксперимента. «Около 4 часов утра 8 апреля 1960 г. аппаратура была включена в контрольном помещении под большой чашеобразной антенной, направленной на τ Кита, только что появившуюся над горизонтом на юго-востоке. Часовой механизм обеспечивал слежение антенны за звездой во время ее перемещения по небосводу.

Приемник был включен, и впервые двуногое существо, называемое человек, пыталось поймать сигналы от существ неизвестного облика из других миров»[14]. А вот как спустя много лет откликнулся на это событие петрозаводский философ и поэт Юрий Линник:

Тебя, Великий звездный Кит,

Не загарпунить китоловам!

Превыше страха и обид

Созвездье в сумраке лиловом

Недосягаемо блестит.

Пост ночная высота,

И слышу я в се напеве,

Что биосферы неспроста,

Угадываю в звездном чреве

У исполинского Кита.

Антенна в ночь наведена: Когда среди помех и гула

Пробьется ритма новизна?

Кита огромного качнула

Земная радиоволна.

Покуда беден мой улов,

Пока безгласны излученья,

Но слышу музыку миров,

Провидя вечные значенья

Безвестных символов и слов.

Опять восходит звездный Кит,

Опять незримый луч радара

С планеты Тау обежит

Ночной рельеф земного шара,

Коснувшись и моих ракит.

Ю. Линник

«Радиоастрономический триптих»

Эксперимент продолжался в мае, июне и июле. Общее время наблюдения двух звезд составило около 150 часов. Если бы в течение этого времени с одной из них был послан в сторону Солнца сигнал на частоте 1420,4 МГц с полосой частот не более 100 Гц при эффективной мощности 10^13 Вт (что соответствует передатчику мощностью 1 МВт, работающему на антенну диаметром 200 м), то такой сигнал был бы обнаружен. Но этого не произошло. Телескоп был нужен для выполнения других программ, и эксперимент по проекту Озма пришлось приостановить.

Дрейк и Струве относились к приостановке работ только как к перерыву. По свидетельству У. Салливанна, Струве рассматривал проект Озма не как разовый эксперимент, а как постоянный поиск жизни на других мирах, возможно, выполняемый с перерывами для усовершенствования техники и корректировки методов, но с твердой решимостью продолжить дело до конца, пока не будет установлен контакт. Дрейк пришел к выводу, что для успеха поисков надо обследовать большое число звезд. Он считал, что необходимо разработать новые усовершенствованные методы обработки информации с возможностью выделения амплитудной и фазовой модуляции сигнала. Надо иметь возможность обследовать широкий интервал частот, для чего требуется создание многоканальных приемников или эквивалентных им сложных систем.

Рис. 1.2.3. Участники первого эксперимента по поиску сигналов ВЦ.Фотография сделана в 1985 г. в связи с 25-летием проекта «Озма». Второй справа во втором ряду — Фрэнк Дрейк. На заднем плане — 26-метровый радиотелескоп НРАО

1.3. «Секретная» конференция в Грин Бэнк

Учреждение Ордена Дельфина

Проект Озма вызвал неоднозначную реакцию научной общественности. Совет по космическим исследованиям Национальной академии наук США решил провести конфиденциальное совещание в Грин Бэнк с целью оценить возможности установления связи с внеземными цивилизациями (ВЦ).

К тому времени, помимо упомянутых работ Коккони, Моррисона и Дрейка, появились еще три важные публикации: Р. Брейсуэлла[15], Ф. Дайсона[16] и фон Хорнера[17]. Брейсуэлл рассмотрел альтернативный тип связи между космическими цивилизациями — с использованием межзвездных кибернетических зондов. Дайсон проанализировал возможность обнаружения астроинженер ной деятельности ВЦ, а фон Хорнер провел количественную оценку вероятного числа внеземных цивилизаций с вытекающими отсюда выводами для межзвездной связи. Таким образом, в проблеме поиска ВЦ наметилось несколько направлений.

Совещание в Грин Бэнк состоялось в ноябре 1961 г. Вероятно, это была первая конференция в истории науки на подобную тему. Совещание проходило под председательством О. Струве. В нем приняли участие всего 11 человек: Ф. Дрейк, Дж. Коккони, Ф. Моррисон, К. Саган, М. Кальвин, Су-Шу Хуанг, Дж. Лилли, Б. Оливер, Д. Эшли и Д. Пирмен. Во время конференции стало известно, что одному из ее участников — Мальвину Кальвину присуждена нобелевская премия по химии.

Несмотря на весьма авторитетный состав участников конференции, организаторы ее опасались неблагоприятной реакции общественности. Поэтому, хотя конференция не была официально засекречена, были приняты энергичные меры, чтобы избежать преждевременной огласки из-за сенсационного характера обсуждаемой проблемы. Эго может показаться странным, особенно сейчас, когда проблема внеземных цивилизаций приобрела статус вполне респектабельной (хотя и не бесспорной) научной проблемы, когда она

пользуется поддержкой авторитетных международных научных организаций и по ней регулярно проводятся крупные научные конференции с широким освещением их в средствах массовой информации. Но в начале 1960-х годов ситуация была иная. Как справедливо отметил У. Салливан, серьезно поставить вопрос о связи с внеземными цивилизациями еще за несколько лет до проекта Озма было бы губительно для научной репутации любого ученого. После того как были предприняты первые шаги в этом направлении, ситуация изменилась к лучшему, но предубеждение еще сохранилось (не преодолено оно полностью и по настоящее время).

Любопытно отмстить, что когда в 1964 г. в СССР, в Бюраканской астрофизической обсерватории, проходило первое Всесоюзное совещание по внеземным цивилизациям (см. § 1.5), перед его организаторами встали те же проблемы, и решение было найдено аналогичное: совещание готовилось по закрытой линии, т. е. в тайне от прессы и научной общественности. Однако по его окончании было опубликовано сообщение в «Правде», а спустя год Труды совещания (так же, как и Труды совещания в Грин Бэнк) были полностью опубликованы[18]. Нельзя признать эти меры излишними. Если американские ученые опасались только насмешек своих коллег, то советским ученым приходилось считаться с возможностью идеологических обвинений. Поэтому определенная предосторожность была оправдана.

Среди участников конференции в Грин Бэнк был Джон Лилли, известный исследователь дельфинов, который только что опубликовал свою нашумевшую книгу «Человек и дельфин». Его рассказ о дельфинах как еще об одном возможном виде разумных существ на Земле произвел такое сильное впечатление на участников совещания, что они решили учредить шуточный «Орден Дельфина». М. Кальвин заказал медали с изображением дельфина и разослал их всем участникам конференции. Позднее кавалерами Ордена Дельфина стали трое советских ученых: И. С. Шкловский, Н. С. Кардашев и В. С. Троицкий, которые внесли крупный вклад в проблему SETI (Search for Extraterestrial Inteligence — поиск внеземного разума).

Большое внимание на конференции в Грин Бэнк было уделено оценке числа цивилизаций в Галактике. Именно там Дрейк предложил свою известную формулу, на основе которой позднее проводились многочисленные обсуждения и делались оценки. Мы подробно расскажем о ней в гл. 4.

На совещании были рассмотрены различные логически допустимые способы установления контакта. Обращалось внимание на то, что сигнал на волне 21 см может использоваться только для привлечения внимания, а после его обнаружения цивилизации переходят к более эффективному каналу связи. Разумеется, в этом случае позывной сигнал должен содержать указание о том, как это сделать. Была сформулирована также проблема «подслушивания», т. е. обнаружения сигналов, не предназначенных для межзвездной связи, а обслуживающих внутренние нужды цивилизации (радиолокация, телевидение и т. д.).

Уже на этом совещании Дрейк обратил внимание на серьезную психологическую проблему, которая может возникнуть при длительном получении только отрицательных результатов. Чтобы избежать или, по крайней мере, ослабить разочарование, он предложил сочетать поиски сигналов с выполнением какой-либо позитивной астрономической программы. Впоследствии такие сопутствующие программы стали обычными. Интересное и до сих пор не реализованное предложение внес Ф. Моррисон: время от времени «пропискивать» ложные сигналы во время поиска.

В заключение конференции Отто Струве отметил, что, несмотря на интерес, проявляемый многими выдающимися учеными, люди, ответственные за расходование государственных средств на научные исследования, проявляют понятный скептицизм по поводу финансирования дорогостоящих проектов межзвездной связи без надежды на быстрое получение результатов. Это неизбежно будет сдерживающим фактором в развитии исследований.

Думается, что не менее важным фактором является готовность рядовых исследователей посвятить проблеме SETI достаточно времени и сил, может быть в ущерб своей основной научной карьере. Для профессиональных ученых это оказалось серьезной проблемой.

1.4. Поиск сигналов от сверхцивилизаций

Примерно в те годы, когда в США вызревали идеи межзвездной связи, в СССР этой проблемой заинтересовался выдающийся астрофизик И. С. Шкловский. В 1958 г. он выдвинул гипотезу об искусственном происхождении спутников Марса, основанную на аномальном торможении Фобоса при движении по орбите[19]. В то время он очень увлекался этой идеей и, естественно, с большим интересом следил за литературой по проблемам, связанным с разумной жизнью во Вселенной. Он мгновенно отреагировал на публикацию Коккони и Моррисона в «Nature» и уже в 1960 г. опубликовал в советском журнале «Природа» большую статью «Возможна ли связь с разумными существами других планет?». Эта статья легла в основу его знаменитой книги «Вселенная, жизнь, разум». Первое издание ее появилось в 1962 г. Затем она многократно переиздавалась в СССР и была переведена на многие иностранные языки. В приложении к 6-му (посмертному) изданию приводятся очень яркие воспоминания И. С. Шкловского о том, как создавалась эта книга и о первых годах становления проблемы SETI. Книга оказала огромное влияние на развитие исследований по проблеме SETI в СССР и в других странах.

И. С. Шкловский всегда очень живо обсуждал научные проблемы со своими учениками и коллегами. Он умел увлекать идеями и умел заражать энтузиазмом. Один из ближайших учеников Шкловского — Н. С. Кардашев увлекся проблемой связи с внеземными цивилизациями и выдвинул очень важные идеи в этой области. Впоследствии он стал одним из признанных мировых лидеров в проблеме SETI. Свои главные идеи Кардашев изложил в работе «Передача информации внеземными цивилизациями», которая была опубликована в «Астрономическом журнале» в 1964 г. В публикации статьи большое содействие оказал крупный советский астрофизик и замечательный человек С. Б. Пикельнер. Сам он довольно скептически относился к проблеме SETI, но был уверен, что спорные проблемы в науке должны решаться путем открытой научной дискуссии.

Основная идея Кардашева состояла в том, что при поиске сигналов ВЦ надо ориентироваться на высокоразвитые цивилизации, технический уровень которых намного превосходит уровень нашей земной цивилизации. Действительно, если мы допускаем, что, кроме нас, во Вселенной есть и другие цивилизации, то мы должны также допустить, что среди них есть как цивилизации более низкого уровня, чем наша, так и значительно опередившие нас в своем развитии. Философским основанием для такого заключения служит убеждение в том, что земная цивилизация должна обладать некими средними параметрами (Принцип Бруно). Но имеются и более веские аргументы естественнонаучного порядка. С тех пор как (более десяти миллиардов лет тому назад) во Вселенной начался процесс звездообразования, он продолжается и по настоящее время. Звезды имеют различный возраст, некоторые из них только что возникли, другие просуществовали уже миллиарды лет, третьи закончили свою эволюцию. На определенном этапе около некоторых звезд возникают цивилизации. Образуются они в разное время и развиваются разными темпами. Отсюда и разброс в уровне развития цивилизации. Надо сказать, что Коккони и Моррисон хорошо понимали это, они подчеркивали, что внеземные цивилизации могут обладать гораздо более высоким техническим уровнем, но в своих практических оценках исходили (так же, как и Дрейк в проекте Озма) из уровня близкого к уровню нашей земной цивилизации. А это накладывало существенные ограничения на возможности обнаружения ВЦ.

Важнейшим параметром межзвездной связи является мощность передатчика. От нее зависит дальность связи, объем передаваемой информации, характер сигналов, а следовательно, и методы их обнаружения. На какую мощность передатчика можно рассчитывать? Очевидно, это зависит от энергетического потенциала передающей цивилизации. В настоящее время человечество потребляет в год около 3 10^20 Дж энергии всех видов, что соответствует мощности 10^13 Вт. Причем ежегодный прирост энергопотребления составляет 3 %. При таких темпах роста уже примерно через 1000 лет энергопотребление достигнет величины 4 • 10^26 Вт, что равно полной мощности излучения Солнца, а еще через 850 лет оно будет равно 4 • 10^37 Вт, т. е. энергетическому выходу 100 миллиардов звезд или мощности излучения всей Галактики. Кардашев исходил из энергопотребления 4 • 10^12 Вт и принял более скромные темпы роста — 1 % в год. При этом он нашел, что эти значения будут достигнуты соответственно через 3200 лет и 5800 лет.

Исходя из этих оценок, он разделил все цивилизации на три типа но уровню потребляемой ими энергии. К I типу он отнес цивилизации с уровнем энергопотребления порядка 10^13 Вт, ко II типу— с уровнем энергопотребления порядка 4 10^26 Вт, и к III типу — с энергопотреблением порядка 4 • 10^37 Вт. В § 1.12 мы рассмотрим некоторые возможные модели цивилизаций II и III типа.

Каковы перспективы обнаружения цивилизаций I тина? Эго зависит от того, насколько часто они встречаются. Если расстояние между ними порядка 10 св. лет, т. е. порядка расстояния между соседними звездами — перспективы кажутся весьма обнадеживающими. В сфере радиусом 10 св. лет находится всего несколько звезд, около которых можно ожидать партнеров по связи. Поэтому передающая ВЦ может направить на каждую из таких звезд свои антенны и непрерывно облучать их. Если около одной из них, действительно, существует цивилизация, которая хочет установить контакт с другой цивилизацией, то ей достаточно направить антенну на передающую звезду (одну из немногих соседних звезд), и сигнал может быть обнаружен. Если же расстояние между цивилизациями I типа велико, значительно превышает расстояние между соседними звездами, то установление связи между ними сопряжено с огромными трудностями.

Каково же ожидаемое расстояние между цивилизациями I типа? Число цивилизаций, находящихся на той или иной стадии развития, пропорционально длительности этой стадии. Если стадия кратковременна, то соответствующие цивилизации встречаются очень редко, расстояние между ними велико; если стадия продолжается длительное время, цивилизации встречаются чаще, расстояние между ними относительно мало. Дрейк учитывал это обстоятельство, когда, анализируя вопрос о шумах, ввел «принцип технического совершенства» и оценил распространенность технически совершенных цивилизаций. Однако он не распространил эти соображения на энергетический потенциал ВЦ и по существу ограничился (так же как и Коккони и Моррисон) рассмотрением цивилизаций I типа.

По оценкам авторов проекта «Циклоп», разработанного исследовательским центром НАСА им. Эймса, существует приближенное соотношение, согласно которому число цивилизаций в нашей Галактике приблизительно равно времени их жизни, выраженному в годах (см. гл. 4). Это считается довольно оптимистической оценкой. Учитывая приведенные выше соображения Кардашева о росте энергетического потенциала цивилизаций, можно полагать, что стадия цивилизаций I типа кратковременна; вероятно, ее длительность порядка 10^3 лет, после чего они переходят в стадию сверхцивилизации II типа. При такой длительности число цивилизаций I типа в Галактике порядка 1000, т. е. одна цивилизация приходится в среднем на 10^8 звезд, и среднее расстояние между ними приблизительно 3000 св. лет.

Оценим возможность приема сигналов в этом случае. Пусть мощность передатчика составляет 100 МВт. Передача ведется на волне 21 см в полосе частот 2 Гц. Эффективная площадь передающей антенны 10^5 м^2. Примем, в согласии с «принципом технического совершенства», что температура шумов Тш = 10 К. И пусть площадь приемной антенны также составляет 10^5 м^2, что близко к конструктивному пределу для наземных радиотелескопов, но вполне достижимо для космических радиотелескопов, обращающихся по орбите вокруг Земли. Если антенны смотрят друг на друга, то в точке приема, на расстоянии 3000 св. лет от передающей цивилизации, может быть обеспечено отношение сигнал/шум равное 100. Это не только достаточно для обнаружения сигнала, но и для уверенного приема информации с высокой надежностью. Все это выглядит весьма оптимистично, и, если цивилизации обнаружат друг друга, то они действительно могут организовать взаимнонаправленный эффективный канал связи. Но в том-то и состоит проблема — как им найти друг друга?

Предположим, передающая ВЦ знает (или имеет достаточно оснований надеяться), что ближайшая к ней цивилизация находится на расстоянии 3000 св. лет, в сфере, где имеются 10^8 звезд. Она может выбрать из них подходящие звезды, около которых ожидается наличие планет и разумной жизни на них. Доля таких звезд составляет приблизительно 5 %. Значит, надо будет обследовать 5 млн звезд. Облучать одновременно все звезды невозможно. Для этого потребовалось бы построить 5 миллионов гигантских антенн площадью 10^5 м^2 каждая. Но главное даже не в этом: с каждой антенной должен быть связан передатчик мощностью 100 МВт, тогда полная мощность, излучаемая всеми антеннами, составит 5 10^14 Вт, что значительно превышает энергетический потенциал цивилизаций I типа.

Остается единственная возможность поочередно облучать все 5 млн подходящих звезд. При этом принимающая цивилизация также будет производить поиск, обследуя 5 млн подходящих звезд, расположенных в радиусе 3000 св. лет от нее, среди которых лишь одна (!) посылает сигналы межзвездной связи. Эти сигналы могут быть обнаружены лишь в том случае, если в момент, когда наша антенна смотрит на передающую ВЦ, их антенна в этот момент направлена на нас. Конечно, вероятность такого события при обследовании миллионов звезд крайне мала и, следовательно, время поиска очень велико. Задачу поиска можно упростить, если на приемном конце линии связи принимающая цивилизация построит систему обнаружения, которая перекроет все небо или, по крайней мере, все подходящие звезды. Число антенн в такой системе обнаружения огромно. В нашем примере надо было бы соорудить не менее 5 млн антенн, причем гигантских размеров. Сооружение даже одной такой антенны составляет серьезную техническую задачу для цивилизации нашего уровня.

Но это еще не все. В нашем примере передающая ВЦ посылает монохроматические сигналы с полосой частот 2 Гц. Это не случайно. Более широкополосные сигналы на таком расстоянии при имеющейся мощности невозможно было бы обнаружить. А для обнаружения узкополосных сигналов надо точно знать их частоту. Если же она неизвестна, то приходится проводить сканирование по частоте. То есть к проблеме поиска сигнала по направлению добавляется проблема поиска по частоте. Предположим, что используется частота радиолинии водорода 1420,4 МГц. Она известна с высокой точностью. Но вследствие движения звезд, передатчик движется относительно приемника, и поэтому частота сигнала смещается на величину, зависящую от относительной скорости их движения по лучу зрения. Так как скорости звезд различны, то и сигналы будут испытывать различное смещение. А поскольку нам неизвестно, где, около какой звезды, находится передатчик, то необходимо обследовать всю полосу частот, в пределах которой может смещаться частота сигнала. Эта полоса достигает величины от долей мегагерца до нескольких мегагерц. Разыскать в такой полосе сигнал шириной несколько герц— очень тяжелая задача. Если осуществлять последовательный поиск, перестраивая частоту приемника, то на обследование всей полосы поиска потребуется слишком много времени. При этом не исключена такая ситуация, когда мы попадаем в луч передающей антенны, и сами в этот момент смотрим на нее, но пока мы будем производить поиск по частоте, перестраивая приемник, передающая ВЦ отвернет свою антенну, направив се на другую звезду (ведь ей в каждом цикле передачи надо облучить миллионы звезд, поэтому она не может тратить много времени на одну звезду). Конечно, это было бы очень обидно! К счастью, существует более подходящий способ поиска сигнала по частоте — использование многоканальных приемников, состоящих из множества отдельных узкополосных каналов, которые в совокупности перекрывают всю подлежащую исследованию полосу частот. Для межзвездной связи такие приемники должны содержать миллионы каналов. В настоящее время подобные многоканальные приемники уже созданы, и с их помощью ведется поиск сигналов.

Проблема поиска существенно упрощается, когда мы переходим к поиску сигналов от цивилизаций II и III типа по Кардашеву. Располагая гигантской мощностью (10^26—10^37 Вт), такие цивилизации могут вести непрерывную изотропную (или всенаправленную) передачу сигналов в очень широкой полосе частот, обеспечивая даже при этом условии их обнаружение на больших расстояниях. Это сразу исключает выбор по направлению для передающей ВЦ. Поиск ведет только цивилизация, которая ищет сигналы. Если она построит систему обнаружения, которая перекроет все направления в пространстве (всенаправленная система обнаружения), то сигнал непрерывно будет попадать в одну из приемных антенн. Заметим, что число антенн в системе обнаружения и размер каждой из них меньше, чем при приеме сигнала от цивилизаций I тина, так как в данном случае речь идет о приеме очень мощных сигналов. Исключается также поиск по времени, поскольку передающая ВЦ излучает непрерывно. Наконец, практически исключается поиск по частоте. Действительно, полоса частот передатчика для подобных цивилизаций может достигать 10^9—10^11 Гц, что сопоставимо с шириной оптимального диапазона волн (см. ниже). Значит, если правильно выбрать диапазон, то приемник, работающий в этом диапазоне, сможет обнаружить сигнал без всякого поиска по частоте.

Как определить оптимальный диапазон? Для рассматриваемых широкополосных сигналов невозможно связывать его с какой-то определенной радиолинией, например, с линией 21 см, полоса которой составляет сотые доли процента от предполагаемой полосы сигнала. Кардашев, как и Дрейк, предложил вести поиск в диапазоне, где шумы минимальны и, тем самым, обеспечиваются наилучшие условия обнаружения сигнала. При этом он, следуя, по существу, тем же соображениям, что и Дрейк (принцип технического совершенства) считал необходимым принимать во внимание лишь принципиально неустранимые источники шума. Одним из таких источников, как мы видели (§ 1.2), является галактическое радиоизлучение. В качестве другого источника Дрейк рассматривал излучение атмосферы. Но его нельзя считать принципиально неустранимым, так как цивилизация может вынести приемную антенну за пределы атмосферы. Поэтому Кардашев не стал принимать во внимание этот источник шума, т. е. здесь он пошел дальше Дрейка, последовательно проводя «принцип технического совершенства цивилизаций». Вместе с тем, он учел еще один важный фактор — квантовые флуктуации.

Предположим, что отсутствуют все источники шума, включая излучение фона. Казалось бы в этом случае, раз нет шума, то для передачи единицы информации можно затратить сколь угодно мало энергии. Однако это не так. Вследствие квантовой природы электромагнитного излучения количество информации пропорционально числу излучаемых фотонов (в пределе каждый квант, каждый фотон несет один бит информации). Следовательно, энергия, затрачиваемая на один бит, не может быть меньше, чем энергия одного кванта hν (практически, она значительно больше, но пропорциональна hν). Это эквивалентно наличию шума с температурой Tq=hν/k (h — постоянная Планка, к — постоянная Больцмана, ν — частота сигнала). Чем больше частота сигнала, тем больше энергия кванта и тем, стало быть, выше температура квантового шума.

На рис. 1.4.1 приведен спектр шумов за пределами земной атмосферы по Кардашеву. В низкочастотной области спектра шумы определяются галактическим фоном, в высокочастотной области — квантовыми флуктуациями. Сплошная линия соответствует наблюдению в направлении на центр Галактики, она имеет минимум в области 10^10 Гц (длина волны 3 см). Штриховая линия соответствует наблюдению в направлении на полюс Галактики, она имеет минимум на частоте 3 10^9 Гц (длина волны 10 см). В целом весь широкий диапазон спектра 10^9 ÷ 10^11 Гц, где обеспечивается низкий уровень шума, можно считать оптимальным для межзвездной связи. Правда, здесь не учтено реликтовое излучение, которое было открыто позже, после появления работы Кардашева, но его учет качественно не меняет картину, если ограничиться рассмотрением радиодиапазона (см. ниже рис. 7.2.1).

Рис. 1.4.1. Спектр шумов за пределами земной атмосферы (без учета реликтового фона). Сплошная линия соответствует наблюдению в направлении на центр Галактики, штриховая — в направлении на полюс Галактики

Какова дальность обнаружения для сигналов сверхцивилизаций? При рассмотренных условиях (непрерывная изотропная передача в широкой полосе частот) дальность обнаружения для цивилизаций II типа может достигать 10 млн св. лет, что соответствует расстоянию до ближайших галактик. Для цивилизаций III типа дальность обнаружения порядка 10 млрд св. лет, что сопоставимо с размерами наблюдаемой Вселенной. Значит, если где-нибудь в нашей Галактике, или даже в соседних галактиках, существует хотя бы одна цивилизация II типа, то мы уже сейчас, при современном уровне радиотехники, можем обнаружить посылаемые ею сигналы. Что касается цивилизаций III типа, то такую цивилизацию можно обнаружить всюду, где бы она ни находилась, в пределах наблюдаемой области Вселенной.

Конечно, это достигается за счет предполагаемой гигантской мощности передатчиков сверхцивилизаций. Возникает вопрос — не будет ли слишком расточительным для них расходовать почти всю потребляемую ими энергию на радиоизлучение в целях межзвездной связи? Кардашев специально подчеркнул, что никакой расточительности здесь нет. Любая стабильная система с внутренними источниками энергии должна излучать во внешнее пространства ровно столько энергии, сколько она потребляет, иначе се температура будет постоянно возрастать. Значит излучение неизбежно, надо только преобразовать его в нужный диапазон спектра и закодировать для передачи информации. Но на преобразование и кодирование существенной доли энергии не требуется. Кардашев считал бесполезным пытаться представить себе технологию сверхцивилизаций, поэтому он не рассматривал конкретные пути технической реализации такой передачи, важно, что это не противоречит законам физики[20].

В настоящее время не существует сколько-нибудь уверенных оценок расстояний между космическими цивилизациями. При больших расстояниях (скажем, больше 1000 св. лет) время распространения сигнала может превысить характерное время развития цивилизаций (время их существенного изменения), а при еще больших расстояниях — даже время жизни цивилизаций. При таких условиях «диалог» между цивилизациями становится бесперспективным. Следовательно, речь может идти только об односторонней связи (космическое радиовещание), когда каждая цивилизация передает некий объем знаний без надежды на ответ.

Такая односторонняя передача в определенном смысле подобна передаче генетической информации. Как судьба особи после воспроизведения потомства не имеет значения для истории вида, точно так же и судьба цивилизации, после того как она отправит послание в Космос, не имеет значения для ее получателя. Может быть, в момент приема сигналов, где-то в отдаленной части Вселенной, пославшая их цивилизация уже перестала существовать, но электромагнитные волны донесут до неизвестных абонентов отправленную им информацию.

Какое же количество информации можно передать по каналу межзвездной связи? Это зависит от полосы частот канала связи. При полосе 10^9 Гц можно передавать не менее 10^9 двоичных единиц в секунду. Тогда для передачи одного тома энциклопедии, содержащего 10^6 двоичных единиц, потребуется тысячная доля секунды, а за 100 секунд можно будет передать информацию, содержащуюся в 100 тысячах подобных томов, в которых, вероятно, можно было бы изложить всю сумму знаний, накопленных человечеством. При полосе 10^11 Гц скорость передачи, соответственно, в 100 раз выше.

Можно представить себе такую модель контакта. Цивилизация II или III типа непрерывно посылает сигналы по всем направлениям в пространстве. Каждый цикл передачи занимает время порядка одного года, в течение которого передается 10^16—10^18 бит информации. По окончании цикла программа повторяется вновь и вновь. Тогда, где бы в пределах действия передатчика, ни находился предполагаемый абонент (цивилизация-получатель), она, рано или поздно, достигнув определенного уровня развития, сумеет обнаружить эти сигналы, расшифрует их и начнет прием ценнейшей информации от более развитой цивилизации. Это поможет ей преодолеть многие трудности, избежать многих ошибок и будет способствовать более быстрому развитию (или, во всяком случае, расширению и обогащению ее опыта и знаний). Скоро и эта цивилизация сможет послать сигналы в космическое пространство, передавая знания, полученные ею и обогащенные ее собственным опытом.

Такая модель контакта напоминает взаимодействие культур на земном шаре. Многие великие цивилизации древности давно перестали существовать, но непреходящие ценности их культуры продолжают волновать новые и новые поколения людей и являются предметом изучения новых поколений, хотя никто из нас уже не сможет что-либо спросить у Сократа или поспорить с Аристотелем.

Как же обнаружить сигналы от сверхцивилизаций? Монохроматический сигнал легко выделить из естественного космического радиоизлучения, так как он отличается именно своей узкополосностью. Но при полосе частот 10^9 ÷ 10^11 Гц искусственный сигнал очень напоминает широкополосное излучение естественных радиоисточников. Поэтому необходимо установить какими признаками должен отличаться искусственный источник радиоизлучения от естественного. Ведь прежде чем пытаться получить информацию путем расшифровки полученных сигналов, мы должны убедиться в том, что имеем дело с искусственным источником (цивилизацией), должны суметь выделить его из множества естественных радиоисточников. То есть здесь на первый план выдвигается проблема критериев искусственности.

Кардашев указал на несколько таких отличительных признаков, которым должен удовлетворять искусственный радиоисточник: предельно малые угловые размеры, характерное спектральное распределение мощности (см. § 1.7), особенности излучения вблизи линии 21 см, круговая поляризация, закономерное изменение характеристик источника со временем.

Таким образом, помимо исследования ближайших звезд, наметился еще один путь поиска сигналов ВЦ — поиск новых радиоисточников в оптимальном диапазоне волн и их изучение с целью отобрать возможные искусственные источники, в соответствии с предполагаемыми критериями искусственности. Это направление тесно смыкается с актуальными задачами радиоастрономии.

1.5. Две стратегии поиска сигналов

Идеи Н. С. Кардашева открывали хорошие перспективы для поиска радиосигналов ВЦ. Надо было с чего-то начать. Осенью 1963 г. И. С. Шкловский и Н. С. Кардашев обсудили эту проблему с академиком В. А. Амбарцумяном, который предложил для оценки состояния проблемы и выработки практических рекомендаций провести научное совещание и согласился с тем, чтобы оно проходило в Бюраканской астрофизической обсерватории (Армения), директором которой он был.

Первое Всесоюзное совещание по проблеме «Внеземные цивилизации» состоялось 20–23 мая 1964 г. Оно было организовано Астрономическим советом Академии наук СССР, Государственным астрономическим институтом им. П. К. Штернберга и Бюраканской Астрофизической обсерваторией. Состав участников был не очень широк; в основном это были астрономы, радиоастрономы и радиофизики[21]. Среди них ведущие советские радиоастрономы: С. Э. Хайкин, И. С. Шкловский, В. С. Троицкий, Н. Л. Кайдановский, Н. С. Кардашев, Ю. Н. Парийский, В. А. Разин, Г. М. Товмасян и др.; крупнейшие радиофизики: В. А. Котельников, А. А. Пистолькорс, В. И. Сифоров; специалисты по космической связи: Е. Я. Богуславский, Е. Ф. Дубовицкая; из астрономов принимали участие Б. В. Кукаркин, Д. Я. Мартынов, Б. Я. Маркарян, Э. Е. Хачикян, И. Д. Новиков и др.; физику представлял Я. Б. Зельдович, математику А. В. Гладкий. Совещание проходило под председательством В. А. Амбарцумяна.

Круг вопросов, которые обсуждались на совещании, можно разбить на три группы: а) общие проблемы ВЦ (физические условия, необходимые для возникновения и развития жизни, множественность обитаемых миров и ожидаемая распространенность технически развитых цивилизаций, характер и уровень их развития, возможные типы контактов между цивилизациями); б) проблема установления связи с ВЦ (оптимальный диапазон частот, возможная длительность и информативность связи, ожидаемые свойства искусственных радиоисточников, методы их обнаружения); в) проблема языка для межзвездной связи.

Совещание пришло к выводу, что проблема контакта с внеземными цивилизациями является важной и актуальной научной проблемой, которая вполне назрела, поскольку «имеются реальные предпосылки для постановки исследований и опытов» в этом направлении. Была подчеркнута необходимость планомерного экспериментального и теоретического изучения проблемы ВЦ.

В отношении методики поиска сигналов на совещании выявились два подхода, две различные точки зрения. Первое направление — поиск сигналов от цивилизаций нашего или несколько более высокого уровня (цивилизации I типа по Кардашеву). Методика поиска подобных цивилизаций исходит из того, что для обеспечения разумной дальности связи передающая цивилизация использует узкополосное и узконаправленное радиоизлучение (узкополосность служит также критерием искусственности).

Идею использования узкополосных сигналов для межзвездной связи активно отстаивал В. С. Троицкий[22]. Он не связывал такие сигналы с какой-то универсальной частотой (например, с радиолинией 21 см), а считал необходимым осуществлять поиск во всем оптимальном диапазоне волн (сантиметровые и дециметровые волны). В частности, он обратил внимание на целесообразность поиска около линий радиоизлучения отдельных молекул, применяемых в молекулярных генераторах и усилителях: линия аммиака на волне 1,25 см и линия формальдегида на волне 0,4 см.

Для обнаружения подобных сигналов, как уже отмечалось выше, необходимо осуществлять поиск по частоте и поиск по направлению. Простейшая стратегия состоит в том, что обе цивилизации, передающая и принимающая, осуществляют взаимный поиск, обследуя множество подходящих звезд, поочередно направляя антенны на них. Однако в этом случае очень велика вероятность пропуска сигнала. Чтобы исключить пропуск сигнала, В. А. Котельников предложил создать непрерывно действующую многоантенную систему обнаружения, перекрывающую весь небесный свод и обеспечивающую поиск по частоте в пределах выбранного оптимального диапазона волн[23]. С этой целью каждая антенна должна быть оборудована многоканальным приемником; полоса каждого канала порядка 1 Гц, для перекрытия оптимального диапазона требуется 10^9—10^10 спектральных каналов.

Блок-схема приемника Котельникова приведена на рис. 1.5.1. Здесь А — антенна, У — усилитель, в котором происходит усиление и преобразование частоты принимаемых сигналов, Ф — фильтры с полосой Δf, Д — детекторы, И — интеграторы, суммирующие энергию, прошедшую через фильтр за время посылки длительностью τ, П — пороговые устройства, которые дают сигнал на выходе только в том случае, когда энергия, прошедшая через фильтр за время τ превышает установленное пороговое значение.

Приемник позволяет обнаружить сигнал, но не дает возможность принимать информацию, если при передаче используется одна из систем амплитудной модуляции. Можно однако, передавать информацию, меняя частоту сигнала от посылки к посылке. Тогда сигнал будет появляться то в одном, то в другом канале приемника), причем с каждой новой посылкой он будет регистрироваться в каждом новом канале.

Появление сигнала в данном канале можно рассматривать как определенное сообщение. Скорость передачи информации в такой системе будет составлять (log_2N)/τ бит в секунду (N — число спектральных каналов в приемнике). А полное количество информации, которое можно передать за время одной посылки длительностью τ, равно log_2N, что при N = 10^9—10^10 составляет приблизительно 30 бит.

Рис. 1.5.1. Многоканальный приемник В. А. Котельникова для поиска сигналов ВЦ: А — антенна, У — усилитель, Ф — узкополосные фильтры, И — интеграторы, П — пороговые устройства

Стратегия поиска при использовании подобной системы, согласно В. А. Котельникову, состоит в следующем. Рассмотрим две цивилизации А и В, расположенные на расстоянии R друг от друга. Цивилизация А ведет передачу, цивилизация В работает на прием. Осуществляя поиск по направлению, цивилизация А последовательно «обшаривает» лучом своей антенны все небо, при этом длительность посылки сигнала в данном направлении равна τ. Пусть телесный угол луча антенны равен (О. Тогда для обхода небесной сферы требуется время t_0 = 4πτ/ω. Поскольку цивилизация В, как мы предположили, имеет систему обнаружения, охватывающую все небо, одна из антенн этой системы смотрит на цивилизацию А. Приемник, связанный с этой антенной, зафиксирует сигнал в момент, когда сканирующая антенна цивилизации А окажется направленной на цивилизацию В. Эксперимент по обнаружению сигнала должен длиться в течение времени t, значительно превышающего t_0. Тогда за время проведения эксперимента сигнал будет зарегистрирован несколько раз (вообще говоря, в разных каналах) через равные промежутки времени t_0, что позволит уверенно отличить его от случайных помех.

Какова же длительность эксперимента при подобном поиске? Примем, что длительность посылки в данном направлении τ = 3 с. Пусть площадь передающей антенны S_1 = 10^5 м^2, длина волны λ = 10 см; тогда ω = λ^2/S_1 = 10-7, t_0 = 3,8 10^8 с ≈ 12 лет. А полное время эксперимента в этом случае будет составлять ~ 10^2 лет. Это время можно существенно сократить, если цивилизация А, вместо того, чтобы «обшаривать» все небо, будет последовательно облучать все подходящие звезды в сфере радиуса R, быстро переводя антенну с одной звезды на другую. Пусть, например, система рассчитана на дальность связи 3000 св. лет, т. е. обе цивилизации предполагают, что расстояние между ними не превышает 3000 св. лет. В сфере такого радиуса содержится ~ 10^8 звезд. Поскольку каждая звезда облучается в течение 3 секунд, то (пренебрегая временем на перестановку антенны) полное время облучения всех звезд составит 3 • 10^8 с или 10 лет. То есть оно того же порядка, как и при обходе всего неба. Однако нет необходимости облучать все звезды. Цивилизация А должна выбрать только те из них, около которых можно ожидать наличие технически развитых цивилизаций. В. А. Котельников принял, что доля таких «подходящих» звезд составляет 1 %. Тогда время их облучения будет составлять 0,1 года. Если эксперимент длится 1 год, то за это время сигнал появится 10 раз через каждые 36 дней.

Каковы параметры системы обнаружения? Пусть мощность передатчика составляет 10^9 Вт, λ = 10 см, τ = 3 с. Оптимальные условия обнаружения радиоизлучения реализуются, когда полоса каждого канала Δf/ = 1/τ. Будем считать, что это условие выполнено. Пусть шумовая температура приемника Тш = 30 К, и пусть у приемника установлено значение порога, при котором вероятность ложного срабатывания и вероятность пропуска сигнала составляет 10-5. Чтобы при этих условиях обнаружить сигнал на расстоянии 3000 св. лет, надо иметь приемную антенну площадью 900 м^2. Чтобы с помощью таких антенн перекрыть весь небесный свод, надо иметь более миллиона антенн (см. табл. 1.5.1). При этом не следует забывать, что каждая такая антенна оборудуется многоканальным приемником, содержащим 10^9—10^10 спектральных каналов. Конечно, создание подобной системы чрезвычайно сложная задача.

Параметры системы весьма чувствительны к расстоянию между цивилизациями. Если система рассчитана на 1400 св. лет, то для обнаружения требуется 250 тысяч более скромных антенн площадью 200 м^2 каждая. При этом время обходы всех подходящих звезд составляет 3,6 дня. Если эксперимент по-прежнему длится 1 год, то за это время сигнал должен появиться 100 раз. В этом случае можно разделить небосвод на 10 частей и последовательно обследовать каждую из них. Тогда, чтобы перекрыть исследуемую часть неба, количество антенн можно сократить в 10 раз, что составит 25 тысяч антенн. Длительность обследования каждой части неба — 36 дней, за это время сигнал должен появиться 10 раз. При расстоянии 300 св. лет система должна содержать 11 тысяч совсем небольших антенн площадью 9 м^2. При этом время обхода всех подходящих звезд, при принятых параметрах передающей системы, составит всего 1 час; небосвод можно разделить на 1000 частей, для перекрытия каждой из которых потребуется только 11 антенн. В этом случае система обнаружения вырождается в несколько антенн, последовательно (по частям) обследующих небесный свод.

Таблица 1.5.1

Параметры многоантенной системы обнаружения[24]

Радиус сферы, св. лет

3000

1400

650

300

Число звезд в сфере

10^8

10^7

10^6

10^5

Время обхода всех звезд

10 лет

1 год

36 сут.

4 сут.

Площадь приемной антенны, м^2

900

200

40

9

Число антенн в системе обнаружения

1300000

250000

50000

11000

Число частей, на которые можно разбить небосвод

1

10

100

1000

Число антенн при делении небосвода

1300000

25000

500

11

Исходя из подобных расчетов, В. А. Котельников пришел к выводу, что обнаружение сигналов от цивилизаций нашего уровня вполне реально, если одна такая цивилизация приходится на 10^6 звезд. Если одна цивилизация приходится на 10^7 звезд, то при определенных условиях ее еще можно обнаружить. Но если одна цивилизация приходится на 10^8 звезд, то обнаружить ее современными средствами крайне затруднительно.

Если первая часть предложения В. А. Котельникова — создание многоканальных приемников — впоследствии была реализована, то к созданию многоантенных систем обнаружения пока даже не приступали. Эксперименты по поиску монохроматических сигналов, которые проводились до настоящего времени, состояли в кратковременном, последовательном обследовании небольшого числа подходящих звезд в ближайших окрестностях Солнца.

Второе направление, развиваемое Н. С. Кардашевым — поиск сигналов от сверхцивилизаций (см. § 1.4). Поскольку речь идет о непрерывном широкополосном излучении, обнаружение подобных сигналов возможно с помощью обычной радиоастрономической аппаратуры. Здесь, практически, не требуется проводить поиск по частоте. А поиск по направлению сводится к исследованию различных дискретных источников космического радиоизлучения с целью выявления среди них искусственных радиоисточников, в соответствии с ожидаемыми критериями искусственности. Обследование звезд в рамках этой программы не представляет интерес, так как сверхцивилизации, осуществляющие преобразование таких гигантских потоков энергии, уже не могут ассоциироваться с обычными звездами.

Следует заметить, что в начале 1960-х годов, когда была выдвинута эта программа, космическое радиоизлучение в оптимальном для межзвездной связи сантиметровом диапазоне волн было еще очень слабо изучено. Обзоры неба, проведенные к тому времени, на основе которых были составлены каталоги радиоисточников, выполнялись на более длинных волнах. Например, знаменитый Кембриджский обзор проводился на частоте 178 МГц. Можно было ожидать, что существует множество радиоисточников с максимумом излучения в сантиметровом диапазоне, которые не видны на более длинных волнах[25]. Среди них могли быть и искусственные источники. Поэтому Н. С. Кардашев выдвинул в качестве первоочередной задачи SETI проведение полных обзоров неба в оптимальном для межзвездной связи сантиметровом диапазоне волн. Это предложение было поддержано радиоастрономами, поскольку оно смыкалось с актуальными задачами радиоастрономии. Предполагалось, что в процессе обзора можно будет делать отбор источников с малыми угловыми размерами, а затем исследовать их согласно другим ожидаемым критериям искусственности.

Кроме того, Н. С. Кардашев обратил внимание на необходимость поиска искусственных радиоисточников в центре нашей Галактики и в ближайших галактиках — Магеллановых Облаках и Туманности Андромеда, а также на исследование некоторых пекулярных радиоисточников.

Бюраканское совещание рекомендовало развивать исследования в обоих направлениях: поиск монохроматических сигналов от ближайших звезд и поиск сигналов от сверхцивилизаций путем детального исследования радиоисточников, подозреваемых в качестве искусственных.

1.6. Сигнал готовности

Интересные соображения о стратегии поиска внеземных цивилизаций были развиты патриархом советской радиоастрономии С. Э. Хайкиным (1901–1968)[26]. По состоянию здоровья он не мог присутствовать на бюраканской конференции, представленный им доклад был зачитан Ю. Н. Парийским, с которым Хайкин обсуждал основные положения своего доклада.

«Своеобразие обсуждаемой проблемы, — подчеркнул Хайкин, — состоит в том, что она обращена в далекое будущее. Если не проявлять необоснованного оптимизма (который был бы только вреден), то нужно быть готовым к тому, что результат этой работы станет известным только нашим потомкам и, быть может, даже далеким потомкам». Отсюда следует, что планомерная работа по установлению радиосвязи с ВЦ «должна быть организована как систематическая работа многих поколений». Конечно, — отмечал Хайкин, — нельзя исключить того, что первый успех будет достигнут быстро, но это скорее надо рассматривать «как очень маловероятную случайность, на которую нельзя рассчитывать при организации планомерной работы». В обстановке энтузиазма первых лет SETI это сдержанное заявление прозвучало некоторым диссонансом, но последующее развитие событий подтвердило правоту Хайкина.

Одной из особенностей нашего динамичного и прагматического века является стремление к быстрому получению результатов, желание самим воспользоваться плодами своего труда. В прошлые века люди нередко предпринимали проекты, осуществление которых растягивалось на многие поколения. Достаточно вспомнить сооружение крупных величественных храмов. Те, кто проектировал такой храм, и кто закладывал первые камни в его фундамент, не могли надеяться увидеть завершение сооружения, но это не останавливало строителей. Теперь подобные проекты почти не предпринимаются. Возможно, SETI является именно таким проектом, и нам суждено лишь заложить первые камни в его основание.

Важнейший вопрос в проблеме связи с ВЦ — как отличить искусственные сигналы от естественного радиоизлучения. Излучение естественных источников содержит информацию о мощности радиоизлучения, его спектральном составе, характере поляризации, размерах источника, распределении яркости в нем. Эту информацию Хайкин назвал «естественной информацией». Но такая же «естественная информация» содержится и в радиоизлучении искусственного источника. Поэтому она не может дать бесспорных доказательств искусственного происхождения источника, а может дать лишь более или менее веские основания подозревать его в искусственности. Единственным бесспорным доказательством искусственного характера принимаемого радиоизлучения может служить только наличие в нем какой-либо информации, выходящей за пределы «естественной информации». Как обнаружить такую информацию? Прежде всего, считает Хайкин, необходимо получить наиболее полную и детальную «естественную информацию» о космических радиоисточниках. Мы должны знать возможно больше о том, какими свойствами обладают естественные радиоисточники. Тогда, обнаружив источник с резко отличными свойствами, мы можем подозревать его искусственное происхождение, хотя нельзя исключить и того, что он относится к новому классу естественных радиоисточников. Чем полнее «естественная информация» об источниках, которой мы располагаем, тем больше вероятность того, что «подозрительный» источник может иметь искусственное происхождение. Но задача получения наиболее полной «естественной информации» о радиоисточниках — это основная задача радиоастрономии. Поэтому, заключает Хайкин, планомерные поиски сигналов ВЦ (а не попытки, рассчитанные на случайную удачу) на первом этапе полностью совпадают с задачами радиоастрономии. Лишь тогда, когда будут накоплены достаточно веские «улики» искусственного происхождения того или иного источника, станут целесообразны попытки обнаружить в принимаемом радиоизлучении информацию, выходящую за пределы «естественной информации». Только эта последняя задача является специфической для связи с ВЦ, и только для ее решения потребуются специальные технические средства помимо тех, которые используются в радиоастрономии.

Совпадение первого этапа поиска сигналов ВЦ с задачами радиоастрономии является очень благоприятным обстоятельством, ибо позволяет организовать работу на первом этапе таким образом, чтобы она приносила реальные результаты, которые позволят оправдать затраченные усилия и будут поддерживать интерес к работе у большого коллектива людей, а не только у отдельных энтузиастов. От того, насколько полно будет использована такая благоприятная возможность, указал Хайкин, будет зависеть успех первого, а значит, и последующих этапов поиска радиосигналов ВЦ.

Какие средства следует использовать для связи с ВЦ? С. Э. Хайкин подчеркнул, что возможности связи зависят от уровня средств, которыми располагают обе цивилизации, и определяются «произведением их возможностей». Поэтому чем более мощные средства мы применим, тем менее мощными средствами могут располагать наши партнеры, или, при тех же средствах, тем больше будет предельное расстояние, на котором возможно установление связи. Применение возможно более мощных средств на Земле значительно увеличит вероятность осуществления связи с ВЦ и, следовательно, должно быть положено в основу программы решения этой проблемы.

Однако С. Э. Хайкин не ограничился только этими общими соображениями, а предложил конкретную стратегию, основанную на идее взаимного поиска, при котором каждый из партнеров стремится предугадать действия другого и согласовать с ним свои действия.

Рассмотрим две цивилизации А и В, различающиеся по уровню развития. Пусть развитие цивилизации В соответствует примерно нашему уровню, а цивилизация А гораздо более развита. Для цивилизации В трудность планирования радиосвязи состоит в том, что она не знает ничего определенного о технических возможностях цивилизации А. Последняя находился в этом отношении в гораздо более благоприятных обстоятельствах: планируя радиосвязь с менее развитой цивилизацией В, она может вполне определенно указать тот низший уровень развития цивилизации В, при которой та будет в состоянии принять посланные ей сигналы. Цивилизации более низкого уровня (неспособные принять ее сигналы) не будут интересовать цивилизацию А. Но возможности тех цивилизаций, которые способны установить связь, будут ей известны.

Попробуем встать на точку зрения цивилизации А. Как ей установить связь с цивилизацией В? Если положение цивилизации В в пространстве неизвестно, ей не остается ничего другого, как либо вести изотропную передачу на всю Галактику, либо последовательно обследовать лучом своей антенны все подходящие звезды в сфере выбранного радиуса R. Но поскольку цивилизация А знает уровень развития цивилизации В, она придет к выводу, что цивилизация В способна сообщить о своем существовании и готовности приема сигнала (цивилизации, не способные к этому, не будут приниматься во внимание). Для этого цивилизация В должна послать монохроматическое излучение с шириной полосы несколько герц на частоте радиолинии водорода 21 см (или, еще лучше, на одной из частот ее гармоник) мощностью в тысячи киловатт, последовательно облучая все небо, или телесный угол, в котором находится большинство звезд Галактики. Рассчитывая на передачу такого «сигнала готовности», цивилизация А создаст систему обнаружения, предназначенную для его приема. (Это может быть система, аналогичная рассмотренной в предыдущем параграфе.) Цивилизация В не закладывает в «сигнал готовности» никакой специальной информации, однако, приняв его, цивилизация А сможет определить направление, откуда был послан сигнал, и оценить расстояние до цивилизации В. После этого она немедленно приступает к передаче информации цивилизации В с помощью остронаправленной антенны. При этом радиоизлучение, несущее информацию, можно будет сопроводить «пилотсигналом» на частоте, совпадающей с той, на которой передает свой «сигнал готовности» цивилизация В. Это будет указание на то, что «сигнал готовности» принят, и в передаваемом излучении содержится «искусственная информация».

До сих пор мы рассуждали с точки зрения цивилизации А. Встанем теперь на точку зрения цивилизации В. Она должна учитывать этот образ мысли цивилизации А и выполнять свою часть программы взаимного поиска, т. е. послать «сигнал готовности». Конечно, она может надеяться, что цивилизация А осуществи! передачу, не дожидаясь получения «сигнала готовности». Но при этом ей придется считаться с тем, что другие цивилизации типа В примут эту стратегию и пошлют свой «сигнал готовности». Тогда цивилизация А будет считать существующими только те цивилизации В, от которых приходит «сигнал готовности». Если бы она знала, что цивилизация В не имеет возможности послать «сигнал готовности», тогда ей пришлось бы вести передачу на всю Галактику (путем изотропного излучения или последовательно облучая все направления). Но цивилизация А знает, что цивилизация В имеет такую возможность, и она знает, что цивилизация В знает, что она знает об этом. Принимая во внимание эти обстоятельства, цивилизация В должна понять, что, отказываясь от передачи «сигнала готовности», она рискует поставить себя вне системы организованной Галактической связи. Не является ли «сигнал готовности» тем взносом, который цивилизация В должна внести за вступление в «Галактический клуб»?

«Возникает любопытная ситуация, — подчеркнул Хайкин, — в “сообществе цивилизаций Вселенной” каждая из цивилизаций должна, в соответствии с уровнем своего развития, затрачивать определенные усилия на укрепление “сообщества”. Не выполняя выпавших на ее долю задач, она может оказаться вне сообщества». Это очень важное положение, которое выходит за рамки стратегии радиопоиска и имеет более широкое философское звучание. Всякий контакт предполагает желание и усилия, предпринимаемые с обеих сторон. «Сигнал готовности» можно трактовать в самом широком плане — прежде всего, как внутреннюю психологическую и нравственную готовность человечества к контакту.

Но вернемся к радиопоиску. Посылка «сигнала готовности» отдаляет установление связи (на время распространения сигнала до цивилизации А и обратно). Если расстояние между цивилизациями не слишком велико (скажем, меньше 100 св. лет) эту задержку можно считать приемлемой; при больших расстояниях между цивилизациями (больше 1000 св. лет) задержка становится существенной. Может быть, это обстоятельство побуждает цивилизацию А посылать радиосигналы, не дожидаясь получения «сигнала готовности»? Мы не может полностью предугадать ее действия. Поэтому было бы целесообразно, не отказываясь от поиска сигналов, организовать также передачу «сигнала готовности». Но такой сигнал должен стать акцией всего человечества. В этом случае наши усилия будут иметь смысл также как сигнал внутренней психологической готовности человечества к контакту. И тогда, кто знает, может быть, мы получим ответ даже от тех цивилизаций, которые используют неэлектромагнитные каналы связи?

1.7. Первые шаги. СТА-102

Сразу же после Бюраканской конференции В. С. Троицкий приступил к реализации своих идей. Ему удалось привлечь молодых сотрудников и аспирантов (Л. И. Герштейн, А. М. Стародубцев, В. Л. Рахлин), с помощью которых он приступил к созданию спектроанализатора по поиску узкополосных сигналов ВЦ.

Использовался метод параллельно-последовательного анализа спектра. Полоса анализа 2 МГц просматривалась 20-ю фильтрами шириною 100 кГц каждый. В свою очередь, 100-килогерцовая полоса перекрывалась 25-ю узкополосными фильтрами шириной 13 Гц, разнесенными по частоте на 4 кГц. Просмотр 100-килогерцовой полосы осуществлялся изменением частоты узкополосных фильтров. Время анализа исследуемой полосы 2 МГц составляло 10 минут.

К 1968 г. аппаратура была готова. Наблюдения начались осенью 1968 г., использовалась 15-метровая антенна радиоастрономической станции НИРФИ в Зименках. Исследовались 11 звезд солнечного типа (τ Кита, ε Эридана, Gl380 и 47 Большой Медведицы, β Гончих Псов, ρ Волос Вероники, η Геркулеса, π^1 Большой Медведицы, ψ^5 Возничего, ι Персея, η Волопаса) и галактика М 31 (знаменитая Туманность Андромеды). Наблюдение каждого объекта длилось 10 минут. Ни от одного из них не было зарегистрировано монохроматического потока, превышающего 210-21 Вт/м^2[27]. По сравнению с проектом Озма это был несомненный шаг вперед, однако при выборе частоты поиска исследователи были вынуждены исходить из имеющихся у них возможностей. Так была выбрана частота 926–928 МГц (диапазон 32 см) только потому, что в этом диапазоне имелись разработанные промышленностью высокочувствительные элементы СВЧ.

Еще одна группа, приступившая к исследованиям после Бюраканского совещания — московские радиоастрономы из ГАИШ под патронажем И. С. Шкловского и непосредственным руководством Н. С. Кардашева. Здесь работа велась в двух направлениях: исследование пекулярных источников и подготовка к проведению обзоров неба в сантиметровом диапазоне.

Для проведения полных обзоров неба в сантиметровом диапазоне волн Н. С. Кардашев предложил построить радиотелескоп, специально предназначенный для этой цели. За основу был принят радиотелескоп системы Крауса. Он состоит из двух отражателей — неподвижного параболического цилиндра, оптическая ось которого направлена в меридиан, и плоского отражателя, который может вращаться вокруг горизонтальной оси, благодаря чему диаграмма направленности смещается в вертикальной плоскости, и можно наблюдать источники, кульминирующие на различной высоте над горизонтом. Если зафиксировать наклон плоского отражателя, то благодаря суточному вращению небесной сферы через диаграмму направленности радиотелескопа в течение суток пройдут все радиоисточники, кульминирующие на заданном угловом возвышении над горизонтом, т. е. имеющие заданное склонение δ. Таким образом, за сутки будет покрыта полоска неба в виде кольцевой зоны (360° по прямому восхождению) с шириной, равной размеру диаграммы направленности в вертикальной плоскости. Изменив наклон плоского отражателя, можно в следующие сутки просмотреть кольцевую зону, примыкающую к первой, и, двигаясь таким образом, шаг за шагом, перекрыть, наконец, все небо.

В отличие от обычного радиотелескопа, имеющего антенну в форме парабалоида вращения, у которого диаграмма направленности симметрична (так называемая «игольчатая» или «карандашная» диаграмма направленности), радиотелескоп системы Крауса имеет «ножевую» диаграмму направленности, ее размер в вертикальной плоскости значительно больше, чем в горизонтальной. Эго увеличивает ширину полосы обзора в течение суток и позволяет значительно сократить полное время обзора неба. Кроме того, благодаря малой ширине «ножа» в горизонтальной плоскости возникает возможность более точной (чем при «карандашной» диаграмме) оценки угловых размеров источника.

Эскизный проект радиотелескопа для проведения обзоров неба был разработан в Государственном Астрономическом институте им. П. К. Штернберга (ГАИШ) при МГУ и получил название РТ-МГУ (см. рис. 1.7.1). Неподвижный параболический рефлектор имел размер 416 × 5 м (горизонтальный раскрыв 400 м). Плоский отражатель размером 414 × 8,2 м мог вращаться в пределах 52,5° от вертикали, что обеспечивало перекрытие интервала склонений 105° и позволяло на широте 45° наблюдать 80 % всей небесной сферы. Геометрическая площадь антенны составляла 2000 м^2. Диаграмма направленности по уровню половинной мощности на волне 1 см равнялась 5″ × 412″. Полное время обзора на той же волне (с учетом частичного перекрытия полос) — около 5 лет.

Рис. 1.7.1. Радиотелескоп РТ-МГУ. Фотография с макета, изготовленного Т. А. Лозинской из бумаги и хлебных крошек

И. С. Шкловский, работавший в то время заведующим отделом радиоастрономии ГАИШ, добился поддержки проекта у ректора МГУ академика И. Г. Петровского, который всегда очень внимательно относился к нуждам радиоастрономии. Однако университет не мог выделить необходимые средства. И. Г. Петровский обратился к президенту Академии Наук СССР академику М. В. Келдышу и обсудил с ним возможность сооружения радиотелескопа совместно с Академией Наук на долевых началах. М. В. Келдыш согласился с этим предложением, и вопрос был передан на решение в Научный совет по проблеме «Радиоастрономия» АН СССР, председателем которого был В. А. Котельников.

Одновременно пулковские радиоастрономы, возглавляемые С. Э. Хайкиным, выдвинули проект создания крупного радиотелескопа сантиметрового диапазона волн с антенной переменного профиля (АПП) для нужд радиоастрономии. Отражающая поверхность АПП состоит из отдельных подвижных элементов, установленных на кольцевом фундаменте. Перемещение отражающих элементов вдоль радиуса образующей окружности с одновременным вращением их вокруг вертикальной и горизонтальной оси позволяет измерять профиль отражающей поверхности и, таким образом, наводить телескоп в различные точки неба. По сравнению с параболоидом той же площади АПП имеет более высокое угловое разрешение. Подобно радиотелескопу системы Крауса, АПП также имеет «ножевую» диаграмму направленности, но с переменной высотой «ножа» (в зависимости от координат наблюдаемого источника).

Рис. 1.7.2. Радиотелескоп РАТАН-600. Слева — общий вид радиотелескопа (макет), справа — часть кругового отражателя

При обсуждении обоих проектов в антенной секции Совета по радиоастрономии под председательством А. А. Пистолькорса было принято решение об их объединении: главный круговой отражатель

АПП был дополнен плоским отражателем, расположенным в южном секторе радиотелескопа. В сочетании с плоским отражателем южный сектор главного отражателя, по существу, представляет собой систему Крауса. Так возник проект радиотелескопа РАТАН-600 — крупнейшего советского радиотелескопа, сооруженного в 70-х годах на Северном Кавказе (рис. 1.7.2). Он вошел в состав Специальной астрофизической обсерватории АН СССР, располагавшей также самым крупным 6-метровым оптическим телескопом БТА. Создание радиотелескопа РАТАН-600 — хороший (но, увы, редкий!) пример сотрудничества двух разных радиоастрономических коллективов.

С конца семидесятых годов группа радиоастрономов ГАИШ ведет на РАТАН-600 наблюдения по программе обзора неба на нескольких частотах сантиметрового диапазона. Работа проводится как чисто радиоастрономическое исследование без какой бы то ни было связи с SETI. (В частности, все необычные сигналы «списываются» за счет случайных помех и в дальнейшем анализе не принимаются во внимание.) Это определяется кругом научных интересов исследователей. Тем не менее, полученный в результате обзора материал, в соответствии с идеями Н. С. Кардашева и С. Э. Хайкина, в перспективе может представлять интерес для SETI.

Наряду с подготовкой обзоров неба, в отделе радиоастрономии ГАИШ под руководством Н. С. Кардашева проводились наблюдения пекулярных радиоисточников с целью обнаружения их возможной искусственной природы. Особый резонанс вызвала обнаруженная Г. Б. Шоломицким переменность потока радиоизлучения СТА-102.

Рис. 1.7.3. Спектр радиоисточников СТА-21 и СТА-102. Для сравнения приведен спектр радиогалактики Дева-А. Сплошная линия — ожидаемый спектр искусственного радиоисточника

История этого открытия такова. В 1964 г. Н. С. Кардашев рассчитал спектр искусственного радиоисточника (передатчика внеземной цивилизации), исходя из оптимального распределении энергии передатчика с целью обеспечить максимальную скорость передачи информации по каналу с шумом. Оказалось, что он существенно отличается от типичного спектра естественных радиоисточников. Изучив наблюдательный материал по спектрам, Кардашев обратил внимание на два источника СТА-21 и СТА-102, незадолго до этого обнаруженные в обзоре Калифорнийского технологического института. Они имели спектр, резко отличный от типичного «степенного» спектра, характерного для естественных радиоисточников, и — что самое удивительное! — очень напоминающий ожидаемый спектр искусственного радиоисточника, только смещенный в низкочастотную область спектра (рис. 1.7.3). Оба источника обладали также очень малыми угловыми размерами, что также соответствовало критерию искусственности. На основе этих данных Кардашев выдвинул гипотезу о возможном искусственном происхождении СТА-21 и СТА-102. Для проверки гипотезы он предложил исследовать, не является ли поток радиоизлучения от этих источников переменным. Дело в том, что известные в то время радиоисточники не показывали никакой переменности. Исключение (не считая Солнца) составлял редкий класс радиоисточников типа Кассиопеи-А, являющихся остатками вспышек сверхновых звезд. Благодаря расширению оболочки сверхновой поток радиоизлучения Кассиопеи-А медленно уменьшается со временем. Однако никаких периодических или нерегулярных изменений потока радиоисточников не наблюдаюсь и, согласно теории, не должно было наблюдаться. Напротив, для искусственных источников можно ожидать, что переменность является их неотъемлемым свойством. Ведь для передачи информации излучение должно быть каким-то образом модулировано, т. е. какие-то из его параметров (мощность, частота, фаза, поляризация) должны изменяться со временем. Ожидаемый временной масштаб этих изменений довольно неопределенный. Для информативной передачи изменения должны быть очень быстрыми, а для позывных сигналов они могут быть достаточно медленными. Если бы в радиоизлучении источников СТА-21 и СТА-102 удалось обнаружить переменность, это можно было бы рассматривать, как подтверждение гипотезы об их искусственном происхождении. Н. С. Кардашев уговорил Г. Б. Шоломицкого, который вел радиоастрономические наблюдения на антеннах Центра дальней космической связи СССР в Евпатории, провести исследование переменности потока радиоизлучения СТА-21 и СТА-102. Хотя Шоломицкий скептически относился к гипотезе Кардашева, он согласился провести эти исследования, так как надеялся обнаружить вековое изменение потока, аналогичное изменению потока Кассиопеи-А.

Рис. 1.7.4. Радиотелескоп Центра дальней космической связи СССР в Крыму, на котором проводились наблюдения радиоисточииков СТА-21 и СТА-102

Наблюдения проводились на частоте 920 МГц в течение нескольких месяцев в 1964–1965 гг. В экспериментальном отношении работа была выполнена со всей необходимой тщательностью. Измерялась величина потока источников СТА-21 и СТА-102 по отношению к эталонному источнику ЗС-48. Все возможные источники ошибок тщательно исследовались и учитывались. Радиоисточник СТА-21 не показал никакой переменности, а у источника СТА-102 было обнаружено периодическое изменение потока с периодом 102 суток[28] (рис. 1.7.5).

Рис. 1.7.5. Изменение потока радиоизлучения источника СТА-102 со временем. По горизонтальной оси отложено время (дата наблюдения), по вертикальной оси — отношение потоков радиоизлучения СТА-102 к потоку ЗС-48 (черные точки) и СТА-21 к ЗС-48 (кружки). Вертикальными черточками отмечены ошибки наблюдения. Видно, что поток СТА-21 остается постоянным, в то время как поток СТА-102 меняется с периодом 102 суток

Это открытие бурно обсуждалось в отделе радиоастрономии ГАИШ. Сотрудники отдела были молоды и энтузиазм был велик. Обсуждалась в связи с этим открытием и гипотеза Кардашева. На одной из таких дискуссий в апреле 1965 г. присутствовал корреспондент ТАСС А. Мидлер, который занимался научной журналистикой и часто заходил в отдел радиоастрономии за новостями. Присутствуя на дискуссии, он пришел к выводу, что обнаружена внеземная цивилизация и подготовил репортаж на эту тему.

12 апреля 1965 г. репортаж А. Мидлера был передан по каналам ТАСС и вызвал необычную сенсацию во всем мире. На следующее утро в ГАИШ пришла длинная телеграмма от Ф. Дрейка (с оплаченным ответом), в которой он просил сообщить детали открытия. Затем начались звонки от зарубежных информационных агентств, аккредитованных в Москве. В середине дня в ГАИШ, по требованию иностранных корреспондентов, была созвана пресс-конференция. На ней выступили директор ГАИШ профессор Д. Я. Мартынов, И. С. Шкловский, Н. С. Кардашев, Г. Б. Шоломицкий. Журналистам было разъяснено, что речь идет всего лишь о гипотезе, что обнаружение переменности СТА-102 само по себе не является доказательством его искусственного происхождения (хотя и может рассматриваться как аргумент в пользу гипотезы Кардашева). Эти разъяснения несколько приглушили страсти, однако, тема обнаружения внеземных сигналов в течение нескольких дней не сходила со страниц мировой прессы. Сообщения о радиосигналах ВЦ подавались наряду с важнейшими политическими событиями тех дней.

Рис. 1.7.6. Г. Б. Шоломицкий, И. С. Шкловский, Н. С. Кардашев (слева направо) в конференц-зале ГАИШ после пресс-конференции о радиоисточнике СТА-102, апрель 1965 г.

Вот несколько выдержек из подготовленного ТАСС обзора зарубежной прессы (Бюллетень ТАСС, 14 апреля 1965 г.).

Обзор парижских газет.

«Париж, 14 апреля (ТАСС). Сегодня парижская печать занимается в основном двумя темами: проблемой Вьетнама и “внеземными голосами”…Что касается сигналов из Вселенной, принятых в Москве, то печать преподносит сообщения об этом как сенсацию. Газетные сообщения показывают, что эта весть вызвала страсти и полемику, иногда и проявления некоторых антисоветских настроений…

По словам “Комба”, этот факт “должен показать как великим мира сего, так и самым смиренным тщетность конфликтов между нами, которые могут распространиться на весь мир”.

Вюрмсер в “Юманите” пишет, что “сверхцивилизованный” мир может быть лишь таким миром, в котором капитализм был похоронен тысячелетия назад»[29].

Обзор лондонской печати.

«Печать уделяет внимание предстоящей поездке королевы в Западную Германию…

Широкое освещение на страницах печати находит вчерашняя прессконференция советских астрономов и, в частности, заявление профессора И. С. Шкловского. С большим интересом отнеслась к гипотезе советских ученых об искусственном происхождении источника радиоизлучения СТА-102 газета “Дейли мейл”, которая уделила этой теме редакционную статью…

Газеты продолжают освещать положение во Вьетнаме, выделяя, в частности, призыв Национального собрания ДРВ к парламентариям всего мира оказать поддержку вьетнамскому народу в его борьбе против американского империализма»[30].

Обзор западногерманской печати.

«В информации под заголовком “Бонну угрожает новый ближневосточный кризис”, опубликованный в центре правой полосы, газета “Рекйнише пост” пишет об окончании в Тель-Авиве переговоров специального представителя Бонна Бирренбаха об установлении дипломатических отношений между ФРГ и Израилем…

Газеты комментируют сообщение ТАСС о принятии советскими астрономами радиосигналов из космоса. Как пишет “Франкфуртер Рупдшау”, это сообщение воспринято западными учеными “скептически”. Напротив, “Нейс рейн-цайтунг” публикует высказывания западногерманского ученого Конрада Мюллера и известного исследователя космоса профессора Оберта, которые подтверждают догадки о существовании жизни на других планетах…»[31].

Обзор югославской печати.

«“Борьба” печатает материал из Праги, в котором говорится, что в последнее время чехословацкая печать проявляет особый интерес к югославскому опыту в области организации и развития экономики.

“Борьба” и “Политика” на видных местах под крупными шапками и заголовками публикуют корреспонденции из Москвы, связанные с сообщением некоторых советских астрономов об обнаруженных ими радиосигналах, принадлежащих якобы представителям другой цивилизации…

Вчера в Белград прибыл первый советский самолет “ТУ-124”. Открытию новой аэролинии Москва-Белград-Москва уделяют значительное внимание “Борьба” и “Политика”»[32].

Печать ГДР.

«Берлин, 14 апреля (ТАСС). Сообщение ТАСС о том, что радиосигналы, обнаруженные от одного из космических объектов, возможно, принадлежат разумным существам высокоразвитой цивилизации, вызвало большой интерес и широкий отклик общественности ГДР. Это сообщение опубликовано газетами на первой полосе под заголовком “Сенсация в космосе”»[33]…

Швейцарские газеты о гипотезе советских астрономов.

«Женева, 14 апреля (ТАСС). Швейцарские газеты на первых страницах под большими заголовками сообщают о гипотезе совет ского астронома Кардашева… Газеты публикуют многочисленные комментарии ученых и прессы других стран относительно сообщения ТАСС о гипотезе советских ученых…. газета “Трибюн де Лозанн”…пишет: кажется, советский журналист или журналисты поддались стремлению к сенсации, которое они так решительно осуждают, заводя речь о своих западных коллегах»[34].

История СТА-102 поучительна во многих отношениях. Она показывает, что мировое общественное мнение весьма чувствительно ко всему, что связано с проблемой ВЦ. Это знаменательно само по себе. И это накладывает серьезную ответственность как на исследователей, так и на прессу. Ибо, с одной стороны, общественность должна быть информирована о ведущихся исследованиях и их результатах, а с другой стороны, надо избегать непродуманных, легковесных заявлений на эту тему, тщательно отделяя установленные факты от предположений.

Драматически сложилась и судьба самого открытия переменности СТА-102. Радиоастрономы встретили его с недоверием. Отчасти, из-за того, что результат противоречил принятым представлениям о природе радиоисточников и имеющимся экспериментальным данным; отчасти потому, что источник связывался с гипотезой о ВЦ. На ряде обсерваторий были предприняты работы по исследованию переменности квазизвездных радиоисточников (квазаров), к числу которых принадлежит СТА-102. Эти исследования привели к обнаружению фундаментального факта — переменности радиоизлучения квазаров. Но переменность самого СТА-102 не подтвердилась. Г. Б. Шоломицкий предполагал, что это может быть связано с характером поляризации радиоисточника, поскольку он проводил наблюдения на антенне с круговой поляризацией, а проверка проводилась на антеннах с линейной поляризацией. Но разгадка, видимо, состояла в ином. В 1972 г. переменность потока радиоизлучения СТА-102 была вновь обнаружена канадским радиоастрономом Дж. Ханстедом, а затем подтверждена другими исследователями. В связи с этим высказывается предположение о «транзиентном» (временном) характере переменности СТА-102,т. е. чередовании периодов переменности и стабильности.

1.8. Мистериум, пульсары и «зеленые человечки»

Не успели утихнуть страсти вокруг СТА-102, как американские радиоастрономы обнаружили загадочное излучение на волне 18 см. Еще в 1953 г. И. С. Шкловский предсказал, что в этом диапазоне должна наблюдаться радиолиния межзвездного гидроксила ОН, возникающая при переходах между компонентами так называемого «лямбда-удвоения», на которые расщепляется основной вращательный уровень этой молекулы. Более точный расчет, выполненный Ч. Таунсом, который учел также расщепление каждого из уровней «Λ-удвоения» на два подуровня (рис. 1.8.1), показал, что должны наблюдаться четыре линии на частотах 1612, 1665, 1667 и 1720 МГц. Относительные интенсивности линий на этих частотах равны 1: 5: 9: 1. Радиоизлучение какого-либо источника, проходя через межзвездную среду, поглощается молекулами гидроксила, поэтому в спектре источника на соответствующих частотах должны наблюдаться линии поглощения, совершенно так же, как наблюдаются линии поглощения различных химических элементов в спектре Солнца и звезд в оптической области спектра.

Рис. 1.8.1. Схема энергетических уровней основного состояния молекулы ОН. Вертикальными линиями показаны переходы между уровнями. Цифры указывают частоты соответствующих радиолиний, в скобках даны их длины волн

В течение длительного времени линии поглощения ОН не удавалось обнаружить вследствие их малой интенсивности. И только в конце 1963 г. сотрудники Массачусетского технологического института (США) обнаружили две слабые линии поглощения в спектре ярчайшего источника Кассиопея-А на частотах 1665 и 1667 МГц. Отношение интенсивностей этих линий оказалось в полном согласии с теоретически ожидаемым. Затем линии поглощения ОН были обнаружены в ядре нашей Галактики (радиоисточник Стрелец-А) и в некоторых других радиоисточниках. Казалось, ничто не предвещало никаких неожиданностей.

Но вот в феврале 1965 г. на обсерватории Хэт Крик (США) было предпринято наблюдение радиоисточника W-49 на частоте 1667 МГц с помощью нового многоканального приемника, чтобы детально изучить профиль радиолинии гидроксила ОН. Каково же было изумление исследователей, когда вместо линии поглощения они обнаружили на этой частоте очень узкую и очень интенсивную линию излучения! Ширина линии была в сотни раз меньше, чем у радиолинии водорода — 21 см, а ее интенсивность соответствовала яркостной температуре в сотни миллионов градусов (по современным оценкам, яркостная температура источников ОН достигает 10^13 К!). Это было неожиданно и необъяснимо. Во-первых, такая высокая яркостная температура не согласуется с наблюдаемой шириной линии (ей соответствует температура порядка 10 К); во-вторых, молекулы гидроксила (как, впрочем, и другие молекулы) не могут существовать при такой температуре, они разрушаются при температуре в несколько тысяч градусов. Все это выглядело сплошной загадкой. Наблюдение того же радиоисточника на частоте 1665 МГц еще более осложнило ситуацию. Оказалось, что эта радиолиния также наблюдается в излучении, причем ее интенсивность значительно превышает интенсивность линии 1667 МГц. Для молекул гидроксила, как уже отмечалось, теоретическое соотношение интенсивностей должно быть 5: 9, для очень плотных облаков оно может достигать 1: 1, но ни при каких обстоятельствах интенсивность линии 1665 МГц не может превосходит интенсивность линии 1667 МГц.

Все эти особенности заставили предположить, что мы столкнулись с совершенно новой, неизвестной субстанцией, которую первооткрыватели выразительно назвали «мистериум». В истории астрономии известны похожие случаи. Так, в течение длительного времени не удавалось отождествить яркие эмиссионные линии в оптических спектрах планетарных туманностей. Тогда, по аналогии с гелием, который не был известен химикам и первоначально был обнаружен тоже по спектру в атмосфере Солнца, а лишь затем найден на Земле, — предположили, что и линии излучения планетарных туманностей принадлежат новому химическому элементу «небулию». Но, в отличие от гелия, для «небулия» не было места в периодической системе элементов Менделеева. Надо было искать среди известных элементов. Загадка «небулия» была решена в 1927 г. И. Боуэном, который показал, что «небулярные» линии излучаются при запрещенных переходах ионизированных атомов кислорода и азота. Также в течение почти 70 лет астрономы не могли отождествить яркие линии в спектре солнечной короны. Предполагалось, что они излучаются особым элементом — «коронием». И лишь в 1940-х годах корональные линии были отождествлены с запрещенными переходами атомов, находящихся в очень высокой степени ионизации. Так, самая интенсивная зеленая корональная линия (λ = 5303 Å) принадлежит тринадцатикратно ионизированному атому железа. Конечно, в то время, когда эти линии были обнаружены, такое отождествление не могло быть сделано хотя бы потому, что тогда не существовало понятие 13-кратно ионизированного атома железа, ибо в то время вообще не была еще известна современная модель строения атома, состоящего из ядра и электронов. Любопытно однако, что на правильное решение указывалось более ста лет назад в одном из писем Махатм Синнету. Так, в письме 1882 г. говорится: «Линия короны, наблюдаемая через лучший “дифракционный спектроскоп”, может казаться и не совпадающей с линией железа (имеется в виду линия поглощения в спектре фотосферы — Л.Г.). Но тем не менее корона содержит железо, как и другие пары. Сообщать вам, из чего они состоят, — бесполезно, ибо я не в состоянии перевести слова, которыми мы для этого пользуемся, да и вещества такого нет больше нигде (по крайней мере в нашей Солнечной системе) — кроме как на Солнце»[35].

Но вернемся к «мистериуму». Имеется существенное отличие между «мистериумом», с одной стороны, и «коронием» и «небулием» — с другой. Линии «корония» и «небулия» не обладали никакими необычными свойствами, но их было трудно отождествить с известными химическими элементами. В случае «мистериума» дело обстоит как раз наоборот. Линии «мистериума» прекрасно отождествляются (совпадают по частоте) с линиями гидроксила ОН. Это относится ко всем четырем линиям, ибо вскоре после обнаружения главных эмиссионных линий 1667 и 1665 МГц были обнаружены также эмиссионные линии на частотах 1612 и 1720 МГц. Трудность состояла не в отождествлении, а в необычном, необъяснимом поведении обнаруженных эмиссий. Это и нашло отражение в названии «мистериум».

Конечно, возникло предположение, что виновниками «мистериума» являются «внеземные цивилизации»[36]. Это предположение было небеспочвенным. Помимо уже отмеченных удивительных особенностей оказалось, что профиль линий «мистериума» в некоторых источниках очень быстро меняется: отмечено заметное изменение интенсивности компонент линии ото дня ко дню. Угловые размеры источников «мистериума» оказались порядка (или меньше) тысячных долей угловой секунды. Наконец, в отдельных компонентах была обнаружена почти 100 %-ная круговая поляризация.

То есть источники «мистериума» обладали всеми ожидаемыми свойствами искусственного источника. Против гипотезы, связывающей «мистериум» с внеземными цивилизациями, говорило то, что феномен ассоциировался с хорошо известными в астрономии самыми обычными газовыми туманностями. Причем он оказался довольно распространенным: примерно в 50 % всех газовых туманностей было обнаружено излучение «мистериума». Надо было искать какой-то естественный (конечно, сильно неравновесный) механизм, который мог бы объяснить наблюдаемые особенности эмиссии ОН. И такой механизм был найден — им оказалось мазерное излучение.

Что такое мазерное излучение? Многие знают, что есть такой оптический прибор лазер — квантовый генератор и усилитель оптического излучения, с помощью которого можно получить очень интенсивные узконаправленные монохроматические световые пучки. Аналогичный прибор, только действующий в радиодиапазоне, получил название мазер.

Как работает мазер? Рассмотрим два соседних энергетических уровня молекулы E_1 и E_2. При поглощении кванта электромагнитного излучения определенной частоты (hν = E_2 — E_1) молекула переходит из нижнего состояния E_1 в верхнее состояние E_2.Через некоторое время она вновь возвращается в нижнее состояние и при этом излучает квант той же частоты ν. Переход с верхнего энергетического уровня на нижний может происходить спонтанно (самопроизвольно) или под действием кванта, с частотой, соответствующей данному переходу E_2— E_1. Последний процесс называется вынужденным или индуцированным излучением. Важной особенностью индуцированного излучения является то, что «индуцированный» квант имеет точно такую же частоту и фазу, как и «индуцирующий», и летит в том же направлении.

В обычных условиях, близких к термодинамическому равновесию, число молекул в нижнем состоянии гораздо больше, чем в верхнем. Поэтому квант, влетевший в облако газа, имеет гораздо больше шансов поглотиться, чем вызвать вынужденный переход с верхнего энергетического уровня на нижний. В результате излучение на частоте молекулярного перехода поглощается в облаке газа, а роль вынужденного излучения сводится к тому, что оно несколько ослабляет величину полного поглощения. Так происходит в обычных условиях. Иное дело, когда число молекул на верхнем энергетическом уровне много больше, чем на нижнем. Тогда любой квант, влетевший в облако газа (или излученный при спонтанном переходе молекулой самого этого облака), вместо того, чтобы поглотиться при переходе с нижнего состояния в верхнее, вызывает вынужденный переход одной из молекул в нижнее энергетическое состояние. При этом излучается квант той же частоты, летящий в том же направлении. Он, в свою очередь, с преобладающей вероятностью, вызывает вынужденное излучение другой молекулы и т. д. Возникает нарастающий лавинообразный процесс. Причем все кванты имеют строго определенную частоту и летят в одном направлении — направлении первого «индуцирующего» кванта. Это и есть мазерный эффект. Необходимым условием его осуществления является инверсная населенность уровней, т. е. преобладание числа молекул на верхнем энергетическом уровне по сравнению с нижним. Механизм, с помощью которого постоянно поддерживается инверсная заселенность, называется накачкой мазера. Схема накачки для космического мазера приведена на рис. 1.8.2.

Рис. 1.8.2. Схема накачки космического мазера. Внешнее излучение (в оптической области спектра) или столкновения молекул переводят молекулы с нижних энергетических уровней 1 и 2 на верхний уровень 3. С уровня 3 молекулы самопроизвольно переходят на уровни 1 и 2. Если вероятность перехода 3 → 2 выше, чем 3 → 1, то на уровне 2 может накопиться больше молекул, чем на уровне 1. Возникает инверсная населенность уровней, которая является причиной мазерного радиоизлучения 2 → 1

Все особенности эмиссионных линий ОН, которые поначалу так удивили исследователей, удалось объяснить с помощью мазерного механизма. В дальнейшем было обнаружено мазерное излучение других молекул в межзвездной среде: молекулы воды Н_2О на частоте 22,2 ГГц (длина волны 1,35 см), молекулы метилового спирта СН_3ОН на волне 1,2 см и кремния SiO в миллиметровом диапазоне спектра.

Гипотеза искусственного происхождения эмиссионных линий ОН продержалась недолго. Но значение их для проблемы SETI, по-прежнему, велико. Прежде всего, как было установлено, источники мазерного излучения ОН являются областями, где происходит процесс звездообразования. По этому поводу И. С. Шкловский, который впервые выдвинул эту гипотезу, образно заметил: «…новорожденная звезда оповещает о своем рождении всю Галактику, пользуясь новейшей техникой квантовой радиофизики…». Далее, если в определенной области межзвездной среды реализуются условия для действия космического мазера, то он будет усиливать не только естественное излучение данной частоты, но и искусственный сигнал на частоте мазера, проходящий через мазерное облако. Эта идея была использована при поиске радиосигналов ВЦ. Наконец, частота радиолиний гидроксила (так же, как и линии водорода 21 см) относится к числу так называемых «магических» частот, на которых ведется поиск радиосигналов. А интервал частот между линией водорода 1420 МГц и самой низкочастотной линией гидроксила 1612 МГц (так называемая «водяная дыра» или «водяная щель») рассматривается как область, отведенная космическими цивилизациями для межзвездной связи.

Еще более драматическая история произошла в связи с открытием пульсаров. Это случилось в 1967 г., когда загадка «мистериума» уже была решена. По мнению И. С. Шкловского, открытие пульсаров можно отнести к числу самых выдающихся открытий XX века. Как и всякое истинное открытие, оно было сделано совершенно случайно.

В июле 1967 г. на Маллардской радиоастрономической обсерватории Кембриджского университета (Англия) вступил в строй новый радиотелескоп метрового диапазона волн. Его антенна состоит из 2048 диполей, расположенных в 16 радов по 128 диполей в каждом в направлении восток-запад, образуя прямоугольник размером 470 × 45 м. Телескоп предназначался для исследования радиоисточников методом мерцаний. Мерцания возникают при рассеянии радиоволн на неоднородностях межзвездной среды и позволяют оценить некоторые параметры источника, например, его угловые размеры. Эффект аналогичен мерцанию звезд при распространении света в земной атмосфере. Работа проводилась под руководством известного радиоастронома А. Хьюиша, впоследствии удостоенного Нобелевской премии. Для регистрации быстрых изменений радиопотока (мерцаний) использовалась радиоприемная аппаратура с малой постоянной времени. Это обстоятельство оказалось решающим для обнаружения пульсаров.

Наблюдения проводились на частоте 81,5 МГц, в полосе 1 МГц, с постоянной времени 0,1 с. Почти сразу же после начала наблюдений, в августе 1967 г., был зарегистрирован довольно сильный сигнал в виде периодически повторяющихся импульсов. Длительность каждого импульса составляла 0,3 с, а период их повторения 1,337 с, т. е. промежуток времени между импульсами составлял около 1 секунды. Дальнейшие наблюдения позволили уточнить значение периода и показали, что он сохраняется постоянным с точностью до 10-7(!).

Излучение было обнаружено молодой аспиранткой Джоселин Белл, именно она обратила внимание на периодически появляющиеся импульсные сигналы. Поначалу этому не придали большого значения, так как радиоастрономы довольно часто регистрируют импульсные помехи от наземных радиолокационных станций, самолетных радаров и других технических средств, созданных людьми. По своим характеристикам принятые сигналы напоминали подобные помехи. Однако дальнейшие исследования показали, что источник импульсных сигналов занимает неизменное положение среди звезд, для земных помех это невозможно. Измерение координат источника и сравнение с имеющимися каталогами показало, что в этом месте на небе ранее никаких радиоисточников не наблюдалось. Был оценен параллакс источника, он не превышал 2 угловые минуты, следовательно, расстояние до источника больше 1 000 астрономических единиц[37], т. е. он находится за пределами Солнечной системы. Итак, был обнаружен космический источник импульсных сигналов! Ничего подобного ранее не наблюдалось, да и вообразить такое было трудно.

Впоследствии, когда были обнаружены другие такие же источники, они получили название пульсары (от английского слова puls — импульс). Пульсар, впервые обнаруженный группой Хьюиша, получил обозначение СР 1919, что означает: кембриджский пульсар с координатами по прямому восхождению 19h 19m.

Излучение пульсара СР 1919 наблюдалось в виде серии импульсов длительностью около 1 минуты, затем в течение 3 минут излучение отсутствовало, а потом импульсы появлялись вновь. Амплитуда импульсов менялась от одной серии к другой и внутри каждой серии — от одного импульса к другому. Наиболее мощные импульсы имели плотность потока порядка 20 янских[38], в то время как средняя за минуту плотность потока не превышала 1 Ян.

Это позволяет понять, почему пульсары не были обнаружены ранее, до эксперимента Хьюиша. Обычный радиоастрономический приемник (радиометр) регистрирует среднюю мощность сигнала за время накопления длительностью τ. Эта величина (ее называют также постоянной времени) аналогична длительности экспозиции при фотографических наблюдениях. Чем больше постоянная времени, тем чувствительнее радиометр, тем более слабое излучение он может обнаружить. Поэтому радиоастрономы всегда стремились наблюдать с максимально возможной постоянной времени. Но для регистрации отдельных импульсов необходимо, чтобы постоянная времени не превышала промежуток времени между импульсами, иначе будет зарегистрирована лишь средняя за период мощность сигнала. Эта средняя мощность значительно меньше пиковой мощности импульса, и поэтому ее трудней обнаружить. Для пульсара СР 1919 средняя плотность потока значительно ниже предельно обнаружимой для предшествовавших обзоров неба на метровых волнах, поэтому он не мог быть обнаружен. Но если бы даже с повышением чувствительности удалось зарегистрировать среднюю мощность излучения, информация об импульсном характере сигнала при постоянной времени, превышающей промежуток между импульсами, была бы полностью потеряна. Наилучшие условия обнаружения импульсных сигналов реализуются, когда постоянная времени не превышает длительности одного импульса. Это условие оказалось выполненным в эксперименте Хьюиша, так как, готовясь наблюдать кратковременные вариации радиопотока, связанные с мерцаниями, исследователи использовали очень малую (совершенно не свойственную радиоастрономическим наблюдениям) постоянную времени 0,1 с. Если бы она была больше 1,337 с, никаких импульсных сигналов не было бы зарегистрировано.

Надо отметить, что здесь сыграло роль еще одно обстоятельство. Как показали дальнейшие исследования, истинная длительность импульса пульсара значительно меньше 0,1 с, она не превышает 40 милисекунд. Однако при распространении в межзвездной среде, из-за разности групповой скорости электромагнитных волн на разных частотах, низкочастотные составляющие импульса запаздывают по отношению к высокочастотным, в результате импульс «растягивается», длительность его увеличивается. Наблюдаемая в эксперименте Хьюиша длительность импульса 0,3 с пульсара СР 1919 определялась величиной запаздывания между крайними частотными составляющими в полосе 1 МГц (полоса приема) на частоте 81,5 МГц. По счастливой случайности эта величина оказалась порядка постоянной времени приемной аппаратуры и при том несколько больше ее, т. е. реализовались наилучшие условия обнаружения импульсных сигналов.

Обнаружение пульсара СР 1919 поставило перед исследователями сложную проблему — о природе источника. Астрономам хорошо были известны многочисленные переменные звезды различных типов, наблюдаемые в оптическом диапазоне спектра. Однако они не дают импульсного излучения: при изменении блеска излучение звезды не падает до нуля. Да и временной масштаб процессов совсем иной. Изменения блеска звезд вызваны либо пульсациями их поверхности, либо затмением одной звезды другой в двойной системе. Затменно-переменные звезды имеют периоды от долей суток до 10^4 суток, пульсирующие звезды — от долей до нескольких десятков суток. Наибольшей стабильностью периодов обладают цефеиды, при этом их периоды составляют от 1 до 50 суток. Но периодов порядка одной секунды не известно в мире переменных звезд!

Наблюдаемые параметры пульсара — импульсный характер радиоизлучения, очень малый период следования импульсов и его высочайшая стабильность (наиболее впечатляющее свойство!), чередование периодов излучения и периодов «выключения» источника, изменение интенсивности импульсов — все это наводило исследователей на мысль, что они столкнулись с каким-то организованным сигналом искусственного происхождения. Поскольку версия о земных помехах не подтвердилась, оставалось предположить, что обнаружен сигнал внеземной цивилизации. Эта возможность рассматривалась настолько серьезно, что группа Хьюиша решила засекретить свое открытие. Даже на ближайшей обсерватории Джодрелл Бэнк ничего не знали об открытии загадочного источника. Впоследствии в одном из газетных интервью А. Хьюиш рассказывал:

«Когда мы впервые увидели эти радиоволны, перенесенные на бумагу нашими самописцами, нас охватил страх. Да-да, страх. Нам захотелось взять все эти бумажки, записи, расчеты — и сжечь. Дело было в ноябре[39]. Неделю мы пребывали в ужасном волнении, никто не знал, что и думать, какое решение принять. Я совсем лишился сна. <…> Это очень серьезная проблема, и нельзя допустить, чтобы решали ее астрономы или журналисты, или политические деятели одной какой-нибудь страны»[40].

В настоящее время правовые и политические проблемы, возникающие в связи с возможным обнаружением сигналов ВЦ, изучаются в Международной Астронавтической Академии совместно с Международным институтом космического права. Но в то время исследователи столкнулись с совершенно неожиданной ситуацией.

Волнение Хьюиша улеглось, когда были открыты еще три пульсара: СР 0834, СР 0950. СР 1133. Все они обладали сходными характеристиками. Это давало основание полагать, что действительно открыт новый, неизвестный ранее класс радиоисточников. Думать, что четыре сходные цивилизации, расположенные в разных местах Галактики, одновременно удостоили нас своим вниманием, видимо, считалось слишком самонадеянным. Хотя, в принципе, одновременное обнаружение нескольких цивилизаций, особенно при изотропном (всенаправленном) излучении, вполне возможно. Обсуждалась также возможность того, что пульсары являются навигационными маяками или частями коммуникационной сети, связывающей высокоразвитые цивилизации. Однако эти возможности представлялись уже мало вероятными. Как бы там ни было, завеса секретности была снята, и в феврале 1968 г. в «Nature» появилась статья А. Хьюиша с сотрудниками об открытии пульсара СР 1919[41].

Статья вызвала настоящий бум. Начались интенсивные поиски и изучение пульсаров. К настоящему времени известно более 1000 пульсаров. Подробно изучены их характеристики. Некоторые пульсары излучают также в оптическом и рентгеновском диапазоне. Вначале предполагали, что пульсары связаны с радиальными колебаниями (пульсациями) белых карликов. Однако после того как были открыты коротко-периодические пульсары (с периодом меньше одной секунды) от этой гипотезы пришлось отказаться. Сейчас общепринятым является представление, что пульсар — это быстро вращающаяся нейтронная звезда.

Нейтронные звезды возникают в результате сжатия на заключительном этапе звездной эволюции, когда источники ядерной энергии звезд уже исчерпаны. Нейтронная звезда имеет массу порядка массы Солнца, а радиус всего 10–20 км! Плотность вещества в ее недрах чудовищно велика (~ 10^14 г/см^3). При такой плотности разрушены не только атомы, но и атомные ядра, происходит превращение протонов в нейтроны, так что вещество звезды состоит, в основном, из нейтронов (отсюда и ее название). При сжатии звезды ее угловой момент вращения сохраняется и, следовательно, угловая скорость с уменьшением радиуса возрастает. Когда звезда сожмется до размеров нейтронной, период ее вращения составляет от долей секунды до нескольких секунд; это как раз соответствует периоду пульсаров. Импульсное излучение пульсара объясняется тем, что на поверхности нейтронной звезды имеется активная излучающая область, которая генерирует излучение в узком конусе. При вращении нейтронной звезды наблюдатель будет регистрировать излучение, когда конус направлен в его сторону. Излучение будет повторяться через промежутки времени, равные периоду вращения нейтронной звезды.

Существование нейтронных звезд было предсказано теоретически еще в 1930-е годы. Долгое время они оставались чисто гипотетическими объектами. Обнаружение пульсаров позволило наблюдать нейтронные звезды и получить важные данные об их строении.

Так закончилась история с «зелеными человечками», «посылающими» нам удивительно регулярные импульсные сигналы. После «мистериума» и пульсаров других сенсационных открытий в астрономии, которые можно было бы связать с внеземными цивилизациями, больше не отмечалось. Поиски сигналов ВЦ вступили в спокойную фазу. Каково же состояние радиопоисков к началу нового века?

1.9. Радиопоиск: век двадцатый

За первое десятилетие (1960–1970) в США и СССР было проведено 4 эксперимента по поиску радиосигналов. В последующие годы число экспериментов стало быстро расти, к поискам подключились другие страны: Австралия, Аргентина, Канада, Франция, ФРГ, Нидерланды, Япония. К концу века число экспериментов перевалило за пятьдесят. Для поиска, наряду с малыми и средними инструментами, были использованы крупнейшие радиотелескопы. Это обстоятельство особенно примечательно. Известно, какая жесткая конкуренция существует между исследовательскими программами и как трудно получить наблюдательное время на крупных телескопах. В этих условиях готовность специалистов предоставлять значительное время на больших инструментах для задач SETI свидетельствует о признании научной значимости проблемы. Мы расскажем о некоторых наиболее значительных проектах. Читателя, заинтересованного в более подробных деталях, отсылаем к обзору Джилл Тартер[42] и двум статьям автора[43], [44]. О работах, выполненных в СССР и России, будет подробно рассказано в гл. 7.

Одним из наиболее значительных проектов был обзор неба на волне 21 см, выполнявшийся на обсерватории Огайского университета США, начиная с 1973 г. Использовался радиотелескоп системы Крауса (рис. 1.9.1), состоящий из двух отражателей: неподвижного параболического рефлектора (110 × 20 м) и вращающегося вокруг горизонтальной оси плоского отражателя длиной 80 м и высотой 30 м. Радиотелескоп Крауса принадлежит к числу меридианных инструментов, его ось постоянно направлена в плоскости меридиана. Как мы уже отмечали в § 1.7, благодаря суточному вращению Земли через диаграмму радиотелескопа проходят источники, кульминирующие на заданной высоте над горизонтом, т. е. имеющие заданное склонение. Вращая плоский отражатель можно менять высоту диаграммы над горизонтом и, следовательно, склонение наблюдаемых источников.

Рис. 1.9.1. Радиотелескоп Крауса

Если выбрать звезды спектральных классов F, G, K (т. е. близкие по своему типу к Солнцу), расположенные на расстоянии 1000 св. лет, то в любой момент времени какие-то три из них будут находиться «в поле зрения» (в диаграмме) радиотелескопа. Если вблизи них существуют цивилизации, излучающие на волне 21 см в сторону Солнца, то сигнал, в принципе, может быть зарегистрирован. Однако при приеме узкополосных сигналов возникает трудность, связанная с неопределенностью частоты. Так как отправитель сигналов и получатель движутся друг относительно друга в пространстве, то вследствие эффекта Доплера частота радиоизлучения в точке приема отличается от частоты в точке излучения. Поскольку в условиях поиска ни отправитель, ни получатель заранее ничего не знают друг о друге, их относительная скорость и, следовательно, смещение частоты сигнала остается неизвестной. Чтобы исключить эту неопределенность, Р. Диксон предложил руководствоваться принципом антикриптографии., согласно которому каждый из партнеров по связи корректирует частоту сигнала к некоторому общему для всех стандарту частоты. В качестве такого стандарта, по мнению Диксона, должна приниматься частота источника, неподвижного относительно центра Галактики. В соответствии с этим Огайский обзор проводился на частоте радиолинии водорода 1420,4 МГц, скорректированной к центру Галактики. Использовался многоканальный приемник. Вначале он содержал 8 каналов, затем их число было увеличено до 50, а потом до 3000 каналов. Планировалось подключить к приемнику систему SERENDIP (см. ниже) с 4 миллионами каналов, но пока эта планы не удалось осуществить.

Наблюдения по программе SETI были начаты в декабре 1973 г. и продолжались до середины 1990-х годов. Во время проведения этих наблюдений над обсерваторией поднимался специальный флаг SETI[45]. За время наблюдений обнаружено несколько интересных, с точки зрения SETI, источников, излучающих в очень узкой полосе частот. Но особенно любопытный сигнал был зарегистрирован в августе 1977 г.[46] Он получил название «Ого-го!». Приблизительно так можно перевести на русский язык возглас «Wow!», который взволнованный оператор записал около этого сигнала на ленте самописца. Сигнал был очень интенсивным, во много раз превышающим уровень шума, наблюдался он только в нескольких спектральных каналах. Характеристики сигнала позволяли уверенно исключить земные помехи и указывали на его явно внеземное происхождение. Источник располагался вблизи плоскости эклиптики. Наблюдался он очень короткое время, а затем исчез и больше не появлялся. Отождествить его так и не удалось. Может быть, это и был долгожданный сигнал ВЦ?!

Несколько поисковых экспериментов было выполнено на самом крупном в мире радиотелескопе Аресибо (США) (рис. 1.9.2). Это «полуподвижный» инструмент (земляная чаша). Удачно используя рельеф местности, конструкторы создали сферическое зеркало диаметром 305 м. Само зеркало неподвижно, однако оно снабжено подвижным облучателем, который перемещается вдоль фокальной линии с помощью специальной фермы, подвешенной над зеркалом. Таким образом, телескоп можно наводить в различные точки неба в пределах ограниченного угла ±20° от зенита.

Рис. 1.9.2. 305-метровый радиотелескоп Аресибо

В 1975–1976 гг. Ф. Дрейк и К. Саган предприняли поиск цивилизаций 2-го типа в Местной группе галактик. Наблюдения проводились с помощью радиотелескопа Аресибо на частотах радиолиний водорода 21 см и гидроксила 18 см в полосе 3 МГц со спектральным разрешением 1000 Гц. В 1977 г. на том же телескопе Ф. Дрейк и М. Стулл предприняли поиск сигналов от звезд нашей Галактики в линии 18 см с гораздо более высоким спектральным разрешением 0,5 Гц. В следующем году П. Горовиц исследовал 185 звезд солнечного типа. Он проводил наблюдения на частоте радиолинии водорода 21 см в узкой полосе ± 500 Гц, центрированной на частоту лабораторного стандарта, неподвижного относительно Солнца. То есть в отличие от принципов, на которых основывалась Огайская программа, Горовиц предполагал, что цивилизация-отправитель специально посылает сигналы в сторону Солнечной системы и корректирует их частоту к частоте гелиоцентрического стандарта. В этой работе ему удалось достигнуть рекордное спектральное разрешение 0,015 Гц (!) и рекордную чувствительность по потоку 10-28 Вт/м^2. В том же году Н. Коуэн на обсерватории Аресибо выполнил поиск сигналов от шаровых скоплений. Исследование проводилось совместно с радиоастрономическим обсерваториями в Хайстеке (США) и Парксе (Австралия). В Аресибо и Парксе поиск осуществлялся в линии гидроксила 18 см, а в Хайстеке — в линии водяного пара 1,35 см. Было исследовано 25 шаровых скоплений. Кроме того, проверялась гипотеза Т. Голда, по которой ВЦ могут использовать эффект усиления сигналов облаком космического мазера, находящегося на пути радиоволн, чтобы создать достаточно мощные импульсы вдоль линии визирования с другой стороны мазерного облака. Наконец, в том же году У. Т. Салливан использовал 305-метровый радиотелескоп, чтобы «подслушать» сигналы ВЦ, предназначенные не для связи с другими цивилизациями, а для своих собственных нужд (аналогичные нашим телевизионным или радарным сигналам). В течение пяти часов он наблюдал две звезды в диапазоне 3-60 см с разрешением 1 Гц. В 1979–1981 гг. Дж. Тартер с сотрудниками провела поиск сигналов от 210 звезд солнечного типа на частотах радиолиний водорода 21 см и гидроксила 18 см в двух круговых поляризациях (правой и левой). Была использована новейшая для того времени система регистрации с использованием цифрового магнитофона и последующей компьютерной обработкой сигнала. Она эквивалентна спектроанализатору, имеющему 3,4 млн каналов. В 1982 г. Горовиц вновь провел поиск сигналов на частоте радиолинии водорода 1420,4 МГц (150 звезд) и на удвоенной частоте 2840,8 МГц (250 звезд). Как и в работе 1978 г., узкая полоса анализа (теперь она составляла 2 кГц и 4 кГц соответственно) центрировалась точно на частоту гелиоцентрического стандарта в предположении, что коррекция частоты, учитывающая движение передатчика относительно Солнца, проводится цивилизацией отправителем. Аппаратура, получившая название «Чемодан SETI», представляла собой спектроанализатор, работающий в режиме реального времени и включавшей более 130 тысяч спектральных каналов шириной 0,03 Гц.

Рис. 1.9.3. 90-метровый радиотелескоп НРАО

Эффективно использовался для поиска радиосигналов и другой крупный инструмент — 90-метровый радиотелескоп Национальной радиоастрономической обсерватории США (НРАО) (рис. 1.9.3). В 1972 г. Г. Верскср провел на нем поиск сигналов от трех близких к нам звезд: τ Кита, ε Эридана и 61 Лебедя. В 1972–1976 гг. П. Палмер и Б. Цукерман на том же радиотелескопе исследовали уже не три, а 674 звезды солнечного типа в диапазоне 21 см при помощи 394-канального спектроанализатора с разрешением от 4 до 64 кГц (этот проект получил название «Озма-2»). А 1977 г. Д. Блэк и Дж. Тартер вели поиск от 200 звезд солнечного типа в диапазоне 18 см с разрешением 5 Гц. Наконец, в 1983 г. М. Домашек провел поиск сигналов, типа тех, что используются в наших телеметрических системах; то есть он искал одиночные прямоугольные импульсы, подвергшиеся искажению из-за дисперсии в межзвездной среде. С этой целью Домашек изучил записи обзора, выполненного с помощью 90-метрового телескопа НРАО по программе поиска пульсаров. К сожалению, в дальнейшем работы с этим радиотелескопом прервались, так как он неожиданно разрушился и рухнул (как предполагают, из-за «старения металла»).

Самый крупный в мире полноповоротный радиотелескоп, который можно наводить в любую точку неба и сопровождать источник при его вращении по небесному своду, расположен в Эффельсберге, близ Бонна (ФРГ) (рис. 1.9.4). Он также использовался для поиска радиосигналов ВЦ. В 1977 г. Р. Вилебински искал на нем импульсные сигналы в диапазоне 21 см от трех звезд солнечного типа. Эго было сделано по ходу выполнения программы поиска пульсаров. В компьютер ввели координаты звезд и провели полную процедуру поиска импульсных сигналов, входящую в поиск пульсаров и позволяющую регистрировать импульсы с периодом от 0,3 до 1,5 секунды.

Рис. 1.9.4. 100-метровый Боннский радиотелескоп Рис. 1.9.5. Большой радиотелескоп в Нансэ, Франция

Другой крупный европейский радиотелескоп, который участвовал в поисках сигналов ВЦ — это Большой радиотелескоп в Нансэ (Франция) (рис. 1.9.5). По типу он подобен радиотелескопу Крауса, только главный отражатель его выполнен не в форме параболического, а в форме кругового цилиндра. Размер его 300 × 35 м. С помощью этого телескопа выполнено три эксперимента. Два из них провели советские ученые Е. Е. Лехт, М. И. Пащенко, Г. М. Рудницкий и В. И. Слыш в 1970–1972 гг. Они исследовали статистические характеристики излучения мазерных источников ОН с целью выявления сигналов искусственной природы, а также исследовали 10 самых близких к Солнцу звезд (см. гл. 7). Третий эксперимент провели Ф. Биро и Дж. Тартер в 1981 г. Они исследовали 300 звезд солнечного типа на частотах радиолиний гидроксила. В отличие от предыдущих экспериментов этого типа, использовались частоты не только двух главных линий 1665,1667 Мгц, но и частоты сателлитных линий 1612 и 1720 МГц, а также средняя и средняя взвешенная из частот главных линий.

К началу 1980-х годов было проведено около 40 экспериментов. Однако они далеко не охватывали всего подлежащего исследованию «пространства поиска». Что такое пространство поиска? При поиске сигналов ВЦ мы сталкиваемся со многими неопределенностями: неизвестны точно частота сигнала, направление и время его прихода, мощность излучения, поляризация, тип модуляции. Все эти параметры и образуют многомерное пространство поиска. Учитывая неопределенности, в значениях параметров, поиски сигналов ВЦ часто сравнивают с поисками иголки в стоге сена. Как же далеко продвинулись мы в исследовании «космического стога»? Джил Тартер удалось наглядно продемонстрировать эту проблему. Для простоты она ограничилась только тремя параметрами сигнала: частота, направление в пространстве и мощность передатчика (или соответствующая чувствительность, которая требуется при этой мощности на приеме). Принимая эти параметры за координаты в некотором условном пространстве поиска и задаваясь разумными пределами изменения параметров, можно определить объем подлежащего исследованию пространства поиска (рис. 1.9.6а). Далее, можно вычислить, какая доля пространства поиска обследована в результате того или иного эксперимента (рис 1.9.6б). Затем можно просуммировать по всем экспериментам и определить, таким образом, долю обследованного пространства поиска. Тартер провела такие вычисления, оказалось, что к 1981 г. была обследована область, равная 10-17 от всего подлежащего исследованию пространства поиска. Фактически эта доля еще меньше, если учесть другие параметры, кроме тех, которые были приняты в расчет Тартер.

Рис. 1.9.6. а) Космический стог сена; б) Космический стог, проведенные поиски

В 1981 г. на Всесоюзном симпозиуме в Таллинне по поиску разумной жизни во Вселенной (Таллинн SETI-81) американские участники рассказали о новых проектах поиска сигналов с мегаканальными спектроанализаторами, которые позволяли при высоком спектральном разрешении перекрыть широкий диапазон частот и таким образом существенно расширить объем обследованного пространства поиска. Вместе с увеличением числа направлений в пространстве это должно было увеличить долю исследованного пространства поиска на 7 порядков, доведя ее с 10-17 до 10-10. На реализацию этой программы потребовалось более 10 лет, она начала осуществляться в 1990-х годах.

Крупнейшим из этих проектов был «Микроволновый обзор с высоким спектральным разрешением» (High-Resolution Microwave Servey, сокращенно HRMS). Проект финансировался НАСА и состоял из двух частей: целевой поиск, т. е. поиск сигналов от определенных объектов, и обзор неба. В целевом поиске было намечено исследовать 1000 солнцеподобных звезд в диапазоне 1000–3000 МГц. Особое внимание внутри этого диапазона предполагалось уделить так называемому «водяному окну», т. е. области спектра от линии водорода 1420 МГц до линий гидроксила вблизи 1700 МГц. Этой работой руководили Джон Билленгсм и Джил Тартер из Исследовательского Центра НАСА им. Эймса. Использовались два радиотелескопа: 305-метровый радиотелескоп Аресибо и 46-метровый радиотелескоп НРАО. Спектральная аппаратура содержала 15 млн каналов и обеспечивала разрешение в 1 Гц. Вторую часть проекта — обзор неба — возглавляли М. Кляйн и С. Гулкие из Лаборатории реактивного движения (JPL). Здесь ставилась задача исследовать все небо. Спектральный диапазон был шире, чем в целевом поиске (от 1000 до 10000 МГц), а спектральное разрешение соответственно меньше (около 20 Гц). Планировалось, что обзор займет 6 лет и завершится к началу третьего тысячелетия. Для наблюдений предполагалось использовать антенны Сети дальней космической связи НАСА, распложенные как в Северном, так и в Южном полушарии, в том числе 34-метровую антенну в Голдстоуне (рис. 1.9.7) и 70-метровые антенны в Голдстоуне и Тидбинбилла, Австралия (рис. 1.9.8). Методика обзора предусматривает быстрый просмотр полосы неба шириной 1,4° и длиной 30° с помощью 34-метровой антенны, после чего компьютер сортирует полученные данные и отбирает из всех зафиксированных источников сигнала наиболее «подозрительные», которые изучаются уже более подробно, в медленном режиме сканирования. Это позволяет отсечь ложные источники, связанные с различными помехами. Остающиеся заносятся в специальный каталог для дальнейшего детального изучения с помощью крупных радиотелескопов.

Рис. 1.9.7. 34-метровая антенна в Голдстоуне Рис. 1.9.8.70-метровый радиотелескоп НАСА

Торжественное начало работ по проекту HRMS состоялось 12 октября 1992 г. и было приурочено к 500-летию открытия Америки. В течение первого года действия проекта наблюдения по программе целевого поиска проводились на радиотелескопе Аресибо. Было выполнено около 0,1 % предусмотренного программой объема исследований. Наряду с наблюдениями проводилось дальнейшее усовершенствование системы. По программе обзора неба также удалось провеет часть запланированных работ. В качестве «побочного продукта» этих наблюдений были получены радиоастрономические карты Галактики. И вот в тот момент, когда, казалось бы, все этапы научного и инженерного поиска, связанные с созданием уникальной аппаратуры, а также трудности организационного характера остались уже позади, Конгресс США неожиданно отказался от дальнейшею финансирования работ. Трудно сказать, чем вызвано такое решение. Не исключено, что существенную роль здесь сыграло окончание «холодной войны», с одной стороны, и падение научного потенциала бывшего СССР — с другой. В годы противостояния две сверхдержавы стремились поддерживал, паритет в важнейших областях и не допускать значительного отрыва партнера. Теперь Россия уже не могла составить опасную конкуренцию США.

Надо отмстить, что руководители проекта не пали духом, а принялись энергично искать спонсоров. В результате часть проекта, а именно, целевой поиск удалось возродить в новом проекте «Феникс», который финансируется исключительно за счет пожертвований от частных лиц и компаний. Начиная с 1994 г., наблюдения по проекту «Феникс» ведутся с помощью 64-метрового австралийского радиотелескопа в Парксе (рис. 1.9.9). В программу включено 200 звезд южного неба. В случае обнаружения «подозрительного» источника предусматривается проверка его в интерферометрическом режиме путем подключения антенны, расположенной в Мойра.

Рис. 1.9.9. 64-метровый австралийский радиотелескоп в Парксе

Другой крупный проект, который выполняется в США — это проект Калифорнийского университета в Беркли — SERENDIP (Searh for Extraterrestrial Radio Emission from Nearby Developed Intelligent Populations). Его название имеет еще один подтекст: оно заимствовано из старинной персидской сказки «Три принца из Серендина», герои которой, путешествуя по свету, обнаружили много удивительного и неожиданного. В наше время это имя стало нарицательным — оно означает счастливую способность неожиданного открытия. Особенность проекта SERENDIP в том, что это программа сопутствующего поиска, то есть поиск ведется попутно с выполнением основной астрофизической или прикладной задачи. Выходные данные приемной аппаратуры, на которой ведутся обычные радиоастрономические наблюдения, анализируются на предмет наличия в них сигнала ВЦ; это позволяет вести поиск сигналов, не отвлекаясь от выполнения основной радиоастрономической программы.

Первые наблюдения по проекту SERENDIP были проведены еще в 1976–1979 гг. с помощью 26-метрового радиотелескопа Хэт Крик (Калифорния, США). Они велись в диапазоне радиолиний водорода (1410–1430 МГц) и гидроксила (1653–1673 МГц), спектральное разрешение в этих первых наблюдениях составляло 2,5 кГц. В 1979 г. аппаратуру SERENDIP установили на 64-метровом радиотелескопе НАСА в Голдстоуне и наблюдали с ней те области неба, где радиотелескоп отслеживал космические аппараты НАСА. В дальнейшем аппаратура была усовершенствована: 100-канальный анализатор обеспечивал разрешающую способность 500 Гц при общей полосе анализа 20 МГц. Эту усовершенствованную систему назвали SERENDIP-I, она использовалась в 1980 г. при наблюдениях с 26-метровым радиотелескопом Хэт Крик и в 1981–1982 гг. при наблюдениях на антеннах Сети дальней космической связи НАСА в Голдстоуне. Следующий шаг в развитии системы SERENDIP — создание спектроанализатора на 65 000 каналов с разрешением 1 Гц. Эта система, получившая название SERENDIP-II, была установлена на 90-метровом радиотелескопе НРАО и успешно действовала в течение двух лет вплоть до аварийного разрушения этого радиотелескопа. В начале 1990-х годов вступила в действие новая система SERENDIP-III, содержащая 4 млн каналов. Она обеспечивает разрешающую способность 0,6 Гц при полной полосе анализа спектра 2,4 МГц. Система установлена на 305-метровом радиотелескопе Аресибо. К средине 1990-х годов с нею было обследовано 30 % небесной сферы (практически вся область доступная наблюдениям с радиотелескопом Аресибо). За время действия программы обнаружено около 400 «подозрительных» источников, однако полученных данных, к сожалению, недостаточно, чтобы уверено приписать этим источникам внеземное искусственное происхождение. Сообщалось о планах увеличить число спектральных каналов до 120 млн (SERENDIP-IV). Между тем, этот проект также, как и HRMS, столкнулся с финансовыми трудностями. Для его поддержки создано общество «Друзья Серендипа» со штаб-квартирой в Калифорнийском университете Беркли, которое возглавляет знаменитый писатель и футуролог Артур Кларк.

Еще одна программа поиска узкополосных сигналов с помощью многоканальных приемников (Mega-channel Extraterrestrial Assay, сокращенно МЕТА) ведется Гарвардским университетом США совместно с Планетным обществом (Planetary Society). Он представляет собой развитие более раннего проекта SENTINEL, известного также под названием «чемодан SETI» (см. выше). Поиск ведется на частоте радиолинии водорода 1420,4 МГц и удвоенной частоте 2840,8 Мгц с разрешением 0,05 Гц. Спектральная аппаратура, разработанная под руководство П. Горовица, включает 8 млн каналов, мгновенная полоса анализа 400 кГц (0,05 Гц × 8 10^6 = 4 • 10^5 Гц), а общая полоса анализа 1,2 МГц. Аппаратура обеспечивает автоматическую компенсацию эффекта Допплера и позволяет вести наблюдения в трех различных инерциальных системах: системе местного лабораторного стандарта, системе неподвижной относительно галактического центра, и системе, отнесенной к реликтовому фону. Таким образом, в проекте МЕТА преодолен недостаток прежнего проекта SENTINEL — привязка только к гелиоцентрическому стандарту.

Поиск сигналов на северном небе по этой программе проводится с 26-метровым радиотелескопом Гарвардской радиообсерватории (проект МЕТА-I). Наблюдения ведутся в режиме прохождения через неподвижный антенный луч. За время прохождения делается шесть 20-секундных измерений (в трех инерциальных системах по две поляризации в каждой). При этом на экране фиксируется время, координаты, интенсивность и другие параметры. В случае появления «подозрительного» сигнала, происходит переход в режим отслеживания источника с одновременной архивацией данных. За пять лет, с 1986 г. по 1990 г. обследована область неба по склонению от -30° до +60°. При этом на волне 21 см область была перекрыта трижды, а на волне 10,5 см — дважды. Обнаружено около 40 «подозрительных» источников, из которых 8 авторы считают наиболее интересными.

В 1990 г. начат обзор южного неба с такой же аппаратурой, установленной на 30-метровом радиотелескопе Аргентинского радиоастрономического института — проект МЕТА-II. Наблюдения ведутся ежесуточно по 12 часов в сутки. Планируется охватить ими все южное небо. За два первые года работы было зарегистрировано около 10 «подозрительных» источников. Все они группируются к плоскости Галактики. Однако природу их установить так и не удалось. Планируется дальнейшее усовершенствование системы. На первом этапе (проект ВЕТА-I) число спектральных каналов будет доведено до 160 млн, разрешающая способность будет составлять 0,5 Гц, мгновенная полоса анализа спектра 40 МГц, а полная полоса анализа 320 МГц; на втором этапе (проект ВЕТА-II) число спектральных каналов планируется увеличить до 6 миллиардов, разрешающая способность составит 0,05 Гц, а мгновенная полоса анализа будет составлять 300 МГц.

Южное небо исследуют также австралийские ученые. Эксперименты по поиску сигналов ВЦ начаты в Австралии еще в 1960-х годах, а затем продолжались в 1970-е и 1980-е годы. Использовался 64-метровый радиотелескоп в Парксе и антенны станции НАСА в Тидбинбила. В 1990 г. группа ученых Западно-австралийского университета с помощью 64-метрового радиотелескопа в Парксе провела поиск узкополосных сигналов на частоте 4462 МГц от 100 близких звезд и некоторых шаровых скоплений. Австралийские ученые предполагали принять участие в проекте HRMS, а когда он был приостановлен, они, как уже говорилось выше, поддержали проект «Феникс».

Поскольку поиск сигналов требует очень высокой чувствительности, наиболее серьезные проекты проводились (и проводятся) с помощью крупнейших радиотелескопов, доступных лишь профессионалам. Однако уже с 1980-х годов в поиск включились любители. Первым из них был американский инженер Р. Грей, который в 1983 г. с несколькими сотрудниками построил у себя в саду под Чикаго «Малую SETI-обсерваторию», оснащенную 4-метровым радиотелескопом и приемником на волне 21 см. Приемник со держал 256 спектральных каналов, обеспечивая разрешение 40 Гц. Несмотря на скромную антенну была достигнута чувствительность того же порядка, как и в первых экспериментах Ф. Дрейка. Наблюдения проводились ежедневно в вечерние часы. Значительное внимание была уделено области неба, где в августе 1977 г. радиоастрономы Огайской обсерватории обнаружили знаменитый источник «Ого-го!». Еще одна любительская SETI-обсерватория была создана Б. Стефенсом в удаленном уголке Канады у реки Юкон.

В 1980-х годах группа радиолюбителей из Силиконовой долины (США) создала систему для поиска сигналов ВЦ на волне 21 см с использованием небольших спутниковых и телевизионных антенн. Поскольку радиолюбители не связаны ограничениями по времени, как у крупных радиотелескопов, они надеялись получить приемлемую чувствительность за счет длительного времени накопления сигнала.

В нашей стране любительский (в основном, учебный) проект «Аэлита» выполнялся с конца 1980-х годов Л. Н. Филипповой во Всероссийском пионерском лагере «Орленок» (ныне РДЦ «Орленок») на берегу Черного моря. Использовалась 3-метровая антенна солнечного радиотелескопа, переданная «Орленку» Специальной астрофизической обсерваторией и приемная аппаратура разработанная специалистами Института радиофизики и электроники Академии наук Армении.

Рис. 1.9.10. Любительский проект «Аэлита»

В связи с широким интересом к проблеме SETI в США в 1994 г. была основана Лига SETI (SETI League) как всемирная организация, объединяющая любителей астрономии, радиолюбителей, профессиональных радиоастрономов, специалистов по цифровой обработке сигналов — с целью систематического научного изучения и поиска внеземной жизни. Основной экспериментальный проект Лиги «Аргус» рассчитан на поиск сигналов с помощью небольших 5-метровых антенн, объединенных в единую сеть. SETI Лига имеет свой сайт в Интернете: http://www.setileague.org/, где представлена разнообразная и весьма богатая информация о ее деятельности и о проблеме SETI.

Еще один интересный любительский проект носит название «SETI дома» (SETI@HOME). Большой объем информации, поступающей в ходе поиска сигналов, весьма остро ставит проблему обработки. Проект SETI@HOME позволяет с помощью Internet подключить миллионы домашних компьютеров к обработке данных. Таким образом, каждый желающий может принять участие в поиске внеземных цивилизаций, не выходя из дома. Для того чтобы стать участником проекта, надо всего лишь «скачать» и установить на своем домашнем компьютере программу-скринсайвер, которая запускается в тот момент, когда вы перестаете работать за компьютером. Программа сама «перекачивает» необработанную информацию из Научного центра, обрабатывает ее, и отсылает обратно полученные результаты.

Проект «SETI@HOME» базируется в Калифорнийском университете в Беркли. Англоязычный сайт проекта расположен по адресу: setiathome.ssl.berkeley.edu.

В России число добровольных участников проекта пока невелико, мы занимаем по числу участников 33-е место в мире. Чтобы исправить положение И. Галявов создал русскоязычный сайт, где можно найти много интересной информации как о проекте, так и о SETI.

1.10. Оптический канал связи

До сих пор мы рассматривали возможности и попытки обнаружения радиосигналов ВЦ. Это вполне естественно, поскольку радиосвязь является основным средством коммуникаций на Земле, и поскольку, начиная с пионерских работ Дж. Коккони, Ф. Моррисона и Ф. Дрейка, было показано, что радиоволны СВЧ-диапазона могут обеспечить связь на межзвездные расстояния. А возможны ли иные способы связи с ВЦ?

В XIX в., когда радиоволны еще не были известны, рассматривались проекты световой сигнализации на планеты Солнечной системы. Наиболее серьезный проект был предложен Э. Неовиусом, российским ученым финского происхождения[47]. Неовиус предложил поместить в фокусе оптического телескопа яркий источник света и с помощью специальной подвижной диафрагмы с вырезами модулировать световой поток в виде «точек» и «тире» азбуки Морзе. В качестве источника света он предлагал использовать недавно изобретенную вольтову дугу. Располагая ее в фокусе телескопа с диаметром объектива в 1 м, можно было создать сигнал вполне обнаружимый на поверхности Марса с помощью аналогичного телескопа. Для создания обнаружимого сигнала на более удаленных планетах Неовиус предлагал использовать систему из нескольких 1-метровых телескопов. Он прекрасно понимал, что создание такой системы не под силу одной какой-либо стране и предлагал объединить усилия многих передовых стран, рассматривая задачу связи с внеземными цивилизациями как общечеловеческую. Проект Неовиуса был рассчитан на связь в пределах Солнечной системы. А возможна ли связь с помощью световых сигналов на межзвездные расстояния? До изобретения лазеров мы должны были бы ответить отрицательно.

На первый взгляд, это может показаться не совсем ясным. Если мы помещаем радиопередатчик в фокусе зеркальной антенны и таким образом создаем луч, который можно направить на различные звезды, получая при этом вполне обнаружимый сигнал, — то почему бы ни поместить источник света в фокусе оптического зеркала и с помощью такого прожектора не попробовать передавать световые сигналы? Различие между радиотелескопом и прожектором состоит в том, что радиотелескоп обладает гораздо большей направленностью. Это связано с тем, что излучатель радиоволн, находящийся в фокусе зеркальной антенны, имеет размер, не превышающий длину волны радиоизлучения, поэтому раствор радиолуча определяется только дифракцией и равен λ/D. Длина волны видимого света столь мала, что невозможно создать источник такой протяженности. Пламя вольтовой дуги или нить накаливания имеют размер порядка сантиметров, а длина волны видимого спектра меньше 1 мкм. При таких условиях расходимость луча прожектора значительно больше дифракционного предела. Хороший прожектор имеет расходимость луча порядка полградуса. Такую же диаграмму направленности будет иметь радиотелескоп диаметром 1 м, работающий на волне 1 см. Это довольно низкая направленность. Чтобы обеспечить радиосвязь на межзвездные расстояния, требуется гораздо более высокая направленность. Тем более это необходимо для светового сигнала. Ведь условия обнаружения светового сигнала гораздо хуже, чем радиосигнала. Это связано с необходимостью выделения сигнала на фоне излучения звезды.

Если цивилизация, посылающая радио или световые сигналы, находится в окрестности какой-то звезды (на планете, обращающейся вокруг этой звезды), то при наблюдении ее даже с расстояния ближайших звезд (а тем более с дальних расстояний) излучение цивилизации невозможно отделить от излучения звезды: практически они будут наблюдаться в одном направлении. Значит, сигнал ВЦ должен быть обнаружен на фоне излучения звезды. Мощность излучения нормальной звезды, типа Солнца, в радиодиапазоне низка, поэтому обнаружение радиосигналов на фоне этого излучения не представляет труда. Ограничивающим фактором здесь является не излучение звезды, а галактический фон. Если радиосигнал можно обнаружить на фоне галактического излучения, он «автоматически» выделяется из излучения звезды. Иное дело в оптическом диапазоне. Здесь интенсивность излучения звезды гораздо выше, и именно она, а не галактический фон, ограничивает возможность обнаружения сигнала. Чтобы световой сигнал можно было обнаружить на фоне яркого излучения звезды, направленность светового пучка должна быть очень острой, значительно острее, чем в радиодиапазоне. В то время как световой прожектор дает очень низкую направленность. Изобретение лазеров позволило снять это противоречие.

Принцип работы лазера такой же, как у мазера (рассмотренного в § 1.8). Он является источником вынужденного когерентного излучения, в котором все фотоны данной длины волны летят в одном направлении. Конечно, это условие выполняется не абсолютно, а с определенной точностью: поскольку излучение лазера но всей его поверхности синфазно, то угловая ширина светового луча определяется дифракцией и равна λ/a, где а — линейный размер излучающей поверхности. А так как длина волны видимого света очень мала, то и расходимость пучка лазера, даже при небольшом размере светящейся поверхности, невелика. Так, для λ = 5000 Å при а = 1 см, расходимость пучка составляет 5 10-5 рад или 10 секунд дуги, что сопоставимо с направленностью радиотелескопа диаметром 200 м, работающего на волне 1 см. Это уже достаточно высокая направленность. Однако с помощью оптической системы се можно еще увеличить. Поместим в пучок лазера идеальную линзу диаметром а с фокусным расстоянием, равным тоже а. Тогда в фокусе линзы будет получено действительное изображение размером λ. То есть такая система позволяет получить источник света, имеющий размер, равный длине волны (как излучатель в радиодиапазоне). Если теперь совместить фокус линзы с фокусом большого зеркала, диаметром D, то пучок, выходящий из большого зеркала, будет иметь расходимость λ/D. Для 5-метрового зеркала она составляет 10-7 рад или 0,02 угловой секунды. Это соответствует очень высокой направленности: телесный угол, в котором сосредоточено излучение, равен 10-14 стерадиана. (Чтобы реализовать такую направленность в радиодиапазоне, надо иметь гигантский радиотелескоп; если, например, радиотелескоп работает в диапазоне 20 см, где расположены радиолинии водорода и гидроксила, его размер должен быть 2000 км!) Столь высокая направленность лазера позволяет осуществить передачу световых сигналов на межзвездные расстояния.

Первые, кто обратил внимание на возможность использования лазеров для межзвездной связи, были американские ученые Р. Шварц и Ч. Таунс. Их статья в «Nature» на эту тему[48] появилась в 1961 г., спустя год после первых попыток поиска радиосигналов ВЦ (проект «Озма»). Таунс является одним из изобретателей лазера, вместе с советскими учеными Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым он был удостоен Нобелевской премии за это изобретение. Не удивительно по этому, что именно Таунс исследовал возможности применения лазеров для связи между космическими цивилизациями.

В качестве примера Таунс и Шварц рассмотрели такую систему: лазер мощностью 10 кВт, работающий в непрерывном режиме на волне 5000 Å, в полосе 1 МГц, диаметр дополнительного большого зеркала — 5 м. Угол раствора пучка в такой системе 10-7 рад. Чтобы сохранить столь высокую направленность, система должна быть вынесена за пределы атмосферы.

Если внеземная цивилизация, расположенная около одной из ближайших звезд на расстоянии 10 св. лет от Солнца, посылает к нам световые сигналы с помощью подобной системы, то поток излучения у Земли будет составлять 10-16 Вт/м^2, что соответствует звездной величине 21,2m. В те годы это было близко к предельной звездной величине объекта, который можно было наблюдать на Земле при помощи самых крупных телескопов. Заметим, что обычный прожектор той же мощности (10 кВт) создал бы на Земле поток на 10 порядков (в 10^10 раз) меньше, что было бы далеко за пределами обнаружения.

Рассмотрим теперь проблему выделения лазерного сигнала на фоне излучения звезды. Звезда типа Солнца, расположенная на расстоянии 10 св. лет, создаст у Земли поток, равный 3 10-9 Вт/м^2. Эта величина на 7,5 порядков превышает поток от лазера. Следовательно, если наблюдать в интегральном свете, мы ничего не увидим. Но можно воспользоваться тем, что лазер излучает в очень узкой полосе частот. Полосе 1 МГц на волне 5000 Å соответствует интервал длин волн ~ 10-5 Å. То есть лазер излучает очень узкую спектральную линию, которая наблюдается на фоне непрерывного спектра звезды. Для того чтобы линию можно было обнаружить, выделить на фоне непрерывного спектра, с помощью спектрографа (или иного спектрального аппарата), спектральная плотность потока в линии должна превышать спектральную плотность потока звезды в непрерывном спектре на той же частоте. При принятых параметрах излучающей системы спектральная плотность потока от лазера на Земле будет равна 10-22 Вт/(м^2 • Гц). Та же величина для звезды составляет 4 • 10-24 Вт/(м^2 • Гц). То есть спектральная плоскость потока лазера в 25 раз превышает спектральную плотность потока звезды. Условие обнаружения выполнено! Но его еще надо реализовать практически. Если бы мы сумели выделить в спектре звезды участок шириной 10-5 Å на частоте лазера, тогда наблюдаемая контрастность линии по отношению к непрерывному спектру равнялась бы 25, что с избытком достаточно для ее обнаружения. Но такая разрешающая способность совершенно недостижима для звездных спектрографов. Если же использовать спектрограф с более грубым разрешением, интенсивность линии будет «размазываться» по спектру, и ее наблюдаемый контраст будет падать. Практически можно реализовать звездный спектрограф с разрешающей способностью 0,03 Å. Это очень высокая разрешающая способность! Но даже при таком разрешении наблюдаемый контраст линии составит всего 0,01 от непрерывного спектра. При таком контрасте обнаружить линию практически невозможно. Чтобы преодолеть эту трудность, Таунс и Шварц предложили очень красивую идею: использовать для передачи частоту, которая совпадает с центром какой-нибудь сильной линии поглощения в спектре звезды. Тогда в центре широкой линии поглощения будет наблюдаться узкая линия излучения, испускаемая лазером. А так как излучение звезды в центре линии поглощения слабее, чем в соседних участках непрерывного спектра, то наблюдаемый контраст лазерной линии возрастает. Расчеты показали, что при использовании лазера на частоте одной из линий «Н» или «К» звездного спектра наблюдаемый контраст при разрешающей способности 0,03 Å будет составлять 10 %, что уже достаточно для обнаружения. Для передачи информации по такому каналу можно менять какой-нибудь параметр излучения, например интенсивность линии.

Таким образом, описанная система позволяет осуществить передачу сигналов в оптическом диапазоне с расстояния ближайших звезд. Применение более мощных лазеров даст возможность увеличить дальность связи. При мощности 10^10 Вт (подобные лазеры разрабатываются для противоракетной обороны и для реакторов термоядерного синтеза) дальность связи возрастет до 10000 св. лет. Для обнаружения таких сигналов необходимо изучать спектры звезд с высоким спектральным разрешением при помощи крупных оптических телескопов с целью поиска узких линий излучения, расположенных на необычных частотах (например, в центре сильных линий поглощения) и обладающих переменными характеристиками.

Другой тип сигналов связан с применением лазеров, работающих в импульсном режиме. В этом случае высокая пиковая мощность достигается за счет концентрации энергии в очень коротком импульсе. Так, лазер с энергией импульса 10 Дж при длительности импульса 10-12 с имеет мощность 10^13 Вт.

А. Д. Сахаров предложил способ оптической сигнализации без применения лазеров, с помощью термоядерной «лампы-вспышки» — сокращенно ЛВ (рис. 1.10.1). Устройство выводится за предел планетной системы и там взрывается. Энергия взрыва трансформируется в короткий световой импульс, который можно обнаружить на расстоянии ближайших звезд. Согласно предложению А. Д. Сахарова, несколько ЛВ размещается в пространстве эквидистантно на одной прямой (рис. 1.10.2) и взрываются синхронно, либо через равные промежутки времени. Такой характер сигнала может служить критерием искусственности. Для передачи информации используется тонкая микроструктура импульса. Приемное устройство должно включать оптический телескоп с высоким угловым разрешением (до 0,01") и аппаратуру для регистрации очень коротких световых импульсов. А. Д. Сахаров предложил систематически, раз в 10–20 лет, выводить заряды ЛВ за пределы Солнечной системы и взрывать там. Помимо сигнализации, это хороший способ избавиться от термоядерного оружия на Земле.

Рис. 1.10.1. Оптическая «Лампа-вспышка» для связи с ВЦ. Фрагмент из письма А. Д. Сахарова (ответ на анкету SETI). Источником энергии служит термоядерный взрыв. Сжимая энергией продуктов взрыва тонкий слой газа — аргона, можно получить короткую световую вспышку с любой микроструктурой для передачи информации

Рис. 1.10.2. Схема размещения импульсных источников света в проекте А. Д. Сахарова

Обсудим теперь сравнительные достоинства связи в радио и оптическом диапазонах. Прежде всего необходимо выделить две задачи: 1) передача и обнаружение позывных; 2) передача и прием основной содержательной программы связи (космическое вещание). Назначение позывных — привлечь внимание получателя, облегчить ему задачу установления искусственной природы принимаемого излучения. Для этого наряду с физическими характеристиками сигнала, которые можно рассматривать в качестве предварительных критериев искусственности, позывные должны содержать определенное количество смысловой информации, на основании которой можно сделать окончательное заключение об искусственном характере принятых сигналов. Кроме того, можно полагать, что позывные содержат информацию, представляющую своего рода «ключ» к основной программе: указание на частоту, на которой ведется информативная передача; сведения о полосе сигнала, способе кодировки и т. д. Общее количество информации, которое требуется для этих целей, не так велико. Поэтому пропускная способность канала (скорость передачи информации) в случае позывных не имеет решающего значения, она может быть невелика. После того как цивилизация обнаружит и расшифрует позывные, она может перейти к приему основной программы космического вещания. Эта программа должна обеспечить передачу большого количества информации, поэтому пропускная способность канала в этом случае приобретает существенное значение. С учетом этих требований рассмотрим радио и оптический канал.

Основное достоинство радиоканала состоит в том, что в нем реализуется минимум принципиально неустранимых помех. Это делает радиосвязь наиболее экономичной в энергетическом отношении. Но дело не только в экономичности связи. Минимум принципиально неустранимых помех — это определенное объективное свойство, которое отмечает радиодиапазон среди других диапазонов электромагнитных волн, своего рода метка, известная всем цивилизациям. Поэтому стремясь найти согласованное решение по выбору диапазона, они должны обратить внимание на эту «метку». Тем более, что отмеченное свойство делает радиодиапазон пригодным и, в известном смысле, оптимальным для всех цивилизаций.

Главные достоинства оптического канала — его высокая пропускная способность и легкость осуществления остронаправленной передачи. Чтобы осуществить сравнимую направленность в радиодиапазоне, надо иметь зеркала размером в сотни километров. Такие зеркала можно построить только в космическом пространстве; на поверхности планеты они будут испытывать слишком большие деформации от собственного веса, при которых не удается сохранить требуемую точность поверхности. Впрочем, и лазерные установки также надо выносить за пределы атмосферы, но по другой причине — чтобы избежать расширения луча в неоднородной атмосфере.

При определенных обстоятельствах направленность лазерных систем может быть даже излишне высокой, затрудняющей поиск. Так, в рассмотренном выше примере, когда сит нал посылается с расстояния 10 св. лет, а раствор пучка составляет 10-7 рад, его поперечное сечение в «пункте наблюдения» будет составлять 10 млн км. Это значительно меньше размеров Солнечной системы и даже меньше (в 15 раз) расстояния от Земли до Солнца. Поэтому если цивилизация-отправитель направит луч лазера точно на Солнце, Земля не попадет в этот луч, и сигнал не может быть принят. Следовательно, чтобы облучить неизвестную планету, где, может быть, существует разумная жизнь, цивилизация-отправитель должна будет «шарить» лучом своего лазера по околосолнечному пространству, в пределах всей Солнечной системы (или ожидаемой «зоны жизни»)[49]. Это увеличивает время поиска для передающей ВЦ и затрудняет обнаружение сигнала, так как обитаемая планета лишь на короткое время будет облучаться инозвездным лазером. На эту трудность обратил внимание И. С. Шкловский. Конечно, она не является непреодолимой. Все зависит от мощности лазера. Если мощность лазера увеличить на 4 порядка, доведя ее до 100 МВт, то, используя более скромную оптическую систему с диаметром объектива 5 см вместо 5 м, можно увеличить раствор пучка в 100 раз. При этом луч, направленный на звезду, покроет практически всю планетную систему (или, по крайней мере, ее «зону жизни»), и искать нужную планету в околозвездном пространстве уже не потребуется. С другой стороны, увеличив мощность лазера, можно при той же высокой направленности соответственно увеличить дальность связи. При дальности 1000 св. лет и растворе пучка 10-7 рад он будет покрывать практически всю планетную систему искомой цивилизации. Но в этом случае (при большой дальности) необходимо обследовать огромное число звезд.

В условиях взаимного поиска, когда положение абонента совершенно неизвестно, желательно, чтобы в диаграмме направленности телескопа, как у передающей, так и у принимающей ВЦ, одновременно находилось возможно большее число потенциальных абонентов (потенциальных объектов поиска). А оно, естественно, увеличивается с расширением диаграммы. В этом смысле более скромная направленность радиотелескопов дает даже известное преимущество. Другое дело, когда цивилизации обнаружат друг друга, тогда между ними может быть установлен постоянно действующий высоконаправленный канал связи, для создания которого целесообразно использовать оптические средства.

Пропускная способность канала определяется его полосой частот. В этом отношении оптический канал обладает большим преимуществом по сравнению с радиоканалом. Но опять-таки в условиях взаимного поиска высокая пропускная способность оптического канала является излишней. Однако она необходима для осуществления высокоинформативной связи.

На основании этих соображений можно заключить, что для передачи и приема позывных целесообразно использовать радиоканал, а для информативной передачи эффективней использовать оптический или даже рентгеновский диапазон спектра. Это значит, что на первом этапе, когда речь идет о поиске позывных, предпочтительнее вести его в радиодиапазоне. Однако учитывая неизбежную неполноту наших знаний, нельзя слишком категорически настаивать на этих выводах, как нельзя исключать и альтернативные подходы.

1.11. Неэлектромагнитные каналы

В странной жажде ненасытной

Ощущаете смелы

Скудость электромагнитной

Вам наскучившей шкалы.

Ю. Линник

До сих пор мы обсуждали связь с помощью электромагнитных волн. Рассмотрим теперь другие, неэлектромагнитные каналы связи.

Г р а в и т а ц и о н н ы е в о л н ы. Согласно общей теории относительности, при движении массивных тел с переменным ускорением возникают возмущения гравитационного поля, которые распространяются в вакууме в виде гравитационных волн. Скорость их распространения равна скорости света. Гравитационные волны генерируются в любой системе вращающихся или колеблющихся масс. Мощным источником их являются взрывы сверхновых звезд, процессы гравитационного коллапса. Хотя никто не сомневается в существовании гравитационных волн, обнаружить их экспериментально пока не удалось. Это связано с чрезвычайно малой интенсивностью и крайне слабым взаимодействием гравитационных волн с веществом. Имеются лишь косвенные свидетельства излучения гравитационных волн космическими объектами. Так, в тесной системе из двух нейтронных звезд, одна из которых — пульсар PSR 1913 + 16, наблюдается монотонное сокращение орбитального периода. Предполагается, что это происходит вследствие сближения компонентов, которое вызвано потерей энергии из-за гравитационного излучения. Численные оценки согласуются с этим предположением. В настоящее время в десятках лабораторий мира создаются детекторы для регистрации гравитационных волн космического происхождения. Другая проблема — научиться генерировать гравитационные волны, т. е. проблема создания достаточно мощных генераторов гравитационных волн. Если какие-то высокоразвитые ВЦ решили эти проблемы, они могут использовать гравитационные волны для межзвездной связи.

Проходя через массивное тело, гравитационные волны изменяют направление, преломляются, подобно световым волнам, проходящим через линзу. В результате гравитационные волны фокусируются на некотором расстоянии от такой «гравитационной линзы». Как показал Л. X. Ингель, обычная звезда (типа Солнца) обладает хорошими фокусирующими свойствами. Если в фокусе такой «линзы» поместить генератор гравитационных волн, то можно получить почти параллельный пучок лучей шириной 1000 км, который практически не расходится вплоть до межзвездных расстояний 10^4 св. лет[50]. Значит, гравитационная антенна диаметром 1000 км могла бы полностью перехватить всю энергию, излучаемую генератором. Фокусирующие свойства звезды-линзы могут быть использованы и на приемном конце линии связи. Если направление на источник сигнала известно (и значит, известно положение гравитационного фокуса своей звезды), то можно разместить в нем детектор гравитационных волн; тогда для перехвата всей энергии генератора не потребуются громоздкие антенны.

Мы не упоминаем здесь проблему доставки детектора в фокус, расположенный достаточно далеко от звезды на периферии планетной системы. Поскольку наша цивилизация не владеет пока техникой передачи и приема гравитационных волн, все эти проблемы представляют для нас чисто умозрительный интерес.

Рис. 1.11.1. Гравитационная антенна Луизианского университета США.Приемником гравитационных воли является алюминиевый цилиндр массой 5 т, охлаждаемый до температуры 310-3 К

Н е й т р и н н а я с в я з ь. Сходная ситуация имеет место и в отношении нейтрино. Идея нейтринной связи была высказана польским физиком М. Суботовичем в 1967 г., а затем обсуждалась другими авторами (помимо научных работ, надо упомянуть замечательный роман С. Лема «Голос Бога» — в русском переводе «Голос Неба»), В качестве генератора нейтрино, по мысли Суботовича, можно использовать ускорители протонов с энергией в сотни гигаэлектронвольт. Такой ускоритель позволяет получить хорошо сфокусированный, направленный и достаточно интенсивный поток нейтрино с энергией 10^3 ÷ 10^7 эВ. Для кодирования информации можно использовать модуляцию потока по частоте (или энергии нейтрино).

Отличительной особенностью нейтрино является очень слабое взаимодействие их со всеми видами материи. Поэтому поток нейтрино может проходить гигантские расстояния от места генерации, где-то в удаленных областях Вселенной, до места обнаружения без всякого искажения. Это выгодно отличает нейтрино от электромагнитных волн. Последние испытывают поглощение в межзвездной среде, рассеяние на неоднородностях среды, вращение плоскости поляризации, влияние дисперсии, которое приводит к искажению сигнала. Выбором соответствующего диапазона электромагнитных волн можно добиться уменьшения этих эффектов, но полностью избавиться от них невозможно. Поток нейтрино практически не испытывает никаких взаимодействий и не искажается. Это очень ценное свойство для связи.

Но это же замечательное свойство нейтрино чрезвычайно затрудняет их обнаружение. Если бы нейтрино совсем не взаимодействовали с веществом, их невозможно было бы обнаружить. Но отдельные, очень редкие акты взаимодействия нейтрино с атомами на пути их следования все же происходят. И вот эти редкие акты и надо зарегистрировать. Несмотря на сложность задачи, первые нейтринные телескопы уже созданы. Детектор нейтрино представляет собой большой объем вещества (мишень), в котором регистрируются акты взаимодействия нейтрино с атомами мишени. Чем больше атомов содержит мишень, тем чаще происходят взаимодействия — тем выше чувствительность детектора. Чтобы исключить помехи от космических лучей, детектор помещается глубоко под землей или под водой.

В одном из первых нейтринных телескопов — телескопе Р. Девиса, построенном в 1967 г., мишень из тетрахлорэтилена С_2Cl_4 объемом 400 000 л размещается на глубине 1,5 км под землей, куда не проникают космические лучи, но свободно доходят нейтрино. При взаимодействии солнечных нейтрино с изотопом хлор-37 он превращается в радиоактивный изотоп аргон-37. Последний выделяется и регистрируется с помощью радиохимических методов. Детектор этого типа был предложен Бруно Понтекорво в 1946 г.

Рис. 1.11.2. Нейтринный телескоп Девиса. Резервуар объемом 400 м^3, заполненный тетрахлорэтиленом, размешен под землей на глубине 1,5 км. При взаимодействии солнечных нейтрино с изотопом хлор-37 он превращается в радиоактивный изотоп аргон-37, который выделяется и регистрируется радиохимическим методом

Другой тип детектора для регистрации солнечных нейтрино предложен советским ученым В. А. Кузьминым в 1964 г. Он основан на взаимодействии нейтрино с редкоземельным элементом галлием, который при этом превращается в германий. Галлисвый детектор сооружен в 1984 г. на Баксанской нейтринной обсерватории в Приэльбрусье[51]. Он расположен в туннеле, вырытом в недрах горы, на расстоянии 3,5 км от устья штольни. Установка имеет 10 реакторов, содержащих 50 тонн металлического галлия, который используется в качестве мишени. Образующийся в результате реакции германий извлекается с помощью очень топких химических процедур. Можно представить себе трудность этой задачи, если учесть, что требуется извлечь 10–15 атомов германия из мишени, содержащей 10^31 атомов.

Еще один действующий телескоп, предназначенный для регистрации солнечных нейтрино — Камиоканде II[52], вступил в строй в Японии в 1988 г. Детектор размещен в шахте на глубине около 1 км под землей, он представляет собой цилиндрическую цистерну объемом 3000 л, наполненную особо чистой водой. При взаимодействии нейтрино с атомами воды возникают потоки электронов, которые генерируют световые вспышки, регистрируемые высокочувствительными фотодетекторами, установленными на стенках цистерны. В отличие от предыдущих установок, нейтринный телескоп Камиоканде позволяет не только зафиксировать количество нейтрино, но и определить направление, откуда они приходят. Наблюдения на Камиоканде подтвердили, что источником регистрируемых нейтрино является Солнце. В 1996 г. вступил в строй новый более совершенный прибор Супер-Камиоканде, чувствительность которого в 100 раз превышает чувствительность прежнего детектора. Планируется с помощью этой установки исследовать не только солнечные нейтрино, но и нейтрино более высоких энергий от других астрофизических источников.

Для регистрации потоков нейтрино, возникающих при коллапсе массивных звезд (вспышки сверхновых — см. гл. 2), используется сцинтиляционный телескоп Баксанской нейтринной обсерватории. Он вступил в строй еще в 1978 г. Регистрирующая часть телескопа состоит из восьми слоев жидких сцинтиляционных детекторов; четыре горизонтальных слоя составлены в виде этажерки с расстояниями 3,5 м между «полками» этажерки (слоями), а четыре вертикальных слоя окружают «этажерку» с четырех сторон. Общие размеры установки 17×17×11,5 м, полное количество детекторов — 3150. Каждый детектор представляет собой алюминиевый контейнер размерами 70×70×30 см, заполненный жидким органическим сцинцилятором, в центре контейнера установлен фотоумножитель, регистрирующий заряженные частицы. Принцип действия телескопа состоит в следующем. При взаимодействии нейтрино, идущих из нижней полусферы Земли, с окружающим детектор веществом образуются заряженные частицы — мюоны. Проходя через сцитиляционный детектор, частица вызывает вспышку света, которая регистрируется фотоумножителем. Частица высокой энергии вызывает световые вспышки в детекторах, лежащих на ее траектории; это позволяет определять направление прихода частицы с точностью до 2°. К 2000 г. на установке зарегистрировано около 700 нейтрино, что составляет более половины всей мировой статистики.

Рис. 1.11.3. Лабораторный корпус Баксанской нейтринной обсерватории

Для регистрации нейтрино более высоких энергий (10^12—10^15 эВ) требуются телескопы нового поколения. Самый большой из разрабатываемых телескопов этого типа — ДЮМАНД (DUMAND — Deep Underwater Muon and Neutrino Detector — глубоководный детектор мюонов и нейтрино). В качестве мишени в нем используется морская вода. При столкновении высокоэнергичного нейтрино с атомным ядром возникает ливень заряженных частиц, который, двигаясь со скоростью, превышающей скорость света в воде (но, конечно, меньшей, чем скорость света в вакууме!), вызывает черенковское излучение, регистрируемое с помощью фотоумножителей. Согласно первоначальному проекту, детектор должен был содержать 30 тысяч фотоумножителей (в герметических контейнерах), которые образуют пространственную решетку с расстоянием между узлами порядка 30 м. Объем детектора 1×1×1 км, масса воды 10^9 тонн, предполагалось разместить его на глубине 5 км. В дальнейшем проект был видоизменен. В последнем десятилетии XX века разрабатывались три варианта ДЮМАНД меньшего масштаба[53]. Первый вариант, разрабатываемый американскими, японскими и европейскими институтами, предусматривает размещение детектора на глубине 4,5 км в 30 км от одного из островов Гавайского архипелага. В его состав входят 216 фотоумножителей. Второй проект ДЮМАНД предусматривает сооружение нейтринного детектора на Байкале (на глубине 1,4 км в 5 км от берега). Он разрабатывается Институтом ядерных исследований РАН совместно с Институтом физики высоких энергий (Берлин) и рядом других российских институтов и университетов. И наконец, третий проект ДЮМАНД разрабатывают совместно Институт ядерных исследований РАН и Афинский университет (Греция). Детектор предполагается разместить на глубине 4,1 км вблизи юго-западного побережья Греции.

Рис. 1.11.4. Схема автономного модуля нейтринного телескопа (проект ДЮМАНД)

Для изучения нейтрино сверхвысоких энергий (больше 10^16 эВ) советские ученые Г. А. Аскарьян и Б. А. Долгошеин предложили использовать акустический метод (проект «ДЮМАНД акустический»). При взаимодействии таких нейтрино с атомными ядрами в толще воды возникает ливень частиц, который распространяясь в воде создает звуковую волну. Для регистрации звуковой волны Аскарьян и Долгошеин предложили использовать гидрофоны с пьезодатчиками, последние преобразуют звуковой импульс в электрический сигнал, который по кабелю передается на компьютер. Согласно их предложению, установка должна иметь форму параллелепипеда с основанием 10×10 км и высотой 1 км, объем воды 100 км^3, масса воды 10^11 тонн; в этом объеме предлагается равномерно распределить 100 000 гидрофонов с пьезодатчиками. В 1992 г, во время экспедиции на океанографическом корабле «Витязь» по испытанию элементов установки ДЮМАНД-3 проводились также испытания элементов акустической аппаратуры. Имеются и другие проекты, на которых мы останавливаться не будем.

Реализация этих проектов откроет возможность регистрации нейтрино галактического и межгалактического происхождения, в том числе реликтовых нейтрино, возникших еще во время «Большого взрыва», в котором родилась наша Вселенная. Поскольку нейтрино практически не взаимодействуют ни с веществом, ни с излучением, они несут информацию о той эпохе и тех процессах, в которых они образовались: о формировании звезд, галактик, о самых ранних этапах эволюции Вселенной. Таким образом, мы стоим на пороге возникновения нейтринной астрономии.

Когда нейтринные телескопы войдут в практику астрономических исследований, их можно будет использовать и для целей SETI. Но при этом мы должны допустить, что ВЦ освоили технику генерирования достаточно мощных потоков нейтрино (в соответствующем диапазоне энергии).

Высказывалось также предположение о возможности использования для межзвездной связи модулированных потоков заряженных частиц. Однако такие потоки будут сильно искажаться в межзвездных магнитных полях, поэтому применение их весьма сомнительно. Но, конечно, мы не можем полностью исключить такую возможность.

Интересные возможности открывает биологический канал связи. Предполагается, что высокоразвитые ВЦ могут записывать информацию в генетическую структуру некоторых микроорганизмов, вводя искусственные элементы в цепочки ДНК с помощью генной инженерии. Информационная емкость ДНК огромна. Ее вполне достаточно, чтобы, не препятствуя биохимическим функциям организма, нести и элементы послания ВЦ. Считается, что только 5 % информационной емкое та ДНК используется для передачи наследственной информации; оставшуюся часть можно использовать для послания иным цивилизациям. Более того, этот вид связи имеет такие преимущества, как самовоспроизведение «послание» и самоисправление «ошибок» воспроизведения (так как организмы, подвергшиеся мутации, как правило, погибают). Наконец, высокий уровень сложности такого «послания» позволяет расшифровать его, только когда цивилизация-получатель достигнет достаточно высокого уровня развития.

Реализация биологического канала связи восходит к идеям К. Э. Циолковского о посеве жизни и к более поздним представлениям Ф. Крика и Л. Оргела о направленной панспермии. Гипотеза биологического канала в общем виде была высказана М. М. Агрестом в 1975 г. и более детально развита Г. Марксом[54]. Японские исследователи X. Ёко и Т. Осимо попытались с этой точки зрения проанализировать генетическую структуру фага φХ-174. Хотя этот предварительный эксперимент не дал положительного результата, идея биологического канала заслуживает серьезного внимания.

Еще дальше в этом направлении идет советский астрофизик Г. М. Бескин. Он полагает, что информация высокоразвитых ВЦ может быть закодирована не только в структуре ДНК, но и в некоторых сложных природных явлениях (типа солнечной активности).

Рассмотренные каналы связи при всей своей экзотичности основаны на известных физических носителях сигнала. Но следует также иметь в виду возможность использования внеземными цивилизациями каналов связи неизвестной природы, основанных на пока непознанных нами законах материального мира и, соответственно, на неизвестных носителях сигнала. Существование непознанных законов природы и неизвестных форм материи представляется совершенно несомненным, ибо альтернативная точка зрения означала бы, что мы полностью познали весь беспредельный неисчерпаемый материальный мир. История науки дает нам красноречивые примеры неправомерности подобных взглядов. Вспомним, как в конце XIX века ученые были уверены, что сооружение фундаментального здания теоретической физики, в общих чертах, уже закончено, осталось лишь уточнить отдельные детали. Никто не придавал тогда серьезного значения небольшим изъянам в величественном здании классической физики. Но именно из них выросли теория относительности и квантовая механика, коренным образом изменившие наше представление о мире и сам характер нашего мышления. А коль скоро так, коль скоро мы допускаем существование неизвестных нам форм материи и энергии, мы должны допустить, что другие цивилизации могут использовать их как средство связи.

О неизвестном говорить бесполезно. Но все же две возможности, лежащие на грани известного, упомянуть можно.

Т а х и о н н а я с в я з ь. Тахионы — это гипотетические частицы. От обычных частиц они отличаются тем, что имеют мнимую массу. Это приводит к существенному отличию в характере их движения. Если обычные частицы не могут двигаться со скоростью, превышающей скорость света, то тахионы, напротив, не могут двигаться со скоростью меньше скорости света, их скорость всегда превышает с. Существование тахионов не противоречит никаким физическим законам, в том числе теории относительности. Однако экспериментально они не обнаружены. И это понятно. Если тахионный мир — мир мнимых масс и больших скоростей — действительно существует, то в нем должны действовать удивительные закономерности, например, в тахионном мире причина может опережать следствие. По существу, это означает, что причина и следствие меняются местами, то есть, происходит нарушение принципа причинности. В нашем мире этого никогда не бывает, и считается, что быть не может. Поэтому про тахионы, нарушающие принцип причинности, можно сказать, что они «не от мира сего», следовательно, они и не могут наблюдаться в нашем мире. Но быть может, тахионный мир и наш мир сосуществуют? Если в тахионном мире есть свои «тахионные цивилизации», то они могут обмениваться информацией по каналам тахионной связи, где сигнал распространяется со скоростью, превышающей скорость света. Но для нас эта связь не представляет пока практического интереса, поскольку тахионы не принадлежат нашему миру. Вот если бы мы могли проникнуть в Тахионный мир… Но здесь кончается область точного знания. Поэтому мы замолкаем и представляем слово поэту.

Тахионный мир

Мы проникаем в тахионный мир.

Здесь Будущее правит Настоящим,

А не Минувшее, как в нашем мире,

Где следствие не смеет никогда

Опережать причину. Эти Ограничения снимает Космос.

За световым предельным рубежом.

И вот мы замерли у этой грани,

Где мнимыми становятся все массы

И странно обращенной связь причин.

Что впереди, за световым пределом,

Куда сейчас решительно шагнем?

Там Тонкий Мир — мир быстрых тахионов!

Он снился нам. Причинность сна подобна

Телеологии сверхскоростной,

Где следствие маячит впереди

Перед причиной, уплотняя вечность

В одно мгновенье. Странный этот мир!

И в нашей интуиции есть отсвет

Вселенной тахионов! — Мы теперь

Открыли тайну дальнего прогноза:

Предчувствие есть тахионный луч,

Который вырабатывает сердце

В минуту высочайших напряжений,

Налаживая с будущим прямой

Спасительный контакт. И вот мы смело

Ступаем за привычную межу…

Ю. Линник

Здесь самое время обратиться к экстрасенсорному каналу. Экстрасенсорные явления, связанные с нераскрытыми возможностями человеческой психики, находятся вне рамок современной научной парадигмы, хотя некоторые видные ученые (Д. И. Менделеев, В. И. Бехтерев и др.) занимались их изучением. В настоящее время исследование экстрасенсорных явлений бурно развивается. Несмотря на все издержки этого противоречивого процесса, можно ожидать существенного прорыва в данной области в ближайшие годы. Спектр экстрасенсорных явлений весьма разнообразен. К. Э. Циолковский считал, что часть из них может быть связана с воздействием неизвестных разумных сил космического происхождения. Именно они и представляют интерес с точки зрения CETI. Ведь если речь идет о любой форме воздействия космического разума, то это и есть контакт с ним. Одним из первых на этот аспект CETI обратил внимание московский литератор Ю. И. Долгин[55].

Можно высказать ряд умозрительных соображений в отношении экстрасенсорного канала связи. Передача информации по такому каналу осуществляется непосредственно в форме мысли, без каких-либо промежуточных посредников и процессов (таких как, например, переход к устной речи или письменному тексту с последующим преобразованием их в электрический, или иной, сигнал). По аналогии с электромагнитным каналом можно предположить, что носителем сигнала здесь являются ментальные волны, образующие тонкую ментальную материю (ментальное поле). Так как частота является универсальной характеристикой любого волнового процесса, независимо от его материального носителя, то можно полагать, что существуют ментальные волны различной частоты. Скорость распространения их неизвестна. Но поскольку речь идет о форме материи, не сводящейся к известным физическим взаимодействиям (электромагнитному, сильному, слабому и гравитационному), то ограничения, справедливые для этих взаимодействий, могут не действовать для ментальной материи. Возможно, скорость распространения ментальных волн превышает скорость света. Недаром древнее изречение гласит, что самой быстрой является мысль.

Важнейшая особенность метального канала состоит в том, что приемником информации здесь выступает сам человек (человеческое сознание). Но человек — также и генератор мысли. Человек непрерывно мыслит. К сожалению, часто этот процесс является совершенно неуправляемым: мысли возникают произвольно, помимо воли и желания человека. Эти хаотические мысли, подобно собственным шумам радиоприемника, затрудняют восприятие (прием) информации. Поэтому для успешной работы ментального канала необходима дисциплина мышления. («Голос Безмолвия», о котором говорят восточные мистики, можно интерпретировать как информацию, поступающую по бесшумному ментальному каналу.)

Другая сторона проблемы состоит в том, что любое мыслящее существо во всех слоях земного пространства является генератором ментальных воли. Следовательно, возникает задача избавления от земных помех. Вероятно, так же как и в случае радиоволн, этого можно добиться путем отстройки по частоте. Поскольку помехи многочисленны и разнообразны, необходима очень тонкая настройка ментального приемника. Может быть, творческое вдохновение, испытываемое поэтом, композитором или художником, когда им является их Муза, дает какое-то отдаленное представление об этом процессе. Отсюда ясно, что развитие ментальной связи надо искать на путях красоты, повышения культуры, совершенствования каждого человека и всего общества. Не это ли и имели в виду Ф. М. Достоевский, когда он говорил, что красота спасет мир, и Н. К Рерих, когда он уточнял, что осознание красоты спасет мир?

Мы коснулись двух каналов, которые лежат на грани известного. Но, конечно, внеземные цивилизации могут использовать каналы связи, о которых мы не имеем никакого понятия. Возникает вопрос: если это так, то насколько оправданы поиски в радиодиапазоне или других диапазонах электромагнитных волн? Думается, если мы хотим добиться прогресса, мы должны исследовать те каналы, которые нам уже известны, исследовать их всеми доступными нам средствами. Результат исследования заранее предсказать невозможно, но таким путем мы будем увеличивать свои знания. Ведь и отрицательный результат означает получение определенного знания. (В процессе такого исследования может оказаться, что определенные каналы непригодны для CETI, тогда поиск в них проводить не следует.) Поэтому возможность существования других каналов CETI, основанных на пока неизвестных нам законах природы, не исключает, а напротив, предполагает необходимость детального излучения и использования единственного доступного нам канала — с помощью электромагнитных волн.

Этот вопрос обсуждался на советско-американской конференции CETI (Бюракан, 1971 г.). Касаясь его, Ф. Моррисон заметил, что следует начать с предположения о существовании цивилизаций, использующих известные нам законы физики, и оценить возможности связи с такими цивилизациями. Эту мысль поддержал и развил фон Хорнер. Он отметил, что, если существуют высокоразвитые цивилизации, использующие неизвестные нам каналы связи, го, вероятнее всего, они должны знать, как связаться с такими «космическими Младенцами», как мы. Правда, не исключено, что у них в этом отношении имеется «нижний предел» интереса. Было бы важно установить, находимся ли мы за этим пределом. Проверить это — подчеркнул фон Хорнер, — можно только экспериментально.

Я думаю, было бы неверно, ссылаясь на существование непознанных законов природы, отказываться от исследования известных каналов связи. Но надо постоянно «держать в уме» другие возможности, иметь их в виду как в плане готовности использовать новые каналы для целей CETI, когда они станут достоянием науки, так и при оценке результатов поиска.

Рис. 1.11.5. Фрагмент письма А. Д. Сахарова

«Нельзя полностью исключил», — писал А. Д. Сахаров, — что мы еще слишком мало знаем и умеем. Нельзя исключить, что есть вопиющие пробелы в наших основных представлениях о пространстве, об его топологической структуре, и что внеземные цивилизации ведут свои передачи с учетом этого обстоятельства, а мы «смотрим не в ту сторону». Нельзя также исключить вопиющий пробелов в отношении типов существующих в природе излучений. Еще более вероятно, что наши корреспонденты, используя уже известные нам виды излучений и законы природы, рассчитывают при этом на такой уровень чувствительности приемной аппаратуры, который для нас пока еще совершенно недоступен по техническим, технологическим и экономическим причинам. Однако все эти сомнения не должны расхолаживать нас на пути попыток приема сигналов с постепенным увеличением чувствительности (и стоимости) приемной аппаратуры и расширения методологии поиска. Только так, рано или поздно, можно рассчитывать на успех»[56].

Поиски сигналов — любой природы — не единственный путь обнаружения ВЦ. В следующих параграфах этой главы мы рассмотрим другие возможности.

1.12. Поиски астроинженерной деятельности

Одно из направлений SETI — поиск следов астроинженерной деятельности ВЦ. Родоначальником этого направления является известный американский физик-теоретик Ф. Дайсон. Обосновывая свою позицию, Дайсон писал: «Размышлять о грандиозном будущем человечества — значит предаваться праздным мечтам или заниматься научной фантастикой. Но строго рассчитывать то, что можно было бы наблюдать, если бы оказалось, что технологически развитые существа обитают в нашем уголке Вселенной — это серьезная и вполне законная часть науки»[57].

Дайсон рассмотрел ряд проектов возможной, т. е. не противоречащей законам физики астроинженерной деятельности высокоразвитой цивилизации. Наиболее известен проект сферы Дайсона (СД)[58]. Речь идет о создании вокруг звезды (центра планетной системы, где обитает технологически развитая ВЦ), искусственной биосферы, которая, окружая звезду, способна перехватывать всю энергию, излучаемую ею в космическое пространство. Собственно, в этом и состоит цель создания СД — использовать всю энергию своей звезды. (Для сравнения напомним, что Земля перехватывает менее одной миллиардной доли энергии Солнца.) При радиусе СД порядка 1 а. е. (если звезда имеет тот же спектральный класс, что и Солнце) температурные условия на поверхности сферы будут вполне подходящими для жизни. Цивилизация, обитающая в такой искусственной биосфере, может служить моделью цивилизации II типа (по Кардашеву).

Сколько вещества требуется для создания такой биосферы и где взять это вещество? По мысли Дайсона, для этой цели можно использовать вещество больших (необитаемых) планет. Так, если «распылить» планету массой, равной массе Юпитера и использовать полученное вещество, равномерно распределив его по сферическому слою радиусом 1 а. е., то над каждым квадратным сантиметром поверхности будет находиться приблизительно 720 г вещества. Это сопоставимо с условиями на Земле, где над каждым квадратным сантиметром поверхности находится столб атмосферы массой около 1000 г. Сферический слой вокруг звезды толщиной 2–3 м был бы вполне пригоден для жизни и мог бы содержать оборудование для использования радиации, падающей на него изнутри.

Последующие оценки показали, что массу сферы Дайсона можно значительно сократить. Прежде всего необходимо заметить, что конструкция в виде сплошной сферы вокруг звезды не может существовать — она будет разорвана не скомпенсированными центробежными силами (на это обратил внимание В. Д. Давыдов[59]). Поэтому надо говорить не о сплошной поверхности, а о системе спутников, вращающихся вокруг звезды, которые в совокупности перехватывают всю излучаемую ею энергию. Идея создания таких городов-спутников вокруг Солнца принадлежит К. Э. Циолковскому, он называл их «эфирными городами».

Дайсон описал и возможный принцип конструирования подобных сооружений[60]. Возьмем стальной стержень длиной 1 м и диаметром 1 см. Из 12 таких стержней сделаем октаэдр диаметром 1 м и массой 10 кг. Из 100 таких октаэдров, соединив их гранями, построим новый конструктивный элемент — «стержень» второй ступени. Из таких стержней сделаем новый октаэдр; соединив их, получим «стержень» третьей ступени и т. д. Октаэдр шестого порядка будет иметь размер 10^6 км (почти в 80 раз больше диаметра земного шара), а масса его будет составлять всего 5 × 10^11 массы Земли. Дальнейшее увеличение размера невозможно, так как при этом конструкция будет разорвана приливными силами. Таким образом, предельный размер спутника, обращающегося вокруг Солнца по орбите радиусом 1 а. е., составляет 10^6 км. Двести тысяч таких предельно больших спутников с общей массой 10-5 массы Земли полностью перекроют поверхность сферы и будут перехватывать всю энергию, излучаемую центральной звездой (солнцем).

Но где взять необходимый материал, как можно «распылить» массу большой планеты? Дайсон предложил такой способ. Вокруг планеты вдоль линий широты прокладываются металлические изолированные провода, через которые пропускается электрический ток. Кроме того, ток пропускается через тело планеты перпендикулярно линиям широты и замыкается через металлические проводники, выведенные на планетоцентрическую орбиту или через плазму в магнитосфере. Планета становится, таким образом, якорем гигантского электромотора. В зависимости от направления токов планета может ускоряться или замедляться. Ускоряя вращение планеты, можно довести ее скорость до величины, при которой экваториальные области планеты будут отрываться и улетать в космическое пространство.

Иной проект был предложен советским ученым Г. И. Покровским[61]. Согласно его проекту, Солнце (или звезда) окружается не сферой, а системой колец разного диаметра, вращающихся с различной скоростью, подобранной так, чтобы центробежная сила уравновешивалась силой притяжения звезды. Если посмотреть на эту систему колец извне, она будет похожа на раковину с двумя раструбами, повернутыми в разные стороны, через которые, по мысли Г. И. Покровского, могут входить и выходить межзвездные корабли (рис. 1.12.1).

Рис. 1.12.1. Астроинженерные конструкции вокруг звезды (раковина Г. И. Покровского)

Каковы бы ни были инженерные детали подобных конструкций, они, согласно второму закону термодинамики, должны переизлучать падающую на них энергию в космическое пространство в виде отработанного тепла при температуре меньшей, чем температура падающего излучения. Как показывают расчеты, основная часть этого уходящего излучения будет сосредоточена в инфракрасной области спектра с максимумом излучения вблизи 10 мкм. Это излучение нельзя «утаить», независимо от того, хочет ли цивилизация или нет сообщить о своем существовании.

Таким образом, задача поиска астроинженерных конструкций сводится к поиску инфракрасных объектов с максимумом излучения вблизи 10 мкм и планковским распределением энергии в спектре. В случае неполного перекрытия звезды астроинженерными конструкциями, объект будет иметь характеристики обычной звезды с очень сильным инфракрасным избытком. Для обнаружения подобных объектов необходимо провести полный обзор неба в инфракрасном диапазоне. Эта задача была поставлена Н. С. Кардашевым[62] и вошла в советскую программу CETI[63]. Поскольку земная атмосфера сильно поглощает излучение в ИК-области спектра, предусматривалось, что обзор должен проводиться с помощью специального ИСЗ, оборудованного аппаратурой для такого исследования.

В 1983 г. в США был выведен на орбиту спутник ИРАС (сконструированный совместно США, Англией и Голландией), предназначенный для составления инфракрасного атласа неба. Установленный на спутнике телескоп диаметром около 60 см охлаждался до температуры 10 К, чтобы уменьшить его собственное ИК-излучение. Детекторы, расположенные в фокусе телескопа, охлаждались до еще более низкой температуры 3 К (всего на три градуса выше абсолютного нуля!). Телескоп работал в четырех диапазонах: 8-15 мкм, 20–30 мкм, 40–80 мкм и 80-120 мкм. Наблюдения продолжались в течение всего 1983 г. (они были прекращены в результате израсходования ресурса жидкого гелия). За время работы было исследовано 98 % всей небесной сферы и было открыто около 200 000 инфракрасных объектов. Среди них есть звезды с сильным ИК-избытком и объекты, излучающие только в инфракрасном диапазоне, в том числе, имеющие планковский спектр с максимумом излучения в области 10-100 мкм. Казалось бы, это свидетельствует об обнаружении сфер Дайсона. Однако подобные же характеристики должны иметь звезды, окруженные плотным газопылевыми оболочками. Такие оболочки возникают вокруг звезд на стадии формирования планетной системы (протопланетное облако), а также на поздней стадии, когда звезда типа Солнца переходит в стадию красного гиганта. При этом атмосфера звезды расширяется до нескольких астрономических единиц, и на периферии ее вновь возникает плотная пылевая оболочка.

Возникает вопрос: каким образом отличить сферу Дайсона от окружающей звезду пылевой оболочки? С. А. Каплан и Н. С. Кардашев указали на то, что это можно сделать, изучая распределение энергии в спектре инфракрасных объектов. Для твердотельных конструкций интенсивность излучения в рэлеевской части спектра падает с длиной волны пропорционально λ^2, в то время как для пылинок (размеры которых меньше длины волны) спектр меняется более круто. Кроме того, можно ожидать специфических особенностей структуры искусственных объектов (резкие края, правильная геометрия и т. д.)[64]. Исследование структуры объектов требует применения крупных космических радиоинтерферометров, которые могут обнаружить твердотельные конструкции по их экранирующему действию. В. И. Слыш обратил внимание на то, что газопылевая оболочка вокруг звезды должна быть источником мощного излучения в линиях гидроксила 18 см. Отсутствие подобного излучения может быть индикатором того, что мы имеем дело с искусственной твердотельной конструкцией[65].

До сих пор речь шла только об обнаружении астроинженерных конструкций по их ИК-излучению без попытки принять какую-либо информацию. К. К. Ребане обратил внимание на то, что высокоразвитая цивилизация, создавшая искусственную среду обитания вокруг звезды, может (без дополнительных энергетических затрат), передавать информацию, модулируя циркулирующие в такой системе потоки энергии[66]. В этом случае поиск ВЦ должен сопровождаться анализом ИК-излучения с целью обнаружения модулированных сигналов.

В отличие от искусственных сооружений вокруг звезды, Н. С. Кардашев рассмотрел возможность создания астроинженерных конструкций значительно более крупного масштаба, например, создание искусственной биосферы размером несколько парсек вокруг ядер галактик или квазаров[67]. Подобные объекты будут иметь светимость 10^6—10^12 светимости Солнца и могут служить моделью цивилизации III типа. Они являются источниками инфракрасного излучения со спектром, близким к планковскому при температуре излучения от 3 до 1000 К. Спектральная область поиска подобных объектов — от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Н. С. Кардашев рассмотрел конкретную модель подобной конструкции в виде вращающегося диска радиуса 12 пк и толщиной 1 км; такую же относительную толщину имел бы диск размером, равным диаметру Земли и толщиною в 1 мкм!). Масса диска 10^12 масс Солнца, плотность 8 г/см^3, период обращения 2600 лет, температура 300 К, светимость 10^12 светимости Солнца. Поток излучения от такого объекта на расстоянии 1 Мпк составляет 1 Ян, что вполне обнаружимо при современных средствах.

С целью обнаружения подобных объектов, а также классических сфер Дайсона (вокруг звезд) Н. С. Кардашев, М. Ю. Тимофеев и В. Г. Промыслов из Астрокосмического центра ФИАН проанализировали источники, полученные спутником ИРАС[68]. Определив их эффективные температуры, они выделили два узких интервала температур 110–120 К и 280–290 К, в которых концентрировалось большинство источников. Из этих источников были отобраны те, у которых распределение энергии по спектру наилучшим образом совпадает с распределением энергии абсолютно черного тела. В первом интервале температур (110–120 К) таких источников оказалось 38, а во втором (280–290 К) — 60. Таким образом, удалось сильно сузить круг возможных «кандидатов» в СД (напомним, что каталог ИРАС содержит 200 000 источников). В результате тщательного анализа около 30 % отобранных источников удалось отождествить с различными астрономическими объектами, в том числе и со звездами. Однако 58 отобранных источников остались не отождествленными. Могут ли среди них быть сферы Дайсона? Пока это уверено установить не удалось.

Упомянем еще об одном виде астроииженерной деятельности ВЦ, не связанной с сооружением крупных астроинженерных конструкций. Так, высокоразвитая цивилизация, желающая сообщить о своем существовании, может ввести в атмосферу звезды, около которой она обитает, некоторое количество вещества, состоящего из какого-нибудь короткоживущего изотопа. Тогда другие цивилизации, наблюдая в спектре этой звезды соответствующие спектральные линии, смогут заключить об их искусственном происхождении. Действительно, короткоживущие изотопы за время существования звезды должны были бы распасться, и их присутствие укажет на то, что «кто-то» намерено подсыпал эти изотопы в атмосферу звезды. Расчеты показывают, что количество вещества, которое необходимо распределить в атмосфере звезды, для того, чтобы его можно было обнаружил относительно невелико, порядка 10^4 —10^5 тонн[69]. Этот метод, независимо предложенный И. С. Шкловским и Ф. Дрейком, получил название «звездных маркеров».

Развивая эти идеи, литовский астрофизик В. Л. Страйжис пришел к выводу, что в природе существует много астрономических объектов и явлений, которые можно было бы интерпретировать, как результат деятельности высокоразвитых цивилизаций. Так, например, в ряде звездных скоплений имеются горячие голубые звезды, которые на диаграмме Герцшпрунга-Рассела находятся на так называемой главной последовательности. Между тем, если исходить из возраста скопления, эти массивные звезды, эволюция которых протекает очень быстро, должны были давно покинуть главную последовательность и превратиться в красные гиганты. Но эти светила почему-то не подчинились теории звездной эволюции и заняли на диаграмме Герцшпрунга-Рассела совершенно неподобающее им место. Для того чтобы как-то объяснить это противоречие, было выдвинуто предположение, что указанные звезды не образовались вместе со всеми звездными скоплениями, а лишь случайно «залетели» в него: это «странники», блуждающие по Галактике, и лишь временно находящиеся в данном скоплении, отсюда и их название «голубые бродяги». В. Л. Страйжис выдвигает иную гипотезу. По его мнению, «голубые бродяги» принадлежат данному скоплению, но они задержались в своем развитии. В чем же причина такой задержки? Она может быть следствием того, что в ядро звезды поступает большое количество водорода из внешних слоев. Такая «подсыпка» ядерного горючего в ядро, по мысли Страйжиса была выполнена высокоразвитой цивилизацией, обитающей в окрестностях данной звезды. «Легко догадаться, — пишет он, — с какой целью это может делаться: искусственное удерживание звезды на главной последовательности позволяет существенно продлить постоянные температурные условия на ее планетах. Нашей цивилизации через 4 млрд лет будет весьма кстати применить этот метод, чтобы избежать быстрого превращения Солнца в красный гигант»[70].

Другой пример, приводимый Страйжисом, — так называемые пекулярные и металлические звезды. В атмосферах пекулярных звезд содержится аномально большое количество некоторых химических элементов (марганец, ртуть, кремний, стронций, европий, хром); концентрация этих элементов в сотни и тысячи раз превышает их обилие в атмосферах нормальных звезд. Мало того, эти элементы не распределены равномерно по всей атмосфере звезды, а концентрируются в отдельных областях, поэтому, когда звезда вращается вокруг своей оси, линии этих элементов в спектре звезды то появляются, то исчезают. В спектре металлических звезд линии металлов усилены в десятки раз по сравнению с обычными звездами. Все эти факты трудно объяснимы с точки зрения современной звезд ной эволюции. «При определенной фантазии, — полагает Страйжис, — можно представить себе, что это промышленные отходы инженерной деятельности высокоразвитых цивилизаций»[71]. Если это так, то масштабы такой деятельности должны быть, поистине, грандиозны, охватывая миллионы звезд.

К этим фактам Страйжис добавляет данные об углеродных, бариевых и циркониевых звездах. Все это холодные звезды (с эффективной температурой меньше 3800 К), отличающиеся аномальным обилием соответствующих элементов (углерода, бария и циркония). При этом в углеродных и циркониевых звездах увеличено также содержание тяжелых металлов (стронция, лантана и др.). В некоторых из них наблюдаются линии радиоактивного элемента технеция, период полураспада которого порядка 10^5 лет, в то время как возраст этих звезд превышает 10^9 лет. Наблюдается также аномальное обилие лития, очень редкого быстро сгорающего элемента; в атмосферах некоторых углеродных звезд его содержание увеличено в 100 000 раз. Не являются ли все эти факты указанием на то, что в атмосферах некоторых холодных звезд имеет место искусственное производство химических элементов? Заканчивая этот перечень, Страйжис пишет: «Рассказ о загадочных явлениях в астрофизике можно было бы продолжить. Например, что вызывает появление и свечение объектов Хербига-Аро? Что происходит со звездой FG Sge, которая быстро передвигается по диаграмме Герцшпрунга-Рассела и в атмосфере которой в течение нескольких лет исчезает железо, но усиливаются линии тяжелых металлов? Не проводится ли над объектом SS 433 гигантский физический эксперимент сверхцивилизации, начатый в 1929 г. и который закончится гигантским взрывом через 50 лет? Не являются ли звездные кольца километровыми столбами спиральных ветвей Галактики?»

«Автор не думает, — заключает он, — что все перечисленные объекты и явления — это продукт деятельности сверхцивилизаций. Пройдут годы, и для многих из них будут найдены естественные причины их возникновения. Однако мы не должны закрывать глаза на возможность, что хотя бы некоторые из этих явлений могли быть вызваны искусственно»[72].

Завершая обсуждение данной проблемы, следует обратить внимание на одно важное обстоятельство. Реализация далеко идущих планов переустройства планетной системы (не говоря уже об экспериментировании со звездами) может привести к серьезным экологическим последствиям. В то время, когда были выдвинуты первые астроинженерные проекты, экологическое сознание человечества было неразвитым. Негативный опыт, накопленный нами за эти годы, убедительно показал пагубность пренебрежения экологическими проблемами. Такое пренебрежение, наряду с (отступающей, кажется) угрозой ядерной войны, поставило жизнь на Земле на грань катастрофы. Не следует допускать ту же ошибку применительно к космической среде. Учет экологических факторов приводит к ограничению астроинженерной деятельности ВЦ или к изменению характера и форм этой деятельности. По-видимому, высокоразвитая ВЦ организует свою творческую деятельность таим образом и с таких формах, чтобы не нарушать гармонии Вселенной. Это следует принимать во внимание при разработке стратегии поиска и при анализе проблемы «космического чуда» (см. гл. 6).

Некоторые авторы предполагают, что высокоразвитые внеземные цивилизации могут быть причастны к образованию массивных звезд и черных дыр[73], к регулированию распределения плотности в Метагалактике[74] или даже к расширению видимой Вселенной[75]. Но это уже следует отнести не столько к астроинженерной деятельности цивилизаций в Кем-то созданной Вселенной, сколько к участию Космического Разума в самом акте ее творения.

1.13. Зонды Брейсуэлла и радиоэхо с длительными задержками

Вернемся к радиопоиску внеземных цивилизаций. Как уже отмечалось выше, возможность взаимного поиска в сильной степени зависит от расстояния между цивилизациями. Если расстояние не превышает 10 св. лет, то серьезных проблем здесь не возникает. В сфере радиусом 10 св. лет находится всего несколько подходящих звезд, около которых можно ожидать партнеров по связи. Цивилизации-отправителю не составит особого труда непрерывно посылать сигналы на эти звезды, а цивилизация-получатель, в свою очередь, вполне может непрерывно обследовать несколько подходящих звезд в поисках сигналов, идущих от одной их них. Здесь не требуются ни слишком большие антенны, ни фантастические значения мощности. Все параметры находятся в разумных пределах, доступных даже уровню нашей земной цивилизации. Если расстояние больше 1000 св. лет, то приходится обследовать уже миллионы звезд. Пропорционально квадрату расстояния возрастает требуемая мощность передатчика или размеры антенн. В этих условиях трудности взаимного поиска для цивилизаций нашего уровня становятся практически непреодолимыми. В этом случае надежды на установление контакта (если исключить случайную удачу) связываются со сверхцивилизациями, которые могут обеспечить непрерывную изотропную передачу в широкой полосе частот при доступном для обнаружения уровне сигнала (§ 1.4).

Для промежуточных значений дальности открывается еще одна возможность — посылка в предполагаемый район обитания космической цивилизации кибернетических устройств (зондов), которые осуществляют поиск и устанавливают контакт с цивилизацией по каналам связи (без непосредственного общения с ней). Идея использования таких зондов была высказана известным американским радиоастрономом Р. Брейсуэллом в 1960 г.[76]

Предположим, что расстояние между ближайшими цивилизациями порядка 100 св. лет. В сфере такого радиуса содержится несколько тысяч подходящих звезд. По мысли Брейсуэлла, цивилизация-отправитель, вместо того чтобы длительное время облучать тысячи звезд, ожидая от них ответа, может направить на каждую подходящую звезду автоматический зонд с радиоаппаратурой и компьютерами (с искусственным интеллектом), управляющими его движением, поиском и установлением контакта. Посылка подобных зондов, в принципе, доступна даже цивилизации нашего уровня. Уже сейчас на Земле разрабатываются проекты посылки подобных зондов к ближайшим звездам, которые, возможно, будут осуществлены в XXI веке. Поэтому цивилизации, опередившие нас в своем развитии (но не обязательно достигшие уровня II типа по Кардашеву), вполне могут направить тысячу зондов на подходящие звезды в радиусе 100 св. лет, осуществляя поиски с определенной периодичностью, например, 1 запуск в год. Следует иметь в виду, что в отличие от пилотируемых межзвездных перелетов, для которых основная трудность связана с обеспечением перелета туда и обратно за время жизни одного поколения астронавтов, для зондов этого требования не возникает. Поэтому здесь не обязательно использовать фотонную ракету, зонд может перемещаться со скоростью, составляющей доли скорости света (скажем, 100–200 тыс. км/с). Тогда, чтобы достичь самых удаленных звезд в выбранной сфере радиусом 100 св. лет, ему потребуется несколько сотен лет, что вполне приемлемо.

Дальнейший сценарий установления контакта, согласно Брейсуэллу, выглядит следующим образом. По прибытии к месту назначения зонд выходит на круговую орбиту вокруг звезды в пределах ее «зоны жизни» (где имеются приемлемые для жизни температурные условия) и приступает к выполнению программы. Его следующая задача состоит в обнаружении планет и поиске на них признаков разумной жизни. Одним из таких признаков может быть наличие монохроматического радиоизлучения, генерируемого планетными радиопередатчиками. Обнаружив подобные сигналы зонд, после некоторой задержки отправляет их обратно на планету (на той же частоте). Приняв собственную передачу из космоса, обитатели планет должны догадаться, что в их планетной системе находится ретранслятор. Чтобы убедиться в этом и уведомить зонд, что его услышали, они должны будут повторить тот же сигнал снова. Получив его, зонд узнает, что вступил в контакт с искомой цивилизацией. После нескольких контрольных проверок с целью гарантий от случайностей и для выяснения параметров аппаратуры инопланетных абонентов (полоса частот, чувствительность и др.) зонд начинает передачу заложенного на его борту Послания. Первое сообщение может содержать, в частности, телевизионное изображение участка неба, откуда прибыл зонд (для этого он, конечно, должен знать, как выглядит этот участок с той звезды, около которой он находится). В дальнейшем, невидимому, может происходить обучение зонда языку исследуемой цивилизации, что даст возможность значительно углубить контакт.

В чем преимущество такого способа установления контакта? Прежде всего, находясь в зоне обитания искомой цивилизации, зонд даже при скромных энергетических затратах может обеспечить в пункте приема гораздо более мощные сигналы, чем его «родительская» цивилизация. Подобные сигналы можно принять на малонаправленные антенны, что значительно облегчает поиск по направлению для цивилизации-получателя. Отпадает необходимость в длительной непрерывной «службе неба» с целью поиска радиосигналов от подходящих звезд. Наконец, здесь не возникает проблем с выбором частоты сигнала. И, что может быть самое главное, появляется возможность диалога вместо односторонней передачи (и приема) информации. Связь зонда с «родительской» цивилизацией также не представляет труда, ибо между ними может быть установлен высоконаправленный канал связи. Кроме того, на пути следования сигнала могут быть установлены ретрансляторы. Установив контакт с зондом, обнаруженная им цивилизация получает возможность использовать его средства (имеющийся у зонда канал) для связи с цивилизацией-отправителем. В этом случае зонд сам выступает в качестве ретранслятора, вооружая найденную цивилизацию техническими возможностями своей более развитой цивилизации. Если энергетические возможности зонда ограничены, цивилизация-получатель сама может установить связь с цивилизацией-отправителем, используя полученные от зонда координаты и данные, касающиеся параметров канала (частота, полоса, способ кодирования и т. д.).

Развивая описанную стратегию, Брейсуэлл исходил из предположения, что высокоразвитые цивилизации Галактики давно находятся в контакте друг с другом, образуя своего рода «Галактический Клуб» (идея вполне созвучная «Великому Кольцу Разума», описанному в романе И. А. Ефремова «Туманность Андромеды»), Метод зондов, по мнению Брейсуэлла, используется только для поиска и привлечения новых членов. При этом высокоразвитые цивилизации действуют согласованно, производя поиск каждая в своем районе Галактики. Что касается самих членов Клуба, то связь между ними осуществляется по каналам, о которых мы не имеем никакого понятия.

Если эти соображения справедливы, то одно из направлений SETI должно состоять в поисках зонда в Солнечной системе. «Такой зонд, — пишет Брейсуэлл, — может уже сейчас находиться здесь, пытаясь сообщить нам о своем присутствии. <…> Для того чтобы выбрать волну, которая может проникнуть через ионосферу и которая в то же время расположена в исследуемом нами диапазоне, зонд может вначале прослушать наши сигналы, а затем послать их назад. Для нас сигналы зонда будут напоминать эхо с задержками в секунды или минуты типа тех сигналов, о которых 30 лет назад сообщили Штермер и ван дер Пол, и которые так и не получили своего объяснения»[77]. О каких сигналах идет здесь речь?

Рис. 1.13.1. Схема эксперимента по обнаружению радиоэха

Еще в 1920-х годах, на заре развития радиосвязи, было обнаружено, что при определенных условиях сигналы передающих станций регистрируются повторно с некоторой задержкой, как своего рода радиоэхо. Иногда задержки достигали нескольких секунд или даже десятков секунд. Это явление получило название радиоэхо с длительными задержками, по-английски long delayed echoes, или сокращенно LDE.

По-видимому, впервые LDE были зарегистрированы американскими исследователями А. Тейлором и И. Юнгом. Однако систематическое изучение феномена было предпринято по инициативе профессора К. Штермера, известного норвежского исследователя полярных сияний. В декабре 1927 г. в беседе со Штермером радиоинженер И. Халс сообщил, что он регистрировал эхо с 3-секундными задержками от экспериментальной радиостанции PCJJ в Эйдховене (Голландия). Халс полагал, что это было эхо от Луны, Штермер придерживался иной точки зрения — он считал, что радиоэхо приходят от тороидального токового слоя, образуемого электронами, движущимися в геомагнитном поле. Для изучения природы радиоэха Штермер, в сотрудничестве с доктором ван дер Полом из Эйдховена и Халсом организовал серию экспериментов. Передатчик в Эйдховене, работавший на волне 31,4 м, передавал в определенной последовательности импульсные сигналы, которые регистрировались Халсом в Осло (рис. 1.13.1). Первоначально каждый сигнал представлял собой последовательность трех точек Морзе, которые повторялись каждые 5 секунд. Серия экспериментов в начале 1928 г. не дала убедительных результатов. В сентябре 1928 г. режим работы передатчика был изменен: промежуток времени между сигналами увеличился с 5 до 20 с. Это было сделано для того, чтобы однозначно опознать эхо, относящееся к данному сигналу.

Днем 11 октября 1928 г. Халс и Штермер зарегистрировали длинную последовательность эха: сначала время задержки составляло 3 с, затем 4 с, потом возросло от 5 до 18 с. Штермер немедленно сообщил об этом ван дер Полу. Получив это сообщение, ван дер Пол снова измерил режим передатчика, увеличив интервалы между сигналами до 30 с. В тот вечер, 11 октября 1928 г., было зарегистрировано 14 радиоэхо со следующими задержками:

От двух сигналов наблюдалось двойное эхо с задержками (11 с, 15 с) для сигнала № 2 и (8 с, 12 с) для сигнала № 8. Если расположить задержки в зависимости от номера эха, то получим следующую последовательность:

В последующем LDE с переменными задержками регистрировались неоднократно. Так, 24 октября 1928 г. при сильных атмосферных помехах было принято 48 эхо с задержками от 3 до 30 с. Затем ЕВЕ наблюдались 14, 15, 18, 19 и 20 февраля 1929 г., при этом 10 и 20 февраля они были зарегистрированы также английскими исследователями. Все это время передатчик в Эйдховене работал в прежнем режиме. Интересный эксперимент был проведен 28 февраля 1929 г., в этот день была передана новая серия из девяти сигналов следующего вида:

Интервалы между сигналами по-прежнему составляли 30 с. Эхо точно передает эту последовательность сигналов, при этом задержки менялись от 3 до 30 с, за исключением первого сигнала, для которого задержка составила 3,5 минуты. Затем LDE регистрировались несколько раз в апреле 1929 г. В октябре промежуток времени между сигналами увеличили до 1 минуты, было зарегистрировано несколько последовательностей LDE. 7 ноября 1929 г. эксперимент в Эйдховсне был прекращен. Однако изучение радиоэха не прекратилось.

В мае 1929 г., во время работы французской экспедиции по наблюдению солнечного затмения в Индокитае Ж. Голль и Г. Талон провели исследование LDE с борта экспедиционного судна. Установленный на его борту передатчик мощностью 500 Вт генерировал на волне 25 м последовательность импульсов с интервалом 30 с. Были зарегистрированы длинные серии LDE с переменной временной задержкой.

В 1934 г. LDE наблюдал английский исследователь Е. Эпплтон, Позднее, по мере увеличения числа коротковолновых радиостанций, из-за сильно возросшего уровня радиопомех наблюдать LDE стало все трудней и трудней. В 1947–1949 гг. К. Будден и Дж. Ятис попытались исследовать радиоэхо на волне 14,5 м, но не смогли обнаружить его. Постепенно об удивительном феномене стали забывать, хотя время от времени радиолюбители и операторы коротковолновых телефонных станций слышали радиоэхо от собственных передач (регистрировалась разговорная речь и сигналы Морзе, повторенные через несколько секунд). Как можно судить по этим сообщениям, область частот, в которой регистрировались LDE, простиралась от 0,8 до 140 МГц.

В 1967 г. изучение LDE было возобновлено в Стенфордском университете США Ф. Кроуфордом. Эти исследования подтвердили реальность феномена. Правда, в отличие от 20-х годов, в Стенфорде не наблюдались длинные последовательности LDE. Задержки составляли несколько секунд, особенно часто наблюдались эхо с задержками 2 с и 8 с.

Феномен LDE до сих пор не получил удовлетворительного объяснения, Задержке в 3 с (минимальной из наблюдавшихся в 20-е годы) соответствует расстояние отражающей материи 450 тысяч км от Земли, т. е. она должна располагаться далеко за пределами земной атмосферы, где-то в районе лунной орбиты. Между тем, мощность эха превышала треть мощности сигнала, что не соответствовало ожидаемой мощности при естественном отражении от объекта, находящегося на таком расстоянии. Еще сложнее объяснить изменение задержки эха. Если бы оно было связано с перемещением отражающей материи в пространстве, то скорость перемещения должна быть неправдоподобно высока. Этому противоречит то, что интенсивность эха в данной серии остается неизменной, независимо от времени задержки. Неизвестно также, каким образом возникает двойное и тройное эхо (а такие случаи наблюдались). Одним словом, тайна мирового эха осталась неразгаданной.

В конце 60-х годов Ф. Кроуфорд предложил довольно сложный (и довольно искусственный) механизм образования LDE. Согласно его гипотезе, в ионосфере, при определенных условиях, происходит преобразование электромагнитных волн в плазменные колебания. Двигаясь по силовым линиям геомагнитного поля, плазменные волны, в конце концов, разрушаются и освобождают «вмороженную» в них электромагнитную волну, которая и наблюдается в виде LDE. Реальность этого механизма подвергалась сомнению[78]. Но если даже он, в принципе, возможен, в рамках этого механизма очень трудно объяснить постоянство интенсивности эха при различных временных задержках. Ведь чем дольше путешествует волна, тем большее расстояние она проходит, до того как возвратится в исходную точку, тем меньше, следовательно, должна быть ее интенсивность. Однако этого не наблюдается. Наконец, имеются данные, указывающие на связь штермеровских эхо с точками Лагранжа в системе Земля-Луна[79], а именно: время наблюдения LDE коррелирует с временем прохождения точек Лагранжа через меридиан. Можно было бы предположить, что эхо возникает при отражении радиоволн от скопления метеорных тел в окрестностях точек Лагранжа. Однако переменность времени запаздывания и отсутствие изменений интенсивности с изменением времени запаздывания исключает такое объяснение.

Интересная особенность LDE была отмечена Л. В. Ксанфомалити: они неизменно появлялись при освоении каждого нового диапазона радиоволн; в дальнейшем частота их появления в этом диапазоне постепенно падала[80]. Все это наводит на мысль об искусственном происхождении LDE. В 1973 г. молодой английский астроном Д. Лунен, опираясь на идеи Брейсуэлла, выдвинул смелую гипотезу о том, что штермеровские эха представляют собой сигнал инозвездного зонда, находящегося в Солнечной системе[81]. По его мнению, трехсекундные эха, которые наблюдались в конце 1927-начале 1928 годов, означали сообщение: «Я здесь, на орбите вашей Луны». В дальнейшем, когда времена задержки начали меняться, это значило, что зонд перешел к передаче информации.

Рис. 1.13.2. Диаграмма Д. Лунена. По вертикальной оси отложен номер сигнала, по горизонтальной — запаздывание радиоэха в секундах. Справа участок звездного неба в созвездии Волопаса

Д. Лунен пытался интерпретировать эту информацию. Он взял последовательность LDE, наблюдавшуюся вечером 11 октября 1928 г., и построил график зависимости времени задержки эха от номера сигнала (рис. 1.13.2). На графике прежде всего бросается в глаза вертикальный 8-секундный барьер. Слева от него — одна точка, а справа — группа точек, конфигурация которых напоминает фигуру, составленную из наиболее ярких звезд созвездия Волопаса. Правда, в группе из 6-ти точек не хватало одной точки, соответствующей звезде ε Волопаса. Однако если изолированную 3-секундную точку перенести вправо симметрично относительно вертикального барьера, то она попадет приблизительно в то место, где должна быть звезда ε Волопаса. Лунен предположил, что эта звезда специально была выделена зондом, чтобы показать, что он прибыл именно от этой звезды. Далее, Лунен обратил внимание на то, что самая яркая звезда созвездия α Волопаса (Арктур) на его диаграмме находится левее и выше своего истинного положения приблизительно на 7°. Арктур одна из наиболее близких к нам звезд, ее собственное движение довольно велико и составляет 2,29″ в год. Дугу в 7° Арктур проходит за 12600 лет. Любопытно, что если перенести положение Арктура на 12600 лет назад, т. е. против его собственного движения, то он попадет как раз в соответствующую точку на графике Лунена. Отсюда Лунен сделал вывод, что зонд прибыл в Солнечную систему около 13 тысяч лет тому назад; сразу же по прибытии он составил каргу звездного неба и приступил к программе наблюдения за планетами. Все это время зонд терпеливо ждал. А когда у нас появились радиостанции и с Земли стали поступать радиосигналы, зонд активизировался и, в соответствии с программой, начал отправлять нам сигналы обратно.

Итак, зонд прибыл в Солнечную систему со звезды ε Волопаса около 13 тысяч лет назад. Звезда ε Волопаса — это двойная (а точнее тройная) система, расположенная на расстоянии приблизительно 100 св. лет от Солнца. Главный компонент этой системы (ε Волопаса А) представляет собой красный гигант спектрального класса К1. Второй компонент (ε Волопаса В) — звезда главной последовательности спектрального класса А2. Эта звезда, в свою очередь, является тесной двойной системой (спектрально-двойная звезда). По современным представлениям, система ε Волопаса мало подходит для жизни. Но может быть, наши представления не соответствуют действительности?

В интерпретации Лунена есть определенные несоответствия. Мы не будем останавливаться на них (желающие могут познакомиться с комментарием Ю. Н. Ефремова на эту гипотезу в журнале: «Земля и Вселенная». 1973. № 6. С. 70). Изучая более поздние последовательности LDE, Лунен пытался получить дополнительные данные о планетной системе Е Волопаса, в этих интерпретациях много произвола.

В 1976 г. А. В. Шпилевский дал иную интерпретацию «Посланию Зонда»[82]. Он использовал ту же последовательность LDE от 11 октября 1928 г. и применил сходный с Луненом метод дешифровки. Только, в отличие синего, Шпилевский использовал не номер сигнала, а номер эха (см. Гиндилис Л. М. Модель контакта, а не доказательство зонда // Земля и Вселенная. 1976. № 2. С. 78–82) (напомним, что два эха в серии были двойные) и отложил его не по вертикальной оси, а по горизонтальной; по вертикальной оси (сверху вниз) он отложил величину задержки в секундах (рис. 1.13.3). Тогда 8-секундный вертикальный барьер трансформировался у него в 8-секундную горизонтальную линию. Эту линию Шпилевский отождествил с отрезком небесного экватора или эклиптики, а точки, лежащие ниже ее, — с созвездием Кита. Одинокая точка выше экватора после симметричного переноса ее относительно экватора вниз попадала в место, соответствующее τ Кита. Отсюда Шпилевский сделал вывод, что зонд прилетел со звезды τ Кита! С точки зрения наших сегодняшних представлений об условиях существования жизни в Космосе, звезда τ Кита, конечно, предпочтительнее ε Волопаса. Но здесь кроется и коварная опасность: всегда можно подозревать подсознательный, непроизвольный элемент подгонки. В этом смысле позиция Лунена сильнее, ибо трудно заранее подозревать такую неподходящую звезду, как ε Волопаса в качестве отправного пункта зонда. В одной из последующих работ Лунен отметил, что, если смотреть с τ Кита на наше Солнце, то оно будет видно в созвездии Волопаса. Возникает заманчивая идея: нельзя ли предположить, что одна и та же последовательность эха несет двоякую информация — как выглядит наша область неба, если смотреть от них (т. е. с τ Кита), и как выглядит их область неба, если смотреть от нас.

Рис. 1.13.3. Диаграмма А. В. Шпилевского. По горизонтальной оси отложен номер эха, зарегистрированного в Осло 11.10.1928, по вертикальной оси (сверху вниз) — величина запаздывания в секундах. Справа — участок звездного неба в созвездии Кита

Но вернемся к интерпретации Шпилевского. По его мнению, точки горизонтального барьера не только указывают на положение небесного экватора, но несут еще дополнительную информацию о планетной системе τ Кита. При этом он исходит из того, что послание зонда должно быть одновременно и максимально простым для дешифровки и максимально информативным. В этой связи Шпилевский обращает внимание на то, что две правые точки в горизонтальном барьере кажутся лишними, если единственное назначение барьера состоит только в том, чтобы отметить положение экватора (или эклиптики). Тогда с какой целью они были переданы? Шпилевский полагает, что каждая точка барьера отмечает определенную планету в планетной системе τ Кита. Исходя из позиции максимальной информативности, надо принять во внимание также точку пересечения горизонтального барьера с перпендикуляром, опущенным из одинокой точки, который используется для выделения звезды τ Кита. Тогда получим всего 8 точек. Шпилевский интерпретирует это как указание на то, что в планетной системе τ Кита имеется 8 планет. Выделенная из всех точка пересечения барьера с перпендикуляром является 3-й по счету, следуя в направлении возрастания номера эха. Отсюда можно сделать вывод, что зонд прибыл с 3-й планеты системы Тау.

Читатель, несомненно, отметит как остроумие, так и определенную долю произвола этой интерпретации (как, впрочем, и интерпретации Лунена). Любопытно, что Лунен тоже рассматривал вариант, когда по горизонтальной оси откладывается номер сигнала, а по вертикальной — величина задержки в секундах; но никакой ассоциации с созвездием Кита у него не возникло, и лишь повернув картину на 90°, он получил ассоциацию с созвездием Волопаса. Это иллюстрирует роль субъективного фактора в подобных интерпретациях.

Болгарские любители астрономии во главе с Ильей Илиевым применили другой способ дешифровки «послания зонда». Они разбили последовательность задержек эха на пары и каждой паре значений сопоставили декартовы координаты на плоскости (х, у). В результате они получили «изображение» созвездия Льва и определили, что зонд прибыл со звезды ξ Льва (Техника молодежи. 1974. № 4. С. 54). Советский инженер П. П. Гилев усовершенствовал методику болгарских исследователей: он рассматривал не сами задержки эха, а разности между последовательными задержками. В результате он получил «изображение» того же созвездия, но определил, что зонд прибыл со звезды η Льва, и получил много дополнительной информации о планетной системе этой звезды (см.: Техника молодежи. 1977. № 5. С. 58–60). В связи с этим И. С. Лисевич обращает внимание на то, что звезда η Льва входит в созвездие Сюаньюань, откуда, согласно древнекитайским преданиям, на Землю прилетели космические «пришельцы»[83]. Все это очень интересно, но такая многозначность интерпретации настораживает. Невидимому, межзвездное послание должно строиться на каких-то иных принципах, исключающих подобную неоднозначность.

Принципиально иной подход предложен математиком из Омска Р. Т. Файзуллиным[84]. Прежде всего он обращает внимание на то, что если задана некоторая произвольная конфигурация точек (например, конфигурация, полученная Луненом) и некоторое множество других точек или объектов (например, звезд на небесном своде), то при достаточном количестве этих точек мы всегда можем выделить среди них заданную фигуру (теорема Рамсея). Конечно, идеально точного совпадения получить нельзя, но увеличивая мощность множества (в данном случае число звезд, — принимая во внимание все более и более слабые звезды), можно получить сколь угодно точную копию заданной фигуры. Таким образом, ошибка Лунена и его последователей, по мнению Файзуллина, состоит в том, что они пытались, используя задержки эха, построить фигуру, которая выглядела бы как созвездие.

Содержание сообщения, согласно Файзуллину, должно представлять собой объективную информацию, зафиксированную в анналах науки. Поскольку речь идет о космическом послании, информация скорее всего должна относиться к звездам и содержаться в звездных каталогах. Исходя из этого, он предложил сопоставлять задержку эха с номером звезды в некоем звездном каталоге. Развивая эту мысль, Файзуллин пришел к выводу, что данной задаче наилучшим образом удовлетворяет совокупность звезд, упорядоченная по видимым звездным величинам (точнее, по фотоэлектрическим визуальным величинам V). Например, самая яркая звезда — Сириус, за ним следует Канопус, потом Арктур, за ним Вега и т. д. Рассмотрим последовательность звезд, упорядоченную по звездным величинам V:

Согласно идее Файзуллина, задержке 3 с соответствует звезда под номером 3 — это Арктур, задержке 6 с — Капелла, а задержке 8 с — Процион.

Каждой звезде, в свою очередь, можно поставить в соответствие два числа — координаты звезды на небесной сфере. В астрономии используются три системы координат: галактическая, эклиптическая и экваториальная. Файзуллин взял за основу галактическую систему координат, преобразовав ее из сферической в цилиндрическую. Таким образом, каждой задержке можно поставить в соответствие точку в цилиндрической системе координат Файзуллина с координатами (l, Ь), где l и Ь — галактическая долгота и галактическая широта звезды, номер которой равен величине задержки. Совокупность задержек в последовательности эха дает совокупность точек на поверхности цилиндра, которые образуют определенные геометрические фигуры. Математические свойства этих фигур позволяют сделать определенные выводы о природе задержек.

Возьмем, например, первую серию Штермера:

15, 9, 4, 8, 13, 8, 12, 10, 9, 5, 8, 7, 6

Ей соответствует фигура, изображенная на рис. 1.13.4. Она состоит из 8 прямых, из которых две тройки прямых и еще одна пара прямых взаимно параллельны. Может ли это быть случайным? Если взять координаты 50 ближайших звезд (в той последовательности, как они приведены в каталоге), то такой богатой «параллельности» не получается. Не получается она и в том случае, если рассматривать случайные наборы точек. Файзуллин делает вывод, что фигура, соответствующая первой последовательности Штермера, иллюстрирует математическое свойство параллельности.

Рис. 1.13.4. Фигура, соответствующая первой серии Штермера. Согласно Р. Т. Файзуллину, она иллюстрирует математическое свойство параллельности

Изучение последующих серий позволяет углубить представление о математических свойствах получаемых фигур. Интересно, что при этом принимается во внимание не только величина задержек, но и ее дополнение до 20 (напомним, что 20 — это промежуток между посылками импульсов в эксперименте Штермера).

Обработка более длинных последовательностей в независимом эксперименте Эпплтона 1934 г. также дает фигуры с неслучайными геометрическими свойствами. Причем эти свойства симметрии сохраняются при переходе от галактических координат звезд к эклиптическим и экваториальным. Сохраняются они и при изменении начала координат. То есть если за начало координат взять не Солнце, а другую звезду (проверка делалась для α Центавра и для Проциона) и соответствующим образом пересчитать звездные величины других звезд, то геометрические свойства полученных фигур сохраняются. Файзуллин обращает внимание на то, что полученные фигуры «в некотором роде» похожи на так называемые математические конфигурации, простейшим примером которых может служить конфигурация Брианшона-Паскаля (девять точек удовлетворяют следующим условиям: через каждую точку проходит по три прямые и на каждой прямой лежит по три точки из 9 заданных). Все это, по мнению Файзуллина, позволяет предполагать, что задержки радиоэха имеют искусственное происхождение. Но какой смысл, какое содержание скрывается за полученными фигурами?

Забудем на время о радиоэхо. Рассмотрим ближайшие к нам галактики и выберем из них семь-восемь ярчайших: Туманность Андромеды, Двингело 1, Туманность Треугольника и т. д. Упорядочим их по звездным величинам и построим фигуры аналогично тому, как это делалось для звезд, сопоставляемых с задержками эха. Оказывается, в экваториальной системе координат получается фигура, аналогичная конфигурации Паскаля. Определенные «конфигурационные свойства» и их инвариантность относительно преобразований координат имеют место и для ближайших ярких массивных звезд. Какова природа этих конфигураций? Можно ли придать им некий динамический смысл?

Файзуллин рассмотрел так называемую задачу Штейнера: заданы N точек на плоскости или в пространстве; необходимо соединить их отрезками прямых так, чтобы сумма длин этих отрезков была минимальна. При этом можно вводить дополнительные точки, кроме тех, которые заданы. Файзуллина интересовал механический аналог этой задачи, когда минимум длины интерпретируется как некий «экстремальный энергетический принцип» для гравитирующей механической системы. Это позвонило решать некоторые динамические задачи, относящиеся к звездной динамике. Результаты Файзуллин опубликовал в ряде специальных статей и в докладах на конференциях, где он ни словом не упоминал о проблем LDE, ему важно было получить апробацию результатов о «конфигурационных свойствах» в системах звезд и галактик. Эти публикации и выступления вызвали острую дискуссию в части, касающейся попыток автора дать динамическую интерпретацию обнаруженным конфигурациям, но сам факт наличия таких инвариантных конфигураций был признан (как пишет сам Файзуллин, «скрипя сердце»).

Здесь мы подходим к одному из принципов, которому, по мнению Файзуллина, должны удовлетворять любые попытки (гипотезы) интерпретировать задержки радиоэха как контакт с ВЦ: «результаты должны пройти стандартную научную апробацию в виде выступлений на конференциях и в виде опубликованных научных статей (без упоминаний или ссылок на проблему SETI), что должно подтвердить независимую от гипотезы Контакта значимость выявленных математических и физических фактов». Конечно, такая процедура затягивает решение вопроса. «Дешифровка сигнала» перестает быть одномоментным событием. Надо сказать, что близкую мысль высказывали ранее Рудольф Пешек и Джон Билленгем в докладе на конференции ООН по исследованию и использованию космического пространства в мирных целях (Юниспейс-82). Касаясь содержания информации и процедуры ее дешифровки, они писали: «Информация, содержащаяся в сигналах другой цивилизации, может быть достаточно богатой, и тогда на ее изучение уйдут десятилетия, а то и жизнь нескольких поколений. Тогда новости в этой области будут обсуждаться скорее на страницах научных книг и в университетских аудиториях, чем на страницах ежедневной печати»[85].

Вернемся к LDE. Интерпретация задержек по методу Файзуллина привела к определенным математическим конфигурациям, которые не могут получиться при случайном переборе чисел. Дальнейшее изучение показало, что сходные конфигурации наблюдаются в упорядоченных системах звезд и галактик и, вероятно, отражают какие-то природные закономерности, происхождение которых пока неясно. Не может ли Послание зонда намеренно указывать на эти математические закономерности, чтобы подчеркнуть искусственный характер сигнала. Как отмечает Файзуллин, по идее это перекликается с предложением Гаусса о построении фигуры, иллюстрирующей теорему Пифагора (см. Введение).

Принимая искусственную интерпретацию задержек, можно ли определить местоположение зонда? Файзуллин предпринял такую попытку, в определенной мере отступив от принятой им строгой методологии. Он обращает внимание на то, что большинство задержек и в двадцатые (1920-е) годы и в более поздних экспериментах Кроуфорда равнялось восьми. Задержке 8 отвечает звезда Процион. Если взять последовательность Штермера, которую использовал Лунен для определения местоположения зонда, то, следуя процедуре Файзуллина, мы получим фигуру из треугольников с общей вершиной в точке, отвечающей расположению Проциона. Файзуллин приводит и другие аргументы, указывающие на Процион, на которых мы останавливаться не будем. Читатель может познакомиться с ними в цитированной выше статье (см. сноску 84).

Подход Файзуллина представляется методологически более строгим по сравнению с предыдущими попытками расшифровки мирового эха. Однако сомнительным остается намерение искать в последовательности задержек определенную содержательную информацию. Если исходить из гипотезы зонда, то последовательность LDE, видимо, не предназначена для дешифровки: скорее всего, это был сигнал привлечения внимания. (Может быть, математические конфигурации Файзуллина и являются таким сигналом привлечения внимания.) Если это так, то, в соответствии со стратегией контакта, нам следовало отправить сигнал обратно, соблюдая ту же последовательность задержек. Однако в то время этот шанс был упущен. В 1980–1981 гг. горьковские радиоастрономы провели пробную радиолокацию точек Лагранжа в системе Земля-Луна с целью поиска зонда в этих точках. Результат оказался отрицательным (см. гл. 7). Было бы желательно продолжить эти эксперименты. Высказывались также предложения о посылке космического аппарата в точки Лагранжа и о постановке специального эксперимента по исследованию LDE на космических аппаратах, направляемых к планетам Солнечной системы (Л. В. Ксанфомалити). Было бы также полезно воспроизвести старые сигналы в той же последовательности задержек, которые наблюдались в 1920-х годах, чтобы сообщить зонду, что мы наконец-то поняли его сообщение и посылаем сигнал готовности к контакту.

1.14. Послание внеземным цивилизациям

Основные усилия в плане SETI направлены на обнаружение внеземных цивилизаций (путем приема сигналов, поиска следов астроинженерной деятельности и т. п.). Это пассивные методы. Можно ли ограничиться только ими? Логично думать, что для достижения успеха следует сочетать пассивные методы с активными, т. е. посылкой собственных сообщений внеземным цивилизациям. В § 1.6 мы рассмотрели стратегию С. Э. Хайкина, основанную на том, что цивилизация, желающая подключиться к системе межзвездной связи, должна послать сигнал о своей готовности к этому.

На необходимость сочетания пассивных и активных методов в поисках ВЦ обращал внимание Андрей Дмитриевич Сахаров.

Первое послание в Космос было направлено 19 ноября 1962 г. из Центра дальней космической связи СССР в Евпатории во время эксперимента по радиолокации Венеры, по инициативе О. Н. Ржиги; было отправлено радиотелеграфное сообщение, состоящее из трех слов: «Мир, Ленин, СССР». Страна, отправившая его, уже сошла со сцены истории, но радиоволны продолжают нести послание со скоростью света через звездные дали. Кто знает, быть может, когда-нибудь на пути их встанет чаша чужой антенны и неведомые нам существа прочтут таинственные для них три слова…

Прошло 12 лет, и вот 16 ноября 1974 г. с обсерватории Аресибо ушло новое послание в Космос. Оно было отправлено с уже знакомого нам 300-метрового радиотелескопа к шаровому скоплению М 13 в созвездии Геркулеса, расположенному на расстоянии около 25 тысяч св. лет от Солнца. Луч радиотелескопа целиком покрывает все скопление, насчитывающее сотни тысяч звезд. Если хотя бы около одной из них имеется цивилизация, способная принимать радиосигналы, она может обнаружить наше послание.

Рис. 1.14.2. Расшифровка радиопослания Аресибо (пояснения в тексте)

Что же представляет собой это послание? Оно содержит 1679 бит информации. Каждый бит передается с помощью импульса на одной из двух близких частот в диапазоне 2380 МГц. Если импульсы на одной частоте изображать нулем, а на другой — единицей, то мы получим сообщение, состоящее из 1679 двоичных знаков, фрагмент которого воспроизведен на рис. 1.14.1. Число 1679 представляет собой произведение двух простых чисел: 23 и 73. Наши адресаты должны догадаться, что это неспроста: по-видимому, для расшифровки надо применить «телевизионную» развертку изображения, состоящую из 23 строк по 73 элемента в строке, либо из 73 строк по 23 элемента. Чтобы сделать это изображение наглядным, будем каждый «0» изображать черным квадратиком, а каждую «1» — белым. Тогда получим изображение, показанное на рис. 1.14.2. Оно соответствует второму варианту (73 строки по 23 элемента) и носит явно не случайный характер (если принять первый вариант «развертки», то никакой «осмысленной» картины не получается). На рисунке справа дана расшифровка послания. В первом ряду двоичным кодом изображены числа натурального ряда от 1 до 10. Второй ряд — это метки чисел. Третий ряд содержит числа: 1, 6, 7, 8, 15; это — атомные номера водорода, углерода, азота, кислорода и фосфора— химических элементов, лежащих в основании земной жизни. Затем следует 12 групп, каждая из которых состоит из 5 элементов — это молекулы, важные для жизни и состоящие из указанных выше элементов: числа изображают химические формулы этих молекул. Например, 5-я группа не содержит атомов водорода, углерода и азота, а содержит 4 атома кислорода и 1 атом фосфора, следовательно, это фосфатная группа РО_4. В число важнейших молекул включены 4 нуклеотида: тимин, гуанин, аденин, цитозин (с помощью которых осуществляется кодирование наследственной информации), молекула сахара дезоксирибозы и др. Под этими группами изображена двойная спираль ДНК (6-й ряд). Число нуклеотидов в ДНК (около 4 млрд) изображено в центре спирали — 5 ряд. Ниже — фигура человека. Поскольку двойная спираль заканчивается на схематическом изображении человека, это, по замыслу авторов послания, должно указывать на связь ДНК с разумными существами, передававшими послание. Справа от фигуры человека изображено число 14, указывающее рост человека. За единицу длины при этом принимается длина волны радиоизлучения, несущего послание. Она равна 12,6 см. Таким образом, рост человека здесь равен 12,6 см × 14 = 176 см. Слева от фигуры человека число 4 10^9 — численность человеческого рода на момент отправки послания. Ниже (в 10-м ряду) изображена схема Солнечной системы. Видно, что она содержит 9 планет. Третья планета выделена из общего ряда, что указывает на ее особую роль; поскольку она приближена к человеку, можно заключить, что именно на этой планете обитают разумные существа, отправившие послание. Наконец, в самом низу изображена схема радиотелескопа Аресибо и указан его диаметр — 306 м.

Шаровое скопление в созвездии Геркулеса имеет номер 13 в каталоге, составленном Ш. Мессье в 1781 г. (отсюда его обозначение М 13). Обыгрывая это обозначение, поэт Юлиан Долгин написал следующее шутливое стихотворение по поводу данного послания:

Мессье, ау!

Mon cher ami!

Черт знает, есть вы или нет.

Но мы являемся людьми

И шлем космический привет.

У нас одна есть голова,

И две руки, и две ноги.

Посланья нашего слова

Осилят ли Мессье мозги?

За два года до радиопослания к созвездию Геркулеса была предпринята попытка направить внеземным цивилизациям послание другого рода. Это послание находится на космическом корабле «Пионер-10». Он был запущен в 1972 г. для исследования внешних планет Солнечной системы. В 1979 г. аппарат пересек орбиту Урана и в настоящее время находится у границ Солнечной системы. Ему потребуется 100 тысяч лет, чтобы пройти расстояние до ближайшей звезды Альфа Центавра. Блуждая в межзвездном пространстве, корабль, возможно, попадет когда-либо в зону обитания иной цивилизации. Вероятность этого события, учитывая, как редко распределены звезды в пространстве, исчезающе мала, но не равна нулю! Имея в виду этот шанс, конструкторы корабля сочли возможным снабдить его текстом послания с Земли.

Рис. 1.14.3. Послание внеземным цивилизациям на космическом аппарате «Пионер-10». Вверху слева — фото авторов послания: К. Саган, Л. Саган и Ф. Дрейк

Оно представляет собой пластинку размером 15 × 25 см с выгравированным на ней рисунком, которая укреплена на борту корабля. В верхнем левом углу пластинки (рис. 1.14.3) изображена схема водорода с параллельной и антипараллельной ориентацией спинов протона и электрона. Если инопланетные физики разгадают наш замысел, то они поймут, что речь идет о спектральном переходе, при котором излучается радиолиния водорода 21 см. Это позволяет сразу установить единицы длины и времени: единица длины 21 см, единица времени — период, соответствующий частоте радиолинии водорода 1420 МГц. Под атомом водорода помещена фигура, состоящая из нескольких лучей, исходящих из одной точки. Двоичные числа над каждым лучом указывают на значение какого-то параметра. Судя по числу значащих цифр, этот параметр определен с очень высокой точностью. Единственным таким параметром может быть только период пульсаров. Итак, каждый луч указывает направление от нашей звезды (Солнца) на соответствующий пульсар. А так как их астрономы знают направление на те же пульсары со своей звезды, то они могут определить положение Солнца относительно своей звезды. Но это еще не все. Период пульсаров меняется со временем. Сравнивая значения периодов, указанных на схеме, с известными им, инопланетные астрономы смогут определить эпоху составления послания. Справа от схемы с пульсарами, на фоне космического корабля (уже известного инопланетянам) изображены обитатели Земли — мужчины и женщины. Двоичным числом справа указан рост женщины: он равен 8 единицам. Поскольку за единицу длины принята длина волны 21 см, то рост женщины получается 21 см × 8 = 168 см. Внизу изображена схема Солнечной системы из 9 планет. Третья планета выделена из общего ряда и показано, что именно с нее стартовал космический корабль, доставивший послание.

Гораздо более богатая информация, адресованная внеземным цивилизациям, находится на борту космических аппаратов «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Они были запущены в 1977 г. тоже для исследования внешних планет Солнечной системы. С помощью этих аппаратов были получены великолепные фотографии Юпитера и Сатурна, а также их спутников. Завершив свою миссию у Сатурна, «Вояджер-1» направился к границам Солнечной системы, а «Вояджер-2», совершив гравитационный маневр, прошел вблизи Урана и Нептуна. Он получил фотографии этих далеких планет, их спутников (некоторые из них были открыты благодаря «Вояджеру») и передал на Землю много ценнейшей информации об Уране и Нептуне. Теперь он также движется к границам Солнечной системы.

Рис. 1.14.4. Космический аппарат «Вояджер». Вверху слева в увеличенном виде показан алюминиевый контейнер с информационной пластинкой, на крышке которого выгравирована инструкция по пользованию пластинкой

На борту каждого аппарата находится информационная пластинка с записью звуковых и видеосигналов. Пластинка покрыта золотом для предохранения от эрозии под действием космической пыли (рис. 1.14.4).Что же содержит послание? 75 % записи посвящено музыке. По мнению авторов послания, сам корабль, с его сложной научной аппаратурой и компьютерами, будет достаточным свидетельством нашего технического развития. Но он ничего не скажет об эстетической или философской сторонах человеческой личности. Музыка представляется хорошим средством выражения этих аспектов. В запись включены произведения Баха, Бетховена, Моцарта, Стравинского, западная легкая музыка (джаз, рок-н-ролл, блюз), классическая музыка Индии, Явы, Японии, древнекитайское произведение для семиструнной гитары, народная музыка Перу, Болгарии, Австралии, Африки, мелодии народов Советского Союза: русские песни, азербайджанская музыка для волынки и грузинское хоровое пение. Остальные 25 % записи послания «Вояджеров» состоят из голосов людей, различных звуков Земли (шум ветра, плеск волн, пение птиц) и 116 рисунков, закодированных в видеосигнал. Человеческие голоса записаны д форме приветствий на 55 наиболее распространенных языках Земли.

Рис. 1.14.5. Фрагмент музыкального послания «Вояджера»

Рис. 1.14.6. Фрагмент послания «Вояджера» с приветствием от жителей Земли

На рис. 1.14.6 воспроизведен фрагмент с текстом приветствия, который содержит приветствие на русском языке: «Здравствуйте, приветствую вас!».

Рис. 1.14.7. Послание «Вояджера». Обучение арифметике

Рисунки, фотографии и схемы, отправленные на «Вояджере» в форме видеосигнала, расположены в определенном порядке, облегчающем дешифровку изображений. Для передачи научной информации прежде всего необходимо договориться о способе выражения количественных соотношений. На рис. 1.14.7 показан пример обучения земной арифметике. Точки на кадре изображают количества (числа) от 1 до 6, рядом дается изображение этих чисел в двоичной и десятичной системах счисления. Показан пример записи больших чисел с помощью степени числа 10 (1000 = 10^3). Далее вводятся операции над числами (включая целые числа и дроби).

Рис. 1.14.8. Послание «Вояджера». Введение единиц измерения

Следующий шаг связан с введением единиц измерения основных физических величин (рис. 1.14.8). На рисунке вверху слева изображена уже знакомая нам схема атома водорода, излучающего радиолинию на частоте 1420 МГц. Период колебаний, соответствующий этой частоте, принимается за единицу времени. По отношению к ней определяется секунда, сутки, год. За единицу массы принимается масса атома водорода, по отношению к ней определяются: грамм, килограмм, масса Земли. Справа от схемы атома водорода показан участок синусоиды с длиной волны 21 см, которая принимается за единицу длины. По отношению к ней определяются: сантиметр, ангстрем, метр, километр.

Рис. 1.14.9. Послание «Вояджера». Сведения о Солнечной системе. Большой круг вверху слева изображает Солнце, далее следуют планеты: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. У Сатурна и Урана отмечено кольцо. Числа под каждой планетой означают: размер в км, расстояние от Солнца, масса, выраженная в единицах массы Земли, и период вращения вокруг собственной оси, в земных сутках. Данные для Плутона не точны

На рис. 1.14.9 показаны два кадра с изображением основных сведений о Солнечной системе. Поскольку способ записи чисел уже известен, и единицы измерения введены (на предыдущих кадрах), то можно выразить численные значения параметров Солнечной системы. Приводятся массы планет, их размеры, расстояния от Солнца, периоды обращения вокруг собственной оси. На следующих кадрах послания (рис. 1.14.10) изображена схема строения атомов водорода, углерода, азота, кислорода — химических элементов, лежащих в основании земной жизни; там же показана схема строения ДНК. Послание содержит также видеоизображения различных пейзажей и ландшафтов, изображения растительного и животного мира Земли, различных типов людей и различных форм человеческой деятельности (войны здесь не показаны).

Рис. 1.14.10. Послание «Вояджера». Химические основы жизни

Если это послание когда-нибудь попадет к внеземным цивилизациям, смогут ли они расшифровать его? Касаясь этого вопроса, один из составителей послания художник Джон Ломберг пишет: «Мы отдаем себе отчет в философском, умственном, семантическом и культурном богатстве нашего послания с Земли, но может случиться так, что даже развитая раса инопланетян не сможет ничего понять. С другой стороны, поскольку корабль «Вояджер» могут обнаружить существа, имеющие более высокий уровень развития, мы можем предположить, что они не только интеллектуальны, но и опытны. Если их опыт показал им различные пути познания Вселенной и если они очень захотят расшифровать послание, они смогут распознать наши намерения и получат изображение нашей планеты и нас самих. И даже если послания не будут найдены никогда, они послужат нам хорошим уроком в составлении и предугадывании посланий из космоса, если SETI когда-нибудь увенчается успехом»[86].

Сказанное Ломбергом в отношении посланий «Вояджеров» можно отнести и к радиосообщениям. С момента отправки «Послания Аресибо» прошло 25 лет, и лишь тогда радиопередачи с Земли нашим далеким братьям были возобновлены в рамках международного проекта «Cosmic Call». Он является частью более обширного проекта «Encounter 2001» («Встреча третьего тысячелетия»). Инициатор проекта — американский бизнесмен Чарльз Чейфер предложил осуществить его на коммерческой основе, привлекая частные средства участников проекта. Суть «Cosmic Call» состоит в передаче радиосообщений к ближайшим звездам с помощью мощного планетного радиолокатора. Попасть в список участников может каждый, заплативший 15 долларов США, это дает ему право отправить индивидуальное послание, не превышающее 30 слов. Предполагалось, что для передачи сообщений будут использоваться планетные радиолокаторы в Аресибо или Голдстоуне. Однако из-за чрезвычайной загруженности инструментов осуществить эти планы не удалось. Тогда А. Л. Зайцев из Института радиотехники и электроники (ИРЭ РАН), работающий на радиолокаторе, установленном в фокусе 70-метровой антенны в Евпатории (по программе защиты Земли от астероидов), предложил использовать этот локатор в проекте «Cosmic Call».

В период с 24 мая по 1 июля 1999 г. из Евпатории осуществлено 4 сеанса передачи информации к четырем звездам солнечного типа (см. таблицу).

Послание состоит из двух частей. Первая часть содержит основное сообщение и нескольких вспомогательных. Вторая часть — имена и индивидуальные письма участников проекта (около 50 тысяч). Основное сообщение состоит из 23 страниц. Каждая страница представляет собой последовательность 16129 (127×127) двоичных символов. Первые несколько страниц вводные: стр. 1: «Числа», стр. 2: «Операции», стр. 3: «Экспоненциальные представления», затем идут сведения по астрономии, биологии, географии. Страница 21 описывает антенну и передатчик Евпаторийского радиолокатора. Последняя страница приглашает любого, кто прочитал послание, откликнуться и, если можно, сообщить сведения о своей цивилизации. Помимо основного сообщения (из 23 страниц), первая часть Евпаторийского послания содержит описание проекта «Encounter 2001» (составленное Ричардом Браастадом), список участвующего в этом проекте персонала и, наконец, в первую часть включено «Послание Аресибо». Общий объем Евпаторийского послания более 1,7 миллиона двоичных единиц.

Коммерческая основа «Cosmic Call» вызывает определенные сомнения, поскольку представляется предпочтительным, чтобы в космическом контакте, во всяком случае на стадии его установления, субъектом выступали цивилизации, а не отдельные индивидуумы. С другой стороны, такая организация проекта позволяет привлечь к нему внимание широкой общественности, что может быть полезно для целей SETI. Как бы там ни было, проект отражает современный уровень сознания нашей земной цивилизации.

Иногда высказываются сомнения в отношении активных методов поиска, особенно в отношении передачи сообщений по каналам связи — из опасения, что таким путем наша цивилизация может обнаружить себя перед лицом грозных и могущественных обитателей Космоса. Эти опасения основываются на историческом опыте взаимодействия цивилизаций на Земле. До сих пор взаимодействие протекало таким образом, что более сильная цивилизация стремилась подчинить себе более слабую. В какой мере это можно распространять на космические цивилизации? В стремлении к подчинению человечество подошло к опасной черте, поставив себя на грань самоуничтожения. Поэтому можно думать, что возникновение нового мышления, важнейшим элементом которого является переход от конфронтации к сотрудничеству, является не случайным. Существует, видимо, определенная связь между уровнем развития, уровнем знаний цивилизации и ее нравственным состоянием. Причем связь не обратная (как часто бывало на Земле), а прямая: т. е. чем выше уровень развития цивилизации, уровень ее знаний и культуры, тем выше должны быть ее нравственные принципы[87]. Этот закон неизбежно вступает в силу, когда цивилизации достигают определенной ступени развития, ибо знание в безнравственных руках становится разрушительным и неминуемо ведет к самоуничтожению.

«Познание и нравственность — две грани,

В единстве выступающие четком»[88].

Чтоб высшее открылось людям Знанье,

Им нравственность высокая нужна.

А чтоб быть нравственным, необходимо знанье —

Зачем нам эта нравственность. Тогда

Ее сознательно мы применим в сердце

И путь откроем к знанию себе.

Впрочем, опасения обнаружить себя с помощью радиосигналов неосновательны по другим причинам. Действительно, если некие цивилизации способны представлять угрозу для человечества, они должны быть достаточно развиты в научном и техническом отношении. Поэтому их информация об окружающем пространстве не зависит от нашей SETI-актнвности. В частности, нашу цивилизацию легко обнаружить по радиоизлучению телевизионных станций (не говоря уже о других методах обнаружения, доступных высокоразвитой цивилизации).

Одним из тех, кто решительно не соглашался с позицией — ограничить нашу SETI-активность только поисками сигналов ВЦ, был А. Д. Сахаров. В ответе на анкету CETI в 1971 г. он писал: «При этом я хотел бы отметить важность проектных работ по посылке сигналов, доведенных до конкретного осуществления некоторых проектов — только так можно понять тонкие аспекты проблемы контактов. Здесь, как и в других делах, эгоисты, в конце концов, оказываются в проигрыше» (Земля и Вселенная. 1990. № 6. С. 63–67).

Еще одно возражение против передачи сигналов сводится к тому, что ответ на свое послание (если он вообще будет) мы полущим в лучшем случае через многие десятилетия. Касаясь этого вопроса А. Л. Зайцев пишет: «А разве бескорыстная мессианская деятельность, несущая братьям по разуму благую весть «Вы не одни!», и их озарение ошеломляющим открытием искусственного происхождения нашего послания сами по себе не могут являться достойными целями землян и оправданием радиовещания для ВЦ? Представьте на мгновение нас на их месте и наш прорыв в бесконечность после обнаружения сигнала ВЦ. Так почему бы не предоставить такой шанс другим?»[89] В самом дели — почему?

В конце XX века отправить свое послание в Космос решили дети Земли. В июле 2000 г. в Москве проходила Международная встреча «Дети Европы XXI века». При подготовке к Встрече группа ребят из Московского городского Дворца творчества детей и юношества решила подготовить Послание внеземным цивилизациям от детей Земли и приступили к его подготовке. В инициативную группу входили Вячеслав Авдеев, Анатолий Аникеев, Татьяна Аникеева, Андрей Гутионтов, Егор Киселев, Виктория Путанш и Владимир Филиппов. В рамках самой Встречи работала секция «Послание внеземным цивилизациям», которая обсудила проект Послания и представила его на рассмотрение Встречи. Было решено продолжить работу над Посланием, подключив к ней с помощью Интернета всех желающих. Участники проекта согласились в том, что Послание должно содержать информацию о нашей цивилизации, о тех, кто его посылает. При этом в Послании должен найти отражение детский взгляд на мир и его проблемы. Содержание Послания включает текстовую часть, рисунок, музыку и описание (алгоритм) некоторых игр.

Было решено включить в текст список ключевых слов, важных для нашей цивилизации и отражающий детский взгляд на проблему. В список вошли следующие 14 слов: Мама, Мир, Земля, Космос, Контакт, Разум, Жизнь, Радость, Дружба, Любовь, Общение, Свобода, Дети, Человек.

В игровую часть после длительных дискуссий и отбора было решено включить три игры: шашки, шахматы и «крестики-нолики». Все они отражают интеллектуальный мир человека, а «крестики-нолики» в дополнение еще и любимы детьми и легки для передачи.

Рис. 1.14.11. Эмблема послания ВЦ от детей Земли

Наиболее тщательно разработана изобразительная часть Послания, которая также служит его эмблемой (рис 1.4.11). Авторами ее являются Владимир Филиппов и Егор Киселев. При построении рисунка-эмблемы используется значение несущей длины волны Евпаторийского локатора 6 см, а также преобразования этой частоты с использованием числа 3 как целочисленной части π.

Центральная часть эмблемы представляет собой лицо человека-землянина, помещенное в круг диаметром 6 см, что равно несущей длине волны, уже известной получателю, это задает масштаб для определения других линейных величин. Следующий круг окаймлен волнообразной линией, длина волны которой также соответствует несущей волне Послания 6 см, что является дополнительной подсказкой. Третья окружность, на которой изображены символические фигурки человечков, представляет собой образ поверхности планеты, где обитает человечество. Диаметр ее втрое превышает диаметр первого круга и равен 18 см, что соответствует длине волны радиолиний гидроксила. Если количество человечков (54) разделить на 3 (приближенное значение числа π), то получится вновь число 18, что указывает на его важность в структуре Послания. Если получатели догадаются, что это — длина волны линии гидроксила в наших единицах, они смогут установить соотношение между единицами длины в своей и нашей системе. Под поверхностью изображена волнистая линия, длина волны ее 1,35 см, что соответствует длине волны радиолинии воды и, следовательно, указывает на воду, как важный элемент для жизни на Земле. Кроме того, это указывает на существование гидросферы, обитатели которой символически представлены фигурками дельфинов. Над поверхностью Земли изображены обитатели атмосферы (птицы) и тем самым дается понятие о пригодности воздушной среды планеты для жизни.

Внешнюю окружность окаймляют 10 кружков, в которых содержится научная информация, а также информация о других сферах человеческой деятельности. Каждый из этих кружков имеет диаметр 6 см, что опять возвращает нас к несущей длине волны и дает подтверждение принятого масштаба. Число кружков символизирует десятичную систему счисления, принятую на Земле. (Глубокое значение десяти — декады раскрывается в пифагорейской математике, вероятно, известной инопланетянам.) В верху каждого кружка имеются вертикальные палочки: I, II, III, IIII… IIIIIIIIII. Нетрудно понять, что это числа натурального ряда. Если после каждого такого числа поставить знак «=» и за ним символы 1, 2, 3, 4…., 10 (I = 1, II = 2, III = 3, IIII = 4…, IIIIIIIIII = 10), то можно догадаться, что общий для всех символ «=» обозначает соотношение равенства, а стоящие за ним символы — обозначение натуральных чисел в принятой на Земле системе счисления. Так как последнее число является двузначным, это указывает на то, что у нас принята десятичная система счисления.

Первый кружок изображает, как выглядит наша Галактика при наблюдении с ребра; стрелкой показано положение Солнечной системы. Второй кружок изображает схему Солнечной системы; фигурка человека на третьей планете указывает, что послание пришло оттуда. Сама планета изображена на третьем кружке. Видны очертания материков и мирового океана; материки изображены черным цветом, океаны — белым (эго, конечно, условно: инопланетяне могут изобразить, наоборот, материки — белым, а океан — черным). Фигурка человека на одном из материков указывает на то, что люди оби тают на суше. На том же кружке схематически показан естественный спутник Земли — Луна. На 4-м кружке изображена жизнь на Земле, основные ее царства: растительное, животное и человек. Пятый кружок воспроизводит известную «космограмму Дрейка». Здесь изображена человеческая семья (папа, мама и я). Показано, что семья двуначальна. В отличие от космограммы Дрейка, фигурка ребенка здесь выделена — это символизирует тот факт, что данное послание исходит от детей. На 6-м кружке изображен земной дом человека; он находится на одном диаметре с кружком, где изображена наша Галактика — космический дом человечества. 7-й кружок изображает человеческое тело в пропорциях золотого сечения. На 8-м кружке изображен древнейший космогонический символ из китайской «Книги перемен». В центре известный символ Ян и Инь, а черточки вокруг него — 8 основных триграмм, символизирующих жизненный цикл. Включение этого символа в Послание, по мнению авторов, помимо философского содержания, демонстрирует нашу дань уважения к древности, к ценностям иных культур, что должно быть очень важным при межзвездных контактах. На 9-м кружке показана игра в «крестики и нолики» (игра является частью человеческой культуры). На рисунке изображены два исхода этой игры: когда побеждают нолики, и когда побеждают крестики. Наконец, последний, 10-й кружок посвящен технике; причем из множества технических достижений выбран радиотелескоп, так как с помощью него осуществлено Послание.

Для передачи эмблемы может быть использована та же процедура, что и в «Послании Аресибо».

Музыкальная часть Послания включает 8 мелодий, предложенных теми же ребятами, которые составили эмблему Послания — Егором Киселевым и Владимиром Филлиповым. При отборе произведений они руководствовались не личными симпатиями, а желанием рассказать с помощью музыки об эмоциях, чувствах, творческих способностях носителя разума на Земле.

По первоначальным наметкам в качестве позывных выбрана мелодия романса Е. Шашина на стихи М. Ю. Лермонтова «Выхожу один я на дорогу», где содержатся такие замечательные слова: «…И звезда с звездою говорит», которые могут быть эпиграфом ко всему проекту. Далее следует Финал 9-й симфонии Людвига Ван Бетховена на слова оды Шиллера «К радости». По мысли авторов в этом произведении раскрывается суть каждого человека и всего человечества, его гуманистические идеи и психология. Третий раздел музыкального послания — Токатта и фуга ре минор Иоганна Себастьяна Баха. Авторы так аргументируют свой выбор: «…вся картина представляет собой 8-минутный восход солнца, где широкие и певучие аккорды живо описывают нам туман и облака, а беглые пассажи — лучи солнца, пробивающиеся сквозь туман. Чем не пейзажное представление о нашей планете?» Еще одна пейзажная зарисовка: Антонио Вивальди «Времена года. Март». Allegro. Помимо изображения природы, музыка несет в себе радостный весенний позитивный настрой земного человека. Затем следует Этюд № 12 опус 10 «революционный» Фредерика Шопена. Здесь слышится смятение, боль, злость и отчаяние от бессилия что-либо сделать; и в то же время поверх всей этой гаммы чувств — призыв к борьбе. Авторы считают, что это произведение достойно того, чтобы быть посланным, как «чистый пример человеческих эмоций, не отягощенных никакими образами». Остальные произведения пока в стадии обсуждения. Предполагается включить песню Александра Дольского «Исполнение желаний» и две детские песни. Первая «Галактика орлят». Музыка неизвестного автора на стихи Виктора Макарова. В песне, родившейся в пионерском лагере «Орленок», говорится о дружбе высокоразвитых обитателей на нашей планете (людей и дельфинов) и о мечтах орлят, устремленных к звездам. Включение этой песни в Послание знаменует факт осуществления орлятской мечты. Вторая песня — Владимир Ланцберг «Алые паруса». Здесь говорится об одном из самых прекрасных человеческих чувств — о любви, и еще о вере (не о суеверии, а о вере) в чудеса. Наконец, в музыкальную часть Послания ребята включили музыкальную интерпретацию энцефалограммы человеческого мозга, выполненную Егором Киселевым. Предусматривается, что сюда могут быть добавлены и другие мелодии по предложениям участников проекта.

Сейчас, когда пишутся эти строки (ноябрь 2000), Послание еще не завершено. Наверное, основные идеи его все же сохранятся и, быть может, будут найдены средства для его передачи в Космос[90].

Идея использовать музыку и игры в обмене информацией между космическими цивилизациями принадлежит замечательному советскому астрофизику Викторию Фавловичу Шварцману. Он высказал ее в 1975 г. на Зеленчукской школе-семинаре CETI, но опубликовать ее ему удалось много позднее (первая публикация относится к 1983 г., последующая — к 1986 г.[91]). Обосновывая целесообразность передачи игр, Шварцман отмечал, что правила игр имеют очень небольшую длину в битах, но они несут в себе гигантскую информацию о всех партиях, которые когда-либо были сыграны и которые, вообще, могут быть разыграны. Передавая правила игры, мы как бы сообщаем нашим партнерам ключ ко всем миллиардам партий, а дальше игра сама раскрывает свое богатство в процессе функционирования. Уже само устройство игр (скажем, число клеток шахматного поля порядка 10^2) позволяет сделать важные выводы о функционировании нашего мозга, а передача нескольких образцов партий, разыгранных между людьми, дает весьма тонкую информацию о том, что представляют собой современные люди. Особый интерес для суждения об особенностях человеческой психики представляют те игры, где наряду с логикой существенную роль играет случай (домино, преферанс и т. п.), или даже такие, где результат, вообще, от логики не зависит (лотерея, рулетка). «В играх, — пишет Шварцман, — находят отражение типичные методы мышления, склонности характеров, ценностные установки и т. п.»

Передача произведений искусства, и прежде всего музыки, позволяет сообщить важные сведения о самих себе. Так об устройстве человеческой психики наша музыка или поэзия могут поведать высокоразвитой цивилизации много больше, чем данные нейрофизиологии и нейропсихологии, считает Шварцман. При различии в уровнях цивилизаций важную роль играет многоплановость и многоуровневость произведений искусства. Научное сообщение, как правило, построено на иерархическом принципе. Пропуск той или иной части сообщения — вследствие технических помех или по каким-либо иным причинам, например, из-за лингвистического непонимания текста — затрудняет или даже полностью исключает возможность понимания большинства следующих частей. К произведениям искусства это не относится.

Что касается технической стороны передачи музыки внеземным цивилизациям, то, по мнению А. Л. Зайцева[92], наилучшим способом ее реализации является использование терменвокса. Этот уникальный музыкальный инструмент был изобретен замечательным ученым и инженером Львом Сергеевичем Терменом в 1918 г. Он представляет собой два идентичных автогенератора — опорный и управляемый плавными движениями руки исполнителя вблизи антенны. Разностная частота генераторов и есть рождаемая мелодия. Таким образом — это единственный в своем роде бесконтактный электромузыкальный инструмент. Терменвокс генерирует узкополосный квазисинусоидальный сигнал с гладкой частотной модуляцией без разрывов фазы при смене частот, что делает его оптимальным для обнаружения и выделения из шумов космоса. Для излучения в космическое пространство по радиоканалу сигнал терменвокса необходимо перенести вверх по частоте в сантиметровый диапазон.

Развивая идеи Шварцмана, Зайцев отмечает, что музыка более универсальна и доступна для понимания, чем обычные «логические» языки. Она передает эмоциональные состояния человека, и это есть очень ценная и нестареющая информация о землянах и о нашей цивилизации в целом, она уникальна, как уникально всякое творчество и заведомо неизвестна абоненту. Зайцев предложил подготовить Первый терменвокс-концерт и передать его в космос непосредственно или в записи из Аресибо или Евпатории. Не исключено, что в концерт (если он состоится) будут включены произведения из Детского послания внеземным цивилизациям.

1.15. Межзвездные перелеты

Это почти неподвижности мука —

Мчаться куда-то со скоростью звука,

Зная прекрасно, что есть уже где-то

Некто, летящий со скоростью света.

Л. Мартынов

В предыдущих параграфах, обсуждая различные возможности связи с внеземными цивилизациями, мы не касались проблемы межзвездных перелетов. Это самостоятельная научная проблема, ведь путешествовать к звездам можно не только для установления контактов с ВЦ. Но, конечно, если такие путешествия возможны, они непременно будут использованы для целей SETI.

В начале XX века межпланетные перелеты казались полнейшей фантастикой и, если о них можно было думать, то как о чем-то, относящемся к очень далекому будущему. Тем не менее, уже с середины века межпланетные полеты автоматических аппаратов стали реальностью. И сейчас в «повестке дня» космонавтики поставлены пилотируемые полеты к другим планетам (прежде всего к Марсу). А сможем ли мы сделать следующий шаг — к звездам? Переход от межпланетных перелетов к межзвездным — это шаг гораздо более принципиальный, чем переход от авиации к космонавтике. Межпланетные перелеты осуществляются с помощью ракетной техники. Насколько применима она для межзвездных переделов?

Чтобы вырваться из сферы земного тяготения, надо развить скорость 11,2 км/с, чтобы покинуть Солнечную систему, необходима скорость 42 км/с. Представим себе ракету, которая мчится со скоростью 50 км/с. Ей потребуется приблизительно 26 тыс. лет, чтобы достигнуть ближайшей к Солнцу звезды — Проксимы Центавра. А чтобы побывать в отдаленных областях Галактики, понадобятся миллионы лет. Можно ли увеличить скорость ракеты?

1.15.1. Формула Циолковского

Скорость V, достигаемая ракетой после выгорания части горючего, определяется формулой Циолковского:

V = S ln μ = 2,3 S lg μ

Здесь S — скорость истечения рабочего тела, ар. — так называемое массовое число, т. е. отношение начальной массы ракеты к конечной (после выгорания горючего), ln — натуральный логарифм, lg — десятичный логарифм. При μ = 10 V = 2,3 S. Так как μ входит в формулу под знаком логарифма, увеличивать V за счет увеличения μ крайне невыгодно. Действительно, чтобы скорость возросла всего в несколько раз, потребуется увеличить μ на несколько порядков. Следовательно, если мы хотим добиться более высокой скорости полета ракеты, надо увеличить скорость истечения рабочего тела S. Современные ракеты работают на химическом топливе, и для них S порядка нескольких км/с. Она ограничивается теплотворной способностью топлива и жаропрочностью материала двигателей. Более эффективны ракеты с плазменными двигателями, в котором роль рабочего тела выполняет пучок ионов, ускоряемых электрическим полем. В будущем они, возможно, найдут применение в космонавтике. Если в качестве топлива служит атомное горючее (т. е. используется реактор, работающий за счет распада тяжелых ядер), то максимальная скорость выхода рабочего тела S = 13 000 км/с (при стопроцентном к.п.д.). Тогда при μ = 10 конечная скорость ракеты V ≈ 0,1 с (одна десятая скорости света). И на путешествие к ближайшим звездам потребуется около 100 лет. Можно увеличить скорость истечения рабочего тела еще в несколько раз, если вместо атомного горючего использовать идеальное ядерное топливо, т. е. управляемый термоядерный реактор, работающий за счет реакции синтеза — превращения водорода в гелий. При 100 %-ном к.п.д. это горючее позволяет обеспечить скорость выхода рабочего тела S = (⅛) с. В этом случае при μ = 10 скорость V ~ 0,3 с. Полет к ближайшим звездам будет длиться десятки лет (что уже можно считать приемлемым), а путешествие к границам Галактики по-прежнему будет занимать сотни тысяч лет.

Увеличивая μ, мы можем еще ближе подойти к скорости света. Но здесь формула Циолковского уже не действует. Когда скорость ракеты становится сравнимой со скоростью света, вместо формулы Циолковского надо использовать другую, релятивистскую формулу:

Чем больше скорость выхода S, тем меньше показатель степени в этой формуле и тем меньше требуемое значение μ, т. е. тем выше эффективность двигателя. Максимальная эффективность достигается при S = с, т. е. когда скорость истечения рабочего тела равна скорости света. Ракета, для которой выполняется это условие, получила название фотонной.

Рис. 1.15.1. Схема устройства фотонного корабля

1.15.2. Фотонный корабль

Фотонная ракета работает за счет реакции аннигиляции вещество-антивещество. Продуктом ее является жесткое электромагнитное излучение (γ-кванты), поэтому скорость истечения рабочего тела равна с. Схематическое устройство фотонного корабля показано на рис. 1.15.1. При этом мы отвлекаемся от трудностей получения и хранения огромного количества антивещества: это проблемы конструкторов далекого будущего, с которыми, мы надеемся, они справятся (если сочтут необходимым создавать подобный корабль).

Рассмотрим кинематические характеристики фотонного корабля. Пусть ракета в течение некоторого времени t движется с ускорением а, после чего двигатель выключается. Если в момент остановки двигателя отношение начальной массы к конечной равно μ, то путь, пройденный ракетой в ускоренном полете, будет равен

В конце этого пути ракета разовьет скорость И, определяемую выражением

При этом длительность полета на активном участке траектории (пока работает двигатель) по часам земного наблюдателя будет равна

Оговорка насчет часов земного наблюдателя неслучайна. Дело в том, что для космонавтов, движущихся с околосветовой скоростью, темп течения времени замедляется. Поэтому время ускоренного полета или длительность активного участка траектории в системе отсчета, связанной с движущимся кораблем, будет меньше, чем для земного наблюдателя. Оно выражается формулой

Релятивистское сокращение времени к моменту остановки двигателя составит

Для проведения численных расчетов удобно выражать время в годах, а расстояние в световых годах. Если при этом ускорение а выражено в м/с^2, то приведенные формулы принимают вид

Пользуясь этими формулами, читатель сможет самостоятельно проверить результаты приводимых ниже расчетов.

Чем дольше работает двигатель фотонного корабля, тем выше скорость, развиваемая им в конце активного участка траектории. Поэтому при заданной дальности полета минимальное время достигается тогда, когда корабль ускоряется до половины пути, а затем начинает тормозиться с тем же ускорением (замедлением), так что в конце пути его скорость равна нулю. На обратном пути все повторяется в том же порядке. Параметры такого полета приведены в таблице 1.15.1.

Последняя строка в этой таблице соответствует границам наблюдаемой Вселенной. Как видно, фотонный корабль может за время жизни одного поколения космонавтов (τ < 100 лет) достичь практически любой, самой удаленной области Вселенной и вернуться обратно. Но какой ценой это достигается!

Пример 1. Пусть дальность полета составляет 1000 св. лет. Примем следующую схему полета (рис. 1.15.2). Корабль ускоряется в течение времени t, затем двигатель выключается и дальнейшее движение корабля происходит по инерции со скоростью V, которая была достигнута в конце участка ускорения. Перед прибытием в пункт назначения включается тормозная установка, работающая с тем же ускорением (замедлением), которая гасит скорость корабля до нуля. Пусть ускорение на активном участке траектории а = 10 м/с^2 (ускорение свободного падения на Земле). И пусть массовое число μ в конце участка ускорения равно 10. Тогда скорость после выключения двигателей будет составлять V = 0,98 с; путь, пройденный кораблем в ускоренном полете, X = 4 св. года; такой же путь будет пройден при замедлении. Следовательно, длина пути, который корабль пройдет в свободном полете, составит 1000 — 2 × 4 = 992 св. гола. Подсчитаем теперь время полета. По часам земного наблюдателя длительность ускоренного полета t = 5 лет, такова же длительность на участке торможения. Время свободного полета будет равно 992/0,98 = 1012 лет. Полное время полета туда составит 5 + 1012 + 5 = 1022 года, а время полета туда и обратно 2044 года. По часам космонавтов длительность ускоренного полета составит t = 2,2 года. При скорости 0,98 с релятивистское сокращение времени Δτ/Δt = 0,2. Следовательно, длительность свободного полета по часам космонавтов составит 0,2 × 1012 лет = 1202 года. Полное время полета туда будет равно 2,2 + 202 + 2,2 = 206,4 года, а полет туда и обратно займет 413 лет. То есть в этом случае не удается завершить полет за время жизни одного поколения звездоплавателей. Заметим, что если массовое число на участке ускорения равно μ, то и на участке торможения оно тоже равно μ. Значит, п о л н о е м а с с о в о е ч и с л о при полете туда будет равно μ^2, а при полете туда и обратно μ^4; в нашем примере μ^4 = 10^4, таково отношение начальной массы корабля к конечной после выгорания всего топлива.

Рис. 1.15.2. Кинематическая схема полета космического корабля. Масштаб по осям не выдержан

Пусть теперь дальность полета R по-прежнему равна 1000 св. лет, и пусть корабль ускоряется до половины при, а затем тормозится до прибытия в точку назначения. Ускорение а = 10 м/с^2. Длина при на участке ускорения X = R/2 = 500 св. лет. Следовательно, μ = 10^3, 1—V/c = 2 10-6 (!). Длительность ускоренного полета по часам земного наблюдателя 500 лет, полная длительность полета туда 1000 лет, а туда и обратно 2000 лет. По часам космонавтов время ускоренного полета 2,2 × 3 = 6,6 лет, время замедленного полета тоже 6,6 лет, полное время полета туда 13 лет, а туда и обратно 26 лет. Значит, полет можно завершить при жизни одного поколения космонавтов. При этом в конце путешествия отношение начальной массы к конечной будет составлять μ^4 = 10^12 (!)

Итак, при дальности полета 1000 св. лет полное массовое число равно 10^12. Если полезная масса корабля составляет 100 тонн (что совсем немного для такого дальнего путешествия), то начальная масса должна равняться 10^14 тонн, это намного превышает общее количество массы, которое перерабатывает современная человеческая цивилизация. При дальности полета, сравнимой с размерами Галактик (100 тыс. св. лет) начальная масса становится равной 10^22 тонн, что превышает массу Земли. Если расстояние порядка 10^7 св. лет, что равно расстоянию до соседних галактик, то начальная масса будет превышать массу Солнца. Наконец, если мы хотим лететь к границам Вселенной, то потребуется начальная масса корабля, превышающая массу Галактики! При этом не следует забывать, что надо еще произвести соответствующее количество антивещества!! Цена оказывается непомерно велика. Вероятно, дальние межзвездные путешествия на расстояние, превышающее 1000 св. лет, с помощью фотонного корабля все-таки невозможны.

Об этом свидетельствуют и энергетические характеристики полета с околосветовыми скоростями. Для фотонной ракеты удельная мощность двигателя, т. е. мощность, приходящаяся на единицу начальной массы, равна

При ускорении g (ускорение свободного падения на Земле) удельная мощность составляет 3 10^6 Вт/г. Это фантастически большая величина! Такую удельную мощность имела бы крупная электростанция (типа Днепрогэса), если бы она весила 200–300 г. Постараемся представить, что это означает применительно к межзвездным путешествиям.

Пример 2. С. Хорнер приводит следующий поучительный пример. Пусть межзвездный корабль, полезная масса которого составляет 10 т, движется с ускорением g, вплоть до достижения скорости 0,98 с. Масса аннигиляционных установок и излучателей тоже равна 10 т. Как мы видели, для достижения скорости 0,98 с необходимо массовое число μ = 10. Следовательно, начальная масса ракеты должна составлять 200 т. При этом полная мощность двигателей будет равна 610^14 Вт. Это приблизительно в 100 раз превышает современное энергопотребление по всему земному шару. Предположим, как это делает фон Хорнер, что каждая аннигиляционная установка имеет мощность 15 МВт (приблизительно такова мощность судового реактора), а каждый излучатель имеет мощность 100 кВт. Тогда потребуется 40 млн таких аннигиляционных установок и 6 млрд излучателей. И все эти 40 млн аннигиляционных установок и 6 млрд излучателей должны весить всего 10 тонн! Только при этих условиях ракета может двигаться с ускорением g и спустя 2,2 года достичь скорости 0,98 с. Если же мы хотим на такой ракете совершить путешествие зуда и обратно, то полное массовое число μ^4 = 10^4. Начальная масса ракеты будет составлять 2•10^5 т, полная мощность 6•10^17 Вт, что в несколько раз превышает энергию, получаемую Землей от Солнца. В этом случае уже потребуется 40 млрд аннигиляционных установок мощностью 15 МВт каждая и 600 млрд излучателей мощностью 1 МВт. И все это по-прежнему должно весить 10 т.

При полете к удаленным областям Галактики, на расстояние порядка 10^5 св. лет, как можно видеть из табл. 1.15.1, полное массовое число должно равняться 10^20, при этом мощность двигателей весом 10 т должна превысить энергетический выход десяти миллионов Солнц!

Можно было бы сказать, что это трудности количественного порядка. Но они столь велики, что, как справедливо подчеркивает Шкловский, явно перерастают в качественные.

Помимо энергетических проблем существуют и другие трудности, с которыми сопряжен полет фотонного корабля. Одна из них связана со столкновением корабля с частицами межзвездной пыли. Несмотря на микроскопические размеры пылинок, столкновение даже с одной из них при околосветовой скорости корабля может иметь катастрофические последствия. А ведь корабль при полете к ближайшим звездам должен испытать 10^10 столкновений на 1 кв. м поверхности лобового сечения. И здесь вряд ли поможет ионизация пылинок и отклонение их мощным магнитным полем, как предлагалось в некоторых проектах.

Наконец, существует еще одно важное обстоятельство, на которое обратил внимание Э. Парселл. Выше мы видели, какая гигантская мощность выделяется при полете фотонной ракеты. Но ведь это не «безобидный» поток энергии — это жесткое γ-излучение, губительное для жизни. И поток его направлен в сторону Солнечной системы. Так что возникает проблема защиты и не только экипажа, а Земли и даже всей Солнечной системы!

Все это указывает на то, что полеты с околосветовыми скоростями, которые требуются, чтобы космонавты могли за время своей жизни достигнуть любых самых удаленных уголков Вселенной и вернуться обратно, по-видимому, вряд ли возможны. «Вопреки мнению писателей фантастов, — пишет И. С. Шкловский, — межзвездные фотонные ракеты, движущиеся с релятивистской скоростью, вероятнее всего, никогда не будут построены». Означает ли это что межзвездные путешествия невозможны?

1.15.3. Путешествие без возвращения…

Венгерский ученый Г. Маркс, чтобы обойти трудности, связанные с фотонной ракетой, предложил использовать давление лазерного луча для разгона межзвездного корабля. Основная проблема при таком способе путешествия состоит в том — как вернуться обратно. Вероятно, отправить корабль обратно (подобным же образом с помощью лазерного луча) могла бы другая цивилизация. Но тогда мы должны быть уверены, что она обитает и ждет нас в той точке, куда мы направляем свой полет. Кроме того, она должна обладать соответствующей техникой и должна согласиться применить ее для нашей отправки. По-видимому, без предварительного контакта по каналам связи вряд ли кто-либо решится на подобное путешествие. Но если даже «договоренность» достигнута, неизбежная временная задержка может радикальным образом изменить обстоятельства. Так что путешественникам лучше все же полагаться на свои силы.

Вернемся к путешествиям с нерелятивистскими скоростями. Физически они вполне возможны, например на ракетах с ядерным горючим. При таком полете отпадают все те трудности, о которых говорилось выше, но остается, конечно, проблема, связанная с длительностью полета. В настоящее время разработано несколько проектов полета к ближайшим звездам, реализация которых, в принципе, возможна уже в первой половине XXI века. Один из наиболее известных и глубоко проработанных — проект «Дедалус» Британского межпланетного общества. Другой проект, предусматривающий посылку беспилотного зонда к одной из ближайших звезд, предложен советскими учеными У. Н. Закировым и М. Я. Маровым в 1981 г. В проекте предусматривается использовать пятиступенчатую ракету с начальной массой 3000 т и полезной нагрузкой 450 кг. При этом одновременно запускаются две ракеты, одна из которых служит дозаправщиком. Она присоединяется к основной ракете после выхода за пределы Солнечной системы. Это позволяет развить скорость 0,4 с и достичь окрестностей ближайших звезд за время жизни одного поколения.

Таким образом, полет к ближайшим звездам, как будто, не представляет особых затруднений. Но для более дальних путешествий возникает проблема возвращения. Можно ли обеспечить путешествие с возвращением при полете с нерелятивистскими скоростями? Принципиально это возможно, если… подавляющую часть пути экипаж проведет в состоянии глубокого анабиоза. Еще один способ путешествия состоит в том, чтобы послать в межзвездный полет многочисленную колонию землян, потомки которых через много поколений вернутся на Землю. Вероятно, межзвездный корабль в этом случае должен напоминать «маленькую планету». Если когда-то удастся решить все эти проблемы, все равно временной барьер будет оставаться непреодолимым препятствием. Ведь путешествие в пределах Галактики может занять сотни тысяч лет, а полеты к другим галактикам — миллионы лет. За это время человеческое общество может измениться неузнаваемо. Что же застанут космонавты, возвратившись из далекого путешествия? Общество чужое и непонятное, перед которым будут стоять уже совсем другие проблемы. А может быть, они никого не застанут…

Надо отметить, что подобная перспектива ожидает и путешественников на фотонной ракете (если она когда-нибудь все же будет создана!). Ведь время сокращается только для космонавтов. На Земле оно течет в прежнем темпе. Поэтому к моменту возвращения фотонного корабля на Земле пройдут тысячи или даже миллионы лет. Вероятно, именно, этот морально-психологический фактор, связанный с временным барьером, а не физические ограничения, исключает возможность дальних межзвездных перелетов с возвращением. Об этом очень образно написал Артур Кларк в своей книге «Черты будущего»:

«Когда вам случится выйти на улицу в летнюю ночь, посмотрите на небо. Почти прямо над головой у вас будет сиять самая яркая звезда северного полушария — Вега из созвездия Лиры. Она удалена на 26 световых лет. Для нас, недолговечных существ, это почт предел дальности космического путешествия, из которого мы еще можем возвратиться обратно. Но глубже за рубеж, отмеченный этим голубовато-белым маяком, сияющим в пятьдесят раз ярче нашего солнца, может быть, проникнет наш разум и наши тела — сердца человеческие туда посылать нельзя. Ибо ни один человек не сумеет, вернувшись из путешествия на Вегу, вновь обнять тех, кого он знал и любил на Земле».

Что же касается полетов без возвращения (например, «диффузия» цивилизаций в космическое пространство — рис. 5.3.1, и. 5.3.1), то такой процесс, во всяком случае, физически представляется вполне возможным. Встанет ли цивилизация на этот путь — это уже другой вопрос. Это, как справедливо заметил Дайсон, — проблема побуждений, движущих обществом, а не физическая проблема. Итак, перспективы межзвездных путешествий, мягко говоря, не очень оптимистичны. Но, может быть, мы еще просто мало знаем?

Писатели-фантасты легко справляются с проблемами межзвездных путешествий, полагая, что неизвестные нам свойства пространства-времени допускают почти мгновенное перемещение в пространстве на любые расстояния без существенной затраты энергии. В середине XX века эти идеи целиком относились к области фантастики. Но в последние десятилетия ими серьезно заинтересовались физики-теоретики. В ряде теоретических работ показана возможность существования особых топологических туннелей в пространстве, которые могут соединять любые сколь угодно удаленные области Метагалактики или даже мини-вселенные в Большой Вселенной (см. гл. 2) и через которые возможно движение вещества и излучения. Они получили название мосты Эйнштейна-Розена, горловины Шварцшильда, кротовые (или червячные) норы. Вероятно, эти структуры сохранились с момента образования нашей Вселенной. Горловины туннелей могут образовывать двойные системы, обращающиеся по круговым орбитам вокруг общего центра тяжести. Для внешнего наблюдателя такая система будет весьма сходной с двойной системой, состоящей из черной и белой дыры. Через аналог черной дыры возможен проход из одной части нашей Вселенной в другую ее часть или в другую Вселенную. Через аналог белой дыры возможен доступ к нам из отдаленных областей нашей Вселенной или из других вселенных[93]. При путешествии через топологические туннели не существует временного барьера: путешествие совершается практически мгновенно. Казалось бы, это решает проблему межзвездных сообщений. Но, во-первых, не ясно, существуют ли топологические туннели? Законы физики допускают их существование, но есть ли они в действительности — это не известно. Во-вторых, топологические туннели соединяют особые точки во Вселенной. А как быть, если мы хотим долететь от одной звезды до другой, между которыми не прорыты «кротовые норы»? Проблема, таким образом, все же остается.

1.15.4. Есть ли надежда?

Все трудности межзвездных перелетов, о которых говорилось выше, порождаются одним обстоятельством — существованием предельной скорости распространения физического взаимодействия. А это вытекает из теории относительности. Энтузиасты межзвездных путешествий легко справляются со всеми трудностями, полагая, что теория относительности неверна. Они надеются, что будущая физика опровергнет теорию относительности и откроет возможность межзвездных путешествий с любыми скоростями. Надо ясно отдавать себе отчет в том, что в таком виде эти надежны неосновательны. Дело в том, что, когда речь идет о фундаментальных теориях, то новая теория не отменяет старую, а лишь указывает область ее применимости, где она остается совершенно справедливой. Иначе не было бы никакой преемственности в развитии науки. Так, теория относительности не отменила механику Ньютона, а лишь установила границы ее применимости: механика Ньютона оказывается справедливой, когда скорости тел малы по сравнению со скоростью света. Более того, при этих условиях формулы теории относительности переходят в формулы механики Ньютона, которая, следовательно, является частным (а точнее, предельным) случаем теории относительности. Точно так же будущая новая, более общая теория, несомненно, откроет новые возможности, связанные с неизвестными нам формами материи и неизвестными законами природы. Но она не отменит теорию относительности, а включит ее как свой частный предельный случай. Следовательно, мы не можем в своем сегодняшнем теле, состоящем из обычной материи, путешествовать со скоростью больше скорости света. Вот если бы наше тело состояла из тахионов! Или если бы вдруг оно приобрело форму торсионных полей. Тогда другое дело. Но здесь мы выходим за границы признанного современной наукой. Значит, надо не бороться против теории относительности, а искать новые возможности.

Новые возможности станут следствием новых неожиданных открытий. Конечно, они потребуют коренного изменения наших представлений о Мире, прежде всего о свойствах времени и пространства. Бесполезно гадать, каковы будут эти открытия. Экстраполируя современные тенденции развития науки, можно предвидеть ее будущий характер на небольшой срок вперед. А дальше — неожиданные открытия перечеркнут все наши прогнозы. Вот почему «истинное будущее, — как справедливо замечает А. Кларк, — не поддается логическому предвидению».

1.16. Типы контактов и пути поиска внеземных цивилизаций

Подведем итоги главы 1. Теоретически мыслимы следующие типы контактов: 1) непосредственные контакты или взаимные посещения; 2) контакты по каналам связи; 3) контакты смешанного типа, т. е. посылка автоматических устройств (зондов) в район обитания других цивилизаций, с которыми зонд устанавливает контакт по каналам связи; 4) поиски следов астроинженерной деятельности. Эти мыслимые типы контактов, с их разветвлениями, показаны на рис. 1.16.1.

Рис. 1.16.1. Пути поиска внеземных цивилизаций

Что касается контактов по каналам связи, то здесь прежде всего следует отметить связь с помощью электромагнитных волн — единственный доступный нам в настоящее время тип связи. Он включает поиск сигналов в инфракрасном, оптическом и рентгеновском диапазонах, а также поиск радиосигналов. Помимо электромагнитных волн, возможно использование иных физических носителей сигнала (и соответственно организация различных неэлектромагнитных каналов): гравитационные волны, нейтрино и другие, рассмотренные нами в § 1.11, включая каналы неизвестной природы.

Как мы видели, начиная с 1950-х годов на первый план выдвинулось направление, связанное с поисками радиосигналов. Это вызвано как развитием технических средств связи в радиодиапазоне, появлением крупных радиотелескопов, развитием радиоастрономии, так и тем обстоятельством, что в радиодиапазоне реализуются оптимальные условия передачи (и приема) сигналов на межзвездные расстояния. С самого начала в поисках радиосигналов наметились два направления: 1) попытка поймать сигналы, предназначенные для внутренних ВЦ («подслушивание»), и 2) поиск сигналов, специально предназначенных для установления связи. Последняя задача, в свою очередь, делится на две: поиск позывных и прием информативной передачи (космическое вещание). В обоих случаях стратегия поиска зависит от наших предположений о характере и уровне развития ВЦ. Здесь наметились два подхода и, соответственно, две стратегии поиска. Первый подход ориентируется на уровень ВЦ, близкий к уровню нашей земной цивилизации (энергетическая мощность ~ 10^12 Вт); второй — на поиск сверхцивилизаций, располагающих мощностями порядка 10^26—10^37 Вт, т. е. сравнимыми с энергетическим выходом звезд, галактик, квазаров. Принимая во внимание неопределенность наших знаний, было бы ошибочным канонизировать какое-то одно направление. Необходимо проводить самый широкий поиск, в рамках которого каждый разумно обоснованный проект заслуживает внимания и поддержки. В настоящее время в различных странах проведено больше 50 экспериментов по поиску сигналов ВЦ (см. § 1.9).

Возможности двусторонней радиосвязи между космическими цивилизациями ограничиваются гигантскими масштабами межзвездных расстояний. Мы редко задумываемся об истинных размерах окружающей нас Вселенной. «Если бы астрономы-профессионалы, — писал И. С. Шкловский, — постоянно и ощутимо представляли себе чудовищную величину космических расстояний… вряд ли они могли бы успешно развивать науку, которой посвятили свою жизнь»[94]. Хотя радиоволны распространяются с максимально возможной для физического взаимодействия скоростью 300000 км/с (скорость света!), им требуется порядка десяти лет, чтобы достичь ближайших звезд и миллиарды лет, чтобы достичь границ наблюдаемой Вселенной. Таким образом, при межзвездном радиодиалоге минимальная задержка между вопросом и ответом составляет десятки лет, для внутригалактической связи она может достигать сотен тысяч лет, а для межгалактической — миллиарды лет. Какую задержку можно считать приемлемой? Вероятно, она не должна превышать характерное время развития (или изменения) цивилизаций. Для нашей цивилизации вряд ли допустима задержка более 100 лет, следовательно, максимальный радиус двусторонней связи должен быть порядка 50 св. лет.

Представим себе, что мы хотим связаться по радио с ближайшей галактикой М 31 (знаменитая Туманность Андромеды). Мы посылаем сигнал и… через 4 миллиона лет получаем ответ. Можно ли вести диалог в условиях такой временной задержки? Кого застанет ответ на посланный нами вопрос, будет ли он интересен нашим далеким потомкам, да и застанет ли он вообще кого-нибудь на Земле? Ясно, что если время распространения сигнала превышает время жизни цивилизаций (или длительность коммуникативной фазы), двусторонняя связь между ними невозможна. Поэтому, нравится ли нам это или нет, мы должны признать, что радиосвязь между цивилизациями, если исключить самых близких соседей, может быть только односторонней (космическое вещание). Мы уже касались этой проблемы в § 1.4. Отметим, что это справедливо и в отношении всех других каналов связи, основанных на иных физических носителях сигнала, для которых выполняются законы физики, в частности, ограничение на скорость распространения, которая не может превышать скорость света. Что касается каналов неизвестной природы, то для них могут действовать совершенно иные закономерности, для которых эти ограничения необязательны. Такая (чисто умозрительная) возможность, которую, однако, не следует сбрасывать со счета, открывает перспективу установления двусторонней связи (диалога) между космическими цивилизациями на любые расстояния во Вселенной. Однако — подчеркнем еще раз — к известным в настоящее время формам материи (физические поля и частицы), которые описываются четырьмя известными физическими взаимодействиями, указанная перспектива не относится.

При «подслушивании» сигналов вопрос о двусторонней связи не возникает. Речь идет только об обнаружении ВЦ по их радиоизлучению и, возможно, о приеме информации (если ее удастся расшифровать!). О каких сигналах можно говорить в этом случае? Часть сигналов, предназначенных для внутренних нужд данной цивилизации, может циркулировать по строго направленным каналам типа наших кабельных или радиорелейных линий. Такие сигналы недоступны для других цивилизаций, и ими можно не интересоваться. Но если какие-то из «внутренних» сигналов (подобно земному телевидению или радарам) излучаются в космическое пространство, они могут достигнуть зоны обитания другой цивилизации и, при определенных условиях, могут быть обнаружены. Это так называемый «сигнал утечки».

Для иллюстрации воспользуемся примером Ф. Дрейка, относящимся к 1971 г. В то время на обсерватории Аресибо в фокусе 300-метровой антенны был установлен передатчик для радиолокации планет Солнечной системы, мощность которого составляла 10^6 Вт. Когда телескоп лоцирует планету, только небольшая часть его излучения перехватывается ее поверхностью, большая часть излучения проходит мимо, проникая далеко за пределы Солнечной системы. Если на пути радиолуча попадается какая-нибудь цивилизация и она случайно (или намеренно) направит свою антенну на Солнце, то импульсы, посылаемые с Земли, могут быть обнаружены. Если цивилизация располагает такой же 300-метровой антенной и такой же, как в Аресибо, приемной аппаратурой, то дальность обнаружения составит приблизительно 6000 св. лет. Это довольно большая величина, в сфере такого радиуса находятся сотни миллионов звезд. Если же увеличить мощность передатчика примерно на порядок, то дальность обнаружения будет уже сравнима с размерами Галактики.

Возможность обнаружения «сигналов утечки» от ближайших звезд была изучена А. В. Архиповым (Радиоастрономический институт Национальной АН Украины). Он рассмотрел сигналы типа земного телевидения, излучаемые в диапазоне 10^2÷10^3 МГц и ограничился расстоянием 20 парсек (60 св. лет). Полагая, что полная мощность, которой располагает ВЦ, составляет ~10^25 Вт (цивилизация II типа по Кардашеву) и на радиоизлучение в «телевизионном» диапазоне она тратит такую же долю мощности, как и наша цивилизация на Земле, Архниов рассчитал, что на расстоянии 20 пк это излучение создает спектральную плотность потока порядка 1 Ян, что вполне доступно для обнаружения с помощью современных радиотелескопов. Где искать подобный источник и каковы его признаки? Архипов предположил, что «промышленная зона» ВЦ из экологических соображений удалена на расстояние 1000 а. е. от своей звезды. Тогда с расстояния 20 пк она будет наблюдаться на угловом удалении от звезды порядка 1 угловой минуты. Следовательно, такая «промышленная зона» должна наблюдаться в виде радиоисточника, находящегося вблизи солнцеподобных звезд на угловом расстоянии порядка 1 угловой минуты и излучающего в диапазоне 10^2—10^3 МГц, с плотностью потока порядка 1 Ян. Существуют ли такие источники? Архипов проанализировал каталог близких звезд (предельное расстояние 20 пк) и каталог радиоисточников на частоте 408 МГц в надежде отыскать радиоисточники, попадающие в заданную (1 угл. минута) окрестность звезд. Ему удалось выделить около десятка таких источников, причем 4 из них попали в заданную окрестность солнцеподобных звезд спектрального класса F 8—КО. По оценкам Архипова, вероятность случайного совпадения (случайной проекции) для этих звезд составляет весьма малую величину 2 10-4. Подобные объекты представляют, конечно, интерес с точки зрения SETI.

Рис. 1.16.2. Радиопрослушивание Земли. Спектр радиоизлучения наземных станций, полученный по исследованию радиоизлучения Земли, отраженного от Луны (У. Т. Салливан, С. X. Ноулес, 1985). Приведены данные, относящиеся к различным моментам всемирного времени (UT)

А как выглядит «радиопортрет» Земли? Что могли бы наблюдать внеземные цивилизации, если бы они исследовали «сигнал утечки» нашей планеты? Чтобы ответить на этот вопрос, надо было бы «посмотреть» на Землю со стороны. Американские радиоастрономы У. Т. Салливан и С. X. Ноулес, используя оригинальный метод, добились этого, не покидая поверхности земного шара. Они воспользовались Луной как рефлектором и исследовали отраженные от Луны радиосигналы Земли. На рис. 1.16.2 показан полученный ими спектр радиоизлучения Земли в одном из участков диапазона ультракоротких волн (УКВ), отведенных для телевидения. Поскольку телевизионные станции распределены неравномерно по поверхности земного шара, то вследствие вращения земли вокруг оси интенсивность радиоизлучения меняется со временем. Подобное закономерное изменение интенсивности для внеземных радиоисточников, в сочетании с линейчатым спектром, могло бы служить критерием искусственности, а анализ такой переменности позволяет определить период вращения планеты вокруг собственной оси. Любопытно, что в процессе этих исследований Салливан и Ноулес неожиданно обнаружили очень сильный импульсный сигнал на частоте 217 МГц, который, как выяснилось, принадлежал мощнейшему радару службы Космического надзора американского флота. Так, с помощью Луны, которая играет роль зеркала нашей технической цивилизации, можно определить, что могли бы наблюдать ВЦ, если бы они прослушивали нашу планету с целью обнаружения «сигнала утечки».

К поиску сигналов ВЦ близко примыкает направление, связанное с поисками следов астроинженерной деятельности. Особенно близко оно смыкается с «подслушиванием», так как в обоих случаях речь идет о попытках обнаружить цивилизацию по ее проявлениям, независимо от того, желает ли она заявить о своем существовании. Анализ этих направлений привел к постановке вопроса о критериях искусственности и к формулировке астросоциологического парадокса (мы рассмотрим его в гл. 6).

Контакт смешанного типа (зонды) уже рассматривался в § 1.13. Находясь в зоне обитания космической цивилизации, зонд может вступить в двусторонний контакт с нею и обмениваться информацией по каналам связи. Поскольку зонд действует в пределах определенной программы, такой контакт лишь частично заменяет двусторонний контакт с пославшей его цивилизацией. Чем мощнее искусственный интеллект зонда, чем сложнее и пластичнее его программа, тем в меньшей мере сказываются эти ограничения. Но, конечно, такой контакт не может заменить взаимные посещения.

Возможность межзвездных перелетов обсуждалась нами в § 1.15. Коль скоро речь заходит о таких путешествиях, это неизбежно приводит к вопросу о посещении Земли в прошлом и настоящем представителями высокоразвитых внеземных цивилизаций. Применительно к прошлому — это проблема палеовизита; применительно к настоящему она связывается обычно с неопознанными летающими объектами НЛО. Обе проблемы сталкиваются со значительными трудностями из-за двух крайних тенденций. Одна из них состоит в некритическом отношении к фактам, в склонности к слишком поспешным и неосновательным выводам; представители другой точки зрения отрицают саму постановку проблемы и крайне негативно относится к любым исследованиям в этих областях. На мой взгляд, обе тенденции одинаково вредны, им надо противопоставить подлинно научное изучение проблемы.

Мы перечислили (и частично рассмотрели в этой главе) основные типы контактов и пути поиска ВЦ, как они представляются в настоящее время. Вместе с тем, обращаясь к истории, мы видели, что представления о путях поиска внеземных цивилизаций существенно менялись со временем под влиянием таких факторов, как характер общественного сознания, парадигма, уровень развития науки и техники. Поэтому весьма вероятно, что наши современные взгляды также претерпят кардинальные изменения и, быть может, уже в недалеком будущем. Углубляясь в изучение проблемы, надо постоянно иметь в виду эту перспективу, такая позиция поможет нам избежать абсолютизации современных подходов и однобоких выводов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Каплан С. А. Элементарная радиоастрономия. — М.: Наука, 1966. С. 276.

2. Салливан У. Мы не одни. — М.: Мир, 1967. С. 384.

3. Межзвездная связь. — М.: Мир, 1965. С. 324.

4. Шкловский И. С. Вселенная, жизнь, разум / Под ред. Н. С. Кардашева и В. И. Мороза. 6-е изд., доп. — М.: Наука, 1987. С. 320.

5. Голдсмит Д.,Оуэн Т. Поиски жизни во Вселенной / Под ред. М. Я. Марова. — М.: Мир, 1965. С. 320.

6. Внеземные цивилизации. Труды совещания. — Бюракан 20–23 мая 1964 г. С. 152.

7. Внеземные цивилизации. Проблемы межзвездной связи / Под ред. С. А. Каплана. — М.: Наука, 1969. С. 438.

8. Проблема CETI (Связь с внеземными цивилизациями). — М.: Мир, 1975. С. 352.

9. Проблема поиска внеземных цивилизаций / Под ред. В. С. Троицкого и Н. С. Кардашева. — М.: Наука, 1981. С. 264.

10. Проблема поиска жизни во Вселенной / Труды Таллинского симпозиума: Под ред. В. А. Амбарцумяна, Н. С. Кардашева, В. С. Троицкого. — М.: Наука, 1986. С. 256.

11. Гиндилис Л. М. Космические цивилизации. — М.: Знание, 1973.

12. Петрович Н. Т. Кто вы? — М.: Молодая гвардия, 1974. С. 240.

13. Петрович Н. Т. Тайна внеземных цивилизаций. Спор оптимиста и пессимиста. — М.: Ягуар, 1999. С. 95.

14. Мизун Ю. В., Мизун Ю. Г. Разумная жизнь во Вселенной. — М.: Вече, 2000. С. 432.

ГЛАВА 2. Вселенная вокруг нас

Попытка понять Вселенную — одна из очень немногих вещей, которая чуть приподнимает человеческую жизнь над уровнем фарса и придает ей черты великой трагедии.

С. Вайнберг

Судьба существа зависит от судьбы Вселенной. Потому всякое разумное существо должно проникнуться историей Вселенной. Необходима такая высшая точка зрения.

К. Э. Циолковский

В предыдущей главе мы рассмотрели, как современная наука представляет себе пути поиска внеземных цивилизаций. По ходу изложения нам пришлось коснуться некоторых астрономических вопросов, мы упоминали не только о планетах и звездах, но и о таких удивительных объектах, как квазары, радиогалактики, космические мазеры и пульсары. Мы оперировали возможными расстояниями до космических цивилизаций, не заботясь о том, представляет ли читатель хотя бы общую картину строения Вселенной и ее масштабы. К сожалению, очень часто люди имеют весьма смутное представление об этих вещах, не всегда ясно представляя себе даже различие между Солнечной системой и Галактикой. И когда мы встречаем в прессе восторженные репортажи о том, как наши космонавты на космических кораблях «бороздят просторы Галактики», многие читатели (а возможно, и авторы) воспринимают эту метафору буквально. Поэтому, чтобы сознательно продвигаться вперед в исследовании интересующего нас вопроса мы должны прежде всего познакомиться с той ареной, с той сценой, на которой разворачивается Драма Жизни во Вселенной. Мы не будем описывать детали этой сцены. Нам надо представить только общую схему ее строения и общий механизм действия. Более подробные данные читатель сможет найти в литературе, список которой приводится в конце этой главы.

2.1. Как устроена Вселенная

Охватим взором всю ширь ночного неба, облетим мыслью все бесчисленные миры и тайники бесконечного пространства.

Е. И. Рерих

2.1.1. Солнечная система — дом, в котором мы живем

Мы живем на поверхности планеты, которую называем Землей. С точки зрения нашего повседневного опыта, это огромный необычайно сложный и прекрасный мир. Если мы хотим посмотреть на Землю со стороны, нам придется отвлечься от многих дорогих нашему сердцу подробностей. Тогда Земля предстанет как космическое тело, приблизительно шарообразной формы, ее диаметр около 12,7 тыс. км, масса 6-10 кг. Земля вращается вокруг своей оси с периодом около 24 часов. Большая часть ее поверхности покрыта водами мирового океана, 29 % поверхности занимает суша.

Суша Земли образует пять континентов и множество мелких и больших островов. Наружная твердая оболочка Земли — земная кора в районе материков имеет толщину до 70 км, дно океанов образовано более тонкой океанической корой, ее толщина около 10 км. Под твердой корой Земли находится мантия, образованная расплавленным веществом, она состоит из нескольких слоев и простирается до глубины 2900 км. Еще глубже расположено плотное железо-никелевое ядро Земли. Наружные слои ядра — жидкие, центральная внутренняя часть — твердая. Давление в центре Земли достигает 33 10^6 атм, температура около 6000 К. Вследствие вращения Земли вокруг своей оси в жидком ядре генерируются электрические токи, которые являются источником геомагнитного поля.

Рис. 2.1.1. Вид Земли из космоса. Видна только освещенная сторона

Над поверхностью мирового океана и континентов расположена воздушная оболочка Земли — ее атмосфера. Она простирается приблизительно до высоты 2000 км и постепенно переходит в межпланетную среду. Основные процессы, связанные с формированием погоды, протекают в нижней атмосфере Земли — тропосфере, ее толщина в средних широтах составляет 10–11 км. На высоте 60 км (в стратосфере) содержится значительное количество озона — озоновый слой, который поглощает большую часть жесткого ультрафиолетового излучения Солнца и таким образом предохраняет органическую жизнь на Земле от губительного действия УФ-радиации. На высоте нескольких сотен километров (от 80 до 800 км) простираются ионизированные слои земной атмосферы, так называемая ионосфера, которая эффективно отражает декаметровые радиоволны и обеспечивает тем самым дальнюю радиосвязь в диапазоне КВ. Атмосфера Земли в основном состоит из азота (78 %) и кислорода (21 %); имеется также небольшое количество аргона (0,9 %), углекислого газа (0,03 %) и водяного пара (меньше 0,1 %). Атмосфера Земли поглощает большую часть спектра электромагнитного излучения, падающего на нее из Космоса. Лишь в оптической области, приблизительно от 0,3 до 0,7 мкм, и в радиодиапазоне, от нескольких метров до 1 мм, атмосфера относительно прозрачна. Через эти два узких «окна прозрачности» и поступает на поверхность Земли все излучение из космического пространства.

Содержание свободного кислорода в атмосфере Земли целиком обусловлено жизнедеятельностью живых организмов. Таким образом, органическая жизнь на Земле выступает как активный геохимический фактор планетарного масштаба. В соответствии с этим область распространения активной жизни на Земле, охватывающая часть нижней атмосферы, гидросферу и верхнюю часть твердой оболочки, получила название биосфера[95]. Таковы некоторые черты Земли как планеты.

Ближайшее к Земле небесное тело — Луна. Это спутник нашей планеты. Она расположена на расстоянии 384 тыс. км (среднее расстояние) и обращается вокруг Земли с периодом 27,3 суток. Диаметр Луны в 3,5 раза меньше земного, а ее масса в 81 раз меньше массы Земли. Это мертвое, безжизненное тело, лишенное атмосферы и гидросферы. Несмотря на это, Луна оказывает заметное влияние на Землю. Прежде всего, благодаря гравитационному взаимодействию, она вызывает приливы в океане, атмосфере и твердой оболочке Земли. Имеются данные о том, что ритм жизнедеятельности земных организмов коррелирует с ритмом лунных приливов. Отмечена также корреляция процессов в биосфере с фазами Луны.

Земля с Луною обращаются вокруг Солнца по почти круговой орбите с периодом 365,26 суток (сидерический год). Всего в Солнечной системе 9 больших планет, — это (в порядке возрастания расстояний от Солнца): Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Расстояния в Солнечной системе принято выражать в астрономических единицах; 1 а. е. равняется среднему расстоянию от Земли до Солнца, 149,6 млн км. Ближайшая к Солнцу планета Меркурий обращается вокруг него на расстоянии 0,39 а. е., а самая удаленная планета Плутон — на расстоянии 39,4 а. е. Все планеты обращаются вокруг Солнца приблизительно в одной плоскости и в одном направлении, совпадающем с направлением вращения Солнца вокруг собственной оси. Основные характеристики планет приведены в таблице 2.1.1.

Расстояния планет от Солнца подчиняются определенной закономерности (так называемое правило Тициуса-Боде). Согласно этой закономерности, между Марсом и Юпитером должна быть еще одна планета. Но вместо нее там существуют целый рой малых тел — малых планет или астероидов. Орбиты большинства астероидов заключены в пределах от 2,17 до 3,64 а. е. (эту область Солнечной системы называют поясом астероидов), больше всего их на расстоянии 2,8 а. е., где, согласно правилу Тициуса-Боде, должна находиться несуществующая планета.

Рис. 2.1.2. Схема строения Солнечной системы. Показаны орбиты 9 больших планет и пояс астероидов между Марсом и Юпитером

В настоящее время зарегистрировано более 10 000 астероидов. Самый крупный из них Церера, ее размер 950 км, а масса в 7000 раз меньше массы Земли. Затем следуют Паллада, Веста, Юнона с диаметром, соответственно, 550, 530 и 240 км. Число астероидов с уменьшением их размера быстро возрастает. Самые малые из зарегистрированных астероидов (т. е. таких, для которых определена орбита) имеют размер порядка нескольких сот метров. Более мелкие тела обычно называют метеороидами. Граница между ними и астероидами условна. И те, и другие представляют собой каменные глыбы неправильной формы, образовавшиеся, вероятно, от дробления более крупных тел. Процесс дробления продолжается и в настоящее время. Чем меньше осколки, тем больше их число, самые мелкие образуют частицы межпланетной пыли. Некоторые метеороиды попадают в поле тяготения Земли и падают на ее поверхность в виде метеоритов или сгорают в атмосфере в виде метеоров. Крупные метеоритные кратеры на Земле соответствуют падению астероидов диаметром около 1 км.

Существовала гипотеза, согласно которой пояс малых планет образовался в результате взрыва планеты Фаэтон, обращавшейся по орбите между Марсом и Юпитером. Согласно современным взглядам, астероиды — остатки протопланетных тел, из которых могла сформироваться планета, однако процесс ее формирования не был завершен из-за гравитационных возмущений со стороны Юпитера.

К числу малых тел Солнечной системы относятся и коме ты. Время от времени эти небесные странницы появляются на нашем небосводе, создавая красочную картину и оставляя у людей неизгладимое впечатление, часто наполненное смутными предчувствиями каких-то грядущих событий. Ядро кометы представляет собой ледяное тело неправильной формы (ледяную глыбу) размером несколько сот километров, состоящую из замерзших газов (Н_2О, NH_3, СО, и др.) с вкрапленными в лед минеральными частицами. Считается, что вещество ядра сохранилось от тех времен, когда происходил процесс формирования Солнечной системы, это остатки тех тел, из которых образовались планеты.

Кометные тела обращаются вокруг Солнца по очень вытянутым эллиптическим орбитам. Большую часть времени они находятся вдали от Солнца, образуя гигантское облако кометных тел, простирающееся на 100–150 тысяч а. е., которое называют облаком Оорта[96]. Вблизи афелия своих орбит кометные тела испытывают притяжение соседних с Солнцем звезд. Под действием этого притяжения орбиты их изменяются. Часть тел приобретает параболическую скорость и покидают Солнечную систему. Другие (их небольшое число) переходят на орбиту с перигелием, расположенным вблизи Солнца. Именно они и образуют кометы. Когда ядро кометы приближается к Солнцу, вначале с ним не происходит никаких заметных изменений. Но когда расстояние становится меньше 6 а. е., замерзшие газы в ядре кометы под действием солнечных лучей испаряются и образуют вокруг ядра туманную газопылевую оболочку — кому. Вместе с находящимся внутри ее ядром кома образует голову кометы, размеры которой достигают 10^4—10^5 км. Под действием светового давления и солнечного ветра вещество комы отбрасывается назад от Солнца и образует хвост, простирающийся на сотни миллионов километров. Пройдя через перигелий, комета удаляется от Солнца, хвост ее уменьшается, блеск слабеет, и, наконец, она совсем исчезает из виду. Когда комета проходит через области Солнечной системы, занятые планетами, кометное ядро вновь испытывает возмущения, но уже не от соседних звезд, а от планет. Часть комет под действием этих возмущений переходят на гиперболические орбиты и уходят из Солнечной системы, другие захватываются на менее вытянутые эллиптические орбиты. Такие кометы периодически возвращаются к Солнцу. Одна из самых известных периодических комет — комета Галлея, с периодом обращения примерно 76 лет, последнее прохождение ее было в 1986 г.

Рис. 2.1.3. Затменная комета 1948 года, открытая в момент полного солнечного затмения

В последнее десятилетие XX века были получены новые данные о строении внешних частей Солнечной системы[97]. В 1992 г. за орбитой Нептуна, на расстоянии 44,3 а. е. была открыта малая планета размером 283 км, которая обращается вокруг Солнца по почти круговой орбите (с очень малым эксцентриситетом). В следующем году была открыта вторая такая планета размером 286 км. А к середине 2002 г. число транснептуновых объектов достигло 500. Диаметр самого большого из них — около 1300 км, самого маленького — 96 км. По оценкам количество объектов за орбитой Нептуна размером более 100 км составляет 65 000. Но, конечно, там должны быть и более мелкие тела, количество которых значительно больше (уже открыты первые такие объекты размером от 6 до 10 км).

Все транснептуновые тела можно разделите на два класса. Объекты первого класса движутся по почти круговым орбитам, лежащим целиком за орбитой Нептуна. Это так называемые классические объекты пояса Койпера. Существование их было предсказано Дж. Койпером в 1951 г. как возможного источника короткопериодических комет. Большинство транснептуновых объектов (до 70 %) относится к этому классу.

В отличие от них объекты второго класса движутся по сильно эксцентричным орбитам и могут заходить внутрь орбиты Нептуна. Плутон принадлежит к этому классу (он также заходит внутрь орбиты Нептуна), поэтому все объекты второго класса получили название плутино, т. е. «маленькие плутончики». Все они, как и Плутон, находятся в резонансе с Нептуном, делая 2 обращения вокруг Солнца за 3 оборота Нептуна. Среднее расстояние всех плутино от Солнца примерно равно 39 а. е., а эксцентриситеты и, соответственно, расстояния в перигелии и афелии у различных плутино различны. К середине 2000 г. было открыто около 100 плутино, а общее число таких тел с размером больше 100 км оценивается в 25 000.

Помимо этих двух классов, за орбитой Нептуна находятся объекты, которые движутся по очень вытянутым эллиптическим орбитам и могут уходить далеко за орбиту Нептуна и Плузона. Примером может служить объект TL 66, открытый в 1996 г. Его размер 500 км, период обращения 1000 лет, и он удаляется от Солнца (в афелии) на 135 а. е. Количество подобных объектов оценивается в 10 000, а их общая масса может достигать от 0,5 до 1 массы Земли.

Еще один пояс малых тел расположен внутри орбиты Нептуна, между ним и Юпитером. Это так называемые кентавры. Первый кентавр был открыл в 1977 г. и получил название Хирон (не путать с Хароном — спутником Плутона!). В греческой мифологии Хирон — имя одного из кентавров (получеловека, полулошади). Название объекта «Хирон» было оправдано тем, что он сочетал в себе свойства астероидов и комет. Так в 1996 г., находясь весьма далеко от Солнца, Хирон проявил активность кометного типа: у него появились кома и хвост. Впоследствии другие объекты, подобные Хирону, стали называть «кентаврами». К середине 2000 г. было известно около 20 кентавров. Считается, что они попали в область между орбитами Юпитера и Нептуна из пояса Койпера. Это подтверждает предположение о том, что пояс Койпера является источником периодических комет. Расположение некоторых транснептуновых тел и «кентавров» показано на рис. 2.1.4.

Рис. 2.1.4. Положение транснсптуновых объектов и малых тел из семейства «кентавров» в проекции на плоскость эклиптики по данным на октябрь 1997

Но вернемся вновь к большим планетам. Они делятся на две группы: земная группа — Меркурий, Венера, Земля, Марс и планеты-гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Плутон занимает особое положение: по своим характеристикам он больше похож на спутники планет-гигантов или на плутино.

Рассмотрим планеты земной группы. Все они имеют твердые оболочки; наиболее обильные химические элементы в твердой оболочке: железо, кислород, кремний, магний. Жидкая оболочка — гидросфера имеется только у Земли. На Марсе жидкой воды нет, но есть лед Н_2О в полярных шапках и в грунте (вечная мерзлота). Венера, Земля и Марс окружены газовой атмосферой. Особенно мощная атмосфера у Венеры, давление ее у поверхности планеты составляет 90 атм, у Земли — 1 атм, у Марса — 0,006 атм. Основные компоненты атмосферы на Венере и Марсе — углекислый газ и азот (на Земле — кислород и азот). У Меркурия атмосферы практически нет. Жидкое ядро имеется у Меркурия, Венеры и Земли, у Марса оно, по-видимому, отсутствует. Все планеты земной группы имеют слабое магнитное поле, у Меркурия оно в 100 раз слабее земного, у Марса — в 10^4 раз слабее, у Венеры — в 10^5 раз.

Температура на поверхности Меркурия в полдень составляет 750 К (477 °C), а в полночь падает до 100 К (-173 °C); на Венере, под ее мощной атмосферой, создающей сильный парниковый эффект, средняя температура поверхности 735 К (462 °C); на Марсе в полдень температура достигает 280 К (7 °C), а в полночь составляет 150 К (—123 °C). Сезонные вариации температуры возникают из-за наклона плоскости экватора планеты к плоскости ее орбиты; помимо Земли они еще имеют место на Марсе и практически отсутствуют на Венере. На Меркурии сезонные изменения температуры связаны с заметной эллиптичностью его орбиты: в перигелии он получает вдвое больше тепла, чем в афелии.

Рис. 2.1.5. Венера. Изображение облачного слоя в УФ-лучах. Фото с американского космического аппарата «Пионер-Венера» на расстоянии 65 000 км от поверхности планеты. 1979 г.

Рис. 2.1.6. Участок поверхности Венеры под облачным слоем. По результатам радиолокационной съемки, выполненной с советских космических аппаратов «Венера-15» и «Венера-16» в 1983–1984 гг. Хорошо видна складчатая гряда Лукелонг протяженностью 1500 км

Рельеф поверхности планет земной группы отличается большим разнообразием. Самые крупномасштабные элементы поверхности — континентальные блоки и океанические впадины. Имеются они на Земле, Марсе и Венере. Характерной особенностью рельефа являются также горные цепи и долины. В формировании рельефа поверхности планет земной группы, помимо внутренних факторов (тектоническая деятельность, вулканы, эрозия), существенную роль играют падения метеоритов, особенно у планет, не имеющих мощной атмосферы. У Марса и Меркурия метеоритные кратеры — наиболее распространенная форма рельефа, имеются они также на Земле и Венере. На Марсе в результате исследования космическими аппаратами «Викинг» обнаружены образования, связанные с водной эрозией — извилистые долины, русла высохших рек, свидетельствующие о том, что в далеком прошлом на Марсе была вода и более плотная атмосфера. Существует гипотеза, согласно которой большие запасы воды сохраняются над поверхностью Марса.

Две внутренние планеты — Меркурий и Венера, не имеют спутников; у Земли один спутник — Луна; у Марса два спутника — Фобос и Деймос, это небольшие тела неправильной формы, напоминающие астероиды.

Планеты-гиганты отличаются от планет земной группы не только своими размерами, но также строением и составом. В их составе мало тяжелых элементов, преобладают самые легкие элементы — водород и гелий. В этом отношении состав планет гигантов близок к солнечному. Различие в составе планет земной группы и планет-гигантов объясняется различными условиями их образования. В то время, когда формировались планеты, интенсивное коротковолновое излучение молодого Солнца и солнечный ветер «выдули» большую часть легких газов (водород, гелий) из внутренних частей протопланетного облака, где формировались планеты земной группы. В соответствии с различием в составе, средняя плотность планет-гигантов значительно ниже, чем у планет земной группы.

Рис. 2.1.7. Юпитер

Строение планет-гигантов также имеет общие черты. В центре их находится каменистое ядро, к которому примыкает ледяная оболочка — мантия, состоящая, в основном, из водяного льда, а также замерзшего метана и аммиака; над ней простирается очень мощная, протяженная и плотная атмосфера с толстым облачным слоем. У Юпитера и Сатурна атмосфера состоит, в основном, из водорода и гелия с примесью различных аэрозолей. Давление у основания атмосферы столь велико, что водород здесь находится в жидком состоянии, а еще ниже, в слое, примыкающем к ледяной мантии, — в металлической фазе. Ядро Юпитера составляет всего 4 % его массы, у Сатурна оно уже достигает 25 %, а у Урана и Нептуна — 90 % полной массы. Внешняя газожидкая оболочка Урана и Нептуна состоит из водорода, гелия, метана и аммиака. Температура видимой поверхности Юпитера (облачного слоя) составляет приблизительно 130 К (—143 "С), а у остальных планет, которые расположены дальше от Солнца, она еще ниже; самая удаленная из планет-гигантов Нептун имеет температуру порядка 60 К (—213 °C). Все планеты-гиганты имеют магнитное поле, особенно сильное оно у Юпитера. Его магнитосфера является источником мощного радиоизлучения, обнаружено радиоизлучение и у Нептуна.

Важной особенностью планет-гигантов является наличие у каждой из них целого семейства спутников. Еще до начала космических исследований с помощью наземных телескопов у Юпитера было обнаружено 12 спутников, у Сатурна — 10, у Урана — 5, у Нептуна — 2. Исследования с помощью космических аппаратов, побывавших в окрестностях этих планет, позволили обнаружить новые, неизвестные ранее небольшие спутники. В настоящее время общее число спутников, обнаруженных в системе Юпитера, достигло 40, у Сатурна обнаружено 30, у Урана — 21, у Нептуна — 11 спутников. Самым крупным спутником в Солнечной системе является спутник Юпитера

Ганимед, его диаметр (5280 км) превосходит диаметр Меркурия. Один из самых интересных — спутник Сатурна Титан. Его диаметр 5150 км, масса почти вдвое превышает массу Луны. Титан обладает довольно мощной атмосферой, давление ее у поверхности спутника 1,6 атм. Состав атмосферы: 90 % азота, 9 % аргона, 1 % метана, имеется также небольшое количество аммиака, цианистого водорода и этана. Облака спутника состоят из капелек жидкого метана. У Титана обнаружено слабое магнитное поле. Вторым спутником, у которого имеется атмосфера, является спутник Нептуна Тритон. Его диаметр 2700 км, масса немного превышает массу Луны. Следы атмосферы имеются и у спутника Юпитера Ио. Хотя Ио не способен удержать атмосферу, она постоянно пополняется за счет вулканических извержений. Вулканическая деятельность Ио была обнаружена во время полета «Вояджеров». Вулканы Ио выбрасывают вещество со скоростью 1 км/с на высоту в сотни километров. Это во много раз превышает скорость и высоту выбросов при извержении вулканов на Земле. Обнаружена слабая атмосфера у еще одного спутника Юпитера — Европы (см. п. 4.2.5).

Рис. 2.1.8. Уран с системой колец. Снимок получен с помощью Космического телескопа им. Хаббла. Белые пятна слева — облака

С системой спутников связана еще одна особенность планет-гигантов: наличие у них колец. Наиболее ярко выраженное кольцо — у Сатурна, оно было открыто еще на заре телескопических наблюдений[98]. В последние годы обнаружены кольца также у Юпитера, Урана и Нептуна (последние два с помощью космических аппаратов). Кольца образованы совокупностью небольших тел размером от нескольких микрометров до нескольких метров. Они расположены на таком расстоянии от каждой планеты, где сильны вызванные ее тяготением приливные силы. Считается, что кольца представляют собой тот остаточный материал, из которого должен был бы сформироваться очередной спутник, но процесс этот не состоялся из-за разрушительного действия приливных сил планеты.

Последняя планета Солнечной системы Плутон представляет собой небольшое тело диаметром 2280 км, средняя плотность его 2 г/см^3, значит, в основном он состоит из камня и льда. Температура поверхности Плутона около 43 К (—230 °C). Атмосфера есть, но очень разрежена, давление у поверхности составляет несколько микробар. В основном, она состоит из метана и азота. В газообразном состоянии атмосфера существует только тогда, когда Плутон находится вблизи перигелия. Однако большую часть своего долгого года (248 земных лет) он находится очень далеко от Солнца, и тогда атмосфера его полностью вымерзает. Очень близко к Плутону, на расстоянии около 20 тысяч км, обращается его спутник Харон, он имеет размеры примерно такого же порядка, как и Плутон (всего в два раза меньше). Фактически это двойная планета.

По своим характеристикам Плутон существенно отличается от других планет Солнечной системы и как бы «не вписывается» в общую схему ее строения. В последнее время у ученых появились сомнения, насколько правомерно относить Плутон к большим планетам. Возможно, это обычный транснептуновый объект (плутино), только самый массивный. Но астрономы — люди консервативные, и они не спешат лишить Плутон статуса 9-й планеты.

Пространство между планетами заполнено мелкими пылевыми частицами. Они образуются от дробления астероидов и метеоритных тел (при их столкновениях), а также при распаде периодических комет. Рассеяние солнечного света на частицах межпланетной пыли создает красивую картину Зодиакального света — слабое конусообразное свечение, которое в средних широтах можно наблюдать в весенние месяцы в западной части неба после окончания весенних сумерек, или осенью — перед началом утренних сумерек, на востоке. Помимо пылевых частичек, межпланетное пространство заполнено частицами солнечного вещества — плазмой с «вмороженными» в нее магнитными полями. Этот намагниченный ионизированный газ движется от Солнца со скоростью сотни километров в секунду, образуя так называемый «солнечный ветер». Межпланетное пространство пронизано также электромагнитным излучением, космическими лучами, гравитационными волнами и нейтрино, а возможно, и другими неизвестными нам полями.

Солнечная система со всеми ее планетами, их спутниками, кометами, астероидами и межпланетной средой представляет собой тот дом, в котором мы живем. Эго наш макрокосмос, по отношению к которому человек является микрокосмом. Петром Солнечной системы, ее сердцем является Солнце.

Диаметр Солнца 1 400 000 км — в 109 раз больше диаметра Земли. Масса Солнца 2 10^30 кг — в 330 000 раз больше массы Земли и в 743 раза больше массы всех планет Солнечной системы; иными словами, в Солнце сосредоточено 99,87 % всей массы Солнечной системы. Солнце вращается вокруг своей оси с периодом 25,4 земных суток. Вещество Солнца состоит на 71 % из водорода, на 26 % из гелия, оставшиеся 3 % приходятся на все остальные химические элементы. С поверхности Солнца, которая нагрета до температуры 6000 К, излучается гигантская (по нашим земным меркам) энергия 4 • 10^26 Вт, большая часть ее приходится на видимую часть спектра. Этот поток света и тепла играет определяющую роль в процессах, происходящих в атмосферах и на поверхности планет, он является источником, поддерживающим органическую жизнь на нашей планете. Откуда же берется эта энергия?

В недрах Солнца идут ядерные реакции. Зона реакций — ядро Солнца, занимающее 1 % его объема, но содержащее почти половину его массы; температура здесь достигает 10–15 млн градусов, давление 40 млрд атмосфер. Вырабатываемая энергия переносится к наружным слоям в виде излучения. На глубине 100–200 тыс. км под поверхностью Солнца находится конвективная зона, температура в ней 10^4—10^6 К, давление — 10^6 атм. Ядерные реакции в ней не идут, а энергия переносится не с помощью излучения, а самими элементами вещества. Ячейки горячего газа со скоростью несколько километров в секунду поднимаются к поверхности Солнца и, излучая свет, охлаждаются. Охлажденный газ становится плотнее и погружается в глубь конвективной зоны, где вновь нагревается и поднимается вверх.

Видимая глазом блестящая поверхность Солнца, его фотосфера, расположена непосредственно над конвективной зоной. Толщина фотосферы около 400 км. Может показаться, что это довольно протяженная оболочка, но если принять во внимание размер Солнца, фотосфера составляет всего около 0,03 % от его диаметра, т. е. это очень тонкая оболочка. Фотосфера представляет собой основание солнечной атмосферы. Расположенные над ней внешние слои (хромосфера и корона) прозрачны и поэтому в обычных условиях не видны глазом. Их можно видеть вокруг диска Солнца лишь в редкие минуты полного солнечного затмения.

Рис. 2.1.9. Участок поверхности Солнца на уровне фотосферы. Заметна фотосферная грануляция, в центре кадра — солнечное пятно

Рис. 2.1.10. Поверхность Солнца на уровне хромосферы. Видны темные волокна (протуберанцы) и светлые флокульные поля в активных областях

На вид фотосфера кажется твердой поверхностью, но на самом деле она в тысячи раз разреженнее воздуха. Упомянутая выше температура поверхности Солнца около 6000 К — это температура фотосферы. Фотосфера имеет сложную структуру, на фотографиях Солнца можно видеть, что она состоит из отдельных зернышек — гранул, разделенных узкими менее яркими промежутками. Размеры гранул различны — от 150 до 1500 км, в среднем около тысячи километров. Время жизни гранул — всего несколько минут, поэтому образованная ими картина непрерывно меняется. Гранулы связаны с конвективными ячейками, которые выносят на поверхность Солнца порции горячего газа.

На поверхности Солнца (через плотный светофильтр) иногда можно видеть темные пятна. Размеры пятен колеблются от тысячи до десятков тысяч километров, т. е. крупные пятна во много раз превышают размеры земного шара. Солнечные пятна — это области с очень сильным магнитным полем. Магнитное поле тормозит движение конвективных потоков газа, поэтому температура в области пятен примерно на 1500 К ниже, чем в окружающей фотосфере, из-за чего они и выглядят более темными. Количество пятен и их суммарная площадь периодически изменяется с периодом около 11 лет. Это период солнечной активности. Пятна являются одним из наиболее показательных индикаторов солнечной активности.

Над фотосферой Солнца простирается хромосфера, ее толщина 10–15 тыс. км. Хромосфера отличается очень сильной неоднородностью и большой изменчивостью, в ней постоянно возникают какие-то струи, петли, отдельные сгустки горячего газа размером в целые земные континенты. Одним из самых замечательных феноменов в солнечной хромосфере являются хромосферные вспышки. Во время вспышки в отдельных областях хромосферы внезапно выделяется колоссальное количество энергии, температура повышается до 10–30 млн градусов, появляется мощное рентгеновское излучение, возникают потоки заряженных частиц — электронов или протонов, которые со скоростью 100 км/с покидают Солнце, при этом генерируется мощное радиоизлучение, резко возрастает яркость в оптическом диапазоне спектра. Во время сильных вспышек выделяется энергия до 10^25 Дж, что эквивалентно энергии около миллиарда атомных бомб. Такие вспышки происходят редко. Но вспышки в сотни раз более слабые наблюдаются почти каждый день.

Рис. 2.1.11. Хромосферная вспышка — светлое образование рядом с пятном

Хромосфера постепенно переходит в солнечную корону. Это самые внешние слои солнечной атмосферы, простирающиеся на расстояние в десятки радиусов Солнца. Температура короны достигает 1–2 млн градусов. Во внутренних областях ее часто наблюдаются большие плотные облака причудливой формы — протуберанцы. Хотя протуберанцы поднимаются высоко нал хромосферой, в область короны, это, по существу, хромосферные образования. В некоторых из них происходят очень бурные процессы, и они живут всего несколько минут; другие существуют несколько месяцев. Внешние слои солнечной короны постепенно переходят в межпланетную газовую среду. Вещество солнечной короны (электроны, протоны, ионы) непрерывно покидает Солнце со скоростью в сотни километров в секунду. Это и есть солнечный ветер, о котором мы упоминали выше. Солнечный ветер постоянно обтекает Землю, так что, образно говоря, мы живем в атмосфере Солнца, точнее — в атмосфере солнечного ветра. Характеристики его зависят от состояния солнечной активности.

Рис. 2.1.12. Петлеобразный протуберанец на краю солнечного диска

Солнечная активность связана, прежде всего, с состоянием магнитного поля Солнца. Периодическое изменение магнитного поля на поверхности Солнца сопровождается периодическим изменением различных процессов: изменяется число и площадь солнечных пятен, число протуберанцев и их активность, мощность и число хромосферных вспышек и др. Все эти процессы и характеризуют солнечную активность. Хотя состояние активности Солнца не влияет на поток солнечной радиации, в частности, на количество тепла, которое получает Земля от Солнца, оно оказывает заметное влияние на различные процессы на земном шаре. Вспышки на Солнце вызывают полярные сияния и магнитные бури, они приводят к изменениям в ионосфере, что сказывается на распространении радиоволн, и к другим изменениям в земной атмосфере. Обнаружено влияние солнечной активности на живые организмы: рост деревьев, миграцию некоторых видов животных и насекомых, состояние здоровья людей. Имеются данные о воздействии на более топкие процессы, в частности, в социальной сфере. 11-летний цикл солнечной активности, на самом деле, представляет только половину цикла — полный цикл, включающий также изменение полярности магнитного поля, охватывает период в 22 года. Помимо 11-летнего цикла, по-видимому, существуют и более длительные циклы, но они менее изучены. Так, интенсивность 11-летнего цикла меняется с периодом около 90 лет, имеются указания на существование 600-летнего цикла.

Рис. 2.1.13. Солнечная корона

В 1974 г. советские ученые А. Б. Северный, В. А. Котов, Т. Т. Цап обнаружили, что поверхность Солнца пульсирует с периодом 2 часа 40 мин. Амплитуда пульсаций очень мала, она составляет около 20 км или примерно 10-5 диаметра Солнца. Интересно, что суточное вращение Земли достаточно хорошо синхронизировано с периодом солнечных пульсаций (1 сутки = 24 часа = 9 × 2 ч 40 мин). Имеются указания на то, что ритмы биосферы также синхронизированы с периодом солнечных пульсаций. Таким образом, мы не только живем «в атмосфере Солнца», но и, возможно, испытываем на себе влияние ритма его «дыхания».

До сих пор речь шла преимущественно о физических процессах в Солнечной системе. Если иметь в виду ее механику, то здесь определяющую роль играет сила гравитационного притяжения Солнца. Она является доминирующей вплоть до расстояний 2 10^5 а. е. На больших расстояниях начинает сказываться притяжение соседних звезд. Это расстояние (совпадающее с внешним краем облака Оорта) можно принять в качестве границы Солнечной системы. Двигаясь мысленно за ее пределы, мы должны сделать следующий шаг — к звездам.

2.1.2. Мир звезд

Ближайшая к Солнцу звезда Проксима Центавра расположена на расстоянии от него 270 000 а. е. Расстояние до удаленных звезд в десятки тысяч раз больше. Астрономическая единица оказывается мало удобной для измерения расстояний между звездами. Для этой цели используются более крупные единицы — парсек и световой год. 1 парсек равен расстоянию, на котором радиус земной орбиты виден под углом в 1", а световой год — это расстояние, которое свет, распространяясь со скоростью 300 000 км/с, проходит за 1 год:

1 пк = 3,26 св. год = 206265 а. е. = 3,086 10^16 м.

Невооруженным глазом на небе можно видеть несколько тысяч звезд. Современные телескопы позволяют различить сотни миллионов отдельных звезд, а всего в нашей Галактике содержится порядка 10^11 звезд. Следует иметь в виду, что наша Галактика — не единственная во Вселенной. В наблюдаемой области Вселенной — Метагалактике содержатся десятки миллиардов других звездных систем — галактик, так что общее число звезд в наблюдаемой Вселенной порядка 10^21—10^22. Звезды подобны Солнцу. Если бы мы могли удалиться от Солнца на расстояние 10 пк (что совсем немного по масштабам Галактики), мы увидели бы его в виде слабой звезды 5-й звездной величины[99]. Это легко понять, ибо Солнце — рядовая звезда, которая кажется нам столь ослепительно яркой только потому, что она расположена от нас несравненно ближе всех остальных звезд. Солнце — это наша звезда. А другие звезды — это солнца, многие из которых имеют свои планетные системы.

Характерная особенность звезд состоит в том, что это самосветящисся тела, они излучают за счет внутренних источников энергии (в отличие, например от планет, которые светят отраженным светом). Источником звездной энергии являются ядерные реакции, протекающие в их недрах. Строение звезд в общих чертах напоминает строение Солнца. По составу звезды также подобны Солнцу: приблизительно 70 % составляет водород, около 27 % — гелий, а на долю остальных химических элементов приходится приблизительно 2 % массы. В пределах этих 2 % наблюдаются иногда резкие аномалии химического состава, о которых упоминалось в § 1.12. Все химические элементы тяжелее гелия образуются за счет ядерных реакций, которые протекают в звездах[100].

Во внутренних слоях звезд при температуре в миллионы градусов развивается гигантское давление газа (плазмы). Это давление могло бы разорвать звезду, если бы оно не уравновешивалось силой гравитационного притяжения частиц звездного вещества. Равновесие этих противоборствующих сил обеспечивает устойчивое состояние звезды. Если количество энергии, которое выделяется в недрах звезды, уменьшается, то давление внутри звезды падает, сила притяжения превосходит силу давления, и звезда начинает сжиматься; при этом температура и давление внутри ее нарастают, пока вновь не наступит равновесие (уже при меньших размерах). Напротив, если количество энергии, выделяемое в недрах звезды, увеличивается, то давление газа возрастает, и звезда начнет расширяться до тех пор, пока уменьшающееся при расширении давление не уравновесится силой притяжения. Таким образом, в зависимости от величины выделяемой энергии и в зависимости от массы звезды равновесие достигается при различных значениях ее радиуса (т. е. при различных размерах звезды).

Массы большинства звезд заключены в пределах от 0,1 до 10 масс Солнца; встречаются (очень редко) звезды в 50 раз массивнее Солнца. Величина 0,1 массы Солнца близка к предельной, при которой, вообще, возможно существование звезды как самосветящегося тела, излучающего за счет ядерной энергии. Это связано с процессом формирования звезд из межзвездного вещества (см. ниже).

Масса звезды М, ее светимость L (т. е. мощность излучения — количество энергии, излучаемой звездой в единицу времени), радиус R и температура поверхност и Т связаны между собой определенными соотношениями. Светимость звезды определяется количеством энергии, ежесекундно вырабатываемой в ее недрах. Чем больше масса звезды, тем выше давление, а следовательно, и температура в центральных областях ее, где идут термоядерные реакции. Скорость реакций очень сильно зависит от температуры. Поэтому в массивных звездах, где температура выше, реакции протекают быстрее, скорость выделения энергии, а значит, светимость звезды выше. Теория, в согласии с наблюдениями, дает, что светимость обычной звезды (с умеренной массой) пропорциональна четвертой степени ее массы (L ∝ M^4). С другой стороны, светимость зависит от температуры поверхности и ее размера. Количество энергии, ежесекундно излучаемой с единицы поверхности звезды, равно σТ^4 (здесь σ — постоянная Стефана-Больцмана). Следовательно, L = σТ^4S = σТ^44πR^2 (здесь S — площадь излучающей поверхности). Параметры звезды удобно выражать через соответствующие параметры Солнца. На основании приведенных соотношений имеем:

Индекс ⊙ означает, что данная величина относится к Солнцу.

Если построить график, на котором по горизонтальной оси отложить температуру поверхности звезды, а по вертикальной оси отложить светимость, выраженную в абсолютной звездной величине[101], то на таком графике каждая звезда изобразится одной точкой (рис. 2.1.14). Этот график играет в астрономии исключительно важную роль и носит название диаграмма Герцшпрунга-Рассела. Большинство звезд на диаграмме располагается вдоль линии, идущей из верхнего левого угла в нижний правый. Эта совокупность звезд получила название главной последовательности; Солнце относится к их числу. Помимо главной последовательности, выделяются еще два типа звезд: гиганты (и сверхгиганты), которые при той же температуре имеют гораздо более высокую светимость, чем звезды главной последовательности, и белые карлики, которые, напротив, при той же температуре имеют гораздо более низкую светимость.

Поверхностная температура звезд меняется в пределах от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч кельвинов, в очень редких случаях она может превышать 100 000 К. Светимость, пропорциональная четвертой степени температуры, меняется в гораздо более широких пределах от 10-4 L⊙ до 10^6 L⊙.

На рис. 2.1.14 на верхней шкале по горизонтали нанесены спектральные классы звезд. По характеру спектра (т. е. в зависимости от того, какие спектральние линии и какого вида наблюдаются в спектрах звезд) все звезды разделены на несколько спектральных классов, которые обозначаются буквами: O, B, A, F, G, K, M. Кроме того, внутри каждого класса выделяются 10 подклассов, обозначаемые цифрами от 0 до 9. Наше Солнце относится к классу G2. Каждому спектральному классу соответствует определенная температура поверхности. Спектральные классы ярких горячих звезд иногда называют «ранними», а холодных звезд — «поздними». Эти названия условны и отражают господствовавшие одно время ошибочные представления об эволюции звезд вдоль главной последовательности. Характеристики звезд различных спектральных классов приведены в таблице 2.1.2.

Большинство звезд по размерам сопоставимы с Солнцем, их радиусы составляют от 0,1 R⊙ до 10 R⊙. Это относится к звездам главной последовательности. Звезды-гиганты и сверхгиганты в сотни и даже тысячи раз превосходят Солнце. Например, диаметр Бетельгейзе (самая яркая звезда в созвездии Ориона — α Ориона) более, чем в 500 раз превышает диаметр Солнца. По сравнению с таким гигантом Солнце выглядит меньше, чем Земля по сравнению с Солнцем. Если поместить Бетельгейзе на место Солнца, то внутри ее оказалась бы не только орбита Земли, но и орбита Юпитера! Именно, из-за больших размеров гиганты при той же температуре имеют гораздо более высокую светимость. А очень малая светимость белых карликов, напротив, объясняется их очень малыми размерами. При массе приблизительно такой же, как у Солнца, они имеют размер порядка 10^4 км, т. е. сопоставимый с размерами планет земной группы. Средняя плотность таких звезд чудовищно велика, она составляет 10^6 г/см^3 — в 100 тыс. раз больше плотности железа (для сравнения: средняя плотность Солнца 1,4 г/см^3 — порядка плотности воды). Однако это не предел: нейтронные звезды (о которых мы упоминали в § 1.8) приблизительно в 1000 раз меньше Земли, их диаметр составляет всего 10–20 км!

Рис. 2.1.15. Сравнительные размеры звезд

Таким образом, мир звезд весьма разнообразен. Однако сказанное не исчерпывает его многообразия. Существует еще множество типов переменных и нестационарных звезд, а также вспыхивающие, новые и сверхновые звезды.

Среди переменных звезд особенно интересны звезды, которые периодически меняют свой блеск (их часто называют правильными переменными). В зависимости от причин изменения блеска, они делятся на два типа: затменные переменные и физические переменные. Затменные переменные звезды являются двойными, т. е. каждая такая звезда, на самом деле, представляет собой систему двух близко расположенных гравитационно связанных звезд, которые из-за близкого расстояния между ними воспринимаются даже при наблюдении в телескоп, как одна звезда. Обращаясь вокруг общего центра тяжести, эти звезды попеременно затмевают одна другую, чем и объясняются периодические изменения блеска. Примером такой системы является звезда Алголь (β Персея), переменность которой была обнаружена еще в средние века арабскими астрономами. Блеск ее меняется с периодом 2 суток 20 часов 49 минут.

У физических переменных звезд периодические изменения блеска вызываются пульсациями их поверхности. Эти звезды периодически сжимаются и расширяются. При расширении температура поверхности звезды падает, а при сжатии увеличивается, этим и объясняются колебания блеска. Примером такой пульсирующей звезды является δ Цефея. По ее имени все подобные пульсирующие звезды получили название цефеиды. Периоды цефеид составляют от нескольких часов до нескольких недель. Цефеиды играют исключительную роль в астрономии. Дело в том, что их светимость и период изменения блеска связаны линейной зависимостью. Используя эту зависимость, можно, определив из наблюдений период цефеиды, найти ее светимость. А зная светимость и видимую звездную величину, можно оценить расстояние до цефеиды и, следовательно, до того объекта (звездного скопления, галактики), в котором она находится. Это один из наиболее надежных методов определения расстояний во Вселенной.

Помимо пульсирующих звезд (цефеид), существует большой класс неправильных переменных звезд, которые отличаются непериодическими (неправильными) часто быстрыми и сильными изменениями блеска. Неправильные переменные также относятся к типу физических переменных звезд. Изменение их блеска, по-видимому, вызываются бурными, взрывными процессами, протекающими в их атмосферах. К числу таких звезд относятся недавно сформировавшиеся молодые звезды типа T Тельца, которые отличаются быстрыми неправильными изменениями блеска, а также вспыхивающие звезды типа UV Кита. Последние характерны гем, что у них блеск менее, чем за одну минуту может возрасти в десятки раз, а затем за 10–15 минут падает до первоначальной величины. Во время таких вспышек выделяется энергия, которая на один-два порядка (т. е. в 10-100 раз) превосходит энергию сильных хромосферных вспышек на Солнце.

Совершенно другой масштаб явлений связан со вспышками новых и сверхновых звезд. Новые звезды во время вспышки за несколько дней увеличивают свою светимость в тысячи и даже миллионы раз (в среднем, приблизительно в 10 тыс. раз). Обычно это слабые звезды, которые не видны невооруженным глазом[102]. Но во время вспышки, когда блеск их возрастает в тысячи раз, некоторые из них (не очень далекие) можно видеть даже невооруженным глазом. На небе, где до этого ничего не было видно, появляется новая звезда, отсюда и название — новая. Примером может служить очень яркая новая звезда, которая вспыхнула внезапно в августе 1975 г. в созвездии Лебедя, вызвав сильное волнение в астрономическом мире. Несколько дней она была сравнима по блеску с самыми яркими звездами этого красивого созвездия и была хорошо видна невооруженным глазом. Но затем ее светимость начала падать, звезда стала слабеть и вскоре совсем исчезла из виду, а созвездие приняло свой обычный вид.

В чем причина вспышек новых звезд? Наблюдения показали, что вокруг новой звезды после вспышки образуется расширяющаяся газовая оболочка. Кроме того, было установлено, что новые звезды представляют собой тесные двойные системы. Одним из компонентов этой системы является обычная звезда, а другим — белый карлик. Из-за очень близкого расположения компонентов вещество обычной звезды под действием притяжения белого карлика непрерывно перетекает на него. Падая с большой скоростью на поверхность плотной звезды, газовый поток нагревает белый карлик. Когда захваченная масса газа (водорода) достигает критической величины (~ 10^30 г), температура во внутренних слоях белого карлика увеличивается настолько, что там начинаются термоядерные реакции. Быстрое выделение энергии приводит к взрыву, в результате которого внешние слои белого карлика отрываются от него, образуя расширяющуюся газовую оболочку. Общая энергия, выделяемая при взрыве, достигает 10^40 Дж. Этот процесс мы и наблюдаем как вспышку новой. После взрыва процесс перетекания вещества возобновляется, что приводит к повторным вспышкам. Интервал между вспышками составляет порядка 1000 лет, но иногда бывает значительно короче.

Несравненно более грандиозные процессы происходят при вспышках сверхновых звезд. Светимость звезды в течение нескольких суток возрастает в 10^10 раз, и она излучает столько же света, сколько все вместе взятые звезды галактики! Мощность излучения во время вспышки превышает 10^36 Вт, а длительность активной фазы может достигать одного года; полная энергия, выделяемая за это время, составляет 10^44 Дж, это приблизительно столько же, сколько Солнце излучает за миллиард лет! В качестве сверхновых вспыхивают, как правило, массивные звезды с массой, превышающей в несколько раз массу Солнца. При взрыве они сбрасывают оболочку, масса которой может достигать нескольких масс Солнца.

Рис. 2.1.16. Крабовидная туманность остаток вспышки Сверхновой 1054 года

Вспышки сверхновых звезд происходят в среднем раз в несколько сотен лет (в одной галактике). По масштабам человеческой истории — это довольно редкое событие. Одна из таких звезд вспыхнула в 1054 г. в созвездии Тельца. Яркость ее, по свидетельству китайских и японских летописцев, была настолько велика, что она была хорошо видна на дневном небе при свете Солнца. Через несколько недель блеск звезды стал слабеть, и вскоре она исчезла из поля зрения. Сейчас на месте, где вспыхнула Сверхновая 1054 г., находится знаменитая Крабовидная туманность — остаток оболочки Сверхновой, а в центре ее обнаружен пульсар — нейтронная звезда, оставшаяся после взрыва. Не всегда на месте вспышки сверхновой обнаруживается нейтронная звезда. Так, на месте Сверхновой, вспыхнувшей в созвездии Кассиопеи несколько сотен лет назад, имеется мощный рентгеновский источник и самый мощный источник радиоизлучения (он называется Кассиопея А), однако там нет оптической туманности и никакой звезды в центре рентгеновской оболочки не обнаружено. Остается также загадкой, почему вспышка сверхновой в Кассиопее не была зафиксирована средневековыми астрономами. Две последние вспышки сверхновых в нашей Галактике наблюдались в 1572 г. Тихо Браге и в 1604 г. И. Кеплером. Это было за несколько лет до начала телескопических наблюдений. С тех пор астрономы с нетерпением ждут новой вспышки в нашей Галактике, но пока безрезультатно.

Рис. 2.1.17. Тонковолокнистая туманность в созвездии Лебедя — остаток оболочки сверхновой, вспыхнувшей около 300 000 лет тому назад

С помощью телескопов ежегодно наблюдаются несколько вспышек сверхновых в других галактиках, но они расположены настолько далеко от нас, что не могут наблюдаться невооруженным глазом. Впрочем, ожидания астрономов были частично вознаграждены в 1987 г., когда сверхновая вспыхнула в Большом Магеллановом Облаке — в ближайших окрестностях нашей Галактики. Немедленно на нее были направлены крупнейшие наземные телескопы (радио и оптические), а также все рентгеновские телескопы, установленные на борту космических аппаратов. В их числе рентгеновские телескопы модуля «Квант», который (очень удачно!) был запущен и состыковался со станцией «Мир» незадолго перед вспышкой Сверхновой. Астрономы и физики стремились использовать для изучения Сверхновой все имеющиеся у них средства: были предприняты попытки обнаружить связанный со вспышкой всплеск гравитационного и нейтринного излучения. Из всех результатов, которые были получены по Сверхновой 1987 г., упомянем лишь об одном: удалось обнаружить ту самую звезду (предсверхновую), которая вспыхнула как сверхновая, она была обнаружена на фотографиях, полученных до вспышки. Оказалось, что это массивная голубая звезда — сверхгигант. Это единственный пока в истории астрономии случай, когда звезда, вспыхнувшая как сверхновая, наблюдалась не только после, но и до вспышки.

С чем же связан такой интерес к вспышкам сверхновых? Дело в том, что при взрывах сверхновых звезд происходит синтез тяжелых элементов (тяжелее железа), которые вместе с элементами, синтезированными в ходе предшествующей эволюции, выбрасываются в межзвездное пространство и обогащают его всеми химическими элементами тяжелее гелия. Это определяет важнейшее космогоническое значение сверхновых звезд. О проблемах звездной космогонии мы поговорим чуть позже, а сейчас нам осталось познакомиться с еще одним важным классом звезд — двойными и кратными системами.

О двойных звездах мы уже упоминали, они образуют гравитационно связанную систему и обращаются под действием сил взаимного тяготения вокруг общего центра масс. Их называют физическими двойными, в отличие от звезд, которые не связаны друг с другом, а просто проецируются в близкие точки небесного свода[103]. Физические двойные, двойственность которых обнаруживается при непосредственных наблюдениях в телескоп, называются визуально-двойными. Они имеют периоды обращения от нескольких лет до нескольких тысяч лет. Самой короткопериодической из визуальнодвойных является звезда М Кита, ее период 2,62 года. Иногда компоненты двойной системы расположены так далеко друг от друга и обращаются друг относительно друга так медленно, что уловить их движение непосредственно невозможно. Их двойственность определяется косвенными методами. Такие звезды образуют широкие пары. В пространстве их компоненты отстоят друг от друга на тысячи и десятки тысяч астрономических единиц, а их периоды достигают миллионов лет. Такова, например, звезда α Центавра, которая вместе с ближайшей к нам Проксимой Центавра образуют двойную систему с расстоянием между компонентами не менее 10 000 а. е.

В некоторых двойных системах звезды расположены столь близко друг от друга, что их невозможно различить даже при наблюдении в самые сильные телескопы. Двойственность этих звезд может быть обнаружена либо по периодическому изменению блеска, когда одна звезда при вращении затмевает другую (это затменно-переменные звезды), либо спектроскопически (спектрально-двойные звезды). Примером затменно-двойной системы, помимо уже упоминавшегося нами Алголя, является звезда 0 Лиры. Известно несколько тысяч затменно-двойных звезд. Их периоды заключены от нескольких часов до десятков лет. Спектрально-двойные обнаруживаются по периодическому смещению спектральных линий из-за эффекта Доплера при обращении звезд друг относительно друга (или вокруг общего центра масс). Половину периода звезда движется на нас, ее линии смещаются к фиолетовому концу спектра; другую половину периода звезда движется от нас, линии смещаются к красному концу спектра.

В тесных двойных системах расстояние между звездами сопоставимо с их размерами. В таких системах существенную роль начинают играть приливные взаимодействия между компонентами. Под влиянием приливных сил звезда вытягивается, приобретая эллипсоидальную форму. В таких системах газ может перетекать с одной звезды на другую, при этом может образоваться газовый диск вокруг одной из звезд (см. рис. 2.1.18). В состав некоторых двойных систем входят новые звезды, пульсары и, возможно, черные дыры (см. с. 216). Обращаясь друг относительно друга, двойные звезды подчиняются тем же законам небесной механики, что и планеты Солнечной системы при их вращении вокруг Солнца. Определив из наблюдений орбиты звезд в двойной системе, можно найти их массы. Это основной метод определения масс звезд.

Среди двойных систем встречаются такие, в которых один компонент имеет во много раз меньшую массу, чем другой. Такой компонент (темный спутник) не наблюдается, а его присутствие обнаруживается по периодическим колебаниям положения главного компонента на небесной сфере. Массы темных спутников заключены в пределах от 0,2 до 0,01 M⊙ Обычно они не превосходят 0,1 7 M⊙; такие объекты называют «коричневыми карликами» и относят к звездам, так как на определенном этапе эволюции их светимость поддерживается термоядерными реакциями. А менее массивные тела с массой меньше 0,01 M⊙ относят к планетам, поскольку они полностью лишены термоядерного источника энергии. К концу 2000 г. обнаружены планеты у нескольких десятков звезд (см. п. 4.3.2).

Рис. 2.1.18. Перетекание вещества с одной звезды на другую в тесной двойной системе. Образование газового диска вокруг меньшего плотного компонента

Помимо двойных систем, существуют тройные и кратные системы. По-видимому, около трети двойных звезд являются тройными и звездами большей кратности. Примером шестикратной системы являются Мицар и Алькор в созвездии Большой Медведицы. Эти звезды образуют широкую пару. Причем Мицар представляет собой визуально-двойную звезду, состоящую из двух компонентов — Мицар А и Мицар В, разделенных угловым расстоянием 14". В свою очередь, Мицар А— спектрально-двойная звезда с периодом 21 сут, Мицар В — тройная система, она состоит из спектрально-двойной звезды с периодом 182 сут, а вокруг этой пары обращается еще третий более далекий компонент с периодом 1350 сут.

Общее число двойных и кратных систем очень велико. Считается, что от 50 до 70 % всех звезд являются системами той или иной кратности. Существует предположение, что и Солнце тоже двойная звезда. Геологические данные показывают, что примерно каждые 30 млн лет на Земле происходят катаклизмы, связанные с интенсивным выпадением метеоритов и кометоподобных тел и приводящие к существенному ограничению жизнедеятельности или даже полному вымиранию отдельных биологический видов. Одна из гипотез, пытающихся объяснить это загадочное явление, предполагает, что вокруг Солнца обращается по очень вытянутой эллиптической орбите небольшая звезда (спутник). Перигелий орбита лежит внутри облака Оорта, а период обращения составляет около 30 млн лет. Когда звезда проходит через перигелий, она вызывает сильнейшие возмущения в облаке Оорта, в результате чего большое число кометных тел проникает во внутренние области Солнечной системы и, бомбардируя Землю, вызывает периодические катаклизмы. Гипотетическую звезду многозначительно назвали Немезидой — по имени древнегреческой Богини возмездия. (Согласно другой гипотезе, интенсивное выпадение метеоритного вещества связано с прохождением Солнечной системы через галактические пылевые облака. Но в этом случае трудно объяснить строгую периодичность явления.)

Вполне возможно, что у двойных звезд также имеются планеты. В тесных двойных системах, где расстояние между компонентами много меньше астрономической единицы, планеты (если они там существуют) обращаются, по-видимому, сразу вокруг обеих звезд, точнее вокруг их общего центра масс. В широких парах каждая звезда может иметь свою планетную систему. Если бы земным путешественникам удалось побывать на этих планетах (особенно в кратных системах), они увидели бы совершенно необычную для нас картину, когда различные солнца вместе или поочередно появляются на небе. Вероятно, жителям этих планет очень трудно представить, что где-то могут существовать планеты, освещаемые одним-единственным солнцем.

Наш рассказ о мире звезд, по необходимости, был чисто внешним, описательным. Между тем, звезды играют важную роль в жизни Вселенной и в нашей жизни. Дело не только в том, что в них сосредоточено более 95 % всего видимого вещества Вселенной[104]. Звезды являются источниками энергии, необходимой для поддержания жизни на планетах; в их недрах образуются необходимые для жизни химические элементы. Чтобы лучше понять роль звезд, их влияние на процессы происхождения и развития жизни, надо познакомиться с тем, как рождаются сами звезды. Конечно, многое здесь лежит еще за пределами нашего понимания, но общие контуры картины обрисовать можно.

2.1.3. Как рождаются, живут и умирают звезды

Космогония должна вызывать величественные мысли.

«Знаки Агни Йоги»

По современным представлениям, звезды образуются из диффузной материи путем гравитационной конденсации. Пространство между звездами заполнено газом и пылью, которые образуют очень разреженную газопылевую среду. Средняя концентрация газа (в основном, водорода) в межзвездной среде составляет 1 атом на куб. см (концентрация других газов значительно ниже). Это соответствует плотности 10-24 г/см^3; плотность пылевой составляющей на порядок ниже. По нашим земным меркам, это почти абсолютный вакуум. И тем не менее, это не пустота! Земные мерки неприменимы к Космосу. Чем глубже мы будем знакомиться со Вселенной, гем больше будем убеждаться в этом. Нам еще предстоит познакомиться с межзвездной средой, а пока отметим, что она не однородна. Межзвездная среда состоит из отдельных газопылевых облаков разного размера, с плотностью на 1–2 порядка выше средней. В этих облаках и образуются звезды.

Под влиянием различных внешних воздействий (например, магнитного поля или ударной волны), а также число случайно, в газопылевом облаке могут возникать локальные уплотнения. Силы гравитации стремятся сжать образовавшееся уплотнение, а давление газа препятствует этому. Сила гравитации пропорциональна линейному размеру уплотнения r, а сила давления обратно пропорциональна r. Ясно, что при некотором размере обе силы должны быть равны. Соответствующий размер называется критическим радиусом Джинса (или длиной волны Джинса). Он зависит от плотности, температуры и средней молекулярной массы среды. Если размер уплотнения больше критического радиуса Джинса, уплотнение будет сжиматься. Образующийся сгусток обладает определенным вращательным моментом, так как вещество, из которого он образуется, участвует в общем вращении Галактики. При сжатии скорость вращения возрастает, а это приводит к тому, что массивный сгусток не может сразу сжаться до большой плотности — под действием центробежной силы он разбивается на отдельные фрагменты, которые, в свою очередь, подвергаются фрагментации и т. д. Так, в процессе последовательной фрагментации образуются сгустки вещества с массой порядка массы звезд — это протозвезды. Примером такого газопылевого комплекса, в котором идет процесс звездообразования, является область вокруг известной туманности Ориона.

Рис. 2.1.19. Туманность Ориона. Она является частью гигантского газопылевого комплекса, в котором идет процесс звездообразования

В центре сжимающейся протозвезды плотность вещества выше, на периферии — ниже. Чем выше плотность, гем быстрее протекает сжатие; это, в свою очередь, увеличивает плотность и, следовательно, повышает скорость сжатия и т. д. В результате сжимающаяся протозвезда разделяется на два компонента: компактное ядро и протяженную оболочку. Вещество оболочки, притягиваясь к ядру, непрерывно выпадает на него и увеличивает его массу. Ядро при сжатии нагревается и излучает тепловую энергию. Такая протозвезда, состоящая из ядра и оболочки, наблюдается в виде источника инфракрасного излучения. Мы упоминали о подобных объектах в § 1.12, когда говорили о поисках сфер Дайсона.

Если сжимающаяся протозвезда вращается очень быстро, то на определенном этапе она разделяется на отдельные фрагменты — так образуются тесные двойные системы. Из более медленно вращающихся протозвезд образуются одиночные звезды. При определенных условиях оболочка протозвезды трансформируется в протяженный газопылевой диск, которому передается основная доля вращательного момента. Из такого диска затем формируются планеты. Известно, что в Солнечной системе 98 % вращательного момента приходится на долю планет и лишь 2 % на долю Солнца. Если бы весь момент количества движения принадлежал Солнцу, оно вращалось бы со скоростью 100 км/с на экваторе. С такой скоростью вращаются звезды главной последовательности ранних спектральных классов от O до F. Звезды более поздних спектральных классов от F5 до М имеют такую же, как у Солнца скорость вращения — порядка нескольких км/с. Важно отметить одно обстоятельство: у звезд главной последовательности при переходе от одного спектрального класса к другому все параметры звезды (масса, светимость, температура, радиус) меняются непрерывно, а вот скорость вращения ведет себя иначе. При переходе от звезд B0 к звездам F0 она медленно непрерывно уменьшается, но в районе спектрального класса F5 резко падает до значения нескольких км/с. Это может служить указанием на то, что у звезд спектральных классов от Р5 до М на определенном этапе эволюции сформировался протопланетный диск, которому была передана основная доля вращательного момента протозвезды. Если это так, то все звезды указанных спектральных классов должны иметь планетные системы. Поскольку протопланетный диск образуется на стадии формирования звезды, можно заключить, что образование планет происходит в едином процессе со звездообразованием. Наблюдения последних лет подтверждают этот вывод. Как уже отмечалось выше, планетные системы обнаружены у нескольких десятков звезд[105], причем все они имеют спектральные классы от F8 до М4.

Пока оболочка протозвезды непрозрачна, мы не видим находящуюся внутри ее формирующуюся звезду. Но по мере выпадения вещества оболочки на ядро и по мере формирования планет оболочка (или протопланетный диск) становятся прозрачными. В это время звезда наблюдается как звездообразный объект с нерегулярно изменяющейся светимостью. Считается, что к этой стадии относятся звезды типа Τ Тельца. Ядро протозвезды (будущая звезда) продолжает сжиматься, температура в центре его неуклонно возрастает. Когда она достигает нескольких миллионов градусов, в недрах ядра «загорается» водород: начинаются термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Выделяющаяся при этом энергия поддерживает высокую температуру 10^7 К; давление горячего газа уравновешивает силу тяготения, сжатие останавливается — протозвезда превращается в звезду. Момент начала термоядерных реакций и есть момент рождения звезды. На этом заканчивается первая стадия звездной эволюции — стадия образования звезды.

Вторая стадия связана с термоядерными реакциями, в которых ядерным горючим является водород. К этой стадии принадлежат все звезды главной последовательности (включая Солнце), поэтому ее можно назвать стадией главной последовательности. Начинается она с началом ядерных реакций; астрономы говорят, что в этот момент звезда вступает на главную последовательность. Знаменательно, что ядерным горючим на этой стадии является самый распространенный элемент во Вселенной. Надо признать, что Природа распорядилась здесь весьма разумно, ибо запасы этого горючего наиболее велики.

При сгорании водорода в недрах звезд главной последовательности образуется гелий. В результате цепочки ядерных реакций четыре ядра атома водорода (протона), соединяясь, образуют ядро гелия (гелий-4), состоящее из двух протонов и двух нейтронов, при этом выделяется энергия 410-5 эрг на одно образующееся ядро гелия[106]. У звезд с массой меньше 0,3 M⊙ температура в центре звезды недостаточна для образования гелий-4, здесь процесс завершается на образовании изотопа гелия 3Не.

Пока идут термоядерные реакции, звезда находится в устойчивом состоянии; все ее параметры: радиус, масса, светимость, температура остаются постоянными. На диаграмме Герцшпрунга-Рассела она занимает строго определенное место на главной последовательности. Положение звезды определяется ее массой. Массивные звезды имеют высокую светимость, они занимают верхнюю часть главной последовательности. Звезды малой массы имеют низкую светимость, они находятся в нижней части главной последовательности. Это красные карлики. Их масса заключена в пределах от 0,08 M⊙ до 0,3 M⊙ .

Звезд с массой меньше, чем 0,08 M⊙ не существует. Почему? Если масса протозвезды меньше 0,08 M⊙, то в процессе сжатия температура в ее центре никогда не достигает величины, необходимой для начала ядерных реакций с участием водорода. Такое тело (его уже нельзя назвать протозвездой) сжимается до тех пор, пока его вещество не перейдет в состояние вырожденного газа, давление которого остановит сжатие. Это достигается при огромных плотностях, порядка 10^6 г/см^3, радиус такого объекта будет порядка 3000 км. Вырожденный газ обладает рядом замечательных свойств. Прежде всего, в отличие от обычного газа, он практически несжимаем. У обычного газа давление зависит от температуры; когда температура падает — газ сжимается. У вырожденного газа давление не зависит от температуры. Поэтому по мере остывания звездообразный объект из вырожденного газа не будет сжиматься. Даже если объект потеряет все запасы тепла, сила давления вырожденного газа по-прежнему будет противостоять силе тяготения, которая не сможет сжать объект до меньших размеров[107]. Постепенно, высветив всю свою тепловую энергию, накопившуюся во время сжатия до вырожденного состояния, подобные звездообразные объекты превратятся в черные карлики — безжизненные несветящиеся тела, которые могут существовать в таком состоянии миллиарды миллиардов лет. Таким образом, нижний предел массы звезд определяется массой, при которой в центре сжимающейся звезды достигается температура, необходимая для «загорания» водорода. А чем определяется верхний предел массы? Вспомним, что при сжатии массивной протозвезды на ее ядро непрерывно выпадает вещество оболочки, в результате чего масса ядра (будущей звезды) растет. Чем больше масса ядра, тем выше его температура и интенсивнее излучение. При массе, равной приблизительно 100 M⊙, давление излучения достигает такой величины, при которой дальнейшее выпадение вещества из оболочки прекращается. Это и определяет верхний предел наблюдаемых масс звезд.

Вернемся к звездам главной последовательности. Чем больше энергии излучает звезда (т. е. чем выше ее светимость), чем быстрее она расходует ядерное горючее, тем короче стадия устойчивого состояния звезды (время жизни звезды на главной последовательности). Запасы ядерного горючего в звезде пропорциональны ее массе, а темп расходования пропорционален светимости. Поэтому время жизни звезды на главной последовательности t ∝ М/L. Но, как уже отмечалось выше, L ∝ M^4, следовательно, t ∝ М^3. Звезды с массой, равной массе Солнца, «живут» 11–13 млрд лет. Звезды с массой вдвое меньше M⊙ живут на главной последовательности почти 100 млрд лет, а красные карлики — много дольше[108]. Самые массивные горячие звезды с массой больше 10 M⊙ находятся на главной последовательности менее 10 млн лет. Если бы такая звезда образовалась вместе с нашим Солнцем 5 млрд лет тому назад, то к настоящему времени она давно бы исчерпала запасы водородного горючего и прекратила свое существование, вероятнее всего, взорвавшись как сверхновая (см. ниже). То, что мы наблюдаем подобные звезды, свидетельствует о том, что они очень молодые и сформировались не более 20 млн лет назад; по космогоническим (и даже геологическим!) масштабам, это совсем мало. Следовательно, процесс звездообразования в Галактике продолжается и в настоящее время.

Что же происходит со звездой по мере выгорания водородного горючего? Во внутренних слоях звезды энерговыделение уменьшается и давление газа уже не в состоянии противостоять силам тяготения. Внутренние слои звезды слегка сжимаются, температура в них повышается, давление останавливает сжатие; интенсивность ядерных реакций при повышенной температуре возрастает, восстанавливая прежний темп энерговыделения. Светимость звезды и температура ее поверхности не меняются. Так в недрах звезды осуществляется управляемый термоядерный синтез, который позволяет поддерживать равновесие звезды. В это время звезда находится на главной последовательности.

Но когда значительная доля водорода выгорит, в центре звезды образуется гелиевое ядро. В прилегающих к нему слоях звезды продолжаются термоядерные реакции с образованием гелия. Гелиевое ядро растет и, в конце концов, вокруг него остается только очень тонкий слой, где идут ядерные реакции. Лишенное источников энергии гелиевое ядро начинает сжиматься, температура его растет; одновременно повышается температура примыкающей к ядру тонкой оболочки, где идут термоядерные реакции. Скорость реакций очень сильно зависит от температуры. С повышением температуры скорость реакций возрастает, а это, в свою очередь, повышает температуру и увеличивает скорость ядерных реакций. Такое состояние является неустойчивым. Наружные слои звезды начинают расширяться, все параметры звезды (ее радиус, спектр, светимость, температура поверхности) изменяются. Период стационарного состояния звезды закончился. Начинается новая, третья стадия звездной эволюции — стадия красного гиганта.

Рис. 2.1.20. Эволюционные треки звезд на диаграмме Герцшпрунга-Рассела при переходе с главной последовательности к стадии красного гиганта

Процесс перехода в состояние красного гиганта у звезд разной массы протекает по-разному. У звезд малой массы температура поверхности (не путать с температурой внутри звезды!) при расширении оболочки практически не меняется. Значит, не меняется и поток энергии с единицы поверхности. А так как излучающая поверхность при расширении увеличивается, то светимость звезды возрастает. Эволюционный трек такой звезды на диаграмме Герцшпрунга-Рассела изображается почти вертикальной линией (см. рис. 2.1.20). За счет чего увеличивается мощность излучения звезды? Очевидно, за счет возрастания энерговыделения в ее внутренних слоях. Такое кратковременное возрастание энергии, как мы видели, возможно, несмотря на истощение ядерного горючего, за счет повышения температуры в зоне, где идут ядерные реакции. У звезд большой массы температура поверхности с расширением быстро падает, излучательная способность единицы поверхности уменьшается, но это полностью компенсируется увеличением поверхности звезды, так что ее светимость не меняется. На диаграмме Герцшпрунга-Рассела эволюционный трек такой звезды изображается горизонтальной линией. Каким бы путем звезда ни пришла в состояние красного гиганта, в этом состоянии она имеет температуру поверхности значительно ниже, чем звезда главной последовательности с той же светимостью (или светимость выше, чем звезда главной последовательности с той же температурой). Характерной особенностью звезд на этой стадии эволюции является то, что они становятся очень неоднородными: выделяется плотное компактное очень горячее ядро и холодная протяженная внешняя оболочка. У обычных звезд плотность и температура непрерывно изменяются от поверхности звезды к ее центру, здесь же возникает резкий скачок плотности между ядром и оболочкой. По своему строению красный гигант, в какой-то мере, похож на протозвезду в начальном состоянии сжатия.

Время перестройки звезды, время перехода ее в состояние красного гиганта в сто раз меньше срока жизни звезды на главной последовательности. В процессе перестройки звезда находится в неустойчивом состоянии, здесь возникают условия, при которых она может совершать регулярные пульсации. В это время звезда наблюдается в качестве цефеиды или переменной типа RR Лиры.

Как же протекает третья стадия звездной эволюции? Некоторое время после образования красного гиганта звезда остается стационарной: ее радиус, температура, светимость не меняются. В центре звезды находится гелиевое ядро. Еще на стадии образования красного гиганта оно начало сжиматься. Если масса ядра больше 0,4–0,5 M⊙ , то температура при сжатии достигает 10^8 К, начинается новый цикл ядерных реакций, при которых гелий превращается в углерод (три ядра гелия-4 образуют ядро углерода 12С). Выделяющаяся при этом энергия поддерживает излучение звезды. Таким образом, в отличие от звезд главной последовательности, красный гигант излучает не за счет водородного, а за счет гелиевого горючего. По мере выгорания гелия в центре звезды образуется углеродное ядро. Когда весь гелий выгорит, стадия красного гиганта заканчивается. Если масса ядра меньше 0,4–0,5 M⊙ (масса такой звезды, вероятно, меньше одной M⊙), то температура его при сжатии никогда не достигает величины, при которой «загорается» гелий; лишенное источников энергии такое ядро эволюционирует по уже известному нам сценарию, превращаясь в черного карлика. Но в отличие от несостоявшейся протозвезды, которая превращается в водородный черный карлик, в данном случае образуется черный карлик из гелия. Причем в данном случае это будет гелий-4, а не гелий-3, как для звезд с М < 0,3 M⊙.

Продолжительность каждой из рассмотренных стадий звездной эволюции зависит от массы звезды, но относительная длительность стадий для звезд разной массы сохраняется. Используя это обстоятельство Д. Голдсмит и Т. Оуэн в книге «Поиски жизни во Вселенной» применяют остроумный прием, сопоставляя время жизни звезды с человеческой жизнью. Если принять, что полное время жизни звезды соответствует 70 годам, то в этом масштабе времени первая стадия — сжатие протозвезды (детство) занимает 15–16 лет, стадия главной последовательности — приблизительно 50 лет, переходный период к стадии красного гиганта — около года, а сама стадия красного гиганта (старость звезды) — около трех лет. Отсюда видно, что большую часть своей жизни звезда проводит на главной последовательности.

Следующая заключительная стадия связана с гибелью звезды. В зависимости от массы звезда либо превращается в белый карлик и медленно угасает, либо взрывается как сверхновая.

На первый взгляд может показаться, что чем массивнее звезда, тем больше плотность вещества в ее центре. Но на самом деле это не так. Для равновесия звезды важна не плотность, а давление, которое сдерживает вес вышележащих слоев и препятствует гравитационному сжатию. Но давление зависит от температуры, а температура в центре массивных звезд выше, чем у звезд малой массы. Давление нагретого до высокой температуры газа уравновешивает вес вышележащих слоев при меньшей плотности, чем в недрах менее массивных звезд, где температура не так высока. В результате ядро менее массивных звезд более плотное. Это обстоятельство оказывает решающее влияние на судьбу звезд на конечной стадии их эволюции.

У звезд средней массы (вероятно, не превышающей 2,5 M⊙) после выгорания гелия остается углеродное ядро, сжатое до уже знакомого нам вырожденного состояния, при котором дальнейшее сжатие невозможно. Если бы ядро могло сжиматься дальше, то температура его повысилась бы до значения, при котором начинаются термоядерные реакции следующего цикла. Но давление вырожденного электронного газа препятствует этому. Поэтому такое ядро обречено на медленное остывание и превращение в черный углеродный карлик. Но прежде чем это произойдет, звезда претерпевает существенные изменения. Наружные слои звезды (красного гиганта) благодаря интенсивному истечению вещества в межзвездное пространство (звездный ветер) постепенно рассасываются, обнажая горячее углеродное ядро. Это и есть белый карлик. У некоторых звезд с массой ~ M⊙ сброс оболочки происходит на ранних стадиях образования красного гиганта, когда начинается горение гелия. У этих звезд возгорание гелия сопровождается резким выделением энергии. Звезда теряет устойчивость и сбрасывает с себя наружные водородные слои, они отделяются от звезды, образуя медленно расширяющуюся оболочку, которая наблюдается в виде планетарной туманности[109]. Оставшееся в центре ее ядро становится новой плотной и горячей звездой с температурой 50-100 тыс. К, которая, теряя энергию и охлаждаясь, постепенно превращается в белый карлик.

Рис. 2.1.21. Планетарная туманность в созвездии Водолея

Таким образом белые карлики «вызревают» в недрах звезды красного гиганта и «появляются на свет» после того, как звезда тем или иным способом сбросила свои наружные слои. Они представляют собой очень плотные остатки этих звезд, состоящие в основном из ядер углерода и электронов. Плотность вещества в них в миллион раз выше средней плотности Солнца. Белые карлики не имеют термоядерных источников энергии и светят за счет тепловой энергии, запасенной на предшествующих стадиях эволюции. Температура их поверхности довольно высока (от 5000 до 15000 К), но благодаря малой излучающей поверхности светимость их в тысячи раз меньше, чем у Солнца. Таким образом, экономно расходуя свою энергию, белый карлик может светить в течение миллиардов лет, прежде чем, медленно остывая, превратится в черный углеродный карлик. Подобная участь ожидает и наше Солнце. Возраст Солнца около 5 млрд лет. Через 6–8 млрд лет водородное горючее в недрах Солнца исчерпается, и оно превратится сначала в красный гигант, а затем, сбросив оболочку и пройда, вероятно, через стадию планетарной туманности, станет белым карликом, а потом черным карликом размером с Землю.

Масса белых карликов близка к массе Солнца и не превышает 1,4 M⊙ . Масса родительской звезды, из которой он образовался, может быть значительно больше. Это зависит от того, какую долю вещества сбрасывает звезда, прежде чем из нее «вылупится» белый карлик. Звезды типа Солнца, вероятно, сбрасывают небольшую доли» своей массы. Более массивные звезды могут сбрасывать значительную часть массы. Хорошим примером является спутник Сириуса — Сириус В, исторически первый открытый белый карлик. Вместе со звездой Сириус А они образуют тесную двойную систему. Очевидно поэтому, что обе звезды образовались одновременно и имеют одинаковый возраст. Сириус А (та самая звезда, которая так ярко сияет на пашем небе) является звездой главной последовательности, а звезда, из которой образовался Сириус В, уже прошла через стадию главной последовательности и превратилась в белый карлик, следовательно, она эволюционировала быстрее А это значит, что она имела большую массу. Масса Сириуса А 2,3 M⊙ , следовательно, звезда, из которой образовался Сириус В, могла иметь массу 2,5–3 M⊙ Вероятно, это одна из наиболее массивных звезд, из которых образуются белые карлики. Так как масса белого карлика Сириус В равна 0,9 M⊙ , это значит, что звезда, из которой он образовался, потеряла до 70 % своей первоначальной массы.

Почему масса белых карликов не превышает 1,4 Мы уже отмечали, что если масса тела, лишенного внутренних источников энергии, превышает 1,4 M⊙ (предел Чандрасекара), то давление вырожденного электронного газа не может противостоять силе тяготения, и такое тело продолжает сжиматься, превращаясь в нейтронную звезду или черную дыру. Поэтому если в недрах звезды после прекращения термоядерных реакций образуется ядро с массой больше указанного предела, то оно превращается в нейтронную звезду или черную дыру.

Мы подошли к самым драматическим событиям звездной эволюции. В центре массивной звезды температура очень высока, вещество там находится не в вырожденном состоянии, а в состоянии обычного газа, который может сжиматься. Когда содержание гелия в ядре истощается, ядро начинает сжиматься, температура в центре его повышается, и там начинается новый цикл ядерных реакций с участием углерода, т. е. ядерным горючим становится углерод. В результате слияния ядер 12С и 4Не образуется ядро кислорода 16О. По мере истощения углерода «загорается» кислород: ядро 16О, присоединяя 4Не, образует ядро неона 20Ne и т. д. То есть следует цикл ядерных реакций, в которых последовательно синтезируются тяжелые элементы вплоть до железа. В каждом последующем типе реакций выделяется все меньше и меньше энергии. Но чтобы противостоять сжатию, звезда должна выделять энергию в прежнем темпе. Это достигается за счет того, что каждый последующий элемент «сгорает» все быстрее и быстрее. Горение углерода длится тысячи лет. Затем смена горючего происходит через годы, сутки и даже часы. Загорание каждого очередного элемента происходит тогда, когда масса его достигнет некоторого критического значения, которое близко к переделу Чандрасекара для ядра из этого элемента В результате звезда приобретает структуру «луковицы»: в центре находится железное ядро, окруженное многочисленными слоями из продуктов ядерного горения в предыдущих циклах.

Когда образуется железное ядро, дальнейшая цепь ядерных реакций прерывается. Почему? Дело в том, что в раду химических элементов железо занимает особое место. При синтезе ядер сравнительно легких элементов, включая железо, не надо затрачивать энергию. Напротив, синтез этих ядер сопровождается выделением энергии, которая и является источником светимости звезд. В отличие от этого, для синтеза ядер элементов тяжелее железа необходимо затратить определенную энергию (которая освобождается при распаде этих ядер). Поэтому такой процесс не может поддерживать излучение звезды.

Итак, когда образуется железное ядро, ядерные реакции в звезде прекращаются. Звезда охлаждается и начинает сжиматься. Сжатие железного ядра происходит катастрофически быстро: менее чем за секунду оно уменьшает свои размеры в тысячи раз (говорят, что ядро коллапсирует). Казалось бы вещество звезды должно прийти в вырожденное состояние, и давление вырожденного электронного газа должно остановить сжатие. Но этого не происходит. Дело в том, что в центре такой коллапсирующей звезды развивается фантастически высокая температура, она достигает миллиардов градусов. При такой температуре электроны вступают в реакцию с протонами и образуют нейтроны (происходит процесс нейтронизации вещества). В результате количество электронов быстро уменьшается. Но откуда в центре звезды появились протоны? Ведь водород там давно выгорел на предшествовавших стадиях эволюции. А происходит вот что: при повышении температуры ядра атомов железа соударяются друг с другом и разрушаются, распадаясь, в конечном итоге, на протоны и нейтроны. Образующиеся при этом протоны и соединяются с электронами. Энергия, необходимая для распада атомных ядер железа черпается из кинетической энергии коллапсирующей звезды. Быстрое уменьшение плотности электронов в результате их слияния с протонами снимает вырождение (исчезает вырожденный электронный газ, давление которого могло бы предотвратить сжатие). Образующиеся нейтроны заполняют звездное ядро, и коллапс продолжается до тех пор, пока в центре звезды не образуется чудовищно плотный компактный объект размером порядка 10 км, состоящий почти исключительно из нейтронов.

Столкновения атомных ядер при коллапсе приводит, как мы видели, в основном, к их распаду с образованием протонов и нейтронов. Однако в этих же столкновениях, очень редко, но все же происходит образование ядер более тяжелых, чем железо, таких, как медь, молибден, олово, йод, серебро, золото, платина, ртуть, свинец, уран, и т. д. Описанный процесс длится примерно 1 секунду, но именно в эту последнюю секунду жизни звезды рождается, по существу, вся химия Вселенной, все химические элементы таблицы Менделеева. Энергия, необходимая для образования ядер этих элементов, черпается из кинетической энергии коллапсирующей звезды. Заканчивая свой жизненный путь, звезда использует последний шанс, последний источник энергии для образования тяжелых элементов. Надо сказать, что этот процесс имеет для нас немаловажное значение. Хотя живые организмы состоят преимущественно из элементов более легких, чем железо, — в основном, это водород, углерод, азот, кислород, фосфор — небольшая доля элементов тяжелее железа также входит в состав живых организмов, и они играют важную роль в процессах жизнедеятельности (не говоря уже об использовании их в технологических целях для нужд развивающейся цивилизации).

Когда в центре звезды образуется нейтронной ядро, наружные слои обрушиваются на него с колоссальной скоростью. Возникает взрыв, отбрасывающий вещество назад. Мощная ударная волна, движущаяся от центра звезды, вызывает сброс оболочки. При этом выделяется колоссальная энергия порядка 10^45 Дж, а образовавшиеся в звезде тяжелые элементы разбрасываются в окружающее космическое пространство. Эго и есть взрыв звезды, приводящий к вспышке сверхновой. Обнажившееся нейтронное ядро образует уж знакомую нам нейтронную звезду, которая наблюдается в виде пульсара.

Нейтронная звезда образуется лишь в том случае, если масса железного ядра меньше 2 M⊙ . Если масса ядра превышает 2 M⊙ , коллапс идет неограниченно с образованием черной дыры. Так называются совершенно необычные объекты, сжавшиеся до такой степени, что их поле тяготения удерживает не только вещество, но и излучение, не позволяя ему вырваться за пределы объема, ограниченного так называемым гравитационным радиусом Rg = 2GM/c^2 (G — постоянная тяготения, М — масса тела, с — скорость света). Для тела с массой Солнца Rg = 3 км. Всякое гравитирующее вещество характеризуется определенной скоростью освобождения, ее называют также параболической или второй космической скоростью. Если скорость частицы, находящейся в поле тяготения рассматриваемого тела, больше параболической, частица вырывается из поля тяготения и уходит в космическое пространство. Для Земли параболическая скорость равна 11,2 км/с, для Солнца она составляет 600 км/с, а для черной дыры параболическая скорость больше скорости света. Поэтому ни одна частица (даже квант света), находящаяся внутри черной дыры (под гравитационным радиусом), не может вырваться наружу. Черная дыра не светит и не греет, но своим мощным гравитационным полем затягивает внутрь себя вещество из окружающего пространства. Академик Я. Б. Зельдович образно назвал черную дыру гравитационной могилой. Но это грубая картина. Как показал крупнейший современный физик-теоретик С. Хокинг, учет квантовых эффектов приводит к тому, что черная дыра все же будет светиться, но очень слабо (излучение Хокинга). Обнаружить по этому излучению обычные черные дыры невозможно. Но их можно заметить по свечению падающего на черную дыру газа. К середине 2001 г. было обнаружено около 20 черных дыр звездной массы и 60 сверхмассивных черных дыр (с массой более миллиона солнечных масс) в ядрах галактик. Образование последних не связано со звездной эволюцией.

Описанная картина может быть не точна в деталях и она не описывает всех возможностей. При определенных условиях могут вспыхивать, как сверхновые, и не очень массивные звезды, с массой не сильно превышающей солнечную. Не обязательно в результате взрыва образуется нейтронная звезда или черная дыра: звезда может взорваться полностью, без остатка. Важно, что при взрыве освобождается гигантская энергия и разбрасываются в пространство синтезированные в звезде химические элементы. В белых карликах синтез элементов не продвинулся дальше углерода, но и он, в конечном итоге, оказывается запертым в недрах черного углеродного карлика, в который после остывания превратится белый карлик. Взрыв же сверхновых звезд обеспечивает процесс космического метаболизма: он обогащает межзвездную среду, из которой формируются новые поколения звезд. Звезды первого поколения сформировались из вещества, которое образовалось на ранних стадиях развития Вселенной. Они состояли практически целиком из водорода (70 % по массе) и гелия (30 %) с небольшой примесью бериллия, лития и бора (меньше одной миллионной). Вероятно, это были массивные звезды, которые давно закончили свою эволюцию, взорвавшись, как сверхновые, и разметав по Галактике тяжелые элементы от углерода до урана. Самые старые звезды, которые наблюдаются сегодня, относятся ко второму поколению; они содержат уже заметную долю тяжелых элементов, хотя значительно меньшую, чем звезды следующего третьего поколения, к которому принадлежит и наше Солнце. Существенно, что, как сверхновые, взрываются, в основном, массивные звезды, которые очень быстро эволюционируют н, следовательно, за время существования Галактики сверхновые звезды многократно обогащали межзвездную среду.

Итак, звезды формируются из межзвездной среды путем гравитационной конденсации диффузной материи. Они проходят длительную стадию главной последовательности, когда устойчивое состояние звезды обеспечивается за счет ядерных реакций превращения водорода в гелий. Затем следует более короткая стадия красного гиганта, когда жизнь звезды поддерживается за счет горения гелия. И наконец, наступает заключительная фаза, когда, в зависимости от массы звезды, она либо превращается в белый карлик и медленно угасает, унося с собой в черную могилу накопления своей жизни, либо взрывается, как сверхновая, щедро разбрасывая в пространство плоды своего творчества для использования их в следующих поколениях звезд. Вспышка света необычайной яркости оповещает всех, кто может ее увидеть, об этом подвиге самоотверженности звезды, отдающей себя, свою материю, свою сущность во имя продолжения Беспредельной Нити Жизни Космоса. Умирая, она, подобно фениксу, возрождается вновь в поколениях звезд, которые приходят ей на смену.

2.1.4. Звездная система — Галактика

Мы познакомились с миром звезд, с их свойствами, с тем, как они рождаются, живут и умирают. Теперь нам предстоит краткое знакомство с той страной, в которой они обитают, — с грандиозной звездной системой Галактикой, имеющей размер более 100 тыс. св. лет и содержащей порядка 10^11 звезд. Напомним, что в Галактике астрономы измеряют расстояние в парсеках (1 пк = 3,26 св. года) или килопарсеках.

Большинство наблюдаемых звезд Галактики сосредоточено в плоском диске с небольшим сферическим утолщением в центре. Поперечник диска около 30 килопарсек (кпк), толщина — в десятки раз меньше; поперечник центрального утолщения (иногда его называют «балдж») составляет около 4 кпк. Диск с балджем окружены звездным гало сферической формы, размер которого около 20 кпк. Диск и гало — две основные подсистемы звездного населения Галактики. Предполагается, что вокруг этой «видимой» части Галактики простирается еще невидимая галактическая корона, образуемая очень слабыми звездами, присутствие которых обнаруживается только по их суммарному гравитационному полю. В центре Галактики расположено компактное ядро размером около 20 пк. Схематически строение Галактики показано на рис. 2.1.22.Солнце относится к населению диска, оно расположено на периферии Галактики, ближе к краю диска, на расстоянии около 8 кпк от центра и лежит почти точно в плоскости симметрии диска (на расстоянии 20 пк над нею). Земной наблюдатель видит диск «с ребра», и огромное число удаленных звезд сливается для него в светящуюся полосу Млечного Пути, который в безлунную ночь хорошо виден на небе невооруженным глазом. Отсюда происходит и название нашей звездной системы — Галактика, т. е. звездная система Млечного Пути («галактикос» по-гречески означает молочный[110]). Звезды, видимые невооруженным глазом вне полосы Млечного Пути, — это звезды диска, расположенные близко к Солнцу, поэтому они наблюдаются на больших углах по отношению к галактической плоскости.

Рис. 2.1.22. Схема строения Галактики (вид с ребра)

Концентрация звезд в окрестности Солнца соответствует приблизительно одной звезде на 8 кубических парсеков. Это значит, что среднее расстояние между звездами составляет около 2 пк (или 6,5 св. лет). В центральных областях Галактики концентрация звезд в миллион раз выше, а расстояние между ними в 100 раз меньше, чем в окрестностях Солнца.

Рис. 2.1.23. Мозаичная фотография Млечного Пути

Рис. 2.1.24. Траектории вращения звезд вокруг центра Галактики. В одной плоскости лежат орбиты звезд галактического диска, а пересекают плоскость орбиты звезд гало (сферической составляющей)

Звезды двух основных составляющих — диска и гало отличаются возрастом (а, следовательно, химическим составом) и характером движения. В состав гало входят наиболее старые звезды Галактики, относительно бедные тяжелыми элементами. Звезды диска более молодые, и они богаче тяжелыми элементами по сравнению со звездами гало.

Важно подчеркнуть, что Галактика представляет собой не просто случайное скопление гигантского количества звезд, а динамическую систему, в которой составляющие се элементы совершают упорядоченное движение под действием центральной силы, определяемой суммарным тяготением галактической материи. Если мы выделим 100 или 1000 звезд в окрестности Солнца — они не образуют динамическую систему, а вот Галактика в целом является такой системой.

Звезды диска обращаются вокруг ядра Галактики по почти круговым орбитам, лежащим приблизительно в одной плоскости. При этом все они обращаются в одну сторону. Скорость их движения зависит от расстояния от центра Галактики. Для звезд в окрестности Солнца скорость галактического вращения составляет приблизительно 200 км/с, это соответствует полному периоду обращения вокруг центра Галактики примерно за 250 млн лет. Звезды сферической составляющей обращаются вокруг центра Галактики по сильно вытянутым эллиптическим орбитам, наклоненным под всевозможными углами к плоскости диска (рис. 2.1.24)[111]. Такой характер вращения напоминает вращение тел Солнечной системы. Звезды диска движутся подобно плане там, а звезды гало — подобно кометам. По-видимому, это связано с тем, что процесс формирования Галактики и Солнечной системы имеют общие черты.

Характерной особенностью Галактики является ее спиральная структура. Собственно говоря, спиральная структура относится не ко всей Галактике, а лишь к ее диску. Если бы мы могли посмотреть на нашу Галактику со стороны, в направлении перпендикулярном плоскости диска, го увидели бы, что от центра диска к периферии отходят спиральные рукава (рис. 2.1.25). Спиральные рукава представляют собой области повышенной концентрации (сгущения) звезд и межзвездного вещества. В промежутках между рукавами плотность галактической материи меньше. Солнце расположено между рукавами — между рукавом Стрельца и рукавом Персея, и движется в направлении последнего.

В спиральных ветвях Галактики сконцентрированы почти все молодые горячие звезды высокой светимости. Именно они наиболее ярко очерчивают спиральные ветви. Эти звезды образуются в спиральных ветвях и за время своего существования не успевают покинуть их. Таким образом, спиральные ветви представляют собой место, где наиболее интенсивно идет процесс звездообразования. Когда газопылевое облако при своем вращении вокруг центра Галактики входит в спиральный рукав, то на внутренней кромке рукава возникает ударная волна, здесь образуется область повышенной плотности, что способствует процессу звездообразования. Возникающие молодые звезды ярким блеском отмечают область своего звездного «инкубатора».

Рис. 2.1.25. (Вверху) Спиральная галактика NGC 1232. По-видимому. она похожа на нашу Галактику. Светлые точки в верхней части рисунка представляют собой распределение молодых объектов в спиральных рукавах нашей Галактики вблизи Солнца, наложенные на фотографию NGC 1232, При выбранном масштабе точки хорошо ложатся на спиральные ветви NGC 1232. (Ниже) Галактика NGC 5364 в созвездии Девы — одна из типичных спиральных галактик

Что же является причиной возникновения спиральной структуры? Считается, что из центра Галактики распространяется спиральная волна плотности. Она представляет собой периодическое чередование сгущения и разряжения галактической материи (звезд и межзвездного вещества). Но в отличие от обычной волны, например, на поверхности воды, которая распространяется по прямым линиям во все стороны от источника возбуждения, галактическая волна плотности распространяется от центра Галактики по спирали. Эта спиральная волна плотности обращается вокруг галактического центра с постоянной угловой скоростью (не зависящей от расстояния от центра Галактики). Поэтому спиральный узор при вращении сохраняется. Но этот узор есть картина распределения плотности. Что же касается отдельных «частиц» вещества — звезд или межзвездных облаков, скорость вращения которых зависит от расстояния от центра Галактики, то они при своем движении пересекают спиральную структуру. Звезды входят в спиральный рукав и, миновав его, вновь выходят в пространство между рукавами. На расстоянии 10–15 кпк от центра Галактики (пока расстояние точно не известно) скорость галактического вращения совпадает со скоростью вращения спирального узора. Эта область получила название зоны коротации. Вблизи нее звезды никогда не пересекают спиральные рукава. Некоторые авторы считают, что Солнце находится как раз в зоне коротации и что это оказало решающее влияние на происхождение жизни в Солнечной системе.

Как возникают в Галактике волны плотности, что является их «генератором» — этот вопрос остается пока нерешенным. Возможно, разгадка таится в природе самого Галактического центра, откуда распространяются волны плотности.

Диск, гало, корона, спиральные ветви — это наиболее крупные элементы галактической структуры. Но и внутри этих крупных структурных образований распределение галактической материи также неоднородно. Звезды диска часто группируются в скопления. Причем это не эффект случайной проекции: звезды скопления располагаются в одной области пространства и гравитационно связаны между собой. Плотность звезд в скоплении в десятки раз выше, чем в окружающем звездном фоне, но заметной концентрации к центру скопления не наблюдается. Такие скопления получили название «рассеянные». Число звезд в рассеянных скоплениях меняется в широких пределах — от нескольких десятков звезд (бедные скопления) до нескольких тысяч звезд (богатые скопления). Примером рассеянного звездного скопления может служить хорошо известное скопление Плеяды в созвездии Тельца, видимое невооруженным глазом (см. рис. 2.1.26); оно содержит сотни звезд, из которых глазом видны 5–6 самых ярких. Диаметры рассеянных скоплений составляют от 1,5 до 30 пк, а массы — от 100 до 3000 M⊙ . В пределах 2 кпк от Солнца известно более тысячи рассеянных скоплений, а общее их число в Галактике оценивается в 20 тысяч. Все рассеянные звездные скопления наблюдаются в полосе Млечного Пути, т. е. они расположены в диске Галактики. В состав ближайшего к Солнцу очень разреженного скопления входят пять звезд ковша Большой Медведицы, Сириус и другие близкие звезды. Поскольку Солнце расположено рядом с этим скоплением, и мы наблюдаем его как бы изнутри, звезды скопления не образуют компактную группу на небе, а разбросаны по всему небосклону.

Рис. 2.1.26. Скопление Плеяды

Все звезды одного скопления не только расположены в одном месте, но имеют близкий возраст, следовательно, они связаны общим происхождением. Мы уже знаем, что звезды образуются из межзвездной среды. Звезды, возникающие в процессе фрагментации одного газопылевого облака, как раз и образуют рассеянное звездное скопление. Так как, помимо общего галактического вращения, они имеют еще хаотические, случайные скорости, то скопление с течением времени «рассасывается». Обычно это происходит за время нескольких десятков оборотов вокруг центра Галактики. Наше Солнце представляет собой одиночную звезду Вероятно, оно образовалось в составе рассеянного скопления вместе с сотней других звезд, но за 5 млрд лет это скопление полностью рассосалось, и сегодня мы не знаем братьев и сестер Солнца.

Наряду с рассеянными звездными скоплениями в диске Галактики наблюдаются разреженные группировки молодых горячих звезд, которые получили название звездных ассоциаций. Считается, что звезды ассоциации также сформировались в пределах одного облака, но не смогли объединиться в гравитационно связанное скопление.

Рис. 2.1.27. Шаровое скопление М 13 в созвездии Геркулеса. К нему было направлено радиопослание из Аресибо (см. гл.1)

Следующим, более крупным структурным образованием являются звездные комплексы, в состав которых входят несколько рассеянных звездных скоплений, ассоциаций и облаков межзвездного газа. Размер комплексов 500-1000 пк, масса 10^6—10^7 M⊙ . Все они располагаются вдоль спиральных ветвей Галактики.

Некоторые звезды сферической составляющей также группируются в скопления. В отличие от рассеянных скоплений, они имеют очень высокую концентрацию звезд к центру скопления и имеют, как правило, шаровую форму. Поэтому они получили название шаровых скоплений. По размерам шаровые скопления превосходят рассеянные, их диаметр от 15 до 200 пк. Число звезд в шаровых скоплениях также больше: сотни тысяч, а в отдельных случаях вплоть до миллиона звезд. Массы шаровых скоплений составляют 10^4—10^6 M⊙ . Концентрация звезд в центральных областях шарового скопления очень велика: в сотни тысяч раз выше, чем в окрестностях Солнца. Если бы вокруг одной из таких звезд обращалась планета, населенная разумными существами, то они, вероятно, не знали бы, что такое настоящая ночь, ибо даже после захода солнца на небе осталось бы множество светил, сияющих, как Лупа в полнолуние. Характерной особенностью шаровых скоплений является то, что они практически не содержат газа. В составе их также нет молодых звезд. Это наиболее древние объекты Галактики, возраст их порядка 10 млрд лет. В настоящее время известно около 150 шаровых скоплений. Они распределены в пространстве неоднородно, концентрируясь к центру Галактики. Как и одиночные звезды сферической составляющей (гало), шаровые скопления движутся по сильно вытянутым эллиптическим орбитам с периодом обращения 10^8—10^9 лет. Большую часть времени они проводят вдалеке от Галактического центра, но один раз за период обращения проходят через плотные центральные области Галактики.

До сих пор речь шла о звездном населении Галактики. Но, помимо звезд, важную роль в жизни Галактики играет межзвездная среда, из которой образуются и сами звезды. Она состоит из газа и пыли, перемешанных в соотношении 100: 1 (по массе), т. е. масса пыли составляет 1 % от массы газа. Газ и пыль сосредоточены в галактическом диске. Средняя плотность газа здесь, как уже отмечалось выше, составляет 1 атом/см^3. Для сравнения напомним, что в 1 см^3 атмосферы у поверхности Земли содержится 310^19 молекул. Несмотря на столь ничтожную плотность межзвездной среды, общая масса газа, занимающего огромное пространство, составляет заметную долю — около 3 % массы Галактики (без учета массы короны). Как и звезды, газ (и пыль) в диске распределены неравномерно, образуя отдельные газопылевые облака. Средний размер облаков — несколько десятков парсек. Химический состав межзвездного газа подобен солнечному. Главным компонентом является водород. Он может находиться в атомарном или молекулярном состоянии. Соответственно говорят об облаках атомарного или молекулярного водорода. Плотность газа в облаках атомарного водорода составляет 10—100 ат/см^3 (в среднем 20 ат/см^3), плотность в межоблачной среде порядка 0,2 ат/см^3. Плотность молекулярных облаков Н_2 на много порядков выше, она может достигать 10^6 молекул/см^3, а масса таких облаков достигает миллиона солнечных масс. Так как пропорция между газом и пылью всюду остается приблизительно одинаковой, то в более плотных облаках содержится также больше пыли.

Плотные газопылевые облака не пропускают свет звезд, находящихся за ними. Поэтому они выглядят как темные области на небе, которые получили название темных туманностей. Примером может служить темная туманность «Конская голова» в созвездии Ориона (рис. 2.1.28).

Рис. 2.1.28. Темная туманность «Конская голова»

Большая часть атомарного водорода находится в нейтральном состоянии. Облака нейтрального водорода образуют так называемые области Н1. Эго холодные облака с температурой меньше 100 К. Они совсем не светятся в видимой области спектра, и если бы не радиоизлучение на волне 21 см, такие облака невозможно было бы обнаружить. К счастью, излучение в линии 21 см дает богатую информацию о распределении этих облаков в Галактике, их движении и физических условиях в них.

Рис. 2.1.29. Отражательная туманность в скоплении Плеяды

Рис. 2.1.30. Диффузная туманность NGC 2237 («Розетка») в созвездии Единорога

Если вблизи газопылевого облака находятся яркие звезды, то благодаря рассеянию света звезд на частицах пыли такие облака могут наблюдаться в виде светлых туманностей, которые получили название отражательных. Примером может служить отражательная туманность в скоплении Плеяды (рис. 2.1.29). Таким образом, отражательные туманности представляют собой газопылевые облака, подсвеченные звездами. Когда температура звезд, находящихся внутри (или вблизи) газопылевого облака, достаточно высока, они своим мощным УФ-излучением ионизируют водород. Образуется область ионизированного водорода НII. Температура в таких областях достигает 10000 К, и они являются интенсивными источниками теплового радиоизлучения. Кроме того, ионизованный водород при рекомбинациях[112] интенсивно излучает в оптической области спектра, благодаря чему зона НII светится, образуя диффузные туманности (рис. 2.1.30). Формы их необычайно разнообразны, они обладают очень богатой тонкой структурой и по красоте не уступают картинам облаков в земной атмосфере. Конечно, наблюдать их можно только с помощью телескопов. Области НI и НII, а также молекулярные облака располагаются преимущественно в спиральных ветвях Галактики.

Межзвездные молекулярные облака играют особую роль. Именно в этих плотных облаках интенсивно идет процесс образования звезд (и планетных систем). Помимо молекулярного водорода Н_2, они содержат десятки других молекул. Среди них молекулы воды, играющей такую важную роль в известной нам водно-углеродной форме жизни, к которой принадлежим и мы сами, а также молекулы органических веществ. Причем речь идет не только о простейших органических веществах типа метана СН_4, но и более сложных соединениях, таких как муравьиная кислота НСООН, этиловый спирт С_2Н_5ОН и др. Молекулы метиламина СН_3NН_2, обнаруженные в межзвездной среде, являются важным звеном в формировании аминокислот, а это уже ступень к образованию белков. Чем сложнее молекула, тем труднее ее обнаружить. Поэтому неизвестно, как далеко зашла химическая эволюция в молекулярных облаках межзвездного газа и какие типы молекул там действительно существуют. Согласно гипотезе Ф. Хойла и Ч. Викрамасинга, в межзвездных молекулярных облаках могут возникать даже простейшие формы жизни. Мы подробней рассмотрим эту проблему в гл. 4.

Газовый диск Галактики пронизан галактическим магнитным полем. Напряженность его в сотни тысяч раз меньше, чем напряженность геомагнитного поля, но оно играет важную роль в физике и динамике межзвездного газа. Галактическое магнитное поле имеет довольно сложную структуру. Вдоль его силовых лучей движутся заряженные частицы космических лучей. В их состав входят электроны, протоны, позитроны, мезоны, гипероны, ядра тяжелых элементов. При движении электронов в магнитном поле излучаются радиоволны. Это один из основных механизмов радиоизлучения Галактики, в целом, и отдельных дискретных источников радиоизлучения. Космические лучи генерируются в ядре Галактики и при вспышках сверхновых. В составе Галактики они удерживаются ее магнитным полем.

Заканчивая наше знакомство с Галактикой, нам остается «заглянуть» еще в ее центральную область. Эта область радиусом около 1 кпк, носит название «Галактический центр». Внутри ее находится компактное ядро нашей Галактики размером приблизительно 20 пк (в поперечнике). Галактический центр расположен в направлении созвездия Стрельца за плотным слоем пылевых облаков, ослабляющих свет в десятки тысяч раз. Поэтому наблюдать его в оптическом диапазоне невозможно. К счастью, пылевая среда прозрачна для инфракрасного и радиоизлучения, и это позволяет наблюдать Галактический центр в указанных диапазонах волн. Подавляющая часть вещества в Галактическом центре сосредоточена в звездах. Среди них много молодых горячих звезд спектрального класса О. Это указывает на то, что в центральной области нашей Галактики интенсивно идет процесс звездообразования. Помимо звезд, в Галактическом центре имеется значительное количество газа и пыли. Эта газопылевая среда образует быстро вращающийся диск радиусом около 600 пк, наклоненный под углом 22° к галактической плоскости. Его называют «околоядерным», так как он непосредственно примыкает к ядру Галактики, расположенному в центре этого диска. Диск состоит из облаков атомарного и молекулярного водорода (перемешанных с пылью); во внутренних частях диска водород полностью ионизирован, образуя область НII радиусом 150 пк. В околоядерном диске газ движется со скоростью около 200 км/с. По-видимому, эти газовые потоки истекают из ядра Галактики.

В пределах Галактического центра находится мощный источник радиоизлучения Стрелец А. Он состоит из двух компонентов — Западного и Восточного. Источник Стрелец А Западный, занимающий область размером около 20 пк, совпадает с динамическим центром Галактики, вокруг которого вращаются входящие в нее звезды. Эта область и представляет собой ядро нашей Галактики. Внутри ядра обнаружены более компактные источники инфракрасного и радиоизлучения. Особый интерес представляет сверхкомпактный радиоисточник, обнаруженный методом радиоинтерферометрии. Его угловой размер меньше 0,001", что соответствует линейному размеру, не превышающему 10 а. е. Предполагается, что это черная дыра с массой порядка 10^6 M⊙ .

Ядро Галактики — это самая загадочная область нашей звездной системы. Возможно, оно играет такую же определяющую роль для Галактики, как Солнце для Солнечной системы. Роль ядер особенно хорошо видна на примере других галактик. К описанию мира галактик мы теперь и переходим.

2.1.5. Другие галактики

Даже простое наблюдение звездного неба наполняет сердце трепетом. Этот трепет возрастает, когда астрономы поясняют нам, что среди этих мириадов сверкающих центров огромных сил лишь несколько точек являются нашими планетами, а остальные — это могучие центры далеких Солнечных систем и грандиозные скопления Солнц — галактики.

Н. Уранов. «Размышляя над Беспредельностью»

Еще в начале XX века известная астрономам Вселенная ограничивалась рамками нашей Галактики. Воображение с трудом улавливало контуры этой грандиозной системы, границы ее сливались с практической бесконечностью. И все-таки пытливая человеческая мысль стремилась проникнуть за эти пределы. Развернувшаяся здесь драма идей длилась почти два столетия.

Умозрительные идеи об островной Вселенной[113] высказывались еще в XVIII веке. У истоков этих воззрений стоит известный шведский ученый и философ, великий мистик и оккультист Э. Сведенборг. Он не только впервые определил Млечный Путь как реально существующую динамическую систему звезд, удерживаемых вместе физическими силами, но и создал картину Мироздания, основанную на иерархическом принципе — существования сложных космических систем, включающих целые «млечные пути» и системы все более и более высокого порядка. Эти идеи развивались затем И. Кантом[114] и И. Ламбертом. Но они не имели убедительного подтверждения астрономическими наблюдениями.

Во второй половине XVIII века великий английский астроном В. Гершель, на основании звездных подсчетов, показал, что наш звездный мир (наша Галактика) конечен, и сделал правильный вывод о том, что он представляет собой лишь один из «островов» Вселенной. Гершель связал эти «острова» с открытым им же миром туманностей. Это было правильное предположение, ибо 80 % открытых нм туманностей, действительно, расположено за пределами нашей Галактики и являются другими галактиками. Однако вскоре Гершель отказался от этого предложения. Дело в том, что, как показали дальнейшие исследования, ряд туманностей — планетарные, диффузные (т. е. те, которые мы теперь связываем с областями HII) принадлежат нашей Галактике. Гершель ошибочно распространил этот вывод на все туманности.

Во второй половине XIX века было обнаружено, что многие туманности Гершеля имеют спиральную структуру. «Перед глазами астрономов как бы материализовались угаданные древними натурфилософами и возрожденные в свое время Декартом и Сведенборгом космические вихри»[115]. Это открытие имело важнейшее значение. Спиральные туманности наблюдаются, в основном, на высоких галактических широтах, они избегают полосы Млечного Пути. Это понятно, ибо, если мы сквозь толщу пылевых облаков не видим центр нашей собственной Галактики, то тем более мы не можем наблюдать другие галактики. Однако такой аргумент не рассматривался, и не мог рассматриваться как решающее подтверждение внегалактической природы спиральных туманностей. Более того, концентрация спиралей к полюсам Галактики создавала иллюзию, что они каким-то образом связаны с системой Млечного Пути. Великий спор о природе спиральных туманностей продолжался в течение нескольких десятилетий. Еще в 20-х годах XX века выдающейся американский астроном X. Шепли отстаивал представление о том, что спиральные туманности имеют диффузную природу и принадлежат нашей Галактике. Одна из гипотез предполагала, что спирали представляют собой формирующиеся планетные системы. В таком случае они должны были располагаться недалеко от Солнца.

В 1917 г. на горе Маунт Вилсон начал работать самый крупный в ту пору зеркальный телескоп диаметром 2,5 м. Директор обсерватории Дж. Хейл считал, что важнейшим направлением исследований с помощью нового телескопа должно стать наблюдение спиральных туманностей. Он полагал, что это внесет решающий вклад в проблему образования планетных систем. Телескопу, действительно, суждено было сыграть решающую роль в определении природы спиральных туманностей, но оказалось, что она совершенно иная. Решить загадку спиралей выпало на долю Эдвина Хаббла — человека, который сыграл совершенно исключительную роль в астрономии XX века.

К августу 1924 г. Хаббл с помощью 2,5-метрового телескопа получил около 200 негативов туманностей Андромеды, Треугольника и NGC 6822. Ему удалось разрешить их на отдельные звезды, среди которых были обнаружены цефеиды. Мы уже отмечали, что, зная период изменения блеска цефеид, можно найти их светимость и, следовательно, определить расстояние до туманностей, в которых они находятся. Проделав эту процедуру, Хаббл нашел, что расстояние до туманностей значительно превышает размер нашей Галактики, а сами они по размеру сопоставимы с Галактикой. Так была поставлена точка в вековом споре.

Было доказано, что спиральные туманности представляют собой другие звездные системы, подобные нашей. Они стали называться галактиками (с маленькой буквы), а за нашей звездной системой сохранилось название Галактика (с большой буквы) или система Млечного Пути.

Рис. 2.1.31. Классификация галактик по Э. Хабблу

Мир галактик не менее разнообразен, чем мир звезд. Напомним, что общее число галактик в наблюдаемой области Вселенной порядка 10 млрд. По своему внешнему виду галактики делятся натри основных типа: эллиптические (Е), спиральные (S) и неправильные (Ir). Эллиптические галактики имеют форму эллипса и, в зависимости от степени сжатия, подразделяются на 8 подтипов: от сферических Е0 до очень сплюснутых Е7. Спиральные галактики, характеризующиеся наличием спиральных рукавов, делятся на нормальные спирали (5) и пересеченные спирали (SB). У первых спиральные рукава начинаются от ядра галактики, у вторых они закручиваются от краев яркой прямой перемычки, пересекающей центр галактики и выходящей далеко за пределы галактического ядра. В зависимости от характера спиральной структуры, от того, как раскручиваются спиральные ветви, как быстро они удаляются от ядра (или перемычки) — и нормальные, и пересеченные спирали подразделяются еще на несколько подтипов, обозначаемых буквами а, Ь, с… Например, Sa, SBc и т. д. (см. рис. 2.1.31). Наша Галактика, вероятней всего, относится к типу Sb. Существует также промежуточный тип между эллиптическими галактиками и спиралями. Они получили название линзообразных (обозначаются 50). У линзообразных галактик различается ядро, диск и слабый ореол (гало) вокруг него. В наружных частях диска иногда видны зачатки (или остатки) спиральных рукавов и перемычки, а иногда наблюдается наружное кольцо. Любопытно, что этот тип галактик был предсказан теоретически, и лишь затем они были обнаружены. Наиболее многочисленны спиральные галактики (50 %), эллиптические составляют около 25 %, линзообразные — около 20 %, а на долю крупных неправильных (иррегулярных) галактик приходится только 5 %. Фотографии некоторых галактик приводятся на рис. 2.1.32-2.1.35.

Рис. 2.1.32. Эллиптические галактики

Основные типы галактик отличаются не только по своему внешнему виду, но и по составу, структуре и характеру движения. В эллиптических галактиках нет звездных дисков, они состоят как бы из одной сферической составляющей. Плотность звезд в них плавно убывает с расстоянием от центра галактики. Эти галактики практически не содержат газа, в их составе нет также молодых звезд; видимо, процесс звездообразования в них уже закончился. Звезды вращаются вокруг центра эллиптической галактики в самых различных плоскостях, а сами галактики, как целое, вращаются очень медленно. По размерам они охватывают широкий диапазон — от 3 кпк (карликовые галактики) до гигантских галактик диаметром 100 кпк. Соответственно, массы их изменяются от 10^6 до 10^12 M⊙ , а светимость от 10^6 до 10^11 M⊙ .

Рис. 2.1.33. Спиральные галактики

Спиральные галактики представляют собой сильно уплощенные звездные системы. Подобно нашей Галактике, они состоят из диска и гало, в центральной части их расположено сфероидальное вздутие (балдж), внутри которого находится галактическое ядро. В спиральных ветвях диска сосредоточены самые яркие молодые звезды, диффузные туманности, молодые звездные скопления и ассоциации. Поэтому спиральный узор в галактиках так отчетливо выделяется, хотя на долю спиральных ветвей приходится всего несколько процентов массы каждой галактики. Основная масса звезд равномерно распределена в галактическом диске. Их химический состав близок к солнечному. Звезды вращаются вокруг центра галактики по почти круговым орбитам в плоскости, совпадающей с плоскостью диска. Звезды гало имеют сфероидальное пространственное распределение, сильно концентрируясь к центру галактики. Они вращаются по сильно вытянутым эллиптическим орбитам, наклоненным под всевозможными углами к галактической плоскости. Звезды гало относительно бедны тяжелыми элементами, это наиболее старые звезды спиральных галактик — их возраст порядка 10 млрд лет. Диапазон масс и светимостей у спиральных галактик более узкий, чем у эллиптических: массы заключены в пределах от 10^9 до 10^12 M⊙, а светимость от 10^8 до 10^11 M⊙ .

Рис. 2.1.34. Неправильная галактика М 82

В неправильных галактиках полностью отсутствует сферическая составляющая. Большинство звезд сосредоточено в плоском диске, но спиральных ветвей в нем нет, отсутствует также галактическое ядро. В них много молодых звезд и много газа, в некоторых галактиках газ составляет до 50 % общей массы.

Рис. 2.1.35. Взаимодействующие галактики: спиральная галактика М 51 и ее спутник— галактика NGC 5195

Описанные основные типы галактик не исчерпывают всего их многообразия. Известный советский астроном Б. А. Воронцов-Вельяминов изучил с помощью микроскопа (!) фотографические снимки неба («Паломарский атлас»). Он описал многие сотни пекулярных галактик, каждая из которых имеет совершенно уникальную форму. Среди них Б. А. Воронцов-Вельяминов выделил особый тип взаимодействующих галактик. Это, как правило, двойные галактики, в которых между компонентами наблюдаются перемычки светлой и темной материи или хвосты, уходящие далеко в межгалактическое пространство. Считается, что наша Галактика вместе с ее ближайшими спутниками Магеллановыми Облаками также образует взаимодействующую систему. От Магеллановых Облаков в сторону нашей Галактики движется поток газа, полная масса которого составляет не менее 100 млн солнечных масс. На небе этот поток образует длинную полосу, протянувшуюся из южного полушария в северное более чем на 90°. Однако ни в какие оптические телескопы его не видно, он был обнаружен по радиоизлучению нейтрального водорода на волне 21 см.

Особый тип галактик представляют галактики с активными ядрами[116]. Хотя доля объема, занимаемого ядрами галактик, ничтожна (менее 10-15 от полного объема галактики), количество энергии, излучаемое активными ядрами (их светимость), составляет заметную долю от светимости галактики в целом. При этом светимость ядра не остается постоянной, она может заметно меняться за время от нескольких недель до нескольких месяцев. В некоторых случаях из активных ядер истекают потоки газа, движущегося со скоростями в несколько десятков тысяч километров в секунду.

К числу галактик с активными ядрами относятся радиогалактики. У обычных галактик светимость в радиодиапазоне в миллионы раз меньше, чем в оптическом. Радиогалактики излучают в радиодиапазоне столько же энергии, как и в оптической области спектра (или даже больше). Эти мощные потоки радиоволн являются следствием тех бурных процессов, которые протекают в ядре галактики. Из ядра радиогалактик выбрасываются интенсивные потоки элементарных частиц (космических лучей), движущихся с околосветовыми скоростями, чаще всего в двух противоположных направлениях. Двигаясь в магнитном поле, электроны космических лучей порождают мощное синхротронное радиоизлучение. За счет этого процесса вблизи таких галактик образуются интенсивные радиоисточники, по размерам превосходящие размеры самой галактики. Примером может служить один из ярчайших источников Лебедь А (рис. 2.1.36).

Рис. 2.1.36. Радиогалактика Лебедь А. а) Фотография оптической галактики. б) Распределение радиоизлучения, область оптической галактики выделена прямоугольником

Долгое время самыми загадочными объектами за пределами нашей Галактики оставались квазары (квазизвездные радиоисточники). Они были обнаружены в 1963 г. и поистине стали астрономической сенсацией. Для объяснения квазаров было выдвинуто много остроумных гипотез, но постепенно стала проясняться их связь с галактическими ядрами. На фотографиях квазары выглядят, как слабые голубоватые звездочки. Однако спектр их совершенно не похож ни на спектр звезд, ни на спектр галактик. В отличие от линий поглощения звездного спектра, спектр квазаров содержит яркие эмиссионные линии. Когда было измерено расстояние до квазаров, оказалось, что это самые далекие объекты в наблюдаемой области Вселенной. Обычные галактики на таких расстояниях невозможно было бы обнаружить. Следовательно, квазары не только самые далекие, но и самые мощные, обладающие самой высокой светимостью объекты Вселенной. Особенно много энергии излучают они в инфракрасной области спектра. Дальнейшие исследования показали, что вокруг квазаров наблюдается слабое свечение, обусловленное присутствием звезд. Это позволило связать квазары с ядрами далеких галактик. Следует иметь в виду, что в квазарах, так же как в активных галактических ядрах, наблюдается излучение быстро движущегося газа (скорость которого достигает тысяч км/с). Подобно активным ядрам многие квазары заметно меняют свою светимость за время порядка нескольких месяцев. Все это указывает на то, что квазары — это ядра далеких галактик, которые находятся на ранних стадиях эволюции в состоянии очень высокой активности. Такое представление позволяет выяснить место квазаров в ряду других объектов Вселенной, но это не раскрывает загадку их природы, поскольку природа самих галактических ядер, источников их энергии остается неизвестной. Великий астроном XX века Джеймс Джинс считал, что в центре галактик находятся особые точки, где «в нашу Вселенную вливается вещество из каких-то других пространственных измерений…»[117]. Как знать, может быть, эта мысль — в несколько измененном виде (как это не раз случалось в истории науки) — получит со временем подтверждение и развитие.

Рис. 2.1.37. Скопление галактик в созвездии Геркулеса

Таков многообразный мир галактик. Нам остается рассмотреть, каким образом они распределены в пространстве. Подобно звездам галактики образуют группы, скопления и сверхскопления. Скопления делятся на правильные и неправильные. Правильные скопления обладают сферической формой и содержат десятки тысяч галактик. Неправильные скопления менее населенные, в них входят or нескольких десятков до нескольких сотен галактик. Ближайшее к нашей Галактике скопление галактик находится в созвездии Девы, это неправильное скопление, содержащее около 200 галактик, расстояние до него 20 мегапарсеков (Мпк), размер скопления 5 Мпк. Ближайшее сферическое скопление находится в созвездии Волосы Вероники, на расстоянии 125 Мпк, оно содержит более 30 тыс. галактик. Самое далекое скопление их тех, до которых измерено расстояние, также находится в Волосах Вероники, расстояние до него 5200 Мпк. Всего сейчас известно более 7000 скоплений.

Часть галактик (около 10 %) не входит в скопления. Среднее расстояние между ними 1–2 Мпк, приблизительно в 100 раз больше размеров галактик. Среднее расстояние между галактиками в скоплениях — несколько сотен килопарсек, всего в 10–20 раз меньше размеров галактик. В этом отношении распределение галактик сильно отличается от распределения звезд: среднее расстояние между звездами приблизительно в 20 млн раз превышает их размеры. Таким образом, галактики «упакованы» в пространстве гораздо более плотно. Еще «плотнее» упакованы скопления галактик, расстояние между ними практически одного порядка с размером скоплений. Часть скоплений, как было уже сказано, объединяются в сверхскопления.

Рис. 2.1.38. Галактика М 31 (Туманность Андромеды). Ближайшая к нам галактика, расположенная на расстоянии около 2 миллионов световых лет, относится к типу спиральных галактик

Наша Галактика и Туманность Андромеды входит в состав так называемой Местной группы галактик. Она содержит около 40 членов и состоит из двух семейств — семейства Млечного Пути (нашей Галактики) и семейства Андромеды. В семейство нашей Галактики входят несколько карликовых сфероидальных галактик, несколько внегалактических шаровых скоплений и неправильные галактики — Большое и Малое Магеллановы Облака. В семейство Андромеды входит дюжина галактик различных типов. Кроме того, около 10 неправильных галактик образуют периферию Местной группы. Местная группа, скопление в Деве и еще ряд скоплений образуют Сверхскопление галактик, диаметр его около 30 Мпк, а число галактик порядка 20 тысяч. С нашим Сверхскоплением соседствует сверхскопление в созвездии Льва (расстояние 140 Мпк) и в созвездии Геркулеса (расстояние 190 Мпк). Всего пока выделено около 50 сверхскоплений.

Как распределены сверхскопления? Заполняют ли они равномерно все пространство наблюдаемой Вселенной или образуют структуры еще более высокого порядка — «скопления сверхскоплений», как это предполагалось в теории островной иерархической Вселенной? Оказалось — ни то, ни другое. Крупномасштабная структура Вселенной состоит из сети объемных ячеек, что-то наподобие гигантских пчелиных сот с размером ребра порядка 100 Мпк. Стенки ячеек образованы сверхскоплениями галактик, а внутри ячеек галактик почти нет. Эти области получили название пустот или войдов. На пересечении стенок расположены длинные тонкие волокна, толщиной около 10 Мпк. Эти волокна представляют собой наиболее мощные сверхскопления. А на пересечении волокон в вершинах ячеистой структуры располагаются самые крупные, богатые скопления галактик. Важно подчеркнуть, что ячеистая структура не собирается в более крупные образования, а в среднем равномерно заполняет пространство наблюдаемой Вселенной.

Подобные ячеистые структуры широко распространены на Земле, в минеральном царстве и в живой природе. Мы встречаемся с ними на Солнце в явлениях фотосферной грануляции и хромосферной сетки. И, наконец, они проявляются на самых верхних этажах структурной лестницы Вселенной. Это свидетельствует о том, что во Вселенной в явлениях самых различных масштабов — от молекул до сверхскоплений галактик действуют одни и те же законы организации материи[118].

Вся доступная наблюдениям область Вселенной, включающая в себя галактики, их скопления и сверхскопления, собранные в ячеистую структуру, образуют систему, называемую Метагалактикой[119].

2.1.6. Метагалактика

Итак, знакомясь с окружающей нас Вселенной, мы прошли путь от планеты Земля до Метагалактики. Чтобы лучше представить себе размер этого пути и соотношение различных структурных образований во Вселенной, воспользуемся масштабом Шкловского. Уменьшим мысленно земную орбиту до размеров первой боровской орбиты атома водорода (0,5 10-8 см).

В этом масштабе 1 пк соответствует 10-3 см. Следовательно, расстояние до ближайших звезд будет составлять сотые доли миллиметра. Расстояние до центра Галактики составит 10 см, размер нашей Галактики — 30 см. Расстояние до Туманности Андромеды составить около 7 м, до скопления в Деве — 200 м. Размер среднего скопления галактик будет соответствовать нескольким десяткам метров, толщина волокон ячеистой структуры Метагалактики — 100 м, а линейный размер ячейки — порядка 1 км. Границы наблюдаемой области Вселенной в этом масштабе теряются где-то около 10 км. Таким образом, объем Метагалактики в сотни раз превышает объем ячейки крупномасштабной структуры.

Рис. 2.1.39. Крупномасштабная структура Метагалактики

По мере совершенствования астрономических наблюдений с применением все более крупных телескопов границы наблюдаемой Вселенной непрерывно раздвигаются. Может ли этот процесс продолжаться бесконечно? Наблюдая далекие галактики, мы видим их такими, какими они были миллиарды лет тому назад. Мы не можем видеть, как они выглядят в настоящее время (ибо для этого мы должны перенестись на несколько миллиардов лет в будущее), потому мы способны изучать только их прошлое. Таким образом, проникая все дальше и дальше в просторы Вселенной, мы погружаемся все глубже и глубже в пучину времени. Двигаясь к границам Метагалактики, мы как бы получаем развертку событий во времени. Это обстоятельство, как мы увидим ниже, кладет практический предел нашему проникновению в пространство, устанавливает своего рода горизонт, за пределы которого мы проникнуть не можем. Это связано с расширением Вселенной, о котором мы расскажем в следующем параграфе.

Рассмотрим распределение вещества в Метагалактике. В малых объемах (малых по сравнению с размером Метагалактики) вещество распределено крайне неравномерно. Действительно, подавляющая часть вещества сосредоточена в звездах, звезды группируются в скопления, образуют различные составляющие (плоскую, сферическую), межзвездное вещество в галактиках также распределено неравномерно. Сами галактики образуют группы, скопления и сверхскопления. Иное дело в больших масштабах; при осреднении по большим объемам (больше характерного размера ячеистой структуры) средняя плотность вещества остается постоянной[120]. Можно провести следующую аналогию. Представим себе некое сложное химическое соединение, молекулы которого равномерно распределены в пространстве. Очевидно, если мы выделим какой-либо объем, содержащий достаточное количество молекул, средняя плотность вещества в таком объеме будет постоянной, независимо от его расположения. Но если мы проникнем внутрь этой молекулы, ситуация изменится коренным образом. В одном из выделенных объемов будут находиться одни атомы (более тяжелые), а в другом — более легкие. Далее, в самих атомах масса распределена крайне неравномерно: подавляющее часть ее сосредоточена в атомном ядре, занимающем ничтожную долю объема атома. Похожая картина наблюдается и для распределения вещества в Метагалактике, где роль «молекул» играют элементы ячеистой структуры.

Однородность Вселенной в больших масштабах — это ее важнейшее свойство, с однородностью связано расширение Вселенной — факт, имеющий ключевое значение для понимания истории ее развития. С расширением Вселенной мы и познакомимся в следующем параграфе.

2.2. Эволюция Вселенной

Выдыхание «Непознаваемой Сущности» рождает мир, а вдыхание заставляет его исчезнуть. Этот процесс продолжается извечно, и наша Вселенная есть лишь одна из бесконечных серий, не имеющих ни начала, ни конца.

«Тайная Доктрина»

Одна из важнейших (может быть, самая важная!) особенность астрономии XX века состоит в том, что она стала «насквозь» эволюционной. В течение веков в европейской культуре господствовало представление о стабильности Вселенной. В отличие от изменчивого мира земной природы, Небеса представлялись эталоном неизменяемости, царством непреходящего порядка, существующего от Вечности. Начиная с Канта, эволюционные идеи проникают в астрономию, но они касаются происхождения и эволюции отдельных небесных объектов: происхождение Солнечной системы, эволюция звезд и т. д. Что же касается Вселенной в целом, то она остается неизменной и «безразличной» по отношению к любым локальным изменениям, происходящим в отдельных ее частях — подобно кристаллу, на неизменности и совершенстве которого не сказываются внутренние молекулярные движения. Во второй четверти XX века эти представления подверглись глубочайшему изменению. «XIX век покончил с метафизической традицией в истории и биологии. На долю XX века выпало обосновать эволюционную точку зрения для мира как целого»[121]. Решающую роль здесь сыграло открытие фундаментального факта расширения Вселенной и появление космологических теорий эволюции Вселенной как целого. Наряду с возникшей позже, уже во второй половине века, теорией самоорганизации материи[122], которая вводит эволюционные представления в физику, космология расширяющейся Вселенной открыла путь к становлению идеи глобального эволюционализма.

2.2.1. Вселенная расширяется

При начале периода деятельности, говорит Тайная Доктрина, в силу повиновения вечному и непреложному закону, совершается распространение этой Божественной Сущности… и феноменальный или видимый мнр является конечным результатом длинной цепи космических сил, последовательно приведенных в движение. Так же, когда наступает возвращение к пассивному состоянию, происходит сокращение Божественной Сущности, и предыдущее созидание постепенно и последовательно растворяется. Видимый мир разлагается, его материя рассеивается, и единая «Тьма», еще раз одинокая, лежит над ликом «Бездны».

Е. П. Блаватская

Расширение Вселенной было открыто Э. Хабблом в 1929 г. по наблюдениям с 2,5-метровым телескопом обсерватории Маунт Вилсон. Это открытие основано на результатах измерения лучевых скоростей галактик. Лучевой скоростью называется составляющая полной скорости, направленная вдоль луча зрения наблюдателя. Она определяется по доплеровскому смещению спектральных линий. Если галактика удаляется от нас, все линии в ее спектре смещены в сторону красного конца, т. е. длины волн их возрастают; если галактика приближается к нам, линии смещаются к фиолетовому концу, длины волн их убывают. Величина смещения Δλ зависит от лучевой скорости галактики Vr. Если эта скорость много меньше скорости света, то

здесь с — скорость света, λнабл— наблюдаемая длина волны, λ — лабораторная длина волны, т. е. длина волны линии в случае неподвижного источника. Зная из наблюдений величину Δλ, можно определить лучевую скорость Vr.

Первые измерения лучевых скоростей галактик были выполнены В. Слайфером на Ловелловской обсерватории в самом начале XX века. Уже эта измерения показали, что галактики обладают колоссальными скоростями в несколько сотен километров в секунду, во много раз превосходящими скорости звезд. Причем подавляющая часть галактик имеет положительные лучевые скорости. Это могло означать, что Солнце движется относительно наблюдаемой системы галактик со скоростью в несколько сотен км/с, илн рой галактик удаляется от Солнца с той же, но противоположно направленной скоростью. Так как каждая галактика роя имеет еще свою собственную скорость, то наблюдаемая скорость галактики складывается из скорости удаления всего роя и скорости движения каждой галактики внутри роя. Чтобы разобраться в картине движения, надо было иметь лучевые скорости для большого числа галактик. Слайферу, с его 60-сантиметровым телескопом, эта задача была непосильна, он мог измерять лучевые скорости только самых близких галактик.

В конце 1920-х годов в измерение лучевых скоростей галактик включилась Маунт Вилсоновская обсерватория. Спектры галактик на 2,5-метровом телескопе получал М. Хьюмасон, а расстояния до них по наблюдениям на том же телескопе определял Хаббл. В 1929 г., накопив достаточный наблюдательный материал, Хаббл сопоставил данные о лучевых скоростях галактик с расстояниями до этих галактик. Оказалось, что скорость удаления галактик пропорциональна расстояниям до них (рис. 2.2.1). Чем дальше расположена галактика, тем с большей скоростью она удаляется от Солнца:

Эту зависимость, в честь ее первооткрывателя, стали называть законом Хаббла, а коэффициент пропорциональности — постоянной Хаббла (Hubble), которую стали обозначать буквой Н. Это одна из фундаментальных космологических постоянных. В настоящее время закон Хаббла проверен по огромному числу удаленных галактик и квазаров (рис. 2.2.2). Справедливость его подтверждается наблюдениями в разных диапазонах волн от радиодиапазона до рентгеновского.

Рис. 2.2.1. Зависимость между лучевой скоростью галактик и расстоянием до них, полученная Э. Хабблом

Рис. 2.2.2. Зависимость между красным смещением и видимой звездной величиной галактик (закон Хаббла). По данным Сендиджа и Таммана, 1981 г. черный прямоугольник в левом нижнем углу соответствует области данных, доступных Хабблу в 1929 г.

Закон Хаббла означает, что вся наблюдаемая система галактик расширяется. На первый взгляд, может показаться, что, поскольку все галактики удаляются от Солнца, — наша Галактика, вместе с Солнцем, расположена в центре этого расширяющегося роя. Но на самом деле это не так. Если две галактики удаляются от третьей со скоростями, пропорциональными расстояниям до этой галактики, то и скорость их взаимного удаления также пропорциональна расстоянию между ними[123]. Поэтому наблюдатель, в какой бы галактике он ни находился, будет видеть, что другие галактики разбегаются от него со скоростями, пропорциональными расстояниям до этих галактик. Вся система галактик напоминает разлетающийся из улья пчелиный рой, или расширяющееся облако газа. В одной популярной книге я прочел сравнение с пирогом, нашпигованным изюмом: когда пирог печется, он поднимается, расстояние между изюминками возрастает. Можно представить себе также резиновый шар с металлическими заклепками, укрепленными на его поверхности; если надувать шар, поверхность его расширяется и расстояние между заклепками увеличивается.

Расширение Вселенной характеризуется величиной красного смещения:

При малых z, когда скорость расширения мала по сравнению со скоростью света, справедливо соотношение V = cz, совпадающее с формулой (2.1). В этом случае, в соответствии с законом Хаббла, имеется линейная зависимость между c и z. На больших расстояниях, когда скорость расширения становится сравнимой со скоростью света, соотношение V = cz не выполняется и, соответственно, зависимость между красным смещением и расстоянием отклоняется от линейной. В этом случае надо пользоваться формулами теории относительности[124], из которых следует, что при V = с z = ∞.Таким образом, z может принимать любые значения от 0 до ∞. Максимальное значение z, которое использовал Хаббл в 1929 г., составляло 0,004, в настоящее время наблюдаются квазары, для которых z > 5. Чем больше z, тем дальше от нас находится наблюдаемый объект, тем дальше в прошлое отстоит момент излучения наблюдаемого нами света. Таким образом, красное смещение характеризует как распределение объектов в пространстве в заданный момент времени, так и распределение их во времени, т. е. позволяет проследить историю Вселенной.

Несмотря на необычность результата, полученного Хабблом, он не был полностью неожиданным: предсказание о расширении Вселенной вытекало из космологических моделей, построенных на основе общей теории относительности А. Эйнштейна.

Первую космологическую модель, опирающуюся на ОТО, построил сам Эйнштейн в 1917 г. Исходя из господствовавших в то время представлений о неизменности Вселенной, Эйнштейн искал стационарное решение, в котором расстояние между любыми двумя точками в пространстве и другие параметры Вселенной не меняются со временем. Однако уравнения общей теории относительности не давали такого решения. Чтобы избежать этой «неприятности», Эйнштейн ввел в свои уравнения дополнительную величину Λ-член (лямбда-член), который описывает действующие во Вселенной гипотетические силы отталкивания. Подобно силам гравитации, эти космологические силы отталкивания носят универсальный характер, т. е. они не зависят от свойств тел, а зависят только от их взаимного расстояния. Но в отличие от сил гравитации они не убывают, а, напротив, возрастают с расстоянием, увеличиваясь пропорционально r. В обычных масштабах, с которыми мы имеем дело, и даже в астрономических масштабах вплоть до размеров Галактики, эти силы совершенно ничтожны по сравнению с силами гравитации, и их можно не учитывать. Но на космологических расстояниях силы отталкивания становятся сравнимыми с силами тяготения. Взаимодействие этих двух противоборствующих сил и определяет динамику Вселенной. При определенных условиях, при определенном расстоянии r, обе силы уравновешивают друг друга, и Вселенная остается стационарной. Именно такую модель Вселенной и построил Эйнштейн.

Мир Эйнштейна оказался стационарным, но при этом он обладал необычными геометрическими свойствами. Будучи безграничным (мы могли бы двигаться в этом мире в любом направлении сколь угодно долго и никогда не вышли бы за его предел), он имеет конечный объем. Геометрия Евклида в этом мире неприменима, здесь действует геометрия Римана. Это замкнутый мир — мир постоянной положительной кривизны. Аналогом такого трехмерного мира среди двумерных многообразий может служить поверхность сферы. Она замкнута и безгранична; двигаясь вдоль се поверхности, двумерное существо никогда не выйдет за ее пределы. Между тем поверхность сферы конечна, она равна 4πR^2. Радиус сферы R определяет постоянную положительную кривизну (к = 1/R^2) в каждой ее точке. Геометрия на сфере (сферическая геометрия), как известно, отличается от евклидовой геометрии, действующей на плоской поверхности. Подобно тому как на сфере, двигаясь по большому кругу, можно обойти сферу и прийти в исходную точку — так же и в трехмерном замкнутом мире, двигаясь по геодезической линии[125], мы, в конце концов, обойдем этот мир и вернемся к точке старта.

Принципиальным недостатком модели Эйнштейна, как было обнаружено позже, является ее неустойчивость: малейшее изменение параметров приводит к тому, что Вселенная выходит из равновесия и больше не возвращается в это состояние. Подобные системы не могут реализоваться в Природе. В дальнейшем Эйнштейн сам отказался от своей модели и даже считал ее самой большой ошибкой в своей жизни. Но введенные им космологические силы отталкивания сыграли очень важную роль в космологии, хотя значение их не сразу было оценено.

Силы отталкивания не зависят от плотности вещества во Вселенной. Они будут действовать и при отсутствии вещества — в вакууме. Поэтому их называют еще силами гравитационного отталкивания вакуума. Модель Вселенной, в которой, плотность вещества ничтожно мала — так называемая «пустая» модель была рассмотрена голландским астрономом В. де Ситтером сразу после появления модели Эйнштейна, в том же 1917 г. В «пустой» Вселенной действуют только силы отталкивания (силами тяготения вещества можно пренебречь), поэтому такая Вселенная будет расширяться. Причем поскольку силы отталкивания пропорциональны расстоянию, то и скорость взаимного удаления частиц вещества в «пустой» Вселенной (а под такими частицами можно подразумевать целые галактики) будет пропорциональна расстоянию. Это и есть закон Хаббла. Модель де Ситтера, в силу присущих ей «экзотических» свойств (на которых мы пока останавливаться не будем), практически не использовалась в космологии. И только спустя много десятилетий выяснилось, что с ее помощью можно описать самые ранние этапы развития Вселенной.

Задача об эволюции Вселенной в общем виде — без априорных предположений о ее стационарности или об отсутствии вещества — была решена советским математиком А. А. Фридманом в 1922 г. Единственное условие, которое Фридман положил в основу своей теории, это предположение об однородности и изотропии Вселенной. Однородность означает равномерное распределение вещества во Вселенной в больших масштабах. Как мы видели в предыдущем параграфе, это предположение подтверждается астрономическими наблюдениями. Изотропия утверждает равноценность всех направлений в пространстве. Оба предположения кажутся вполне естественными (самыми простыми) и в дальнейшем они полностью подтвердились. Основной вывод, который вытекает из полученного Фридманом решения космологических уравнений, состоит в следующем: материя во Вселенной в больших масштабах не может находиться в покое, Вселенная в целом является нестационарной, она может либо расширяться, либо сжиматься[126].

Работа Фридмана имела выдающееся значение. Эйнштейн не сразу согласился с Фридманом, но затем дал высокую оценку его работе, отметив фундаментальную важность теоретического вывода о нестационарности Вселенной[127]. А. А. Фридман умер в 1925 г., не дожив всего несколько лет до триумфа своей теории. Несмотря на признание и высокую оценку Эйнштейна, его работа на многие годы выпала из поля зрения не только астрономов, но и физиков-теоретиков.

В 1927 г. аббат Ж. Леметр, бельгийский астроном (ученик Эддингтона), независимо от Фридмана получил решение космологических уравнений и подтвердил вывод о нестационарности Вселенной. Таким образом, к концу 1920-х годов в космологии были получены очень важные результаты, касающиеся эволюции Вселенной. Тем не менее они не привлекли внимание астрономов. Анализируя это обстоятельство, А. С. Шаров и И. Д. Новиков отмечают, что одна из причин состояла в сложности теории и разобщенности между теоретиками и наблюдателями. Другая причина, по их мнению, — «психологическая, вероятно, состояла в необычности выводов теории, утверждавшей, например, возможность замкнутости пространства или существование начала эволюции нашего мира в прошлом. Астрономам-практикам, с помощью новых телескопов проникавшим все дальше и дальше в глубины пространства, психологически было трудно поверить в реальность таких утверждений, в корне менявших их представление о Вселенной»[128]. Вот почему такое большое значение имеет работа Хаббла, экспериментально подтвердившая факт расширения Вселенной. Это открытие, несомненно, является крупнейшим достижением естествознания XX века.

Необходимо отметить, что расширение Вселенной никак не влияет на отдельные тела: расстояние между галактиками увеличивается, но размеры самих галактик (а тем более звезд и планет) остаются без изменения — подобно тому, как не меняются размеры пчел в разлетающемся рое или размеры молекул в расширяющемся облаке газа. То есть гравитационно связанные тела в расширяющейся Вселенной не подвержены космологическому расширению.

Каждая галактика участвует в общем космологическом расширении и имеет, кроме того, свое собственное движение. Полная относительная скорость двух галактик складывается из скорости их космологического удаления и относительной скорости собственного движения галактик. Для далеких галактик космологическая скорость намного превышает собственную скорость галактик (которой в этом случае можно пренебречь), поэтому из наблюдений далеких галактик мы получаем скорость их космологического расширения. Для близких галактик их собственная скорость сравнима со скоростью космологического расширения и может даже превышать ее. Поэтому полная скорость может сильно отличаться от космологической и может быть даже отрицательной. Так, например, Туманность Андромеды имеет отрицательную скорость, т. е. она не удаляется от нашей Галактики, а приближается к ней.

Поскольку в настоящее время Вселенная расширяется, расстояние между галактиками увеличивается, то ясно, что в прошлом они были расположены ближе друг к другу и размер наблюдаемой Вселенной (Метагалактики) был меньше. Следовательно, средняя плотность вещества была выше, т. е. условия во Вселенной в прошлом отличались от тех, которые имеют место в настоящее время. Но насколько велико это различие? Закон Хаббла сам по себе не дает ответа на этот вопрос. Здесь необходима помощь теории. Мы должны обратиться к космологическим моделям и выбрать ту из них, которая лучше соответствует наблюдениям.

Простейшей и, как казалось, наилучшим образом соответствующей наблюдениям является модель Фридмана однородной изотропной Вселенной с Λ-членом, равным нулю. В этой модели действуют только силы гравитации[129]. Если в некоторый момент остановить расширение Вселенной, то в следующий момент под действием гравитации она начнет сжиматься. Поскольку в настоящее время Вселенная расширяется, значит, когда-то в прошлом, в какой-то начальный момент времени, по причине, о которой мы пока ничего не знаем, частицы вещества приобрели скорость разлета, подобно облаку газа, образовавшемуся при взрыве. В дальнейшем Вселенная расширялась по инерции, а силы тяготения тормозили расширение. Динамика Вселенной зависит от соотношения между начальной скоростью и силами тяготения, которые определяются средней плотностью вещества во Вселенной. Если плотность не превышает некоторого критического значения (ρ ≤ ρкр), то силы тяготения не в состоянии остановить расширение, и Вселенная будет расширяться неограниченно. Если ρ > ρкр то силы тяготения останавливают расширение; в некоторый момент постоянно уменьшающаяся скорость расширения обращается в нуль, после чего Вселенная начинает сжиматься.

Рис. 2.2.3. Изменение масштабного фактора в модели Фридмана с Λ-членом, равным нулю. По горизонтальной осин отложено время, по вертикальной масштабный фактор a(t): l — ρ < ρкр ; 2 — ρ = ρкр ; 3 — ρ > ρкр. Угол наклона касательном к кривым в любой точке этого графика определяет скорость расширения Вселенной в соответствующий момент времени. t_0 — современный момент времени. Отрезок Λt_0 определяет хаббловское время 1/Н_0 для открытой модели (при ρ < ρкр)

На рис. 2.2.3 показано, как изменяется с течением времени масштабный фактор a(t) в рассматриваемой модели. Поскольку расстояние между любыми точками в расширяющейся Вселенной пропорционально масштабному фактору (r(t) = r_0а (t)), то аналогичным образом будет меняться расстояние между двумя любыми далекими галактиками, радиус Метагалактики и, вообще, радиус любой достаточно большой сферы, выделенной во Вселенной.

Такой характер изменения масштабного фактора можно попять, исходя из следующих соображений. Выделим мысленно в однородной Вселенной некую сферу произвольного, но достаточно большого радиуса, так, чтобы в пей содержалось большое число галактик. Рассмотрим «частицу» вещества (галактику), находящуюся на границе сферы[130]. Опа обладает определенной скоростью, с которой удаляется от центра сферы, и соответствующей кинетической энергией. Как будет двигаться такая галактика по отношению к центру сферы? В однородной Вселенной на галактику действует только тяготение вещества, расположенного внутри сферы; тяготение наружных слоев взаимно уравновешивается. Следовательно, задача аналогична задаче о движении тела, например ракеты, находящейся на поверхности планеты, которой сообщили вертикальную скорость. Полная энергия E выбранной нами галактики складывается из кинетической и потенциальной, последняя определяется силами тяготения. В процессе расширения Вселенной кинетическая и потенциальная энергии изменяются, а полная энергия Е остается без изменения (закон сохранения энергии). Напомним, что потенциальная энергия отрицательна, а кинетическая энергия — положительна. Полная энергия зависит от плотности. При ρ < ρкр полная энергия E > 0; это соответствует случаю, когда ракета приобретает скорость, превышающую вторую космическую. Как известно, в этом случае она будет двигаться по гиперболической орбите, неограниченно удаляясь от планеты, причем скорость на бесконечности будет стремиться к предельному значению Vпред > 0. Так же будет вести себя и рассматриваемая нами «пробная» галактика. А поскольку мы выбрали эту галактику совершенно произвольно на поверхности выделенной сферы — так будет вести себя любая другая галактика, значит, вся сфера будет неограниченно расширяться. И так как сфера, в свою очередь, выбрана произвольно, то это относится к любой выделенной сфере во Вселенной, т. е. вся Вселенная будет неограниченно расширяться. При ρ = ρкр Е = 0; это соответствует случаю, когда ракета приобретает параболическую скорость. Вселенная будет также неограниченно расширяться, только скорость на бесконечности будет стремиться к нулю. Наконец, при ρ > ρкр полная энергия Е < 0; это соответствует случаю, когда ракета приобретает скорость меньше параболической. В этом случае она удаляется от планеты на определенное расстояние, а затем падает на нее. Подобно этому наша сфера (и любая другая сфера во Вселенной) расширяется до определенного предела, а затем начнет сжиматься. Эта аналогия позволяет понять, почему космологические уравнения без введения дополнительных сил отталкивания не дают статического решения. Ведь и ракета не может неподвижно висеть над Землей, она или улетает от нее, или падает на поверхность. Чтобы удержать ракету неподвижно, нужны дополнительные силы.

Критическая плотность, от которой зависит характер расширения Вселенной, определяет также геометрию Мира. При ρ > ρкр мы имеем, как и в модели Эйнштейна, замкнутый мир постоянной положительной кривизны, в котором выполняется геометрия Римана. При ρ = ρкр Вселенная пространственно бесконечна, кривизна пространства равна нулю, следовательно, в этом случае справедлива евклидова геометрия. Наконец, при ρ < ρкр Вселенная тоже открыта: она бесконечно простирается во все стороны, кривизна ее постоянна и отрицательна; это мир, в котором выполняется геометрия Лобачевского. Таким образом, открытая Вселенная расширяется неограниченно, а в замкнутой Вселенной расширение сменяется сжатием; в момент остановки, когда скорость расширения становится равной нулю, радиус кривизны (и объем) Вселенной достигает максимального значения, а затем начинает уменьшаться.

Какой же сценарий имеет место в действительности? Это зависит от отношения ρ/ρкр. В современную эпоху ρ > ρкр≈ 10-29 г/см^3. Средняя плотность светящегося (наблюдаемого) вещества, как мы видели, составляет 3 10-31 г/см^3. Эта величина приблизительно в 30 раз меньше критической. Если бы во Вселенной никакого другого вещества не было, мы бы имели вариант открытого бесконечно расширяющегося мира, для которого на больших масштабах справедлива геометрия Лобачевского.

Однако помимо этой наблюдаемой материи во Вселенной существует материя, которая непосредственно не наблюдается, а проявляет себя только гравитационным воздействием. Часть ее может быть обусловлена обычным веществом, сосредоточенном в «коричневых» карликах (о которых мы упоминали в п. 2.1.3), но доля его невелика. Считается, что обычное вещество, как наблюдаемое, так и ненаблюдаемое, составляет не более 5 % массы Вселенной (или даже еще меньше), остальные 95 % приходится на долю так называемой темной материи или скрытой массы.

Значение этого обстоятельства не всегда оценивается в должной мере. Вдумаемся — все, что мы знаем о Вселенной, основано на изучении не более 5 % ее массы! А остальное для нас пока полностью сокрыто. Чтобы яснее осознать, что это значит, представим себе, что мы занимаемся реставрацией большого полотна, полностью закрытого позднейшими наслоениями. И вот нам удалось отреставрировать 5 % картины. Уже проступают ясно какие-то черты пейзажа. Мы видим деревья на скалистом берегу моря, видим облака на небе, еще какие-то детали. Но мы не можем пока сказать, что представляет собою картина в целом: пейзаж, портрет с пейзажем на заднем или переднем плане, батальная эпопея или бытовая сцена. Примерно в таком же положении оказались астрономы. Дело не в том, что нам известны не все звезды или не все галактики. Для того чтобы понять строение и эволюцию Вселенной, в этом нет никакой необходимости. Дело в том, что 95 % материи — это не галактики и не звезды, это не межзвездная пыль и не газ, это не плазма, состоящая из обычных частиц, из которых строятся атомы вещества. Это нечто, нам пока неизвестное и неизученное. Сказанное не означает, что наши знания о Вселенной не достоверны — нет, то, что установила наука, достаточно надежно. Но это значит, что наша картина Вселенной на сегодня еще весьма ограничена.

С учетом скрытой массы средняя плотность материи во Вселенной весьма близка к критической. Это означает, что кривизна пространства близка к нулю, мы живем в евклидовом (почти евклидовом) мире.

Какова природа скрытой массы? Это тоже до конца неизвестно. Вначале, когда проблема впервые остро встала перед космологией, предполагалось, что скрытая масса может быть обусловлена нейтрино. Долгое время после открытия нейтрино считалось, что их масса равна нулю. Однако в 1980-х годах экспериментально было обнаружено, что хотя масса нейтрино действительно очень мала, она все же отлична от нуля. Первые оценки массы нейтрино давали величину порядка 5 10-32 г, затем они были снижены до 10-32 г, это в 100 тысяч раз меньше массы электрона, но вполне достаточно, чтобы объяснить всю или почти всю скрытую массу. Действительно, в 1 см^3 пространства в современную эпоху содержится около 500 нейтрино всех видов, их общая масса порядка 10-29 г. Однако по современным данным масса нейтрино значительно меньше, и их вклад в массу темной материи невелик. Считается, что подавляющая доля скрытой массы, до 70 %, падает на долю особой «вакуумной материи», равномерно заполняющей все пространство Вселенной. Эта материя обладает отрицательной гравитацией и является источником тех самых сил отталкивания, связанных с Λ-членом, которые были введены в модели Эйнштейна (дополнительно см. п. 2.2.3). В отличие от обычной материи, «вакуумная материя» не тормозит расширение Вселенной, а, напротив, ускоряет его. Поэтому хотя доля этой материи велика, она не может привести к образованию замкнутой Вселенной. Остается еще 30 % скрытой массы. Предполагается, что она может быть обусловлена такими гипотетическими частицами, как аксионы, нейтралино и другие суперсимметричные частицы, которые «с необходимостью» возникают в теории, но экспериментально пока не обнаружены. Иногда в этой связи указывают и на такие тоже гипотетические объекты, как «монополи», «струны», «мембраны», первичные черные дыры и даже горловины «кротовых нор», о которых мы упоминали в § 1.15. Поскольку вклад всех этих объектов точно не известен, рассматривается еще одна возможность — «зеркальное вещество».

Современная физика элементарных частиц принимает в качестве фундаментального постулата симметрию между правым и левым. Отсюда следует, что каждая частица нашего мира должна иметь свой зеркальный аналог. Из них могут быть образованы зеркальные атомы, молекулы, звезды, галактики и… внеземные цивилизации. При этом частицы нашего мира могут взаимодействовать с частицами зеркального мира только гравитационно. По образному выражению одного из физиков, через комнату, в которой вы сейчас сидите, может проходить поезд из зеркальной материи, и никто этого не заметит, если только не будут поставлены тончайшие гравитационные эксперименты. Но поскольку зеркальное вещество подвержено тяготению, оно вносит свой вклад в скрытую массу нашего мира (как и наша материя вносит свой вклад в скрытую массу их мира). Если доля обычного вещества (барионная составляющая) в зеркальном мире такая же, как и у нас, зеркальная материя вносит 5 % в скрытую массу нашего мира. Если барионная составляющая в зеркальном мире выше, то соответственно повышается и обусловленная зеркальным веществом доля скрытой массы нашего мира. По мнению Н. С. Кардашева, доля зеркального вещества может доходить до 25 %[131].

Читателя не должна смущать неопределенность приводимых здесь данных. Обсуждая проблему скрытой массы, мы не только подошли к передовому краю развития науки, но коснулись таких областей, где перед физикой встали фундаментальные проблемы, которые, возможно, существенно изменят наши представления о мире. Развитие здесь происходит очень быстро, и когда читатель будет пробегать глазами эти строки, многое, наверное, уже изменится.

Важно подчеркнуть, что хотя мы не знаем точно, какова плотность материи во Вселенной — больше критической или меньше, но она заведомо близка к критической. (Именно потому, что плотность близка к критической, трудно выбрать между двумя альтернативными вариантами.) Также надо иметь в виду, что описанный выше характер расширения Вселенной справедлив для модели с Λ-членом, равным нулю. Наличие «вакуумной материи» означает, что Λ-член не равен нулю. Если это так, то истинный характер расширения должен отличаться от описанного выше.

Каков бы ни был характер расширения Вселенной, в начальный момент (t = 0) масштабный фактор a(t) обращается в нуль (см. рис. 2.2.3). Для замкнутой Вселенной это означает, что ее объем в начальный момент был равен нулю, и значит, она начала расширяться из точки (!). Что касается бесконечной Вселенной, то она всегда остается бесконечной, но любая ее конечная область (в том числе наша Метагалактика) в начальный момент тоже имела нулевой объем. Плотность вещества в этот момент была бесконечной, а скорость расширения стремилась к скорости света. Это состояние бесконечной плотности получило название «сингулярного состояния». Таким образом, в начальный момент Вселенная расширяется из сингулярного состояния с предельно большой скоростью. Процесс «возникновения» Вселенной из сингулярности Деметр назвал Большим взрывом.

Какова природа сингулярного состояния, реализуется ли оно в действительности? Как близко можно подойти к этому состоянию, изучая историю Вселенной? Что означает «возникновение» Вселенной при t = 0? Что было до этого момента? Эти фундаментальные проблемы космологии не получили пока окончательного решения. Однако за пределами сингулярности теория хорошо согласуется с наблюдениями.

Возникает вопрос — как давно произошел Большой взрыв? Оказывается, можно определить этот момент, зная значение постоянной Хаббла[132]. Если Вселенная расширяется с постоянной скоростью, равной ее современному значению, то время расширения от момента t = 0 до современного момента t_0 равно tн = 1/Н_0 (Н_0 — значение постоянной Хаббла в современную эпоху)[133]. Это время называется хаббловским временем. Фактически время расширения будет отличаться от хаббловского. Для модели с Λ-членом, равным нулю, в случае ρ = ρкр что, как мы видели, близко к действительности:

Если постоянную Хаббла Н_0 выражать, как это принято в наблюдательной астрономии, в единицах (км/с)/Мпк, а время tн — в годах, то tн = 10^12/Н_0. Точное значение Н_0 не известно, но из наблюдений следует, что Н_0 заведомо не превышает 100 (км/с)/Мпк, и не меньше, чем 50 (км/с)/ Мпк. Более точная оценка Н_0: в пределах от 65 до 80 (км/с)/Мпк. Отсюда tн = 10 ÷ 20 млрд лет, или более точно 12 ÷ 15 млрд лет, а t_0 = 8 ÷ 10 млрд лет. Здесь опять-таки следует иметь в виду, что и эти оценки справедливы при условии Λ = 0. В последнее время появляется все больше свидетельств того, что Λ-член не равен нулю и, более того, связанные с ним силы отталкивания приводят к тому, что Вселенная в современную эпоху расширяется ускоренно. Если это так, то возраст Вселенной (время от момента t_0 до современного момента) должен быть больше хаббловского.

Наличие сингулярности приводит к существованию горизонта Вселенной. Чем дальше от нас находится наблюдаемый объект, тем ближе к началу расширения Вселенной относится момент времени, когда был испущен свет, достигающий сейчас наблюдателя. Точки в пространстве, от которых до нас доходит свет, испущенный в момент начала расширения (t = 0), и образуют горизонт Вселенной. Горизонт охватывает лишь часть Вселенной, а в случае открытой Вселенной за его пределами находится бесконечное пространство. И тем не менее, ни один объект за горизонтом не может наблюдаться даже с помощью самого совершенного телескопа, ибо за все время существования Вселенной свет, испущенный любым из этих объектов, еще не успел достичь наблюдателя. Эти объекты станут доступными для наблюдения в будущем, когда свет от них дойдет до наблюдателя. Следовательно, горизонт со временем расширяется. В современную эпоху радиус горизонта Rгор = с/Н_0 ; в зависимости от значения постоянной Хаббла он составляет 10 ÷ 20 млрд св. лет. На горизонте красное смещение становится бесконечным, а скорость расширения равна скорости света.

Сколь близко астрономы подошли к горизонту Вселенной? Если в начале XX века область Метагалактики, для которой были определены расстояния, составляла менее 1 % от радиуса горизонта, то сейчас она превысила 50 %. Расстояние до далеких объектов (с z > 1) выражается формулой

При z → ∞ r(z) → Rгор. Наиболее далекие из обнаруженных к настоящему времени объектов имеют z порядка 5 ÷ 6. При z = 6 отношение r(z)/Rгор= 0,62. Свет, который мы сейчас наблюдаем от этого объекта, был испущен, когда Вселенная была в 18,5 раза моложе и в 7 раз компактнее, чем сейчас. (Здесь мы использовали соотношения: rнабл/rизл = 1 + z; tнабл/tизл= (1 + z)3/2> справедливые для модели Фридмана при ρ = ρкр на достаточно поздних стадиях расширения, когда давлением излучения можно пренебречь.)

Вблизи горизонта незначительному приращению расстояния соответствует большое изменение 2 и, следовательно, существенное продвижение в прошлое Вселенной. При этом возможна ситуация, когда из двух объектов более удаленный сейчас в момент излучения находился ближе к нам, чем более близкий (в момент его излучения). Действительно, свет от более удаленного объекта был излучен давно, когда Вселенная была сильно сжата, и все расстояния в ней, в том числе расстояние от объекта до наблюдателя, были существенно меньше. Свет же от более близкого объекта был излучен не так давно, Вселенная была тогда не столь сжата, и его расстояние от наблюдателя не сильно отличается от современного, поэтому он в момент излучения был дальше от наблюдателя, чем более удаленный объект в момент его излучения. Так в расширяющейся Вселенной проявляется относительность понятий «близкое» и «далекое»: близкое становится далеким и далекое близким.

Проиллюстрируем сказанное следующим примером. Рассмотрим две галактики с красными смещениями z_1 = 2 и z_2 = 5. Используя формулу (2.5), получим r2набл/r_1набл = 1,40. В момент излучения первая галактика была в 3 раза ближе к нам, чем сейчас, а вторая — 6 раз ближе. Следовательно, расстояние этих галактик в момент излучения было r_2изл/r1изл = 1,40: 6 × 3 = 0,70.

Как долго длится сингулярное состояние? Длится ли оно бесконечно долго от t = —∞ до t = 0, когда Вселенная «вдруг» начинает расширяться, или это короткий, неизмеримо короткий миг? Теория Фридмана не дает отпета на этот вопрос. Более того, теоретики утверждают, что вопрос не имеет смысла, ибо в сингулярности не только не действуют все известные нам физические законы, но и само понятие времени из-за квантовых эффектов становится неопределенным. Пусть так. Но как бы там ни было, она как бы возникает из Небытия, проявляется из какого-то непостижимого для нас сингулярного состояния. Этот факт рождения Вселенной при t = 0 и, следовательно, ее конечность во времени представляет серьезную проблему в плане философского осмысления Мира.

Если допустить, что сингулярность длится конечное время (с точки зрения «несингулярного» наблюдателя), то, опуская вопрос о том, что творится в самой сингулярности, правомерно спросить — а что было до сингулярного состояния? Возможно, что когда-то, в бесконечно далеком прошлом, Вселенная сжималась из крайне разреженного состояния, плотность ее со временем увеличивалась до тех пор, пока постоянно уменьшающийся масштабный фактор при t = 0 ни обратился в нуль — Вселенная перешла в сингулярное состояние, после чего начала расширяться. Мы живем на стадии расширения, которая в случае открытой модели будет продолжаться бесконечно долго. Этот сценарий снимает трудность с возникновением Вселенной — Вселенная существует вечно (от «минус бесконечности» до «плюс бесконечности»). При этом она один раз проходит через сингулярное состояние.

Рис. 2.2.4. Гипотетическая модель сжатия Вселенной от состояния бесконечно малой плотности до сингулярности с последующим неограниченным расширением. По вертикальной оси отложен масштабный фактор, по горизонтальной — время. Согласно гипотезе А. Д. Сахарова. при прохождении через сингулярность частицы меняются на античастицы, левое на правое, и ход течения времени меняется на обратный. Нижняя горизонтальная линия изображает ход течения времени в нашем мире, верхняя — в антимире

Что происходит в момент, когда Вселенная проходит через сингулярность? А. Д. Сахаров, исходя из законов симметрии, предположил, что при прохождении через сингулярность все частицы заменяются на античастицы, все пространственные конфигурации частиц изменяются на зеркально отраженные, а течение времени меняется на обратное[134] (рис. 2.2.4). При этом «сверхкомбинированная», так называемая СРТ-симметрия Мира сохраняется. Таким образом, все явления и тела до момента сингулярности являются точной зеркальной копией тел и явлений после этого момента с заменой частиц на античастицы и с заменой направления течения процессов. С нашей точки зрения, Мир до сингулярности (Антимир) существовал в далеком прошлом, когда Вселенная еще сжималась. Но с точки зрения обитателей Антимира (не хочется называть их антилюдьми, хотя они состоят из антивещества и имеют сердце с правой стороны) — это наш Мир существует в их далеком прошлом, причем наш Мир, следуя направлению их времени, сжимается, а их Мир — расширяется. «Фактически ОНИ — это МЫ (или МЫ — это ОНИ), так как с точностью до условного определения знака времени, условного отличия правого от левого и условного отличия вещества от антивещества, отраженный мир не отличается от нашего»[135].

В случае замкнутой Вселенной расширение, как мы видели, сменяется сжатием. В конце стадии сжатия Вселенная приходит в сингулярное состояние, такое же, из которого она начала расширяться. Следовательно, те же силы и те же причины, которые привели к расширению Вселенной в начальный момент времени, теперь снова заставят ее начать расширяться. В конце нового цикла картина вновь повторится и т. д. Мы получим, таким образом, вечно существующую пульсирующую Вселенную, в которой периоды расширения-сжатия разделены сингулярностями. Если каждый раз в сингулярности происходит замена Мира на Антимир (как описано выше), то эволюция Вселенной во времени будет представлять собой чередующуюся вереницу миров и антимиров, между которыми Вселенная пребывает в сингулярном состоянии. Возможность существования пульсирующей модели Вселенной была ясна еще Фридману. В связи с этим он вспоминал сказания индусской мифологии о периодах жизни. Действительно, в индусской мифологии и в древнеиндийской философии существует представление о периодическом процессе проявления (манифестации) Вселенной, в котором активные процессы — Манвантары чередуются с пассивными периодами — Пралайями, образуя циклы различного масштаба длительности[136]. Самый крупный цикл — Махакальпа составляет 311 040 000 000 000 = 3 10^14 лет. Махакальпа — это Век Брамы, он состоит из 100 Годов Брамы. Каждый Год делится на 360 суток (360 Дней и 360 Ночей Брамы). Одни Сутки Брамы равны 8 640 000 000 лет, а одна секунда в этом масштабе времени составляет 100 000 земных лет. Обращает внимание, что Сутки Брамы по порядку величины близки к длительности расширения во Фридмановской Вселенной (8 ÷ 10 млрд. лет). Если принять, что длительность расширения t_0 в точности равна Суткам Брамы, то получим постоянную Хаббла Н_0 = 77 (км/с)/Мпк, что попадает как раз внутрь интервала неопределенности для Н_0: 65 ÷ 80 (км/с)/Мпк.

Рис. 2.2.5. Изменение масштабного фактора в осцилирующей модели Вселенной: a) без увеличения энтропии: б) с увеличением энтропии

Привлекательной чертой пульсирующей модели является то, что она позволяет избежать проблемы Генезиса Вселенной. Однако некоторые космологи указывают, что это не так. Дело в том, что в каждом цикле Вселенной как в период расширения, так и в период сжатия происходит рост энтропии (которая в конечном итоге определяется числом фотонов, приходящихся на один нуклон). Если накопленная в данном цикле энтропия сохраняется при переходе через сингулярность, то в каждом следующем цикле энтропия будет выше, а следовательно, максимальный радиус кривизны (связанный с энтропией) и период пульсации будут больше, чем в предыдущем (рис. 2.2.5). То есть будет происходить «раскачка» Вселенной. Необходимая для раскачки положительная энергия берется за счет отрицательной энергии гравитационного поля, а полная энергия, равная сумме положительной и отрицательной энергии, не меняется, т. е. закон сохранения энергии при переходе от цикла к циклу выполняется. Если бы пульсирующая Вселенная существовала бесконечно долго в прошлом, то за бесконечное число пульсаций должна была накопиться бесконечная энтропия. Но этого нет. Следовательно, с момента возникновения Мира прошло конечное число пульсаций, т. е. мы снова возвращаемся к проблеме Начала, только отодвигаем его во времени. Следует отметить, что эти рассуждения справедливы, если энтропия при прохождении через сингулярность сохраняется. Предположение — далеко не очевидное, если учесть, какие глубокие преобразования происходят в сингулярности.

Мы рассмотрели механическую картину эволюции Вселенной, не касаясь физики процессов. Теперь нам следует обратиться к физике.

2.2.2. Горячая Вселенная

Была Тьма: скрытое сперва во Тьме все это было бесформенным Хаосом. Все, что существовало тогда, было пустым и бесформенным. Великой силой тепла рождено было это Единое.

Ригведы «Песнь Творения»

На ранней стадии эволюции Вселенной, в первые минуты после начала расширения, плотность вещества была очень велика. При такой плотности должны были протекать ядерные реакции. Характер их существенным образом зависит от температуры. Была ли Вселенная в это время холодной или горячей?

Исторически первой еще в 1930-е годы была рассмотрена модель холодной Вселенной. Предполагалось, что все вещество существовало в виде холодных нейтронов. Однако, как выяснилось позднее, в такой Вселенной в результате цепочки ядерных реакций (с образованием протона, дейтерия и т. д.) все вещество, в конце концов, превратилось бы в гелий. Это противоречит наблюдениям, поскольку подавляющая часть вещества Вселенной состоит из водорода. Другой вариант теории холодной Вселенной был предложен Я. Б. Зельдовичем в начале 60-х годов. Он предполагал, что первоначально холодное вещество Вселенной состояло из смеси протонов, электронов и нейтрино. При расширении Вселенной такая смесь должна была превратиться в чисто водородную плазму. Что касается гелия и других химических элементов, то, согласно этой гипотезе, они синтезировались много позднее, после того, как образовались звезды. В отношении всех элементов, кроме гелия, это справедливо. Но обилие гелия (30 % от всего вещества Вселенной по массе) невозможно объяснить ядерными реакциями в звездах.

Модель горячей Вселенной была предложена российско-американским физиком Г. Гамовым в 1948 г. Гамов стремился объяснить происхождение всех химических элементов ядерными реакциями, которые протекали в горячем веществе ранней Вселенной при се расширении. Это была неверная посылка, ибо, как мы теперь знаем, элементы тяжелее гелия образуются в звездах. Однако сама идея о горячей Вселенной оказалась правильной.

Один из выводов, который вытекал из теории Гамова, состоял в том, что в настоящее время во Вселенной, помимо излучения звезд (и других источников), должно существовать электромагнитное излучение, образовавшееся в ту далекую эпоху, когда никаких звезд еще не было, а Вселенная представляла собой однородную горячую плазму. В этой плазме, состоящей, в основном, из электронов и протонов, все частицы, тесно взаимодействуя, находились в равновесии между собой и с излучением. При взаимодействии протонов и электронов образовывались нейтральные атомы, но они тут же разрушались под действием квантов электромагнитного излучения. Процессы ионизации уравновешивались рекомбинациями, и вся эта плазма вместе с излучением, участвуя в общем космологическом расширении Вселенной, постепенно охлаждалась. Когда температура ее упала до 4000 К, энергия квантов стала уже недостаточной, чтобы ионизовать вещество. Равновесие нарушилось, процессы рекомбинации стали преобладать над ионизацией — в результате рекомбинации образовалось нейтральное вещество. С этого момента Вселенная стала прозрачна для излучения. Излучение практически перестало взаимодействовать с веществом, оно как бы отделилось от него и стало эволюционировать независимо. Эволюция вещества привела к образованию того сложного, многообразного Мира, в котором мы живем. А излучение продолжало равномерно заполнять все пространство, только плотность его с расширением Вселенной уменьшалась, и температура тоже падала. В настоящее время температура этого реликтового излучения[137], согласно расчетам Гамова и его сотрудников, должна составлять несколько кельвинов. Если бы мы могли наблюдать это излучение, мы бы получили информацию о далекой, дозвездной стадии эволюции Вселенной, когда в результате рекомбинации образовалось нейтральное вещество.

Несмотря на столь фундаментальный вывод, вытекающий из теории Гамова, никто не пытался его проверить. Видимо, все эти теоретические построения представлялись экспериментаторам слишком отвлеченными, далекими от действительности. (Игра ума теоретиков! Разве можем мы знать, что происходило во Вселенной в такую отдаленную эпоху?!) Надо сказать, что сам Гамов не надеялся на обнаружение реликтового излучения, так как полагал, что оно полностью маскируется излучением звезд, возникших на более поздней стадии эволюции Вселенной. В 1964 г. советские астрофизики А. Г. Дорошкевич и И. Д. Новиков показали, что хотя общее количество энергии реликтового излучения сравнимо с излучением галактик, но в сантиметровом и миллиметровом диапазонах радиоволн оно значительно превышает излучение всех остальных радиоисточников и, следовательно, его можно обнаружить. Эта работа еще не была в полной мере осознана, когда в 1965 г. реликтовое излучение было открыто чисто случайно американскими физиками Р. Вилсоном и А. Пензиасом с помощью 7-метровой рупорной антенны, предназначенной для наблюдения искусственного спутника Земли «Эхо». Таким образом, теория горячей Вселенной получила экспериментальное подтверждение, а Пензиас и Вилсон за открытие реликтового излучения были удостоены Нобелевской премии.

Максимум энергии реликтового излучения приходится на длину волны около 1 мм, а распределение энергии по спектру соответствует чернотельному излучению с температурой около 3 К. Как уже отмечалось, реликтовое излучение равномерно заполняет все пространство. В современную эпоху плотность энергии реликтового излучения составляет приблизительно 5 10-13 эрг/см^3, энергия одного фотона около 10-15 эрг, следовательно, в одном кубическом сантиметре содержится 500 фотонов реликтового излучения. Это очень большая величина. Для сравнения напомним, что концентрация атомов водорода — самого распространенного элемента, в котором сосредоточена практически вся «вещественная» масса Вселенной, составляет 3 • 10-7 см-3 (один атом водорода или один протон на несколько кубических метров). Следовательно, отношение числа фотонов к числу частиц вещества порядка 10^9,т. е. на каждый атом вещества приходится миллиард реликтовых фотонов. Согласно соотношению Эйнштейна эквивалентности массы и энергии (Е = тс^2), плотности энергии реликтового излучения εизл = 5 • 10-13 эрг/см-3 соответствует плотность массы ρизл = 5 • 10-34 г/см^3, что приблизительно в 1000 раз меньше, чем плотность массы обычного вещества ρвещ = 3 • 10-31 г/см^3. Таким образом, хотя по числу частиц реликтовых фотонов в миллиард раз больше, чем частиц вещества, они дают вклад в плотность Вселенной в 1000 раз меньший. Эго относится к современной эпохе. Но так было не всегда. Дело в том, что при расширении Вселенной концентрация частиц и плотность вещества убывает пропорционально a-3 (напомним, что а — масштабный фактор); концентрация фотонов также убывает пропорционально а-3, но, помимо этого, из-за красного смещения частота излучения и, следовательно, энергия (E = hv) каждого фотона убывает как a-1. Значит, плотность излучения убывает пропорционально a-4, т. е. быстрее, чем для вещества. Отношение ρвещ/ρизл ∝ a(t). В современную эпоху оно равно 10^3, но с течением времени, по мере возрастания масштабного фактора из-за расширения Вселенной, эта величина будет расти. Напротив, в прошлом отношение ρвещ/ρизл было меньше, чем сейчас. В эпоху, когда масштабный фактор (а значит, и размер Метагалактики) был в 1000 раз меньше современного значения, плотность вещества равнялась плотности излучения. Это соответствует эпохе, когда с начала расширения Вселенной прошло около 300 000 лет. При t > 3 • 10^5 лет ρвещ > ρизл, плотность Вселенной определяется веществом; этот период развития Вселенной, в который живем и мы с вами, называется эрой вещества. При t < 3 • 10^5 лет ρизл > ρвещ, плотность Вселенной определяется излучением; соответствующая эра в развитии Вселенной называется эрой излучения.

Выше речь шла о плотности вещества и излучения. Что касается отношения числа фотонов к числу частиц вещества, то, поскольку концентрация и тех и других с расширением Вселенной падает как а-3, отношение nфот/nнукл со временем не меняется и равно 10^9. Возникает вопрос — почему это отношение столь велико? Ведь, если в горячей Вселенной на раннем этапе все частицы находились в равновесии, то число частиц разного типа должно было быть примерно равным. Но как только мы задумываемся над этим вопросом, возникает другой, гораздо более важный вопрос — а почему, вообще, существует вещество в нашей Вселенной? Ведь если когда-то все частицы находились в равновесии, то число частиц должно было равняться числу античастиц. Почему же тогда образовалось только вещество, куда делось антивещество? Конечно, для нас это обстоятельство весьма благоприятно, ибо если бы во Вселенной существовало в равных количествах вещество и антивещество, то в какой-то момент оно должно было аннигилировать, и тогда весь Мир состоял бы только из излучения. Разгадка этих проблем, как оказалось, кроется в самых ранних этапах эволюции Вселенной, когда после сингулярности прошли ничтожные доли секунды.

Как близко можно подойти к сингулярности, двигаясь назад во времени, и как определить условия в ранней Вселенной? Теория горячей Вселенной дает простые соотношения для масштабного фактора, плотности и температуры в любой момент времени для ранней Вселенной:

или:

Здесь t — время в секундах, отсчитываемое от сингулярности, t_0 — современный момент времени.

В своей замечательной книге «Первые три минуты»[138], изданной в 1977 г., С. Вайнберг начинает историю Вселенной с момента t = 0,01 с, когда температура составляла 10^11 К (в 10 тыс. раз выше, чем в недрах Солнца). Современные космологи идут гораздо дальше, они начинают с момента t = 3 10-44с. Это так называемое планковское время. Дальше к сингулярности двигаться уже невозможно, ибо здесь начинают сказываться квантовые эффекты, и привычное нам понятие времени теряет смысл. Мы начнем описание истории горячей Вселенной с момента t = 10-34с; более ранний период будет рассмотрен в следующем пункте.

При t = 10-34 с температура составляла 10^27 К, радиус Метагалактики равнялся 30 см (!), а плотность составляла 10^74 г/см^3. Температуру Т = 10^27 К называют температурой великого объединения, ибо при этой температуре стирается различие между тремя видами физических взаимодействий — электромагнитным, сильным и слабым. Существует Единое физическое взаимодействие, проявлением которого при меньшей температуре является электрослабое и сильное взаимодействие. Но здесь нам придется сделать небольшой экскурс в физику элементарных частиц.

Все многообразие физических сил и взаимодействий, существующих в природе, сводится к четырем основным взаимодействиям: гравитационному, электромагнитному, слабому и сильному. Гравитационное взаимодействие — сила всемирного тяготения действует на все тела и частицы. По сравнению с другими взаимодействиями, оно очень слабо и в мире элементарных частиц практически не сказывается. Тяготение становится заметным на больших расстояниях и для тел достаточно большой массы. Электромагнитные силы определяют взаимодействие между заряженными частицами. Было время, когда электрические и магнитные явления, известные с незапамятных времен, рассматривались как совершенно независимые. Но затем была установлена тесная взаимосвязь между ними: движение электрических зарядов порождает магнитное поле, а изменение магнитного поля создает электрический ток. В теории Максвелла электрические и магнитные явления были объединены в единое электромагнитное взаимодействие. Слабые взаимодействия характеризуют все типы процессов с элементарными частицами, в которых принимают участие нейтрино. Они, в частности, ответственны за распад нейтрона и, следовательно, за процессы радиоактивного распада. В отличие от гравитационного и электромагнитного взаимодействий, которые изменяют только внешнее состояние движения частиц, слабое взаимодействие меняет внутреннюю природу самих частиц (например, нейтрон превращается в протон, электрон и нейтрино). В обычных условиях слабое взаимодействие слабее электромагнитного и тем более сильного (отсюда и его название), но оно значительно сильнее гравитационного взаимодействия. Наконец, сильное взаимодействие характеризует ядерные силы, которые удерживают протоны и нейтроны в атомных ядрах. Важной особенностью сильных и слабых взаимодействий является то, что они действуют только на очень малых расстояниях. Радиус действия ядерных сил порядка 10-13 см, а радиус действия «слабых» сил порядка 10-16 см. Поэтому в обычных масштабах эти силы не сказываются, здесь действуют только гравитационные и электромагнитные силы.

В соответствии с типами взаимодействий, все элементарные частицы делятся на два больших класса: сильно взаимодействующие частицы, или адроны, и частицы, не участвующие в сильных взаимодействиях, — лептоны. К последним относятся: электрон, мюон, тау-лептон и три вида нейтрино — электронное, мюонное и тау-нейтрино (а также соответствующие античастицы). Что касается адронов, то в последние десятилетия было установлено, что они, строго говоря, не являются элементарными частицами: адроны состоят из фундаментальных частиц — кварков. В обычных условиях (т. е. в тех условиях, которые имеют место во Вселенной в современную эпоху) кварки в свободном виде не встречаются, они существуют только в составе адронов. Силы, которые удерживают кварки в составе адронов, также относятся к сильному взаимодействию. Адроны, в свою очередь, подразделяются на два типа частиц: мезоны и барионы. Каждый мезон состоит из кварка и антикварка, а барион — из трех кварков. К барионам относятся протоны, нейтроны и нестабильные частицы — гипероны. Полное число имеющихся в системе барионов минус число антибарионов определяет барионный заряд. Если число барионов равно числу антибарионов, то барионный заряд равен нулю.

Физические взаимодействия осуществляются с помощью особых частиц-переносчиков. Переносчиками гравитационного взаимодействия являются кванты гравитационного поля — гравитоны, переносчиками электромагнитного взаимодействия — фотоны, а переносчиками сильного взаимодействия — глюоны. В отличие от частиц материи — ферминов, к которым относятся и адроны, и лептоны, частицы-переносчики называются бозонами. К ним относятся фотоны, гравитоны, глюоны и другие виды бозонов. Так, переносчиками слабого взаимодействия являются три вида частиц: W+, W- и Z^0-бoзoны. Эти частицы обладают большой массой и для их образования надо затратить очень большую энергию. При температуре Т > 10^15 К, когда энергия частиц превышает 100 ГэВ, W+, W- и Z^0-бoзoны рождаются столь же легко, как и γ-кванты. При этих условиях исчезает различие между слабым и электромагнитным взаимодействиями, и они объединяются в единое электрослабое взаимодействие. При еще более высокой температуре Т = 10^27 К, когда энергия частиц составляет 10^14 ГэВ, исчезает различие между сильным и электрослабым взаимодействием, и они объединяются в единое универсальное взаимодействие (взаимодействие великого объединения). Переносчиками этого взаимодействия являются сверхтяжелые частицы X и Y-бозоны. С их помощью кварки могут превращаться в лептоны и антикварки, т. е. стирается грань между основными типами элементарных частиц.

Теперь мы можем вернуться к ранней Вселенной в момент, когда от начала расширения прошло 10-34 секунды. При t < 10-34 с температура Т > 10^27 К, т. е. больше температуры великого объединения. При такой температуре адроны распадаются на кварки, значит, сильно взаимодействующие частицы существуют только в виде свободных кварков. Вселенная состоит из кварков, лептонов и фотонов. Все частицы находятся в равновесии, кварки свободно переходят в лептоны и наоборот, частицы переходят в античастицы. Число частиц равно числу античастиц, в том числе число кварков равно числу антикварков. Полный электрический заряд и барионный заряд равны нулю. Эта чудовищно горячая динамичная смесь взаимопревращающихся частиц и есть та Первичная «Огненная» Субстанция Физического Мира, из которой, в конце концов, возникает известная нам Вселенная со всем многообразием существующих в ней форм материи. Рассмотрим главные этапы эволюции горячей Вселенной.

При t > 10-34 с температура падает ниже 10^27 К. При такой температуре тяжелые X-бозоны не образуются, а существующие начинают распадаться. Теперь уже кварки не могут превращаться в лептоны, происходит разделение великого взаимодействия на сильное и электрослабое. Одновременно, благодаря несимметрии в свойствах частиц и античастиц, при распаде Х-бозонов нарушается равновесие между кварками и антикварками. Возникает избыточный барионный заряд, равный 10~9 на одну частицу. Это значит, что число барионов на одну миллиардную часть превосходит число антибарионов. Но именно эта ничтожная разница в числе барионов и антибарионов приводит впоследствии к возникновению мира из вещества. Как это происходит?

Прежде всего при температуре порядка 3 10^12 К кварки объединяются в ядерные частицы — образуются протоны и нейтроны. При этом барионный заряд сохраняется, т. е. число нуклонов[139] на одну миллиардную превышает число антинуклонов. Так как полный электрический заряд остается равным нулю, то имеется также небольшой избыток электронов над позитронами порядка 10-9, отрицательный электрический заряд которых компенсирует положительный заряд избыточных протонов. Этот избыток электронов возник одновременно с возникновением избыточного барионного заряда. Почти сразу же после образования ядерных частиц при Т ≈ 10^12 К (t = 10-4 с) происходит аннигиляция нуклонов и антинуклонов. При этом остаются только избыточные нуклоны, для которых не хватило соответствующих античастиц. Эти избыточные нуклоны и образуют основу современного вещества Вселенной. Если бы не было этого небольшого числа избыточных нуклонов, мир бы сейчас был практически «пустым» (т. е. лишенным вещества). Так как основная масса нуклонов аннигилировала, образовав кванты электромагнитного излучения, то отношение числа оставшихся частиц к фотонам nфот/nнукл = 10-9. Это как раз та величина, которая наблюдается в современной Вселенной, что является свидетельством правильности нарисованной картины.

В течение всего периода до аннигиляции нуклонов основная масса Вселенной была сосредоточена в адронах. Поэтому этот период получил название адронная эра. Она длилась примерно от 3 10-35 с до 10-4 с. Аннигиляция нуклонов знаменует конец адронной эры. Поскольку почти все адроны аннигилировали, оставив лишь ничтожный избыток ~ 10-9, то основная масса Вселенной после аннигиляции сосредоточилась уже не в адронах, а в лептонах. Соответствующий период в истории Вселенной получил название лептонная эра. Она длилась от 10-4 до 100 секунд. Вселенная в этот период состоит из лептонов (т. е. электронов, позитронов, нейтрино и антинейтрино), а также из фотонов и остаточного числа нуклонов, образовавшихся после аннигиляции. В начале лептонной эры, когда температура была еще очень высока, все частицы находились в термодинамическом равновесии, тесно взаимодействуя друг с другом. В середине лептонной эры, при t = 0,2 с, когда температура упала до 2 • 10^10 К, происходит важное событие в жизни Вселенной: нейтрино перестают взаимодействовать с электронно-позитронной плазмой, так как их энергии уже недостаточно для образования пары электрон-позитрон. Начиная с этого момента, они отделяются от вещества и независимо от него (не взаимодействуя с веществом) участвуют в общем расширении Вселенной. Эти реликтовые нейтрино должны существовать и в настоящее время, их температура (упавшая из-за расширения Вселенной) в современную эпоху составляет 2 К, а концентрация равна 450 частиц в куб. см (всех видов нейтрино). Если бы нам удалось зарегистрировать эти нейтрино, мы могли бы «заглянуть» в эпоху, отстоящую от сингулярности всего на 0,2 с (!), т. е. значительно ближе, чем с помощью реликтовых фотонов. К сожалению, обнаружение реликтовых нейтрино находится пока за пределами экспериментальных возможностей.

Спустя примерно 10 с после начала расширения Вселенной, когда температура упала до 3 10^9 К, началась аннигиляция электронов и позитронов. Этот процесс закончился приблизительно через 3 минуты (при Т ≈ 10^9 К). В результате электроны и позитроны превратились в кванты электромагнитного излучения, остался лишь небольшой избыток электронов, отрицательный электрический заряд которых в точности компенсирует положительный электрический заряд избыточных протонов. Выделившаяся при аннигиляции энергия пошла на увеличение температуры фотонного газа. Температура нейтринного газа осталась без изменения, так как нейтрино не взаимодействуют ни с веществом, ни с излучением. Благодаря этому современная температура реликтовых фотонов (3 К) на 1 К выше температуры реликтовых нейтрино. Поскольку большая часть лептонов проаннигилировала, основная масса Вселенной сосредоточилась теперь в фотонах. Наступила эра излучения, о которой мы упоминали выше. Эта эра длилась несколько тысяч лет.

В самом начале эры излучения, приблизительно через 5 минут после начала расширения, когда температура упала ниже 10^9 К, начался процесс нуклеосинтеза — образование ядер гелия в результате цепочки ядерных реакций (с участием дейтерия). Этому предшествовал процесс распада нейтронов — превращения их в протоны. К моменту начала ядерных реакций (длившихся всего несколько секунд) доля нейтронов ненамного превышала 10 %, все они в результате реакций оказались связаны в ядра гелия. Таким образом, масса нуклонов (протонов и нейтронов), сосредоточенных в ядрах 4Не, составила 25 % от общей массы нуклонов. Оставшиеся 75 % пришлись на долю протонов, которые в конце эры излучения, после рекомбинации, вошли в состав атомов водорода. Следовательно, первичное вещество Вселенной должно было на 75 % состоять из водорода и на 25 % из гелия. Это соответствует наблюдаемому химическому составу. Правда, в современную эпоху гелия несколько больше — около 30 %, но ведь часть гелия образуется в звездах. Объяснение наблюдаемого обилия водорода и гелия, как и предсказание реликтового излучения, является важным достижением горячей модели и всей фридмановской космологии.

После периода ядерных реакций ионизированный водород и гелий еще долго находятся в равновесии с излучением, и только через 200 000 лет, когда температура водородно-гелиевой плазмы упала до 4000 К, произошла рекомбинация и вещество отделилось от излучения. Спустя еще около 100 тыс. лет, при температуре меньше 3000 К, плотность образовавшегося нейтрального вещества превысила плотность излучения. Началась эра вещества. В это время Вселенная была в 1000 раз меньше, чем сейчас. С переходом к эре вещества изменился и закон расширения Вселенной: до этого масштабный фактор увеличивался со временем пропорционально t1/2, а с переходом к эре вещества этот закон сменился законом a(t) ∝ t2/3.

Некоторые параметры Вселенной в различные периоды ее эволюции приведены в таблице 2.2.1.

После рекомбинации Вселенная представляла собой однородное первичное вещество — нейтральный водородно-гелиевый газ, погруженный в океан фотонов и нейтрино. Эти три составляющие, не взаимодействуя, взаимопроникали друг в друга, участвуя в общем расширении Вселенной. Теперь ее дальнейшая судьба связана с эволюцией вещества. Лишенное какой бы то ни было структуры первичное вещество Вселенной в потенции должно было содержать в себе весь тот богатый, многообразный мир форм, который окружает нас сегодня. В течение сотен миллионов лет в первичном веществе постепенно созревали условия для образования галактик. Как это произошло, мы рассмотрим позднее. А сейчас нам надо вернуться к самому началу, чтобы понять, как началось расширение Вселенной.

2.2.3. Первичный импульс

Не было ни дня, ни ночи, ни неба, ни земли, ни тьмы, ни света, ничего другого, за исключением Одного, непостижимого разумом, что есть Браман и Пуме (Дух) и Прадхана (Изначальная Материя).

«Тайная Доктрина»

Кто знает, воистину, и кто может сказать, когда это родилось, и когда свершился этот акт творения? Богн появились гораздо позже сотворения этого мира. Кто же тогда знает, когда появился мир?

Ригведы «Песнь Творения»

В первые мгновения после сингулярности, в те ничтожные доли секунды, которые соответствуют адронной эре, Вселенная была очень горяча, давление излучения было невообразимо велико. На первый взгляд, может показаться, что именно это чудовищное давление и является причиной расширения подобно тому, как это имеет место при взрыве какого-либо заряда, когда большое давление, возникающее в центре взрыва, разбрасывает окружающее вещество. Но на самом деле это не так. Для того чтобы произошел взрыв, важно не давление само по себе, а перепад давления. При взрыве бомбы этот перепад определяется разностью между высоким давлением горячего газа внутри быстро сгорающего взрывчатого вещества и низким давлением окружающего воздуха. Именно этот перепад и создает силу взрыва. Но ведь Вселенная однородна и изотропна, давление в каждой ее точке одинаково, перепад (или, как говорят физики, градиент) давления отсутствует. Следовательно, давление не может быть причиной Большого взрыва. Более того, согласно общей теории относительности, давление создает дополнительное поле тяготения и, следовательно, только усиливает тормозящее действие гравитационных сил. Но все это относится к обычной материи, состоящей из частиц вещества и различных физических полей. Однако на самом раннем этапе эволюции Вселенной, в эпоху близкую к планковскому времени tпл = 3 10-4^4 с (т. е. в момент, отстоящий от теоретической фридмановской сингулярности t = 0 на величину 3 • 10-4^4 с) материя, по-видимому, находилась в так называемом вакуумно-подобном состоянии. В свойствах этого состояния и надо искать причину Взрыва, причину расширения Вселенной. Что такое вакуумно-подобное состояние? Здесь нам придется сделать еще одно отступление и познакомиться с физическим вакуумом.

Физический вакуум определяют как низшее состояние квантовых полей, при котором энергия поля минимальна, а все квантовые числа, характеризующие эти поля (электрический заряд, импульс и др.), равны нулю. Более просто, хотя, может быть, несколько грубо, можно определить его так: физический вакуум это то, что остается в некоторой области пространства, если убрать оттуда все частицы и все кванты любых физических полей. Но что же останется в таком случае в рассматриваемой области пространства? На первый взгляд, ничего не останется — будет абсолютная пустота. Но оказывается в этой «пустоте» постоянно рождаются и аннигилируют так называемые виртуальные частицы. От реальных частиц они отличаются тем, что живут очень короткое время, столь малое, что их принципиально невозможно обнаружить за это время — не потому, что точность измерения времени мала, а потому что длительность их жизни лежит за пределом обнаружения, допускаемого соотношением неопределенностей квантовой механики. Виртуальные частицы рождаются парами: частица-античастица и, по истечении времени Δt аннигилируют[140]. На образование частиц необходимо затратить определенную энергию, которая берется из «ничего», но по истечении времени Δt частицы аннигилируют и выделяющаяся при этом энергия возвращается в «ничто». Закон сохранения энергии выполняется. А так как весь этот процесс рождения-аннигиляции частиц остается вне наблюдения, то вроде бы ничего и не происходит; виртуальные частицы существуют и как бы не существуют. Зачем же тогда говорить о них? Дело в том, что хотя виртуальные частицы невозможно зарегистрировать непосредственно, косвенно они проявляются: за короткое время своей жизни виртуальные частицы успевают прореагировать с реальными частицами и результаты этих взаимодействий обнаруживаются в физическом эксперименте. Следовательно, физический вакуум это не пустота, а особое состояние материн. Оно характеризуется постоянным рождением и аннигиляцией частиц и античастиц, которое образно называют «кипением» вакуума.

Как и всякая физическая материя, вакуум обладает определенной плотностью энергии εвак. и соответствующей плотностью массы ρвак = εвак/с^2. Теоретические оценки показывают, что вблизи планковского времени плотность вакуума могла составлять ρвак ≈ 10^74 ÷ 10^94 г/см^3. Так что эта «пустота» была необычайно плотной!

Важной особенностью физического вакуума является его уравнение состояния. Уравнение состояния связывает плотность и давление. Для обычной материи давление с ростом плотности монотонно возрастает. Значит, если увеличивать число частиц в каком-то объеме, то давление в этом объеме возрастает и оно стремится вытолкнуть частицы из занимаемого объема. В вакууме все происходит наоборот. Уравнение состояния вакуума имеет вид

ρвак = —εвак= —ρвак/с^2.

То есть в отличие от обычной материи, давление вакуума отрицательно!

Посмотрим теперь, каковы гравитационные свойства вакуума. Если положительное давление обычной материи создает дополнительное поле тяготения, то можно ожидать, что отрицательное давление вакуума уменьшает поле тяготения. В действительности, происходит более радикальное преобразование: сила притяжения трансформируется в силу отталкивания.

В ньютоновской теории тяготения сила тяготения пропорциональна плотности вещества ρвещ. В релятивистской теории тяготения (общей теории относительности) для любого вида физической материи сила тяготения пропорциональна величине ρэф = ρ + 3р/сг, где ρ — плотность материи, а р — давление. В обычных условиях, с которыми мы сталкиваемся в физике и астрофизике, второе слагаемое очень мало по сравнению с первым. Так например, даже в центре Солнца, где давление очень высоко, второе слагаемое составляет 10-5 от первого. Если взять Вселенную в целом, то для нее в современную эпоху можно с большой степенью точности положить р = 0, ρэф = ρ = ρвещ.[141] Тяготение определяется плотностью вещества. В дорекомбинационную эпоху (эра излучения) ρвещ = 0, ρэф = 3р/с^2, здесь р — давление излучения. Уравнение состояния для излучения имеет вид p = (1/3) εизл = (1/3) ρизл с^2. Следовательно, ρэф= ρизл. Тяготение определяется плотностью излучения. Но для вакуума р = —ρвак с^2, следовательно, ρэф = —2ρвак. Эффективная плотность оказывается отрицательной! Это означает, что сила тяготения вакуума, по сравнению с обычной материей, меняет знак.

Если для обычной материи мы имеем гравитационное притяжение, то в вакууме возникают сипы гравитационного отталкивания. Это и есть те самые космологические силы отталкивания, которые

Эйнштейн ввел в свои уравнения с помощью Λ-члена (см. п. 2.2.1). Оказывается, он не зря это сделал! Для того чтобы силы гравитационного отталкивания существенно превышали силы притяжения, необходимо выполнение условия ρвак >> ρ, где ρ — плотность обычной материи. Состояние материи, для которого выполняется это условие, называется вакуумно-подобным.

Теперь мы можем вернуться к нашей Вселенной. В очень ранней Вселенной, в момент близкий к планковскому времени tпл = 3 10-4^4 с, при температуре Т = Тпл = 10^32 К и плотности равной ρпл = 10^94 г/см^3 материя находилась в вакуумно-подобном состоянии. В этом состоянии сила гравитационного отталкивания вакуума намного превышала силу притяжения обычной материи. Она-то и послужила причиной Взрыва, создала тот Начальный Импульс, под действием которого Вселенная начала расширяться. Когда этот импульс исчерпался, расширение продолжалось по инерции.

В фридмановской космологии, которая справедлива для обычной материи, плотность при расширении уменьшается. Это вполне естественно и понятно. Поразительное свойство вакуума состоит в том, что его плотность остается постоянной[142]. Соответственно, не меняется со временем при расширении и сила отталкивания, действующая на фиксированном расстоянии. В этих условиях любые две частицы движутся друг относительно друга с нарастающей скоростью, и расстояние между ними изменяется по экспоненциальному закону[143]:

r(t) = r_0ebt; b ≈ 1/tпл = 3 10^43.

Такой закон расширения соответствует модели де Ситтера. Размер Вселенной увеличивается очень быстро. Этот процесс получил название раздувание (или инфляция), а модель, описывающая расширение Вселенной под действием гравитационных сил вакуума, получила название инфляционной. Инфляционная модель, по существу, является моделью де Ситтера. Только длится эта стадия не до современного момента и дольше, как полагал Ситтер, а заканчивается значительно раньше.

Раздувание Вселенной началось при t = tпл = 3 10-44 с из области размером порядка планковской длины r = 10-33 см и длилось в течение времени Δt. Величина Δt в разных моделях инфляции различна. Согласно одной из первых моделей (см. Новиков И. Д. Как взорвалась Вселенная. — М.: Наука, 1988. С. 117–118), Δt = 10^9 tпл, т. е. инфляция длилась примерно до t = 3 • 10-35 с. К концу этого периода размер Вселенной увеличился в раз, температура упала практически до абсолютного нуля ( К). Плотность обычной материи (не вакуума!), которая, как и в теории горячей Вселенной, убывает пропорционально r-4, уменьшилась в раз и стала равной г/см^3. При такой плотности одна частица материи отстоит от другой на расстояние св. лет, т. е. на расстояние в невообразимое число раз превышающее современный размер Метагалактики! В это время Вселенная была практически пустой для обычной физической материи. Единственное, что осталось к концу стадии раздувания, это переохлажденное вакуумно-подобное состояние материи. Но такое состояние является неустойчивым. При t = 3 • 10-35 происходит фазовый переход, связанный с распадом вакуумно-подобного состояния. Вакуум переходит в состояние с очень малой плотностью. За счет освободившейся энергии рождаются частицы и античастицы обычной материи. Температура повышается до температуры великого объединения Т = 10^27 К, и Вселенная (после непродолжительной переходной стадии) начинает развиваться по законам горячей модели. Частицы и античастицы, заполняющие Вселенную в эту эпоху, возникают при распаде вакуумно-подобного состояния. И если эта горячая плазма является первичной субстанцией нашей Вселенной, то вакуум, из которого она возникает, можно назвать праматерией физического мира.

Как точно происходит инфляция — в настоящее время неизвестно. Существуют разные модели, которые отличаются длительностью инфляционной фазы и другими параметрами. Но общие черты нарисованного сценария сохраняются. Раздувание происходит из вакуумно-подобного состояния за счет сил гравитационного отталкивания вакуума. Расширение идет по экспоненциальному закону. При этом плотность обычной материи быстро падает, а плотность вакуумно-подобного состояния практически не меняется. По окончании инфляционной стадии происходит фазовый переход, вакуумно-подобное состояние распадается, образуется горячая плазма из обычной материи, и Вселенная начинает расширяться по степенному закону (как в горячей модели). Силы гравитационного притяжения, которые теперь превосходят силы отталкивания вакуума, начинают тормозить расширение. Такое замедленное расширение будет продолжаться вплоть до тех пор, пока плотность обычного вещества не станет меньше плотность «вакуумной материи», оставшейся после распада вакуумно-подобного состояния. После этого Вселенная начнет расширяться ускоренно. В самое последнее время (как уже упоминалось) появились данные о том, что Вселенная в современную эпоху расширяется ускоренно. Возможно, это связано с описанным процессом, а та «вакуумная материя», под действием которой происходит ускоренное расширение и которая составляет преобладающую долю «скрытой массы», и есть то, что осталось при распаде вакуумно-подобного состояния в конце инфляции.

Итак, Большой взрыв представляет собой экспоненциальное расширение (раздувание) Вселенной под действием гравитационных сил вакуума — сил отталкивания, которые и являются причиной Первотолчка. Наличие инфляционной стадии в эволюции Вселенной позволяет избежать неприятностей, связанных с обращением в нуль масштабного фактора при t = 0 (во фридмановской модели). При экспоненциальном расширении масштабный фактор обращается в нуль при Т = —∞. В любой конечный момент времени он отличен от нуля, соответственно, и плотность никогда не обращается в бесконечность. Означает ли это, что в инфляционной модели исчезает понятие сингулярности? Нет, не исчезает, но претерпевает качественное изменение. Сингулярным состоянием современные космологи называют состояние, которое имеет место при t = tпл. Как мы видели, в этом состоянии плотность материи очень высока, но не бесконечна. Сингулярность связана не с бесконечно большой плотностью, а с тем, что в этом состоянии перестают действовать все известные физические законы и, главное, понятия времени и пространства из-за квантовых эффектов теряют смысл. По существу, сингулярное состояние является переходным к новым состояниям материн, которые еще не вошли в сферу изучения современной физики.

Помимо сингулярности, инфляционная стадия позволяет решить и другие важнейшие космологические проблемы. Одна из них проблема горизонта. В п. 2.2.1 мы говорили о горизонте Вселенной или горизонте событий. По существу, он ограничивает размер причинно-связанной области. В современную эпоху радиус горизонта по порядку величины совпадает с радиусом Метагалактики. Но радиус горизонта изменяется со временем пропорционально t, а радиус Метагалактики пропорционально t2/3. Поэтому если мы будем двигаться назад в прошлое, то радиус горизонта будет убывать быстрее, чем радиус Метагалактики, и горизонт событий будет охватывать все меньшую часть Метагалактики. Так, при t = 10-34 с (время Великого объединения) радиус Метагалактики составлял 30 см, а радиус горизонта 3 10-24 см. Следовательно, Метагалактика состояла примерно из 10^70 отдельных причинно не связанных областей. Между этими областями невозможно никакое взаимодействие. Возникает вопрос — как же в этих условиях при отсутствии всякого обмена установилось однородное изотропное распределение материи во Вселенной? В рамках фридмановской модели это невозможно объяснить и приходится принимать просто как постулат, подтверждаемый наблюдениями реликтового излучения. В де-ситтеровской модели проблема горизонта, вообще, не возникает, так как расширение Вселенной происходит значительно быстрее, чем рост горизонта. Это относится и к инфляционной модели. Более того, в ней раздувание происходит из причинно-связанной области размером 10-33’ см, которую, естественно, считать однородной и изотропной. Это свойство сохраняется и в процессе раздувания. В конце инфляционной стадии невообразимо раздувшийся «вакуумный пузырь» распадается, превращаясь в обычную материю. При этом область, из которой возникла наша Метагалактика, составляет лишь ничтожную часть «лопнувшего пузыря». Поэтому нет ничего удивительного в том, что эта область оказывается однородной и изотропной. В образовавшейся горячей Вселенной расширение идет медленнее, чем рост горизонта, но это уже не может повлиять на однородность и изотропию той исходной области, с которой стартует модель горячей Вселенной.

Вторая проблема связана с критической плотностью. Мы уже отмечали, что в современную эпоху средняя плотность материи во Вселенной по порядку величины близка к критической; она может отличаться от нее не более чем в тридцать раз, а с учетом скрытой массы — существенно меньше. Это в современную эпоху. А что было раньше? Принимая во внимание характер изменения плотности со временем[144], нетрудно получить, что в эпоху Великого объединения (t = 10-34 с) отличие плотности от критической (ρкр — ρ)/ρ = 10-50. Это поразительное совпадение! Ведь критическая плотность определяется постоянной Хаббла и, следовательно, зависит от скорости расширения Вселенной в рассматриваемый момент времени. Скорость определяется силой Большого взрыва. Почему же силу взрыва Природа подобрала таким образом, что критическая плотность на ранней стадии расширения с величайшей точностью совпала с реальной плотностью материи в этот момент? В рамках космологии Фридмана эта загадка остается неразрешимой. Инфляционная модель снимает проблему. Дело в том, что плотность вакуумо-подобного состояния в точности равна критической. Когда в конце стадии раздувания вакуумно-подобное состояние распадается и превращается в обычную материю, плотность ρвак этого состояния переходит в плотность обычной материи. Понятно поэтому, что последняя с величайшей точностью совпадает с критической плотностью в момент перехода.

Инфляционная модель успешно решает и другие космологические проблемы: проблему магнитных монополей, начальных флуктуаций плотности. Все это можно рассматривать как косвенное подтверждение ее справедливости. А нет ли прямых экспериментальных доказательств справедливости этой модели? В теории горячей Вселенной такими экспериментальными подтверждениями являются: реликтовое излучение, относительное обилие водорода и гелия, наблюдаемое отношение числа фотонов к числу частиц вещества (nфот/nнукл = 10-9). А как обстоит дело в инфляционной теории? В планковскую эпоху, согласно теории, в сверхсильных гравитационных полях должны интенсивно рождаться кванты гравитационного поля — гравитоны. Рожденные на заре возникновения Вселенной они в дальнейшем не взаимодействуют с другими частицами и должны сохранить информацию об эпохе своего рождения. В современной Вселенной эти реликтовые гравитоны должны образовать фон гравитационного излучения подобно позднее возникшему фону реликтовых нейтрино и фотонов. К сожалению, регистрация реликтового гравитационного излучения находится пока за пределами экспериментальных возможностей.

Итак, согласно инфляционной модели, наша Вселенная возникла в момент tпл, раздуваясь из одной-единственной причинно-связанной области размером rпл = 10-33 см. Означает ли это, что все пространство физического мира в этот момен т времени сводилось к столь ничтожной области? С точки зрения фридмановской космологии, в рамках закрытой модели дело обстояло бы именно так. Современная космология исходит из других представлений.

Согласно этим представлениям, извечно существует бесконечное (вообще говоря, многомерное) пространство, заполненное физическим вакуумом. В этой вечнокипящей субстанции (вакуумной пене) непрерывно происходят квантовые флуктуации, в результате которых могут рождаться трехмерные[145] планковские миры размером rпл = 10-33 см с плотностью ρпл ≈ 10^94 г/см^3. Большая часть их из-за квантовых флуктуаций тут же (за время порядка 10-44 с) возвращается в состояние пены. Но небольшая доля, в результате длинной цепочки случайных флуктуаций, приобретает плотность заметно отличающуюся от ρпл, (причем меньшую, чем ρпл). Такие «пузырьки» уже не могут вернуться в состояние исходной вакуумной пены. Они то и составляют зародыши будущих вселенных. Материя в них находится в вакуумно-подобном состоянии (ρвак >> ρ). Под действием сил гравитационного отталкивания они начинают раздуваться и после распада вакуумно-подобного состояния превращаются в горячие фридмановские вселенные. В одной из таких вселенных живем мы. Эту вселенную, в отличие от других, мы и называем нашей вселенной, или Вселенной с большой буквы (подобно тому, как это имеет место для галактик), а часть нашей Вселенной, охваченную астрономическими наблюдениями, мы по-прежнему, будем называть Метагалактикой.

Каждый из возникающих миров развивается из своей собственной причинно-связанной области. Между собой они никак не взаимодействуют, и это оправдывает название — вселенные. А как же тогда назвать совокупность всех этих вселенных и тот бесконечный в пространстве и времени Мир, из которого они возникают? Иногда этот мир также называют Вселенной (с большой буквы), но тогда возникает путаница с нашей Вселенной. Философы используют понятие «Универсум», а физики пользуются термином «Большая Вселенная» в отличие от мини-вселенных, к которым принадлежит и наша. Можно также называть этот Мир Физическим Миром, или, используя древнее название, — Физическим Космосом.

Подавляющая часть его находится в состоянии сверхплотного «кипящего» вакуума. Из него изредка отпочковываются «пузыри», которые развиваются в самостоятельные вселенные. Если возникающие таким образом вселенные являются замкнутыми, то по окончании стадии расширения они переходят в стадию сжатия и в конце ее, сжавшись до планковской плотности, возвращаются вновь в состояние вакуумной пены (сингулярное состояние), из которого рождаются новые вселенные. В этом смысле история каждой отдельной вселенной напоминает историю водяной капли, испарившейся с поверхности Океана. После долгих «странствий» капля-вселенная возвращается в Океан, гае она покоится в слитом состоянии, в неразрывном Единстве с другими каплями, до тех пор пока не придет срок нового путешествия, и она вновь не покинет порог родного Дома. «У такого мира в целом нет начала и не будет конца. Он вечен и юн одновременно. Это картина взрывающейся Вечности»[146].

Так современная космология вернулась к представлению о вечном и бесконечном Космосе. Когда было открыто расширение Метагалактики и построены первые космологические модели, показавшие, что расширению подвержено все теоретическое пространство Вселенной, которое может намного превосходить объем Метагалактики и быть даже бесконечным (в случае открытой модели) — возникло представление о конечной во времени Вселенной, расширяющейся из сингулярности. Причем в случае закрытой модели такая Вселенная (единственная в своем роде, тождественная всему существующему) оказывалась также конечной и в пространстве (хотя и беспредельной). Дальнейшее изучение эволюции ранней Вселенной и причин се расширения привело к описанной выше картине Космоса, в которой наша Вселенная является одной из многих, других вселенных, возникающих из вакуумной пены. Этот Космос не сводится ни к открытой, ни к закрытой модели, хотя содержит черты и той, и другой. Подобно открытой Вселенной, он пространственно бесконечен, но рождающиеся в нем вселенные могут быть пространственно конечны. Этот Космос существует вечно, а вселенные могут иметь свою конечную историю[147].

В какой мере нарисованная картина соответствует действительности? Поскольку мы приблизились к переднему краю науки, многие вопросы здесь остаются пока неразработанными, многие проблемы не решенными. Но общий контур картины представляется верным. По словам И. Л. Розенталя, этот контур предстает перед нами, «как абрис стройного здания, освещенного полыхающими отблесками далеких ночных зарниц»[148].

Позволим себе небольшое философское отступление. Одной из не вполне ясных проблем является природа физического вакуума, из которого возникает Вселенная. Вспомним, что вакуум представляет собой состояние материи, в котором постоянно рождаются и аннигилируют виртуальные частицы. Но откуда берутся эти частицы? Физики говорят, что — из «ничего». Поэтому они считают, что Вселенная также возникает из «ничего». Крупнейший советский физик и космолог академик Я. Б. Зельдович одну из своих последних статей так и назвал «Рождение Вселенной из “ничего”»[149]. Зельдович подчеркивает, что рождение замкнутого мира из «ничего» не противоречит закону сохранения энергии, поскольку масса вещества такого мира и связанная с нею положительная энергия полностью компенсируется отрицательной гравитационной энергией связи этой массы. Конечно, математически ноль всегда можно представить как сумму положительного и отрицательного количеств. Но физически очень трудно представить себе возникновение чего-либо из ничего. Касаясь этой проблемы, А. М. Мостепаненко замечает, что, когда говорят о возникновении Вселенной из ничего, то, «по сути дела, имеют в виду либо вакуум современной квантовой теории поля, либо еще более глубокий вакуум, природа которого еще не стала предметом изучения современной теории»[150].

Вернемся к виртуальным частицам. На их образование необходимо затратить определенную энергию. Считается, что она берется из «ничего». Физиков это не смущает, поскольку виртуальные частицы честно возвращают заимствованную ими энергию обратно в «ничто». Более того, физический «контролер» не успевает и принципиально не может успеть зафиксировать этот акт заимствования-отдачи энергии. Поэтому исходя из положения «не пойманный — не вор», он считает, что никаких «нарушений» не происходит. Но раз мы знаем о заимствовании энергии, мы должны поинтересоваться, откуда она берется. Невозможно получить что-то из ничего. Поэтому «за пределами» вакуума должно быть НЕЧТО, рождающее виртуальные частицы, НЕЧТО, откуда берется энергия, необходимая на их рождение, и куда она затем возвращается. Это НЕЧТО лежит вне пределов физической реальности, т. е. представляет собой состояние материи, не описываемое современными физическими теориями. Значит, вакуум можно определить как пограничное состояние материи, отделяющее физическую реальность от того мира, который лежит за ее пределами. Так как этот мир — вне физической реальности, то, с точки зрения физики (но только с этой точки зрения!), он, действительно, представляет собою ничто (физическое ничто), хотя и является вполне материальным. Возможность существования иных миров, сложенных из неизвестных нам видов материи, должна приниматься во внимание при обсуждении проблемы внеземного разума, ибо нельзя исключить того, что какие-то формы разумной жизни могут быть связаны с такими видами материи.

Теперь, познакомившись с представлениями о том, как рождаются и начинают расширяться вселенные, мы можем вернуться к нашей Вселенной, которую мы оставили в предыдущем пункте в предверии образования в ней сложной структуры.

2.2.4. Образование структуры Вселенной

Согласно древним мифам, наш Мир произошел из Хаоса, т. е. из совершенно беспорядочной, бесформенной материи. Таково, в действительности, было вещество Вселенной, образовавшееся после ядерных реакций и рекомбинаций. Может ли бесструктурная материя сама из себя выделить определенные структуры? Современная наука о самоорганизации — синергетика отвечает на этот вопрос положительно. Самоорганизация это и есть появление макроскопически упорядоченных структур в первоначально бесструктурной среде. В результате самоорганизации система переходит из однородного бесструктурного состояния в неоднородное, обладающее определенной структурой («структурированное») состояние. Иными словами, она переходит от Беспорядка к Порядку, от Хаоса к Плану. Начальное и конечное состояния системы — устойчивые, а сам процесс перехода, процесс самоорганизации — существенно неравновесный. Он осуществляется благодаря тому, что в системе возникают микроскопические взаимодействия между частицами, в результате чего их движение становится взаимосогласованным. Таким образом, самоорганизация проявляется как согласованный коллективный процесс.

Классическим примером самоорганизации является образование ячеистой структуры в силиконовом масле. Если сосуд с маслом подогревать снизу, то в плоском горизонтальном слое масла возникают беспорядочные неоднородности плотности. Развитие этих начальных неоднородностей приводит к тому, что, независимо от формы и размера сосуда, образуется вполне упорядоченная структура в виде шестигранных ячеек. Жидкость поднимается в центре каждой ячейки и опускается вблизи ее граней. Исходное состояние системы — однородная бесструктурная жидкость, конечное состояние — шестигранная структура. Существенным моментом в этом процессе является то, что для образования структуры необходим приток тепла снизу.

В общем случае процесс самоорганизации в открытых системах можно представить следующим образом. Поток энергии через первоначально однородную среду выводит ее из равновесного состояния. В системе начинают развиваться неустойчивости, т. е. возникают случайные (стохастические) движения частиц. Благодаря взаимодействию частиц их движения, по крайней мере частично, становятся согласованными. Такое состояние называется динамическим хаосом. От истинного хаоса оно отличается наличием коллективного эффекта — согласованным движением частиц. В случае истинного хаоса движения частиц полностью независимы. Другое отличие динамического хаоса от истинного состоит в том, что его свойства зависят от времени. Если время наблюдения меньше некоторого характерного времени, называемого временем перемешивания, то движения отдельных частиц коррелированы (согласованы) между собой — в системе наблюдается определенная структура. То есть динамический хаос состоим из структур, которые постоянно сменяют друг друга по истечении времени перемешивания. В качестве аналогии можно представить себе узоры, возникающие в калейдоскопе при его вращении. Если сфотографировать эти узоры с экспозицией, значительно превышающей время изменения узоров (время перемешивания), то на фотографии получим чисто хаотическую картину. Но каждый моментальный снимок даст определенную структуру, которая будет меняться от снимка к снимку. (Для истинного хаоса любой снимок с самой короткой экспозицией даст полностью бесструктурную картину.)

Таким образом, если развитие неустойчивостей в системе приводит к возникновению хаоса с очень большим временем перемешивания, много большим времени наблюдения (как если бы мы на некоторое время остановили вращение своего калейдоскопа), то будет наблюдаться определенная структура. С этой точки зрения, процесс самоорганизации можно рассматривать как рождение определенной структуры из хаоса возможных структур.

Очень заманчиво применить эти идеи в астрономии для интерпретации различных космических структур. Астросинергетика делает пока только первые шаги, но она уже добилась определенных успехов[151].

Нас интересует образование структуры Вселенной из первоначально бесструктурной материи (Космического хаоса). Решающую роль в этом процессе играло тяготение. В однородном веществе всегда существуют хотя бы небольшие флуктуации плотности. При определенных условиях они под действием тяготения начинают уплотняться (мы касались этого вопроса в пункте, посвященном образованию звезд), в результате однородное вещество распадается на отдельные сгустки. Этот процесс называется гравитационной неустойчивостью. Именно гравитационная неустойчивость и ответственна за образование структуры Вселенной.

Во Вселенной первичные флуктуации плотности образовались с самого начала, еще при распаде вакуумно-подобного состояния. Они и явились теми семенами, из которых позднее образовались скопления галактик и отдельные галактики. В процессе эволюции Вселенной до эпохи рекомбинации все неоднородности с малой массой затухают, и в нейтральном веществе, оказавшемся после рекомбинации, остаются только массивные неоднородности. Из них-то и образуются галактики и скопления галактик. Надо отметить, что величина отклонения плотности от среднего значения в этих флуктуациях Δρ/ρ в момент рекомбинации очень мала (это следует из наблюдений реликтового излучения), так что вещество практически является однородным. Но под влиянием гравитации неоднородности начинают уплотняться — развивается гравитационная неустойчивость. Из теории, развитой Я. Б. Зельдовичем и его сотрудниками, следует, что в результате сжатия образуются тонкие плоские образования, которые авторы назвали «блинами». Масса «блинов» порядка массы скоплений галактик. Вероятно, они представляют собой протоскопления. Линии пересечения «блинов» образуют плотные волокна, а пересечение волокон — плотные узлы. Из них образуются сверхскопления и самые богатые скопления галактик. Эволюция «блина» приводит к тому, что в его центральных частях вещество распадается на сгустки порядка массы галактик, а во внешних частях остается нагретый газ, который входит в состав формирующегося скопления.

Разумеется, это очень грубая картина. Существуют и другие варианты теории. Процесс формирования структуры Вселенной до конца не ясен. Но каковы бы ни были детали этого процесса, ясно, что в основе его лежит гравитационная неустойчивость.

Мы видели, что в процессе самоорганизации в открытых системах неустойчивость, развитие которой приводит к образованию определенной структуры, возникает за счет притока энергии извне. Вселенная не является открытой системой, поэтому в ней развитие неустойчивостей может происходить только за счет внутренней энергии. Конечно, такой энергией служит энергия гравитационного поля. Следует отметить одно важное обстоятельство. По мере развития гравитационной неустойчивости и образования все новых и новых структур энтропия Вселенной возрастает. При этом рост энтропии сопровождается появлением все новых и новых структур, и процессы не замирают, как можно было бы ожидать, а развиваются. За счет чего это происходит? Счастливое для Вселенной (и для нас с вами) обстоятельство состоит в том, что гравитационная энергия отрицательна. В процессе уплотнения сгущений потенциальная гравитационная энергия уменьшается (модуль ее растет, а сама энергия, будучи отрицательной, уменьшается). А так как полная энергия системы, равная сумме потенциальной и кинетической, сохраняется, то уменьшение потенциальной энергии сопровождается ростом кинетической. Положительная кинетическая энергия (не даром ее назвали «живая сила») может переходить в другие виды энергии и, следовательно, служить источником самых разнообразных процессов. Поэтому рост энтропии, сопровождающий развитие гравитационной неустойчивости, не приводит к замиранию процессов во Вселенной.

Развитие гравитационной неустойчивости во Вселенной означает, что в ней развивается динамический хаос. «Если Вселенная находится в состоянии динамического хаоса, — отмечает И. К. Розгачева, — то ей суждена эволюция с бесконечной сменой структур, которые могут оказаться более совершенными, чем наблюдаемые нами галактики, звезды и живые существа. Встав на эту точку зрения, можно не согласиться с замечанием С. Вайнберга, что “чем постижимей представляется Вселенная, тем более она кажется бессмысленной”. Конечно же в идеальном хаосе нет ни смысла, ни гармонии. В космическом же хаосе есть “законы, охраняющие сокровища жизни, которыми украшает себя Вселенная” (Гете)»[152].

2.2.5. Будущее Вселенной

Как бы интересна ни была история Вселенной — она уже состоялась, и мир, в котором мы живем, существует. А какова дальнейшая судьба этого мира и населяющих его разумных существ, каково будущее Вселенной? В отличие от прошлого, которое оставило свои следы, помогающие воссоздать историю Вселенной, будущее не имеет следов в нашем мире. Изучение его может основываться только на экстраполяции протекающих сегодня процессов. Зная законы механики, мы можем на много лет вперед предвычислять положение планет, предсказывать солнечные затмения и т. д. Точно так же, зная законы развития Вселенной, можно предсказать ее будущее. Чем точнее мы знаем законы эволюции, и чем ближе по времени рассматриваемый момент к современной эпохе — тем точнее будут наши предсказания. Не исключено, что в будущем (в реальной Вселенной, а не в нашей идеальной модели!) возникнут такие условия, при которых проявятся неизвестные нам законы природы. Тогда наши предсказания, основанные на известных сегодня законах, окажутся неточными, а для далекого будущего — неверными. Все это надо иметь в виду при изучении будущего Вселенной. С учетом этих оговорок рассмотрим, какова картина будущего, вытекающая из установленных на сегодня фундаментальных законов физики, какова судьба окружающего нас физического мира.

Мы видели, что будущее развитие Вселенной зависит от плотности материи. Если средняя плотность физической материи меньше или равна критической, Вселенная будет расширяться неограниченно; если она больше критической — расширение сменяется сжатием. Рассмотрим оба сценария в отдельности. Начнем с открытой модели.

В своей увлекательной книге «Как взорвалась Вселенная» И. Д. Новиков приводит слова одного из создателей современной космологии бельгийского астронома Ж. Деметра: «Эволюцию мира можно сравнить со зрелищем фейерверка, который мы застали в момент, когда он уже кончается: несколько красных угольков, пепел и дым. Стоя на остывшем пепле, мы видим медленно угасающие солнца и пытаемся воскресить исчезнувшее великолепие начала миров»[153]. Похоже, что аббат Деметр несколько сместил акценты. Наша Вселенная, скорее всего, находится в самом расцвете своего развития. Но несомненно, что в будущем, когда исчерпаются запасы ядерного горючего в звездах, они перестанут светить, превратившись в холодные черные карлики (см. и. 2.1.3). Это произойдет через 10^14 лет. Любопытно, что длительность звездной стадии эволюции Вселенной по порядку величины совпадает с Махакальпой (см. стр. 258).

По окончании звездной стадии галактики будут состоять из остывших звезд и черных дыр, образовавшихся при вспышках сверхновых. Сами галактики также постепенно разрушаются. Это происходит из-за того, что отдельные звезды в результате гравитационного взаимодействия с другими звездами (очень редко, но все же) приобретают большую скорость, при которой они покидают галактику. Этот процесс аналогичен медленному испарению воды при комнатной температуре. В результате такого «испарения» звезды будут постепенно уходить из галактики, а ее центральная часть будет понемногу сжиматься. В конце концов, около 90 % всех звезд рассеются в пространстве, а оставшиеся в центральной части галактики поглотятся черной дырой, находящейся в галактическом ядре. Процесс завершится через 10^19 лет. К концу этого периода Вселенная будет состоять из рассеянных в пространстве остывших звезд, планет и черных дыр с массой от нескольких масс Солнца до 10^10 М⊙ . Останется также крайне разреженный межзвездный газ, масса которого составляет около 1 % от всей массы Вселенной. Этой, казалось бы, незначительной составляющей в дальнейшем суждено сыграть важнейшую роль в эволюции Вселенной.

Что же произойдет дальше? Во Вселенной идет очень медленный, но неуклонный процесс разрушения самого вещества, связанный с распадом протона. Время жизни протона порядка 10^32 лет. Оно невообразимо велико по сравнению с современным возрастом Вселенной, поэтому протон считается очень стабильной частицей. Но все же оно не бесконечно! Через 10^32 лет все вещество звезд и планет полностью распадется. Образующиеся в процессе распада позитроны аннигилируют с электронами, в результате остаются только фотоны и нейтрино. Что касается межзвездного газа, то при его распаде из-за крайней разреженности вещества вероятность столкновения электрона и позитрона очень мала, поэтому аннигиляция не происходит, и, наряду с фотонами и нейтрино, образуется очень разреженная электрон-позитронная плазма.

Остаются еще черные дыры, но основная масса Вселенной после распада вещества будет сосредоточена в излучении (фотонах и нейтрино[154]). В теории горячей Вселенной мы видели, что плотность излучения убывает быстрее, чем плотность вещества. Поэтому через 10^33 лет плотность материи будет определяться массою вещества, а не излучения. Вещество в это время будет состоять из электрон-позитронной плазмы и черных дыр, в которых и будет сосредоточена основная масса Вселенной. Но и это еще не конец. Оказывается, черные дыры тоже не вечны. Около черных дыр происходит рождение квантов излучения. Это приводит к уменьшению массы черной дыры — черная дыра «испаряется», превращаясь в фотоны, нейтрино и гравитоны. Процесс этот чрезвычайно медленный, но тоже не бесконечный. Черная дыра с массой 10 М⊙ «испарится» за 10^69 лет, а сверхмассивная черная дыра с массой 10^10 М⊙ — за 10^96 лет. По истечении этого времени все черные дыры превратятся в излучение, и оно вновь станет доминирующим по массе. Однако вследствие расширения Вселенной, так как плотность излучения, как уже неоднократно отмечалось, падает быстрее плотности вещества, то уже через 10^100 лет плотность излучения станет ничтожно малой по сравнению с плотностью электрон-позитронной плазмы.

Начиная с этого момента дальнейшая трансформация материи во Вселенной прекратится. Вселенная будет состоять из электронов и позитронов, концентрация которых будет уменьшаться с расширением Вселенной. При t = 10^100 лет плотность электрон-позитронной плазмы будет соответствовать одной частице на объем, равный 10^185 объемам наблюдаемой сегодня Вселенной (!), и эта плотность будет еще убывать со временем. Воображение теряется перед такими величинами! И все же означает ли это, что в той невообразимо далекой Вселенной невозможны никакие формы жизни и разума?

«Конечно, с нашей сегодняшней точки зрения, — пишет И. Д. Новиков, — все процессы в будущем будут чрезвычайно замедлены. Но это с нашей точки зрения! Ведь и пространственные масштабы тогда будут несравненно грандиознее современных. Напомним, что в самом начале расширения «нашей» Вселенной, когда температуры были, например, 10^27 К и происходили процессы рождения вещества, текли бурные реакции, продолжительность которых исчислялась 10-34 с, а масштабы 10-24 см. С точки зрения тех процессов, сегодняшние события в «нашей» Вселенной, в том числе наша жизнь, это нечто невероятно протяженное в пространстве и очень медленное. Вселенная не считается с нашими вкусами. В будущем жизнь «нашей» Вселенной будет продолжаться, хотя и в весьма своеобразных формах»[155]. Эго очень поучительное рассуждение, приучающее нас к осознанию относительности наших привычных представлений, когда речь идет о категориях Космоса.

Но не все космологи согласны с таким рассуждением. Они думают, что если жизнь и возможна в таких условиях, то это будет жизнь в темном и очень скучном мире. Поэтому они называют эту эпоху темной, и тогда наша эпоха — эпоха существования биологической жизни — представляется как очень тонкий во времени переходный слой от Инфляции и Большого взрыва к Темному времени[156].

Будет ли «темное время» длиться бесконечно? Если бы Λ-член был равен нулю, то так бы оно и было — расширение Вселенной в открытой модели с Λ = 0 замедляется под действием гравитации, но длится бесконечно (см. рис. 2.2.3). Но, как мы уже отмечали, наблюдения свидетельствуют, что в нашей Вселенной Λ-член не равен нулю — в ней присутствует «вакуумная материя» (вероятно, оставшаяся от фазы инфляции), которая приводит к тому, что Вселенная в современную эпоху расширяется ускоренно. Что же будет с ней дальше? Под влиянием ускоренного расширения плотность обычной материи будет быстро убывать, а плотность «вакуумной материи» (ее еще называют «квинтэссенцией») будет оставаться постоянной. И вот в этих условиях возможна ситуация, когда вновь начнется инфляция, которая приведет к рождению новой минивселенной. Начнется новый круг эволюции. Образовавшаяся в конце инфляции плазма будет развиваться по законам горячей модели. Эра излучения сменится эрой вещества, образуются галактики, звезды, возникнет жизнь и разум. Затем все повторится вновь. Если это так — история Вселенной будет состоять из периодов существования биологической (или иной?) жизни, разделенных эпохами «темного» времени. Это очень напоминает представления древнеиндийской космологии о чередовании манвантар (периодов активного существования Вселенной, когда она проявляется из непроявленного состояния) и пралай (когда все процессы на доступном нам плане Бытия замирают).

Рассмотрим сценарий развития для замкнутой Вселенной. После того как будет достигнуто максимальное значение радиуса, Вселенная начнет сжиматься. Полное время существования замкнутой Вселенной (период расширения-сжатия от сингулярности до сингулярности) меньше длительности звездной стадии Вселенной. Из-за этого звезды не успевают спокойно закончить свой век. Они будут разрушены в результате бурных процессов, сопровождающих сжатие Вселенной на последних этапах. Примерно за миллион лет до новой сингулярности начнут разрушаться звезды главной последовательности. За 100 с до сингулярности разрушатся белые карлики, за 10-4 с — нейтронные звезды. Когда до новой сингулярности останется меньше чем 10-35 с, вероятно, должны произойти фазовые переходы в вакууме, приводящие к возникновению сверхплотного вакуумно-подобного состояния. Одновременно степенной (фридмановский) закон сжатия Вселенной должен смениться на экспоненциальный, соответствующий де-ситтеровской модели. То есть конец Вселенной является как бы зеркальным отражением ее начала. В конечном итоге, замкнутая Вселенная, возникающая из вакуумной пены, вновь возвращается в нее. И из этой «пены» рождаются новые вселенные. Мы уже отмечали, что история каждой отдельной вселенной напоминает историю водяной капли, испарившейся с поверхности Океана и после долгих «странствий» вновь возвратившейся в него. В этом

вечно бурлящем Космосе постоянно рождаются новые вселенные и поэтому в нем, как подчеркивает И. Д. Новиков, всегда будут существовать достаточно большие области (подобные нашей Вселенной), способные поддерживать жизнь известного нам типа.

Насколько достоверны рассмотренные нами сценарии? И. Л. Розенталь замечает в этой связи, что любой сценарий весьма далек от отснятого фильма. «Все же, — пишет он, — представляется, что мы достаточно продвинулись в понимании качественной картины… однако наших знаний недостаточно, чтобы количественно оценить детали этой картины»[157]. Это — задача будущей науки. И хотя она пока не создана, некоторые черты ее предугадываются, просматриваются уже в настоящее время.

2.3. Беспредельный Космос

Космос беспределен и бьет, как огненная струя, разбрасывающая свои искры на зарождение жизни во всем пространстве. Единая струя и многочисленны искры. Един Космос и беспредельны формы.

«Беспредельность», 71

Завершая наш рассказ о Вселенной, полезно оценить пределы наших знаний и попытаться заглянуть «за завесу». Все известное нам многообразие физических явлений, объектов и процессов описывается с помощью основных (фундаментальных) физических теорий. В процессе развития науки неоднократно происходила смена представлений, отдельные физические теории оказывались ошибочными и полностью, отбрасывались. Но к фундаментальным теориям это не относится. Фундаментальные теории, составляющие ядро физической парадигмы, не отбрасываются в процессе развития — уточняется лишь область их применимости, а вне этой области действуют другие, более общие теории, имеющие более широкую область применимости. Благодаря этому в развитии науки имеет место преемственность. И хотя в процессе развития науки мы постоянно сталкиваемся со сменой представлений, сменой физических картин мира, но это не означает, что происходит просто замена одного знания другим — происходит расширение знания, ибо ядро старой парадигмы включается в новую парадигму, в новое знание (а все ошибочные представления и теории при этом отбрасываются).

В настоящее время известны шесть основных физических теорий: ньютонова механика (НМ); ньютонова теория тяготения (НТТ); специальная теория относительности (СТО); общая теория относительности (ОТО), или эйнштейновская теория тяготения (ЭТТ); квантовая механика (КМ); релятивистская квантовая механика (РКМ). В каком соотношении между собой они находятся? При рассмотрении этого вопроса мы будем опираться на идеи Абрама Леонидовича Зельманова, изложенные в его работах[158], [159]. При этом представляется более удобным (конечно, это дело вкуса) изменить геометрический образ взаимосвязей и вместо «куба Зельманова» представить совокупность физических теорий в виде «пирамиды знания»[160].

Рис. 2.3.1. Пирамида физических теорий

На рис. 2.3.1 изображена четырехгранная пирамида (тетраэдр). Каждое ребро этой пирамиды изображает определенную фундаментальную физическую теорию. В основании пирамиды лежат три основные теории: ньютонова теория тяготения, специальная теория относительности и квантовая механика. Все они характеризуются одной фундаментальной физической постоянной (мировой константой). Для ньютоновой теории тяготения это постоянная тяготения G, для специальной теории относительности это фундаментальная скорость распространения физического взаимодействия с (совпадающая численно со скоростью света в пустом пространстве) и для квантовой механики — постоянная Планка h.

Истоком всех этих теорий является ньютонова механика (не содержащая никакой фундаментальной постоянной). Как известно, механика Ньютона справедлива при описании движения тел со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света. Она не распространяется на гравитационные явления и не включает в себя закон всемирного тяготения. Ньютонову теорию тяготения можно рассматривать, как расширение ньютоновой механики, обобщение ее на область гравитационных явлений. При отсутствии гравитации уравнения НТТ сводятся к уравнениям ньютоновой механики. При скоростях, близких к скорости света, ньютонова механика не применима. Это область специальной теории относительности. Она также не охватывает гравитационных явлений. Можно сказать, что специальная теория относительности есть обобщение ньютоновой механики на случай, когда скорость движения тел близка к скорости света. При условии υ << с (скорость много меньше скорости света) уравнения СТО переходя т в уравнения механики Ньютона. Это позволяет рассматривать ньютонову механику как частный случай СТО, а последнюю, как более общую теорию, включающую в себя НМ. Ньютонова теория тяготения и специальная теория относительности справедливы при описании движения макроскопических тел. В области микромира они не применимы. Здесь действуют законы квантовой механики. Они справедливы, когда произведение энергии движущихся частиц на время (или количества движения на пройденный путь) сопоставимо с квантом действия h. Если эти величины много больше h, действуют законы ньютоновой механики. Таким образом, квантовая механика есть обобщение. НМ на область микромира. При h → 0 (т. е. когда квантом действия h можно пренебречь) уравнения квантовой механики переходят в уравнения механики Ньютона.

В нашем тетраэдре ребра основания пересекаются в точках А, В и С. Каждая из этих точек служит истоком более общей теории, каждая из них характеризуется двумя мировыми константами. Так, точка А, в которой пересекаются НТТ и СТО, служит истоком общей теории относительности. Она является обобщением ньютоновой теории тяготения на область сильных гравитационных полей и быстрых движений (со скоростями, близкими к скорости света). В то же время она является распространением, обобщением СТО на область гравитационных явлений. Соответственно, общая теория относительности характеризуется двумя фундаментальными постоянными G и с. При отсутствии гравитации уравнения ОТО переходят в уравнения специальной теории относительности. А при медленных скоростях движения υ << с) уравнения ОТО переходят в уравнения ньютоновой теории тяготения. Таким образом, обе теории — НТТ и СТО — можно рассматривать как частные проявления более общей теории — ОТО. Последняя справедлива для макроскопических тел и не распространяется на явления микромира. Точка В, где пересекаются СТО и КМ, является истоком релятивистской квантовой механики. Она является обобщением квантовой механики на случай движения частиц с релятивистскими (т. е. близкими к с) скоростями и в то же время — обобщением СТО на область микромира. Соответственно, РКМ характеризуется двумя мировыми константами с и h. Наконец, точка С, где пересекаются НТТ и КМ, может быть истоком теории, которую Зельманов назвал (нерелятивисгской) квантовой гравитационной теорией (КГТ). Она характеризуется двумя постоянными G и h и является обобщением НТТ и КМ. Подобной теории пока не существует. И возможность ее построения вызывает сомнение, так как кванты гравитационного поля (гравитоны) должны перемещаться со скоростью света и, следовательно, квантовая теория гравитации неизбежно должна быть релятивистской. Тем не менее Зельманов формулирует условия, при которых КГТ может существовать как самостоятельная теория. Получается, в целом, довольно симметричное построение. Грань тетраэдра АОВ образована релятивистскими теориями, грань ВОС — квантовыми теориями и грань АОС — гравитационными теориями.

В этой схеме не нашлось места для ньютоновой механики НМ, которая служит истоком всех остальных теорий. Можно изобразить ее в центре основания и, проведя стрелки на ребра АВ, АС и ВС, указать тем самым, что соответствующие теории исходят из НМ. Другой вариант, предложенный В. Г. Сурдиным, — пристроить к основанию еще одну пирамиду вершиной вниз и поместить в эту вершину НМ.

Что касается таких физических дисциплин, как статистическая физика, термодинамика и электродинамика, то первоначально они были сформулированы в рамках ньютоновых представлений, но впоследствии, должным образом обобщенные, они вошли в рамки тех представлений, которые вытекают из более общих теорий: СТО, ОТО и КМ. Основные физические взаимодействия также охватываются этой схемой. Теория электромагнитного взаимодействия входит в СТО, а теория слабого и сильного взаимодействия — в РКМ. Гравитационное взаимодействие описывается гравитационными теориями.

Все физические теории в нашей схеме сходятся к вершине пирамиды, которая изображает наиболее общую теорию, являющуюся синтезом всех существующих. Зельманов назвал ее Единой физической теорией (ЕФТ). Она характеризуется тремя мировыми константами G, h и с. Эта теория, объединяющая все виды физических взаимодействий, находится сейчас в стадии становления. Мы уже упоминали об объединении электромагнитного и слабого взаимодействий и создании теории электрослабого взаимодействия, а также о Великом объединении трех физических взаимодействий: электромагнитного, слабого и сильного. Чтобы завершить этот процесс синтеза физических теорий, необходимо включить в объединенную теорию и гравитационное взаимодействие. Такая формирующаяся сейчас теория получила название Суперобъединения.

Тенденция к синтезу, интеграции основных понятий и теорий характерна для развития физических наук. Специальная теория относительности объединила столь различные категории, как пространство и время, в единую сущность — четырехмерный пространственно-временной континуум. Оказалось, что лишь при скоростях, малых по сравнению со скоростью света, эта единая сущность разделяется на две независимые составляющие — пространство и время, никак не связанные друг с другом. Но при скоростях, близких к скорости света, пространство и время уже не являются независимыми: при движении тел с такими скоростями совместно меняются и геометрические свойства пространства, и темп течения времени. Мы уже упоминали о том, как еще до создания теории относительности произошло объединение теорий электричества и магнетизма в единую теорию электромагнитного поля. Это стало возможным потому, что электрические и магнитные силы, как выяснилось, являются проявлением одного электромагнитного взаимодействия. Впоследствии произошло объединение этого взаимодействия со слабым и сильным. Все они оказались проявлением одной универсальной силы Великого объединения. Создатель теории относительности А. Эйнштейн мечтал о построении теории, в которой были бы объединены все силы природы. Много лет после создания теории относительности, практически всю вторую половину жизни он напряженно работал над созданием такой теории. Современная теория суперобъединения (еще до конца не завершенная) является воплощением этой мечты Эйнштейна[161].

Единое универсальное взаимодействие, объединяющее все силы природы, все виды физических взаимодействий, проявляется как синтетическое начало только при очень больших энергиях частиц, порядка планковской энергии

Она на пять порядков больше энергии Великого объединения. При меньшей энергии происходит расщепление Единого взаимодействия, сначала отщепляется гравитационное взаимодействие, затем сильное и, наконец, происходит разделение электрослабого взаимодействия на слабое и электромагнитное. В условиях, с которыми мы обычно имеем дело, все эти взаимодействия выступают как совершенно различные силы, хотя и являются проявлением одной Универсальной Силы Природы.

В рамках теории Суперобъединения исчезает различие между частицами физической материи фермионами и частицами переносчиками взаимодействий — бозонами. При Е ~ 10^19 ГэВ они могут свободно переходить друг в друга.

Другой важнейшей чертой Суперобъединения является дальнейшее обобщение понятия пространства — введение многомерных пространств и, соответственно, дополнительных пространственных измерений. Мы привыкли к тому, что наше физическое пространство трехмерно, и не допускаем того, что мир может быть устроен более сложно. Но математики давно работают с многомерными пространствами, однако до последнего времени считалось, что это — лишь теоретические конструкции. В физике многомерные фазовые пространства широко используются в качестве удобных теоретических моделей, но не более. Мир предполагается трехмерным и считается, что дополнительные пространственные измерения не могут иметь никакого отношения к действительности. Это превратилось в своего рода философскую догму.

Однако уже первая попытка объединить теорию гравитации с электромагнетизмом, предпринятая в 1920-е годы Т. Калуцой и О. Клейном, привела к неожиданному результату. Оказалось, что это возможно только в том случае, если ввести дополнительное четвертое пространственное измерение, т. е. рассматривать пятимерный пространственно-временной мир. Работа Т. Калуцы и О. Клейна была первым шагом. Они пытались объединить гравитацию непосредственно с электромагнетизмом. Сегодня мы знаем, что синтез возможен только через Великое объединение (сначала электромагнетизм объединяется со слабым взаимодействием, потом с сильным и только после этого возможно объединение с гравитацией). Однако возникшая в их теории необходимость введения дополнительных пространственных измерений оказалась не случайной. Современные теории показывают, что невозможно добиться Суперобъединения в рамках трехмерного пространства. Наименьшее число пространственных измерений, для которых удается построить теорию суперобъединения, равно 9. То есть мы имеем 9-мерное пространство или 10-мерный пространственно-временной мир. Возможно, полное число пространственных измерений больше 10.

Конечно, все эти дополнительные пространственные измерения не могут быть пустыми, поскольку пространство не существует вне материи. Автор полагает, что дополнительные пространственные измерения имеют определенный не равный нулю объем, в отличие от тех теоретических построений, которые приводят к нулевому объему. Несомненно, они заполнены какой-то материей. Но какой? Скорее всего, это материя неизвестного нам вида, которую мы пока не научились обнаруживать посредством физического эксперимента. Может быть, это та материя, которая лежит «за пределом» физического вакуума. Вероятно, в этих неизвестных нам пространственных мирах действуют и какие-то другие, неизвестные нам закономерности. Например, в нашем трехмерном мире каждая физическая величина выражается определенным действительным числом. Развитый в математике аппарат мнимых чисел остается невостребованным[162]. Может быть, в других пространственных измерениях какие-то характеристики материи измеряются мнимыми числами? Может быть… Космос, несомненно, таит в себе еще много неизведанного.

В свете этих представлений философская идея о неисчерпаемости форм материи приобретает более реальные очертания. Вместе с тем качественно новое значение приобретает понятие «беспредельности». Если ранее оно трактовалось как беспредельность пространственного протяжения Вселенной, то теперь мы должны включить в это понятие все беспредельное многообразие миров и форм материи вечно меняющегося, эволюционирующего Космоса.

Вернемся к «пирамиде физических теорий». Симметрия и завершенность этой конструкции могут навести на мысль, что с объединением всех фундаментальных физических теорий в одну Единую физическую теорию (теорию Суперобъединения) завершается развитие физического знания[163]. Так ли это? Несомненно, создание ЕФТ будет означать окончание очень важного этапа в развитии наших знаний о физическом мире. Но, конечно, это не финал познания. Я думаю, что Единая физическая теория явится не только завершением, но и мощным истоком новых теоретических представлений, новых теорий, новых знаний, опирающихся на новые экспериментальные открытия. Более того, завершенность «пирамиды знания» указывает, на мой взгляд, на то, что дальнейшее развитие будет связано в принципиальными качественными изменениями. Вероятно, оно будет включать изучение новых пространственных измерений и новых форм движения материи.

Несмотря на волнующие воображение достижения науки в изучении безграничных пространств и глубин Вселенной, не следует слишком обольщаться этими успехами. Мы познали (и притом не полностью!) лишь один срез, один слой окружающего Мира. Сегодня мы стоим на пороге революционного изменения всей научной картины мира. Многие процессы, которые сейчас происходят в физике, биологии, психологии, являются предвестниками того, что ожидает нас за этим порогом — там, где сияет Беспредельный Космос.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бакулин П. И., Кононович Э. В., Мороз В. И. Курс общей астрономии. — М.: Наука, 1977. 544 с.; новое издание: Кононович Э. В., Мороз В. И. Курс общей астрономии / Под ред. В. В. Иванова. — М.: УРСС, 2001. 544 с.

2. Засов А. В., Кононович 3. В. Астрономия. Пробный учебник для 10 класса средней школы. — М.: Просвещение, 1986. С. 192.

3. Физика Космоса. Маленькая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1986. 783 с.

4. Еремеева А. И., Цицин Ф. А. История астрономии (основные этапы развития астрономической картины мира). — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1989. 349 с.

5. Зельдович Я. Б., Новиков И. Д. Строение и эволюция Вселенной. — М.: Наука, 1975. 736 с.

6. Чаругин В. М. Космология: теория и наблюдения. — М.: Знание, 1979. 59 с.

7. Вайнберг С. Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной. — М.: Энергоиздат, 1981. 208 с.

8. Новиков И. Д. Эволюция Вселенной. — М.: Наука, 1988. 175 с.

9. Новиков И. Д. Как взорвалась Вселенная. — М.: Наука, 1988. 175 с.

10. Шаров А. С., Новиков И. Д. Человек, открывший взрыв Вселенной. Жизнь и труд Эдвина Хаббла. — М.: Наука, 1989. 205 с.

11. Розенталь И. Л. Проблемы начала и конца Метагалактики. — М.: Знание, 1985. 54 с.

12. Розгачева И. К. Саморегулирующиеся системы во Вселенной. — М.: Знание, 1989. С. 58.

13. Паркер Б. Мечта Эйнштейна: в поисках единой теории строения Вселенной. — М.: Наука, 1991.

14. Сажин М. В. Современная космология в популярном изложении. — М.: УРСС, 2002. 240 с.

15. Куликовский П. Г. Справочник любителя астрономии. — М.: УРСС, 2002. 688 с.

См. также астрономические главы в книгах [3–5] из списка литературы к главе 1.

ГЛАВА 3. Человек и Вселенная

Для человеческих существ почти неизбежна вера, что мы имеем какое-то особое отношение к Вселенной…

С. Вайнберг

Неразрывными узами связано человечество с Космосом.

«Беспредельность»

3.1. Шкала масштабов и шкала времени

Теперь, когда мы познакомились с тем, как устроена Вселенная, естественно возникает вопрос: какое место занимает человек в этом мире? Мельчайшая из известных нам материальных структур — нуклон, элементарная частица, входящая в состав атомных ядер, имеет размер порядка 10~13 см. А размер человеческого тела порядка 10^2 см. Представим себе масштабную лестницу, каждая ступень которой отличается по размеру от предыдущей в 10 раз (в логарифмическом масштабе все ступени будут одинаковы). Если взять человека за центр отсчета, то увидим, что 15 ступеней ведут от него в глубь микромира, до самых мельчайших частиц материи. Пройдя столько же ступеней в направлении увеличения масштаба, мы достигнем внешних границ Солнечной системы и приблизимся к ближайшим звездам. Следующие 6 ступеней приведут нас к границам Галактики. А чтобы достичь пределов наблюдаемой области Вселенной, придется пройти еще 5 ступеней. Таким образом, на «масштабно-структурной лестнице» Вселенной человек не занимает среднего положения: 15 ступеней ведут от него «вниз» — в глубины материи, и 26 ступеней ведут «вверх» — в просторы Вселенной. Вследствие подобной «асимметрии» космические масштабы гораздо больше отличаются от масштаба привычных нам вещей, чем объекты микромира. Впрочем, если в качестве наименьшего масштаба принять планковскую длину 10-33 см, то асимметрия масштабов изменит знак[164].

Посмотрим теперь, в каких временных рамках разворачивается «Вселенская Драма». Как мы видели, с момента Большого взрыва прошло приблизительно 10 млрд лет. Примем этот промежуток времени за некоторый условный Космический Год. Тогда в этой временной шкале 1 Месяц будет соответствовать 830 миллионам земных лет, Сутки — 28 млн лет, Час — 1,2 млн лет, Минута — 20 тысяч лет и Секунда — примерно 300 лет.

В течение первых 10 Минут нашего Космического Года во Вселенной завершился процесс образования первичного вещества — нейтрального водородно-гелиевого газа, из которого возникают все последующие структуры. В середине Января начинается процесс формирования галактик. Наша Галактика образуется, вероятно, в начале Февраля. В течение нескольких Месяцев в Галактике протекает процесс формирования звезд первого и второго поколений, при вспышках сверхновых межзвездная среда обогащается тяжелыми элементами; из этой обогащенной среды возникают звезды третьего поколения, к которому принадлежит наше Солнце. Образование Солнечной туманности начинается, вероятно, в конце Июня. К середине Июля заканчивается формирование Земли как самостоятельного космического тела. Почти сразу же, в конце Июля, на Земле возникают простейшие формы жизни, начинается процесс биологической эволюции. В первые месяцы после происхождения жизни атмосфера сохраняет еще первичный состав. В океане бурно разрастаются водоросли, в результате их жизнедеятельности формируется богатая кислородом вторичная атмосфера Земли. Этот процесс завершается к концу Октября. В Ноябре растения и животные выходят на сушу, жизнь начинает завоевывать континенты. В последней декаде Декабря появляются млекопитающие. А 31 Декабря Космического Года на Земле появляется человек. Вся известная нам (письменная) история человечества, на протяжении которой возникали, возвышались и гибли великие цивилизации, занимает последние полминуты Космического Года. А современная техническая эра нашей цивилизации длится не более одной Космической Секунды.

Таковы пространственно-временные рамки. Теперь нам предстоит выяснить, насколько условия во Вселенной соответствуют появлению в ней человека. Начнем с Земли.

3.2. Система «Гея»

Вероятно, можно сказать, что условия на Земле достаточно благоприятны для появления человека. Однако термин «благоприятны» не очень точен. Когда мы анализируем условия в какой-то системе, с точки зрения возможности существования в ней жизни, нам приходится сталкиваться с тремя типами условий: допустимые, необходимые и достаточные. Между этими типами условий не всегда проводится четкая грань, что приводит к определенным недоразумениям. Чтобы избежать этого, поясним, в каком смысле в дальнейшем будут употребляться эти понятия.

Допустимыми условиями мы будем называть те условия, которые не препятствуют существованию жизни в данной системе. (Условия, которые препятствуют существованию жизни, исключают возможность ее существования, будем называть запрещающими.) Очевидно, в обитаемой системе все условия являются допустимыми.

Определим теперь необходимые условия. Условие будем считать необходимым для жизни, если при наличии этого условия жизнь в данной системе может существовать, а при его отсутствии она становится невозможной. (Отсутствие необходимого условия есть условие запрещающее.) Всякое необходимое условие является допустимым, но не всякое допустимое условие будет необходимым. Допустимые условия могут меняться, мы можем заменить одно допустимое условие другим — жизнь в системе при этом будет сохраняться. Но если мы выйдем за пределы необходимых условий — жизнь в системе станет невозможной. Следовательно, необходимые условия являются предельно допустимыми.

Поясним это на примере. Рассмотрим оранжерею с растениями. Пусть оптимальная температура для данного вида растений составляет 20 °C. Предположим далее, что растения нормально развиваются при температуре от 10 °C до 30 °C и гибнут при температуре ниже 0 °C и выше 50 °C. Установим в оранжерее температурный режим 20 °C ± 1 °C. Эти условия будут, конечно, допустимыми. Более того, они весьма благоприятны для развития растений. Но они не являются необходимыми. Мы можем изменить эти условия, немного расширив диапазон температурных изменений, — условия станут менее благоприятными, но вполне допустимыми. Меняя температурный режим, мы можем выйти за границу благоприятных условий (10 °C + 30 °C); условия станут неблагоприятными, но они еще будут допустимыми. Так будет до тех пор, пока мы не подойдем к предельным значениям 0 °C и 50 °C. Как только мы выйдем за эти пределы, жизнь растений станет невозможной и они погибнут. Условия 0 °C ≤ Т ≤ 50 °C являются необходимыми для данного вида растений.

Мы рассмотрели условия, связанные с таким жизненноважным параметром, как температура окружающей среды. Помимо этого, существует множество «нейтральных» параметров, которые никак не влияют на жизнедеятельность организмов. Условия, связанные с этими параметрами, также являются допустимыми. Мы можем менять их сколько угодно, и это никак не скажется на жизни в системе. В качестве примера возьмем ту же оранжерею. Одним из условий существования и нормального развития растений является наличие солнечного света. Для этого необходимо обеспечить прозрачное покрытие оранжереи. С этой целью можно использовать либо стекло, либо прозрачную пленку (с близкой характеристикой спектральной прозрачности). Реализация того или иного варианта приведет к изменению условий внутри оранжереи, но это, практически, не скажется на развитии растений. Поэтому оба варианта можно считать допустимыми. Еще меньшее влияние оказывает материал каркаса; его можно сделать из дерева или из металла, металлический каркас можно сделать сварной или закрепить на болтах — все это существенно не повлияет на условия в оранжерее. В любой системе существует множество таких параметров, несущественных для жизни, и соответственно, множество совершенно несущественных допустимых условий, которые, конечно, не являются необходимыми для жизни.

Обычно существует целый комплекс необходимых условий. Если, по крайней мере, одно из них не выполняется, жизнь в данной системе невозможна. Поэтому если выполняется только часть из полного набора необходимых условий, то этого недостаточно для существования жизни. Жизнь в системе может существовать в том и только в том случае, когда в ней реализуется весь набор необходимых условий. Этот набор образует комплекс необходимых и достаточных условий. Ни одно условие в такой системе не является запрещающим, все условия — допустимые, хотя не все из них относятся к классу необходимых и достаточных условий.

После этих предварительных замечаний вернемся вновь к нашей Земле. Напомним, что мы рассматриваем вопрос о месте человека во Вселенной. Человек есть продукт биологической эволюции. По своему генезису и условиям существования он тесно связан с растительным и животным царством. Поэтому условия существования человека на Земле (а значит, и во Вселенной) определяются условиями существования жизни. Причем в данном случае речь вдет о совершенно определенном типе — водно-углеродной жизни, к которой принадлежит человек. В последующих главах мы обсудим возможность существования иных форм жизни, но здесь, поскольку мы анализируем место человека во Вселенной, то, говоря о жизни, будем подразумевать (если не сделано специальных оговорок) именно тот тип жизни, к которому принадлежим мы сами.

Исходя из того, что было сказано выше, можно утверждать, что все условия на Земле являются допустимыми, хотя не все из них необходимы для жизни. (Например, наличие железных дорог не препятствует существованию жизни на Земле в целом, но это условие не является, конечно, необходимым для жизни.) Какие же условия на Земле необходимы для жизни, чтобы она могла нормально развиваться, эволюционировать и, в конце концов, привести к появлению высших форм жизни человека?

Прежде всего необходим поток солнечной энергии, поток тепла и света. Величина потока должна быть такой, чтобы обеспечить необходимый температурный режим на Земле. Для этого планета должна обращаться на определенном расстоянии от Солнца, не слишком близко и не слишком далеко, в пределах так называемой «зоны жизни» (или экосферы). Для Солнечной системы экосфера простирается примерно от 0,7 а. е. до 1,3 а. е. Далее, для жизни необходима атмосфера. Из атмосферы поступает углекислый газ, который является источником питания зеленых растений, и кислород, которым дышат живые организмы. Кроме того, атмосфера надежно защищает поверхность Земли от потока губительных для жизни ультрафиолетовых лучей. Чтобы удержать достаточно мощную атмосферу, масса планеты не должна быть слишком мала, вероятно, не меньше 0,4 массы Земли. С другой стороны, при слишком большой массе сохраняется неблагоприятная для жизни водородно-гелиевая атмосфера, да и планета из-за большого ускорения силы тяжести становится непригодной для человека. Считается, что предельная масса планеты, на которой может жить человек, составляет 2,4 массы Земли (ускорение силы тяжести 1,5 %). Имеет значение также скорость вращения планеты, наклон оси к плоскости орбиты и другие факторы. Мы не будем останавливаться на этой проблеме. Она подробно обсуждалась рядом авторов[165]. Важно подчеркнуть, что условия, необходимые для жизни, связаны не с какими-то второстепенными параметрами, а с главными свойствами, которые характеризуют планету как небесное чело.

Можно поставить вопрос: каким образом получилось так, что на Земле реализовался комплекс необходимых и достаточных условий для возникновения жизни? Почему, например, на Земле имеют место необходимые температурные условия? Пытаясь ответить на последний вопрос, можно рассуждать таким образом (это рассуждение понадобится нам при анализе антропного принципа): в Солнечной системе имеется несколько планет; они расположены на различном расстоянии от Солнца, одна из них попадает в пределы экосферы, на этой планете и создаются необходимые условия для возникновения жизни. Если бы Земля находилась вне экосферы, жизнь на ней была бы невозможна. С таким рассуждением можно согласиться, но тогда возникает следующий вопрос: в «зоне жизни», вообще говоря, могли образоваться планеты разной массы, почему же получилось так, что планета, попавшая в «зону жизни», имеет как раз подходящую массу? Ответ на этот вопрос может быть двоякий. Можно предположить, что имело место случайное совпадение благоприятных обстоятельств, и даже вычислить вероятность такого совпадения. Так многие и поступают. Но можно рассуждать иначе. Мы пока плохо представляем себе процесс формирования планет. Не исключено, что, в силу закономерностей этого процесса, на заданном расстоянии от Солнца (в пределах экосферы) формируются планеты с массой, удовлетворяющей условиям, необходимым для жизни. Ведь существует определенная зависимость между массой планеты и ее расстоянием от Солнца[166]. Если это так, то возникновение на Земле необходимых условий представляется вполне естественным и понятным. Однако по мере того, как мы более детально знакомимся с условиями на Земле, выявляются поразительные обстоятельства.

Рассмотрим, например, термические условия в земной атмосфере. Тепловое состояние атмосферы определяется сочетанием трех основных факторов: поток солнечного излучения, отражательная способность (альбедо) Земли и пропускание земной атмосферы. При определенном сочетании этих факторов достигается термическая стабильность атмосферы: усредненная по всей поверхности Земли среднегодовая температура атмосферы остается постоянной. Само по себе это не должно нас удивлять. В живой и неживой природе мы постоянно сталкиваемся с саморегулирующимися системами, в которых те или иные параметры поддерживаются в заданных пределах.

В п. 2.1.3 мы видели, как в недрах звезд главной последовательности осуществляется управляемый термоядерный синтез, благодаря чему звезда в течение миллиардов лет остается стабильной; такие ее характеристики, как светимость, температура поверхности, радиус остаются постоянными. Прекрасным примером саморегулирующейся системы является живая клетка. В системе рыночной экономики регулировка осуществляется посредством закона стоимости и т. д. Принцип действия подобных систем понятен на примере работы домашнего холодильника: когда температура в камере опускается ниже заданного предела, специальное устройство отключает ток, и холодильная машина перестает работать; под действием более теплого наружного воздуха температура в камере начинает медленно подниматься, но как только она превышает заданный предел, то же регулирующее устройство включает ток, и холодильная машина вновь начинает работать. В механике широко используются центробежные регуляторы для регулировки скорости вращения вала. Когда скорость вращения возрастает, шары регулятора расходятся и включают тормозное устройство; когда скорость падает до установленного уровня, шары отпадают, и тормозное устройство выключается. Электронный экспонометр фотоаппарата определяет освещенность объекта и автоматически и устанавливает нужную диафрагму; в результате световой поток, падающий на фотоэмульсию, остается в заданных пределах, несмотря на изменение наружной освещенности. Природа изобрела прибор, в котором осуществляется подобная регулировка — это человеческий глаз. При увеличении освещенности зрачок глаза сокращается, при уменьшении расширяется. В результате световой поток, падающий на сетчатку, остается в заданных пределах.

Во всех этих примерах (число которых можно было бы многократно умножить) саморегулирование осуществляется благодаря так называемой отрицательной обратной связи: изменение регулируемого параметра приводит к тому, что внутри системы включаются регулирующие механизмы, которые возвращают регулируемый параметр к прежнему значению, поддерживая стабильное состояние системы. Но все дело в том, что земная атмосфера не является системой с отрицательной обратной связью. На это обращает внимание венгерский физик-теоретик Г. Маркс[167]. Температура поверхности Земли, как уже отмечалось, определяется тремя факторами: потоком солнечной энергии, отражательной способностью (альбедо) Земли и пропусканием земной атмосферы. Малейшее понижение среднегодовой температуры ведет к увеличению снежного покрова и, как следствие, к повышению альбедо. А это, в свою очередь, приводит к понижению температуры и т. д. Следовательно, раз начавшись, процесс похолодания будет нарастать. Аналогично, повышение температуры, согласно Марксу, приводит к увеличению содержания углекислого газа и водяного пара в атмосфере, а это ведет к увеличению парникового эффекта и, следовательно, к дальнейшему повышению температуры. Подобные системы называются системами с положительной обратной связью. Равновесие их крайне неустойчиво, оно не может поддерживаться за счет внутренних регулирующих механизмов. Применительно к земной атмосфере проблема, как подчеркивает Маркс, усугубляется гем, что все при фактора, от которых зависит температура, меняются со временем и притом различным образом. Тем не менее на протяжении почти 4 миллиардов лет на Земле сохраняется постоянство температуры с точностью до 10 %. В условиях положительной обратной связи это требует очень эффективного механизма внешней регулировки.

Какой фактор может осуществить такую регулировку? Термический баланс в значительной мере определяется пропусканием земной атмосферы, а пропускание зависит от ее химического состава. Следовательно, регулируя химический состав в атмосфере, можно, в принципе, стабилизировать температуру. Но при этом состав атмосферы не может изменяться произвольно, ибо для поддержания жизни необходим определенный химический состав. В современной атмосфере Земли химический баланс поддерживается очень точно. Маркс (со ссылкой на Дж. Лавлока) приводит следующий пример, связанный с содержанием кислорода в атмосфере и ее влажностью. Современная концентрация кислорода составляет 21 %. Если бы она была ниже 10 %, то горение было бы невозможно, даже при использовании в качестве топлива сухой древесины. (Между тем, мы знаем, какое важное значение для человека имеют процессы горения на Земле.) С другой стороны, если бы концентрация кислорода превысила 25 %, то горели бы даже сырая трава и лес под дождем. При современной концентрации зеленая трава и лес не горят, если влажность превышает 15 %. Вновь проблема состоит не столько в том, как установилось подобное сочетание параметров (хотя и это очень важно), сколько в том — как оно поддерживается. Ведь кислород постоянно воспроизводится в земной атмосфере в процессе фотосинтеза и выводится из нее вследствие процессов горения, дыхания, выветривания и т. д. В результате каждые 1000 лет атмосферный кислород полностью обновляется. Каким образом при этих условиях сохраняется его концентрация? Маркс замечает в связи с этим, что «термическая и химическая стабильность земной атмосферы скорее похожа на чудо, чем на необходимость»[168].

В наших рассуждениях, говоря о положительной обратной связи, мы не принимали во внимание фактор жизни. По мысли Маргулиса и Лавлока, именно жизнь выполняет роль регулирующего механизма. Она сама регулирует химический состав и температуру нижней атмосферы. Ибо рост организмов, с одной стороны, зависит от химического состава и температуры, а с другой стороны, влияет на химические процессы в окружающей среде с участием тех газов, которые необходимы для продолжения жизнедеятельности, в том числе с участием газов, регулирующих температуру Земли. Например, потепление климата ведет к увеличению биомассы организмов, которые в процессе своей жизнедеятельности используют фотосинтез. Благодаря этому количество углекислоты в атмосфере сокращается, что ведет к похолоданию. В результате восстанавливается прежнее значение температуры и (благодаря уменьшению биомассы) прежнее количество углекислого газа. Таким образом, если не рассматривать атмосферу изолированно, а в соответствии с концепцией Э. Зюсса и В. И. Вернадского, включить ее вместе с соответствующими слоями гидросферы и литосферы, заполненными «живым веществом» в единую систему биосферы Земли, то в такой системе будет действовать регулирующая отрицательная обратная связь. Лавлок и Маргулис назвали эту систему Геей, по имени древнегреческой Богини Земли.

Гея включает в себя полную систему жизни на Земле, т. е. все организмы, а также производимые и потребляемые ими газы, жидкости и твердые вещества. Лавлок рассматривает Гею, как гигантский живой организм, возникший в результате 4 млрд лет эволюции на Земле. Подобно любому живому организму, Гея стремится сохранить детальное равновесие, которое обеспечивает оптимальные условия для сохранения и воспроизведения жизни, т. е. для ее собственной жизнедеятельности. Все живые организмы на Земле, включая человека, являются частью этой сложной живой системы. Гея обеспечивает нас пищей, воздухом для дыхания и создает благоприятный для нас климат. Но каким образом мог возникнуть этот Сверхорганизм? Маркс считает, что, поскольку Гея существует в единственном экземпляре, она не может быть продуктом эволюции типа биологической, которая имеет дело не с отдельными организмами, а с их популяциями. «Поэтому, если она существует на самом деле, — заключает Маркс, — она не может быть спонтанно возникшим объектом, но вполне может быть разумным артефактом, перенесенным на Землю извне»[169]. То есть говоря более определенно, мы можем допустить, что система Гея была спроектирована и осуществлена высокоразвитыми Внеземными Цивилизациями — Строителями Космоса. Если это так, то человек занимает на Земле то место, которое отведено ему этим Проектом. А каково место человека во Вселенной?

3.3. Вселенная как обитаемая система

На первый взгляд кажется, что Вселенная должна быть совершенно безразлична к нашему существованию. Ну какое ей дело до того, что на одной из ее бесчисленных «песчинок» обитает мыслящее существо — человек, пытающийся познать ее законы? Конечно, раз уж он существует, то условия во Вселенной должны допускать его существование Но для человека, как мы уже подчеркивали в предыдущем параграфе, важны не просто допустимые условия, а условия, необходимые для его возникновения и его жизни. Связаны ли эти условия с существенными чертами Вселенной (как это имеет место для обитаемой планеты) или они определяются какими-то второстепенными параметрами, совершенно несущественными для Вселенной в целом? Кажется, что скорее должно иметь место последнее.

Вновь представим себе нашу оранжерею. Предположим, что она расположена на острове 230 тыс. км^2. На севере и западе острова преобладает горный рельеф, на юго-востоке располагаются низменные равнины. Довольно густая сеть рек, много озер. Климат умеренный, океанический, влажный. Средняя температура января от 3 до 7 °C, июля 11–17 °C (читатель узнал, конечно, Великобританию, но это просто пример). Очевидно, условия на острове не препятствуют жизни растений в оранжерее. Но они не являются необходимыми для их жизни. Площадь острова может быть больше или меньше, горы могут быть не на севере, а на юге или их, вообще, может не быть. Климат может быть более суровым или более мягким. Внешний мир может быть устроен совершенно иначе, и все это никак не скажется на жизни растений. Если бы они могли мыслить и задались бы, подобно нам, вопросом — в какой мере условия в их Мире связаны с их существованием, то вынуждены были бы признать, что главные, существенные черты их Мира никак не связаны с фактом их существования. Кажется, что такое же заключение должны сделать и мы с вами по отношению к нашей Вселенной.

Действительность, однако, оказалась иной. В 1958 г. советский астрофизик Г. М. Идлис, анализируя условия во Вселенной, поставил следующий вопрос: «почему наблюдаемая нами часть Вселенной представляет собой расширяющуюся систему галактик, состоящих из звезд с обращающимися вокруг них планетами, на одной из которых обитаем мы? Нельзя ли решить этот вопрос исходя из самого факта нашего существования?»[170]. На основе проведенного анализа он пришел к выводу, что основные черты наблюдаемой нами астрономической Вселенной являются характерными для обитаемой Космической Системы, поскольку они (довольно неожиданный вывод!), оказывается, необходимы для жизни. Иными словами, Космическая Система может стать обитаемой лишь в том случае, если она включает в себя планеты, обращающиеся вокруг звезд, составляющих звездные системы с параметрами, соответствующими параметрам типичных галактик. Причем эти звездные системы («галактики») должны входить в расширяющуюся систему более высокого ранга («метагалактику»), свойства которой, подобно нашей Метагалактике, описываются релятивистскими космологическими моделями. То есть обитаемая Космическая Система должна обладать структурными и динамическими свойствами, присущими нашей Метагалактике.

Это обстоятельство позволяет понять, почему наш мир таков, как он есть, почему наблюдаемая Вселенная обладает отмеченными выше свойствами. Согласно Г. М. Идлису, это объясняется тем, что мы наблюдаем заведомо не произвольную область (вообще говоря, бесконечной) Вселенной, а ту, в которой существует познающий эту Вселенную человек (наблюдатель) и в которой, следовательно, реализовались условия, необходимые для его жизни. А. Л. Зельманов сформулировал это положение в виде следующего афоризма: «Мы являемся свидетелями процессов определенного типа потому, что процессы другого типа протекают без свидетелей»[171]. В этой связи он указывал, например, на красное смещение как один из факторов, благоприятствующих возникновению и развитию жизни; в то время как смена расширения сжатием со временем привела бы к таким условиям, которые сделали бы жизнь невозможной.

Дальнейшее развитие этих идей позволило установить еще более глубокую связь между фундаментальными свойствами Вселенной в целом и наличием в ней жизни (и человека). Необходимость такой связи ясно осознавал еще К. Э. Циолковский. «Тот космос, который мы знаем, — писал он, — не может быть иным», поскольку человеческое существование не случайно, а имманентно космосу[172]. В работах Идлиса и Зельманова эта идея была наполнена конкретным астрономическим содержанием. Речь шла о наблюдаемых астрономических свойствах Вселенной, и обнаруженная связь относилась к наблюдаемой области Вселенной. В дальнейшем эта связь была распространена как на наблюдаемые, так и на теоретические свойства Вселенной в целом, а не только ее наблюдаемой части. И (что особенно важно!), оказалось, — не только астрономические свойства Вселенной, но и фундаментальные физические параметры материального мира тесно связаны с наличием во Вселенной жизни и человека.

Рассмотрим вначале астрономические свойства Вселенной. Одним из важнейших астрономических свойств является средняя плотность вещества во Вселенной. Как мы видели в предыдущей главе, средняя плотность близка к критической, и это находит объяснение в рамках инфляционной модели Вселенной. Любопытно однако то, что в обитаемой вселенной и не могло быть иначе. Действительно, если средняя плотность вещества много меньше критической, то тормозящее действие гравитации мало — Вселенная расширяется очень быстро, и при такой скорости в ней не могут сформироваться гравитационно связанные системы — галактики, звезды, планеты, которые необходимы для возникновения жизни. С другой стороны, если средняя плотность много больше критической, то тормозящее действие гравитации очень велико, расширение быстро сменяется сжатием, и время жизни такой Вселенной (длительность цикла расширения-сжатия) оказывается слишком мало, много меньше, чем требуется для возникновения жизни и тем более эволюции ее до стадии человека. Таким образом, в обитаемой Вселенной средняя плотность вещества должна быть близка к критической. Тогда скорость расширения будет не столь велика, и во Вселенной смогут сформироваться звезды и планеты. В то же время длительность стадии расширения будет достаточна для возникновения и эволюции жизни.

С критической плотностью связана изотропия Вселенной — важнейшее свойство, которое постулировалось в модели Фридмана и которое получило экспериментальное подтверждение в наблюдаемой изотропии реликтового излучения. Возникает, однако, вопрос: как объяснить это свойство Вселенной? Можно ли, не постулируя, вывести это свойство теоретически? С. Хокинг показал, что наблюдаемую изотропию можно объяснить в том случае, если плотность вещества с большой точностью совпадает с критической. Но так как это условие связано с существованием жизни во Вселенной, то и изотропия также оказывается связана с жизнью. То есть обитаемая Вселенная с необходимостью должна быть изотропной.

Перейдем теперь к такой фундаментальной характеристике Вселенной, как размерность физического пространства. Почему физическое пространство трехмерно? Прежде всего человек сам трехмерное существо, поэтому он не может существовать в пространстве одного или двух измерений. Предположим, существуют какие-то одномерные или двумерные миры. Мы могли бы мысленно изучать их свойства, но жить в этих мирах, наблюдать их изнутри мы не можем. Возможно, какие-то экзотические (с нашей точки зрения) одномерные и двумерные существа могут обитать в этих мирах. Но человек обитать в них не может. Наша Вселенная не может быть ни одномерной, пи двумерной. Но остается еще много других возможностей. Ведь пространство могло бы иметь больше трех измерений. Почему же тогда физическое пространство трехмерно, а например, не пятимерно? Чтобы ответить на этот вопрос, посмотрим, как видоизменяются физические законы с изменением размерности пространства.

В нашем трехмерном мире сила взаимодействия двух электрических зарядов убывает обратно пропорционально квадрату расстояния между ними (закон Кулона). То же самое относится к силе взаимодействия двух тяготеющих масс (закон всемирного тяготения). Выражение для силы можно записать в виде F_3 = Ь_33/r^2; Ь_3 — коэффициент пропорциональности, зависящий от произведения взаимодействующих зарядов (или масс), а индекс 3 указывает на то, что формула относится к трехмерному пространству. Как связан закон обратных квадратов с размерностью пространства? Напряженность поля, или сила, действующая на пробный заряд в данной точке, на расстоянии г от заряда, создающего поле, определяется плотностью силовых линий, т. е. числом линий, проходящих через единицу поверхности в точке наблюдения. Очевидно, что эта величина равна полному потоку силовых линий, исходящему из заряда, деленному на поверхность сферы радиуса r. Для трехмерного евклидова пространства площадь сферы равна 4πR^2, поэтому сила пропорциональна r-2. В пространстве измерений площадь сферы пропорциональна rN-1. Следовательно, сила будет пропорциональна 1/rN-1: FN = ЬN/rN-1.

Анализ движения тел под действием такой силы был выполнен П. Эренфестом в 1917 г. Он показал, что при N ≥ 4 в задаче двух тел не существуют замкнутые устойчивые орбиты[173]. Если мы рассмотрим, например, планету и Солнце в 4-мерном пространстве (а также в пространстве большего числа измерений), то планета в таком пространстве не будет вращаться вокруг Солнца по устойчивой круговой (или эллиптической) орбите: она либо упадет на Солнце, либо уйдет в бесконечность. Значит, в таких мирах не существует аналогов планетных систем и атомов[174]. А следовательно, в них не может существовать жизнь, построенная на молекулярном уровне. Какие-то гипотетические «полевые» формы жизни могли бы существовать в таком мире, но человек «из плоти и крови», человек в его физическом теле, состоящем из сложных органических молекул, не может существовать в пространстве более чем грех измерений. Казалось бы, увеличение размерности пространства должно открыть новые возможности для построения все более сложных структурных образований атомной природы. Но выяснилось, что это не так.

С другой стороны, при N = 1, 2 сила взаимодействия падает с расстоянием слишком медленно. Поэтому какую бы скорость ни придать заряду, он не сможет уйти из поля притяжения центрального тела, он как бы находится в глубокой (бесконечно глубокой) потенциальной яме, и чтобы извлечь его оттуда, надо затратить бесконечно большую энергию. Следовательно, в таком пространстве не существовало бы свободного движения тяготеющих масс, и в его («одномерных» или «двумерных») атомах не могли бы происходить процессы ионизации. В таком мире не существовали бы процессы возникновения и распада, процессы обмена, характерные для жизни. Только в трехмерном мире возможно возникновение сложных молекулярных структур, обладающих способностью к обмену, изменчивости, эволюции.

Понятно теперь, почему мы живем в трехмерном мире: в другом мире мы просто не могли бы существовать. Это относится не только к человеку, но и к любому разумному существу с телом, представляющим собой сложную структуру, построенную из атомов.

Следующий шаг в исследовании отношения «человек-Вселенная» связан с фундаментальными физическими константами.

3.4. Кто задает физические постоянные?

Что меня действительно глубоко интересует, так это — мог ли Бог создать мир иным?

А. Эйнштейн

Природа материального мира, его важнейшие свойства в значительной мере определяются фундаментальными физическими постоянными. К ним прежде всего относятся: массы важнейших элементарных частиц протона, нейтрона и электрона: mp, mn, mе, заряд электрона е и фундаментальные физические константы: постоянная тяготения G, постоянная Планка h (или ħ = h/2π), скорость света с, постоянная слабого взаимодействия gw. Значения этих констант зависят от выбранной системы единиц измерения. Наряду с ними используются безразмерные константы четырех физических взаимодействий:

Значения констант получены из эксперимента. Но почему они именно такие?

В романе «Черное облако» известный английский астрофизик Ф. Хойл описал сообщество высокоразвитых Космических Разумов, которые познали все законы природы. Единственная проблема, которую им остается решить — кто задает фундаментальные постоянные? Но как только кто-либо из членов сообщества приближается к разгадке этой тайны — он бесследно исчезает. Современные космологи также отважились взяться за эту проблему. Прежде всего им необходимо было ответить, почему константы имеют те самые значения, которые известны нам из опыта. Подход, который использовался при решении этой проблемы, вполне соответствовал обычной процедуре, принятой в физике: если нас интересуют значения каких-то параметров, попробуем проварьировать эти значения и посмотрим, как изменятся при этом условия в изучаемой системе. Этот естественный и вполне разумный подход, применительно к фундаментальным константам, привел к совершенно неожиданным результатам.

Ну казалось бы, что может произойти, если мы немного изменим массу электрона? Соответственно изменится размер атомов, а значит, и размер окружающих нас тел. Но если изменения массы электрона невелики, то и размер тел должен измениться незначительно. Вот вроде и все! Или, что будет, если изменить значение постоянной тяготения G? Очевидно, для двух данных тел изменится сила тяготения между ними. От величины тяготения зависит эволюция Вселенной и эволюция отдельных небесных тел. Значит, изменятся и эти тела, изменятся, в частности, их размеры. Но опять-таки, кажется, что если изменения постоянной тяготения будут невелики, то и свойства тел изменятся немного. Никаких глубоких качественных изменений во Вселенной при незначительной вариации констант вроде бы не должно произойти. Оказалось, что подобное заключение совершенно неверно. Незначительные вариации физических констант на самом деле ведут не к малым изменениям свойств небесных тел, а к радикальным качественным изменениям свойств Вселенной в целом. Причем эти изменения таковы, что они исключают возможность существования жизни во Вселенной. Рассмотрим несколько примеров.

Начнем с «соотношения больших чисел», которое связывает константы макро- и микромира. Одно из соотношений такого рода связывает постоянную Хаббла Н_0 с атомными константами. Обратная величина постоянной Хаббла 1/Н_0 имеет размерность времени, по порядку величины она равна 10^18 с. Рассмотрим комбинацию атомных констант, имеющих ту же размерность: ħ / αgmес^2. Подставляя значение констант, можно убедиться, что эта комбинация по порядку величины также равна 10^18 с. Таким образом, имеем:

В этом выражении слева стоит обратная величина постоянной Хаббла, которая характеризует свойства Вселенной в целом; справа — комбинация атомных констант. Конечно, это равенство приближенное, оно удовлетворяется только по порядку величины. И все же даже такое приближенное совпадение, учитывая совершенно различный характер входящих в пего констант, — удивительно. Возникает вопрос: что это, чисто случайное совпадение, или его можно предсказать теоретически? Оказывается, для обитаемой Вселенной оно на самом деле должно иметь место.

Действительно, величина 1/Н_0 — это, так называемое, хаббловское время tH, которое определяет современный возраст Вселенной. А величина, стоящая справа в выражении (3.1), как следует из теории внутреннего строения звезд, определяет время ts жизни звезды на главной последовательности[175]. Значит, выражение (3.1) сводится к равенству: tH ≈ ts. В обираемой Вселенной такое соотношение с необходимостью должно выполняться. Действительно, если tH < ts, то к моменту tH (современный возраст Вселенной) в недрах звезд не успеют образоваться тяжелые элементы, необходимые для жизни. Если же tH > ts то к этому моменту все ядерное горючее уже выгорит, ядсриые реакции в недрах звезд прекратятся, и они перестанут поставлял. энергию, необходимую для жизни. Следовательно, условие tH ~ ts, а значит, и соотношение (3.1) является необходимым для жизни.

Итак, это соотношение (как и выше рассмотренное соотношение ρ = ρкр) связано с современным возрастом Вселенной. Оно накладывает определенное ограничение на положение человека (наблюдателя) во временной шкале: человек, познающий Вселенную, может появиться лишь тогда, когда созревают необходимые условия, и он существует во Вселенной до тех пор, пока условия в ней допускают его существование. Если изменить значения атомных констант, соотношение (3.1) выполняться не будет и существование человека в современный момент станет невозможным.

Значения фундаментальных констант накладывает ограничение не только на положение человека во временной шкале, но и на свойства самой Вселенной.

Рассмотрим постоянную тяготения. Если изменить ее значение, это приведет к изменению внутреннего строения звезд. В § 2.1 мы видели, что значительные по толщине слои Солнца, расположенные непосредственно под его поверхностью, охвачены конвективным перемешиванием. Подобные конвективные зоны имеются и у других звезд главной последовательности с массой близкой к массе Солнца. Более массивные звезды не имеют конвективной зоны. Согласно существующим гипотезам образования звезд и планетных систем, последние возникают только у звезд, имеющих конвективную зону. Если несколько увеличить постоянную тяготения, то тогда все звезды главной последовательности представляли бы собой горячие голубые гиганты, не имеющие конвективной зоны, и следовательно, у них не могли бы возникнуть планетные системы. Более сильное гравитационное взаимодействие несовместимо с существованием планет, а значит, и с существованием человека. Надо признать, что этот вывод основан на некоторых гипотезах, справедливость которых может быть подвергнута сомнению.

Более определенное заключение вытекает из рассмотрения константы сильного взаимодействия. Если бы она была меньше наблюдаемого значения, то ядерные силы оказались бы недостаточными для того, чтобы удержать нуклоны в составе атомного ядра. В таком мире не могли бы существовать никакие химические элементы, кроме водорода. В нем отсутствовала бы химическая форма движения материи и не могла бы существовать жизнь известного нам тина.

Обратимся теперь к массам элементарных частиц. Масса электрона, выраженная в энергетических единицах, составляет 0,5 МэВ. Масса прогона и нейтрона порядка 10^3 МэВ. При этом масса нейтрона на 1,3 МэВ больше массы протона. Эта разница масс Δm на 0,8 МэВ превышает массу электрона mе, или, иными словами, сумма масс покоя электрона и протона на 0,8 МэВ меньше массы нейтрона. Это очень важное обстоятельство, оно объясняет, почему электрон в атоме водорода не вступает во взаимодействие с протоном, образуя нейтрон р + ē → n + ν. Для подобной реакции не хватает энергии. Ведь необходимо, чтобы суммарная энергия протона и электрона равнялась суммарной энергии образующихся нейтрона и нейтрино. На ускорителях, когда электрон и прогон сталкиваются с большими скоростями, эта реакция протекает весьма эффективно. Но в обычных условиях, в атоме водорода, поскольку суммарная масса покоя протона и электрона меньше массы нейтрона (но говоря уже об энергии выделяющегося нейтрино), эта реакция идти не может. Если бы масса электрона была, например, втрое больше, составляя 1,5 МэВ, то реакция могла бы идти. В том случае атом водорода не мог бы существовать, он разрушился бы примерно через 30 часов после образования. То же самое будет иметь место, если, не меняя массу электрона, изменить массу протона или нейтрона так, чтобы разность их масс Δm уменьшилась на 0,8 МэВ. Поскольку масса протона и нейтрона порядка 10^3 МэВ, то достаточно ничтожного изменения масс этих частиц, на величину — 0,1 %, для того чтобы реакция стала возможной. Таким образом, если изменение постоянной сильного взаимодействия, как мы видели выше, приводит к тому, что во Вселенной не могут существовать никакие химические элементы, кроме водорода, то при незначительных изменениях массы протона и нейтрона во Вселенной не может существовать и водород. А следовательно, и все остальные химические элементы, ибо все они образуются из водорода. Конечно, в такой Вселенной не могла бы существовать и жизнь.

Итак, для существования атома водорода необходимо выполнение условия Δm > mе. Если бы нам пришлось конструировать Вселенную, мы должны были бы считаться с этим условием. Казалось бы, удовлетворить ему не очень сложно: надо выбрать массу протона и нейтрона так, чтобы их разность (Δm = mn — mp) была больше массы электрона mе. Но, с другой стороны, нельзя допустить, чтобы величина Δm была слишком большой, ибо в этом случае мы столкнемся с проблемой дейтерия.

Ядро дейтерия (тяжелого водорода) состоит из прогона и нейтрона, которые удерживаются ядерными силами. Энергия связи частиц в ядре дейтерия составляет εсв = 2,2 МэВ. Ядерные силы препятствуют распаду нейтрона и делают ядро дейтерия стабильным. В свободном состоянии нейтрон легко распадается на протон и электрон с испусканием антинейтрино: п → р + ē + ν. Разность масс нейтрона и протона идет на образование электрона, а оставшаяся масса превращается в энергию Е движения образующихся частиц: Е = m — mе = 0,8 МэВ. Поскольку внутри ядра дейтерия энергия связи превышает энергию движения образующихся частиц, то нейтрон не может распасться, и ядро останется стабильным. Условие стабильности ядра:

εсв > Е = Δm — mе , или Δm < εсв + те.

Если это условие нарушается, то дейтерий не может существовать. Существенно ли это для жизни? Хотя дейтерий — очень редкий элемент, его полное отсутствие имело бы катастрофические последствия для Вселенной. Действительно, образование ядра дейтерия (дейтона) является первым звеном в цепочке ядерных реакций, ведущих от водорода к более тяжелым элементам. Если бы не было дейтерия, не было бы и этих элементов. Мы снова пришли к безжизненной чисто водородной Вселенной.

Два последних примера иллюстрируют еще одно важное обстоятельство: исключительно «тонкую настройку Вселенной» для жизни. Действительно, для существования водорода необходимо, чтобы выполнялось условие Δm > mе, д ля стабильности дейтерия необходимо условие Δm < εсв + mе. Для того чтобы во Вселенной могла существовать жизнь, надо, чтобы выполнялись оба эти условия одновременно, т. е. Δm должно быть заключено в очень узких пределах:

mе < Δm < εсв + mе

или

0,5 МэВ < Δm < 2,7 МэВ.

Разность масс протона и нейтрона удовлетворяет приведенному условию. Но насколько «узки» эти ворота? Протон и нейтрон — две частицы с очень близкими свойствами, они отличаются лишь зарядом и небольшой разностью масс. Существуют и другие семейства похожих между собой частиц, они получили название изотопических мультиплетов. Так вот, если взять разность масс Ет для частиц, входящих в изотопические мультиплеты, то для всех семейств она существенно больше, чем для протона и нейтрона и, что весьма существенно, больше предельного значения 2,7 МэВ. На это обратил внимание И. Л. Розенталь. Для протона и нейтрона величина Δm минимальна, это своего рода флуктуация в распределении Δm для различных мультиплетов. Любопытно, что в Природе осуществилась эта редкая флуктуация! Но если бы этого не произошло, жизнь во Вселенной была бы невозможна.

Еще более впечатляющий пример связан с массой электрона. Если мы возьмем массы всех элементарных частиц, то окажется, что большинство частиц имеет массу чуть больше массы протона. Имеется некоторое количество частиц с массами в 10 раз больше и в 10 раз меньше массы протона. Электрон — самая легкая из заряженных элементарных частиц, он почти в 2000 раз легче протона. Ближайшая к электрону по массе частица мюон имеет массу в 200 раз больше электрона. Значит, электрон не просто наилегчайшая частиц, он существенно легче всех остальных частиц. Это очень редкая флуктуация! И опять-таки если бы эта флуктуация не реализовалась в Природе, то нарушилось бы необходимое условие жизни: mе < Δm. И. Л. Розенталь приводит и другие примеры[176].

Основной вывод, который следует из этого анализа, состоит в следующем: во Вселенной реализовался очень редкий набор фундаментальных констант, представляющий собой редкую флуктуацию их возможных значений. Причем структура Вселенной оказалась крайне чувствительна к числовым значениям этих постоянных: она сохраняется только в очень узких пределах их изменения. Достаточно значению каких-либо из постоянных выйти за эти пределы, как структура Вселенной претерпевает радикальные изменения: в ней становится невозможным существование одного или нескольких основных структурных элементов — атомных ядер, самих атомов, планет, звезд или галактик. Во всех этих случаях во Вселенной не может существовать и жизнь. Это означает, что в любой обитаемой вселенной (мыслимой или реально существующей) фундаментальные физические константы не могут иметь иные значения, кроме тех, которые известны нам из опыта. Развитие этих идей привело к формулировке космологического антропного принципа.

3.5. Антропный принцип

Почему же все проявляется в той, а не в другой форме, почему существуют те, а не другие законы природы? Ведь возможны и другие…

К. Э. Циолковский

3.5.1. Становление антропного принципа

Антропный принцип (АП) устанавливает соотношение между фундаментальными свойствами Вселенной в целом и существованием в ней жизни и человека, или в более общей трактовке — между существованием наблюдателя и наблюдаемыми свойствами Вселенной. Уже на первом этапе формирования АП (Г. М. Идлис, А. Л. Зельманов, 1950-1960-е годы) были сформулированы две главные относящиеся к нему идеи:

1) основные черты наблюдаемой Вселенной являются необходимыми для возникновения и развития жизни и 2) это объясняется тем, что мы наблюдаем не произвольную область Вселенной, а ту, в которой существует познающий эту Вселенную субъект (наблюдатель) и в которой реализовались необходимые для его существования условия. Или: мы являемся свидетелями наблюдаемых свойств Вселенной, потому что при других ее свойствах развитие Вселенной протекало бы без свидетелей (А. Л. Зельманов). В 1973 г. Б. Каргер сформулировал это положение в виде следующего принципа, который он назвал антропологическим:

«…то, что мы можем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования»[177].

Следует подчеркнуть, что антропный принцип был выдвинут вне всякой связи с проблемой существования разумной жизни или исследованием места человека во Вселенной. Космологов и физиков-теоретиков интересовали совсем другие проблемы: почему мир устроен так, а не иначе? Почему Вселенная такова, как мы ее наблюдаем? Пока космология делала первые шаги, задавать такие вопросы было не принято: считалось, что это относится к области метафизики. Космологию интересовал вопрос, как устроен мир. Что же касается того, почему он устроен так, а не иначе — этот вопрос выходил за пределы космологии. Если же на него приходилось все таки отвечать, то ссылались на действия законов природы. Объяснение в таком случае сводилось к следующему. Существуют определенные объективные законы природы, в том числе физические законы, известные нам из опыта. Решая уравнения, описывающие эти законы, и подставляя значения фундаментальных констант (известные также из опыта), мы получаем космологические модели развития Вселенной в целом, теории образования и эволюции галактик, звезд и т. д., т. е. теории, описывающие наблюдаемые свойства Вселенной. Значит, эти свойства и объясняются действием законов природы. В течение определенного времени, на определенном уровне развития космологии, такое объяснение считалось удовлетворительным. (Хотя наиболее проницательные мыслители, такие как К. Э. Циолковский и А. Эйнштейн, не удовлетворялись подобным объяснением и стремились к более глубокому постижению «Причины Мира».) На следующем уровне развития космологии с неизбежностью возникли вопросы: почему имеют месть именно такие законы природы, и почему физические константы имеют такие, а не какие-то иные значения? Попытка ответить на эти вопросы и привела к формулировке антропного принципа[178].

3.5.2. Ансамбль миров

Что объясняет и чего не объясняет антропный принцип. Используя антропный принцип, мы можем теоретически (до наблюдения) предсказать, какими свойствами должна обладать обитаемая Вселенная. Например, какова должна быть средняя плотность во Вселенной, ее масса (в случае закрытой модели), какова должна быть размерность пространства и числовые значения фундаментальных констант. Однако задача, как мы помним, состояла в том, чтобы попять, почему Вселенная обладает наблюдаемыми свойствами. Попытка перейти от предсказания к объяснению привела к развитию концепции ансамбля вселенных.

Ансамбль вселенных характеризуется всеми мыслимыми комбинациями начальных и граничных условий, всеми мыслимыми комбинациями фундаментальных констант. В каждой вселенной этого ансамбля реализуется определенный набор параметров. Существование наблюдателя возможно не при всех, а только при некоторых комбинациях параметров, которые определяют совокупность необходимых и достаточных условий для жизни. Эти параметры выделяют в ансамбле миров «познаваемое» подмножество. Можно назвать его также подмножеством обитаемых вселенных, а каждую вселенную этого подмножества — обитаемой. Очевидно, наша Вселенная принадлежит к этому подмножеству.

Ансамбль вселенных может быть мыслимым («логически возможные миры» Г. Лейбница[179]) или реально существующим. При этом миры могут реализоваться последовательно (как в модели пульсирующей Вселенной) или существовать параллельно. Согласно современной квантовой космологии (см. п. 2.2.3), вследствие квантовых флуктуаций вакуума, из вакуумной пены рождается множество миров-вселенных. И наша Вселенная лишь одна из них. При рождении этих вселенных, вероятно, происходят флуктуации всех физических параметров, включая размерность физического пространства и значения фундаментальных констант. Возникают вселенные с самыми различными свойствами. Некоторые из них оказываются пригодными для жизни, они и относятся к подмножеству обитаемых вселенных. В других вселенных какие-то из параметров выходят за допустимые пределы, эти вселенные остаются безжизненными. В принципе, это аналогично проблеме обитаемых планет в Солнечной системе. Те планеты, которые попадают в пределы экосферы, при наличии других благоприятных обстоятельств, могут стать обитаемыми. Планеты, находящиеся за пределами экосферы, остаются безжизненными. (Напомним еще раз, что здесь мы рассматриваем только ту форму водно-углеродной жизни, к которой принадлежим сами. Возможно в других вселенных, где нет ни звезд, ни планет, ни атомов, ни, вообще, известных нам форм материи — существуют какие-то свои «экзотические», с нашей точки зрения, виды жизни. Но мы ими пока интересоваться не будем). Итак, предположение об ансамбле вселенных позволяет объяснить, почему мы наблюдаем то или иное свойство Вселенной. Если оно относится к числу необходимых для жизни (а мы видели, что важнейшие свойства Вселенной являются таковыми!), то объяснение сводится к весьма тривиальному рассуждению: рассматриваемое свойство относится к числу типичных свойств обитаемых вселенных (раз оно необходимо для жизни); наша Вселенная — обитаема, следовательно, ей также присуще это свойство.

Сложнее обстоит дело, когда мы пытаемся понять, почему реализовался наш мир с набором наблюдаемых параметров (размерностью, константами и т. д.). Поясним это на примере. Как известно, для жизнедеятельности человека необходим кислород. Предположим, жители Тау Кита получили пластинку, установленную на космическом корабле «Пионер-10». Тогда они могли бы с полным основанием предсказать, что в атмосфере Земли должен наблюдаться кислород. Предположим теперь, что они ранее наблюдали кислород в земной атмосфере. Теперь они могут объяснить этот факт тем, что Земля относится к числу обитаемых планет, в атмосфере которых присутствует кислород. В данном случае объяснение сводится к тому, что кислород наблюдается (в атмосфере Земли) потому, что он в ней присутствует. Но если бы перед тау-китянами был поставлен вопрос: почему в земной атмосфере присутствует кислород, они не могли бы ограничиться ссылкой на то, что земля обитаемая планета, им следовало бы найти истинную причину наличия кислорода в атмосфере, которая связана не с существованием человека на Земле, а с жизнедеятельностью зеленых растений, которые обогащают атмосферу кислородом. Так же и в отношении Вселенной. Привлекая ансамбль миров-вселенных, мы можем объяснить, почему во Вселенной наблюдаются те или иные свойства, но не можем объяснить, почему в ней реализовались условия, сделавшие ее обитаемой, если не считать это чисто случайным событием. Таким образом, полного ответа на вопрос «почему Вселенная такова…» антропный принцип (даже с привлечением ансамбля вселенных) не дает.

Иногда антропный принцип формулируют в таком виде: фундаментальные свойства Вселенной определяются фактом существования человека (наблюдателя). В таком виде формулировку АП нельзя признать полностью корректной, ибо здесь причина и следствие поменялись местами. В действительности, не Вселенная такова, потому что в ней существует человек, а человек существует во Вселенной потому, что в ней реализовались именно те условия из множества возможных, которые оказались допустимыми для существования жизни (и человека). Но раз уж это произошло, и мы существуем, то наблюдаемые свойства Вселенной не могут быть иными, чем те, которые требуются для того, чтобы жизнь в ней стала возможной. Разумеется, можно по следствию судить о причине. Но при этом не надо выдавать следствие за причину.

3.5.3. Не замешан ли человек в проектировании Вселенной…?

Попытка понять, каким образом во Вселенной реализовался комплекс необходимых условий, привела к постановке вопроса: «не замешан ли человек в проектировании Вселенной более радикальным образом, чем мы думали до сих пор?[180] В какой мере правомерна подобная постановка вопроса?

Прежде всего необходимо отметить, что понятие «проектирование Вселенной», при определенных условиях, вполне допустимо в рамках научного подхода. Речь идет о том, что жизнь и разум, будучи важными атрибутами материи, могут быть существенным и притом не только пассивным, но и активным фактором эволюции космоса. В концепции биосферы В. И. Вернадского это выражается в планетарных масштабах. Но уже здесь намечается переход к следующей ступени, ибо, согласно Вернадскому, человечество рассматривается не только как геологический, но и как космический фактор. Подтверждение этих взглядов можно видеть в изменении глобальных характеристик Земли (например, по уровню радиоизлучения) и в первых попытках освоения Солнечной системы. К. Э. Циолковский развил концепцию ноосферы до Вселенских масштабов. Он считал, что высокоразвитые внеземные цивилизации, освоившие наблюдаемую нами область Вселенной, в широких масштабах воздействуют на ход природных процессов. По выражению Е. Т. Фаддеева, они «могут сознательно и по-новому организовывать материю, регулировал, ход естественных событий»[181]. Сходных взглядов придерживался и известный американский астроном О. Струве, под руководством которого были проведены первые эксперименты по проекту «Озма». В своей увлекательной книге «Мы не одни» У. Салливан, излагая взгляды О. Струве, пишет, чао, по его мнению, наука в середине XX века достигла уже такого уровня в изучении Вселенной, когда, «наряду с классическими законами физики, необходимо принимать во внимание деятельность разумных существ»[182]. Н. С. Кардашев в связи с проблемой поиска внеземных цивилизаций высказал мысль, что расширение наблюдаемой области Вселенной может быть «результатом сознательной деятельности суперцивилизаций»[183]. А И. Д. Новиков в цитированной выше книге «Как взорвалась Вселенная» серьезно обсуждает вопрос о создании Вселенной… в лаборатории (см. также: Сажин М. В. Современная космология, гл. 17 «Не хотите ли создать Вселенную?»). В современных моделях космических цивилизаций рассматриваются различные варианты космокреатики, под которой подразумевается деятельность внеземного разума, направленная на «фундаментальную перестройку структуры материального мира, включая, быть может, изменение его пространственно-временных свойств и некоторых основных законов»[184]. Мы подробно обсудим эти проблемы в гл. V. Отметим, что Л. В. Лесковым рассмотрены модели эволюции космических цивилизаций, основанные на интеграционных процессах и приводящие к объединению цивилизаций, к образованию Метацивилизаций, а также еще более высоких иерархических структур[185]. Творческие возможности таких Иерархий безграничны.

Таким образом, понятие «конструирование» Вселенной приобретает вполне содержательный смысл, если под Конструктором понимать не Личность, стоящую над Вселенной, а Коллективный Разум высокоразвитых Космических Иерархий (Космический Разум). Другой подход состоит в том, что под Конструктором подразумевается сама Природа[186].

Рассмотрим ансамбль логически возможных миров. При реализации миров этого ансамбля выбор исходного комплекса (начальные условия, фундаментальные константы, физические законы) может производиться случайно или целенаправленно. Если роль Конструктора выполняет Космический Разум, случайный выбор маловероятен. Если роль Конструктора выполняет Природа, возможен либо случайный выбор, либо целенаправленный. Под целенаправленностью в данном случае можно понимать детерминированность выбора самыми общими законами эволюции.

Как отмечает в этой связи М. В. Сажин, при случайном выборе константы физических взаимодействий должны не слишком отличаться друг от друга. Но это не так в нашей Вселенной! Означает ли это, что наш Мир создан искусственно. Если это так, если «наш мир — игра неизвестного нам интеллекта, следует отметить, что он не сделал слишком много ошибок…» (Сажин М. В. Современная космология в популярном изложении. — М., 2002. С. 224.)

Чрезвычайно тонкая настройка Вселенной к условиям, необходимым для жизни, позволяет рассматривать ее как систему, аналогичную системе «Гея». Такая система, как уже отмечалось, ведет себя подобно живому организму, и эволюция ее напоминает развитие организма из зародыша («генная модель» эволюции). Это неизбежно приводит к представлению о «Мировом Яйце», из которого «вылупилась» Вселенная (представление, присутствующее в мифологии многих народов). Роль Яйца может играть сингулярность или состояние ей предшествующее. В. В. Рубцов и А. Д. Урсул в монографии, посвященной методологическим аспектам проблемы внеземных цивилизаций, совершенно правомерно, на наш взгляд, ставят вопрос о том, было ли в объекте, из которого образовалась Вселенная («сингулярность», «первоатом», «сверхплотное состояние» и т. д.), заложена «программа» ее закономерного развития, разворачивания в пространстве и времени, или же мир является результатом случайного взаимодействия осколков, разлетевшихся после «первовзрыва»? В связи с этим они отмечают, что представление о «первоатоме» как об однородной сверхплотной «капле» скорее основано на традиции физикализма, чем на знании его подлинной природы и структуры[187]. В настоящее время физика делает первые шаги в попытке проникнуть в сложную природу сингулярности. Сюда относятся и идеи Дж. Уилера о предгеометрическом состоянии Вселенной, и более поздние представления о возникновении раздувающейся Вселенной из вакуумной пены. В рамках этих идей и моделей предполагается, что отбор исходного комплекса (начальных условий, констант и законов) происходит случайно. Если даже это, действительно, так, можно думать, что после того, как отбор совершился, дальнейшая эволюция Вселенной разворачивается по избранной программе, как рост могучего дерева происходит по программе, заложенной в семени, из которого оно развивается.

3.5.4. Является ли антропный принцип антропоцентрическим?

Каково соотношение между современным космологическим антропным принципом и антропоцентрическим принципом, идущим от Аристотеля? Сходство в наименовании и некоторые неудачные формулировки АП привели к тому, что в ряде случаев между антропным и антропоцентрическим принципом ставится, по существу, знак равенства. Это явилось одной из причин довольно острой полемики, которая возникла вокруг АП[188]. Между тем, содержание этих принципов совершенно различно.

Антропоцентрический принцип, связанный с геоцентрическими системами мира, декларирует центральное или, во всяком случае, уникальное, привилегированное положение человека во Вселенной. Антропный принцип не требует и не утверждает исключительности человеческого рода. Для того чтобы АП «работал», важно не наличие человека на Земле, а наличие наблюдателя на любой планете в нашей Вселенной. Для существования наблюдателя в галактике М 31 необходимы те же условия (поскольку мы договорились не рассматривать «экзотические» формы жизни), те же ограничения на фундаментальные параметры Вселенной; и он тоже не может существовать, если эти условия не выполняются. В этом смысле было бы более точным говорить не об антропном принципе, а о «принципе разумного наблюдателя». Но такое название более громоздко. В конце концов, суть не в названии, а в адекватном понимании термина. Нас ведь не смущает термин «атом», хотя он уже давно перестал считаться неделимым.

Предсказательная и объяснительная функции антропного принципа связаны с любым наблюдателем во Вселенной и, по-моему, это самый главный аргумент против интерпретации АП в духе антропоцентризма. Что же является основанием для подобной интерпретации? Иногда в качестве основания рассматривается поразительная взаимосогласованность фундаментальных констант и астрономических свойств Вселенной, очень тонкая подстройка Вселенной для жизни. Между тем, антропный принцип вовсе не декларирует эти качества, они объективно присущи миру; АП только помогает вскрыть объективную реальность. Другим основанием послужили некорректные формулировки АП типа: «если бы не было людей, не было бы и Вселенной» или: «Вселенная создана ради человека» и т. д. Антропный принцип, конечно, ничего общего с подобными формулировками не имеет. Они возникли в результате ряда неточностей[189].

Иногда исключительное положение человека в ансамбле вселенных пытаются усмотреть в том, что мы живем в такой «уникальной» Вселенной, где реализовался комплекс условий, сделавший возможным наше существование. Здесь акцент смещается с вопроса о центральном (привилегированном) положении человека во Вселенной на уникальность самой нашей Вселенной. В связи с этим прежде всего, можно отметить, что уникальность нашей Вселенной относительна. До сих пор мы всячески избегали упоминания о неантропоморфных формах жизни и разума, поскольку интересовались местом человека во Вселенной. Но коль скоро речь зашла об уникальности человека в ансамбле вселенных, такое ограничение становится неоправданным. Ведь в других вселенных могут существовать совершенно «экзотические», с пашей точки зрения, формы жизни и разума. И для каждого «наблюдателя» в такой вселенной будет действовать свой АП. Поэтому сам по себе АП вовсе не ведет к какой-то привилегированности человека в ансамбле вселенных. Можно полагать, что в разных вселенных существуют свои формы жизни и разума, и ни одна из них не является более привилегированной, чем другие. Но если даже ограничиться рассмотрением только известных нам форм жизни, то и в этом случае нет оснований говорить об исключительности нашей Вселенной (и тем более об исключительности человека). То обстоятельство, что в ансамбле миров наша Вселенная принадлежит, может быть, к редкому классу обитаемых вселенных (познаваемому подмножеству), делает ее, в известном смысле, уникальной, но не более, чем уникальна планета с подходящими для возникновения жизни условиями среди множества других планет. Хотя это вовсе не означает, что такая планета по своему значению занимает центральное положение во Вселенной. Нелепо требовать, чтобы положение человека никак не выделялось ни в пространстве, ни во времени. Это было бы доведением принципа Коперника[190] до абсурда. Именно это подчеркивал один из авторов антропного принципа Б. Картер, когда он отмечал, что наше положение во Вселенной, хотя и не является центральным, но, в известном смысле, оно неизбежно привилегированное.

Остается рассмотреть, не ведет ли введение понятия «конструирование Вселенной» к антропоцентризму. Это зависит от планов Конструктора (под которым мы подразумеваем Космический Разум), от его намерений. Если Он создает Вселенную только ради человека, если выбор начальных условий, фундаментальных констант и законов был сделан только ради того, чтобы в грандиозном процессе эволюции Вселенной на одной из множества планет появился, наконец, Homo sapience, — тогда можно говорить об антропоцентризме. Но такая точка зрения была высмеяна еще Вольтером в «Микромегасе». Если же человек занимает более скромное место в планах Конструктора, то и оснований для антропоцентризма нет; Неизвестные нам планы Конструктора потребовали реализации определенных условий во Вселенной. Как одно из следствий этого, стало возможным существование человека на Земле (наряду с появлением других разумных существ в других областях Вселенной). В этом случае человек — не цель эволюции, а ее промежуточный этап.

Заметим, что если под Конструктором понимать Творца в традиционном религиозном духе, то и в этом случае место человека во Вселенной будет зависеть от целей, от воли Творца. Таким образом, введение Конструктора в любой его ипостаси (Природа, Космический Разум, Творец), само по себе, не имеет никакого отношения к антропоцентризму и не дает оснований интерпретировать антропный принцип как антропоцентрический.

Отрицание антропоцентризма вовсе не означает отрицание глубочайшей связи человека и Вселенной. Характер ее нуждается в дальнейшем осмыслении. В этом плане антропный принцип имеет огромную эвристическую ценность. Следует отмстить также эстетическую роль антропного принципа. Эта проблема подробно исследовалась Ю. В. Линником. Линник видит эстетическую роль АП в том, что он «утверждает гармонию космоса и человека. Древняя идея о связи между человеком и миром получает здесь качественно новое осмысление»[191]. В древних философиях человек-микрокосм и Вселенная-макрокосм были связаны одной мерой, взаимно отражали друг друга. Развитие астрономии привело к тому, что эта соотнесенность оказалась утраченной. «Мир перестал быть изоморфным человеку»[192]. Вселенная стала для него лишь безразличным пассивным фоном. Современный антропный принцип на новом уровне возвращает нас к древней идее о соотнесенности человека и Вселенной, человека и Космоса.

ЛИТЕРАТУРА

1. Доул С. Планеты для людей. — М.: Наука, 1974. 200 с.

2. Идлис Г. М. Основные черты наблюдаемой астрономической Вселенной как характерные свойства обитаемой космической системы // Известия Астрофизического ин-та АН Каз. ССР. 1958. Т. 7. С. 39–54.

3. Розенталь И. Л. Элементарные частицы и структура Вселенной. — М.: Наука, 1984. 112 с.

4. Новиков И. Д. Как взорвалась Вселенная. — М.: Наука, 1988. Гл. 31: Более чем странная Вселенная. С. 140–150.

5. О современном статусе идеи глобального эволюционализма. — М.: Институт философии АН СССР, 1986. 175 с.

6. Девис П. Случайная Вселенная. — М.: Мир, 1985.

7. Сажин М. В. Современная космология в популярном изложении. — М.: УРСС, 2002. 240 с.

8. Арманд А. Д. Эксперимент «Гея». Проблема живой Земли. — М.: Сиринъ садхана, 2001. 191 с.

ГЛАВА 4. Множественность обитаемых миров

Обитаемость небесных тел до сего дня остается под сомнением. Даже лучшие астрономы не решаются высказаться по этому вопросу. Причина, главным образом, лежит в самомнении человека.

«АУМ»[193],137

Почему Космос ограничивать одною Землю и думать, что Космос дал одно убежище человеку?

«Беспредельность», 62

Теперь, когда мы познакомились со строением Вселенной и осознали место, которое занимает человек в этом огромном мире, естественно, возникает вопрос, — существуют ли другие разумные существа во Вселенной? Мы видели, что Земля — одна из планет, обращающихся вокруг Солнца. Помимо планет, в состав Солнечной системы входит множество малых тел — астероидов и комет. Сердцем всей этой системы является Солнце. Но Солнце — лишь одна из звезд, мириады которых усеивают небесный свод. Мир звезд чрезвычайно разнообразен. Звезды отличаются по размерам, массе, светимости и другим параметрам. Тем не менее, природа всех звезд одна. (Мир сложен, но един в многообразии.) Звезды — это те же солнца, и около них могут быть свои планеты с населяющими их разумными существами. Наше Солнце вместе с другими звездами входит в гигантскую звездную систему — Галактику, насчитывающую более ста миллиардов звезд. А в пределах наблюдаемой нами области Вселенной содержится более десяти миллиардов подобных звездных систем — галактик.

Если представить себе Солнечную систему как многоквартирный Дом, в котором мы живем, то Земля будет одной из квартир этого Дома. Галактика уподобится невероятно громадному Звездному Городу, содержащему 100 миллиардов таких домов. А вся наблюдаемая область Вселенной, вся Метагалактика будет подобна гигантскому Звездному Острову, на котором находятся десятки миллиардов таких звездных городов. Человечество подобно младенцу, вступающему в жизнь. Мы уже освоились в своей квартире — на своей планете Земле и начинаем делать первые робкие шаги за ее пределы, к другим планетам Солнечной системы. А весь огромный Звездный Остров? Мы можем любоваться им из окна своей квартиры (оптическое окно прозрачности земной атмосферы), но этот мир остается пока недоступным для нас. Недоступным — в смысле прямого посещения. Однако мы можем изучать его с помощью своих телескопов. Наблюдая этот Гигантский Мир, мы задаем себе вопрос — может ли быть так, что весь Город мертв, весь Остров мертв, и лишь в одном из городов этого Острова, в одном из домов этого Города, в одной из квартир этого Дома живем мы — люди Земли, а вся остальная Вселенная остается безжизненной? Может ли быть так, что крошечная песчинка Вселенной, на которой мы обитаем, служит единственным пристанищем разумной жизни? Подобные же вопросы задавали себе люди много веков назад, хотя их представления о Вселенной отличались от наших. Познакомимся, как изменялись взгляды на этот вопрос в течение столетий.

4.1. От античности до наших дней

Философия древняя советовала мыслить о дальних мирах, как бы принимая в них участие. В разных формах давались эти указания.

«Братство», 162

Изучение природы рождает и укрепляет в человеке веру в многочисленность обитаемых миров.

К. Фламмарион

Представления о разумной жизни во Вселенной, о Космическом Разуме пронизывают всю древнюю философию, пересекают пласты мифологической культуры и теряются где-то в глубинах доисторических времен, откуда до нас дошли легенды об Атлантиде и Лемурии, о Сынах Неба и Учителях человечества. Убеждение в обитаемости Вселенной, в множественности обитаемых миров было широко распространено в античном мире. Можно привести немало имен выдающихся античных мыслителей, принадлежавших к различным философским школам, которые были едины в этом убеждении: Анаксимандр, Пифагор, Анаксагор, Платон, Демокрит, Гераклит, Эпикур, Плутарх и многие другие. Часто они исходили из общих умозрительных представлений о беспредельности пространства, а также из идей гилозоизма и пантеизма. Хорошо известно высказывание греческого философа Метродора (V век до н. э.): «считать Землю единственным населенным пунктом в беспредельном пространстве было бы такой же вопиющей нелепостью, как утверждать, что на громадном засеянном поле мог бы вырасти только один пшеничный колос». Среди образованных людей Древней Греции подобные взгляды, по-видимому, были достаточно распространены.

Известный французский археолог XVIII века Жан Жак Бартелеми в своей книге «Путешествия молодого Анахарсиса по Греции» в форме легкого повествования нарисовал яркую и, по мнению специалистов, правдивую картину общественной жизни древних греков. Их взгляды о населенности миров Бартелеми вкладывает в уста верховного жреца храма Изиды:

«Верховный жрец Каллий, близкий друг Евклида, сказал мне после этого — толпа не видит вокруг населенного ею земного шара ничего кроме небесного свода, ярко освещенного днем и усеянного звездами ночью; это для них граница вселенной. Но для многих философов вселенная уже не имеет границ, для них она расширилась до таких размеров, перед которыми в страхе останавливается даже паша сила воображения. Сначала люди предполагали, что Луна обитаема. Затем было высказано предположение, что звезды тоже представляют собой миры и, наконец, что число миров может быть бесконечно, потому что ни один из них не может ни ограничить, ни охватить другого. Какой дивный путь открывается для человеческого духа! Для того чтобы пройти его, чтобы пройти через вечность, возьми крылья утренней зари и лечи к Сатурну, лети к небесам, расстилающимся над этими планетами: ты беспрерывно будешь встречать новые небесные тела, новые звезды и миры над мирами; всюду ты найдешь бесконечность, в материи, в пространстве, в движении, в численности миров и звезд, украшающих миры, и если ты будешь глядеть миллионы лет, то ты все-таки едва успеешь увидеть лишь несколько точек в беспредельном царстве природы. О! Какой великой представляется нам природа при этой мысли! И если наша душа действительно способна расшириться вместе с этой мыслью и каким-либо путем слиться с воспринятыми ею идеями, то каким чувством гордости должно наполнить человека сознание, что он проник в эти непостижимые глубины.

— Чувство гордости! — воскликнул я удивленно, — но почему же, досточтимый Каллий? Мой дух чувствует себя стесненным при виде этого безграничного величия, перед которым исчезает все остальное. Ты, я, все люди в моих глазах кажутся теперь крохотными существами в необъятном океане, среди которого владыки и завоеватели выделяются только тем, что они в окружающей их воде шевелят несколькими каплями больше, чем другие.

При этих словах верховный жрец пристально взглянул на меня; после короткого молчания он пожал мне руку и сказал: “Сын мой! Самое крохотное существо, начинающее познавать бесконечность, принимает участие в том величии, которое наполняет его удивлением”.

Сказав это, Калий удалился, а Евклид заговорил со мной о людях, которые верят в многочисленность миров, о Пифагоре и его учениках». (Фл., 1909, с. 33–34)[194]

Этот впечатляющий отрывок, рисующий взгляды просвещенных греков времен Платона, представляет собой позднейшую реконструкцию Бертелеми. Можно привести подлинные высказывания античных авторов. Одним из горячих приверженцев идеи множественности обитаемых миров был знаменитый римский философ и поэт Лукреций Кар, живший в I веке до н. э. Он считал, что видимый нами мир не единственный в природе. За пределами этого мира, в других областях пространства, над видимым звездным небом располагается невидимая вселенная. И в этой вселенной имеются другие миры и другие земли, населенные другими людьми и другими животными. И видимую, и невидимую вселенную Лукреций Кар считал материальными. В своей поэме «О природе вещей» он писал:

«Если волны созидающей материи в тысячах различных видов проносятся по океану беспредельного пространства, то неужели их плодотворности хватило только на создание земного шара и его небосвода? Неужели возможно, что за пределами видимого небесного свода мировая материя осуждена на мертвое бездействие? Нет и нет! Если творческие элементы из себя создали массы, из которых возникли небеса, воды и земля с ее обитателями, то эти элементы материи, несомненно, должны были и в остальном пространстве вселенной создать бесчисленное множество живых существ, морей, небес и земель; они должны были усеять вселенную мирами, схожими с тем миром, на котором мы несемся по волнам эфира. Всюду, где бесконечная материя находит пространство, в котором она может беспрепятственно проявить свои силы, она создает жизнь в самых разнообразных проявлениях, и если число элементарных частиц настолько велико, что всей жизни всех когда-либо живших существ не хватило бы для их подсчета, если созидающая природа снабдила эти элементы силами, которые они вложили в основу нашего земного шара, то те же творческие элементы непременно должны были создать миры, людей и жизнь также и в областях пространства, скрытых от нашего взора» (Фл., 1909, с. 20)[195].

Убеждение в множественности обитаемых миров было свойственно не только греко-римскому миру. Сходные представления содержатся в древнейших учениях Индии, Китая, Египта. В одном из древнейших источников — в индийских Ведах имеется указание на то, что Солнце, Луна и другие неизвестные жителям Земли (!) небесные тела населены разумными существами. Эти миры выработали в себе жизненные формы, «непостижимые для нашего разума» (Фл., 1909, с. 14).

Следует иметь в виду, что древняя концепция множественности миров в одном отношении существенно отличается от современной. В наше время под обитаемыми мирами подразумевают планеты, населенные разумными существами, может быть, какие-то другие объекты во Вселенной, но, во всяком случае, не Вселенную в целом. В древней космологии наблюдаемый мир (вселенная) ограничивался сферой неподвижных звезд (см. рис. 4.1.1). И когда античные философы говорили о множественности миров, они имели в виду множественность таких миров-вселенных. Эти миры существовали в неком абстрактном пространстве и не имели ничего общего с видимыми нами звездами и планетами. Любопытно, что в последние годы, в связи с развитием квантовой космологии и антропным принципом (см. гл. 2 и 3), наметился новый поворот к концепции множественности миров-вселенных, но уже на новом витке спирали познания. Что касается обитаемости миров, то, с одной стороны, древние философы (например, философы эпикурейской школы и некоторые другие) указывали на обитаемость Луны и планет, т. е. имели в виду небесные тела, принадлежащие нашему миру. С другой стороны, под обитаемыми мирами подразумевались миры-вселенные, которые, по необходимости, должны были располагаться за пределами видимого небесного свода, т. е. принадлежали невидимой бесконечной Вселенной. (В какой-то мере такие представления сродни современной концепции «параллельных миров».) Подобные представления содержатся в философии Платона; по-видимому, тех же взглядов придерживался и Лукреций Кар. На Востоке они удержались вплоть до позднего средневековья. Так, китайский философ XIII века Тэйг Му писал: «Небо и Земля велики, однако во всем Космосе они лишь как маленькие зерна риса… Это как если бы весь Космос был деревом, а небо и земля были бы одним из его плодов. Космическое пространство подобно королевству, а небо и земля не более чем одно единственное лицо в этом королевстве. Как же неразумно было бы предполагать, что, кроме неба и земли, которые мы видим, нет никаких других небес и земель»[196].

Рис 4.1.1. Модели Вселенной в древнегреческой космологии.

а) Пифагорейская система но Филолаю (V век до и.э.); б) система Гераклида Понтийского, ученика Платона (IV век до н. э.); в) система Аристотеля (IV век до н. э.). Рисунки из книги А. И. Еремеевой «Астрономическая картина мира и ее творцы». Согласно Пифагорейской модели, в центре Мира располагается Центральный огонь, вокруг него обращаются 10 концентрических сфер: Земли, Противоземли, Луны, Солнца, пяти (известных тогда) планет Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна, наконец — сфера неподвижных звезд. Каждое светило считалось прикрепленным к своей сфере и вращалось вместе с ней. В системе Гераклида Понтийского в центре мира находится Земля, вокруг нее вращаются Луна Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн; Меркурий и Венера вращаются вокруг Солнца и вместе с ним вокруг Земли; самая внешняя — сфера неподвижных звезд. В системе Аристотеля в центре Мира неподвижная Земля, вокруг нее расположены концентрические сферы Луны, Солнца, пяти планет и сфера неподвижных звезд. Известна также система Аристарха Самосского (III век до н. э.). который помещал в центр Мира Солнце. Каковы бы ни были детали этих моделей и их различия, общее в них то, что они включали все известные тогда светила: Лупу, Солнце, планеты, располагая их на различном расстоянии от центра Мира. Все системы ограничивались сферой неподвижных звезд. Это был весь видимый мир древних, вся их вселенная. И когда древние философы учили о множественности миров, они имели в виду множественность таких миров-вселенных

Логика этого высказывания вполне подобна аргументации Метродора. Но следует обратись внимание на мысли Тенг Му о том, что, кроме неба и земли, которые мы видим, т. е. за пределами видимого небесного свода (в невидимой вселенной), должны существовать другие небеса и земли, т. е. другие невидимые миры.

Насколько далеко заходили древние мыслители в своих взглядах на распространенность разумной жизни во Вселенной, можно судить, например, по высказыванию, которое приписывается Анаксагору (V век до н. э.), о том, что в каждой частице, как бы мала она ни была, есть города, населенные людьми, обработанные поля, светит Солнце и другие звезды, как у нас. Есть нечто общее между этим положением и учением средневекового китайского философа Фа Цзана (643–712 гг.), согласно которому мир един, «нет принципиальной разницы между большим и малым, между близким и далеким. Малое включает в себя большое, одно — многое, многое — одно. В одной крупинке может поместиться вся Вселенная, точно так же, как эта крупинка может поместиться в другой»[197]. Интересно, что уже в новое время аналогичные идеи развивал известный немецкий философ, физик и математик Г. Лейбниц (1646–1716). В письме к Я. Бернулли он писал: «С другой стороны, весьма возможно, скажу даже больше, неизбежно, что в мельчайших пылинках, даже в атомах (выделено мною — авт.), существуют миры, которые в отношении красоты и разнообразия развитой в них жизни нисколько не уступаю! нашей земле…» (Фл., 1909, с. 169–170). Можно предположить, что в этой уверенности Лейбниц опирался не только на свои собственные выводы, но и на авторитет древних мыслителей. В том же духе примерно в то же время высказывался и Б. Паскаль: «Пусть человек представит себе неисчислимые вселенные в этом атоме, и у каждой — свой небесный свод и свои планеты, и своя Земля, и те же соотношения, что в зримом мире, и на этой земле…»[198].

Вдумаемся еще раз в выражение Фа Цзана: «в одной крупинке может поместиться вся Вселенная». Что это — образное выражение, поэтическая метафора или гениальное прозрение, предвосхищающее современные представления о квазизамкнутых мирах — фридмонах и о макро-микросимметрии Бесконечного Космоса?

В чем суть этих представлений? Рассмотрим множество квазизамкнутых миров-вселенных, периодически возникающих и исчезающих в Вечном Беспредельном Космосе (см. п. 2.2.3). Напомним, что наша Вселенная представляет собой один из таких миров. Согласно концепции макро-микросимметрии, каждый макромир, подобный нашей Вселенной, при наблюдении извне (т. е. из другого макромира) представляется элементарной частицей этого мира. В теории академика М. А. Маркова масса такой частицы составляет 10-6 г, а ее размер 10-33 см. Марков назвал эти частицы фридмонами (в честь советского космолога А. А. Фридмана). При наблюдении изнутри фридмон представляет собой квазизамкнутый мир, подобно тому миру, частицей которого он является. Если из двух соседних миров А и В наблюдатель В воспринимает мир А как частицу своего мира, то наблюдатель А воспринимает мир В как соответствующую античастицу. Возможно, наша Вселенная сама является таким фридмоном, т. е. элементарной частицей другого мира, а этот мир, в свою очередь, является элементарной частицей нашего мира. Существует множество фридмонов, множество других макромиров, которые земной наблюдатель воспринимает как микрочастицы своего мира. Согласно Г. М. Идлису, квазизамкнутые «безграничные макромиры, с одной стороны, внешне эквивалентны частицам других макромиров, соприкасающихся с данными, а с другой стороны, сами состоят в конечном счете из своих элементарных частиц, которые, в свою очередь, скрывают за собой или как бы содержат в себе аналогичные собственные макромиры, внешне эквивалентные им, и т. д. до бесконечности». Таким образом, получается, что каждая из так называемых элементарных частиц материн потенциально содержит в себе весь структурно-неисчерпаемый материальный Космос[199].

Когда сталкиваешься с подобными параллелями, трудно отделаться от впечатления, что мыслители древности знали гораздо больше, чем мы думаем, судя по тем обрывкам их знаний (часто в чужом изложении), которые дошли до наших дней.

Представления древних об обитаемости миров зачастую (хотя и не всегда!) выражались в религиозно-философской форме. Это вполне естественно, ибо в те далекие времена религия была господствующей, если не единственной, формой общественного сознания. Можно думать, что для современного человека, интересующегося проблемой множественности миров, представляет интерес сущность древних воззрений, а не форма их выражения. И если некоторые миры в представлении древних были населены Богами, то надо иметь в виду, что, согласно древним концепциям, хотя за Богами и признавались великие творческие способности, они не всегда рассматривались как творцы всей видимой и невидимой Вселенной. В Буддизме, Конфуцианстве и некоторых других религиозно-философских системах вообще отсутствует понятие Бога как Верховного Существа, стоящего над Вселенной. Высшим Божественным понятием в этих системах являются такие философские категории, как Абсолют, Абсолютный Разум, Абсолютное Сознание, Беспричинная причина, Единый Элемент, из которого путем последовательных манифестаций, в процессе дифференциации и последующей интеграции дифференцированных частиц возникают элементы, тела и формы, образующие Вселенную. Согласно «Тайной Доктрине» «с изначала человеческого наследия, с самого первого проявления строителей планеты, на которой живет человек, сокрытое Божество признавалось и рассматривалось лишь в его философском аспекте Всемирного Движения, трепета творческого Дыхания в Природе»[200]. В «Письмах Махатм Синнету» разъясняется, что Парабрахм (Высшее Божественное понятие Буддизма) «не есть Бог, но абсолютный неизменный закон…». «Слово Бог, — говорится там далее, — было изобретено для определения неизвестной причины тех следствий, которыми, не понимая их, восхищался или устрашался человек»[201].

Что касается многочисленных Богов древних мифов, то в Ригведах, в гимне под названием «Песнь Творения», прямо говорится: «Боги появились позже сотворения этого мира». Согласно герметической традиции Древнего Египта, Боги — это бессмертные люди, а люди — смертные Боги. Если добавить сюда известную доктрину восточной философии о том, что нет Бога, который бы раньше не был человеком (т. е. Боги должны были пройти через человеческую эволюцию), то мы приходим к представлению о высокоразвитых существах Вселенной, находящихся на различных стадиях эволюционного процесса, в том числе значительно опередивших земное человечество. Это представление в какой-то мере приближается к современному понятию о «внеземных цивилизациях»; важное различие состоит в том, что в понятии ВЦ упор делается на технологические аспекты. В отношении Богов древности люди были убеждены, что они принимают участие в судьбах Земли. При этом считалось, что посвященные, т. е. представители жреческой науки того времени, обладают средствами сношения с Высшими Существами.

Рассмотрим более подробно проблему соотношения науки и религии в вопросе о множественности обитаемых миров. Широко распространено мнение, что наука всегда стояла на позициях множественности обитаемых миров, в то время как религия выступает против этой идеи. Хотя такое представление имеет определенные исторические основания, тем не менее оно не совсем точно. Мы уже упоминали о священной книге Индуизма — Ведах, где говорится об обитаемости Солнца, Луны и других небесных тел. Подобные же идеи содержатся и в Буддизме. «Из Священных Писаний, — свидетельствует Н. К. Рерих, — мы знаем Учение Благословенного об обитателях далеких звезд»[202]. В противоположность этому Христианская Церковь, опираясь на взгляды Аристотеля и геоцентрическую систему мира Птолемея, канонизировала доктрину об исключительности человеческого рода. Поэтому, когда Джордано Бруно (1548–1600) противопоставил этой доктрине концепцию множественности обитаемых миров, она стала предметом острой идеологической борьбы с церковью.

Основываясь на философских идеях Николая Кузанского и астрономической теории Н. Коперника, Бруно создал поразительную картину Мироздания, на несколько веков опередившую развитие наблюдательной астрономии. Он сумел преодолеть ограниченность гелиоцентрической системы, которая, поместив Солнце в центр мира, по-прежнему замыкала Вселенную сферой неподвижных звезд. Бруно учил, что небо не ограничено никакими сферами, это единое, безмерное, бесконечное пространство, которое содержит в себе все: звезды и созвездия, солнца и земли. В противоположность Аристотелю он утверждал единство, общность элементов, составляющих Землю и другие небесные тела. Он разделял все небесные тела на самосветящиеся — звезды (солнца) и несамосветящиеся (планеты), которые светят, отражая солнечный свет из-за обилия на них облаков или водных пространств. Бруно учил об изменяемости всех небесных тел, благодаря чему в природе осуществляется непрерывный обмен между ними и космическим веществом, заполняющим пространство. В соответствии с этим он считал, что и поверхность Земли тоже меняется по истечении больших промежутков времени, на месте морей появляются континенты, а на месте континентов — моря.

Исходя из этой картины мироздания, Бруно учил, что во Вселенной имеются бесчисленные солнца и бесчисленные земли, которые кружат вокруг своих солнц, подобно тому, как наша Земля кружится вокруг нашего Солнца. Тем самым Земля была сведена до уровня рядовой планеты, а Солнце — до уровня рядовой звезды; Вселенная, безгранично расширившись, лишилась единого центра, ибо в Бесконечной Вселенной ни одна точка не может быть выделенной. На этих бесчисленных мирах в бесконечной Вселенной обитают живые разумные существа. Нелепо полагать, считал Бруно, что не существует других разумных живых существ и другого вида мышления, кроме известного нам на Земле. Вселенную Бруно представлял как некий Сверхорганизм (Сверхжизнь — что-то вроде системы Гея, увеличенной до вселенских размеров), неразрывно связанной с человечеством, обитающим на се мирах.

Брошенный инквизицией в тюрьму Бруно не отрекся от своих взглядов, он мужественно отстаивал их и был приговорен к смертной казни. Его сожгли на Площади Цветов в Риме 17 февраля 1600 г. Несомненно, что это одна из самых драматических страниц в истории становления научного мировоззрения — тем более драматическая, что идея множественности миров, за которую Бруно заплатил жизнью[203], вовсе не противоречит Христианскому Учению, хотя и вступает в конфликт с некоторыми примитивно понятыми догматами веры.

Буквальная интерпретация аскетов Писания нередко приводит к противоречию с научной картиной мира. Так например, геологическая история Земли вступает в видимое противоречие с доктриной о Семи Днях Творения. Но надо быть очень ограниченным мыслителем, чтобы под Днем Творения понимать один земной день. Ясно, что речь идет о крупных космических периодах, образно названных в Книге Бытия днями. В гл. 2 мы уже упоминали о Диях Брамы и говорили, что, согласно древнеиндийским исчислениям, один День Брамы равен 4,3 млрд земных лет. Почему же не допустить, что один День Творения может составлять миллиарды земных лет? Это лишь одни из многих примеров. Конечно, наиболее просвещенные христианские богословы понимали неправомерность буквальной интерпретации библейских текстов. Но, к сожалению, было и немало догматиков, с которыми ученым и философам приходилось бороться. Фламмарион приводит в своей книге письмо Г. Галилея к парижскому адвокату И. Диодати (январь 1633 г.), где он сообщает, что составил специальную записку, в которой, опираясь на авторитет большинства отцов Церкви, старался доказать, насколько недопустимо ссылаться на авторитет священного писания при решении научных вопросов, для которых один опытный путь наблюдения имеет решающее значение. «Я требовал, — пишет Галилей, — чтобы в подобных случаях в будущем священное писание оставлялось в покое» (Фл., 1909, с. 234).

Что касается концепции множественности миров, то она не противоречит Писанию. Не случайно епископ Парижа еще в XIII веке осудил тезис о невозможности для Бога создать множество миров. По мнению известного физика Д. Брюстера (1781–1868), специально изучавшего этот вопрос, в Библии ист ни одного положения, которое было бы несовместимо с этой концепцией. (Надо отметить, что, будучи крупным физиком, Брюстер оставался искренне привязанным к Христианскому Учению.) Более того, многие места как в Ветхом, так и в Новом Завете, считает Брюстер, не могут быть интерпретированы без привлечения концепции множественности миров. Поэтому нет ничего удивительного в том, что некоторые раннехристианские секты стояли на позициях этого учения. Фламмарион упоминает, со ссылкой на Иринея, о секте валентиаицев, которые признавали и проповедовали систему Анаксимандра (греческий философ, VI век до и. э.), учившего о бесчисленности обитаемых миров. Сторонником этой концепции был и один из самых просвещенных христианских философов Ориген, живший в Александрии в III веке. «Жития Святых» характеризуют его как «чудо своего века по громадности своего ума и глубине учености». Ориген учил о множественности вселенных, последовательно возникающих, умирающих и возрождающихся вновь в бесконечном периодическом процессе, и о множественности миров в каждой такой вселенной. «Если Вселенная, — писал он, — имеет начало, то в чем проявлялась деятельность Бога до сотворения Вселенной? Грешно и вместе с тем безумно было бы думать, что Божественная Сущность пребывала в покое и бездеятельности, и было время, когда благодать ее не изливалась ни на одно существо, а всемогущество ее ничем не проявлялось… Что касается меня, то скажу, что Бог приступил к своей деятельности не в то время, когда был создан наш видимый мир, и подобно тому, как после окончания последнего возникнет другой мир, точно так же до начала нашей Вселенной существовала другая Вселенная… Итак, следует полагать, что не только существуют одновременно многие миры, но и до начала нашей Вселенной существовали многие вселенные, а по окончании ее будут другие миры»[204]. За свои смелые взгляды Ориген был изгнан из Александрии в Палестину, где в период гонения на христиан он был заключен в тюрьму и умер от пыток. Уже после его кончины на Константинопольском соборе он был осужден как еретик. «После учеников Оригена начала ложная вера духовенства расти»[205]. Это затронуло и концепцию множественности миров.

Во время формирования Христианства, в первые века нашей эры, представление об устройстве мира складывалось под воздействием геоцентрической системы мира Птолемея, которая была в то время общепризнанной и, естественно, послужила остовом для всего здания складывающейся христианской теологии. В течение веков она прочно укрепилась в религиозном сознании. После коперниковской революции в астрономии перед христианской теологией встал вопрос — как согласовать вероучение с новыми представлениями о мире. Фламмарион в следующих выражениях описывает возникшую проблему: «Земля была прежде окружена каким-то лучезарным венцом, но вот в одни несчастный или, наоборот, очень счастливый день наши глаза открылись, мы с глазу на глаз оказались перед этой окруженной славою Землей, мы вгляделись в нее, и вдруг ее лучезарный венец рассеялся как дым; этот дворец земного человечества потерял свое великолепие и роскошь, погрузился в какую-то непроглядную тьму, а вдали от пего в ярком свете появились в несметном множестве новые земли с новыми для каждой из них небесами и заполнили собою все бесконечное пространство. С этих пор вид мира изменился, а вместе с ним должны были измениться и верования, которые до того времени казались утвержденными столь прочно и непоколебимо» (Фл., 1898, с. 260).

Как же ответили на этот вызов теологи? Догматически мыслящие теологи, следуя букве сложившегося учения, были убеждены, что оно не может быть согласовано с новыми научными знаниями. Ведь Творец создал звезды «вовсе не для обитания их какими-нибудь другими людьми или иными тварями, но только для освещения и оплодотворения Земли их светом»[206]. Более просвещенные представители христианской теологии относились к новой научной картине мира вполне терпимо и даже отстаивали ее с теологических позиций. Во много раз упомянутой уже книге Фламмарион приводит слова патера Феликса, настоятеля Храма Парижской Богоматери: «Помещайте в звездном мире столько человеческих обществ, сколько вам угодно, пусть они имеют такой вид и такую материальную и нравственную температуру, какую только желательно вам вообразить; католическое учение относится к этому с такою терпимостью, которая вас наверное удивит: оно потребует от вас лишь одного— не считать этих звездных поколений человечества ни потомками Адама, ни духовным потомством Помазанника Божия Иисуса». И далее: «… если вы хотите непременно, чтобы планеты, солнца и звезды имели своих жителей, способных, подобно нам, познавать, любить и прославлять Создателя, то я спешу заявить во всеуслышание, что христианское учение не противоречит этому; оно ничего не отрицает и ничего не утверждает в этой произвольной гипотезе».

Другие христианские писатели высказывались более определенно в пользу множественности обитаемых миров. Так кардинал Полиньяк в своем «Анти-Лукреции», где он стремился развенчать материалистическую философию Лукреция Кара, касаясь проблемы множественности миров, высказывает мысли, если не совпадающие полностью, то вполне в духе критикуемого им автора. «Все звезды, — пишет он, — суть солнца[207], похожие на наше, окруженные темными телами, как паша Земля, на которую они льют свет и тепло…возможно ли предположить, что эти далекие от нас небесные светила имеют иное назначение, чем наше Солнце, что бесчисленные небесные огни без всякой цели и пользы шлют тепло и свет в беспредельное пустое пространство? Бог не ограничивается созданием одного тела определенного рода: из своей неисчерпаемой сокровищницы Оп сразу высыпает во Вселенную бесчисленные массы одинаковых тел. Одинаковые причины ведут к одинаковым следствиям» (Фл., 1909, с. 20–21). Еще более красноречивые доводы приводит французский философ Кузен-Депро. «Неужели возможно предположить, — пишет он, — что бесконечно мудрое Существо украсило небесный свод такой массой различных чел только для того, чтобы удовлетворить паши взоры, чтобы создать для нас величественную картину? Неужели эти бесчисленные солнца созданы только для того, чтобы обитатели пашей крошечной Земли могли любоваться ими, как светлыми точками на небе, в го время как большая часть их вообще едва видна для нас, а бесконечное число их совершенно неуловимо для невооруженного глаза? Такая мысль не выдерживает никакой критики, особенно если принять во внимание, что в природе всюду царствует поразительно совершенная согласованность творения Божия с Его целями, и что во всех своих делах Бог ставит Себе целью не только Свою славу, но и радость и пользу Своих созданий. Неужели Он создал звезды, которые испускают лучи, не доносящиеся до какого-либо мира, где они могли бы вызвать жизнь? Это невозможно! И у этих миллионов солнц, как и у нашего Солнца, у каждого есть свои особые планеты, и вокруг себя в пространстве вселенной мы видим необъятное количество миров, в которых живут разнообразные существа — миров, населенных разумными обитателями, способными ценить и славословить величие и красоту дел Божиих» (Фл., 1909, с. 36).

Эти доводы, по существу, совпадают с аргументацией Джордано Бруно, который, отвечая на вопрос венецианской инквизиции, говорил: «В целом мои взгляды следующие. Существует бесконечная Вселенная, созданная бесчисленным божественным могуществом, ибо я считаю недостойным благости и могущества Божества мнение, будто оно, обладая способностью создан., кроме этого мира, другой и другие бесконечные миры, создало конечный мир». (Цит. по упомянутой статье Менцина.)

Таким образом, довод о том, что звезды были созданы якобы только для нужд человека[208], сравнительно легко был преодолен христианской теологией. Но осталась еще одна, более серьезная трудность, связанная с Боговоплощением Христа на Земле. Вот как формулирует ее Фламмарион: «Если обитаемая нами Земля не более, как незаметный атом среди бесчисленного множества миров, то в чем же заключаются ее права и преимущества, предоставленные ей; почему она могла сделаться предметом особого божественного попечения, почему сам Всевышний и Вечный мог жить на ней, приняв вид одного из ее существ, почему он не погнушался этого праха земного и благоволил воплотиться в него?» (Фл., 1898, с. 258).

Одну точку зрения на эту проблему выразил протестантский теолог первой половины XVI века Меланхтон. Он считал, что принятие множественности обитаемых миров было бы издевательством над таинством искупления: «Богочеловек — один, он в обличии человека пришел в наш мир, где был распят и воскрес. И мы не можем допустить, чтобы эта драма повторялась бессчетно» число раз во всех бесчисленных мирах» (Цит. по упомянутой статье Менцина). Надо сказать, что не все богословы были согласны с подобной аргументацией. В добавлении к 30-му изданию своей книги в очерке «Множественность миров с исторической точки зрения» Фламмарион подробно обсуждает эту проблему. Мы не будем касаться здесь всех богословских тонкостей. Приведем лишь цитируемое Фламмарионом высказывание знаменитого американского проповедника Челмерса. «Предположим, — говорит он, — что один из бесчисленных мириадов миров постигла какая-нибудь нравственная зараза, охватившая все население, вследствие чего оно подпало под действие, под приговор непреложного и неумолимого по своей святости закона. В таком случае, если бы Бог, в своем праведном негодовании, совершенно вышвырнул из вселенной эту негодную планету, то это не могло бы наложить никакого пятна на его личность… Но скажите мне, о! скажите мне, уже ли не было ли чертою изысканнейшей нежности в существе Бога, если бы он всячески старался вновь привлечь к себе этих заблудших детей своих, отторгнутых от него их преступлением? И как бы ни были они малочисленны при сравнении с несметным множеством верно служащих ему, не прилично ли было бы его бесконечному милосердию послать на эту виновную землю вестников мира, чтобы призвать к себе и вновь принять к себе, а не погубить этот единственный мир, сошедший с верного пути? И если правосудие потребовало для этого столь великой жертвы, то скажите мне, не было ли верховным делом благости Бога позволить своему собственному Сыну взять на себя бремя искупления виновных, чтобы иметь возможность вновь смотреть на этот мир благосклонно и протянуть руку помощи и призыва всему его населению?» (Фл., 1898, с. 265–266). Итак, мы видим, что и эта трудность не является для христианской теологии непреодолимой.

Идея исключительности человеческого рода, вопреки распространенному мнению, вовсе не вытекает из существа Христианской Доктрины (или вообще из религиозного мировоззрения), в известной мере она нейтральна по отношению к научному или религиозному мировоззрению. Но поскольку определенные догматы веры, связанные с этой идеей, находили опору в канонизированной Христианской церковью геоцентрической системе мира, то крушение этой системы и становление гелиоцентрической системы проходило в острой борьбе с доктриной уникальности и потребовало ее преодоления. Вот почему торжество новой картины мира явилось одновременно и торжеством концепции множественности обитаемых миров. Мученическая смерть Джордано Бруно на костре «священной» инквизиции не могла изменить неотвратимого — в последующие века идея о множественности обитаемых миров быстро распространилась в Европе, завоевав полное и всеобщее признание. В течение трех столетий (XVII–XIX века) она рассматривалась как совершенно очевидная, само собой разумеющаяся. Многие выдающиеся ученые, писатели и поэты безоговорочно поддерживали эту концепцию. Идею множественности обитаемых миров пропагандировали Сирано де Бержерак и Б. Фонтенель, о ней писали Вольтер, И. Гете и Ф. Шеллинг. Убежденными сторонниками этой идеи были X. Гюйгенс, И. Ньютон, М. Ломоносов, В. Гершель, И. Кант, П. Лаплас и многие другие ученые. Достаточно полный обзор по этой теме можно найти в упомянутой уже много раз книге Фламмариона. Насколько была распространена эта идея, можно судить по тому, что в 1822 г. немецкий астроном Груйтуйзен «открыл» лунный город недалеко от центра лунного диска, а известный американский астроном В. Пикеринг объяснял наблюдаемую изменчивость отдельных деталей лунной поверхности массовыми миграциями насекомых. Хорошо известно, какое сильное впечатление на современников произвело «открытие» марсианских каналов (Скиапарелли, 1877).

Надо сказать, что не все ученые и философы придерживались столь категорических взглядов о повсеместной распространенности жизни во Вселенной. Например, Кант, будучи приверженцем идеи множественности обитаемых миров, тем не менее занимал более сдержанную позицию. Он считал, что в беспредельной Вселенной могут быть и необитаемые миры, если они не приспособлены для жизни. «Но можно предполагать, — писал он, — что планеты, необитаемые теперь, будут обитаемы со временем, когда процесс их образования достигнет известной степени совершенства. Возможно, что наша Земля как таковая, существовала тысячи лет, прежде чем на ее поверхности выработались условия, при которых могли бы жить растения, животные, а затем и люди» (Фл., 1909, с. 36). Эта аргументация, включающая идею эволюции, близка к современным научным взглядам.

Говоря о проблеме множественности обитаемых миров, нельзя не упомянуть имени Константина Эдуардовича Циолковского, который был убежден в широкой распространенности разумной жизни во Вселенной. «Есть знания несомненные, — писал он, — хотя они и умозрительного характера… Теоретически мы уверены в бесконечности Вселенной и числа ее планет. Неужели ни на одной из них нет жизни! Это было бы уже не чудом, а чудищем! Итак, заселенная Вселенная есть абсолютная истина»[209]. «Вселенная и жизнь одно и то же»[210]. «Вселенная заполнена высшей сознательной и совершенной жизнью»[211]. «Во Вселенной господствовал, господствует и будет господствовать разум и высшие общественные организации»[212]. «Величайший разум господствует в Космосе…»[213].

Справедливости ради надо отметить, что, несмотря на явную приверженность многих крупных ученых идее множественности обитаемых миров, в целом наука все же сохраняла некоторый скептицизм по отношению к этой проблеме, который усиливался по мере распространения позитивистских взглядов. Он затрагивал не только содержание проблемы (много или мало обитаемых миров), но и саму возможность ее научного обсуждения как проблемы метафизической, выходящей за пределы позитивной науки. В этом отношении характерен эпизод из биографии К. Фламмариона. Когда молодой Фламмарион написал свою знаменитую книгу «О множественности обитаемых миров» (в то время он работал на Парижской обсерватории), директор обсерватории У. Леверье, прославившийся тем, что открыл планету Нептун «на кончике пера», узнав об этом, предложил молодому астроному покинуть обсерваторию. Он считал, что подобное занятие несовместимо со статусом серьезного ученого.

В начале XX века уверенность в множественности обитаемых миров была поколеблена из-за распространения космогонической теории Д. Джинса, согласно которой образование планетной системы — редчайшее событие в истории Галактики. Современные космогонические теории, рассматривающие образование планет в едином процессе с образованием звезд (что позволяет им опереться на богатый наблюдательный материал), приводят к противоположному выводу: о закономерности и типичности процесса происхождения планет. А в последние годы XX века планеты были обнаружены у нескольких десятков звезд. И число их быстро растет. Однако это не означает автоматического возвращения к представлениям прошлых веков, когда господствовала уверенность в повсеместной распространенности жизни. Исходя из данных об условиях существования водно-углеводной (белково-нуклеиновой) формы жизни, современная наука пришла к выводу, что Земля — единственная обитаемая планета в Солнечной системе. Таким образом, область пространства, где теперь еще можно надеяться встретить «братьев по разуму», отступила в звездные дали. Среди ученых ведутся дискуссии о том, насколько распространена жизнь в Галактике, во Вселенной. Теперь уже в рамках самой науки формулируется концепция уникальности нашей земной цивилизации (М. Харт, И. Шкловский). Вековое противоборство двух доктрин — уникальности человеческого рода и множественности обитаемых миров — перестало играть роль водораздела между научным и религиозным мировоззрением. Это весьма поучительный пример, как, петляя и ошибаясь, человеческое познание приближается к истине.

Известный английский астроном XIX века Джон Гершель (сын знаменитого В. Гершеля) писал: «Надо почти совсем не знать астрономии, чтобы полагать, что человек представляет собой единственную конечную цель творчества, и чтобы не понять, что в данной окружающей нас Вселенной есть и друг не миры с живыми населяющими их существами» (Фл., 1909, с. 38). Таким образом, по мнению Дж. Гершеля, лишь незнание астрономической картины мира может привести нас к мысли об уникальности нашей земной цивилизации. Достаточно уяснить себе эту картину, и мысль о множественности обитаемых миров становится совершенно очевидной, не нуждающейся в дальнейших доказательствах, в виду явной бессмысленности создания столь огромного и сложного мира, в котором жизненные потенции реализуются лишь на его ничтожной части. С тех пор прошло более ста лет, наши знания о Вселенной неизмеримо обогатились, границы познанного мира существенно расширились. Достаточно напомнить, что во времена Дж. Гершеля наблюдаемая область Вселенной ограничивалась только нашей Галактикой, о других галактиках ничего не было известно. С развитием астрономии аргументация в пользу множественности обитаемых миров приобрела более конкретный характер, опираясь на современную научно обоснованную астрономическую картину мира. Тем не менее и в наше время, вопреки Гершелю, можно найти немало астрономов, которые прекрасно знают астрономию, но никак не могут согласиться с его аргументацией. Значит, дело не только в признании современной астрономической картины мира, но и в некоторых гносеологических особенностях человеческого мышления.

Думается, что наука XX века, где-то в глубинах своей памяти, в своем научном «подсознании» сохранила представление древних о множественности обитаемых миров, но она подошла к исследованию проблемы по-своему, опираясь на свой опыт и свои методы исследования.

4.2. Жизнь в Космосе

Со всех точек зрения формы и условия жизни на дальних мирах должны отличаться от земных, иначе смысл многообразия эволюции был бы нарушен. Но в то же время основы жизни на всех мирах едины. Людям особенно трудно сочетать единство и многообразие.

Н. Уранов

4.2.1. Что такое жизнь?

Много раз на страницах этой книги мы употребляли слово «жизнь». До сих пор мы не пытались пояснить это понятие, считая, что каждый человек имеет какое-то собственное интуитивное представление о жизни. Но теперь, когда мы собираемся перейти к рассмотрению жизни в Космосе, нашего интуитивного представления о ней уже недостаточно. Для того чтобы судить о распространенности и возможных формах жизни в Космосе, — а именно это нас интересует, — надо иметь ясное представление о природе жизни. И вот здесь мы попадаем в трудное положение, ибо, несмотря на несомненные успехи науки в изучении многообразных функций жизни, ее физико-химических основ и механизмов функционирования, у нас нет, как представляется, полного понимания феномена жизни. Я думаю, многие ученые ясно ощутили это, когда перед ними была поставлена практическая задача обнаружения жизни на Марсе в связи с осуществлением проекта «Викинг». Надо было решать, какую жизнь следует искать.

Когда мы произносим слово «жизнь», то имеем в виду какие-то живые существа или организмы. Само слово «организм» указывает на определенную стройную организацию исходных элементов, из которых он строится. Действительно, сложная организация — это один из отличительных признаков жизни. Можно сказать, что жизнь есть высокоорганизованная форма материи. Но каков тот критический уровень организации, начиная с которого сложную систему можно рассматривать как живую? Очевидно, структурная сложность, сама по себе, недостаточна для характеристики жизни. Более того, структура живого организма существует лишь постольку, поскольку он функционирует, живет. Следовательно, живая система обладает способностью самостоятельно поддерживать свою внутреннюю структуру — самосохраняться. Это достигается в процессе обмена с окружающей средой. Обмен веществ, или метаболизм, — один из характерных признаков жизни. Живые системы обладают также способностью к росту и самовоспроизведению. Наконец, надо отметить огромную приспособляемость жизни, адаптацию ее к внешним условиям и, наряду с этим, способность к саморазвитию, к эволюции. Помимо обмена веществ, живые системы обладают способностью к обмену информацией с окружающей средой — способностью воспринимать, хранить и перерабатывать информацию, используя ее для выработки сохраняющих реакций. На этой основе осуществляется способность живых систем к самосохранению и адаптация их к внешним условиям. Процесс самовоспроизведения, по сути, также является информационным процессом. Подчеркивая роль информации, В. С. Троицкий вместе с тем отмечает: «Определение живого нельзя сводить ни к информации, ни к обмену веществ в отдельности. По-видимому, самую основную характеристику, объединяющую все признаки, мы еще не знаем»[214].

С другой стороны, возникает вопрос: присущи ли перечисленные свойства только живым системам? Н. Хоровиц отмечает[215], что кристаллы обладают высокой степенью упорядоченности, способностью к росту и могут воспроизводить самих себя. При этом у них обнаруживается ограниченная способность к мутациям. Она проявляется в том, что в регулярном расположении атомов в кристалле могут возникать дефекты. Некоторые минералы, обладающие слоистой структурой, как, например, глины, способны копировать дефекты одного слоя в структуре следующего, что можно рассматривать как своеобразную генетическую память. На основании этих свойств кристаллов американский химик А. Г. Кернс-Смит предположил, что жизнь, вообще, началась с кристаллов. С другой стороны, обычное пламя также способно к самовоспроизведению посредством искр и дальнейшему росту, а благодаря активному метаболизму оно может длительное время поддерживать себя (свойство самосохранения). То есть пламя обладает свойствами живой сущности. Добавим, что способность к саморазвитию, к эволюции также не является исключительным свойством жизни. Современные теории самоорганизации материи показывают, что саморазвитие является всеобщим свойством материального мира и может проявляться в различных формах при подходящих условиях. В связи с этим возникает вопрос — существует ли принципиальное различие между живой и неживой природой? Один из крупнейших биологов XX века Дж. Холдейн считал, что жизнь и сознание в рудиментарной форме присущи материи, являются ее неотъемлемым свойством: «Мы не находим в том, что называем материей, никакого очевидного следа ни мысли, ни жизни. И потому эти свойства мы изучаем преимущественно там, где они обнаруживаются с наибольшей очевидностью. Но если современные перспективы науки верны, то следует ожидать, что они будут, в конце концов, обнаружены, по крайней мере в рудиментарной форме, во всей Вселенной»[216]. Ту же мысль подчеркивает и Тейяр де Шарден: «В целостной картине мира наличие жизни неизбежно предполагает существование до нее беспредельно простирающейся преджизни»[217]. При таком положении вещей между живой и неживой материей нет непроходимой грани. Действительно, сущностью органической жизни, ее важнейшим свойством является обмен. Он осуществляется посредством сложнейших биохимических реакций. Но ведь химические реакции — пусть более простые — происходят и в неорганической природе. Где же та грань, которая отделяет «живое» от неживого? Говоря о жизни, мы прикасаемся к одной из тех тайн Природы, которые человечество еще не раскрыло. Не случайно некоторые ученые, вообще, отказываются рассматривать какое бы то ни было определение жизни. Так, С. Ф. Лихачев в работе «Основания SETI» характеризует жизнь как «неопределимое понятие, существующее как некоторое свойство Вселенной»[218].

Важнейшей функцией жизни, о которой не было упомянуто выше, является психическая деятельность. Невозможно представить человека в отрыве, вне его психической деятельности, включающей мир эмоций, процессы мышления и сознания. Если структуру человеческого организма и его физиологические функции рассматривать как внешнюю сторону его жизни, то психическая деятельность будет соответствовать внутренней стороне жизни. Хотя психическая активность наиболее выражена у высших форм жизни, какая-то примитивная психожизнь должна быть присуща и самым простым формам жизни, составляя их внутреннее содержание. Тейяр де Шарден распространил эту дихотомию «внешнее-внутреннее» с феномена жизни на мир неживой (предживой) природы, считая ее неотъемлемым свойством универсума. Ткань универсума, согласно Тейяру, — «двухсторонняя по самой своей природе», она имеет как внешнюю, так и внутреннюю сторону. Поэтому у каждой вещи имеется не только внешнее, но и сопряженное ему нечто внутреннее. И сети внутренней стороной жизни является сознание (Тейяр рассматривает его в наиболее общем значении, как психику всякого рода от элементарных форм внутреннего восприятия до феномена человеческого мышления), то внутренней стороной преджизни является предсознание. В соответствии с этой концепцией Тейяр считает, что при образовании Земли с самого начала в земной материи была замкнута «некоторая масса элементарного сознания» (точнее надо бы сказать — предсознания). И если возникновение жизни можно рассматривать как качественный скачок в процессе эволюции преджизни, то возникновение сознания есть качественный скачок в развитии предсознания. Как пред ставить себе этот скачок от предсознания, заключенного в преджизни, к сознанию, хотя бы самому элементарному? Поскольку рудиментарное сознание существует всегда, еще до появления жизни и сознания, то, следовательно, речь идет о скачке между двумя уровнями, двумя ступенями одной сущности.

В будущем, по мнению Тейяра де Шардена, в рамах «расширенной физики» внутренняя сторона вещей будет принята во внимание в той же мере, как и внешняя сторона мира. «Мне кажется, — пишет он, — иначе невозможно дать связное объяснение всего феномена космоса в целом, к чему должна стремиться наука»[219]. Но это дело будущего. Современная наука изучает внешнюю сторону универсума (к внутреннему она лишь робко подбирается). В частности, биология изучает внешнюю сторону жизни. Поэтому в дальнейшем, говоря о жизни, мы, но необходимости, будем иметь в виду (если не будет сделано специальных оговорок) именно внешнюю сторону жизни. Это ограничение надо принимать во внимание. Внешнее и внутреннее связаны между собой как форма и содержание. Следовательно, мы будем рассматривать мир форм. Рассмотрение естественно начать с земной жизни.

4.2.2. Земная жизнь

Жизнь на Земле предстает перед нами как поразительное многообразие различных царств организмов, прежде всего растительных и животных, их популяций и видов[220], связанных между собою множеством тончайших связей, благодаря которым биосферу Земли можно рассматривать как единую сложную систему. Эта «живая пленка», покрывающая земной шар тонким слоем, приблизительно в тысячную долю его размеров, необычайно активна, она оказывает решающее влияние на формирование наружных слоев Земли. По оценкам В. И. Вернадского, верхние слои земной коры (глубиною в несколько километров) на 99 % преобразованы земными организмами. А что касается атмосферы, то ее состав также в значительной мере определяется процессами жизнедеятельности. Если бы какие-то внеземные цивилизации исследовали нашу планету, они неизбежно должны были бы столкнуться с преобразующим фактором земной жизни. Общая масса «живого вещества» на Земле составляет 10^12 т, а с учетом ископаемого органического вещества (уголь, сланцы нефть, газ и др.), представляющего собой остатки ранее существовавших организмов, эту величину надо увеличить, по крайней мере, на несколько порядков, что составляет хотя и малую, но уже заметную долю полной массы Земли.

Характерной особенностью живого вещества на Земле является то, что оно состоит из отдельных организмов, каждый из которых представляет обособленную систему со своей собственной структурой, поддерживаемой в процессе метаболизма. В то же время все организмы на Земле так тесно переплетены между собой, что всю систему земной жизни можно рассматривать как единый «сверхорганизм». Земные организмы, в свою очередь, состоят из различных подсистем, связанных между собой энергетическими и информационными связями. Простейшей ячейкой живого вещества является клетка. Крупные организмы содержат многие триллионы клеток (так, в организме новорожденного человека содержится 2 10^12 клеток). Клетка — такая же элементарная крупинка жизни, как атом — элементарная крупинка неживой (неорганизованной) материи. Именно с клетки начинается жизнь. И хотя существование вирусов ставит определенную проблему в этом плане, все же именно образование клетки отмечает тот рубеж, тот качественный скачок, который отделяет живую систему от предживой. Что же представляет собой живая клетка?

Рис. 4.2.1. Строение живой клетки

Строение клетки показано на рис. 4.2.1. Клетка отделяется от внешней среды (в том числе от других клеток) с помощью тонкой оболочки — клеточной мембраны, толщиной не более 10-6 см. Внутренняя среда клетки представляет собой водный раствор различных органических веществ, в сочетании с некоторыми минеральными солями. Эту внутреннюю среду клетки (внутриклеточный бульон) называют протоплазмой. В клетках всех организмов, за исключением некоторых простейших (прокариотов), в центре клетки расположено ядро, а окружающая его часть протоплазмы называется цитоплазмой. И ядро, и цитоплазма имеют сложное строение. В ядре расположены хромосомы, содержащие молекулы ДНК, в них заключена наследственная информация организма. В цитоплазме выделяются тонкие волокнистые структуры — митохондрии, в которых протекают химические реакции, обеспечивающие клетку энергией. Кроме того, там содержатся многие другие структуры, называемые органеллами или органоидами, выполняющие различные функции. Полностью структурная организация живой клетки еще не изучена, так как постоянно обнаруживаются все новые и новые компоненты, и, как отмечает Н. Хоровиц, конца этому не видно. Имея в виду сложную структуру клетки, Тейяр де Шарден характеризует ее как «триумф множества, органически собранного в минимуме пространства»[221]. Необходимость в такой сложной структуре станет понятной, если принять во внимание, что клетка представляет собой миниатюрную, но прекрасно отлаженную автоматически действующую химическую фабрику, в которой протекают разнообразнейшие биохимические реакции. И если внешняя красота природы, красота жизни вызывает восхищение, то и внутренняя гармония клетки поражает.

Вся физиология живых организмов: переработка и усвоение нищи, процессы дыхания, образование новых клеток и клеточных компонентов, сокращение мышц, передача нервных импульсов и множество других функций — все это связано с химическими превращениями, протекающими в живых клетках[222]. Земная жизнь основана на соединениях углерода. Здесь природа использовала уникальную способность атомов углерода образовывать длинные и устойчивые молекулярные цепи, из которых строятся молекулы сложных органических веществ. Именно такие сложные органические молекулы образуют живую клетку. Мир клетки — это мир гигантских молекул. Помимо углерода, в их состав входят водород, кислород и азот, а также в меньшем количестве фосфор (и сера).

По своим функциям и составу органические вещества живой клетки разделяются на четыре основных класса: белки, нуклеиновые кислоты, жиры (липиды) и углеводы (к последним относятся сахара, клетчатка и крахмал). Все они, в той или иной степени, участвуют в построении клеточных структур и, кроме того, выполняют разнообразные функции в процессах жизнедеятельности. Углеводы и жиры служат для организма «топливом», их молекулы являются источником энергии для протекающих в клетках биохимических реакций. Белки выполняют очень разнообразные функции. Прежде всего они являются катализаторами всех важнейших химических реакций, в том числе синтеза самих белков. Такие белки-катализаторы называются ферментами. В конечном итоге, они контролируют весь тот сложный комплекс процессов, который характеризует жизнедеятельность клетки и благодаря которому она постоянно воспроизводит себя как самосохраняющаяся, устойчивая система. Помимо этих функций, необходимых для существования самой клетки, у многоклеточных организмов в клетках вырабатываются белки, которые играют специфическую роль, принимая участие в жизнедеятельности других клеток данного организма. Так, например, гемоглобин, содержащийся в эритроцитах крови, переносит кислород от органов дыхания к клеткам тканей и участвует в переносе углекислого газа к органам дыхания. Белки-гормоны, вырабатываемые в клетках эндокринных желез, оказывая целенаправленное влияние на деятельность клеток других органов и тканей, тем самым, участвуют в регуляции всех жизненно важных процессов в организме. Иммуноглобулины, содержащиеся в плазме крови, обладают защитными свойствами и участвуют в создании иммунитета организма. Перечисленными примерами функции белков в организме не исчерпываются. Нуклеиновые кислоты хранят и передают генетическую информацию, в которой записана программа функционирования каждой клетки, они управляют процессом синтеза белков в клетке.

По своему строению молекулы живого вещества относятся к полимерам, они состоят из чередующихся групп атомов (мономеров), связанных между собой в длинные цепи. Мономеры являются, своего рода, строительными блоками этих молекул. К наиболее важным мономерам относятся: аминокислоты, нуклеотиды, сахара и жирные кислоты. Из аминокислот образуются белки, из нуклеотидов — нуклеиновые кислоты, из сахаров — углеводы, из жирных кислот — липиды.

Молекула белка состоит из одной или нескольких цепочек аминокислот — полипетидных нитей. В состав одной нити типичною белка входят сотни аминокислот. Каждый белок отличается от другого набором аминокислот и порядком их расположения в полипептидной цепи. В природе существует множество аминокислот, но только 20 из них (не считая редких исключений) участвуют в построении белков для всех живых организмов на Земле. Обычно в каждой белковой молекуле имеются все 20 аминокислот. Почему природа использовала только 20 аминокислот из множества возможных, остается неизвестным (может быть, для того, чтобы не усложнять генетический код?). Но и этих двадцати различных «кирпичиков» достаточно, чтобы построить великое множество различных белков. Даже для сравнительно простых молекул, содержащих, скажем, 100 аминокислот, можно построить 20^100 различных вариантов, т. е. 20^100 различных белков! Это невообразимо большое число, намного превышающее полное число атомов в наблюдаемой области Вселенной. Фактически, природа не использует все эти возможности: земные организмы синтезируют не более 100 тыс. типов белковых молекул, но и эта величина характеризует чрезвычайное многообразие белковых соединений, входящих в состав живых организмов.

Свойства белков определяются не только их составом, но и строением, структурой белковых молекул. Полипептидпые нити в белковых молекулах свернуты в сложные трехмерные структуры (конформации), напоминающие спутанный клубок ниток. Специфические свойства белка зависят от характера этой трехмерной структуры. Если разрушить ее, оставив сами аминокислотные цепочки неповрежденными, белок перестает функционировать. Однако такой денатурированный белок обладает способностью при определенных условиях восстанавливать свою трехмерную структуру. При этом и функции его вновь восстанавливаются. Трехмерная конфигурация белковой молекулы определяется последовательностью аминокислот в полипептидной цепи. А эта последовательность кодируется соответствующим геном (см. ниже). Синтез белков в клетках осуществляется с помощью нуклеиновых кислот ДНК и РНК. Чтобы понять, как это происходить, рассмотрим строение их молекул.

Рис. 4.2.2. Схема строения молекулы ДНК

На рис. 4.2.2. изображена схема молекулы ДНК. Молекула состоит из двух полинуклеотидных нитей, закрученных одна вокруг другой наподобии винтовой лестницы, образуя знаменитую двойную спираль молекулярной биологии. Нити построены из большого числа нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из сахара дезоксирибозы (Д), фосфатного остатка (Ф) и одного из четырех азотистых оснований: аденина (А), гуанина (Г), цитозина (Ц) и тимина (Т). Поскольку две первые составляющие (Д) и (Ф) у всех нуклеотидов одинаковы, они отличаются друг от друга только азотистыми основаниями. Остов каждой нити образуют чередующиеся блоки (Д) и (Ф). К молекулам сахара (Д) прикреплены азотистые основания, при этом каждое основание одной нити соединяется со строго определенным основанием другой нита, образуя мосты или перемычки между нитями. Аденин всегда соединяется с тимином (А — Т), а гуанин — с цитозином (Г — Ц). Последовательность расположения нуклеотидов в полинуклеотидной нити или, иными словами, последовательность азотистых оснований (например: ГГТАТТГТЦ…) составляет содержание генетической информации. Генетическая информация кодируется последовательностью нуклеотидов точно так же, как информация, содержащаяся в письменном тексте, кодируется последовательностью букв. Заметам, что последовательность нуклеотидов в одной цепи ДНК полностью определяет их последовательность в другой цепи, поскольку азотистое основание каждого типа одной цепи может соединяться только с вполне определенным основанием другой цепи.

Каким же образом последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК кодирует последовательность аминокислот в синтезируемых молекулах белка? Очевидно, каждый отдельный нуклеотид не может использоваться в качестве элемента кода, так как имеется всего 4 разных типа нуклеотидов, а число кодируемых аминокислот равно 20. Следовательно, должны использоваться комбинации нуклеотидов, отличающиеся типом и порядком расположения входящих в них азотистых оснований. Если в каждую кодовую группу включить по два нуклеотида, то число возможных комбинаций (из четырех нуклеотидов по два) будет равно 16; этого недостаточно для кодирования 20 аминокислот. При включении в кодовую группу трех нуклеотидов получим 64 различные комбинации: ААА, ААГ, ААТ, ААЦ… ЦЦЦ. Этого уже вполне достаточно и даже с избытком. Природа использовала именно этот простейший трехзначный код: каждая аминокислота кодируется сочетанием трех последовательно расположенных нуклеотидов, образующих кодон. Так, кодон ГГТ кодирует аминокислоту глицин, АТТ кодирует изолейцин, ГТЦ кодирует валин и т. д. Всего имеется 64 кодона, из них 61 кодон используется для кодирования аминокислот, а три кодона, так называемые «стоп-кодоны», определяют окончание синтеза полипептидной цепи. Поскольку число кодонов превышает число аминокислот, то для кодирования одной аминокислоты могут использоваться несколько кодонов (например, глицин кодируется четырьмя кодонами: ГГТ, ГГЦ, ГГА и ГГГ), но при этом каждый кодон всегда кодирует только одну строго определенную аминокислоту. Последовательность кодонов, которые кодируют полипептидную цепь какого-то белка, образует ген. Таким образом, каждый ген, представляющий собой определенный участок молекулы ДНК, соответствует определенной полипептидной цепи. Всего в хромосомах клетки содержатся сотни тысяч генов, при этом типичный ген содержит несколько сотен кодонов. Все живые организмы, все формы жизни на Земле — от простейшей бактерии до человека — используют один и тот же генетический код. Это говорит о единстве и общем происхождении всех форм земной жизни.

Молекула ДНК хранит программу синтеза всех белков, используемых живыми организмами, но сама она непосредственно не участвует в синтезе белка. Синтез осуществляется с помощью молекул рибонуклеиновой кислоты РНК. Молекулы РНК по своему строению очень похожи на молекулы ДНК, только в состав их вместо дизоксирибозы входит другой сахар — рибоза, а вместо тимина — другое азотистое основание: урацил. В синтезе белка участвуют три вида РНК: матричная (или информационная), транспортная и рибосомальная. На первом этапе синтеза белка в ядре клетки вблизи соответствующего участка ДНК строится молекула матричной РНК, последовательность нуклеотидов в которой точно соответствует копируемому участку ДНК (с заменой тимина на урацил). Таким образом, информация, содержащаяся в ДНК, переписывается на молекулу матричной РНК, этот процесс называется транскрипцией. Затем начинается второй этап — трансляция, в ходе которого последовательность нуклеотидов матричной РНК переводится в последовательность аминокислот в синтезируемом белке. Эта фаза протекает в рибосомах, являющихся теми «цехами» клеточной фабрики, где осуществляется сборка белковых молекул. Поступившая в рибосому матричная РНК входит во взаимодействие с рибосомальной РНК и с ее помощью может перемещаться относительно рибосомы, наподобие магнитной ленты в лентопротяжном механизме. Перемещение происходит дискретными шагами на величину одного кодона. В фиксированном положении около места сборки останавливается определенный кодон матричной РНК. Сюда прибывают транспортные РНК, каждая из которых несет на себе соответствующую аминокислоту. Та РНК, антикодон которой соответствует кодону матричной РНК, прикрепляется к нему, несомая ею аминокислота соединяется с концом строящейся полипептидной цепи, после чего транспортная РНК отщепляется от матричной и отправляется за новой аминокислотой. Матричная РНК перемещается на один шаг, и к месту сборки подходит другой кодон; к нему прикрепляется новая транспортная РНК вместе с несомой ею аминокислотой и т. д. Так в клетке реализуется очень тонкий процесс сборки белковых молекул по программе, записанной в ДНК.

Но это еще не все! Ведь в живой клетке синтезируется множество различных белков. Следовательно, полная программа должна содержать подпрограмму, определяющую порядок работы, когда те или иные гены активизируются в определенной последовательности. Особенно это относится к многоклеточным организмам, у которых в различных клетках вырабатываются разные белки и, следовательно, в разных клетках должны быть активированы разные гены. Активация тех или иных генов осуществляется с помощью особых ферментов. Именно ферменты помогают спирали ДНК раскрутиться и определяют, какая часть записанной в ней информации будет передана в РНК. Синтез молекул нуклеиновых кислот, как и синтез белковых молекул, зависит от активности множества ферментов, но сами эти ферменты синтезируются по программам, записанным в ДНК. Следовательно, нуклеиновые кислоты и белки образуют взаимосвязанную систему, определяющую функционирование живой клетки. Недаром земную жизнь называют белково-нуклеиновой.

Конечно, сами по себе белки и нуклеиновые кислоты еще не образуют живую систему. Для того чтобы клетка могла функционировать, чтобы могли протекать те множества реакций, которые характеризуют метаболизм клетки, процесс ее жизнедеятельности — необходимо иметь, помимо генетического аппарата, исходное сырье, растворитель и источник энергии. Исходное сырье доставляется в клетку в процессе питания. Растворителем служит вода, на долю которой приходится подавляющая часть вещества клетки (в теле человека 70 % по массе). Поэтому земную жизнь называют также водно-углеродной. Источником энергии, как уже говорилось выше, являются углеводы.

Углеводы образуются в растительных клетках в процессе фотосинтеза. При этом в качестве сырья используются углекислый газ и вода, поступающие в клетку из окружающей среды. Под действием солнечного света из молекул углекислого газа и воды образуется молекула сахара гексозы и молекулы кислорода, которые выделяются в окружающую среду:

6СО_2 + 6Н_2О С_6Н_12О_6 + 6О_2.

Энергия солнечного света переходит в энергию химических связей образующейся молекулы углевода. Часть образующихся молекул гексозы используется в качестве исходного материала для биосинтеза других органических соединений в растениях, часть при соединении с кислородом (внутриклеточное дыхание) образует углекислый газ и воду:

С_6Н_12О_6 + 6О_2 → 6СО_2 + 6Н_2О + энергия.

Продукты дыхания (углекислый газ и вода) выводятся из клетки, а освобождающаяся энергия, содержавшаяся в химических связях гексозы, используется в протекающих в клетке биохимических реакциях. Таким образом, возникающие в процессе фотосинтеза углеводы являются одновременно и исходным сырьем, и источником энергии для дальнейшего биосинтеза. Так как только часть образующихся углеводов расходуется при дыхании, то общее количество кислорода, выделяемое растениями в процессе фотосинтеза, превышает количество кислорода, поглощаемого ими при дыхании. Избыток кислорода используют для своего дыхания животные. В клетки животных организмов и в те клетки растений, которые не участвуют в фотосинтезе, углеводы поступают в процессе питания. Избыток энергии, освобождающейся в клетке, аккумулируется в молекулах липидов и расходуется организмом по мере необходимости.

Существенную роль в жизнедеятельности клетки играют клеточные мембраны. Они не только индивидуализируют клетку, отделяя ее от окружающей среды, не только разделяют внутриклеточные структуры, но благодаря избирательной проницаемости регулируют в клетке концентрацию солей, сахаров, аминокислот и других продуктов обмена.

Лишь в том случае, когда имеются все необходимые компоненты: исходное сырье, растворитель, источник энергии и управляющая система (генетический аппарат), локализованные во внутренней среде, — лишь в этом случае может начать функционировать живая система. При отсутствии одного из компонентов живая система не может быть реализована. Это хорошо иллюстрируется на примере вирусов. Вирусы состоят из нуклеиновых кислот, окруженных белковой оболочкой. Они не могут самостоятельно жить и размножаться вне клетки. Только внедрившись в клетку и используя ее компоненты, ее внутреннюю среду, имеющееся в ней сырье и источники энергии, вирус получает способность размножаться, копируя собственную структуру, т. е. обретает черты живой системы. В цепочке, ведущей от предживого к живому, вирусы представляют собой системы, непосредственно примыкающие к живому. Тейяр де Шарден классифицировал их как субживые. Но это еще не жизнь! Жизнь, как уже отмечалось выше, начинается с клетки. Именно клетка образует простейшую живую систему, способную функционировать самостоятельно, поддерживая свою внутреннюю структуру, расти, размножаться и эволюционировать.

Возникает вопрос: каким образом информация, управляющая жизнедеятельностью клетей, записывается в генах? При образовании новых клеток, в процессе клеточного деления, каждая молекула ДНК разделяется на две половины по всей своей длине. Затем каждая половина формирует себе другую половину из имеющихся в окружающей среде молекул нуклеотидов. При этом, в силу взаимных связей, присущих азотистым основаниям (А — Т), (Г — Ц), новые основания присоединяются к старым в той же последовательности, которая была у недостающей половины. Таким образом, каждая половина молекулы ДНК точно воспроизводит вторую половину, так что возникают две двойные спирали, полностью идентичные родительской молекуле. При делении клетки одна из двух образовавшихся спиралей переходит к одной дочерней клетке, а другая — к другой. В результате дочерние клетки получают генетический аппарат ДНК от родительской клетки, а вместе с ним — программу сборки белковых молекул, позволяющую поддерживать жизнедеятельность вновь образующихся клеток.

При формировании нового организма из зародыша источником генетической информации является ДНК оплодотворенной яйцеклетки, т. е. в конечном итоге — гены родителей. Зафиксированная в них программа жизнедеятельности клеток копируется и в готовом виде передается по наследству следующему поколению. Это очень важно, ибо, если бы каждому организму приходилось заново строить для себя программу синтеза необходимых ему белков, т. е. выбирать, в какой последовательности надо соединять аминокислоты, чтобы получить нужные белки, — он не смог бы выжить. Итак, генетическая информация переходит от родителей к потомкам на протяжении многих поколений. Естественно спросить: где же первоисточник этой информации, каким образом исходно возник действующий в живой клетке механизм матричного копирования? Но это уже относится к проблеме происхождения жизни.

Итак, генетическая информация на клеточном уровне состоит из закодированной в ДНК комбинации программ, управляющих синтезом большого числа ферментов и других белковых молекул. Но когда мы рассматриваем организм в целом, содержание генетической информации этим не исчерпывается. Полная программа развития организма из зародыша должна содержать не только программу жизнедеятельности каждой клетки, какие бы функции в организме она не выполняла, но и программу дифференциации клеток, построения различных тканей и органов. Как происходит дифференциация, каким образом строится целый организм — это пока не совсем понятно. Не известно даже, как строится отдельная клетка, ведь одно дело сформировать механизм синтеза белков, а другое дело — сконструировать сложную и тонкую структуру клетки с ее многочисленными органеллами. Тем более это относится к многоклеточному организму. Ясно, что программа его построения генетически закодирована, об этом свидетельствует тот факт, что любые изменения в структуре ДНК сказываются на строении организма во всех последующих поколениях. Известно также, что при реализации этой программы важную роль играют ферменты, которые запускают, активизируют или останавливают те или иные процессы. Однако полностью механизм формирования организма, природа действующих здесь управляющих сигналов остаются неизвестными. Это предмет интенсивных биологических исследований. Расшифровав генетический код, наука проникла в одну из сокровенных тайн живой клетки, но до полного понимания феномена жизни пока еще далеко. Возможно, для этого придется обратиться к внутренней стороне жизни, связанной с более тонкими планами бытия материи.

Механизм воспроизведения, заложенный в ДНК, не только обеспечивает устойчивость организма, сохранение его структуры на протяжении многих поколений, но этот же механизм содержит в себе возможность изменения, развития и, тем самым, создает почву для эволюции видов. Как это происходит? Под влиянием внешних факторов, например жесткой радиации или различных химических соединений, могут происходить изменения в структуре ДНК. Такие изменения называются мутациями. Мутации приводят к изменению в последовательности расположения нуклеотидов вдоль цепи ДНК, а следовательно, к изменению последовательности аминокислот в синтезируемой полипептидной цепи, т. е. к синтезу измененного белка. При действующем механизме передачи наследственной информации с помощью ДНК эти изменения переходят к последующим поколениям организмов. Большинство мутаций либо вредны, либо бесполезны для организма, и в процессе естественного отбора они отсеиваются, так как продолжают развитие только те организмы, у которых мутации оказались полезными. Обычно полезные мутации проявляются не сразу. Мутантные организмы могут длительное время существовать в виде небольшого включения в популяцию. Но когда происходят резкие изменения внешних условий, неблагоприятные для всей популяции, проявляется преимущество мутантных организмов. Этот механизм хорошо иллюстрируется на примере распространения новых форм насекомых под влиянием широкого применения токсических веществ. Так, у некоторых насекомых возник мутантный фермент, разрушающий ДДТ. Очевидно, применение этого препарата приводит к вымиранию немутантных особей, в результате сохраняется и получает развитие мутантная форма, нечувствительная к ДДТ. То же самое относится к появлению бактерий, устойчивых по отношению к тем или иным антибиотикам.

Подчеркнем некоторые особенности земной жизни. Прежде всего несмотря на чрезвычайное многообразие форм жизни на макроскопическом уровне, — на молекулярном уровне выявляется их полное единство. Все живые организмы используют одни и те же 20 аминокислот (из тысячи возможных) для синтеза белковых молекул, у всех организмов этот процесс программируется с помощью молекул ДНК, состоящих из одних и тех же четырех видов нуклеотидов, при этом используется универсальный генетический код, устанавливающий соответствие между тройками оснований в молекуле ДНК и аминокислотами в синтезируемой полипептидной цепи. Все многообразие форм живых организмов определяется, в конечном итоге, последовательностью расположения азотистых оснований в молекуле ДНК.

Другой важной особенностью является пространственная асимметрия молекул живого вещества. Дело в том, что некоторые органические соединения, в том числе аминокислоты, могут существовать в двух формах, отличающихся одна от другой ориентацией отдельных группировок атомов в их молекулах: группировка атомов одной формы является зеркальным отображением соответствующей группировки другой формы. Эти формы получили название «левой» и «правой». Так, существуют «левые» и «правые» аминокислоты. По своим химическим свойствам они совершенно идентичны, но поскольку их невозможно совместить, то при синтезе белков они не могут заменял, друг друга. Если синтез происходит в лаборатории, то всегда в одинаковом количестве присутствуют как «левые», так и «правые» формы. Но белки, входящие в состав живых организмов, относятся только к «левой» форме. Как возникла подобная асимметрия живой субстанции на Земле — этот вопрос остается пока открытым. Но как бы так ни было, всеобщая «левая асимметрия» также свидетельствует о единстве всех форм земной жизни.

Основная функция живого организма (в отсутствие размножения) состоит в поддержании обмена веществ. Кроме того, в организме происходит энергетический обмен и обмен информацией между различными подсистемами. Можно сказать, что жизнь есть обмен. В процессе обмена вещество, из которого состоят живые организмы, постоянно обновляется. Одни атомы и молекулы заменяются другими, но структура живого организма, его организация, несмотря на эту замену, сохраняется. Именно структура (а не субстанция) организма оказывается наиболее устойчивой; в этом смысле именно она характеризует живой организм в целом, его сущность. Стоит задуматься над таким вопросом. Атомы, из которых состоит тело человека, не стареют и не болеют. Что же стареет в человеке, если атомы его обновляются полностью в течение семи лет? Если материя сама по себе не болеет и не стареет, значит, «расстраивается» структура организма — то, что заставляет все эти атомы работать согласованно. Структура оказывается важнее субстанции. Это обстоятельство необходимо учитывать при рассмотрении различных форм жизни в космосе.

Наконец, последнее. Основное направление естественных процессов в неживой природе состоит в том, что сложные, упорядоченные структуры постепенно разрушаются, беспорядок возрастает, системы стремятся перейти в наиболее вероятное состояние максимального беспорядка (хаоса). Жизнь, напротив, поддерживает и воспроизводит порядок, создает сложные упорядоченные структуры (строит полимеры из сравнительно простых молекул, постоянно воспроизводит структуру живой клетки и всего организма). Несмотря на то, что эти структуры представляют собой чрезвычайно маловероятное состояние вещества, жизнь на Земле на протяжении миллиардов лет сохраняет и воспроизводит эти структуры. Более того, в процессе эволюции жизни создаются все более сложные, более упорядоченные формы. Может быть, именно эта «антиэнтропийная» функция составляет главное существо жизни. Два процесса постоянно сосуществуют в природе: созидание и разрушение. Жизнь олицетворяет созидательную функцию Природы.

4.2.3. Происхождение жизни на Земле

Чтобы судить о распространенности жизни в Космосе, важно уяснить, как возникла жизнь на Земле. Длительное время господствовали представления о непрерывном самопроизвольном возникновении живых организмов из неживой материи — теория самозарождения.

Считалось, что черви, насекомые, жабы и другие существа возникают из грязи и гниющих продуктов, а мыши, например, рождаются из пшеничных зерен. Этн представления, кажущиеся нам сегодня верхом наивности, были основаны на наблюдениях (разумеется, неправильно истолкованных) и просуществовали около 2 тысяч лет, со времен Аристотеля вплоть до эпохи Возрождения, когда точными опытами (Франческо Ричи и др.) была доказана их полная несостоятельность[223].

Вновь эта идея возродилась после открытия микроорганизмов (XVII век). Считалось, что микроорганизмы представляют собой промежуточное звено между живой и неживой природой и могут самопроизвольно возникать из неживого. Специально поставленные опыты с нагреванием питательной среды показали, что уничтоженные при кипячении микроорганизмы через несколько дней возрождались вновь. Обнаружить методическую ошибку в этих опытах удалось не сразу. Дискуссия о возможности самозарождения жизни на уровне микроорганизмов длилась целое столетие. В нее были вовлечены такие крупные ученые, как Ж. Л. Гей-Люссак, Г. Гельмгольц, Дж. Тиндаль и др. И только блестяще поставленные эксперименты Луи Пастера позволили поставить точку в этом вековом споре. Пастер доказал, что причиной, вызывающей рост микроорганизмов в стерильном бульоне, являются те же самые микроорганизмы, переносимые частицами пыли. Тем самым, он показал, что в мире микробов, как и среди высших организмов, любая форма жизни ведет свое происхождение от родительской формы. Тогда как же появились первые организмы на Земле?

Исследование земных пород показывает, что чем дальше продвигаемся мы в глубь геологической истории, тем более простые организмы встречаются в земных породах. Древнейшие породы содержат лишь следы простейших микроорганизмов, а еще более древние породы не несут никаких следов жизни. Значит, жизнь на Земле появилась в какой-то момент ее истории. По всем данным это случилось вскоре после сформирования Земли как самостоятельного небесного тела, вероятно, в первые сотни миллионов лет. Как это произошло? Теория биологической эволюции позволяет представить, как из более простых организмов возникли более сложные, но она не дает ответа на вопрос о происхождении жизни. Существует два различных подхода, две точки зрения на эту проблему. Согласно одной из них, жизнь занесена на Землю из Космоса; согласно другой, она возникла в процессе химической эволюции на первобытной Земле.

Идея заселения Земли из Космоса возникла под впечатлением крушения теории самозарождения. Поскольку тщательными экспериментами было установлено, что мертвая материя, сама по себе, не может превратиться в живую[224], то это наводило на мысль, что жизнь никогда и нигде не возникает, она существует вечно, наподобие материи или энергии. «Зародыши жизни», блуждая в мировом пространстве, время от времени попадают на подходящую по условиям планету и там они дают начало биологической эволюции. Таких взглядов придерживались, в частности, крупнейшие естествоиспытатели XIX века Г. Гельмгольц и У. Томсон. «Жизнь порождается только жизнью и ничем, кроме жизни», — говорил У. Томсон[225]. Он считал, что во Вселенной существует множество населенных миров, которые время от времени разрушаются, а их обломки рассеиваются в пространстве. Поэтому существует бесчисленное множество метеоритов, несущих семена жизни. Попадая на подходящие планеты они становятся естественной причиной возникновения на них жизни. Отметим, что спустя почти 100 лет, в 60-х годах XX века, в связи с исследованием углистых хондритов среди специалистов разгорелась жаркая дискуссия по поводу обнаружения в них внеземных микроорганизмов.

В начале XX века представления об «опылении» планет из Космоса были развиты и тщательно разработаны известным шведским химиком Сванте Аррениусом (1859–1927). Он считал, что споры бактерий могут уноситься с поверхности обитаемой планеты под действием электростатических сил, а затем выталкиваться за пределы планетной системы силой светового давления. Блуждая в космическом пространстве, споры могут осесть на поверхность более массивных пылинок. Это дает им возможность при прохождении вблизи какой-то звезды преодолеть ее световое давление и проникнуть во внутренние области планетной системы, где пылинка со спорами может быть захвачена одной из планет. Таким образом, живая материя может переноситься через межзвездное пространство от звезды к звезде, от одной планетной системы к другой. Споры легко переносят холод космического пространства, им не страшен и господствующий там вакуум. Свою теорию Аррениус назвал панспермией. На основании этой теории он считал, что все живые существа во Вселенной должны быть химически родственны.

Теория панспермии опирается на представления о вечности жизни. Во времена Гельмгольца, Томсона и Аррениуса эти представления казались вполне естественными, ибо Вселенная в целом считалась вечной и неизменной. Отдельные миры в ней возникали и разрушались, но сама Вселенная вечно оставалась такой, как она есть, и в ней вечно (на тех или иных мирах) могла существовать жизнь. Однако исходя из современных представлений об эволюции горячей Вселенной и ее возникновении из сингулярного состояния, жизнь (по крайней мере, в ее молекулярной форме) не могла существовать в ранней Вселенной, когда не было ни атомов, ни молекул. Следовательно, если даже теория панспермии может объяснить происхождение жизни на той или иной планете (например, на Земле), она оставляет открытым вопрос о том, как же первоначально возникла жизнь во Вселенной — на каких-то первомирах, откуда она начала потом свое распространение. Ниже мы еще вернемся к этому вопросу.

Другая трудность, с которой сталкивается теория панспермии, связана с неблагоприятными факторами космического пространства: ультрафиолет (УФ), жесткая (рентгеновская) радиация и космические лучи. Во времена Аррениуса эти факторы были плохо известны или неизвестны вовсе. Современные данные показывают, что незащищенные споры вряд ли выдержат путешествие через межзвездное пространство, хотя их приспособительные способности полностью не изучены (например, на Земле были обнаружены бактерии, выдерживающие дозу радиации в миллион рентген). Наиболее опасно, по крайней мере для земных микроорганизмов, ультрафиолетовое излучение. Дж. Гринберг и П. Вебер провели эксперименты, в которых они подвергали споры Bacillus subtilis УФ-облучению в вакууме при температуре подложки 10 К. На основе этих экспериментов было найдено, что в условиях межзвездной среды 90 % незащищенных спор должно погибнуть в течение 150 лет. Отметим, что этого времени вполне достаточно, чтобы оставшиеся 10 % могли покинуть планетную систему. Кроме того, УФ-излучение легко экранируется, поэтому микроорганизмы могут сохраняться даже на поверхности очень малых частиц космической пыли. Защита спор оболочкой из межзвездных пылинок, как считают Гринберг и Вебер, значительно повышают их шансы на выживание, особенно на наиболее опасном участке подлета к звезде. Но соединение споры с частицами космической пыли (оседание на эти частицы), согласно Аррениусу, как раз и является необходимым условием для преодоления светового давления и проникновения на поверхность «опыляемой» планеты. Поэтому возможность переноса микроорганизмов с помощью метеорных частиц не следует сбрасывать со счета. Выть может, какую-то роль в этом процессе могут сыграть также метеоры и кометные ядра, блуждающие в межзвездном пространстве. Во внутренних частях этих достаточно массивных тел живые организмы надежно защищены и от ионизирующей радиации, и от УФ-излучения. Основная проблема, по мнению академика А. А. Имшенецкого, состоит в возможности очень длительного сохранения клеток в состоянии глубокого анабиоза. Некоторые косвенные соображения, полагает он, такие как «старение белка», отсутствие абсолютно герметичных оболочек клеток и др., делают подобный анабиоз маловероятным. Этот вопрос остается пока открытым.

Существуют, однако, данные, указывающие на то, что жизнь не была занесена на Землю из Космоса. Дело в том, что, помимо основных элементов, таких как водород, углерод, азот, фосфор, сера и др., в состав земных организмов входят в совершенно ничтожном количестве так называемые «следовые» элементы: молибден, марганец, кремний, фтор, медь, цинк и др. Так вот, концентрация этих следовых элементов в бактериях, грибах, растениях и сухопутных животных тесно коррелирует с их концентрацией в морской воде. По мнению Д. Голдсмита и Т. Оуэна, это указывает на то, что жизнь на нашей планете возникла в земных морях, а не была занесена из Космоса, где относительное содержание следовых элементов могло быть совершенно иным.

Критикуя теорию панспермии, Тейяр де Шарден писал: «Зачем искать какие-то непонятные оплодотворяющие начала для нашей планеты в космическом пространстве? Сама молодая Земля по своему первоначальному химическому составу в целом и есть тот чрезвычайно сложный зародыш, который нам нужен. Если можно так выразиться, Земля несла в себе преджизнь врожденно…»[226]. Каким же образом из этого зародыша развилась жизнь, как возникла она из неживой (предживой) материи? Имея в виду химический состав земной жизни, этот вопрос можно свести к следующему: каким образом на Земле возникли сложные органические молекулы и как они смогли сформироваться в живые системы? Изучением этой проблемы и занимается теория химической эволюции.

Прежде всего возникает вопрос: почему живые организмы не образуются из неживой материи в настоящее время? Один из самых простых доводов состоит в том, что уже развившаяся на Земле жизнь не дает возможность новому зарождению жизни, так как микроорганизмы и вирусы, по образному выражению И. С. Шкловского, «буквально съедят первые ростки новой жизни». Фактически, до этого дело не доходит, так как условия на современной Земле исключают возникновение на ней жизни. На это обратил внимание А. И. Опарин (1894–1980) еще в 1924 г.; он указал, что синтезу органических веществ препятствует свободный кислород, имеющийся в избытке в земной атмосфере, поскольку он активно вступает в реакцию с углеродными соединениями, окисляя их до углекислого газа. Последующие лабораторные эксперименты подтвердили, что в богатой кислородом среде не могут спонтанно возникать химические соединения, входящие в состав живых организмов. Каковы же были условия на первобытной Земле и в какой мере они способствовали происхождению жизни? В этом вопросе нет полной ясности. Существует несколько различных моделей первобытной атмосферы Земли.

Одна из первых моделей была разработана в 1950-х годах известным американским геохимиком и планетологом Гарольдом Юри (1893–1981). Исходя из общей картины формирования Солнечной системы, он полагал, что состав первичной атмосферы Земли должен соответствовать составу того протопланетного облака, из которого образовалась Солнечная система. Поскольку самым обильным элементом в протопланетном облаке был водород, то атмосфера Земли должна была состоять в основном из простейших соединений водорода с другими наиболее обильными элементами: молекулярного водорода Н_2, водяного пара Н_2О, метана СН_4 и аммиака NН_3. Такой состав имеют нынешние атмосферы планет-гигантов. На Земле свободный водород в дальнейшем улетучился в межпланетное пространство, однако в первичной атмосфере он присутствовал в большом количестве. Такую атмосферу, содержащую большое количество водорода, называют восстановительной. Представление о восстановительном характере первобытной атмосферы получило широкое признание. Еще раньше Опарин высказал предположение, что химические реакции в восстановительной атмосфере должны были привести к образованию сложных органических соединений, на основе которых возникли первые живые существа.

Чтобы проверить это предположение, Г. Юри и его аспирант С. Миллер поставили свой знаменитый опыт, который положил начало экспериментальному исследованию процесса происхождения жизни. В колбе воды над столом они поместили смесь газов, соответствующую составу первичной атмосферы: Н_2, Н_2О, СН_4, NН_3; через эту смесь пропускался электрический разряд, который служил источником энергии. Через несколько дней в колбе с водой были найдены органические вещества. Химический анализ смеси дал волнующий результат — среди продуктов реакции оказались биологически важные соединения, в том числе четыре аминокислоты, входящие в состав белков: глицин, аланин, аспаргиновая и глутаминовая кислота. В дальнейшем аналогичные эксперименты были проведены многими другими исследователями. Использовались различные источники энергии: УФ-излучение, ударные волны, радиоактивный распад. Во всех случаях возникали биологически активные соединения, включая аминокислоты. При использовании в качестве источника энергии УФ-излучения наибольший выход аминокислот был получен, когда в смесь, предложенную Юри, добавляли сероводород (Н_25). В этих экспериментах были получены также простейшие жирные кислоты: уксусная, муравьиная и пропионовая. Важнейшими промежуточными продуктами синтеза являются цианистый водород (НСN) и формальдегид (НСНО). В серии последующих реакций цианистый водород образует азотистые основания, а формальдегид — сахара. Таким путем были синтезированы четыре основания РНК (аденин, гуанин, цитозин, урацил) и различные сахара, включая рибозу, которая входит в состав РНК; однако до сих пор не удалось синтезировать тимин, входящий в состав молекулы ДНК вместо урацила.

Эти успехи в какой-то мере были поколеблены, когда появились новые данные о составе первичной атмосферы. Основанием для пересмотра модели Юри послужило исследование распространенности инертных газов: неона, аргона, криптона и ксенона. Оказалось, что относительное обилие этих газов (по отношению к другим элементам) на Земле в миллионы раз меньше, чем на Солнце. Поскольку они не вступают ни в какие соединения и достаточно тяжелы для того, чтобы улетучиться из земной атмосферы (криптон и ксенон, например, тяжелее железа), то их обилие на Земле сейчас должно соответствовать их обилию в протопланетном облаке — если бы первичная атмосфера Земли сформировалась из него. Но так как этого нет, так как обилие благородных газов намного меньше, то ясно, что земная атмосфера не могла быть «захвачена», не могла образоваться непосредственно из протопланетного облака.

Одна из альтернативных моделей исходит из того, что первичная атмосфера образовалась из твердого вещества, богатого летучими элементами (водород, кислород, углерод, азот), которые присутствовали в нем в связанном виде, в составе молекул, содержащих эти элементы. По своему составу такое вещество напоминает вещество некоторых метеоритов и комет, еще сегодня существующих в Солнечной системе. При формировании Земли, на заключительной стадии ее образования, частицы вещества, богатого летучими элементами, сталкиваясь с Землей и нагреваясь при соударении, теряли летучие элементы. Так могла образоваться слабо восстановительная атмосфера, содержащая водяной пар (Н_2О), азот (N_2), окись углерода (СО) и углекислый газ (СО_2), а также небольшое количество водорода Н_2. Геологические данные свидетельствуют в пользу такой слабо восстановительной первичной атмосферы.

Наконец, еще одна модель исходит из того, что Земля сформировалась, вообще, без всякой атмосферы только из твердых материалов. Атмосфера возникла позднее, вследствие дегазации, т. е. выделения газов из земной коры, разогретой за счет распада коротко живущих радиоактивных изотопов. Этот процесс должен был привести к формированию такого же состава атмосферы, как и в предыдущей модели: Н_2О, N_2, СО, СО_2. Что касается водорода, то земное тяготение не в силах удержать его и он со временем улетучивается из атмосферы.

Новые модели первичной атмосферы не закрывают путь к синтезу органических соединений. Эксперименты показали, что и в слабо восстановительной атмосфере, содержащей мало свободного водорода, также могут возникать сложные органические молекулы. В некоторых экспериментах водород, вообще, не включали в смесь газов. В одном из таких экспериментов было получено 12 аминокислот (из тех 20-ти, что входят в состав белковых молекул). Таким образом, многочисленные эксперименты но абиогенному синтезу продемонстрировали возможность образования основных классов биологически важных соединений — мономеров, которые служат строи тельными блоками для построения более сложных молекул (полимеров). При этом, как выяснилось, совершенно не обязательно, чтобы процесс проходил в чрезвычайно богатой водородом (сильно восстановительной) среде, которая соответствует опытам Миллера-Юри. Достаточна и слабо восстановительная атмосфера, лишь бы она не была окислительной. То есть наиболее сущест венное требование состоит в отсутствие свободного кислорода в атмосфере. В богатой кислородом атмосфере не могут самопроизвольно синтезироваться органические соединения, входящие в состав живых организмов. Впрочем, существуют, по крайней мере, два источника органических соединений, которые не зависят от состава атмосферы.

Один из них был указан советским биофизиком Л. М. Мухиным — это подводные вулканы. Они поставляют одновременно и исходное сырье, и энергию, необходимую для синтеза органических соединений. В зоне действия подводного вулкана выделяется большое количество таких газов, как: СО, СН_4, NН_3, СО_2, Н_2О, Н_2, Н_25 и др. Реакции, происходящие между ними в условиях высоких температур и давлений, приводят к образованию цианистого водорода и формальдегида, которые являются предшественниками биологически важных органических веществ (мономеров). Образующиеся в процессе извержения твердые частицы могут выступать в роли катализаторов, а в дальнейшем они способствуют полимеризации образующихся органических соединений (см. ниже). Действующий в районе подводных вулканов механизм образования сложных соединений не зависит от состава атмосферы.

Еще один не зависящий от атмосферы источник возвращает нас в Космос — это кометы и метеоры. В составе комет имеются простейшие углеродные соединения, такие как СН, СN, СО, СО_2, а также вода, аммиак, цианистый водород, т. е. как раз те вещества, которые являются исходными для синтеза более сложных органических соединений. При столкновении кометных ядер с первобытной Землей эти вещества могли поступать в атмосферу и на поверхность, обогащая их первичными органическими соединениями. Не исключено, что в составе комет есть и более сложные соединения, включая аминокислоты. В. Г. Фесенков рассматривал столкновения Земли с кометами, как один из важнейших источников поступления органических соединений. К сожалению, его работы в то время (1950-1960-е годы) не привлекли должного внимания. Но спустя несколько десятилетий этот механизм стал активно изучаться многими исследователями. По оценкам Дж. Гринберга и В. Схутте (1984 г.), ядро массивной кометы, столкнувшись с Землей, может внести на ее поверхность такое количество органической материи, которое по порядку величины сравнимо со всей нынешней земной биомассой. Это могло бы (отмечают они) вызвать вспышку химической активности и послужить толчком к зарождению жизни.

Среди метеоритов наибольший интерес, применительно к обсуждаемой проблеме, представляют так называемые углистые хондриты. Это класс каменных метеоритов, отличающихся повышенным содержанием углерода. Еще в первой половине XIX века в составе углистых хондритов были обнаружены органические вещества. Природа их длительное время оставалась неизвестной, так как всегда очень трудно отделить органические соединения, входящие в состав самого метеорита, от «загрязнений», приобретенных при его полете в атмосфере, ударе о поверхность и, наконец, при сборе образцов метеорита. Поэтому сообщениям об обнаружении органических соединений в метеоритах обычно не придавалось большого значения. Интерес к этой проблеме возрос после того, как в 1960 г. Мелвин Кальвин и Сьюзен Вон доложили об обнаружении в метеорите Мюррей (упавшем в 1950 г. в штате Кентукки, США) довольно сложных органических соединений — высокомолекулярных парафиновых углеводородов, похожих по составу на нефть, а также вещества, напоминающего цитозин. Эта работа вызвала очень жаркую дискуссию. В 1961 г. другая группа американских ученых исследовала метеорит Оргейль (упавший во Франции в 1868 г.), в котором ранее было обнаружено вещество, похожее на углеводороды. Они подтвердили этот результат и показали, что некоторые углеводороды содержат цепочки из 29 атомов. Несмотря на то, что сами исследователи исключали возможность «загрязнения» земными образцами, вопрос оставался открытым.

Проблему удалось решить лишь после того, как в 1970-х годах был исследован с применением более совершенных аналитических методов метеорит Мерчисон, упавший в Австралии в 1969 г. В составе этого метеорита было обнаружено 16 аминокислот; из них только 5 относятся к числу тех, из которых конструируются белковые молекулы, а остальные 11 относятся к тем аминокислотам, которые не входят в состав живых организмов на Земле. Впоследствии число обнаруженных аминокислот было доведено до 50 и оказалось, что только 8 из них входят в состав белковых молекул. Далее, как показал анализ, в метеорите Мерчисон в одинаковом количестве встречаются и левые, и правые молекулы. Все это указывает на небиологическое (а значит, внеземное) происхождение аминокислот в метеорите Мерчисон. В нем были найдены также азотистые основания: аденин, гуанин, урацил и другие углеродные соединения. Исследование изотопного состава показало, что отношение изотопов углерода 12С и 13С отличается от их отношения в земных организмах, что также свидетельствует о внеземном происхождении углеродных соединений в этом метеорите. Впоследствии аминокислоты были обнаружены также в метеорите Мюррей. Кроме того, в углистых хондритах были найдены жирные кислоты и другие биологически важные молекулы.

Таким образом, дискуссия об органических соединениях в метеоритах (очень острая в первые годы становления проблемы SETI) завершилась признанием их абиогенного, внеземного происхождения. Однако к моменту, когда это было установлено, острота проблемы уже спала. Это связано с обнаружением методами радиоастрономии органических молекул в межзвездных газопылевых облаках (см. п. 2.1.4); среди них: аммиак, цианистый водород, формальдегид, ацетальдегид, цианоацетилен и вода, т. е. те молекулы, которые в лабораторных опытах по моделированию химической эволюции рассматриваются как предшественники аминокислот, нуклеотидов и углеводов. Эти открытия, в сочетании с обнаружением органических веществ в кометах и метеоритах, свидетельствуют о том, что повсюду во Вселенной (по крайней мере, в нашей Галактике) в широких масштабах происходит синтез биологически важных соединений, в том числе основных мономеров генетической системы. Как подчеркивает Н. Хоровиц, этот процесс представляет собой явление космического масштаба. Поэтому не исключено, что органические соединения (по крайней мере, часть из них), которые легли в основу первых живых организмов, имели внеземное происхождение. Вещество метеоритов и комет, падавших на первобытную Землю, могло послужить источником органических молекул и, тем самым, ускорить процесс химической эволюции на Земле. Так или иначе, но образование основных строительных блоков биохимии, в свете современных данных, не представляет собой серьезную проблему. Но это лишь первый шаг на нуги к жизни. Следующий шаг должен состоять в полимеризации — образовании полимеров, молекулы которых входят в состав живой клетки.

Этот процесс, по-видимому, протекал в первобытном океане, который представлял собой довольно насыщенный раствор органических соединений (первичный бульон), а также в более мелких водоемах. Но как это происходило? При синтезе полимеров на каждом этапе к растущей цепи присоединяется очередной мономер. При этом потребляется определенная энергия и выделяется молекула воды. В живой клетке специально вырабатываются богатые энергией молекулы, и, кроме того, весь процесс протекает под контролем соответствующих белков-ферментов, которые не только ускоряют реакции, но и устраняют ненужные молекулы В «первичном бульоне» отсутствовали ферменты, под действием которых могли синтезироваться нуклеиновые кислоты, и отсутствовали эти кислоты, которые управляют синтезом белков-ферментов. При этом необходимые для синтеза молекулы составляли только часть (и вероятно, не очень значительную) общего количества растворенных органических соединений. Как при этих условиях могли образоваться первые полимеры — остается не ясным.

Как ни странно, важную роль в этом процессе могла сыграть обыкновенная глина, имеющаяся у берегов и на дне водоемов. Частицы глины обладают высокой абсорбционной способностью, что позволяет, с одной стороны, увеличивать концентрацию оседающих на них органических соединений, а с другой, — удалять лишние молекулы, в том числе образующиеся при полимеризации молекулы воды. Кроме того, структура атомных решеток в глинистых минералах могла бы послужить в качестве матриц для упорядочения органических молекул. Действительно, эксперименты показали, что некоторые глинистые минералы способствуют полимеризации, помогая выстраивать в цепочки отдельные мономеры. И все же образование полимеров в первобытных водоемах остается пока одной из величайших загадок.

Следующая проблема — образование внутренней среды живой клетки. Если в растворе каким-то образом сформировались органические полимеры, то при достаточно высокой концентрации они, как показывают исследования, будут объединяться в крупные молекулярные агрегаты, насчитывающие сотни тысяч молекул. Такие агрегаты выделяются из раствора в виде коацерватных капель. При наличии подходящих молекул коацерватные капли окружаются мембраной. В результате образования коацерватных капель в первобытном океане в них могли сконцентрироваться почти все присутствующие в океане белковые молекулы и другие полимеры, а в окружающей среде остаться только сравнительно простые низкомолекулярные соединения. По мнению академика А. И. Опарина, коацерватные капли могли послужить прообразом живой клетки. Внутри таких капель протекают простые химические реакции. При этом они обладают способностью улавливать и впитывать необходимые вещества из окружающего их низкомолекулярного раствора. В этой способности Опарин видит зачатки обмена веществ, характерного для живой клетки. Возможно, образование коацерватных капель, действительно, сыграло определенную роль на пути формирования жизни, и все-таки коацерватная капля — это еще не клетка с ее очень тонкой структурой и организацией. Чтобы из коацерватной капли сформировать клетку, в нее, образно говоря, надо вдохнуть душу. Прежде всего надо создать и поместить внутри клетки прекрасно отлаженный механизм наследственности. Каким образом появился этот механизм — остается совершенно неясным. Если бы даже каким-то чудом в первобытном океане возникла настоящая молекула ДНК, вполне подобная современной, она была бы совершенно беспомощна; ведь, как мы уже не раз отмечали, молекула ДНК функционирует лишь при наличии белков-ферментов. Мы уже не говорим о необходимости иметь в дополнение к ДНК несколько видов РНК и такие клеточные структуры, как рибосомы. Возникновение механизма наследственности, по-видимому, является центральной проблемой происхождения жизни на Земле.

И. С. Шкловский выделяет в этом процессе следующие этапы:

1) эволюция малых молекул (образование мономеров);

2) образование полимеров;

3) возникновение каталитических функций;

4) самосборка молекулы;

5) возникновение мембран и доклеточная организация;

6) возникновение механизма наследственности;

7) возникновение живой клетки.

В настоящее время мы достаточно ясно представляем себе только первый этап и в какой-то мере приблизились к пониманию второго. Все остальное остается совершенно неясным. Несмотря на казалось бы большие успехи, наука все еще очень далека от понимания процесса происхождения жизни. Складывается впечатление, что чем больше мы узнаем о тайнах живой клетки, тем меньше понимаем, как могло возникнуть это чудо природы. Крупнейший российский ученый академик В. И. Вернадский подчеркивал, что отсутствие перехода от неживого вещества к живому — это не гипотеза и не теоретическое построение, а обобщение, основанное на эмпирических данных. Он считал, что жизнь во Вселенной существует вечно и привнесена на Землю из Космоса.

В последнее время под влиянием отмеченных трудностей интерес к панспермии возрождается вновь. При этом, наряду с анализом классического варианта теории, предложенного Аррениусом, была выдвинута идея о направленной панспермии, согласно которой жизнь занесена на Землю из Космоса, но не случайно, а в результате сознательной деятельности высокоразвитых внеземных цивилизаций. Наиболее полно эта идея была обоснована Ф. Криком и Л. Оргелом в 1973 г., хотя и раньше подобные мысли высказывались другими учеными, например, Дж. Холдейном, а еще раньше К. Э. Циолковским[227]. В отличие от своих предшественников, которые исходили из общих умозрительных соображений, Крик и Оргел пытались обосновать гипотезу панспермии с биологических позиций. Одним из важнейших аргументов в пользу направленной панспермии они считают универсальность генетического кода Ведь в условиях спонтанного возникновения жизни путем химической эволюции множества молекул можно ожидать образования организмов с различными системами генетического кода. Между тем, известно (мы уже упоминали об этом), что все живые организмы на Земле — от бактерий до человека — используют один и тот же универсальный генетический код.

Выше отмечалось, что данные о концентрации следовых элементов в живых организмах как будто указывают на то, что жизнь возникла на самой Земле (хотя мы и не знаем, как это произошло). Возможно, направленная панспермия, если она действительно имеет место, осуществляется на уровне преджизни, т. е. переносится лишь управляющая программа, а для построения «тела» клетки используются те элементы, которые имеются в окружающей среде. Это могло бы объяснить корреляцию содержания следовых элементов в живых организмах и в морской воде.

Более важным для теории панспермии является вопрос: как возникла жизнь в тех мирах, откуда она начала свои распространение? Как первоначально возникла жизнь во Вселенной? Это вновь возвращает пас к проблеме вечности жизни. Несомненно, жизнь, в той или иной конкретной форме, возникает на определенном этапе эволюции Вселенной и существует в течение определенного ограниченного времени. Но формы жизни могут сменять друг друга, эволюционируя вместе с развитием Вселенной в бесконечных циклах ее расширения и сжатия. Когда очередная вселенная возникает из вакуумной пены, в ее зародыше, возможно, уже содержится программа ее дальнейшего развития, включая и образование жизни. В течение какого-то времени она существует в потенциальном виде, на уровне преджизни, а затем (подобно зерну, попавшему в благоприятную почву и завершившему подготовительный период) «прорастает» к активной форме. Как это происходит, как совершается переход от преджизни к жизни — мы пока, к сожалению, не знаем.

4.2.4. Химия и физика чужой жизни

До сих пор речь шла о жизни на Земле. Теперь, опираясь на данные о земной жизни, мы должны обсудить вопрос о возможных формах жизни в Космосе. Этот вопрос имеет две стороны: физические основы и химические формы жизни. Жизнь на Земле построена на молекулярной основе. Можно думать, что жизнь за ее пределами, по крайней мере определенный тип внеземной жизни, также имеет молекулярную природу. Остановимся прежде всего на молекулярной жизни. Химический состав и строение молекул, лежащих в основании чужой жизни, вообще говоря, может отличаться от земных. Следовательно, можно говорить о различных формах молекулярной жизни, о различной химии жизни.

Живые существа на Земле на 95 % состоят из водорода, кислорода, углерода и азота. Но это (не считая гелия) как раз самые распространенные элементы во Вселенной[228]. Поэтому весьма вероятно, что они входят также и в состав внеземных организмов. Если это так, то внеземная жизнь, как и жизнь на Земле, будет основана на углеродных соединениях. Именно углерод в этом случае составит основу (каркас) внеземной жизни. В пользу такого заключения говорит и обилие органических соединений в межзвездной среде, в том числе достаточно сложных соединений. Вряд ли это обстоятельство является случайным, и готовые биохимические блоки не находят себе дальнейшего применения. Можно думать, что в определенных условиях, на определенном этапе, действительно, возникает жизнь, основанная на углеродных соединениях. Но это, конечно, не означает, что живая материя всюду состоит точно из таких же молекул, как на Земле. Прежде всего для построения внеземных белков могут использоваться другие аминокислоты, отличные от тех 20-и аминокислот, которые входят в состав земных организмов. Генетические системы внеземной жизни также не обязательно должны быть химически идентичны нашим. Возможно, что в состав внеземных организмов не входят известные нам белки, ДНК и РНК. Но в таком случае там должны быть молекулы, выполняющие аналогичные функции.

Следующий вопрос связан с природой растворителя. Земная жизнь в качестве растворителя использует воду. Это сразу определяет температурный диапазон земной жизни: от 0 до 100 °C. Возможны ли другие типы растворителя? Надо сказать, что вода — это уникальное вещество, обладающее очень ценными свойствами. Прежде всего она прекрасно растворяет разнообразные органические соединения. Далее, вода обладает высокой теплоемкостью и высокой теплотой парообразования. Это позволяет, с одной стороны, сглаживать резкие изменения внешней температуры окружающей среды, а с другой, — регулировать внутреннюю температуру организма путем отвода тепла, выделяемого внутри клетки, за счет испарения небольшого количества воды. Имеет значение и высокое поверхностное натяжение воды: в живой клетке оно способствует концентрации твердых веществ вблизи мембраны. Этим уникальные свойства воды не исчерпываются. Тем не менее она не является единственно возможным растворителем.

Хорошо растворяет органические вещества также аммиак, который и по другим свойствам приближается к воде. По составу органические соединения, растворимые в аммиаке, отличаются от привычных нам «водноуглеродных». Чтобы установить соответствие между ними, надо заменить в обычных органических соединениях кислород на аминовую группу NН, а гидроксильную группу ОН заменить на амин NН_2. Так, этиловому спирту С_2Н_5ОН будет соответствовать соединение С_2Н_5NН_2. Таким способом можно построить аналоги обычных аминокислот и аналоги состоящих из них белковых соединений. Так же могут быть построены аналоги ДНК и РНК с их кодом наследственности. Если такие аммиачные организмы существуют, то процессы метаболизма в них отличаются от метаболизма земной жизни. Земные организмы пьют воду и дышат кислородом, а «аммиачные» организмы пьют аммиак и дышат азотом. При нормальном давлении аммиак сохраняется в жидком состоянии в интервале температур от —70 °C до —33 °C. Следовательно, аммиачная жизнь может существовать только при очень низкой температуре. В Солнечной системе подобные условия могут иметь место в атмосферах планет-гигантов, где имеется и достаточное количество аммиака. В настоящее время нет никаких данных о существовании аммиачной жизни, но принципиально такая возможность существует.

Кроме аммиака и воды в качестве возможных растворителей рассматривались метиловый спирт, фтористоводородная кислота (НF) и цианистый водород. Считается, что использование их в качестве растворителя маловероятно, но полностью исключить такую возможность мы не можем. Отметим, что метиловый спирт сохраняется в жидкой фазе при весьма широком диапазоне температур — от —94 °C до + 65 °C, что соответственно расширяет возможности «метилово-углеродной» жизни.

До сих пор речь шла о различных формах углеродной жизни. Но нельзя ли еще больше расширить ее возможности (и диапазон условий существования) за счет перехода к неуглеродным формам? Конечно, использование углерода в качестве основного элемента жизненно важных молекул является не случайным. Выше мы уже говорили о тех свойствах углерода, которые используются при построении биохимических соединений. Благодаря своим химическим свойствам (наличию сильных ковалентных связей) углерод способен образовывать длинные молекулярные цепи, создавая практически неисчислимое множество сложных и вместе с тем стабильных молекул. Более того, поскольку ковалентные связи имеют пространственную ориентацию, углеродные цепи формируются в гигантские трехмерные структуры, которые характерны для активной фазы жизненно важных молекул. Атомы углерода образуют «несущий каркас» (скелет) этих пространственных конструкций. Существуют ли другие элементы с подобными свойствами?

Ближайшим к углероду четырехвалентным элементом является кремний. В периодической системе элементов Менделеева он расположен в одной группе с углеродом, непосредственно под ним. Обилие кремния во Вселенной меньше, чем углерода, но все же он достаточно распространенный элемент; на Земле, например, его много больше, чем углерода. Можно ли на основе кремния построить длинные молекулярные цепи? Связь между атомами кремния приблизительно вдвое слабее, чем между атомами углерода. Но главное не в этом; главное в том, что связь кремний-кремний много слабее связи кремний-кислород и кремний-водород. Поэтому длинные цепочки, основанные на структуре — Si — Si — Si — Si—, создать сложно. Но эта трудность не является непреодолимой. Оказалось, что можно создать кремниевые полимеры на основе кремний-кислородных связей, т. е. на основе цепочки: —Si — O—Si — O—, где атомы кремния чередуются с атомами кислорода. Такие полимеры (силоксаны) стабильны и могли бы послужить основой «кремний-органической» жизни.

В условиях относительно низких температур, которые господствуют на поверхностях планет, кремний-органическая жизни не может возникнуть. Этому препятствует чрезвычайно сильное сродство кремния к кислороду. При температуре меньше 1000 К даже в очень богатой водородом восстановительной атмосфере кремний вместо того, чтобы соединиться с водородом и образовать силан SiH_4 (аналогичный метану в химии углеродных соединений), соединяется с кислородом, присутствующим пусть в самом ничтожном количестве, и образует двуокись кремния SiO_2. Однако при высокой температуре, больше 1 000 К, простейшие кремний-органические соединения, такие как силан, все же образуются. Наряду с другими кремний-водородными соединениями они могут стать исходным материалом для образования более сложных кремний-органических молекул. Следовательно, жизнь на основе кремния может возникнуть только в условиях высоких температур, которые имеют место в атмосферах звезд или в недрах планет. В связи с этим невольно возникает вопрос: может быть, не так уж не правы были те ученые, которые допускали возможность существования жизни на Солнце? Конечно, с нашей обычной точки зрения, это совершенно экзотические формы жизни.

Большинство специалистов все же скептически относятся к возможности существования жизни на кремниевой основе, полагая, что жизнь может быть построена только на основе углеродных соединений. Выступая на советско-американской конференции CETI в 1971 г., К. Саган назвал эту точку зрения «углеродным шовинизмом».

По его мнению, основанием для такой точки зрения является лишь то обстоятельство, что ее приверженцы сами состоят из углерода. Саган призвал к свободному от антропофорфизма непредубежденному обсуждению проблемы. Надо признать, что психологически это довольно трудно, ибо мы склонны абсолютизировать известные нам вещи. На основе имеющихся на сегодня данных можно заключить, что знакомая нам водно-углеродная жизнь, к которой принадлежим мы сами, по-видимому, является достаточно типичной и должна возникать во всех случаях при наличии условий, близких к тем, которые имели место на первобытной Земле. В то же время в других условиях могут существовать иные формы углеродной жизни, с использованием других веществ в качестве растворителей (например, упомянутая выше аммиачная жизнь). И наконец, нельзя исключить существования не углеродной жизни, хотя здесь нет, по-видимому, безграничного разнообразия возможностей.

Впрочем, и в рамках углеродной жизни можно встретиться с совершенно необычными формами. На одну такую возможность, связанную со сверхпроводимостью, указал В. Л. Гинзбург: Высокотемпературная сверхпроводимость наиболее легко достигается для слоистых и нитевидных соединений. Но именно такие структуры лежат в основании живых систем. Поэтому можно допустить, что на каких-то других планетах в состав живых организмов входят сверхпроводящие вещества, созданные в процессе эволюции. Можно представить, какими необычными свойствами обладала бы такая жизнь!

Обратимся теперь к физическим основам жизни. Мы рассмотрели жизнь на молекулярной основе. Является ли это единственной возможностью? Известный английский астрофизик Ф. Хойл в своем замечательном романе «Черное облако» описал смешанный тип жизни, в котором используются как химические, так и электромагнитные процессы.

Облако представляет собой систему размером с орбиту Венеры и с массой, равной приблизительно массе Юпитера. Оно состоит из обычного вещества (газа и пыли) и свободно перемещается в межзвездном пространстве, время от времени приближаясь к какой-либо звезде для подзарядки энергией. Эта энергия используется, в частности, для синтеза необходимых Облаку молекул, из которых строятся его управляющие и информационные системы, мозг Облака. Передача информации внутри Облака осуществляется не посредством химических процессов, как в случае земной жизни, а непосредственно с помощью электромагнитных волн. Это дает ряд преимуществ, прежде всего в скорости и объеме передаваемой информации, и позволяет сформировать единый сверхорганизм таких гигантских размеров. Несомненно, Хойл использовал жанр фантастического произведения, чтобы выразить свои мысли о возможных формах внеземной жизни и ее отличии от жизни земной. В романе содержится много остроумных и поучительных соображений на эту тему, но мы на них останавливаться не можем. Отметим, что такие гигантские системы позволяют преодолеть еще один вид «шовинизма» в представлениях о внеземной жизни, так называемый «планетный шовинизм», т. е. убеждение в том, что жизнь во Вселенной может развиваться только на планетах. Одновременно преодолевается и стереотип жизни, для которой обязательно необходима жидкая внутренняя среда.

Химические процессы основаны на электромагнитном взаимодействии. С этой точки зрения Черное облако и земная жизнь относятся к одному типу. Более радикальные отличия связаны с переходом к типам жизни, основанным на других видах взаимодействий: сильных и гравитационных. Разумеется, все соображения в этой области относятся к чисто умозрительной сфере, но они представляют интерес, так как позволяют осознать круг проблем, с которыми мы можем встретиться при изучении внеземной жизни.

Идея о возможности существования жизни на уровне элементарных частиц была высказана Дж. Коккони — одним из тех ученых, кто находился у истоков становления проблемы SETI (см. гл. 1). Оценивая ее, академик В. Л. Гинзбург отмечал: «Вряд ли такую идею можно счесть абсурдной, поскольку известно около двух сотен сортов таких частиц. Это значительно больше, чем основных “кирпичиков”, из которых построено обычное вещество. Поэтому в принципе не исключена возможность появления или создания достаточно сложной и даже “живой” системы из элементарных частиц.

Разумеется, это пока лишь чистая спекуляция, фантазия, но не лженаука»[229]. В каких условиях может возникнуть подобная форма жизни? Ф. Дрейк указал, то подходящим местом могли бы оказаться внешние слои нейтронной звезды. В 1975 г. французский астрофизик Ж. Шнейдер проанализировал возможность «ядерной жизни» на нейтронных звездах. Этот вопрос обсуждается также в неоднократно упомянутой нами книге Д. Голдсмита и Т. Оуэна «Поиски жизни во Вселенной».

Температура на поверхности нейтронной звезды составляет 10^6 К, а сила тяжести в 10^12 раз превышает силу тяжести на поверхности Земли. В таких условиях ни одна молекула, пи один атом не могут существовать. Это мир элементарных частиц, которые мечутся со скоростями порядка 1000 км/с, сталкиваясь и взаимодействуя друг с другом. При таких взаимодействиях могут возникать ядра, насчитывающие десятки тысяч элементарных частиц, которые по сложности можно рассматривать как аналоги живой клетки или, по крайней мере, аналоги макромолекул, лежащих в основании химической жизни. Время жизни подобных ядер порядка 10-15 с. По нашим земным меркам, это время ничтожно мало, но надо иметь в виду, что временной масштаб ядерной жизни совершенно несоизмерим с нашим временным масштабом. В основе земной жизни лежат химические реакции, характерная длительность связанных с ними жизненных процессов составляет ~ 10-3 с. Характерное время для процессов «ядерной жизни»~ 10-21 с (время, в течение которого нуклон на поверхности нейтронной звезды проходит расстояние, равное своему размеру). Отношение характерных времен составляет 10^18. Это и есть тот масштабно-временной фактор, на который процессы «ядерной жизни» отличаются от нашей молекулярной жизни. Таким образом, времени существования «живых ядер» (10-15 с) соответствует 10^3 с для молекулярной жизни. А это как раз равно по порядку величины минимальной продолжительности поколений у земных организмов. Длительность биологической эволюции на Земле составляет ~ 10^17 с, соответствующее время эволюции «ядерной жизни» ~ 10-1 с. Если принять характерное время жизни земной цивилизации 10^4 лет, то соответствующее время для цивилизации на нейтронной звезде составит 3 10-7 с.

Предположим, что эти цивилизации используют для связи электромагнитные волны. Можно с уверенностью утверждать, что они не остановятся ни на радиоволнах, ни на волнах видимого света, ибо в их масштабе времени световые колебания (не говоря уже о радиоволнах) имеют слишком низкую частоту. Вероятней всего они будут использовать гамма-кванты, возникающие при взаимодействии между элементарными частицами на поверхности нейтронной звезды. Частота гамма-квантов соответствует временному масштабу «ядерной жизни». Если мы хотим установить контакт с подобной цивилизацией, мы должны быть готовы зарегистрировать (возможно, очень большой) объем информации в течение ничтожных долей наносекунды. Справившись с этой задачей, мы можем спокойно расшифровывать полученную информацию в привычном для нас темпе, но мы никогда не сможем ответить им, даже в том случае, если бы сами находились на поверхности нейтронной звезды, ибо прежде чем мы осознаем первый бит информации, эта эфемерная цивилизация перестанет существовать.

Впрочем, может быть, несмотря на быстротечность реакций, лежащих в основании ядерной жизни, возникшие на ее базе цивилизации могут существовать в течение всего времени жизни нейтронной звезды — для них это было бы равносильно практической бесконечности.

«Ядерная жизнь» основана на сильных взаимодействиях между элементарными частицами, образующими «живое ядро». Другой крайний, с нашей точки зрения, случай представляет жизнь, основанная на гравитационном взаимодействии. Возможно ли это? Характерная структурная единица «гравитационной жизни» должна быть достаточно велика, чтобы сила гравитации преобладала над сильным и электромагнитным взаимодействиями — она должна быть сопоставима с размерами звезд. Если это так, если отдельные звезды в системах «гравитационной жизни» играют такую же роль, как атомы и молекулы в химической жизни, то аналогом живой клетки могли бы быть галактики. Поскольку характерное время взаимодействия между отдельными звездами в галактиках (многие миллионы лет) очень велико по сравнению с длительностью химических реакций (10-3 с), то миллиарды лет существования галактик во временном масштабе «гравитационной жизни» соответствуют лишь первым секундам эволюции химической жизни. Значит, «гравитационная жизнь» (если о ней, вообще, можно говорить), по существу, еще не успела возникнуть.

Надо признать, что когда мы пытаемся размышлять о «ядерной» или гравитационной жизни, мы испытываем большие психологические затруднения, ввиду необычности этих форм жизни и совершенно непривычных для нас пространственно-временных рамок. И все же логически мы не можем исключить возможность такой жизни, хотя она с трудом поддается нашему воображению. Наши представления о ней неизбежно грубы, заведомо не совсем правильны, но, думая в этом направлении, мы подготавливаем наше сознание к принятию существующей Реальности во всем ее многообразии.

Впрочем, обязательно ли не химические формы должны быть связаны с «ядерной» или «гравитационной» жизнью? Ведь в беспредельном Космосе, неисчерпаемом как вширь, так и вглубь (возможно в иных пространственных измерениях) могут существовать неизвестные нам более тонкие виды материи, подчиняющиеся другим закономерностям, другим типам взаимодействий. С этими видами материи могут быть связаны какие-то иные неведомые нам формы жизни. В этой связи представляет интерес гипотеза академика РАМН В. П. Казнечеева о сосуществовании на Земле двух форм жизни: белково-нуклеиновой и «полевой» («энерго-информационной»), Основываясь на экспериментах по передаче информации от клетки к клетке, проведенных в Институте клинической и экспериментальной медицины Сибирского отделения АМН СССР, Казначеев пришел к выводу, что земные существа представляют собой симбиоз различных форм живого «вещества» (живой материи), включая «полевые» формы; причем белково-нуклеиновые тела клеток являются только «носителями» информационных полей, которые простираются безгранично[230]. Возникает в связи с этим такой вопрос: не является ли полевая форма внутренней сущностью белково-нуклеиновой жизни (той внутренней стороной жизни, о которой говорил Тейяр де Шарден)? Казначеев ничего не говорит о природе полевой составляющей, но судя по всему, она не сводится к известным физическим полям. Отметим, что, согласно Казначееву, «полевая» жизнь существует в Космосе изначально, вечно перерабатывая потоки энергии, создавая те или иные структуры материи. Можно принять такую концепцию, если допустить, что «полевая» составляющая жизни принадлежит к более тонким мирам, находящимся за пределами физического вакуума, и потому может свободно проходить через сингулярное состояние[231] вселенных, рождающихся из вакуумной пены. Это могло бы обеспечить передачу информации от одного цикла Вселенной к другому, включая программу развития нового цикла со всем богатством развивающихся в нем форм жизни и разума.

(Похожий сценарий передачи информации через сингулярность с помощью нейтринного сигнала описан С. Лемом в романе «Голос Неба». Возможность прохождения нейтринного сигнала через сингулярность остается весьма проблематичной, но «полевая» составляющая, принадлежащая более тонким нефизическим мирам, может быть совершенно не чувствительна к физической сингулярности.)

К представлениям о «полевой» жизни тесно примыкают идеи К. Э. Циолковского о существовании «тонких» форм жизни, «неизвестных разумных сил», построенных на основе «несравненно более разреженной материи». Циолковский считал, что в перспективе изменится и физическая основа человечества, которое из «вещественного» превратится в «лучистое».

Гипотеза о полевой форме жизни позволяет по-новому взглянуть на теорию панспермии. Жизнь может быть привнесена на Землю не в виде спор и бактерий, а в полевой форме, т. е. в форме гипотетических постоянно действующих во Вселенной «биологических» энергоинформационных полей, под действием которых при наличии необходимых условий формируются биологические макромолекулы и состоящие из них живые системы[232].

Отметим, что, с точки зрения современных представлений о процессах самоорганизации материи, существование разнообразных форм жизни, основанных на различных материальных носителях, не только возможно, но и необходимо. «Такие процессы в материальном мире, — пишет Б. Н. Пановкин, — … носят, по-видимому, достаточно широкий и общий характер и, вообще, не привязаны к какому-то определенному материальному субстрату. Последнее означает, что самоорганизующиеся высокоорганизованные системы в принципе могут возникать не только на белковом субстрате, но и на любом подходящем материале. Самоорганизация является всеобщим свойством материи и может возникать в различных формах при подходящих условиях»[233].

4.2.5. Жизнь на планетах и в межзвездной среде

Мы привыкли, как говорится, все «мерить на свой аршин», отсюда мы полагаем, что на многих мирах возможны близкие к нашему миру условия и потому, де, возможна и жизнь. Мы не мыслим себе жизнь вне наших земных условий, вне нашей «органической» материн. Безусловно, существует бесчисленное множество миров с условиями очень похожими на наши, но полного сходства нет и не может быть ни с какой-либо другой планетой. Зато, несомненно, жизнь существует решительно на всех мирах, только формы се могут значительно разниться от наших, а подчас достигать такой чудовищно огромной разницы, что мы не можем составить об этих условиях ни малейшего представления.

Н. Уранов

Нам остается рассмотреть возможности существования жизни на различных астрономических объектах, прежде всего на планетах Солнечной системы. Если говорить о водно-углеродной жизни, то единственной пригодной для такой жизни планетой Солнечной системы считается Земля.

Меркурий обращается слишком близко к Солнцу, максимальная температура поверхности на его дневной стороне достигает почти 480 °C, а во время длинной меркурианской ночи падает до —170 °C. Может быть, где-то на границе дня и ночи в течение короткого периода времени на Меркурии достигаются удовлетворительные температурные условия, но на нем нет воды и отсутствует сколько-нибудь значительная атмосфера; в отсутствие последней Меркурий подвергается очень интенсивному ультрафиолетовому облучению от Солнца. Эти условия совершенно непригодны для земной жизни.

Расположенная за Меркурием Венера благодаря парниковому эффекту также имеет очень высокую температуру поверхности, около 460 °C, которая практически не меняется в течение суток. При такой температуре плавятся даже металлы: олово, свинец, цинк, и, конечно, никакие белковые соединения при таких условиях существовать не могут. Мощная атмосфера Венеры состоит в основном из углекислого газа (96 %), азота (3,5 %) и аргона, водяной пар содержится в совершенно ничтожном количестве (0,05 %); имеются также следы соляной кислоты, плавиковой кислоты, окиси углерода и двуокиси серы. Яркие облака, скрывающие от нас поверхность Венеры, состоят из капелек серной кислоты. Атмосферное давление на поверхности планеты в 90—100 раз выше, чем на Земле. Но на высоте 55 км над поверхностью Венеры давление составляет 800 миллибар (что почти равно давлению атмосферы у поверхности Земли), а температура 27 °C — вполне благоприятна для жизни. Заманчиво было бы рассмотреть возможность существования жизни в этом слое атмосферы. Основным препятствием для существования там жизни является очень низкая влажность и испарения серной кислоты из облаков. Впрочем, некоторые ученые полагают, что определенные виды земных организмов могли бы существовать в этих условиях, правда, в течение ограниченного времени. Если это так, то тем более допустимо предположить, что на Венере мог бы развиться иной тип жизни (например, углеродной, но с использованием других растворителей). Однако никакими конкретными данными в этом отношении мы не располагаем.

Более благоприятны, хотя и достаточно суровы, условия жизни на Марсе. В экваториальных областях Марса температура днем иногда поднимается до 10 °C, а перед рассветом падает до —90 °C. Такие колебания температуры нельзя считать совершенно неприемлемыми даже для земных организмов, а учитывая приспособляемость жизни, можно было бы допустить, что на Марсе развились формы жизни, адаптировавшиеся к подобным условиям. Основным препятствием для существования жизни на Марсе опять-таки является отсутствие жидкой воды. Но в отличие от Венеры, где из-за высокой температуры вся вода, находившаяся в форме пара, диссоциировала в верхней атмосфере под действием ультрафиолетового излучения Солнца на кислород и водород, причем последний улетучился в межпланетное пространство, — на Марсе вода, по-видимому, сохранилась в твердой фазе в виде вечной мерзлоты под поверхностью планеты[234]. Кроме того, часть воды в виде льда присутствует в полярных шапках. В основном они состоят из замерзшей углекислоты, но когда летом температура в полярных шапках повышается, сухой лед испаряется, и остается небольшая шапка, состоящая только из водяного льда. Осенью замерзшая углекислота покрывает его, и так из года в год. Значит, вода на Марсе все-таки есть, но она не может существовать там в жидкой фазе из-за крайне низкого атмосферного давления, составляющего около 6 мбар. В прошлом давление могло быть выше либо вследствие повышенной вулканической активности, либо вследствие изменения климата (возможно, обе причины взаимосвязаны). Потепление климата должно привести к таянию полярных шапок и переходу углекислоты из твердого состояния в газообразное. Расчеты показывают, что, если бы вся углекислота, имеющаяся на поверхности Марса, перешла в газообразное состояние, то атмосферное давление поднялось бы почти до уровня земного. При таком давлении на Марсе вода вполне могла бы существовать в жидкой фазе. Реален ли подобный сценарий? Фотографии Марса, снятые с космических аппаратов, показали наличие извилистых долин, очень напоминающих русла высохших рек. Значит, когда-то в прошлом на Марсе текли реки, была жидкая вода, следовательно, и давление, и температура были выше. В таких условиях на Марсе могла возникнуть жизнь типа земной, затем условия изменились и сейчас они неблагоприятны для жизни.

Что могло послужить причиной изменения климата? Одна из возможных причин — изменение наклона оси вращения Марса к плоскости его орбиты. Однако изменение наклона происходит с периодом в миллионы лет, а возраст предполагаемых речных русел, по-видимому, составляет сотни миллионов или даже миллиарды лет; значит, причина в чем-то другом — в чем именно, мы пока не знаем.

Попытки экспериментально обнаружить присутствие жизни на Марсе с помощью спускаемых аппаратов «Викинг», совершивших посадку на поверхности Марса в 1976 г., дали отрицательный результат. Однако вопреки распространенному мнению, этот результат не столь однозначен. Прежде всего надо иметь в виду, что искали не какую-то жизнь вообще, а единственно известную нам и достаточно хорошо изученную форму жизни, построенную на основе углеродных соединений. Далее, драматизм ситуации состоит в том, что из трех запланированных биологических экспериментов поначалу все дали четкий положительный эффект — именно тот, который ожидался в случае присутствия в марсианском грунте живых микроорганизмов[235]. И лишь после того, как химический анализ марсианского грунта показал полное отсутствие в нем каких-либо органических веществ, результаты биологических экспериментов были пересмотрены, и ученые пришли к выводу, что они могут быть объяснены химическими реакциями небиологического происхождения. Наконец, большую дискуссию вызвал вопрос о местах посадки — насколько адекватно они были выбраны. Пункты посадки отделены друг от друга на 7000 км. Идентичность результатов анализа грунта в обоих пунктах показывает, что они представляют собой типичные области, достаточно хорошо характеризующие поверхность планеты в целом. Но, быть может, жизнь на Марсе не распределена равномерно по всей поверхности, а сосредоточена в отдельных «оазисах». Так, северный полюс Марса имеет постоянную полярную шапку из водяного льда. На границе этой шапки летом, когда начинает таять лед, возникают благоприятные условия для жизни. Могут быть и другие «оазисы», например, области с повышенной вулканической активностью. Поиск таких «оазисов» планируется при будущих посадках на поверхность Марса самоходных устройств («марсоходов»).

Скорее всего, жизнь на Марсе в настоящее время отсутствует, но она, по всей видимости, была там в прошлом и, не исключено, что может вновь появиться в будущем, когда условия станут более благоприятными. Причем в данном случае речь идет о форме жизни если не идентичной, то, во всяком случае, близкой к земной. Если это так, то можно сказать, что Марс сейчас переживает период обскурации — промежуточного состояния между двумя фазами активной жизни. Как долго продлится этот период, мы не знаем. Для проверки этих представлений очень важно провести поиск ископаемых микроорганизмов в древнейших осадочных породах Марса, особенно на береговых откосах и дне высохших марсианских рек — подобно тому, как мы делаем это на Земле в поисках ископаемых земных микроорганизмов. Такие поиски планируется провести в будущем с помощью «марсохода».

Однако неожиданно данные о наличии ископаемых микроорганизмов на Марсе были получены совсем другим путем — на Земле![236] В 1984 г. в Антарктиде был обнаружен метеорит ALN 84001. Он принадлежит к редкой группе SNC, которая насчитывает всего около 12 образцов. Первые метеориты этой группы были обнаружены еще в начале XIX века. Долгое время их природа оставалась неизвестной, пока в 1980 г. в результате исследования изотопного состава газа в этих метеоритах не было обнаружено, что он соответствует изотопному составу газа в атмосфере Марса. Так было установлено марсианское происхождение этих загадочных метеоритов. Каким образом они попали на Землю? Считается, что когда-то они составляли часть марсианской литосферы и затем были выброшены с поверхности планеты под действием метеоритной бомбардировки. При ударе метеоритов о поверхность планеты образуется большое количество осколков, которые с большой скоростью разлетаются в разные стороны.

Тонкая марсианская атмосфера не в состоянии существенно затормозить их. Часть осколков приобретают космическую скорость и выходят в межпланетное пространство. После долго блуждания в нем некоторые из этих осколков попадают в поле тяготения Земли и захватываются ею. Таким же путем попадают на Землю и метеориты с Луны.

Порода, из которой сложен метеорит ALH 84001, сформировалась около 4,5 млрд лет тому назад. Около 16 млн лет назад кусок этой породы под действием мощного удара был выброшен с поверхности Марса и около 13 тысяч лет назад выпал на льды Антарктиды в районе Алан Хилс, где и был найден в 1984 г.

Спустя 12 лет, в 1996 г., группа ученых под руководством Д. Мак Кея из Исследовательского центра им. Джонсона (НАСА) обнаружила в метеорите присутствие микроокаменелостей древних бактерий неземного происхождения. Были найдены также органические молекулы, которые могут иметь марсианское происхождение, и минеральные образования, которые можно рассматривать как продукты биологической активности марсианских микроорганизмов. В пользу марсианского происхождения этих образований говорит то обстоятельство, что концентрация их увеличивается с погружением в глубь метеорита. Возраст образований около 3,6 млрд лет хорошо согласуется с тем периодом, когда, согласно теоретическим оценкам, климат Марса был благоприятен для жизни. Вопрос нельзя считать окончательно решенным. Но несомненно, сделан важный шаг на пути исследования марсианской жизни.

Условия на планетах-гигантах, в силу их удаленности от Солнца, могут показаться слишком суровыми, но фактически они более благоприятны для жизни, чем Венера. Возьмем, к примеру, Юпитер. Его атмосфера по своему составу является сильно восстановительной, она соответствует модели Юри, которую он принимал для первичной атмосферы Земли. Как мы видели, в такой атмосфере под действием электрических разрядов синтезируются органические соединения. Наблюдаемые на Юпитере очень сильные вспышки радиоизлучения на волнах декаметрового диапазона (15–20 м) дают основание полагать, что в его атмосфере происходят мощные грозовые разряды. Другим стимулятором для образования органических соединений может служить УФ-излучение Солнца и довольно мощный поток тепла, выделяемого из недр планеты.

Атмосфера Юпитера охвачена бурными конвективными потоками, поэтому образующиеся в верхней атмосфере органические молекулы, захватываемые этими потоками, опускаются на значительную глубину под видимую поверхность атмосферы, образуемую ее облачным слоем. Температура атмосферы возрастает с глубиной, выше облачного слоя она составляет минус 130 °C — минус 140 °C, в то время как температура нижней атмосферы достигает +700 °C. Между этими уровнями существует промежуточный слой, где температура составляет 27 °C, а давление всего в несколько раз превышает атмосферное давление у поверхности Земли[237]. Как раз в этой области происходит конденсация водяного пара, таким образом появляются условия для возникновения водно-углеродной жизни. (Выше в атмосфере место водяного пара занимает аммиак; таким образом, на Юпитере могли бы возникнуть и существовать две формы жизни: водно-углеродная и «аммиачная».) Трудность состоит в том, что из-за конвекции органические молекулы не долго находятся в благоприятном слое атмосферы; проникая в более глубокие слои, они разрушаются под действием высокой температуры. В этом отношении особый интерес представляет знаменитое красное пятно на Юпитере. Предполагается, что этот гигантский вихрь, по размерам превосходящий Землю, представляет собой долгоживущий восходящий поток. В таком потоке частицы подходящего размера могут оставаться во взвешенном состоянии в течение десятилетий. Это могло бы уберечь образующиеся органические молекулы от разрушения в нижних слоях атмосферы.

Существуют ли в действительности органические соединения на Юпитере? Точного ответа на этот вопрос пока нет. Косвенным указанием на наличие таких соединений служит окраска юпитерианских облаков. В экспериментах по лабораторному моделированию атмосферы Юпитера (как и в классических опытах Миллера-Юри) различные окрашенные соединения получаются при освещении подходящей смеси аммиака и метана ультрафиолетовым излучением или при подводе энергии от других источников. Но при этом неизменно синтезируется и богатый набор органических соединений. Интересно, что наиболее интенсивной окраской отличается как раз Красное пятно. Впрочем, существуют и другие объяснения цвета облаков, не связанные с синтезом органических соединений.

В отличие от Юпитера, облака Сатурна не имеют окраски, они более холодны и в основном состоят, так же как и у Юпитера, из аммиака, покрывающего нижнюю, более теплую, атмосферу. Подобно Юпитеру, Сатурн также имеет внутренний источник энергии. Внешние слои Урана и Нептуна еще более холодны, аммиак находится там в замерзшем состоянии, но и на этих планетах существуют области атмосферы, где температура поднимается выше О °С, это следует из измерений радиоизлучения, идущего из этих слоев. То есть и гам имеются области с относительно благоприятными условиями, где, возможно, могли бы зародиться какие-то формы жизни. Неудивительно поэтому, что некоторые ученые обращают внимание на возможность существования жизни на этих планетах, прежде всего на Уране[238].

Как справедливо отмечает К. Саган, поскольку нам неизвестно, каким образом возникла жизнь на Земле, мы тем более не можем точно определить условия ее зарождения на столь сильно отличных от Земли планетах, как Юпитер или другие планеты-гиганты. С другой стороны, как только где-то зарождается жизнь, живые организмы сами начинают активно регулировать среду своего обитания. Поэтому, в принципе, мы можем вообразить себе огромные «воздушные существа», парящие в атмосфере планет-гигантов, где в определенных слоях создается благоприятная экологическая ниша для их обитания. Разумеется, никакими доказательствами существования таких «воздушных существ» мы не располагаем, но и определенно отрицать эту возможность тоже не можем.

Если условия на планетах Солнечной системы, кроме Земли, представляются нам мало благоприятными для жизни, то, казалось бы, тем более это относится к спутникам планет, большинство из которых столь малы, что не в состоянии даже удержать собственную атмосферу и потому не обладают ею. Однако в семействе спутников имеются исключения. Это прежде всего спутник Сатурна Титан, а также спутник Юпитера Европа.

Титан по размеру несколько уступает юпитерианскому Ганимеду (самому крупному спутнику в Солнечной системе), но, так же как и последний, превосходит Меркурий. Особый интерес представляет то обстоятельство, что Титан имеет мощную атмосферу. У поверхности Титана давление в 1,6 раза больше, чем у поверхности Земли, а плотность атмосферы в 8 раз превышает плотность земной атмосферы. Благодаря малой массе Титана водород улетучился из его атмосферы, но она все же сохраняет восстановительный характер, подобно атмосфере первобытной Земли. В основном атмосфера Титана состоит из азота (95 %), имеется также метан и в небольшом количестве другие газы. Красноватая окраска Титана обусловлена фотохимическим смогом, который активно поглощает солнечный свет, благодаря чему температура атмосферы в области смога повышается до —100 °C; температура поверхности значительно ниже: —180 °C. При такой температуре метан на поверхности может находиться в жидкой фазе (как вода на Земле), в то время как в атмосфере он присутствует в газообразном состоянии. Как показали исследования, проведенные с помощью космического аппарата «Вояджер-1», фотохимический смог на Титане состоит из органических соединений! В его состав входят: метан, этан, пропан, ацетилен, метилацетилен и цианистый водород. Особенно существенно наличие цианистого водорода, ибо он, как мы видели (п. 4.2.3), является важным промежуточным звеном в синтезе сложных органических соединений. Содержащий органические вещества смог постепенно оседает на поверхность, в резервуары жидкого метана, где могут накапливаться органические молекулы. Как отмечают Голдсмит и Оуэн, возможно, на ранних стадиях эволюции на Титане (как и на Марсе) было значительно теплее, и на его поверхности мог существовать не только жидкий метан, но и жидкий аммиак. В аммиачных водоемах могли происходить разнообразные химические реакции и образовываться более сложные органические соединения. Если этот процесс имел место, то образовавшиеся в те далекие времена органические соединения должны были бы хорошо сохраниться в этом холодном ледяном мире; было бы важно попытаться обнаружить их присутствие.

Но органические молекулы — это еще не жизнь. Может ли существовать жизнь на Титане? Если она там существует, то она, конечно, отличается от земной жизни, ибо на Титане нет жидкой воды и нет свободного кислорода. При температуре -180 °C все химические реакции идут очень медленно. Поэтому главной характерной особенностью такой жизни были бы крайне замедленные жизненные процессы. Существа, обитающие там, вынуждены были бы вести трудную жизнь в условиях ужасающего холода, при крайней скованности своих жизненных отправлений. Конечно, творческие возможности такой жизни были бы сильно ограничены.

Еще один спутник, который привлекает ученых с точки зрения возможности существования на нем жизни, это Европа — один из 4 спутников Юпитера, обнаруженных еще Галилеем. Размер Европы около 3000 км; средняя плотность составляет 2,97 г/см^3. Это указывает на то, что спутник в основном состоит из силикатных пород. Но его яркая блестящая поверхность, покрытая сетью темных трещин, образована водяным льдом. В начале 1990-х годов группа исследователей из Университета им. Дж. Хопкинса (США) под руководством Д. Холла обнаружила с помощью Космического телескопа «Хаббл» кислородную (!) атмосферу на Европе. Помимо Титана, из спутников планет более слабую атмосферу имеет еще Тритон, спутник Нептуна, и, наконец, совсем слабые следы атмосферы ранее были обнаружены у спутника Юпитера Ио и у нашей Луны. Таким образом, Европа стала пятым спутником в Солнечной системы, у которых имеется атмосфера. Платность ее очень мала, давление атмосферы у поверхности Европы в 100 млрд раз меньше, чем давление земной атмосферы, но все же оно в 10 раз превышает давление атмосферы у поверхности Луны. Однако самое удивительное состоит в том, что атмосфера Европы содержит кислород. Э то единственный спутник в Солнечной системе, имеющий кислородную атмосферу. А из планет кислородную атмосферу имеет только Земля. Почему это так важно?

Проблема состоит в том, что кислород не может долго находиться в свободном состоянии, он активно вступает в реакции с углеродо-содержащими газами, образуя двуокись углерода. Следовательно, на Европе, как и на Земле, должен существовать постоянный источник кислорода. На Земле таким источником является жизнедеятельность зеленых растений, вырабатывающих кислород в процессе фотосинтеза. А на Европе?

Ученые предполагают, что под поверхностью Европы, на глубине 100 км, имеется океан жидкой воды, поддерживаемый в незамерзающем состоянии за счет энергии приливов и радиоактивного распада. Заманчиво предположить, что в океане обитают какие-то формы жизни, вырабатывающие кислород, который через трещины в ледяной поверхности поступает в атмосферу. Нечто подобное имеет место в антарктических озерах. Однако достаточен ли световой поток от Солнца, достигающий Европы, чтобы обеспечить процесс фотосинтеза — это пока не ясно. С другой стороны, кислород может образовываться и без помощи зеленых растений — в процессе сублимации льда, т. е. образования водяного пара с последующей диссоциацией (распадом) молекулы Н_2О на водород и кислород. Можно ли установить, какой из процессов имеет место на самом деле? В принципе, это возможно, ибо изотопный состав кислорода, образуемого в этих процессах, различен, но такие исследования сопряжены с большими трудностями. Конечно, со временем они будут выполнены.

Возможно, на Европе нет жизни. Но если подповерхностный океан там действительно существует, то он может представлять собой потенциальный резервуар для пребиотической химии, что очень важно для изучения процесса происхождения жизни.

Еще одно важное открытие было сделано в 1990-х годах учеными из Палеонтологического института РАН — найдены следы микроорганизмов в метеоритах. При этом обнаружено морфологическое единство земных микроорганизмов (как современных, так и ископаемых) с микроорганизмами, найденными в метеоритах. По мнению одного из участников открытия, чл. — корр. РАН А. Ю. Розанова, можно сделать вывод, что жизнь на Земле не уникальна; в некоторых областях Вселенной она возникла раньше, чем на Земле, и могла быть занесена на Землю из Космоса; в тех или иных формах она может существовать и сейчас на других планетах Солнечной системы.

Если речь идет о простейших формах жизни, надо иметь в виду, что приспособительные возможности ее поразительны. На Земле простейшая жизнь обнаруживается в условиях очень низких и очень высоких температур, при наличии агрессивной химической среды; микроорганизмы живут в горячих источниках и в вечной мерзлоте. На многокилометровой глубине они обитают без воздуха и без солнечного света, извлекая все необходимое из окружающего вещества и используя внутреннее тепло Земли в качестве источника энергии. Может быть, это какие-то тупиковые формы жизни, не способные к дальнейшей эволюции. Но важно, что они сохраняются при подобных «неблагоприятных», с нашей точки зрения, условиях. А попав в более благоприятные — кто знает? — возможно, могут дать начало новой эволюции.

Анализируя возможности жизни на планетах Солнечной системы, мы все время имели в виду земную жизнь, ориентировались на нее, иногда позволяя себе отступление от этого «стандарта» (но не выходя за пределы молекулярной жизни). Насколько справедливы такие ограничения? Все дело в том, что мы просто ничего не знаем о других формах жизни и поэтому, стремясь сохранить твердую почву под ногами, ориентируемся на земную жизнь. Надо сказать, что наши предшественники в этом отношении чувствовали себя более свободно. Мы уже отмечали выше (см. § 4.1), что в прошлом веке господствовало убеждение не только в существовании жизни на других планетных системах, но и в обитаемости планет нашей Солнечной системы. Между тем, физические условия на планетах в первом приближении были уже в то время известны и было ясно, что они не благоприятны для земной жизни. Понимая это, ученые полагали, это на других планетах жизнь должна приспособиться к условиям своего мира. «Живые существа, — писал Фламмарион, — с самого начала как по форме, так и по своей организации, были строго приспособлены к физиологическим условиям обитаемых миров и находились в тесных взаимоотношениях с ними. Люди, населяющие другие миры, отличаются от обитателей Земли как по своей внутренней организации, так и по своему наружному, физическому строению»[239]. Ту же мысль подчеркивал и П. Лаплас. «Человек, созданный для земной температуры, — писал он, — судя но всем признакам, не мог бы жить на другой планете. Но разве нельзя допустить, что есть бесчисленные количества существ, приспособленных к различным температурам небесных тел?»[240] По-видимому, и Лаплас, и Фламмарион допускали существование иных форм жизни, кроме земной, но они не высказывали никаких конкретных соображений о возможной природе внеземной жизни, если не считать замечания Фламмариона о том, что «обитатели высших миров» обладают «более эфирной организацией»[241]. Это замечание перекликается с представлениями К. Э. Циолковского о формах жизни, построенных на основе более тонкой материи, и о лучистом человечестве, а также с идеями В. П. Казначеева о «полевой» жизни.

Но если жизнь адаптируется к самым разнообразным условиям на планетах, то почему она не может приспособиться к условиям межпланетной или межзвездной среды? В этой связи представляет интерес гипотеза Ф. Хойла и Ч. Викрамасинга, согласно которой известная полоса поглощения в спектре галактических источников в области 3 мкм, которая, как считалось, вызывается частицами льда в межзвездной среде, на самом деле обусловлена поглощением света бактериями, находящимися в межзвездной среде. Основанием для такой гипотезы послужило гораздо лучшее совпадение наблюдаемого профиля полосы поглощения с профилем, обусловленным бактериями. Если это так, то значительная доля межзвездной пыли, до 80 %, состоит из бактерий. Хотя большинство специалистов относятся к этой гипотезе скептически, се не следует сбрасывать со счета, во всяком случае она даст новую пищу для теории панспермии.

Более радикальный вопрос: могут ли существовать в межзвездной среде сложные формы жизни, вплоть до мыслящих существ? Фримен Дайсон, один из крупнейших современных физиков-теоретиков, вполне допускает такую возможность. Более того, он считает, что межзвездная среда создаст даже лучшие условия для жизни. Эти идеи Дайсон развивает в статье «Будущее воли и будущее судьбы» (Природа. 1982. № 8. С. 60–70).

Обращаясь к истории, Дайсон останавливается на воззрениях И. Ньютона[242] о внеземной жизни и цитирует следующий отрывок из его неопубликованной при жизни рукописи: «Как все вокруг нас кишит живыми существами…, так и небеса над нами могут быть заполнены существами, чья природа нам непонятна. Кто глубоко задумается над странной и удивительной природой жизни и устройством животного мира, тот подумает, что нет ничего невозможного для природы, ничего слишком трудного для всемогущего Бога. И как планеты остаются на своих орбитах, так и любые другие тела могут существовать на любом расстоянии от Земли и, более того, могут быть существа, обладающие способностью передвижения в любом направлении по желанию и остановки в любой области небес, чтобы наслаждаться обществом себе подобных, а через своих вестников или ангелов управлять Землей и сообщаться с самыми отдаленными уголками. Так все небеса или любая их часть может оказаться жилищем для блаженных, а Земля, в то же время, будет в их власти. Иметь свободу и власть над всеми небесами и возможность выбора наилучших мест для заселения может быть гораздо более счастливым уделом, чем привязанность к одному какому-то месту». Ньютон не решился опубликовать эти свои сокровенные мысли, он надежно спрятал рукопись, и лишь триста лет спустя она была обнаружена в библиотеке Еврейского университета в Иерусалиме. Осторожность Ньютона вполне понятна. Но, как подчеркивает Дайсон, в представлениях о возможности жизни в космическом пространстве, с научной точки зрения, нет ничего неприемлемого.

Чтобы адаптироваться к жизни в космическом пространстве, живые организмы должны приспособиться к существованию при трех нулях: g-нуле, Т-нуле и Р-нуле, т. е. в условиях нулевой гравитации, нулевой температуры и нулевого давления. Дайсон считает, что это вполне возможно. Более того, он полагает, что в связи с успехами генной инженерии можно подумать о соответствующей «переделке» земных существ так, чтобы они могли выжить в космическом пространстве. Что касается вопроса о том, каким образом могут быть устроены подобные организмы, Дайсон ссылается на работу К. Э. Циолковского «Грезы о земле и небе».

Эта книга была издана в 1895 г. в Москве издательством А. Н. Гончарова. В ней Циолковский впервые сформулировал идею о создании искусственного спутника Земли. Здесь же он рассмотрел возможности жизни на различных небесных телах и в межпланетной среде. Идея жизни в мире без тяжести особенно занимала Циолковского. А его представления о возможности жизни в межпланетной среде были интересны для Дайсона. (Помню, в начале 1960-х годов Дайсон написал Шкловскому с просьбой прислать ему эту книгу Циолковского. К тому времени она была переиздана[243], так что просьбу Дайсона удалось выполнить.)

Как же представлял себе Циолковский живые существа, обитающие в космическом пространстве? По его представлениям, эти разумные, мыслящие существа являют собой симбиоз растительных и животных организмов, он назвал их животно-растениями, а в более поздней работе — зоофитами. Кожа этих существ покрыта тонким и мягким стекловидным слоем, который хорошо пропускает солнечные лучи, но совершенно непроницаем для жидкостей и газов. Таким образом, зоофиты надежно защищены от воздействия космического вакуума (адаптация к Р-нулю). Жизнедеятельность их осуществляется за счет солнечной энергии. Зоофиты имеют крыловидные придатки, содержащие хлорофилл, в которых пол действием солнечного света осуществляется фотосинтез необходимых для них органических соединений. Весь организм зоофитов пронизан системой сосудов, наподобие нашей кровеносной системы, в которых циркулируют жидкости, доставляющие необходимые вещества в любое место их тела. Образующийся в процессе фотосинтеза кислород не выделяется наружу, а остается внутри организма и используется для дыхания. Так же и выделяющийся при дыхании углекислый газ поступает к тем органам, где осуществляется фотосинтез. Таким образом, организм этих существ представляет собой систему замкнутого цикла. По существу, каждый такой организм выполняет функции биосферы, это система «Гея» в миниатюре. Соответственно и время жизни таких организмов неопределенно велико (практическое бессмертие). Зоофиты могут свободно перемещаться в космическом пространстве в любом направлении. Разумеется, у нас нет никаких данных о существовании подобных организмов, но ничто не противоречит такой возможности. «Мир существует бесконечное время, и что он выработал в беспредельные дециллионы лет, то не может представить себе никакое воображение. Сколько ни представляйте себе чудес, не перещеголяете мир — давно признанная истина»[244].

Характеризуя эти идеи Циолковского, Дайсон пишет: «Циолковский вызвал к жизни новый мир космической биологии, в котором изобретенные им ракеты — лишь средство к достижению цели, для восстановления равновесия между живым и неживым в старом мире естественной космологии, — равновесии, которое было нарушено в тот момент, когда Ньютон отправил самую свою спекулятивную рукопись на чердак. Ньютон изгнал жизнь из космоса. Циолковский указал нам путь, чтобы вновь вернуть ее туда»[245].

Следуя этому пути, Дайсон развил теорию жизни Вселенной (космическую экологию, как он ее называет). В количественной форме, с уравнениями и численными оценками, она была опубликована в журнале «Reviews of Modern Physics»[246], основные идеи ее изложены в упомянутой статье «Будущее воли и будущее судьбы». Дайсон исходит из двух гипотез: гипотезы абстрактности и гипотезы адаптивности, которые в его теории играют ту же роль, что первое и второе начало в термодинамике. Гипотеза абстракции утверждает, что сущность жизни связана с организацией, а не с субстанцией. Поэтому конкретная субстанция жизни (водно-углеродная жизнь или иная) имеет второстепенное, частное значение. Можно представить себе, например, жизнь, независимую от плоти и крови и воплощенную в системах сверхпроводящих контуров или в системах межзвездных пылевых облаков. Гипотеза адаптивности утверждает, что при наличии достаточного времени жизнь может приспособиться к любой окружающей среде. Она может освоиться в любом уголке Вселенной, так же как освоилась повсюду на нашей Земле. Эти гипотезы принимаются в качестве постулатов. Главная теорема космической экологии Дайсона гласит, что скорость метаболизма в живом организме и, следовательно, расход энергии изменяется пропорционально квадрату температуры окружающей среды. Отсюда следует, что более холодная среда благоприятнее для жизни, чем горячая. Это связано с тем, что жизнь, в конечном итоге, есть упорядоченная форма вещества, а низкая температура способствует упорядоченности. Поскольку жизнь связана с функционированием управляющих систем, она не столько зависит от количества получаемой энергии, как обычно полагают, сколько от информации, т. е. отношения сигнал/шум. Чем холоднее среда, тем ниже уровень шума, гем экономнее жизнь расходует свою энергию. В этом смысле межзвездная среда наиболее благоприятна для жизни.

В открытой модели Вселенной расширение продолжается неограниченно долго, температура окружающей среды непрерывно падает и, соответственно, пропорционально Т^2 уменьшается скорость энергетического обмена. При этом условия для упорядоченности будут улучшаться. В такой Вселенной жизнь может существовать вечно. Конечно, по мере падения температуры пульс жизни будет биться все медленнее и медленнее, но он никогда не остановится.

В невообразимо далеком будущем, через 10^33 лет после начала расширения Вселенной, все вещество из-за распада протонов перейдет в электрон-позитронную плазму (см. п. 2.2.5). Это может вызвать кризисную ситуацию для жизни, но такая ситуация, по мнению Дайсона, не будет безнадежной. Если принцип абстрактности и адаптивности справедлив, то жизнь должна приспособиться к новым условиям. В конце концов, «невещественная» плазма, считает Дайсон, может столь же хорошо служить носителем структур мысли, как и известное нам вещество. (Ср. также замечание И. Д. Новикова, цитированное нами на с. 287.)

Дайсон обращает внимание на то, что развитие Вселенной с момента ее зарождения выглядит, как непрерывная последовательность нарушения симметрии. В момент возникновения в грандиозном взрыве Вселенная абсолютно симметрична и однородна, но по мере остывания в ней нарушается одна симметрия за другой и возникает все большее и большее разнообразие структур. Феномен жизни естественно вписывается в эту картину, ибо жизнь — это тоже нарушение симметрии. Нарушение симметрии приводит к росту многообразия. Развитие самой жизни сопровождается дальнейшей дифференциацией и ростом многообразия. «Я думаю, — пишет Дайсон, — и нашей Вселенной, и жизни присуще то, что процесс увеличения многообразия не имеет конца».

Но это справедливо лишь для открытой модели. В закрытой Вселенной расширение на определенном этапе сменяется сжатием. На смену дифференциации приходит процесс интеграции, возвращение утраченной симметрии. Когда Вселенная сожмется в сингулярное состояние, она вновь обретет абсолютную симметрию и однородность. Никакие упорядоченные физические структуры в таком состоянии невозможны. Это будет означать огненную смерть для любой формы жизни, построенной из физической материи. И лишь более тонкие формы жизни, лежащие за пределами физического вакуума, смогут пережить эту катастрофу, аккумулируя накопленный опыт для нового цикла манифестации Вселенной.

Итак, природа и формы внеземной жизни, как и среда ее обитания, могут быть очень разнообразны. В плане SETI нас интересуют сообщества разумных существ, с которыми мы могли бы вступать в контакт. Чтобы оценить, насколько успешны могут быть наши поиски, надо иметь представление о распространенности подобных сообществ во Вселенной. К этому вопросу мы теперь и переходим.

4.3. Сколько цивилизаций во Вселенной?

Люди много теряют, ожидая исполнения лишь своими путями. Как они будут мыслить о дальних мирах? Придется изменить многие списки и таблицы.

«Знаки Агни Йоги»

Относительно распространенности космических цивилизаций среди ученых нет единого мнения. Существуют две противоположные точки зрения. Согласно одной из них, жизнь и разум — это обычные явления в Космосе, имеется множество обитаемых миров, с которыми человечество может попытаться вступить в контакт. Согласно другой точке зрения, жизнь, а тем более разум — крайне редкое, исключительное явление во Вселенной, так что наша цивилизация, возможно, представлена лишь в «единственном экземпляре».

Каковы аргументы в пользу широкой распространенности космических цивилизаций? В общих чертах они сводятся к следующему. В настоящее время астрономическими наблюдениями охвачена область пространства радиусом несколько миллиардов световых лет, в которой находятся 10^10 галактик или 10^21 звезд. Все данные современной астрономии показывают, что в пределах наблюдаемой области Вселенной справедливы основные законы физики; повсюду наблюдается одинаковый в среднем химический состав. Наше Солнце — рядовая звезда в рядовой галактике. Нельзя указать ни одного существенного физико-химического параметра, который бы позволял выделить Солнечную систему среди множества звезд в наблюдаемой области Вселенной. Было бы крайне удивительно, если бы среди этого гигантского количества звезд[247] только около одной из них, ничем не примечательной звезды — нашего Солнца — могла возникнуть жизнь и развиться разум. Эти аргументы, по сути, аналогичны тем, которые приводились и в прошлые века, начиная с глубокой древности (см. § 4.1). Дополнительно для обоснования этой точки зрения привлекаются такие соображения: 1) согласно современным космогоническим представлениям, возникновение звезд сопровождается возникновением планетных систем; 2) только в нашей Галактике (не говоря уже о всей видимой Вселенной) содержатся сотни миллиардов звезд, из которых около 10 % подобны Солнцу, таким образом, имеются десятки миллиардов звезд, которые являются подходящими кандидатами на наличие у них планетных систем; на некоторых из этих планет могут возникать условия, благоприятные для зарождения жизни; 3) если заданы благоприятные условия и имеется достаточно времени, то на такой планете с неизбежностью должна возникнуть жизнь, первоначально, разумеется, в самых простейших формах; 4) как показывает опыт Земли, за несколько миллиардов лет жизнь становится достаточно сложной, и если не во всех, то в значительном числе случаев она должна подойти к развитию разума, культуры, цивилизации.

Сторонники уникальности нашей цивилизации обычно подчеркивают чрезвычайную сложность процесса происхождения жизни, необходимость совпадения целого ряда благоприятных обстоятельств, что является весьма мало вероятным. С этой точки зрения, происхождение жизни (не говоря уже о разуме) — чудо, так что нашей Земле просто «повезло». С другой стороны, приводятся аргументы, связанные с отсутствием во Вселенной «видимых следов» высокоразвитых цивилизаций.

Мы обсудим эти аргументы в следующих параграфах, а сейчас подчеркнем, что приведенные соображения, как «за» так и «против», носят качественный характер. Для проблемы SETI этого недостаточно. При планировании экспериментов, например, по обнаружению радиосигналов, надо знать, на какую дальность обнаружения мы можем рассчитывать. А для этого надо знать расстояние между цивилизациями. Обнаружение астроинженерной деятельности и возможности прямых контактов также зависят от расстояния между цивилизациями. Как определить это расстояние? Пусть N∗ — полное число звезд в Галактике, d∗ — среднее расстояние между ними, Nc — число цивилизаций в Галактике; тогда среднее расстояние d между цивилизациями равно

d = d∗(N∗/Nc)1/3. (4.1)

Таким образом, чтобы оценить расстояние между цивилизациями и вытекающую отсюда минимально необходимую дальность обнаружения, надо иметь хотя бы грубую количественную оценку числа цивилизаций. Эго принципиальный момент: SETI требует перейти от чисто умозрительных рассуждений о множественности обитаемых миров к количественным оценкам числа внеземных цивилизаций.

Следует уточнить — какие цивилизации мы ищем. В плане SETI представляют интерес только те цивилизации, которые обладают хотя бы потенциальной способностью к контакту. Такие цивилизации мы будем называть коммуникативными. При этом контакт понимается здесь в широком смысле: это не обязательно обмен радиосигналами, но и, например, обнаружение ВЦ по ее астроинженерной деятельности. Поэтому цивилизация, не посылающая никаких сигналов, но активно занимающаяся астроинженерией, также относится к числу коммуникативных. Разумеется, после возникновения коммуникативной цивилизации она не сразу приобретет способность к контакту, для этого требуется пройти определенный период развития. А приобретя такую способность, она утрачивает ее со временем. Это может произойти вследствие гибели цивилизации, потери интереса к передаче сигналов, прекращения астроинженерной деятельности или по каким-либо другим причинам. Время, в течение которого сохраняется способность к контакту, назовем коммуникативной фазой. Нас будут интересовать цивилизации, находящиеся в данный момент[248] (одновременно с нами) в коммуникативной фазе. Определим число таких цивилизаций.

4.3.1. Формула Дрейка

Одна из первых формул для подсчета числа цивилизаций была предложена в начале 1960-х годов Дрейком:

Nc(T) = R∗fsL. (4.2)

В этой формуле Nc— число цивилизаций, существующих в Галактике в момент Т (время Т отсчитывается от образования Галактики); R∗— средняя скорость звездообразования: число звезд, возникающих в Галактике в единицу времени; fs — фактор выборки, представляющий собой долю из числа звезд, образующихся за время от 0 до Т, которых развиваются коммуникативные цивилизации; L — среднее время жизни коммуникативных цивилизаций. Произведение R∗fs дает скорость образования коммуникативных цивилизаций. Если теперь умножить эту величину на L, то получим число коммуникативных цивилизаций, одновременно существующих в момент Т. Чтобы получить число цивилизаций, находящихся в момент Т в коммуникативной фазе, надо ту же величину R∗fs умножить на среднюю длительность коммуникативной фазы τс. В формуле Дрейка используется среднее время жизни L, но при этом неявно предполагается, что длительность коммуникативной фазы равна времени жизни цивилизаций. Это не совсем точно; тем не менее, мы будем использовать формулу Дрейка (4.2), но будем помнить, что под временем жизни коммуникативной цивилизации следует понимать, именно, длительность коммуникативной фазы. Тогда Nc(T) дает число коммуникативных цивилизаций, находящихся одновременно с нами в коммуникативной фазе.

Так как средняя скорость звездообразования R∗ = Nc/T то формулу (4.2) можно записать в виде

Nc(T) = N∗fsL/T. (4.3)

Произведение N∗fs определяет число коммуникативных цивилизаций, возникающих в Галактике за время от 0 до T, а величина L/T представляет собой вероятность того, что любая наугад взятая из этих цивилизаций находится в момент Т в коммуникативной фазе.

Выражение (4.3) позволяет получить долю цивилизаций по отношению к звездам и, следовательно, оценить среднее расстояние между цивилизациями:

d∗(T) = d∗(fsL/T)1/3. (4.4)

Фактор fs, согласно Сагану, можно представить в виде

fs = fpnepLpipc; (4.5)

здесь fp — доля звезд, имеющих планетные системы, пе— среднее число планет в планетной системе с благоприятными для возникновения жизни условиями, рL — вероятность происхождения жизни на планете с подходящими условиями, pi — вероятность происхождения разума на обитаемой планете, рc — вероятность возникновения коммуникативной цивилизации на планете, населенной разумными существами.

С учетом этого выражения для fs формулы (4.2) и (4.3) принимают вид

Nc(T) = R∗fpпеPLPiРcL; (4.2а)

Nc(T) = N∗fpпеPLPiРcL/Т. (4.3а)

Произведение N∗fpпе — представляет число планет с благоприятными для жизни условиями, образующихся в Галактике за время от 0 до T, а R∗fpпе— скорость образования таких планет. Вероятности РL, Рi, Рс можно трактовать следующим образом. РL определяется отношением числа обитаемых планет, образующихся за время от 0 до Т, к числу планет с подходящими условиями, образующихся за то же время; Рi — доля планет, населенных разумными существами, по отношению к обитаемым планетам, Рс — отношение числа коммуникативных цивилизаций, образующихся за время от 0 до T, к числу планет, населенных разумными существами, образующихся за то же время. При этом, поскольку речь идет о вероятности реализации определенного процесса (процесса химической, биологической и социальной эволюции), вероятность его реализации должна зависеть от времени. Поэтому надо говорить не просто о вероятности происхождения жизни, возникновения разумных форм жизни и т. д., но о вероятности происхождения за определенное время (более подробно мы рассмотрим этот вопрос ниже).

Помимо формулы Дрейка, различными авторами были предложены иные формулы для подсчета числа цивилизаций. Но процедура подсчета, в общем, остается неизменной. Она сводится к следующему. Определим тем или иным способом число подходящих мест, на которых могут возникать коммуникативные цивилизации, отберем из них те, на которых цивилизации действительно возникают, и умножим полученное число на вероятность застать цивилизацию в данный момент в коммуникативной фазе. Соответственно, общая формула для подсчета числа цивилизаций будет иметь вид

Nc(T) = N_0Fq; (4.6)

N_0 — число подходящих мест (существующих в момент Т либо образующихся за время от 0 до Т), F — фактор выборки, учитывающий то обстоятельство, что не в каждом подходящем месте возникает коммуникативная цивилизация, q — вероятность того, что любая из наугад взятых коммуникативных цивилизаций находится в момент Т в коммуникативной фазе. Применяя разные способы выборки и различные выражения для вероятности, получают разные модификации формулы (4.6). Сводка основных модификаций содержится в нашей статье[249]. Отметим, что в формуле (4.6) отбор осуществляется по отношению к числу подходящих мест. В формуле Дрейка он ведется по отношению к общему числу звезд. Если же вести его по отношению к числу подходящих мест (каковыми в формуле Дрейка являются планеты с подходящими условиями), то фактор выборки F будет определяться произведением вероятностей Р = PLPiРc.

Описанную процедуру можно применить к любой ограниченной области Вселенной. В большинстве случаев она рассматривается применительно к Галактике. Что касается подходящих мест, то хотя при обсуждении этого вопроса рассматривались различные возможности: возникновение жизни на кометах, остывших звездах и в межзвездной среде, обычно при подсчетах числа цивилизаций (как и в формуле Дрейка) в качестве подходящих мест имеются в виду лишь планеты с благоприятными для возникновения жизни условиями. В этом случае N_0 = N∗fpпе.

Использование в качестве подходящих мест для возникновения коммуникативных цивилизаций только планет с благоприятными для возникновения жизни условиями означает, конечно, определенное ограничение возможностей, определенную уступку «планетному шовинизму», ибо при этом исключаются разнообразные не планетные формы жизни, рассмотренные нами в пунктах 4.2.4 и 4.2.5. Однако такое ограничение, по-видимому, неизбежно, ибо иначе нам грозит опасность сойти с позиций более или менее твердо установленных фактов и знаний и устремиться в лоно ничем не ограниченных спекуляций. Просто надо иметь в виду, что оценки, полученные на основе приведенных формул, в силу отмеченных ограничений, дают только нижнюю границу числа коммуникативных цивилизаций. С учетом не планетных форм жизни они могут быть значительно увеличены.

Надо сказать, что при количественных подсчетах те или иные допущения неизбежны: это как раз та цена, которую приходится платить за отказ от умозрительных качественных рассуждений. Строго говоря, разделение процесса происхождения коммуникативной цивилизации на три этапа: жизнь → разум → цивилизация, при всей кажущейся очевидности такого подхода, тоже является определенным ограничением[250], тоже представляет собой известную дань «антропоморфизму», ибо следует тому пути, каким этот процесс прошел на Земле.

Впрочем, не будем преувеличивать степень «антропоморфизма», с которым мы сталкиваемся при использовании формулы Дрейка. В отличие от некоторых более поздних «усовершенствований», где с излишней детализацией выписываются многочисленные сомножители, учитывающие факторы, оказавшие влияние на происхождение жизни на Земле и ход ее эволюции, увенчавшейся появлением современного технологического общества, — в формуле Дрейка учитываются только самые важные факторы: происхождение жизни, не обязательно полностью похожей на нашу; происхождение разума, не обязательно точно такого, как наш; происхождение технологии, не обязательно повторяющей наш путь. Вместе с гем эта формула позволяет очертить область необходимых исследований: первые два сомножителя (R∗ и fp) относятся к компетенции астрономии, третий пe — к компетенции астрономии и биологии; РL — это область предбиологической химии; Рi, — область эволюционной биологии; Рс и L относятся к компетенции социальных наук. Одним словом, несмотря на неизбежно присущую ей ограниченность, формула Дрейка представляет собой удобный и полезный для анализа инструмент.

4.3.2. Оценка факторов, входящих в формулу Дрейка

Из всех факторов, входящих в формулу Дрейка, на основе современных данных, можно, более или менее точно, оценить только астрономические величины: N∗, Т и R∗. С точностью до коэффициента 2 они равны:

N∗ = 2 10^11 звезд, Т = 10^10 лет, R∗ = 20 зв./год. (4.7)

Оценка остальных факторов менее определенная.

Фактор fp, по-видимому, близок к единице. Это следует из современных представлений о формировании планетных систем в едином процессе со звездообразованием. В п. 2.1.3 мы отмечали, что у звезд спектральных классов более поздних, чем F5, на определенном этапе эволюции формируется протопланетный диск, которому передастся основная доля вращательного момента протозвезды. Из этих представлений, подтверждаемых наблюдаемым распределением скоростей вращения звезд различных спектральных классов, следует, что все звезды спектральных классов от F5 до М имеют планетные системы. Атак как эти звезды составляют подавляющее большинство (более 99 %) всех звезд Галактики, то можно положить fp ≈ 1.

Дополнительным аргументом в пользу такой оценки является широкая распространенность двойных и кратных систем среди звезд. В п. 2.1.2 мы видели, что от 50 до 70 % звезд представляют собой системы той или иной степени кратности. А по некоторым данным, с учетом звезд малой массы, доля кратных систем может возрасти до 90 %. Среди компонентов этих систем встречаются и массивные горячие гиганты, и обычные звезды, и белые карлики, и нейтронные звезды, и «черные дыры». Встречаются среди них и темные спутники, представляющие собой промежуточные тела между планетами и звездами. Но коль скоро это так, то естественно допустить, что существуют и такие системы, в которых меньшие компоненты уже настолько малы, что достигают планетных размеров. В этом смысле одиночные звезды с планетными системами можно рассматривать как предельный случай кратных систем с очень малыми массами компонент. С другой стороны, как мы видели, и в самих кратных системах могут существовать планеты, обращающиеся сразу вокруг обеих звезд, в случае тесных пар, или вокруг каждого из компонент кратной системы, в случае достаточно широких систем. Наконец, наличие богатых семейств спутников у больших планет нашей Солнечной системы тоже говорит о том, что процессы фрагментации при образовании небесных тел, по-видимому, достаточно типичны и должны приводить к образованию планетных систем у звезд.

Но все это качественные соображения. В последние годы они получили наблюдательное подтверждение, когда с помощью инфракрасных наблюдений (главным образом, на спутнике «ИРАС») вокруг многих звезд были обнаружены пылевые оболочки, часть из которых представляют собой формирующиеся протопланетные диски.

Разумеется, наибольший интерес представляет непосредственное обнаружение уже сформировавшихся планетных систем у других звезд. Эта проблема давно привлекает внимание астрономов. До самого последнего времени она казалась практически неразрешимой. Было предложено немало остроумных методов обнаружения планет у других звезд, однако достигнутой точности измерения было недостаточно, чтобы реализовать их на практике. Прорыв был достигнут в 90-х годах XX века, и это сразу привело к обнаружению планет у большого числа звезд.

Отметим, что непосредственно наблюдать планеты даже у самых близких к нам звезд с помощью современных телескопов практически невозможно. Это связано не только с очень малым световым потоком (световой поток от Венеры приблизительно в миллиард раз меньше светового потока от Солнца), но и с гем, что планета расположена от нас почти точно в том же направлении, что и ее звезда. При таких условиях слабое излучение планеты будет теряться в ослепительных лучах ее собственной звезды. Чтобы «убрать» излучение звезды, можно использовать «звездный коронограф», в котором излучение звезды экранируется аналогично тому, как это делается в солнечных коронографах, позволяющих наблюдать солнечную корону вне затмения. Правда, надо иметь в виду, что соотношение яркостей солнце/корона на много порядков ниже (благоприятнее для наблюдения), чем соотношение звезда/планета. Но убрать звездный свет еще недостаточно, надо суметь разделить изображение звезды и планеты. Для ближайших звезд (и только для них!) это возможно. Однако «звездные коронографы» пока не созданы, и реальные возможности связывают с косвенными методами обнаружения планет. Основные из них — астрометрический метод и метод лучевых скоростей.

Астрометрический метод состоит в измерении периодических колебаний положения звезды на небесной сфере, обусловленных ее вращением вокруг центра масс системы звезда-планета. Вследствие собственного движения звезды (точнее звезды вместе с ее планетной системой) в пространстве, центр тяжести движется по небесной сфере, «выписывая» плавную траекторию, а звезда из-за вращения вокруг центра масс описывает волнистую линию вокруг этой траектории. Колебания звезды (амплитуда волнистой линии) тем больше, чем больше масса планеты по отношению к массе звезды. Этот метод успешно применяется для обнаружения невидимых темных компонент в двойных звездах. Но обнаружение планет из-за их малой массы значительно труднее. Для наземных наблюдений обнаружение планет этим методом находится на пределе чувствительности современной аппаратуры.

Метод лучевых скоростей состоит в измерении смещения спектральных линий в спектре звезды. При вращении вокруг общего центра масс системы звезда в течение одной половины периода удаляется от наблюдателя, а в течение другой половины — приближается к нему. Соответственно, спектральные линии смещаются то в красную, то в синюю область спектра. Измеряя эти смещения, можно установить наличие планет, определить период их обращения, массу и другие параметры. Именно с помощью э того метода и были открыты первые планеты у других звезд.

История обнаружения планет полна драматическими моментами. В 1960-х годах известный американский астроном Ван де Камп сообщил об обнаружении планетной системы у Летящей звезды Барнарда в созвездии Змееносца. Она названа так потому, что в сравнении с другими звездами очень быстро перемещается (как бы летит) по небесной сфере; угловое перемещение, или, как говорят астрономы, собственное движение звезды Барнарда составляет 10 угловых секунд в год! Столь значительное собственное движение указывает на то, что звезда Барнарда находится близко от Солнечной системы, откуда мы ведем свои наблюдения. Действительно, это третья по близости к нам звезда (после Проксимы и Альфы Центавра), расстояние до нее составляет 1,8 парсека или около 6 св. лет. По физическим характеристикам звезда Барнарда — красный карлик спектрального класса М5 с массой равной 0,15 массы Солнца. На основе многолетних наблюдений Ван де Камп обнаружил периодические колебания положения звезды, которые он объяснил наличием невидимого спутника звезды (планеты) с массой в полтора раза больше массы Юпитера, обращающегося вокруг нее по сильно вытянутой эллиптической орбите с периодом около 25 лет.

Открытие Ван де Кампа но времени совпало с началом радиопоисков внеземных цивилизаций. То обстоятельство, что планета была обнаружена у одной из наиболее близких к нам звезд, говорило о том, что планетные системы должны быть распространенным явлением. Это внушало оптимизм и в отношении поиска сигналов. Несколько странным казался большой период и сильно вытянутая эллиптическая орбита, больше напоминающая орбиты комет. Когда эта проблема обсуждалась на 1-м Всесоюзном совещании по писку внеземных цивилизаций (1964 г.), проф. Б. В. Кукаркин обратил внимание на то, что наблюдаемая картина может быть следствием наличия не одной, а нескольких планет у звезды Барнарда. В качестве иллюстрации он рассмотрел, как бы выглядела Солнечная система при наблюдении подобным же методом с другой звезды. Поскольку периоды двух наиболее массивных планет Солнечной системы — Юпитера и Сатурна примерно соизмеримы (пять оборотов Юпитера составляют 59,3 года, а два оборота Сатурна — 58,9 года), то предполагаемые астрономы с другой звезды из анализа собственного движения Солнца могли бы заключить о наличии около него одной планеты-гиганта, движущейся по сильно вытянутой эллиптической орбите с периодом около 60 лег. Конечно, если бы инопланетные астрономы увеличили точность своих наблюдений, то, обнаружив более тонкие эффекты в движении Солнца, они могли бы установить истинную картину строения Солнечной системы. Нечто похожее, казалось, произошло и со звездой Барнарда. Повторный более точный анализ длительных рядов наблюдений позволил Ван де Кампу выделить в системе Летящей звезды Барнарда две планеты с массами 1,1 и 0,8 массы Юпитера, обращающихся вокруг звезды по почти круговым орбитам с периодом 26 и 12 лет на расстоянии от звезды 4,7 и 2,8 а. е. Последующие исследования позволили выделить еще одну — третью планету, причем оказалось, что расстояния всех трех планет от звезды Барнарда удовлетворяют закону Тициуса-Боде, установленному для планет Солнечной системы. Наконец, канадские ученые О. Дженсен и Т. Ульрих выделили 5 планет в системе звезды Барнарда. Все это было очень впечатляющим. Ведь если у одной из самых близких к нам звезд имеется планетная система, напоминающая Солнечную, значит, планетные системы должны быть весьма распространенным феноменом, ибо иначе трудно представить, как две планетные системы могли оказаться практически в одном месте Галактики.

К сожалению, в дальнейшем результаты Ван де Кампа подверглись серьезному сомнению. В начале 1970-х годов Дж. Гейтвуд, в то время молодой аспирант обсерватории Аллегени (США), разработал усовершенствованный астрометрический прибор с компьютерной обработкой данных и, применив его к анализу собственных движений ряда звезд, не подтвердил результат Ван де Капма. Гейтвуд полагал, что его результат вызван инструментальными ошибками. Однако Ван де Капм не согласился с таким выводом, он продолжал настаивать на достоверности своих наблюдений.

Вопрос, таким образом, оставался открытым. Когда речь идет о результатах, полученных на пределе экспериментальных возможностей, истину установить очень трудно. Необходимо существенное повышение чувствительности методов. Ван де Камп ушел из жизни в 1995 г., и как раз в этот год была открыта первая из новой серии внесолнечных планет, уже не вызывающих никаких сомнений, — планета у звезды 51 Пегаса.

Планета у звезды 51 Пегаса была обнаружена методом лучевых скоростей. Долгое время этот метод не давал нужной точности, он позволял регистрировать скорости порядка 500 м/с, а для обнаружения даже такой массивной планеты, как Юпитер, у солнцеподобной звезды требовалась скорость 12,5 м/с. Следовательно, необходимо было существенно повысить чувствительность метода. К началу 90-х годов это стало возможно благодаря применению спектрометров нового поколения.

Первый успех выпал на долю швейцарских исследователей М. Майора и Д. Квелоца. Их спектрометр имел чувствительность 13 м/с и позволял на пределе обнаружить планету типа Юпитера у солнецеподобной звезды. В 1994 г. они начали наблюдения на высокогорной обсерватории Верхний Прованс (Франция). В программу входил поиск планет у 142 солнцеподобных звезд из ближайшего окружения Солнца. В их число входила и звезда 51 Пегаса, расположенная на расстоянии около 50 световых лет от Солнца. Неожиданно у этой звезды была обнаружена довольно значительная лучевая скорость 60 м/с. Скорость периодически менялась с периодом 4,2 дня. Это было невероятно! Ведь период обращения планет составляет годы, а не дни, следовательно, и скорость, обусловленная влиянием планет, должна была меняться с годичным периодом. Майор и Квелоц решили задержать публикацию своего открытия и еще раз все проверить. В июле 1995 г. наблюдения 51 Пегаса были возобновлены. Изменения скорости следовали точно установленному закону. Сомнений не оставалось: это была планета. Масса ее порядка массы Юпитера, а расстояние до звезды всего 0,05 астрономических единиц (в 20 раз меньше расстояния от Земли до Солнца)! Этим и объясняется столь малый период обращения планеты и большая амплитуда изменения скорости звезды, что облегчило обнаружение планеты. Из-за близости к звезде температура планеты превышает 1000 К. Поэтому в дальнейшем такие планеты стали называть «горячими юпитерами».

Осенью 1995 г. Майор и Квелоц доложили о своем открытии на конференции в Италии. Весть эта быстро распространилась среди других исследовательских групп, занимавшихся поисками планетных систем. Среди них была группа из Сан-Францисского университета США (Дж. Марси, П. Батлер и др.), которые проводили наблюдения на Ликской обсерватории, начиная с 1987 г. К 1994 г. их аппаратура была усовершенствована, и порог чувствительности доведен до 3 м/с. С такой чувствительностью можно было бы уверено обнаружить Юпитер с расстояния до 30 световых лет. За много лет наблюдений у них накопился очень большой материал. Чтобы сократить время компьютерной обработки, исследователи решили уменьшить число регулярно наблюдавшихся звезд со 120 до 25. Среди отброшенных оказалась и звезда 51 Пегаса! Получив сообщение об открытии швейцарских ученых, Марси и Батлер немедленно повели наблюдения 51 Пегаса. Открытие подтвердилось. Вскоре о подтверждении сообщили и другие наблюдатели. Получив время на самых мощных компьютерах, Марси и Батлер провели обработку многолетних наблюдений и обнаружили планетные системы еще у нескольких звезд.

В последующие годы в поиск включились и другие группы; число обнаруженных планет быстро росло. К середине ноября 2002 г. число планетных систем достигло 87, причем в 11 из них обнаружено более одной планеты; общее число планет равно 101. Самую свежую и весьма полную информацию о них можно получить на страничке Интернет «The Extrasolar Planets Encilopaedia» по адресу: http://www.obspm.fr/cncycl/encycl.html (или по адресу: http://www.obspm.fr/planets), или, наконец, непосредственно в Каталоге внесолнечных планет «Extra-Solar Planets Catalog», который является частью Энциклопедии, по адресу: http://www.obspm.fr/cncycl/catalog.html

Большинство обнаруженных планет относятся к типу «горячий юпитер». Возможно, этот удивительный факт является просто следствием наблюдательной селекции: планеты такого типа легче обнаружить. Но в любом случае наличие планетных систем, которые по своим характеристикам существенно отличаются от Солнечной, является важным обстоятельством. Оно указывает на то, что наши представления о происхождении планетных систем нуждаются в корректировке. Особый интерес представляют случаи, когда удалось выделить не одну, а несколько планет. Примером может служить система звезды Ипсилон Андромеды (υ And), у которой удалось выделить три планеты с массами 0,71; 2,11 и 4,61 массы Юпитера и радиусом орбиты 0,06; 0,83 и 2,5 а. е.

Большинство действующих программ рассчитаны на обнаружение массивных планет (типа Юпитера). Для обнаружения планет земного типа чувствительности существующей аппаратуры пока недостаточно. Здесь прогресс может быть связан с применением интерферометров[251]. Уже создан наземный интерферометр, рассматривается проект большого космического интерферометра с 4-метровыми телескопами, разнесенными на расстояние 100 м. Недавно НАСА объявило о проекте запуска в 2004 г астрометрического спутника, который позволит исследовать 40 миллионов звезд и обнаружить планеты у звезд солнечного типа на расстояниях до 1000 световых лет.

Надо сказать, что обнаружение планеты у звезды 51 Пегаса, строго говоря, не было первым надежным обнаружением внесолнечных планет. Это была первая планета, обнаруженная у обычных звезд. Но еще раньше, на несколько лет раньше, планеты были обнаружены у… пульсаров!

Период пульсаров отличается очень высокой стабильностью, вплоть до 10-14 секунды. Это позволяет по изменению периода пульсара измерять лучевую скорость нейтронной звезды с точностью до 1 см/с (!), что совершенно недоступно для обычных звезд. Еще более точно периодическое смещение нейтронной звезды при вращении ее вокруг общего центра масс звезда/планета может быть определено по измерению времени прихода отдельных импульсов, что также невозможно для обычных звезд, так как они не дают импульсного излучения. Все это, в принципе, дает возможность обнаруживать у пульсаров планеты с массой порядка массы Земли. Однако никто не пытался этого делать, так как существование планет у пульсаров казалось совершенно невероятным. Открытие первой планеты у пульсара, как и открытие самих пульсаров, было сделано случайно.

В 1990 г. американский радиоастроном польского происхождения А. Вольцшан на радиотелескопе Аресибо обнаружил слабый пульсар PSR 1257+12 с периодом повторения импульсов 6,2 миллисекунды. Он находится на расстоянии около 1000 св. лет от Солнца. Анализ вариаций периода пульсара, выполненный совместно с Д. Фрейдом, показал, что вокруг нейтронной звезды вращаются, по крайней мере, три планеты с массами 0,015; 3,4 и 2,8 массы Земли. Планеты обращаются вокруг ней тронной звезды по почти круговым орбитам с радиусом 0,19; 0,36 и 0,47 астрономических единиц и периодом 25,3; 66,5 и 98,2 дней. Интересно, что расстояния планет от звезды пропорциональны расстояниям Меркурия, Венеры и Земли от Солнца (то же относится и к периодам обращения). Эти результаты были доложены на конференции в 1991 г. Позднее у пульсара была обнаружена еще одна далекая планета с массой 100 масс Земли (примерно втрое меньше, чем у Юпитера), радиусом орбиты 40 а. е. (примерно, как у Плутона) и периодом обращения 170 лет.

Второй пульсар, у которого, возможно, тоже обнаружена планета, — это РSR 0329+54. Он наблюдался в США в 1968–1983 гг. и на Радиоастрономической станции ФИАН в Пущино в 1978–1994 гг. Общий период наблюдений составил, таким образом, 26 лет. Обработав эти многолетние ряды наблюдений Т. В. Шабанова нашла, что вокруг пульсара обращается, по крайней мере, одна планета с массой около 2 масс Земли, периодом 16,9 лет и радиусом орбиты 7,3 а. е. Возможно, имеется и еще одна планета на расстоянии 2,3 а. е. с периодом обращения около 3 лет. К сожалению, выводы пущинских радиоастрономов не были подтверждены другими исследователями, и в интернетовской таблице это обнаружение числится как «весьма сомнительное».

Еще один весьма далекий пульсар PSR 1828—11, расположенный на расстоянии около 12 тысяч св. лет от Солнца, также имеет три планеты с массами 3; 12 и 8 масс Земли, обращающихся вокруг пульсара на расстоянии 0,93; 1,32 и 2,1 а. е. с периодом соответственно 0,68; 1,35 и 2,79 лет. Как и у пульсара PSR 1257+12, у него расстояния планет от звезды (и периоды обращения) тоже пропорциональны расстояниям от Солнца (и периодом обращения) Меркурия, Венеры и Земли. Данные об этом пульсаре до сих пор официально не опубликованы, поэтому в интернетовской таблице он числится как «неподтвержденный».

Зато в таблице имеется еще один пульсар с «подтвержденным» обнаружением планеты. Это пульсар PSR В1620—26, тоже весьма далекий, его расстояние от Солнца превышает 12 тыс. св. лет. У него обнаружена одна массивная планета с массой от 1,2 до 6,7 масс Юпитера, расстояние ее от звезды 10–64 а. е., а период обращения от 62—389 лет.

Обнаружение планет у пульсаров ставит перед астрофизиками весьма сложные проблемы. Ведь нейтронная звезда образуется в результате вспышки сверхновой. Надо иметь в виду, что вспышка сверхновой — это гигантский взрыв, при котором выделяется колоссальная энергия. Если у звезды, из которой образовался пульсар, была до вспышки планетная система, она должна была разрушиться в результате взрыва. Значит, планеты вокруг пульсаров возникли уже после вспышки. Как именно это произошло, пока не ясно (хотя есть несколько теоретических моделей образования планет на послевзрывной стадии). Как бы там ни было, но наличие планетных систем у таких «экзотических» объектов, как пульсары, наряду с их наличием у обычных звезд, показывает, что планетные системы должны быть широко распространены в Галактике.

Итак, долгие дискуссии, размышления, споры о существовании планет за пределами Солнечной системы завершены, поиски их увенчались успехом. Несомненно это одно из важнейших астрономических открытий XX века. Символично, что оно было сделано на рубеже веков. Умозрительно существование планет у других звезд казалось очевидным. Но отсутствие прямых доказательств оказывало существенное влияние на научные представления в этой области. Несмотря на то, что при имеющихся средствах планеты просто не могли обнаружить, из отсутствия экспериментальных подтверждений делались далеко идущие выводы — об отсутствии планет или их крайней редкости, об уникальности Солнечной системы в Галактике и т. д.

Хотя обнаружение внесолнечных планетных систем несомненно является важным аргументом в пользу их широкой распространенности, сам по себе этот факт пока еще не дает возможности количественно оценить фактор fp. Это можно сделать на основе современных представлений о происхождении планетных систем. А. В. Тутуков выполнил такую оценку и получил, что у 30 % всех звезд в Галактике возникают планетные системы[252]. При этом общее число планетных систем в Галактике может достигать 10^11.

Рассмотрим теперь следующий фактор nе. При оценке этого фактора (коль скоро мы уже ограничились рассмотрением лишь планетных форм жизни) мы должны прежде всего отобрать те звезды, около которых могут существовать планеты с подходящими для возникновения жизни условиями. При отборе таких звезд исключают горячие молодые звезды спектральных классов О, В и А. Это связано с тем, что, как считается, жизнь на планетах может возникнуть и развиться только в период стационарного излучения звезды (когда она находится на главной последовательности). У звезд типа Солнца этот период составляет около 13 млрд лет, а у звезд ранних спектральных классов менее 1 млрд лет. Исходя из земного опыта это слишком короткий для эволюции срок. Напомним, что на Земле с момента ее образования до появления человека прошло около 4,5 млрд лет. Представим себе звезду спектрального класса В5, у которой период стационарного излучения составляет всего 10^8 лет. По истечении этого очень короткого периода звезда начинает раздуваться, превращаясь в красного гиганта, а затем сбрасывает оболочку, обнажая горячее ядро с мощным ультрафиолетовым излучением. Если бы у такой звезды после ее образования начался процесс зарождения жизни, она неминуемо погибла бы в ходе переживаемых звездой катаклизмов. Мы уже не говорим о случае, когда звезда заканчивает свою эволюцию, вспыхивая как сверхновая. Впрочем, доля звезд ранних спектральных классов пренебрежимо мала; кроме того, они, как уже отмечалось выше, скорее всего, не имеют планетных систем, так что их исключение не приводит ни к какому дополнительному отбору. При более осторожном подходе исключаются также красные карлики спектрального класса М. Время жизни их на главной последовательности достаточно велико (много больше, чем для звезд солнечного типа), но считается, что они дают слишком мало тепла и света, чтобы эффективно поддерживать жизнь на своих планетах. Остаются звезды спектральных классов F, G и К (точнее, от F5 до К5), которые по своим характеристикам близки к Солнцу. Доля этих звезд составляет около 20 %. Но это еще не все. Для того чтобы поддержать жизнь, планета должна иметь устойчивую орбиту вокруг звезды. Как мы видели, значительное число звезд входит в состав двойных и кратных систем. В таких системах не всегда возможны устойчивые планетные орбиты. С некоторой степенью произвола полагают, что условие устойчивости выполняется примерно для половины подходящих звезд.

Теперь надо выбрать условия уже внутри самой планетной системы. Для этого мы должны исходить из определенных представлений о том, какие условия необходимы для возникновения и развития жизни. А это неизбежно приводит к вопросу, который нам, возможно, хотелось бы избежать — о формах и субстрате внеземной жизни. Желая сохранить твердую почву под ногами и следуя уже избранному пути, мы вынуждены ограничиться единственно известной нам формой жизни и в качестве «нормы существования» принять условия, необходимые для возникновения и развития водно-углеродной, белково-нуклеиновой жизни. Таким путем мы найдем, по крайней мере, нижнюю границу интересующего нас фактора.

Чтобы обеспечить необходимый температурный режим, планета должна находиться в пределах так называемой «зоны жизни» или экосферы (см. § 3.2). Размеры ее зависят от температуры центральной звезды. Так, для Солнца экосфера простирается от 0,7 а. е. до 1,3 а. е., а для красного карлика класса М5 — приблизительно от 0,02 до 0,05 а. е. Кроме того, масса планеты (как уже отмечалось в предыдущем параграфе) должна быть достаточна для удержания атмосферы, но не слишком велика. Оба эти условия приводят к тому, что планета подходящих размеров должна находиться на подходящем расстоянии от своей звезды. Какова вероятность выполнения этих условий? В Солнечной системе из 9 планет лишь одна — наша Земля — находится в пределах зоны жизни[253] и имеет к тому же подходящие размеры. Исходя из этого можно заключить, что для Солнечной системы вероятность нахождения подходящей планеты в подходящем месте составляет приблизительно 0,1. Можно принять эту оценку в качестве типичной для других планетных систем. Пусть n — среднее число планет в планетной системе (по аналогии с Солнечной системой можно принять n ≈ 10), тогда:

Отметим, что некоторые авторы учитывают долю звезд подходящих спектральных классов и долю подходящих звезд с устойчивыми планетными орбитами при оценке фактора fp. Поэтому для сопоставления результатов различных авторов удобней использовать величину fpne. Эта величина приводится в 3-м столбце таблицы 4.3.1.

Перейдем теперь к оценке вероятностей РL, Рi, Рс. Начнем с вероятности происхождения жизни РL. В п. 4.2.3 мы познакомились с тем, как образуются основные «строительные блоки» биохимии (аминокислоты, нуклеотиды и т. д.) и как из этих «кирпичиков» путем полимеризации возникают более сложные органические молекулы. Но там же мы отмечали, что до сих пор остаются полностью неясными последующие этапы происхождения жизни. Прежде всего — каким образом «запускается» механизм наследственности, как возникают системы такого уровня сложности, начиная с которого вступает в силу естественный отбор, характерный для живых систем.

Существует точка зрения (и она активно пропагандируется в популярной литературе), согласно которой образование первых белковых молекул и первых молекул ДНК произошло чисто случайно — путем случайного сочетания имевшихся в первобытном океане простых молекул. А так как вероятность случайного образования достаточно сложных систем (какими, несомненно, являются живые системы) исчезающе мала, то, с этой точки зрения, происхождение жизни на Земле является чудом, повторение которого где-либо в другом месте Вселенной крайне маловероятно. Рассмотрим в качестве иллюстрации вероятность случайного образования одного из хорошо известных белков — гемоглобина. Молекула гемоглобина состоит из 4-х полипептидных цепей по 150 элементов (звеньев) в каждой цепи. Всего, таким образом, имеется 600 звеньев, каждое звено — это молекула той или иной аминокислоты. Поскольку в состав живых организмов входит 20 различных аминокислот, то число всевозможных комбинаций из 20 аминокислот при длине цепочки 600 звеньев равно 20^600, и вероятность чисто случайного образования молекулы гемоглобина составляет 1/20^600 = 10-780 (!) — число практически не отличающееся от нуля. Если же принять во внимание все существующие в природе аминокислоты, а не только те, что входят в состав живых организмов (ведь первоначальный отбор должен был производиться из всех аминокислот), то вероятность упадет до величины 10-1200. И это для простейшего из белков! Если же взять молекулу ДНК, входящую в состав наших хромосом, то вероятность ее чисто случайного возникновения равна — величина, которая «доказывает» абсолютную невозможность происхождения человека.

Ошибочность подобной аргументации состоит в том, что такой чисто комбинаторный подход не применим к процессу формирования сложной высокоорганизованной системы. На основе простой комбинаторики исходных элементов невозможно за разумное время получить не только белковую молекулу, но и более простые системы, существующие в природе. Процесс формирования сложной системы протекает таким образом, что на каждой стадии такого процесса образуются промежуточные подсистемы с присущими им структурными особенностями, благодаря которым на последующих этапах уже не могут реализоваться любые комбинации исходных элементов. Реализуются только некоторые, «разрешенные» комбинации, а это сокращает общее число комбинаций, повышает вероятность реализации процесса (или сокращает время его реализации). Согласно теории Дж. Бернала (1901–1971), существенную роль в этом процессе играет иерархическое строение возникающих структур, каждая из которых включает в себя структуры и процессы, существующие на более низком уровне. В результате число возможных путей формирования некоторой структуры высшей сложности из ее элементов (субструктур) уменьшается, а вероятность образования сложной структуры возрастает по сравнению с тем, что имеет место при ее формировании непосредственно из исходных элементов.

Можно проиллюстрировать это положение на примере формирования языка. Казалось бы какое отношение имеет язык к обсуждаемой проблеме? Но ведь язык — это тоже сложная система, а закономерности формирования сложных систем имеют много общего. Рассмотрим для определенности письменную речь. Исходным элементом ее являются буквы, из них с соблюдением определенных закономерностей образуются слова, из слов строятся предложения, и здесь действуют свои закономерности: порядок слов в предложении, согласование в роде, числе, падеже. Наконец, предложения следуют друг за другом, подчиняясь более сложным законам смысла, логики и т. д. Благодаря этому возникают определенные ограничения на сочетания исходных элементов, букв (а также слов, предложений, абзацев). В результате огромное множество априори возможных «предложений» — вроде: «ыыыуууя тнньл мммбббщъ аъ» — не появляется в осмысленном русском тексте. Точно так же в процессе формирования сложной материальной системы допускается не всякая связь, не всякая комбинация, а лишь такая, которая, по выражению А. Д. Урсула, «предопределена и закреплена всем предшествующим развитием»[254]. В этом смысле и химическая эволюция подобна повествованию. Написав отрывок эволюционной повести, природа закономерно определяет несколько следующих «букв», затем «слов», «предложений», пока не завершит свою творческую работу по созданию живой системы.

К сожалению, мы не знаем закономерности этого процесса. Поэтому в настоящее время у нас нет достоверных данных для надежной оценки вероятности РL. Разумеется, это не означает, что РL очень мала — не следует путать невысокую надежность в оценке вероятности с величиной самой вероятности.

Можно подойти к оценке величины РL, исходя из времени реализации процесса. Для любого, даже чисто случайного, процесса существует характерное время, по истечении которого интересующее нас событие произойдет практически неизбежно, ибо опыт повторится достаточное число раз. Тем более это относится к такому квазидинамическому процессу, как предбиологическая эволюция. Причем здесь характерное время определяется с учетом тех закономерностей формирования сложных систем, тех квазидинамических связей, о которых говорилось выше. Если оно окажется меньше времени существования планеты с подходящими условиями, то по истечении характерного времени жизнь на такой планете с неизбежностью возникнет. Время существования планеты с подходящими условиями (точнее, время существования подходящих условий на планете) определяется временем жизни звезды на главной последовательности. Следовательно, условие возникновения жизни на планете можно записать в виде

Для одних планет это условие выполняется, для других нет. Доля планет, для которых оно выполнено, и определяет вероятность происхождения жизни на планете с подходящими условиями. На Земле это условие было выполнено. Если для большинства планет характерное время происхождения жизни не сильно отличается от характерного времени для Земли, то для них условие (4.8) тоже выполняется, и тогда вероятность РL близка к единице. Если же характерное время для Земли является нетипичным, если на большинстве планет процесс длится дольше, чем на Земле (что само по себе является уже сильным допущением), то тогда все зависит от того, с каким «запасом» это условие было выполнено на Земле. Если оно выполняется с большим запасом, тогда для значительной части планет оно тоже будет выполнено, несмотря на то, что для них процесс длится дольше, чем на Земле. Если же запас невелик, тогда для большинства планет это условие не выполняется, и величина PL, соответственно, мала.

В годы становления проблемы SETI считалось, что процесс химической эволюции на Земле длился несколько миллиардов лет, что сопоставимо с возрастом Земли и почти одного порядка с возрастом Вселенной. Как отметил в то время А. А. Нейфах[255], незначительное изменение физических условий на других планетах, по сравнению с земными условиями, может увеличить срок химической эволюции на 1–2 порядка, и тогда для происхождения жизни потребуется время, превышающее возраст Вселенной. Если это имеет место для большинства планет, то PL много меньше единицы. Новые данные показали, что характерное время происхождения жизни на Земле гораздо меньше, чем предполагалось ранее. По существу, жизнь возникла на Земле сразу же после того, как закончился процесс ее формирования. Если даже допустить, что на других планетах процесс по каким-то причинам длился дольше, чем на Земле, его длительность, из-за большого запаса, для большинства планет, по-видимому, все же не превышает времени жизни звезды на главной последовательности. Исходя из этого, можно предположить PL ≈ 1.

Перейдем теперь к оценке вероятности Рi. Прежде всего надо оговорить, что мы понимаем под термином «разумная жизнь». Понятие «разум», как и понятие «жизнь», кажется первоначально интуитивно ясным. Но определить их не так просто. Где та грань, которая отделяет живое от неживого? Где критерий, позволяющий отделить разумное от неразумного? Разумны ли высшие животные, или разум — прерогатива только человека? Даже в применении к земной жизни эти вопросы вызывают известные трудности. Тем более сложным представляется вопрос о возможных формах внеземного разума. Мы должны быть готовы к тому, что разум, с которым нам придется встретиться и вступить в контакт, может принимать самые неожиданные формы. На первый взгляд, SETI позволяет значительно упростить проблему. Если исходить из узкого понимания SETI — поиск и обнаружение сигналов от внеземных цивилизаций, то под «разумными существами» можно понимать существа, способные создавать мощные радиопередатчики и радиотелескопы, или, говоря более общо, — способные обмениваться информацией по каналам связи. Какова физическая, химическая и биологическая природа таких существ — с этой точки зрения, совершенно несущественно. Однако пытаясь оценить число цивилизаций по формуле Дрейка, мы вынуждены были ограничиться рассмотрением вполне конкретной белково-нуклеиновой формы жизни, возникающей на планетах, обращающихся вокруг подходящих звезд. И интересующая нас сейчас величина Рi, есть вероятность происхождения разумных существ именно на такой обитаемой планете в процессе биологической эволюции.

Нам известен лишь один пример биологической эволюции на Земле, приведший к возникновению разумного вида «Homo sapiens». Нельзя сказать, что мы хорошо представляем себе процесс биологической эволюции. После первых успехов дарвиновской теории перед ней возникли серьезные трудности. Положение здесь напоминает ситуацию в проблеме происхождения жизни: чем больше мы углубляемся в изучение эволюции, тем менее понимаем, каким образом она привела к возникновению человека. Имея в виду эти трудности, И. С. Шкловский высказал мысль, что на Земле, наряду с мутациями и естественным отбором, по-видимому, действовали еще какие-то факторы, роль которых пока еще окончательно не ясна. Поэтому мы не можем надежно оценить величину Рi Это, конечно, не означает, что величина Рi — очень мала. Здесь, как и в случае с вероятностью PL, не следует путать надежность в оценке вероятности (которая может быть очень малой) с величиной самой вероятности.

Дополнительные трудности возникают в связи с характером самого эволюционного процесса. Многие эволюционисты отмечают, что, по мере усложнения организмов, пути эволюции все более и более разветвляются. И далеко не все из них ведут к появлению разумных существ. Значит, на другой планете эволюция может пойти по «тупиковому» пути. Если это так, то природе придется поставить много опытов на разных планетах, прежде чем на одной из них опыт увенчается успехом и эволюция пойдет по пути, который приведет к появлению разумных существ. Поэтому, как подчеркивает Шкловский, если даже считать, что возникновение разумной жизни во Вселенной есть закономерный процесс развития материи, из этого вовсе не следует, что эволюция живой материи на каждой планете неизбежно должна привести к возникновению разума.

Насколько уникален путь земной эволюции? Если иметь в виду все детали этого пути, то он, конечно, уникален. И земное человечество так же уникально, как и любой биологический вид на Земле. Но говоря о поисках внеземного разума, мы вовсе не должны ограничиваться какой-то внеземной копией земного человечества, следовательно, нет необходимости в том, чтобы эволюция на других планетах повторяла во всех деталях путь земной эволюции. Важны лишь ее главные, существенные черты. Каковы же эти существенные черта)?

Рис. 4.3.1. Древо жизни (по Кеио). Рисунок из книги: Пьер Тейяр де Шарден. Феномен человека. — М.,1987, с. 114

Биологическая эволюция на Земле протекала в направлении нарастающей дифференциации функций, выполняемых отдельными органами и тканями. Если в одноклеточном организма все функции совмещены, то уже у первых многоклеточных организмов начинается разделение между тканями: появляется мышечная ткань, выполняющая функции движения; затем появляются различные специализированные органы и ткани, выполняющие функции дыхания, пищеварения, размножения и т. д., возникает система кровообращения, появляются рецепторы (или органы чувств), связывающие организм с окружающей средой. Это усложнение организмов, появление специализированных органов и тканей неизбежно требует создания управляющих механизмов, иначе организм не сможет функционировать как единое целое. Появляется нервная и эндокринная система, выполняющие функции управления. Появление нервной системы на определенном этапе эволюции, или, говоря шире, — появление некоторой управляющей системы, можно, по-видимому, считать закономерной. Более сложной является проблема эволюции нервной системы до такого уровня, когда возникает то, что мы называем словом «разум». С понятием «разум» (в отличие от «животного ума») обычно связывается способность к абстрактному мышлению, способность познавать окружающий мир и самое себя, т. е. строить модели мира с помощью абстрактных понятий и использовать результаты познания в соответствии со своими целями. Для возникновения разума требуется выполнение ряда условий, сочетание ряда факторов. Прежде всего имеет значение, конечно, количество нейронов в центральной нервной системе, а следовательно, объем мозга и размер животного. Но одного этого, разумеется, недостаточно. Как подчеркивает американский антрополог Р. Ли, необходимым условием возникновения разума является сложная социальная жизнь животного. Еще Фридрих Энгельс указывал на важную роль труда в процессе происхождения человека. Огромное значение имело и появление языка как средства коммуникаций между членами зарождающегося человеческого общества. Хотя язык обслуживал определенные материальные потребности, он имел свою собственную логику развития. Развитие языка в значительной мере стимулировало развитие разума, протекало в диалектическом единстве с его развитием. Имея единичный пример развития мыслящего вида на Земле, мы не знаем, насколько типичным является этот процесс, обязательно ли при всех условиях эволюция управляющих систем приведет к появлению разума.

Этот вопрос активно обсуждался на конференции CETI в Бюракане в 1971 г. Ф. Моррисон обратил внимание на то, что человек не имеет близких родственников в отряде приматов. По его мнению, это может быть следствием того, что они были уничтожены в борьбе за существование в процессе становления вида Homo. Если это так, то могли быть другие гуманоидные виды, и один из них неизбежно должен был стать разумным. Более того, как отметил американский астрофизик Т. Голд, соперничество между двумя высокоразвитыми группами животных могло способствовать происхождению разума. В конце концов, разум является полезным эволюционным приобретением, поэтому можно думать, что рано или поздно он должен возникнуть. Эту мысль поддержал известный американский кибернетик М. Мински, специалист по искусственному интеллекту. Он заявил, что разум должен был появиться хотя бы потому, что опасно иметь мало разума[256].

Каковы основания ожидать, что на Земле могли быть другие гуманоидные виды? Моррисон видит их в своеобразных свойствах биологической конвергенции в процессе эволюции видов. Под биологической конвергенцией понимается эволюционное сближение признаков различных организмов, живущих в сходных условиях. Это сближение может проявиться как подобие морфологических признаков (например, развитие оптимальной гидродинамической формы тела у тунца, ихтиозавра и дельфина, принадлежащих к различным классам животного мира), так и в появлении функционально одинаковых органов (возникновение глаз у моллюсков, насекомых и позвоночных)[257]. Пример биологической конвергенции Моррисон видит и в том, что на Земле имеются, по крайней мере, два биологических вида (человек и дельфин), обладающих высокоразвитым мозгом. То обстоятельство, что среди многочисленных прей эволюции лишь один привел к появлению разумных существ, по мнению Моррисона, вполне объяснимо, ибо наличие одного очага разума уничтожает соседний. Не будь человека, среди млекопитающих нашлись бы другие виды, которые развились бы до разумных форм.

Если эти соображения верны, то происхождение разума можно рассматривать как неизбежный результат биологической эволюции. На основании этого можно было бы положить Рi = 1. Но остается еще вопрос о длительности процесса биологической эволюции. На Земле этот процесс занял значительно больше времени, чем происхождение жизни. Длительность его практически равна возрасту Земли и, действительно, одного порядка с возрастом Вселенной. Изменение длительности эволюции на других планетах всего в несколько раз по сравнению с Землей (в сторону увеличения) приводит к тому, что для происхождения разума на этих планетах может не хватить времени. Конечно, это относится не ко всем планетам, на некоторых из них эволюция может быть даже короче, чем на Земле. Но, во всяком случае, для части планет такая ситуация может иметь место. Поэтому для Рi, можно принять более осторожную, по сравнению с РL, оценку: Рi ≤ 1. Впрочем, как видно из таблицы 4.3.1, оценки этих факторов у различных авторов отличаются не сильно.

Остается оценить вероятность Рс образования технически развитой цивилизации. История человечества знает немало цивилизаций, которые возникали, достигали расцвета и гибли по тем или иным причинам внутреннего и/или внешнего характера. При этом различные цивилизации на Земле возникали в разное время в различных местах и, по-видимому, независимо друг от друга. Если в отношении таких цивилизаций, как Китай, Индия, Египет, можно говорить об их взаимном влиянии, то цивилизации американского континента (инки, ацтеки и др.), вероятно, возникли независимо от цивилизаций Старого света. Если это так, то можно думать, что образование цивилизаций есть закономерный этап в эволюции мыслящих существ. Бытует, правда, и такое представление: все цивилизации как Старого, так и Нового света, образовались от одной древнейшей Працивилизации. Но оно не отменяет вывод о закономерном характере возникновения цивилизаций. Менее определенным является вопрос о закономерностях появления развитой технологии, при которой можно говорить о межзвездной связи. Наши представления базируются на изучении человеческого опыта, и мы не знаем, какие из закономерностей исторического развития являются специфическими, присущими только человеческому обществу, и какие имеют универсальный характер. Учитывая, что время возникновения технологического общества (10^5 ÷ 10^6 лет) мало по сравнению со временем биологической эволюции, можно положить Рс ≈ 1.

Вспомним, что нас интересуют коммуникативные цивилизации. Если даже допустить неизбежность возникновения технически развитых цивилизаций, остается еще неясным вопрос — обязательно ли они пожелают установить контакт с другими мирами. Каковы побудительные мотивы контакта? По мнению профессора Д. Я. Мартынова (1906–1989), они могут представлять собой сложный комплекс «из любознательности (научного интереса), тщеславия и альтруизма»[258]. Вероятно, это в какой-то мере справедливо для нашей земной цивилизации в ее нынешнем состоянии развития. Но что мы знаем о побудительных мотивах иных цивилизаций? Думается, что мотивы могут быть более глубокими. Не исключено, что контакт с другими сообществами разумных существ является необходимым условием сохранения и дальнейшего развития для каждой цивилизации после того, как она достигнет определенного уровня развития. Если это так, то любая цивилизация, начиная с определенного момента, вступает в коммуникативную фазу.

Подведем предварительные итоги. В табл. 4.3.1 приведены оценки факторов в формуле Дрейка, выполненные различными авторами. Если принять скорость звездообразования R∗ = 20 звезд/год, то для скорости возникновения цивилизаций R = R∗fs, получим значения, приведенные в последней строке таблицы. Чтобы получить число цивилизаций, надо эту величину умножить на L. Например, по оценкам, принятым в проекте «Циклоп», R = 1, и число цивилизаций в Галактике, находящихся в коммуникативной фазе, Nc(t) = L, т. е. численно равно выраженной в годах длительности коммуникативной фазы. При других оценках имеем, соответственно, иные значения R, т. е. иные значения коэффициента при L в формуле для числа цивилизаций Nc(t) = RL. Отсюда видно, какое большое значение для оценки числа коммуникативных цивилизаций имеет время жизни цивилизаций или длительность коммуникативной фазы. К обсуждению этой величины мы теперь и переходим.

4.3.3. Время жизни коммуникативных цивилизаций (длительность коммуникативной фазы)

О времени жизни технически развитых цивилизаций (как и о распространенности разумной жизни во Вселенной) имеются две противоположные точки зрения. Согласно одной из них, время жизни цивилизаций существенно ограничено: оно может составлять несколько сотен, несколько тысяч, может быть, несколько миллионов лет, но оно, во всяком случае, очень мало по сравнению с космогоническим масштабом времени. Это так называемая короткая шкала жизни. Согласно другой точке зрения, время жизни технически развитых цивилизаций неопределенно велико. Раз возникнув, они развиваются, практически, неограниченно долго, постоянно приспосабливаясь к новым условиям (или создавая для себя новые условия), преодолевая новые трудности, добиваясь новых побед в преодолении стихийных сил природы. С этой точки зрения время жизни коммуникативных цивилизаций может быть соизмеримо только с возрастом Галактики (длинная шкала жизни).

Напомним, что величина L в формуле Дрейка представляет собой среднее время жизни коммуникативных цивилизаций. Следовательно, могут быть цивилизации, время жизни которых как больше, так и меньше L. Особый интерес представляют цивилизации с длительностью коммуникативной фазы порядка T, т. е. порядка возраста Галактики. Если одна такая цивилизация когда-то возникла в Галактике, то она и сейчас находится в коммуникативной фазе. Можно ли рассчитывать, что такие цивилизации существуют, или время их жизни ограничено какими-то внешними или внутренними причинами? В литературе по проблеме SETI обсуждалось несколько возможных причин гибели высокоразвитых цивилизаций: 1) самоуничтожение в результате термоядерной катастрофы или какого-то другого открытия, которое может привести к непредвиденным и неконтролируемым последствиям; 2) генетическая опасность, связанная с «грузом» неблагоприятных мутаций, сохраняющихся в популяции высокоразвитых существ благодаря применению медицины; 3) ограниченная емкость мозга отдельного индивидуума, что в сочетании с быстрым ростом информации[259] может привести к чрезмерной специализации и, как следствие ее, к вырождению; 4) кризис, связанный с появлением искусственных разумных существ. К этому можно добавить еще загрязнение окружающей среды, организационный, демографический и энергетический кризис, а также потерю интереса к науке и технике, что, практически, приведет к окончанию коммуникативной фазы. Все эти сценарии навеяны состоянием нашей земной цивилизации. Неизвестно, насколько они типичны. С другой стороны, могут быть и иные противоречия, с которыми сталкиваются развивающиеся космические цивилизации и о которых мы не имеем никакого понятия.

Следует иметь в виду, что хотя названные (и не названные) причины могут в разной степени влиять на продолжительность жизни технически развитых цивилизаций, совершенно не обязательно, чтобы каждая из них (или они все вместе) с фатальной неизбежностью приводили к постепенной или катастрофической гибели цивилизаций. Как правильно подчеркивает Н. С. Кардашев, указанные причины, по-видимому, являются весьма существенными для каждой цивилизации на определенном этапе ее развития, но это не значит, что они являются принципиально неустранимыми во всех случаях и для всех цивилизаций. Близкая точка зрения была высказана американским биофизиком и футурологом Дж. Платтом. Он считает, что в истории каждой цивилизации могут встретиться определенные критические моменты (критические точки). Не всякая цивилизация сумеет преодолеть их, какая-то часть обществ может погибнуть, но другие выживут и будут развиваться дальше. Вскоре они встретятся с новой кризисной ситуацией, новым порогом, и опять часть обществ погибнет, а другая часть преодолеет этот порог и будет развиваться до тех пор, пока не встретится с новым и т. д. Переход через каждый порог будет приводить к потере цивилизаций. Но какая-то, пусть небольшая, часть обществ, по мнению Платта, сможет найти решение всех проблем, эта общества преодолеют все пороги и будут развиваться неограниченно долго.

Каково соотношение между числом таких цивилизаций и цивилизаций с короткой шкалой жизни? Этот вопрос исследовался К. Саганом[260]. Пусть Lд— среднее время жизни долгоживущих цивилизаций, a Lк — среднее время жизни короткоживущих цивилизаций; fд — доля долгоживущих цивилизаций из числа всех цивилизаций, возникающих за время от 0 до T; (1 — fд) — доля короткоживущих цивилизаций. Тогда общее число цивилизаций в Галактике в момент Т:

N(T) = RfдLд + R (1 —fд) Lк = RL; (4.9)

R — средняя скорость возникновения цивилизаций в Галактике (R = R∗fs), Rfд — скорость возникновения долгоживущих цивилизаций, R (1 — fд) — скорость возникновения короткоживущих цивилизаций; 1-й член дает число долгоживущих цивилизаций, а 2-й — число короткоживущих цивилизаций; L — среднее время жизни, усредненное по всем цивилизациям:

L =fдLд + (1 — fд)Lк. (4.10)

Несмотря на то, что доля fд может быть очень мала, число долгоживущих цивилизаций, существующих в данный момент Т(одновременно с нами), благодаря большой длительности их жизни L может намного превосходить число коротко живущих цивилизаций.

Примеры

1. Пусть Lд = 10^9 лет, Lк = 10^3 лет, fд = 10-2 (т. е. на 100 цивилизаций возникает одна цивилизаций с длинной шкалой жизни и 99 — с короткой шкалой жизни). Принимая R = 0,1 год-1 (одна цивилизация возникает раз в 10 лет), T = 10^10 лет, получим число цивилизаций, которые возникают за время от 0 до Т: пд(Т) = 10^7; nк(T) = 10^9. Число цивилизаций, одновременно существующих в момент T: = 0,1 × 10-2 × 10^9 = 10^6; Nк(T) = 0,1 × (1 — 10-2) × 10^3 = 10^2. Отсюда видно, хотя общее число цивилизаций с короткой шкалой, образующихся за все время существования Галактики, на два ворядка больше числа долгоживущих цивилизаций, в данный момент времени соотношение между ними обратное: число цивилизаций с короткой шкалой на 4 порядка меньше числа цивилизаций с длинной шкалой. В этом примере L = 10^7 лет, N(T) = 10-1 × 10^7= 10^6 ≈ Nд(T).

2. Пусть теперь Lд = 10^10 лет, Lк = 10^2 лет, fд = 10-6. Тогда: пд(Т) = 10^3; nк(Т) = 10^9; Nд(T) = 10^3; Nк(T) = 10. В этом примере все цивилизации с длинной шкалой, возникшие за время от 0 до Т, существуют и в настоящий момент, и хотя доля их очень мала (10-6), число их в данный момент на 2 порядка превосходит число короткоживущих цивилизаций. Здесь L = 10^4 лет, N(T) = 10^3 ≈ Nд(T).

К. Саган обращает внимание на то, что разрыв во времени между долгоживущими и короткоживущими цивилизациями создает непреодолимый культурный барьер между ними. Такие цивилизации откроют законы природы и изобретут технологию, применение которой будет казаться нам неотличимой от магии. Они будут, по всей вероятности, изучать примитивные формы жизни и примитивные цивилизации, но вряд ли будут особо обеспокоены установлением связи с ними; во всяком случае — не более чем мы обеспокоены установлением контакта с бактериями. Поэтому в иерархии космических цивилизаций, по-видимому, существует горизонт коммуникативного интереса. Высокоразвитые цивилизации могут осуществлять оживленный коммуникативный обмен между собой посредством неизвестной нам технологии и при этом будут для нас оставаться «за горизонтом». Существование коммуникативного горизонта во много раз уменьшает число цивилизаций, с которыми мы можем вступить в контакт.

Определим число цивилизаций внутри горизонта. Они состоят из короткоживущих цивилизаций и небольшой доли f′ долгоживущих цивилизаций, которые возникли совсем недавно и поэтому еще не успели выйти за пределы коммуникативного горизонта. Возраст этих цивилизаций х ≤ Lк. Если скорость возникновения цивилизаций постоянна (не зависит от времени), то они равномерно распределены по возрасту. Поэтому доля f′ равна Lк/Lд. А для цивилизаций с возрастом х > Lк их доля составляет (1 — f′) = эти цивилизации лежат за пределами нашего горизонта. Число цивилизаций с длинной шкалой, которые, в силу малого возраста, еще находятся в пределах нашего горизонта:

N′(Т) =f′Nд(T) =f′fдRL = fдRLк

Общее число цивилизаций внутри горизонта:

N(Т) = R(1 — fд)Lк + RfдLк.

Здесь первый член определяется цивилизациями с короткой шкалой жизни (все они лежат внутри горизонта), а второй член определяется недавно возникшими цивилизациями с длинной шкалой (возраст которых не превышает Lк). Поскольку fд << 1, то N ≈ R(1 — fд)Lк, т. е. совпадает с числом короткоживущих цивилизаций. Таким образом, в то время, как общее число цивилизаций (существующих в момент Т) определяется долгоживущими цивилизациями, число цивилизаций внутри горизонта определяется короткоживущими цивилизациями. В рассмотренном выше примере: Lд = 10^9, Lк = 10^3, fд = 10-2, R = 10^1, первый член равен 10^2, a второй равен 1. To есть на 100 кратковременно живущих цивилизаций приходится одна долгоживущая, попавшая внутрь горизонта.

Из этих соображений вытекают определенные выводы относительно стратегии поиска. Поскольку общее число цивилизаций в данный момент определяется долгоживущими цивилизациями, то даже при большом числе цивилизаций цивилизации с короткой шкалой жизни относительно редки и расстояние между ними велико. Поэтому обнаружить их сравнительно трудно. Напротив, высокоразвитые цивилизации, с длинной шкалой жизни, расположены ближе и обнаружить их было бы проще, но они находятся за пределами коммуникативного горизонта. Получается «заколдованный круг». Впрочем, если допустить, что небольшая часть высокоразвитых цивилизаций проявляет интерес к контакту с примитивными обществами, то, именно, связь с ними окажется для нас доминирующей. Атак как такие сверхцивилизации можно обнаружить на межгалактических расстояниях (см. гл. 1), то наилучшая стратегия, по мнению Сагана, состоит в том, чтобы искать высокоразвитые цивилизации II и III типа среди ближайших галактик, вместо того, чтобы искать цивилизации I типа среди ближайших звезд. Поиск сигналов от галактик, насчитывающих миллиарды звезд, имеет несомненные преимущества перед поиском от отдельных звезд. И, однако, не следует пренебрегать и ближайшими окрестностями. Ведь, как следует из проведенного анализа, высокоразвитые цивилизации могут находиться «совсем рядом» с нами. Было бы обидно упустить возможность контакта с такими цивилизациями.

Но вернемся к времени жизни коммуникативных цивилизаций. Возможность двустороннего обмена информацией зависит от соотношения между длительностью коммуникативной фазы L и величиной запаздывания tзап при межзвездных «переговорах». Для того чтобы двусторонняя связь была возможна, время жизни цивилизаций должно превышать некую критическую величину Lкр = tзап = 2d/c (d — расстояние между цивилизациями, с — скорость света). Принимая во внимание выражение (4.4) для d, можно получить:

Lкр = (d∗/С)3/4(T/fs)1/4.

Полагая d∗ = 6,5 св. лет, Т = 10_10 лет, получим следующие величины Lкр, соответствующие значениям fs, приведенным в таблице 4.3.1:

Согласно С. фон Хорнеру, эффективный обмен информацией между цивилизациями, вследствие эффекта «обратной связи» может привести к существенному увеличению дли тельности коммуникативной связи. Следовательно, если L > Lкр, то после установления контакта L начинает возрастать; если же L < Lкр, то эффект обратной связи отсутствует, и Ь остается малым. Таким образом, L может быть либо меньше Lкр, либо много больше этой величины. Цивилизации, время жизни которых близко к Lкр, должны быть крайне редки. До какой степени возрастает величина L после установления контакта? Может быть, установление связи с другими мирами это и есть тот главный порог, который должна достичь и преодолеть развивающаяся цивилизация, после чего она приобретает возможность безграничного развития. В таком случае Lкр можно принять за тот «водораздел», который разделяет цивилизации на две группы: в пределах нашего коммуникативного горизонта и за его пределами.

В приведенных выше примерах мы искусственно принимали долю долгоживущих цивилизаций очень малой. Если допустить, что любая из возникающих цивилизаций может приобрести возможность безграничного развития, т. е. положить fд ≈ 1, то при тех же значениях R = 10-1 цивилизаций в год и Т = 10^10 лет получим N(Т) = 10^9. В наиболее благоприятном случае, когда fpпе = 1 и РL = Рi = Рc = 1; при этих условиях R = R∗ = 20 год-1 и Nc(Т) = 2 10^11, т. е. равно числу звезд в Галактике. Это означает, что около каждой звезды имеется развитая цивилизация. Все они находятся за пределами нашего коммуникативного горизонта. Цивилизации типа нашей составляют небольшую долю молодых, недавно возникших цивилизаций с возрастом X < Lкр которые еще не успели вступить в Галактический Клуб.

4.3.4. Обобщение формулы Дрейка. Статистический подход

Прежде всего возникает вопрос о числе сомножителей в формуле Дрейка. Мы уже отмечали, что некоторые авторы вводят дополнительные сомножители для учета тех или иных факторов, оказавших влияние на происхождение жизни и возникновение технически развитой цивилизации. Так, С. Доул при оценке числа планет с благоприятными для возникновения жизни условиями вводит 8 сомножителей, учитывающих вероятность того, что орбита планеты имеет определенный эксцентриситет, вероятность того, что ее ось определенным образом наклонена к плоскости орбиты и т. д. Дж. Платт выделяет в процессе эволюции от появления простейших органических соединений до возникновения коммуникативной цивилизации более 20 важнейших этапов, каждый из которых характеризуется определенной вероятностью реализации[261]. На первый взгляд может показаться, что учет дополнительных факторов и введение соответствующих вероятностей в формулу Дрейка неизбежно приводит к уменьшению общей результирующей вероятности, так как произведение множителей, каждый из которых меньше единицы, уменьшается с возрастанием числа сомножителей. Однако это верно лишь в том случае, если рассматривать фиксированные значения вероятностей. Для процесса, развивающегося во времени, вероятность реализации того или иного этапа есть функция времени. Если для каждого промежуточного этапа вероятность реализации стремится к единице за некоторое конечное время, то и произведение вероятностей будет стремиться к единице за определенное конечное время, равное сумме времен реализации каждого этапа. В этом смысле вместо общей вероятности всего процесса в целом в данный момент времени, можно рассматривать суммарное время его реализации, по истечении которого процесс неизбежно завершится[262]’ [263]’ [264]. Весь вопрос в том, каково это суммарное время. Применительно к процессу возникновения планетных цивилизаций суммарное время не должно превышать времени жизни звезды на главной последовательности.

Исходя из такого подхода, Платт рассмотрел вероятность реализации различных этапов эволюции. По его мнению, в отношении некоторых этапов уже сейчас, на основе имеющихся экспериментальных и теоретических данных, можно с уверенностью сказать, что вероятность их реализации равна единице (в указанном выше смысле). К ним Платт относит: образование органических соединений; образование автокатализа в процессе прсдбиологической эволюции; появление органов зрения у различных видов животных (биологическая конвергенция); возникновение управляющей нервной системы; появление общественных животных, использующих коммуникационные сигналы для регулирования своей социальной жизни; появление животных, владеющих орудиями труда; возникновение технологии, городов, пауки, освоение ядерной энергии и космического пространства. Для других этапов вероятность в настоящее время неизвестна. Таковыми являются: образование нуклеиновых кислот, возникновение живой клетки, переход к многоклеточным организмам, возникновение царства животных, выход жизни из океана на сушу. По мнению Платта, большинство из этих этапов почти неизбежно вытекает из предыдущих, поэтому, хотя вероятность их реализации, в отличие от этапов первой группы, строго говоря, неизвестна, ее также можно считать равной или близкой к единице.

Существуют однако три ключевых момента: переход от сложных органических соединений к живым системам (происхождение жизни), использование огня и возникновение языка или речевого мышления. Эти шаги, по мнению Платта, являются уникальными. Впрочем, и в отношении этих критических ключевых этапов, по-видимому, как считает Платт, можно будет показать, что вероятность их реализации стремится к единице. Для этого надо разбить критические этапы на более мелкие шаги (субэтапы) и тогда каждый последующий шаг будет с неизбежностью вытекать из предыдущего. Так, использование огня, само по себе маловероятное и даже противоестественное для большинства животных, может оказаться закономерным, если рассмотреть популяцию существ, которые изготавливают и применяют орудия труда. С другой стороны, использование огня (раз уж это произошло) делает почти неизбежным следующий шаг — переход от коммуникативных сигналов, которыми обмениваются животные, к языку символов, к речи и мышлению. Огонь «продлевает» день и создает досуг. Сидя у огня в своих пещерах, отделенные от прошедших событий временем и пространством праразумные существа могут обмениваться впечатлениями и переживаниями дня, используя только символы реальных вещей. Это и дает начало языку, речевому мышлению и, вместе с ним, ритуалам, поэзии, мифологии, науке.

Рис. 4.3.2. Изменение числа цивилизаций со временем. Линия 1 изображает рост числа подходящих звезд; линия 2 — изменение числа коммуникативных цивилизаций при условии, что скорость их возникновения равна скорости возникновения подходящих звезд; линия 3 изображает число коммуникативных цивилизаций в функции времени при условии, что не у каждой подходящей звезды возникает коммуникативная цивилизация. Пояснение см. в тексте

Рассмотрим теперь, как зависит число цивилизаций от суммарного времени реализации процесса. Пусть Т_0 — время от образования подходящей звезды до возникновения на ней коммуникативной цивилизации. Для простоты предположим, что для всех цивилизаций это время одинаково. Предположим, что время жизни коммуникативных цивилизаций (длительность коммуникативной фазы) для всех цивилизаций тоже одинаково и равно L. На рис. 4.3.2 линия 1 изображает рост числа подходящих звезд со временем: N∗(t) = R_0t (R_0 — скорость образования подходящих звезд, предполагается, что она не зависит от времени). Линия 2 изображает изменение числа цивилизаций со временем при условии, что скорость возникновения коммуникативных цивилизаций равна скорости образования подходящих звезд, т. е. считается, что у каждой подходящей звезды со временем возникает коммуникативная цивилизация. При t < Т_0 число цивилизаций равно нулю. При Т_0 < t < Т_0 + L число цивилизаций растет с той же скоростью, что и число подходящих звезд, соответствующий участок на графике изображается отрезком прямой, параллельным линии 1 и сдвинутым относительно нее на величину Т_0: N(t) = R_0 (t — Т_0). При t = Т_0+ L N(t)= R_0L. При этом накопление цивилизаций прекращается, ибо их ежегодный прирост компенсируется за счет убыли цивилизаций, возникших Гр лет назад, которые к данному моменту достигают возраста Ь и выходят из коммуникативной фазы. При t > Т_0 + L число цивилизаций остается постоянным и равным R_0L. Линия 3 изображает изменение числа цивилизаций со временем при условии, что не у каждой подходящей звезды со временем возникает коммуникативная цивилизация. Скорость возникновения коммуникативной цивилизации R = fsR_0 (fs — фактор выборки). На участке 0 < t < Т_0 + L число цивилизаций по-прежнему равно нулю. При Т_0 < t < Т_0 +L число цивилизаций растет, но медленнее, чем число подходящих звезд. При t > Т_0 + L рост числа цивилизаций прекращается. Таким образом:

Это выражение остается в силе и в том случае, когда время развития и длительность коммуникативной фазы у различных цивилизаций различны, но их дисперсия (разброс относительно средних значений) мала по сравнению со средними значениями величин Т_0 и L. Если L означает среднюю длительность коммуникативной фазы, то выражение Nc = R_0fs в точности совпадает с формулой Дрейка (4.2). Следовательно, формула Дрейка описывает частный случай, справедливый при малой дисперсии величин Т_0 и L и при условии L < Т — Т_0.

Пусть теперь Т_0 — по-прежнему постоянно для всех цивилизаций, или точнее дисперсия этой величины настолько мала, что Т_0 можно считать постоянным; длительность коммуникативной фазы изменяется в широких пределах, принимая значения l_1 , l_2 , l_3 … ln с вероятностями Р_1 , Р_2 , Р_3 … Рn. Причем все значения l_1 , l_2 , l_3 … lk меньше, чем (Т — Т_0), а значения lk+1 , lk+2 , lk+3 … ln больше, чем (Т — Т_0). В этом случае:

Отметим, что характер распределения l для значений l < (Т — Т_0) не влияет на величину существенна только средняя величина L для этих значений. Разные распределения с одинаковым L дают один и тот же вклад в величину Nc(Т). Что касается значений I > (Т — Т_0), то сами по себе эти значения не влияют на величину Nc(Т), существенна только их суммарная вероятность Рr. При Рr = 0, Nc(Т) = R_0fsL мы снова приходим к формуле Дрейка.

Сделаем еще один шаг — откажемся от предположения о постоянстве (или малой дисперсии) величины Т_0. Допуская, что как Т_0, так и l для различных цивилизаций принимают разные значения, мы приходим к картине, изображенной на рис. 4.3.3. В общем случае Т_0 и l — независимые случайные величины со своими (вообще говоря, произвольными) законами распределения, которые не обязательно характеризуются малой дисперсией. Число цивилизаций, находящихся в данный момент Т в коммуникативной фазе (на рисунке они пересечены вертикальной линией), определяется функциями распределения этих величин. Таким образом, чтобы определить число цивилизаций, мы должны использовать статистический подход. Подобный подход был последовательно проведен Дж. Крейфелдтом[265] и затем использовался в нашей работе[266].

Рис. 4.3.3. Возникновение коммуникативных цивилизаций у различных звезд (по Крсйфсльдту). Звездочкой отмечен момент рождения подходящей звезды, стрелки указывают момент Т_0 от ее образования до возникновения на ней коммуникативной цивилизации, длительность коммуникативной фазы £ отмечена штриховкой. Т — современный момент времени

Мы не будем приводить полученных выражении, они достаточно громоздки. Отметим, что в частном случае, при определенных предположениях, о которых частично говорилось выше, их можно свести к формуле Дрейка.

Рис. 4.3.4. Схема перехода подходящей звезды в коммуникативную фазу. Пояснения в тексте

Рассмотрим схему перехода подходящей звезды в коммуникативную фазу (рис. 4.3.4). Обозначим через А_0 класс подходящих звезд, АL — класс «обитаемых» звезд, Аi, — класс звезд, «населенных» разумными существами, Аc. — класс звезд, у которых имеются коммуникативные цивилизации. Подходящие звезды в своем развитии могут (но не обязательно должны) переходить в состояния АL, Аi, Аc. Пусть при возникновении звезды класса А_0 с вероятность f0L возникает звезда А0L , для которой переход в состояние АL является разрешенным, и с вероятностью (1 — f0L) возникает звезда А0L̄ , для которой переход в состояние АL запрещен. Будем считать, что если переход разрешен, то он обязательно реализуется через определенное время. Поэтому звезда из подкласса А0L спустя время Т0L переходит в состояние АL при этом с вероятностью fLi образуется звезда АLi, которая спустя время ТLi переходит в состояние Аi и с вероятностью (1 — fLi) образуется зведа АLī , для которой переход в состояние Аi запрещен (тупиковый путь эволюции). Аналогичным образом при возникновении звезды Аi, с вероятностью fic образуется звезда Аic , которая спустя время Tic переходит в состояние Аic , и с вероятностью (1 — fic)возникает звезда Аic̄, для которой этот переход запрещен. Наконец, звезда Ас спустя время tc переходит в коммуникативную фазу (т. е. в коммуникативную фазу переходит возникшая у нее коммуникативная цивилизация). На рисунке эта фаза обозначена штриховкой. Отберем из объектов А0L такие, которые после прохождения промежуточных этапов переходят в состояние Аc, Обозначим этот подкласс А0с . Соответственно A0L̄ — это подкласс подходящих звезд, для которых переход в состояние Аc запрещен. Он состоит из объектов A0L̄ , а также тех звезд, которые при последующей эволюции переходят в АLī , и Аic̄ , Вероятность образования звезды А0c равна f0c = f0L fLi fic. А время развития Т_0 = Т0L+ ТLi + Tic+ tс.

Как уже отмечалось выше, поскольку речь идет о процессе возникновения цивилизаций, вероятность его реализации должна зависеть от времени. Статистический подход к оценке числа цивилизаций позволяет получить эту зависимость. Как показано в цитированной выше нашей статье, фактор выборки Дрейка по отношению к подходящим звездам (равный произведению вероятностей РL Рi Рс ) можно представить в виде fs = f0cF(t); f0c — вероятность возникновения около подходящей звезды коммуникативной цивилизации, F(t) — вероятность того, что она к моменту t перейдет в коммуникативную фазу. Если коммуникативная цивилизация возникает около каждой подходящей звезды (случай, соответствующий линии 2 на рис. 4.3.2), то f0c = 1 и fs = F(t). Зависимость F(t) для различных распределений приведена на рис. 4.3.5. При достаточно больших t F(t) ≈ 1 и fs ≈ f0c . Это оправдывает введение фиксированных вероятностей в формулу Дрейка. Но надо иметь в виду, что переход к фиксированным вероятностям допустим только при определенных условиях.

Рис. 4.3.5. Временной фактор F(t), описывающий зависимость вероятности возникновения коммуникативной цивилизации от времени. Различные кривые относятся к разным законам распределения времени Т_0

Для оценки числа цивилизаций представляет интерес значение фактора F(Т) в современный момент времени Т = 10^10 лет. Рассмотрим в качестве примера равномерное распределение Т_0 в интервале (Т_01, T_02), вне этого интервала вероятность равна нулю. Пусть Т_01 = 1 млрд лет, Т_02 = 100 млрд лет. Среднее значение Т_0 = 50 млрд лет много больше, чем возраст Галактики и даже превышает возраст Вселенной. Это как раз тот случай, на который обращал внимание Нейфах (см. п. 4.3.2). Можно было бы думать, что поскольку среднее время развития превышает возраст Вселенной, вероятность возникновения коммуникативной цивилизации исчезающе мала. На самом деле это не так. Все зависит от дисперсии величины Т_0 . В данном примере F(Т) = 0,1. Можно дать также статистическую оценку фактора f0c. Мы не будем останавливаться на процедуре оценки, интересующегося читателя отсылаем за подробностями к цитированной выше нашей статье. Для рассмотренного случая равномерного распределения f0c = 0,4 (при 5 %-ном уровне значимости). Следовательно, фактор выборки fs = Р L Рi Рc = 0,04. Это вполне приемлемая величина. Если принять fpne = 0,1 (см. табл. 4.3.1) и длительность коммуникативной фазы L = 10^6 лет, то величина Nc(Т) = 20 × 0,1 × х 0,04 × 10^6 = 8 10^4 цивилизаций. При fpne = 1 и L = 10^9 Nc(Т) = 8 • 10^8. Таким образом, при статистическом подходе выясняется, что условие — среднее время цивилизаций меньше 10^10 лет — не является критичным для существования цивилизаций в Галактике. Все зависит от характера распределения Т_0 . Возможны распределения, для которых среднее время развития значительно превышает 10^10 лет и, тем не менее, заметная доля подходящих звезд будет иметь коммуникативные цивилизации.

4.4. Уникальна ли наша цивилизация?

Казалось бы, после приведенных оценок этот вопрос не имеет под собой серьезных оснований. Тем более, что оценки дают нижний предел цивилизаций, так как не учитывают разнообразия возможных форм жизни. И тем не менее, ситуация не столь однозначна. Дело в том, что приводимые оценки (за исключением статистических!) носят субъективный характер и потому допускают другие значения. При короткой шкале жизни цивилизаций порядка 10^2 ÷ 10^3 лет (а мы не можем абсолютно исключить такую возможность), величина L/Т ≈ 10-8 ÷ 10-7. Если при этом фактор Дрейка fs ≤ 10-3 ÷ 10-4 (что совсем не является невероятным!), то Nc(Т) ≈ 1 и наша цивилизация— единственная в Галактике. Более того, если fsL/Т < 10-21 (формально мы не можем исключить даже такую оценку), то наша цивилизация оказывается единственной во Вселенной. Учитывая неопределенность наших знаний в отношении происхождения и эволюции жизни, приходится считаться с такой возможностью, хотя она и представляется мало вероятной. Таким образом, подсчет числа цивилизаций оставляет достаточно простора для различных спекуляций о множественности обитаемых миров или уникальности нашей цивилизации. По существу, эти оценки могут рассматриваться лишь как исходный элемент гипотезы, лежащей в основе той или иной стратегии поиска, но они не дают окончательного решения проблемы существования ВЦ.

В этих условиях, на фоне разочарования, вызванного отрицательными результатами поиска сигналов, в современной науке (как уже отмечалось в § 4.1) стала возрождаться концепция уникальности нашей земной цивилизации. Наиболее последовательно она была развита М. Хартом[267] и неожиданно поддержана И. С. Шкловским. Впервые Шкловский выступил с этой концепцией на Зеленчукской школе-семинаре CETI в октябре 1975 г., а затем опубликовал статью с ее обоснованием в «Вопросах философии»[268].

Шкловский опирался на две группы аргументов. Первая группа связана с анализом и переоценкой факторов, входящих в формулу Дрейка. По мнению Шкловского, с развитием науки наблюдается ясно выраженная тенденция к уменьшению множителей в формуле Дрейка. Так, он указал на то, что вероятность существования планетных систем около других звезд (фактор fp), скорее всего, на два порядка меньше обычно принимаемого значения (0,1 ÷ 0,01) и, следовательно, должна составлять величину порядка 10-3 ÷ 10-4. Основание для подобной переоценки Шкловский видит в том, что ранее приводившийся (в том числе им самим) аргумент о скачкообразном уменьшении скорости осевого вращения звезд спектрального класса Б оказался несостоятельным. По мнению Шкловского, этот скачок может быть вызван не образованием протопланетного диска, а потерей вещества с поверхности звезды, на которой имеется значительное количество активных областей. С другой стороны, как следует из работ некоторых авторов, большинство звезд солнечного типа входит в состав двойных или кратных систем. «…Наше Солнце, — делает вывод Шкловский, — это странная одиночная звезда, окруженная семьей планет, скорее всего является редким исключением в мире звезд». Эта аргументация представляется не очень убедительной особенно в свете последних открытий планет у других звезд. Распространенность двойных и кратных систем часто рассматривается как раз как аргумент в пользу наличия планетных систем у других звезд, ибо планетные системы представляют собой как бы предельный случай кратных систем с очень малыми массами невидимых компонентов (с. 409–410). Возникает, правда, вопрос о возможности жизни на планетах двойных звезд. Этот вопрос был решен еще в начале 1960-х годов: как показал Су-Шу Хуанг, в двойных системах могут существовать планеты с благоприятными для жизни условиями[269]. Наконец, в конце 1980-х годов активно обсуждалась гипотеза о том, что и наше Солнце — тоже двойная звезда (гипотеза о Немезиде). Что же касается аргумента, связанного со скоростью вращения звезд, то, независимо от интерпретации этого эффекта, он уже не имеет решающей силы, ибо в настоящее время протопланетные диски у звезд обнаружены с помощью инфракрасных наблюдений. Тем не менее, точка зрения Шкловского на распространенность планетных систем заслуживает серьезного внимания, ибо это точка зрения специалиста. Менее убедительной представляется его оценка факторов РL и Рi. По существу, она сводится к указанию на то, что поскольку мы не знаем закономерностей возникновения и эволюции жизни, эти факторы могут быть сколь угодно малыми. Это действительно так: при неопределенности наших знаний такая оценка допустима, но она допустима в той же мере, как и противоположная ей оценка РL ≈ Рi ≈ 1.

Возьмем, например, вероятность возникновения жизни РL. Каковы основания к переоценке этого фактора? Шкловский обращает внимание на трудности в понимании процесса происхождения жизни и ссылается в этой связи на Ф. Крика. Но как раз Крик на Бюраканской конференции CETI указал на необходимость различать вопрос о величине фактора PL от надежности его определения. По его мнению, в силу недостаточности наших знаний, надежность в определении PL низка, но это не значит, что сам фактор мал (мы уже неоднократно подчеркивали это обстоятельство). В годы становления проблемы SETI, когда давались первые оптимистические оценки фактора PL (сам Шкловский неявно принимал его близким к единице), особое внимание уделялось возможности образования органических соединений. С большой остротой дискутировался вопрос об органических веществах в кометах и метеоритах. Вопрос же о том, как из простейших органических соединений получить живую клетку, в то время серьезно не обсуждался — не до того было. Сейчас первый этап пройден. Образование основных строительных блоков биохимии, из которых строится живая система, не составляет больше проблемы, а их наличие в метеоритах, кометах, в межзвездной среде, в областях звездообразования доказано непосредственными астрономическими наблюдениями. Это очень важный этап в понимании процесса происхождения жизни. Одновременно мы, ближе подойдя к решению второго этапа, более ясно осознали трудности этой проблемы. Да, сегодня мы не знаем, каким образом из основных строительных блоков биохимии возникает живая клетка, как начинает действовать механизм матричного копирования белков с помощью ДНК. Но если мы не понимаем какой-то процесс, не знаем его закономерностей, разве это означает, что вероятность реализации процесса мала? Мы и раньше не знали закономерностей этого процесса. И сейчас, как и тридцать лет назад, мы не можем исключить, что вероятность происхождения жизни исчезающе мала (PL → 0). Но нельзя согласиться с тем, что теперь, решив первую часть задачи (связанную с органическими соединениями), мы получили более убедительные доказательства малости этого фактора. Скорее наоборот: мы преодолели один опасный поворот, где вероятность могла обратиться в ноль и где она, на самом деле, оказалась равной единице. Конечно, субъективная течка зрения (и субъективная оценка) того или иного автора может меняться, это вполне нормально, но никаких объективных оснований для переоценки факторов Дрейка у нас нет. Это не означает, что приведенные в предыдущем параграфе оценки хорошо обоснованы — прост о нет достаточных оснований для их ревизии.

Вторая группа аргументов, на которые опирается Шкловский, связана с анализом проблемы «Космического чуда». Это вопрос о том — почему молчит Вселенная, почему мы не наблюдаем следы деятельности высокоразвитых цивилизаций, почему ИХ нет на Земле. С подобных же позиций анализировал проблему и Харт. Мы обсудим ее в гл. 6. Забегая вперед, отметим, что анализ проблемы «Космического чуда» также не дает никаких оснований для вывода об уникальности нашей цивилизации.

Наконец, И. С. Шкловский привел этические доводы в пользу своей концепции. «Нам представляется, — пишет он, — что вывод о нашем одиночестве во Вселенной (если не абсолютном, то практическом) имеет большое морально-этическое значение для человечества. Неизмеримо вырастает ценность наших технологических и особенно гуманистических достижений. Знание того, что мы есть как бы “авангард” материи если не во всей, то в огромной части Вселенной, должно быть могучим стимулом для творческой деятельности каждого индивидуума и всего человечества. В огромной степени вырастает ответственность человечества перед исключительностью стоящих перед ним задач. Предельно ясной становится недопустимость атавистических социальных институтов, бессмысленных и варварских войн, самоубийственного разрушения окружающей среды.

Твердое осознание того, что никто нам не будет давать “ценных указаний”, как овладевать Космосом и какой стратегии должна придерживаться наша уникальная цивилизация, должно воспитывать чувство ответственности за поступки отдельных личностей и всего человечества. Выбор должны делать только мы сами».

Концепция уникальности нашей цивилизации, возрождающая старый спор о множественности обитаемых миров (правда, на совершенно иной, научной основе), не получила поддержки у специалистов, занимающихся проблемой SETI. С критикой ее выступили Н. С. Кардашев[270], В. С. Троицкий и другие ученые[271]. Мы не будем пересказывать здесь их аргументы. Частично они были затронуты выше, частично будут рассмотрены в гл. 6. Заинтересованный читатель может познакомиться с ними в упомянутых работах. Отметим интересную полемику между И. С. Шкловским и С. Лемом, известным польским писателем-фантастом, опубликованную в журнале «Знание — сила» (1977. № 7. С. 40–42). Эта дискуссия тем более интересна, что ее участники хорошо знали и высоко ценили друг друга.

Касаясь первой группы аргументов, С. Лем подчеркивает, что они опираются исключительно на наше незнание: «Мы не знаем, возникла ли жизнь на Земле с той же необходимостью, с какой падает камень в поле тяготения, либо как выпадает главный выигрыш в лотерее. Мы не знаем, сколько планет с условиями, благоприятствующими возникновению жизни, вращается вокруг многих сотен миллиардов звезд, составляющих местную группу галактик. Мы не знаем, должна ли эволюция жизни закончиться появлением разумных существ, либо их возникновение только иногда может увенчать собой эволюционный путь. Мы не знаем, все ли разумные существа должны создать научно-технические цивилизации. Мы не знаем, занимаются ли такие цивилизации деятельностью, которая может быть обнаружена астрономическими методами».

Но разве незнание можно считать достаточным основанием, чтобы утверждать нашу уникальность? Мы уже не раз подчеркивали, что это не так. Незнание позволяет допустить нашу уникальность, но не доказывает ее; так же оно позволяет допустить множественность цивилизаций, но опять-таки не доказывает ее. Очень интересные и глубокие мысли высказаны Лемом по проблеме «Космического чуда». Мы отложим их обсуждение до гл. 6.

Отвечая Лему, Шкловский заключил: «Я далек от утверждения, что в своей статье доказал наше космическое одиночество. Я ставил перед собой значительно более скромную задачу: показать, что в настоящее время, характеризуемое огромными успехами астрономии, утверждение о нашем практическом одиночестве значительно лучше обосновывается конкретными научными фактами, чем традиционное, ставшее уже догматическим ходячее мнение о множественности обитаемых миров».

Хотя точка зрения Шкловского об уникальности нашей цивилизации не получила широкой поддержки специалистов, она стимулировала более глубокое обсуждение теоретических и философских основ проблемы. Большой резонанс вызвало обращение Шкловского к этическим проблемам. Мысль о том, что сознание уникальности нашей цивилизации должно увеличить ответственность человечества, оказалась очень привлекательной. Многие ученые и деятели искусства поддержали позицию Шкловского по этому вопросу. По мнению советского астрофизика А. В. Тутукова, «мировоззренческая роль этой мысли И[осифа] С[амуиловича] будет возрастать со временем. Мир находится перед выбором. Осознание своего единства перед лицом стоящих проблем, отказ от надежды на разумность естественной стихийной эволюции человечества, отказ от надежды на помощь извне необходим для начала конструктивного сотрудничества и развития земной цивилизации». На мой взгляд, с этой позицией трудно согласиться. Конечно, в решении своих проблем человечество должно рассчитывать на свои собственные силы, но, я думаю, это не зависит от того, существуют ли высокоразвитые цивилизации или нет, ибо помощь их может быть относительна[272]. Но вот чувство ответственности вряд ли возрастет от сознания своей уникальности. Как показывает исторический (и житейский) опыт, именно сознание своей «уникальности» и своей «авангардной» роли на Земле привело, к сожалению, к полной безответственности человечества и по отношению к земной природе, и по отношению к собственным социальным институтам. А сейчас уже заметна тенденция перенести эти отношения на весь Космос. Напротив, наличие в каком-то ареале нескольких человеческих сообществ (семей, родов, племен, классов и т. д.) заставляет их регулировать свои отношения и по сохранению природы, и в социальном плане. Поэтому я думаю, что осознание присутствия внеземных цивилизаций в окружающем нас пространстве, напротив, должно лишь повысить ответственность человечества в решении внутренних и внешних проблем. Можно согласиться с точкой зрения X. Шепли, который считает, что возможность существования ВЦ уже сейчас учит нас сотрудничеству на Земле не только между людьми разных уровней развития и рас, но и между существами разного порядка[273]. Изменение нашего отношения к дельфинам, на мой взгляд, является хорошей иллюстрацией этого положения. Осознание возможности существования ВЦ «подталкивает людей к осознанию глобальной целостности земного человечества; заставляет задуматься о перспективах и последствиях встречи с ВЦ и, соответственно, о будущих судьбах землян». Это помогает нам лучше разобраться в своих собственных земных делах, позволяя взглянуть на себя как бы со стороны[274].

И. С. Шкловский твердо придерживался позиции уникальности до конца своей жизни. Правда, он неоднократно подчеркивал, что речь идет не об абсолютной, а о практической уникальности. Следует также отметить, что он никогда не выступал против развертывания работ по поиску ВЦ, а в частных беседах признавался, что первый бы радовался, если бы поиски увенчались успехом. Все же изменение позиции Шкловского (ведь он был одним из основоположников проблемы SETI и до 1975 г. в своих блестящих работах убедительно обосновывал идею множественности обитаемых миров) явилось для многих полной неожиданностью. До сих пор это обстоятельство продолжает волновать тех, кто интересуется проблемой SETI. Мне часто приходилось сталкиваться с подобными вопросами и на лекциях, и в частных беседах. Чтобы понять эволюцию взглядов Шкловского, думается, надо ближе познакомиться с ним как с личностью.

И. С. Шкловский был не только крупнейшим астрофизиком нашего времени. Он был человеком широко талантливым: хорошо рисовал, прекрасно знал поэзию, мог без конца наизусть читать стихи, обладал удивительным даром рассказчика и незаурядным литературным даром. Сборник его прекрасных воспоминаний, изданный уже после смерти автора[275] читается с неослабевающим, захватывающим интересом. Но все это характеризует его не в полной мере. Шкловский обладал редким качеством — он был мыслителем. Он серьезно интересовался глобальными проблемами современности задолго до того, как появился и получил права гражданства сам этот термин. Я думаю, именно этот интерес к глобальным проблемам заставил его обратиться и к проблеме SETI. Он указывал на необходимость изучения закономерностей развития космических цивилизаций, подчеркивал, что проблема ВЦ является, в первую очередь, проблемой социологической, что ее нельзя подменять более узкой проблемой связи с ВЦ, акцентируя при этом внимание на технических аспектах такой связи. Как мыслителя Шкловского не удовлетворяла наивная вера некоторых исследователей в то, что достаточно построить большой радиотелескоп и вековая проблема контакта с ВЦ будет решена. Он называл такую точку зрения «подростковым оптимизмом», и мне кажется, она вызывала у него известное раздражение. Может быть, эта неудовлетворенность, этот внутренний протест против упрощенного подхода к проблеме породил разочарование и, тем самым, сыграл определенную роль в эволюции взглядов на проблему ВЦ.

Надо сказать, что вопреки распространенному мнению, отношение Шкловского к проблеме ВЦ с самого начала было проникнуто духом пессимизма. Уже в первых работах он подчеркивал преимущественность короткой шкалы жизни ВЦ и, именно, в этом видел объяснение отсутствия «космических чудес». Впоследствии он признал, что фатальной неизбежности короткой шкалы для всех цивилизаций не существует. Мне кажется, именно после переосмысления этой проблемы (по времени это совпало с первой советско-американской конференцией CETI в Бюракане в сентябре 1971 г.) Шкловский начинает склоняться к мысли об уникальности нашей цивилизации. Таким образом, пессимистическое отношение к проблеме существования ВЦ нашло новую форму выражения, трансформировавшись от идеи о короткой шкале жизни цивилизаций к идее практической уникальности нашей земной цивилизации. Думается, что в таком переходе нет резкого, принципиального изменения взглядов, скорее, это просто смещение акцентов.

В чем же причина глубоко пессимистичного взгляда Шкловского на проблему ВЦ? Быть может, я выскажу весьма субъективную точку зрения. Мне кажется, одна из причин состоит в том, что Шкловский никогда не был безразличным к судьбе нашей земной цивилизации. Остро ощущая противоречия современного мира, всю нецелесообразность, неустроенность жизни на планете, раздираемой внутренними противоречиями, он пришел к ощущению крайнего пессимизма во всем, выражением которого и явилась его идея об уникальности (одиночестве) нашей цивилизации, а позднее — идея о тупиковом пути развития, связанным с приобретением разума. Я думаю, в этом проявилась идейная драма крупного ученого и гражданина, мысль которого не могла смириться с тем, что он видел, и который на какой-то момент потерял светлую перспективу.

Возвращаясь к существу проблемы, мы должны констатировать, что концепция уникальности и в ее современной форме, которую придали ей Харт и Шкловский, остается, по меньшей мере, спорной, чтобы не сказать — мало обоснованной. Она не позволяет внести ясность в вопрос о множественности обитаемых миров. Новый подход к этой проблеме связан с применением антропного принципа.

4.5. Антропный принцип и множественность обитаемых миров

Изучение природы рождает и укрепляет в человеке веру в многочисленность обитаемых миров.

К. Фламмарион

Хотя вопрос, который привел к формулировке антропного принципа, как уже отмечалось (§ 3.5), в своей исходной постановке был далек от каких бы то ни было соображений о распространенности жизни и разума во Вселенной, его нельзя считать полностью нейтральным по отношению к этой проблеме. Можно выделить два аспекта приложения АП к проблеме жизни во Вселенной: 1) это вопрос о множественности обитаемых миров-вселенных, т. е. существуют ли в ансамбле миров обитаемые вселенные, и как часто они встречаются; 2) обитаемость нашей Вселенной.

Мы видели, что наблюдаемые в нашей Вселенной значения жизненно важных констант (таких, как масса электрона тe разность масс нейтрона и протона Δm и др.) являются «гигантскими флуктуациями». Следовательно, вероятность возникновения именно такой вселенной очень мала. Почему же тогда возникла наша Вселенная? Является ли этот процесс случайным или закономерным, управляемым? Если допустить чисто случайную реализацию начальных условий (что само по себе требует обоснования), то вселенные с пригодными для существования человека условиями должны быть крайне редки. Но это не означает, что в других, чаще встречающихся вселенных не может быть каких-то иных «экзотических» (с нашей точки зрения) форм жизни и разума. Согласно А. М. Мостепаненко, такие «неантропоморфные» формы жизни и разума вполне могут существовать в других вселенных с иными физическими законами, топологическими свойствами пространства-времени и мировыми константами[276]. Однако какая-то часть вселенных может быть лишена жизни. Если же процесс выбора начальных условий не случаен, то тогда все вселенные из ансамбля миров могут быть обитаемыми. Эта проблема остается для нас пока чисто умозрительной.

Вопрос о существовании жизни в нашей Вселенной в свете антропного принципа приобретает новую окраску. Прежде всего антропный принцип, как отметили В. В. Рубцов и А. Д. Урсул, устанавливает существование такого внешнего набора условий, без которого жизнь на Земле не могла бы возникнуть даже в результате редчайшего совпадения благоприятных обстоятельств. Но этим значение АП для обсуждаемой проблемы не исчерпывается. Он позволяет, в частности, по-новому переосмыслить известное изречение Метродора о колосе (§ 4.1). Почему аргументация Метродора представляется мало убедительной для современного человека? Потому что она воспринимается лишь как апелляция к беспредельности пространства. Ассоциация Вселенной с плодородной (да еще засеянной!) пашней не принимается во внимание, мы склонны рассматривать ее просто как некий безосновательный поэтический образ. Ведь логически допустима и другая возможность — беспредельная Вселенная, подобная безжизненной каменистой пустыне, где чудом образовался единственный оазис, в котором расцвела жизнь. Многие склонны видеть в нашей плане те именно такой оазис. Образ пустынного, холодного, враждебного человеку Космоса, стремящегося поглотить человека, довольно прочно укрепился в сознании людей. Возможно, отчасти его питают астрономические данные о пустоте (практической пустоте или ничтожной плотности вещества) межзвездного пространства, об абсолютном холоде (температура близка к абсолютному нулю) и о губительных излучениях (ультрафиолетовое излучение, космические лучи), пронизывающих космическое пространство. При отсутствии подтверждений о существовании жизни в Солнечной системе и распространенном скептицизме в отношении возможности существования жизни за ее пределами (скептицизме, который обосновывается определенными научными аргументами) эти данные астрономии способствуют формированию подобного образа Космоса. Так, древняя идея борьбы Космоса и Хаоса трансформировалась: Космос, в сознании людей, превратился в Хаос, а человек (во главе земной жизни) — в единственную силу, противостоящую разрушительным силам «космоса-хаоса».

Антропный принцип позволяет преодолеть этот образ враждебного человеку Космоса. Новые данные, полученные в русле исследований АП, делают такое представление несостоятельным. Когда мы видим, что Вселенная в целом удивительно тонко приспособлена для жизни (и для человека), трудно сохранить образ Космоса как безжизненной пустыни с единственным чудом сотворенным оазисом. Если наше научное восприятие мира мешает нам видеть (подобно древним пантеистам) жизнь в каждой частице Космоса и в каждой точке космического пространства, то мы можем легко допустить существование других оазисов жизни во всех «плодородных» местах Вселенной. Теперь, отталкиваясь от изречения Метродора, мы можем поставить проблему таким образом: может ли быть так, что самые глубокие, фундаментальные свойства Вселенной в целом делают ее пригодной для существования жизни (и человека), а реализуется эта возможность только в одной (ничтожной!) части Вселенной?

Это представляется совершенно невероятным. Продолжая нашу аналогию, можно представить, что, путешествуя по пустыне, мы встретим там одинокий оазис или хижину одинокого отшельника. Но довольно странно представить гигантскую строительную площадку, с развитой системой дорог, линиями электропередач и другими инженерными коммуникациями, на которой где-то в одном месте возведен единственный маленький коттедж. И все эти дороги, коммуникации, которые могут обеспечить целый город, обслуживают лишь один-единственный домик. Может ли быть Вселенная подобна такой строительной площадке? Неужели Природа столь чудовищно, столь неразумно расточительна? Нет, если уж Природа распорядилась создать такую Вселенную, так тонко приспособленную для жизни, то жизнь в ней должна быть распространенным явлением.

Таким образом, вопреки попыткам трактовать антропный принцип в духе антропоцентризма (см. п. 3.5.4), он не только не противоречит принципу Бруно, но и дает убедительные аргументы в пользу множественности обитаемых миров. Как справедливо отмечают Л. М. Мухин и Л. С. Марочник, антропный принцип, с точки зрения и физики, и философии, «отвергает возможную уникальность земной жизни. С позиций современной теоретической физики и наблюдательных астрофизический данных этот принцип подкрепляет великое предвидение Джордано Бруно о множественности обитаемых миров»[277].

Дополнительные аргументы в пользу широкой распространенности разумной жизни возникают в свете «генной модели» развития Вселенной, о которой упоминалось в предыдущей главе (п. 3.5.3). С позиций этой модели, жизнь и разум, будучи закодированы в «Мировом Яйце» (сопоставляемом с Сингулярностью), с неизбежностью должны возникать во всех областях Вселенной, где реализуются необходимые и достаточные условия. При наличии общих для всей Вселенной предпосылок возникновения жизни (и разума) нет никаких оснований считать, что лишь на Земле реализовался комплекс достаточных условий. Более того, с позиций глобального эволюционализма и «генной модели» развития Вселенной, сами условия в соответствующих местах Вселенной естественно созревают в ходе развертывания эволюционного процесса.

Если все это не так, то почему же все-таки молчит Вселенная? Нам остается обсудить эту проблему. Но вначале мы рассмотрим вопрос о закономерностях развития космических цивилизаций.

ЛИТЕРАТУРА

1. Фламмарион К. Жители звезд или многочисленность обитаемых миров. — М., 1909. 240 с. (см. примечание 195).

2. Dick S. J. Plurality of Worlds. — Cambridge, 1984. 246 p.

3. Еремеева А. И. Астрономическая картина мира и ее творцы. — М.: Наука, 1984. 224 с.

4. Шепли X. Звезды и люди. — М.: ИЛ, 1962. 152 с.

5. Опарин А. И., Фесенков В. Г. Жизнь во Вселенной. — М.: Изд-во АН СССР, 1956. 224 с.

6. Фесенков В. Г. Жизнь во Вселенной. — М.: Знание, 1964. 55 с.

7. Фирсов В. Жизнь вне Земли. — М.: Мир, 1966. 387 с.

8. Тейяр де Шарден П. Феномен человека. —М.: Наука, 1987. 240 с.

9. Хоровиц Н. Поиски жизни в Солнечной системе. — М.: Мир, 1988. 187 с.

10. Ксанфомалити Л. В. Парад планет. — М.: Наука, 1997. 256 с.

См. также источники из списка литературы к гл. 1:

Шкловский И. С. Вселенная, жизнь, разум. — М.: Наука, 1987. Часть II. Жизнь во Вселенной. С. 129–200.

Голдсмит Д., Оуэн Т. Поиски жизни во Вселенной. — М.: Мир, 1983.Часть III. Жизнь. Часть IV. Поиски жизни в Солнечной системе. С. 171–363.

ГЛАВА 5. Эволюция космических цивилизаций

Как объяснить тот разум, который живет во всем необъятном размере и во всех проявлениях Космоса?

«Беспредельность»

Название этой главы может показаться чересчур смелым. Когда мы говорили об эволюции звезд, галактик, даже всей Вселенной, мы могли опираться на астрономические наблюдения. А на что можно опереться, говоря об эволюции космических цивилизаций? Ведь мы имеем перед собой единственный (и, возможно, далеко не типичный) пример нашей собственной земной цивилизации. Тем не менее, пытаясь рассуждать о возможностях поиска, контакта и связи с внеземными цивилизациями, мы должны иметь какие-то представления о характере и уровне их развития. Прежде всего следует уточнить, что мы вкладываем в понятие «внеземная», или «космическая» цивилизация.

5.1. Что такое космическая цивилизация

При анализе разумной жизни во Вселенной современная наука оперирует понятием «цивилизация»; равновеликое понятие «культура» почти не используется. Это отражает преимущественно технологический подход к проблеме.

Под космической цивилизацией (КЦ) понимается любая цивилизация во Вселенной, включая нашу земную цивилизацию. Последняя, таким образом, рассматривается, как частное проявление общекосмического феномена, как одна из космических цивилизаций. Подобное рассмотрение очень важно и может оказаться весьма плодотворным для понимания природы нашей земной цивилизации, для понимания природы человеческой культуры. Что же такое космическая цивилизации!? Можно выделить три различных подхода к определению понятии! КЦ. Самый общий, философский подход сводится к представлению о КЦ как о высокоорганизованной материи во Вселенной. Это, несомненно, верно, но чрезмерная общность такого подхода не позволяет сделать каких-либо конструктивных выводов в отношении интересующих нас вопросов. Более плодотворны два других подхода: экстраполяционный и системный.

При экстраполяционном подходе космическая цивилизация представляется как нечто аналогичное нашей земной цивилизации: как общество разумных существ, возникшее на каком-то космическом теле (или в какой-то космической среде), подобное человеческому обществу, но отличающееся от него по уровню технологического, научного и духовного развития. При таком подходе понятие КЦ тесно связано с понятием «разумное существо», которое, в свою очередь, нуждается в определении, особенно когда речь идет о внеземном разуме. В этом слабость экстраполяционного подхода. Но достоинство его состоит в том, что он опирается на известное нам проявление феномена — человеческую цивилизацию, пытаясь нащупать наиболее общие закономерности и прийти к обобщениям, справедливым для других цивилизаций. Так, по мнению Э. С. Маркаряна, суть цивилизаций состоит в способности живых разумных существ вырабатывать систему внебиологических по своему источнику средств и механизмов (таких, как материально-техническая база, язык, мораль, право, социальные институты и т. д.) для активной адаптации к среде и поддержания своей коллективной жизни.

В. С. Троицкий подчеркивает, что понятие КЦ должно основываться прежде всего на понятиях «жизнь» и «разум»[278]. Развивая определение А. А. Ляпунова, он рассматривает жизнь как высокоорганизованное самовоспроизводящееся состояние материи, которое поддерживается благодаря обмену с внешней средой веществом, энергией и информацией (кодируемой состоянием молекул). Последнее справедливо, конечно, лишь для молекулярной жизни. На определенной стадии развития жизни в сообществе живых существ возникает разум; он формируется в процессе труда и общественных отношений и является, таким образом, социальной категорией. Характерной функцией разума является обмен информацией с внешней средой и между отдельными особями (индивидами). Обмен информацией с внешней средой состоит в том, что живой разумный организм, получая информацию от внешней среды непосредственно через свои рецепторы (органы чувств) или посредством технических устройств, анализирует эту информацию, делает определенные выводы и, соответственно, воздействует на среду. Это воздействие, по сути, и есть процесс труда (частным случаем которого является научный эксперимент). Обмен информацией с внешней средой приводит к возникновению науки, техники, производства. «Все созданное человеком во внешнем мире, — пишет Троицкий, — является зафиксированным результатом обратного потока информации от субъекта к объекту или, иначе говоря, материализованной информацией»[279]. Поскольку речь идет о сообществе разумных существ, взаимодействие с внешней средой осуществляется путем коллективных действий членов сообщества. А это невозможно без обмена информацией между ними. Обмен информацией между индивидами идет как обмен понятиями без их материализации. (Причем сами понятия формируются в процессе коллективного взаимодействия с внешней средой.) Так возникает более высокий уровень обмена информацией по сравнению с живыми системами — переход от кодирования информации состоянием молекул к кодированию с помощью абстрактных понятий. Это важнейшее свойство разума. Троицкий определяет его, именно, как способность живой материи к обмену информацией, кодируемой с помощью абстрактных понятий.

В сообществе разумных существ, благодаря их социальной деятельности, осуществляется обмен вещества, энергии и информации как с внешней средой, так и внутри самого сообщества. Это позволяет подойти к понятию «цивилизация». Согласно Троицкому, цивилизация — организованная, самоуправляемая общность большого числа разумных существ, использующих обмен информации, энергии и массы для поддержания своей коллективной жизни и прогрессивного развития. «Цивилизация — это определенная ступень организации разумной жизни, по существу новый живой организм, состоящий из множества особей, образующих социальную форму движения материи, социальный разум»[280]. В отличие от биологического организма обмен внутри цивилизации (и ее обмен с внешней средой) определяется не биохимическими, а социальными закономерностями. Такое представление о цивилизации перекликается с некоторыми философскими идеями прошлого, в частности, с идеями немецкого физика, психолога и философа Г. Т. Фехнера (1801–1887), который считал, что Земля должна иметь коллективное сознание, слагающееся из сознания отдельных живых существ, обитающих на ней, но стоящее на качественно более высоком уровне. Близко это и к идеям В. И. Вернадского о ноосфере. Применительно к КЦ такое представление о цивилизации как о едином организме, обладающем единым коллективным сознанием, единым коллективным разумом, очень важно, ибо в отношениях с другими цивилизациями КЦ выступает, именно, как единый организм. В этом смысле (но только в этом смысле!) нет принципиальной разницы между Сообществом разумных существ и Мыслящим Океаном С. Лема или Мыслящим Облаком Ф. Хойла.

Изложенная концепция Троицкого, наряду с экстраполяционным, содержит и черты системного подхода. При системном подходе КЦ рассматривается как некая сложная структура или система, обладающая определенными функциональными свойствами.

В качестве таких свойств различными авторами назывались: 1) способность к целенаправленным действиям; 2) активное преобразование окружающего мира, способность создавать и совершенствовать условия своего развития, способность преобразовывать самое себя; 3) накопление и отбор информации, способность анализировать прошлое, настоящее и будущее, вырабатывая сохраняющие и прогнозирующие реакции; 5) способность к абстрактному мышлению, к построению модели мира с помощью абстрактных понятий. Перечисленные свойства, несомненно, в какой-то степени характеризуют космические цивилизации, по взятые в отдельности они не являются специфическими для КЦ. Например, накопление и отбор информации, выработка сохраняющих (и отчасти прогнозирующих) реакций свойственна каждому живом) организму. Многие животные способны к целенаправленным действиям. Способность преобразовывать самое себя в ходе биологической эволюции свойственна биологическому виду. Система живых организмов активно (хотя и неосознанно) преобразует окружающий мир. А ЭВМ оперирует абстрактными категориями.

Следовательно, задача состоит в том, чтобы определить совокупность функциональных свойств, которую можно было бы считать достаточной для определения КЦ. При этом важно указать и масштаб деятельности такой системы.

Разумеется, дать исчерпывающее определение КЦ в виде точной формулировки очень сложно (а может быть, и невозможно). В качестве некоторого приближения можно было бы принять такое определение: КЦ — сложная, высокоорганизованная система, действующая в масштабе не менее планетарного, способная к целенаправленным действиям, способная познавать окружающий мир (и самое себя), т. е. строить модели мира с помощью абстрактных понятий, используя результаты познания в целях дальнейшего совершенствования системы.

Как же установить, что система относится к классу КЦ? В качестве мыслимого теста можно использовать критерий диалога, который предлагался в связи с проблемой «машинного разума». Применительно к нашей проблеме, этот критерий можно было бы сформулировать следующим образом: будем считать, что две сложные, высокоорганизованные системы, действующие в космическом масштабе, относятся к классу КЦ, если они (или какие-то из их подсистем) потенциально способны, хотя бы в определенных условиях (например, при непосредственном контакте) и после надлежащего обучения, обмениваться смысловой, содержательной информацией, вести диалог на абстрактные темы, в частности, о своем понимании, о своей модели окружающего мира (и их самих как части этого мира). В более узком смысле, применительно к задаче обнаружения ВЦ, под цивилизацией можно понимать космическую систему, способную к целенаправленной передаче информации по каналам связи. Вопрос о ее субстрате, структуре, организации и других свойствах, с этой точки зрения, не имеет существенного значения. Такой узкоутилитарный подход дает определенное основание для построения теории SETI/CETI, однако он оставляет в стороне многие важные вопросы.

Можно думать, что элементом цивилизации как системы являются относительно автономные (и тоже достаточно сложные) подсистемы — отдельные «индивиды» или «разумные существа». Тогда цивилизацию можно мыслить как «общество» разумных существ, а «разумное существо» — как элемент более сложной системы, цивилизации. Это сближает системный подход с экстраполяционным. Подобный подход содержится, например, в работах И. М. Крейн[281].

Опираясь на теорию конечных автоматов М. И. Цейтлина (и развивая эту теорию), она рассматривает цивилизацию как систему конечного числа отдельных индивидов с ограниченным сроком жизни и способностью к самовоспроизведению, набор действий которых не фиксирован, т. е. может включать самые разнообразные проявления. Индивиды действуют во внешней среде. Все реакции среды относятся к числу благоприятных или неблагоприятных в зависимости от того, способствуют ли они или препятствуют самосохранению и самовоспроизведению. Целесообразность поведения заключается в уменьшении числа неблагоприятных реакций и увеличению числа благоприятных. Сведения о целесообразности каждого действия составляют опыт индивида. Другой важной характеристикой индивида является глубина памяти. Она определяется длиной последовательности входных сигналов, под действием которых индивид меняет свое поведение. Почему это называется глубиной памяти? Ясно, что прежде чем отреагировать на последовательность входных сигналов, индивид должен «запомнить» эту последовательность и сравнить ее со своим опытом (накопленной информацией), чтобы выбрать тот или иной вариант целесообразного поведения. Индивид с небольшой глубиной памяти может реагировать лишь на самые простые ситуации. Чем больше глубина памяти, тем богаче опыт индивида и тем более сложные ситуации он может анализировать. Если время жизни индивида не ограничено, то в стационарной случайной среде (где для каждого действия существует фиксированная вероятность успеха) целесообразность поведения индивида возрастает с ростом глубины памяти (и объема опыта). В пределе, при неограниченном увеличении глубины памяти, поведение индивида становится максимально целесообразным, как если бы он заранее знал ответ решаемой задачи.

Иное дело для индивида с конечным временем жизни. В стационарной среде такой индивид также будет стремиться к неограниченному увеличению глубины памяти и объема опыта для повышения целесообразности своего поведения, но из-за ограниченности срока жизни он не может реализовать это стремление. Следовательно, и целесообразность его поведения не может возрастать неограниченно, она достигает некоторого предела, превзойти который индивид не может. Это противоречие между необходимостью неограниченного увеличения объема опыта и глубины памяти и ограниченными возможностями каждого отдельного индивида является для него неразрешимым. Но если индивиды, способные к самовоспроизведению, объединяются в систему, то время ее жизни может быть, в принципе, неограниченным. Поэтому появляется возможность неограниченного наращивания опыта системы (увеличения целесообразности ее поведения). Как реализуется эта возможность? Для неограниченного накопления опыта необходима память, которая не зависела бы от конечности бытия отдельных индивидов. Следовательно, она должна быть внешней по отношению к ним, в отличие от внутренней памяти каждого индивида. Системы, обладающие потенциальной возможностью преодоления отмеченного противоречия путем создания внешней памяти, И. М. Крейн предлагает назвать разумными, а системы, реализующие эту возможность, она называет цивилизациями. Для того чтобы пользоваться внешней памятью, разумная система должна создать соответствующее средство. Таким средством, согласно И. М. Крейн, является язык. Он позволяет каждому индивиду использовать коллективный опыт системы, а также сделать свой индивидуальный опыт достоянием коллективного опыта системы.

Организация внешней памяти системы приводит к проблемам, связанным с умением пользоваться ею и правом получить доступ к ней. Мы не будем останавливаться на этих вопросах. Отметим только, что, согласно Крейн, целесообразность поведения системы, у которой для части членов существует запрет на умение пользоваться внешней памятью или на право доступа к пей, будет ниже, чем для систем, у которых таких запретов не существует. А система, у которой после создания внешней памяти будет полный запрет на пользование ею, по определению, перестает быть цивилизацией.

Таково первое приближение к определению понятий «разумная система» и «цивилизация». Дальнейшее развитие теории (в частности, введение в рассмотрение более сложной внешней среды) приводит к выявлению новых противоречий, преодоление которых, шаг за шагом, позволяет обогатить эти понятия, наполнить их новым содержанием. При этом последовательно вводятся такие понятия, как «мышление», «картина мира», «сознание», «самосознание», типы поведения и другие, в том числе этические, категории.

Не намереваясь излагать теорию в полном виде, попытаемся проиллюстрировать метод ее построения. Создание внешней памяти может привести к столь значительному увеличению объема системы, что каждый отдельный индивид (опять-таки в силу ограниченности своей жизни) может просто не успеть найти и получить необходимое ему знание из коллективного опыта системы. В конце концов, рано или поздно это вновь приведет к невозможности увеличения опыта и, как следствие, к застою системы. Чтобы избежать застоя, необходимо создать внешние средства поиска и получения информации из коллективного опыта системы. Только такие системы, которые создадут подобные средства, можно отнести к классу цивилизаций, а членов таких систем, умеющих пользоваться такими средствами, согласно Крейн, можно назвать «цивилизованными индивидами».

Следующее фундаментальное противоречие связано с использованием нового (еще не проверенного) опыта. Оно вызывается, с одной стороны, необходимостью неограниченного увеличения нового опыта (для повышения целесообразности поведения), а с другой — той опасностью, которую этот опыт может представлять как для отдельных индивидов, так и для системы в целом. Задача состоит, следовательно, в том, чтобы найти такой способ увеличения нового опыта, который позволил бы преодолеть это противоречие. И. М. Крейн называет этот способ «мышлением». Имея в виду отмеченное противоречие, мы можем отнести к разумным системам такие, которые обладают потенциальной способностью, благодаря «мышлению», преодолеть это противоречие, а к цивилизации — системы, реализующие эту возможность.

Далее, для оценки нового опыта система должна иметь возможность сопоставить его с прошлым опытом. Необходимость использования прошлого опыта приводит к понятию «картины мира». Согласно Крейн, это циркулирующий в системе структурированный, упорядоченный опыт, и построенное на его основе индивидуальное, групповое и коллективное (т. е. для всей системы в целом) поведение. Благодаря наличию «картины мира» получение нового опыта априори оказывается ограниченным. Это является источником нового противоречия — между хранящейся в коллективной памяти системы «картиной мира» и возможностью неограниченного увеличения нового опыта. Противоречие разрешается с помощью «творческого мышления», в отличие от «мышления» репродуктивною, при котором полученный опыт не вступает в противоречие с «картиной мира» системы. «Творческое мышление» дает системе возможность оптимизации индивидуального, группового и коллективного поведения. И. М. Крейн рассмотрела возможные варианты отношения системы к новому опыту и выделила 4 типа «мышления»: узкоэкспериментаторское, прагматическое, традиционное и консервативное.

Новый опыт не всегда может быть использован для изменения «картины мира» в ближайшее время. Тем не менее, его надо обязательно сохранить в памяти системы. Это становится источником нового противоречия — между упорядоченным опытом, хранящимся во внешней и внутренней памяти системы и новым опытом, полученным на основе «творческого мышления». Чтобы преодолеть это противоречие, язык разумных систем должен обладать таким способом представления опыта в коллективной памяти системы, который дает ей потенциально неограниченную возможность накопления упорядоченного опыта. А это, в свою очередь, приводит к необходимости создания знаковых систем.

По мере роста упорядоченности системы расширяется и само понятие «опыт», в него включается опыт по упорядочению и организации индивидуального и коллективного поведения. Чтобы преодолеть возникающие здесь противоречия, система должна обладать свойством регуляции поведения своих членов. Развитие этих идей приводит к понятиям «сознания» и «самосознания» (индивидуального, группового и коллективного), а также к понятию «саморегуляция». В рамках развитого формализма рассмотрены различные модели поведения: рациональное, кооперативное, альтруистическое, жертвенное, авантюристическое, безответственное, индивидуалистическое, эгоистическое, паразитическое, агрессивное, хищническое. И. М. Крейн приходит к выводу, что целесообразность поведения систем, членам которых свойственны альтруизм, кооперация и рационализм, должна быть существенно выше целесообразности действия систем с другими типами поведения. А у систем, членам которых свойственны безответственность, агрессивность, авантюризм, паразитизм и хищничество, срок существования должен быть принципиально ограничен, такие системы обречены на гибель.

Предложенный И. М. Крейн подход позволяет смотреть на космические цивилизации не через призму единственно известной нам формы проявления разума, а через «магический кристалл» общей теории «разума», строящейся методом продвижения от абстрактного к конкретному. Теория справедлива для целого класса систем, которые можно назвать «антропоморфными», имея в виду, что человеческий разум относится к тому же классу, представляет его частный случай. «Мы привыкли рассматривать человека, — пишет Крейн, — как члена определенной национальности, расовой, социальной и других групп. Настало время рассматривать Человека как представителя “Разума”. Осознание себя носителем “Разума”… должно содействовать консолидации человечества как “разумной” системы»[282].

Возможно, некоторые положения концепции И. М. Крейн покажутся спорными, однако сам подход представляется интересным и плодотворным. Характерная черта этой концепции — тесная связь понятий «разумная система» и «цивилизация». Отметим, что разум рассматривается здесь (как и во многих других работах по проблеме SETI), главным образом, как рассудочный механизм (рассудочный ум, интеллект), оперирующий логическими категориями. Высшие формы разума, проявлением которых является озарение, интуиция и т. д., остаются пока вне поля зрения. Хотя введение категории «творческого мышления» — важный шаг в направлении к высшим функциям разума.

Вернемся, однако, к вопросу об уровне развития космических цивилизаций. Вероятно, бесполезно пытаться представить себе внутренний мир КЦ, но можно поставить вопрос об уровне их технического развития, имея в виду энергетику, массу и информацию, вовлеченную в сферу их материальной производственной деятельности. Этот вопрос, хотя и с трудом, поддается изучению, поскольку здесь можно выявить определенные пределы и ограничения, вытекающие из естественных законов природы. Так физические условия существования КЦ определяют те рамки, в пределах которых развиваются технические цивилизации и за пределы которых они не могут выйти, не впадая в противоречие с законами физики. Можно думать, что в развитии каждой цивилизации существуют специфические черты, наряду с которыми действуют общие, универсальные законы развития, справедливые для любой КЦ. Построение теории космических цивилизаций — дело будущего. Но какие-то самые общие проявления универсальных закономерностей можно попытаться нащупать уже теперь. Для этого используются два пути: 1) изучение и прогнозирование наиболее общих тенденций развития нашей земной цивилизации (экстраполяционный метод) и 2) изучение генеральных принципов строения, функционирования и эволюции сложных самоорганизующихся систем (системный подход). Остановимся вначале на первом пути.

5.2. «День страшного суда», или чему учит земной опыт

При исследовании земного опыта главная проблема состоит в выделении наиболее общих тенденций развития, которые можно было бы распространить на другие цивилизации. Поскольку речь идет о попытке прогнозирования, здесь анализ возможного развития КЦ тесно соприкасается с футурологической проблематикой. Следует иметь в виду одну важную особенность приложения футурологии к проблеме SETI. Она связана с глобально космической точкой зрения, при которой многие важные детали развития человеческого общества не имеют существенного значения. Например, при изучении энергетического потенциала цивилизаций можно не интересоваться деталями размещения энергетических ресурсов. Важно лишь общее количество энергии, которое может использовать технически развитая цивилизация, не входя в противоречие с законами физики и не нарушая экологического равновесия. Точно так же при изучении проблемы народонаселения многие важные для демографии вопросы, такие как: изменение соотношения между городским и сельским населением, миграция, изменение расового и национального состава, особенности, относящиеся к отдельным регионам, и т. д. — в данном случае несущественны. Представляет интерес и имеет значение только общая динамика роста и ограничения глобально-космического порядка. Аналогичный подход применяется иногда и в глобалистике. Надо сказать, что исследования в области SETI в этом отношении опередили глобалистику примерно на десятилетие, хотя, конечно, они никогда не доводились до столь подробных моделей, как это сделано в последней.

Хорошо известно, что развитие земной цивилизации в современную эпоху происходит экстенсивно. Оно сопровождается ростом всех важнейших показателей развития: рост народонаселения, рост энергопотребления, накопление продуктов промышленного производства, накопление научной информации и др. Причем рост этих показателей происходит экспоненциально или даже быстрее, чем экспоненциально. К чему может привести такое развитие и как долго оно может продолжаться? Это в значительной степени определяется свойствами экспоненты.

5.2.1. Экспонента и ее свойства

Мы уже неоднократно встречались с экспонентой на страницах этой книги. Познакомимся с ней немного подробней.

Пусть некий показатель изменяется со временем экспоненциально:

Q(t) = Q_0eαr. (5.1)

В этом выражении е — основание натуральных логарифмов, константа, равная 2,71828…, α — постоянная величина, имеющая размерность t-1, Q_0 — значение величины Q в начальный момент времени t = 0. В дифференциальной форме экспоненциальный закон роста имеет вид

dQ = aQdt. (5.2)

То есть абсолютное приращение dQ величины Q за малое время dt пропорционально значению этой величины Q(t) в рассматриваемый момент времени. Относительное приращение dQ/Q = α dt; при dt = 1 dQ/Q = α. Следовательно, α представляет собой относительное приращение Q в единицу времени. Величина а часто выражается в процентах, это может быть годовой прирост производства угля, нефти и т. д. Если α << 1 (но только в этом случае!), вместо выражения (5.1) можно использовать формулу сложных процентов:

Q(t) = Q_0(1 + α)t. (5–3)

Важной характеристикой экспоненты является период удвоения. Это время, в течение которого экспоненциально возрастающая величина увеличивается вдвое. Период удвоения τ связан с относительным приращением α:

Так относительному приросту 1 % в год соответствует время удвоения 69 лет, относительному годовому приросту 3 % соответствует время удвоения 23 года и т. д. С учетом времени удвоения выражение (5.1) можно переписать в виде

Q(t) = Q_0 2t/τ.

Рассмотрим накопление величины Q возрастающей по экспоненциальному закону. Пусть это будет население некоего вымышленного города. Предположим, что он был основан 500 лет назад, население его в тот момент составляло 100 человек и с тех пор неуклонно увеличивалось с постоянным годовым приростом 2 %. При таком темпе роста к настоящему времени оно достигнет 2,2 млн чел. Как будет увеличиваться население в будущем? Поскольку годовому проросту 2 % соответствует время удвоения 35 лет, это значит, что через 35 лет население города удвоится. То есть за 35 лет население увеличится на столько же, на сколько оно возросло за все 500 лет предыдущего развития! Следующие 35 лет оно вновь удвоится, и т. д. — таков характер экспоненты. Теперь представим себе, что мы, не зная истинного закона роста, хотим прогнозировать численность населения в будущем. Самое простое предположение, что население растет линейно со временем, увеличиваясь каждый год в среднем на 4000 человек (линейная экстраполяция). Тогда в следующие 500 лет население возрастет на те же 2,2 млн чел., еще через 500 лет оно опять увеличится на 2,2 млн чел., затем через 500 лет — вновь на 2,2 млн чел. и т. д. Таким образом, через 1500 лет население увеличится вчетверо. В действительности, при экспоненциальном росте с периодом удвоения 35 лет это произойдет всего через 70 лет. Разница между величинами 1500 лет и 70 лет характеризует ошибку прогноза при линейной экстраполяции. Дальше со временем эта ошибка будет быстро нарастать.

Развитие нашей технической цивилизации сопряжено с расходованием энергии и различных земных ресурсов: древесины, угля, нефти, газа, железа, алюминия и т. д. Как бы ни была богата Земля, ясно, что ресурсы ее все-таки ограничены и со временем они должны истощиться. Весь вопрос в том, когда это произойдет. Если это будет через миллионы лет, то мы можем не беспокоиться и не думать сейчас об этом. Бесполезно (и даже самонадеянно!) пытаться решать проблемы столь далекого будущего. Кто знает, какого развития достигнет цивилизация к тому времени, какими возможностями она будет обладать! Может быть, она освоит полностью безотходную технологию и будет воспроизводить все необходимые ей ресурсы. А может быть… бесполезно гадать, что может быть через миллионы лет.

Другое дело, если до истощения ресурсов остается немного времени. Еще не так давно, в середине XX века, многие люди (не все, но многие), занимавшиеся прогнозами, были настроены довольно оптимистически. Это вызывалось тем, что, несмотря на интенсивную разработку полезных ископаемых и истощение некоторых старых месторождений, постоянно открывались новые, более богатые месторождения, появлялись новые более выгодные источники энергии и, казалось, этому не будет конца. Может быть, не всегда осознанно авторы оптимистических прогнозов, по существу, основывались на «линейной экстраполяции» процессов. Но проблема в том, что развитие идет не линейно, а по экспоненте, следовательно, ресурсы истощаются гораздо быстрее. Чтобы показать, как «работает» экспонента, проведем несложный расчет. Общее количество вещества, которое перерабатывается современным производством, составляет 10^17 т. По сравнению с массой Земли (6 10^27 г) это совершенно ничтожная величина. Но она удваивается каждые 17 лет. Если процесс будет происходить в том же темпе, то менее чем за 1000 лет будет переработана вся масса Земли (!). Для цивилизации, сфера деятельности которой ограничена ее планетой (о выходе в космос поговорим позднее), такая ситуация совершенно невозможна. Поэтому темпы роста со временем должны уменьшиться. Однако если экспоненциальный характер развития сохранится, то и при меньших темпах масса Земли будет исчерпана очень скоро (при ежегодном темпе роста 1 % это произойдет через 4000 лет). Отсюда ясно, что экспоненциальное развитие не может продолжаться неопределенно долго. Эго — сугубо неравновесный процесс, и он может представлять лишь временную стадию в развитии цивилизаций. Для земной цивилизации эта стадия должна прекратиться очень скоро. Чтобы яснее осознать суть проблемы, остановимся на двух важнейших показателях развития нашей цивилизации: рост народонаселения и рост энергопотребления. Начнем с энергетики.

5.2.2. Развитие энергетики на Земле

Современное производство энергии[283] по всему земному шару (точнее, вырабатываемая мощность) составляет около 10^10 кВт. За последние 200 лет производство энергии росло экспоненциально с годовым приростом 3 %. Если такой рост будет продолжаться в будущем, то примерно через 300 лет производство энергии достигнет величины Е_0= 10^14 кВт, т. е. сравняется с потоком энергии, поступающей на Землю от Солнца. Так как вся произведенная энергия, в конечном итоге, превращается в тепло, то это приведет к нарушению теплового баланса планеты и, как следствие, к ее перегреву со всеми вытекающими отсюда последствиями (таяние льдов, повышение уровня Мирового океана и т. д.). Для того чтобы этого не произошло, производство энергии должно быть ограничено, оно не может превышать предельного значения, составляющего определенную долю от величины Е_0. Обычно считается, что предельное значение составляет 1 % от полной энергии, поступающей на Землю от Солнца. Более осторожная оценка составляет 0,1 %. Соответствующие предельные значения производимой энергии: Е_1 = 10^11 кВт и Е_2 = 10^12 кВт. Назовем их первым и вторым тепловым пределом. Первый предел при темпах роста 3 % в год будет достигнут через 77 лет, а второй — через 153 года. После достижения предела производство энергии должно быть стабилизировано на этом уровне.

Хватит ли энергетических ресурсов для достижения этих пределов? В настоящее время основным источником вырабатываемой энергии является химическое топливо: уголь, нефть, газ. По данным экспертов «Римского клуба»[284] запасы нефти и газа (с учетом пока еще не разведанных месторождений) истощатся к 2020 г., а запасов угля хватит на весь XXI век. Согласно В. С. Троицкому[285], с учетом вероятных запасов топлива, энергопроизводство может расти с современным темпом вплоть до первого теплового предела; если затем оно будет стабилизировано на этом уровне, то запасов топлива всех видов (включая уран для атомных электростанций) хватит еще на 130 лет. Это время можно значительно продлить, если к моменту истощения ресурсов будет освоена термоядерная энергия. При постоянном производстве энергии на уровне теплового предела запасов водорода в Мировом океане (термоядерного горючего) хватит на сотни миллионов лет.

Другим практически неисчерпаемым источником является солнечная энергия. Очевидно, что использование этой энергии не приводит к нарушению теплового баланса, так как часть радиации, изымаемой энергетическими установками из солнечного потока, после переработки вновь превращается в тепло. При этом предполагается, что энергетические установки располагаются только на поверхности Земли. (Если расположить их в межпланетном пространстве, а затем транспортировать энергию на Землю по каналам СВЧ или другим способом, то это создаст дополнительный поток энергии на Землю и вновь приведет к эффекту перегрева.) Размещение солнечных энергетических установок на Земле, хотя и не нарушает баланса, тем не менее, тоже приводит к ограничениям в производстве энергии. Если покрыть такими установками 1 % площади Земли, то при преобразовании солнечной энергии в электрическую с КПД 10 % общее количество вырабатываемой энергии составит 10-3 Е_0 , т. е. будет на уровне первого теплового предела Е_1 = 10^11 кВт. При покрытии 10 % площади Земли производство энергии будет на уровне второго теплового предела Е_2 = 12^12 кВ т. Дальнейшее наращивание энергетических установок исключает из нормального использования слишком большой процент площади Земли. Кроме того, это может привести к перераспределению энергии на планете и вызовет нежелательные изменения климата. Таким образом, при использовании солнечной энергии мы, фактически, сталкиваемся с теми же пределами.

Подчеркнем еще раз, что ограничение производства энергии не связано с недостачей энергетических ресурсов, а вытекает из необходимости сохранить глобальное равновесие природных процессов на Земле. В этом коренное отличие проблемы перегрева от проблемы истощения недр Земли. Хотя обе они приводят к необходимости ограничить безудержный рост производства на земном шаре. Рассмотрим теперь рост народонаселения на Земле.

5.2.3. Рост народонаселения

Довольно очевидно, что абсолютный прирост населения должен быть пропорционален численности населения. Если взять какой-то однородный в демографическом отношении регион, то из двух пунктов этого региона прирост будет выше там, где больше численность населения. Точно так же, чем больше численность населения в некоторый момент времени t, тем больше и прирост населения в этот момент. Статистика показывает, что абсолютный прирост dN за небольшое время dt равен

dN = α N dt. (5.6)

Внешне это выражение напоминает экспоненциальный закон (5.2), но надо иметь в виду, что экспонента получается из него только при условии α = const. Относительный прирост населения а зависит от целого ряда факторов: биологических, географических, исторических, социально-экономических. Поскольку эти факторы, во всяком случае некоторые из них, меняются с течением времени, относительный прирост населения, вообще говоря, есть функция времени: α = α(t). Поэтому и закон роста народонаселения может отличаться от экспоненциального.

Как реально растет народонаселение на Земле, что говорят статистические данные? Согласно оценкам специалистов[286], в очень давние времена — от 1 000 000 до 6000 лет до нашей эры — численность населения практически не менялась со временем, составляя 2 ÷ 5 млн человек. Начиная примерно с 6000 г. до н. э. отмечается рост народонаселения. В период с 6000 по 3000 г. до н. э. численность населения составляла 5 ÷ 20 млн чел., с 3000 по 2000 г. до н. э. — 20 ÷ 40 млн чел., с 1000 г. до н. э. по 250 г. н. э. — 100 ÷ 200 млн чел. и с 250 по 1500 г. н. э. — 300 ÷ 400 млн человек. Конечно, эти оценки весьма приблизительные. Согласно справочнику Урланиса[287], население мира составляло:

Более поздние данные можно найти в Статистических ежегодниках ООН[288].

Рис. 5.2.1. Численность населения на земном шаре, согласно оценкам (см прим. 286, 287). По горизонтальной оси отложено время в годах, но вертикальной численность населения в логарифмическом масштабе (log N)

На рис. 5.2.1 показано, как менялась численность населения Земли за период от 6000 г. до н. э. по настоящее время. По горизонтальной оси отложено время t, по вертикальной — численность населения в логарифмическом масштабе (log N). Если бы население росло экспоненциально, то на этом графике мы должны были бы получить прямую линию. В действительности линия, выражающая рост народонаселения со временем, начиная приблизительно со средины второго тысячелетия, заметно отклоняется от прямой, причем она уходит вверх все круче и круче.

Рис. 5.2.2. Роет численности населения на Земле (см прим. 287, 288). По горизонтальной оси — годы, по вертикальной — численность населения в логарифмическом масштабе (log N)

Более детально это видно на рис. 5.2.2. Значит, относительный годовой прирост постоянно возрастает. В этом и состоит особенность современной демографической ситуации: она характеризуется не только увеличением абсолютной численности населения N, но и возрастанием среднегодовых темпов роста — возрастанием относительного прироста населения α. Как быстро возрастает прирост населения?

В 1960 г. в журнале «Science» была опубликована статья трех авторов X. Форстера, П. Мора и Л. Эмиота, которая называлась «День Страшного суда: пятница, 13 ноября 2026 года»[289]. Используя тщательно отобранные статистические данные, авторы показали, что относительный прирост населения растет так же быстро, как само население, т. е.

α(t) = α_0 N(t). (5.7)

Подставляя это выражение α в (5.6), найдем:

dN = α_0 [N(t)]2 dt. (5.8)

Чем объясняется такая зависимость, остается неясным. Выражению (5.8) соответствует следующий закон роста народонаселения:

Нетрудно узнать в этом выражении уравнение гиперболы.

Следовательно, численность народонаселения изменяется по гиперболическому закону. При t = t∗ N(t) = ∞, т. е. население Земли должно достичь бесконечности! Когда наступит этот роковой момент? Неожиданный результат состоит в том, что он совсем «не за горами». Согласно вычислениям авторов, это должно произойти в 2026 г., точнее t∗ = 2026,87 ± 5,5, если t отсчитывается от начала новой эры.

Если величина t∗ определена, можно, откладывая по оси абсцисс значения log(t∗ — t), а по оси ординат значения log N, построить график зависимости (5.9) в виде прямой линии с отрицательным наклоном (—1). При t → t∗ (t∗ — t) → 0, и прямая линия устремляется в бесконечность.

Момент t∗, на графике определить невозможно, ибо при t = t∗

log(t∗ — t) = —∞.

И. С. Шкловский[290] нашел убедительный способ наглядно продемонстрировать справедливость гиперболического закона, не зная величины t∗. Обозначим величину 1/N через у, тогда выражение (5.9) можно переписать в виде

y = α_0 (t∗ — t). (5.10)

А это есть уравнение прямой. Следовательно, если мы построим график, на котором по горизонтальной оси отложим время t, а по вертикальной — величину у = 1/N, то мы должны получить прямую линию. Рис. 5.2.3 иллюстрирует сказанное. Мы действительно получаем прямую линию, причем статистические данные (точки на графике) очень хорошо, почти без всякого отклонения, ложатся на эту прямую. При t = t∗, у = 0. Следовательно, прямая пересекает ось абсцисс в точке, соответствующей t = t∗. Таким образом, можно грубо оценить этот момент прямо по графику как точку пересечения прямой линии с осью абсцисс, а более точно можно вычислить этот момент, например, методом наименьших квадратов. Для прямой, изображенной на рис. 5.2.3, критический момент соответствует 2028 г.

Рис. 5.2.3. Гиперболический рост народонаселения, по И. С. Шкловскому. По горизонтальной оси — время в годах от начала новой эры, по вертикальной — обратная величина численности населения 10^9/N

Итак, в настоящее время население Земли растет по гиперболическому закону. Но каковы границы его применимости?

Согласно С. П. Капице[291], экстраполяция гиперболического закона в прошлое показывает, что он удовлетворительно согласуется с оценками численности населения на интервале времени порядка одного миллиона лет. Однако дальнейшая экстраполяция в прошлое приводит к неправдоподобным и даже абсурдным результатам: так, согласно гиперболическому закону, в момент возникновения физической Вселенной (около 20 млрд лет назад) на Земле уже жило 10 человек; а время возникновения первого человека (N = 1) уходит в прошлое на 200 млрд лет, т. е. задолго до возникновения Земли, Солнечной системы и Метагалактики. Ясно, что гиперболический закон нельзя экстраполировать слишком далеко в прошлое.

С другой стороны, если бы гиперболический закон был справедлив вплоть до рокового момента t = t∗ это бы означало, что численность населения за конечный промежуток времени увеличивается до бесконечности. Очевидно, это невозможно, ибо требует бесконечно быстрого прироста населения. Между тем годовой прирост не может быть бесконечным, он ограничен естественными биологическими причинами (фертильность не может быть бесконечной!), не говоря уже об экономических и социо-культурных факторах. Отсюда следует, что гиперболический закон нельзя экстраполировать до значений, сколь угодно близких к t∗. При некотором значении t < t∗ гиперболический закон роста теряет силу и должен смениться новым демографическим законом. Атак как значение t∗ близко к современному моменту, то смена демографического закона должна произойти в самое ближайшее время (а возможно, уже происходит).

На рис. 5.2.3 прямая линия построена по данным о численности народонаселения до 1970 г., эти данные изображены на рисунке кружками, темные точки изображают более поздние данные, относящиеся к 1987 и 1991 гг. Как видно, вплоть до начала 1990-х годов гиперболический закон все еще сохранял силу. Это связано с влиянием развивающегося мира. Для развитых стран мира прирост населения прошел через максимум и начал замедляться в середине XX века[292]. Но динамика роста населения Земли определяется развивающимися странами, а здесь прирост населения до последнего времени, видимо, все еще продолжал расти. Тем не менее ясно, что в ближайшее время ситуация должна измениться, и отклонение от гиперболического закона для всего населения Земли станет ощутимым.

Какой закон должен прийти на смену гиперболическому? Смена закона может произойти либо вследствие катастрофы из-за слишком быстрого нарастания процесса, либо в результате плавного изменения характера роста. Рассмотрим последний, более благоприятный случай.

Поскольку годовой прирост определяется разностью между рождаемостью и смертностью, его возрастание может происходить либо за счет сокращения смертности, либо за счет увеличения рождаемости (либо по обеим причинам вместе). В последние столетия основную роль, по-видимому, играло сокращение смертности, вследствие успехов медицины, санитарно-эпидемических и других мероприятий. Сокращение смертности, в целом, по всему земному шару перекрывает уменьшение рождаемости в отдельных (особенно в развитых) странах, так что естественный прирост населения на Земле возрастает со временем. Менее ясно, почему он растет столь же стремительно, как само население, что собственно и приводит к гиперболическому закону. Это пока остается загадкой. Тем не менее можно заключить, что в пределе, когда смертность достигнет минимальной величины (например, смертность от болезней и несчастных случаев в детском и производящем возрасте будет пренебрежимо мала), а рождаемость установится на некотором оптимальном уровне, определяемом совокупностью биологических, экономических и социо-культурных факторов, — дальнейшее увеличение годового прироста прекратится, и население будет расти при постоянном годовом приросте, т. е. экспоненциально.

Эспоненциальное развитие также приводит к бесконечной численности населения, но, в отличие от гиперболического роста, не на конечном, а на бесконечно длительном интервале времени. Практическое значение имеет вопрос о том, как скоро при экспоненциальном росте население Земли достигнет критической плотности. Последняя не обязательно зависит от истощения ресурсов, но может определяться социально-психологическими и иными факторами.

Переход к экспоненциальному росту представляется наиболее естественным, ибо не требует никаких регулирующих воздействий. Однако это не единственный и, возможно, вообще нереализуемый вариант. Существует ряд прогнозов численности населения Земли, в том числе официальные прогнозы ООН[293]. Они дают достаточно разнообразный спектр возможностей, включая неограниченный рост и деградацию (уменьшение численности населения), начиная примерно с середины XXI века. Наибольший интерес представляет упомянутая выше модель С. П. Капицы, которая приводит к стабилизации населения.

С. П. Капице, по-видимому, впервые удалось описать закономерности роста народонаселения Земли на огромном промежутке времени от «происхождения человека» до наших дней. Длительность этого периода по данным современной антропологии около 4,5 млн лет. С. П. Капица разделяет его на три эпохи. Ранняя эпоха А, когда население росло очень медленно, изменяясь от нуля пропорционально сtg t; основная эпоха В, когда имеет место гиперболический закон роста, при котором относительный прирост населения α непрерывно увеличивается; и поздняя эпоха С, для которой начинает сказываться ограничение на относительный прирост α. С. П. Капица показал, что изменение численности население во все три эпохи может быть описано одной общей формулой и определил временные границы перехода от одной эпохи к другой. Эпоха А начинается около 4,4 млн лет тому назад и длится 2,8 млн лет; около 1,6 млн лет тому назад она сменяется эпохой В, длящейся почти до современного момента, она охватывает палеолит, неолит и весь известный исторический период развития человечества. Переход к эпохе С падает на последние десятилетия XX века. В эту эпоху население растет пропорционально arcctg [(t∗ — t)/τ]. При t → ∞ численность населения стремится к некоему предельному значению Nпр. Для различных параметров модели Nпр равняется от 10 до 25 млрд чел.

Модель Капицы дает весьма оптимистический сценарий разрешения демографической ситуации на Земле. Однако имея в виду, что пока еще переход к стабилизации для всего земного шара не заметен, мы рассмотрим менее благоприятную ситуацию, когда после смены гиперболического закона некоторое время продолжает действовать экспоненциальный закон роста. Как скоро в этом случае мы столкнемся с положением, когда вступят в силу ограничения, препятствующие дальнейшему экспоненциальному росту?

Выше мы видели, что производство энергии на земном шаре ограничено некоторой предельной величиной Eпр связанной с «эффектом перегрева». После достижения этого предела энергетика должна быть стабилизирована. Если население будет продолжать расти экспоненциально, то производство энергии на душу населения будет экспоненциально уменьшаться. Чтобы этого не произошло, численность населения также должна быть стабилизирована. Если мы хотим обеспечить производство энергии на душу населения, по крайней мере, не ниже современного, то численность населения не должна превышать величины Nпр = Eпр/ε_0, где ε_0 — современное производство энергии на душу населения. Поскольку Eпр заключено между Е_1 и Е_2, то Nпр заключено между N_1 и N_2, где N_1 = Е_1/ε_0, N_2 = Е_2/ε_0. Принимая ε_0 = 2 кВт/чел., Е_1 = 10^11 кВт, Е_2 = 10^12 кВт, получим N_1 = 50 млрд чел., N_2 = 500 млрд чел. Эти величины можно назвать, соответственно, первым и вторым энергетическим пределом для населения.

Сможет ли Земля прокормить такое население? Фон Хорнер приводит такой расчет: 1 км^2 суши, засеянной пшеницей (или другой столь же продуктивной культурой), при урожае 30 центнеров с одного гектара дает 11 10^8 калорий в год. Потребность человека составляет в среднем 9 • 10^5 кал/год. Следовательно, 1 км^2 суши может прокормить 1200 человек. Если предположить, что вся поверхность суши превращена в культурную пашню, то она сможет обеспечить пищей 180 млрд чел. Эта величина находится как раз между первым и вторым энергетическим пределом для населения.

Помимо энергетического и пищевого, существует территориальный предел. Он связан с предельной плотностью населения. В настоящее время средняя плотность населения на земном шаре составляет 36 человек на 1 км^2 суши. В крупных городах, таких, как Москва, плотность населения около 10 тыс. чел. на 1 км^2, это примерно на порядок выше плотности, соответствующей пищевому пределу. Если бы средняя плотность населения на Земле соответствовала этой величине, вероятно, нормальное функционирование цивилизации было бы невозможно. В. С. Троицкий принимает предельную плотность 50 чел. на 1 км^2 земной поверхности (считая сушу и море). Это дает предельную численность населения на Земле 25 млрд чел. Трудно сказать, является ли принятая плотность допустимой.

Фон Хорнер обращает внимание на «эффект перенаселения», связанный с чрезмерно большой плотностью. Он ссылается на исследование П. Лейхаузена и других ученых, занимающихся изучением поведения животных. Эти исследования показали, что недостаток жизненного пространства приводит к существенному изменению поведения животных, к полному развалу их социальной структуры и образа жизни (взрослые особи перестают заботиться о детенышах, развиваются агрессивность, страх, злобность). Причем это вызвано не недостатком пищи, а именно недостатком пространства. Недостаток пространства приводит к страданиям, которые не связаны с прямой угрозой от близкого соседства с сильными животными. Слабые животные страдают от перенаселения даже в том случае, когда они полностью защищены от них ширмами. Причем их страдания могут доходить до такой степени, что вызывают полное изменение характера и даже смерть. Для социальных животных, которые не могут жить в полном одиночестве, существует определенная оптимальная плотность. При превышении ее они могут адаптироваться к новым условиям, но только до тех пор, пока плотность не достигнет некоторой предельной величины, за которой разрушаются все социальные порядки и возобладает «неконтролируемая агрессивность». Лейхаузен называет этот предел «пределом терпимости». В определенной мере все сказанное относится и к человеку (вероятно, в той мере, в какой на поведении человека сказывается его животная природа) Об этом свидетельствует рост преступности в крупных городах и другие социальные феномены. По мнению фон Хорнера, большая часть наших политических и социальных проблем связана именно с перенаселением. По-видимому, у человека существует врожденный «предел терпимости», как часть нашего генетического наследства. Противоречие, связанное с перенаселением, состоит в том, что человек для своей социальной жизни нуждается в больших городах, как центрах промышленности, торговли, науки и культуры. В то же время скучивание людей в них приводит к перенаселению. Очень важно установить, какова оптимальная плотность и «предел терпимости» для человечества. Фон Хорнер полагает, что мы уже прошли этот предел.

Как быстро достигаются другие пределы, о которых говорилось выше? Это зависит от темпов роста народонаселения в будущем, а они определяются моментом, когда гиперболический закон роста сменится на экспоненциальный. Пусть это произойдет в момент tc при значении годового прироста αс ; тогда, начиная с этого момента, рост народонаселения будет определяться выражением

N(t) = N(tc) eαс(t-tс). (5.11)

На самом деле между гиперболическим и экспоненциальным законом должен существовать некий промежуточный переходный закон, когда α(t) растет вместе с t, что не столь быстро, как N(t). Однако для грубых оценок можно считать, что гиперболический закон переходит непосредственно в экспоненциальный при t = tc. Выше мы отмечали, что гиперболический закон сохраняет силу вплоть до начала 1990-х годов. Предположим, что «переход на экспоненту» произойдет в последнем десятилетии XX века. Примем для определенности, что момент tc соответствует 1995 г. Тогда N(tc)= 6,2 млрд чел., αс = 0,03. С этими параметрами первый энергетический предел N_1 = 50 млрд чел. будет достигнут через 70 лет. Второй энергетический предел N_2 = 500 млрд чел. — через 146 лет; пищевой предел 180 млрд чел. — через 112 лет и территориальный предел Троицкого 25 млрд чел. — через 46 лет.

Внимательный читатель, наверное, заметил, что время достижения энергетических пределов для населения N_1 и N_2 практически совпадает с временем достижения теплового предела для энергетики Е_1 и Е_2. Это понятно, ибо для принятого нами момента перехода от гиперболического закона к экспоненциальному годовой прирост населения αс составляет 3 %, как и прирост производства энергии, тоже равный 3 %. Если смена демографического закона произойдет позже, то прирост населения будет выше 3 %, и все названные пределы будут достигнуты раньше.

Вывод о том, что при экспоненциальном росте населения рано или поздно будут достигнуты предельные значения, является тривиальным. Поучительным и несколько неожиданным обстоятельством является то, что эти критические значения достигаются в сравнительно недалеком будущем. Учитывая современное очень неустойчивое состояние мира, сомнительно, чтобы за остающийся короткий промежуток времени могли быть выработаны необходимые регулирующие механизмы. Не следует также забывать, что мы рассматривали благоприятный вариант смены демографического закона. Но нельзя исключить, что до «рокового дня» гиперболический рост народонаселения не успеет плавно смениться другим законом, и тогда человечество столкнется с очень тяжелой кризисной ситуацией.

Возникает вопрос: нельзя ли решить эту проблему за счет расселения человечества в космическом пространстве? В начале 1970-х годов в США группой инженеров и физиков из Принстона пол руководством О’Нейла был представлен тщательно разработанный проект сооружения поселений для расселения людей в межпланетном пространстве. На первой стадии проекта предусматривается сооружение станции на 10 тысяч человек, стоимость ее оценивается в 100 млрд долларов, срок сооружения 10–20 лет. Если начать реализацию проекта немедленно, он может быть завершен во втором десятилетии XXI века, но пока этот проект еще находится на рассмотрении в НАСА. Следующая стадия проекта предусматривает сооружение гораздо более крупных поселений на 40–50 млн чел., и для ее осуществления потребуются уже многие десятилетия. Это, действительно, впечатляющий, грандиозный проект! По существу, он представляет собой проектное воплощение мечты К. Э. Циолковского о создании «эфирных городов» в межпланетном пространстве. Реализация этого проекта позволила бы практически приступить к расселению человечества за пределами Земли. Но надо ясно представлять, что это не решает проблемы народонаселения на земном шаре.

Действительно, уже к середине 1990-х годов абсолютный прирост населения составил около 180 млн чел. в год или около 500 тысяч человек в день. Именно такое количество людей (полмиллиона человек!) надо ежедневно расселять в космическом пространстве, если мы хотим решить проблему народонаселения за счет Космоса. Таким образом, одна или несколько станций первой очереди, даже если они будут построены в начале XXI века, не решат проблемы. А к моменту сооружения космических поселений второй очереди с населением 40–50 млн чел. ежегодный прирост населения на Земле может превысить 1 млрд человек. Все это говорит о том, что проблему народонаселения, как совершенно справедливо подчеркивает фон Хорнер, надо решать здесь, на Земле (не путем бегства) и очень скоро. Столь скоро, что резерва времени у нас, по существу, уже нет.

5.2.4. К чему приводят математические модели

Мы обсудили простые соотношения, описывающие рост двух важнейших показателей развития нашей цивилизации — энергетики и народонаселения. Этот приближенный подход позволяет осознать и прочувствовать те проблемы, с которыми сталкивается наша цивилизация и которые ожидают ее в будущем. Более строгое рассмотрение требует учета многочисленных взаимосвязанных факторов, определяющих эволюцию современного технологического общества. Начиная с 1970-х годов, прогнозирование будущего развития земной цивилизации детально исследуется с помощью строгих математических моделей. Широкую известность получили исследования, выполненные упомянутой ранее группой «Римского клуба». Первая публикация под названием «Пределы росту», подготовленная под руководством Денниса и Донеллы Медоузов, появилась в 1972 г.; год спустя был опубликован второй доклад «Римскому клубу» «Человечество на перепутье», подготовленный под руководством М. Месаровича и Э. Пестеля. В СССР подобные работы проводились двумя научными коллективами, возглавляемыми В. А. Егоровым и В. А. Геловани. В США при участии рада правительственных организаций подготовлен доклад «Глобальный 2000». В Вене с участием 17 стран создан «Международный институт системного анализа», занимающийся исследованием глобальных проблем современности. Математически задача сводится к решению системы из многих тысяч дифференциальных уравнений, к созданию и использованию банков данных. Такая задача еще в середине XX века была бы нереальной. Но как только прогресс вычислительной техники позволил, ученые взялись за ее решение. Каковы же результаты этих исследований?

Не входя в детали, отметим главные, на наш взгляд, результаты. Суть их в том, что если современные тенденции развития нашей цивилизации сохранятся, то уже в первых десятилетиях XXI века наступит критическая ситуация, вызванная истощением ресурсов, падением промышленного производства, резким сокращением количества пищи на душу населения при одновременном очень сильном загрязнении окружающей среды. По существу, это будет означать, что современная техническая цивилизация перестанет существовать. Мы не затрагиваем здесь кризиса культуры, но, по-видимому, одно связано с другим: современное «потребительское» общество быстро идет к краху. Озабоченные повседневными проблемами люди не вполне ясно осознают это. Одни страны благоденствуют, переживают период относительной стабильности, изобилия товаров, роста производства при высоком уровне жизни населения. Это создает иллюзию благополучия. Но оно держится на необходимости поддержания современных темпов роста производства, а именно такой рост неуклонно ведет нас к кризису. Другие, более бедные страны, прилагают огромные усилия, чтобы достичь уровня передовых, и, тем самым, лишь приближают трагическую развязку.

Острота ситуации состоит в том, что «коллапс» должен наступить очень скоро, в первых десятилетиях XXI века. Поэтому, если бы даже человечество знало, как «повернуть» (или хотя бы приостановить) процессы, обладало бы средствами и волей для того, чтобы осуществить поворот сегодня, — у нас просто не хватило бы времени, так как все негативные процессы обладают определенной инерцией, в силу которой их невозможно остановить немедленно. Вот почему некоторые «благоприятные» модели «Римского клуба» и других научных коллективов, направленные на предотвращение катастрофы, практически не могут быть реализованы. Например, одна из моделей предполагала прекращение роста населения с 1975 г. и стабилизацию промышленного производства с 1985 г. Эти сроки давно прошли, а тенденции развития остаются прежними.

Может возникнуть вопрос: почему мы не замечаем приближения катастрофы, если она столь близка? Отчасти это связано с «психологической защитой», стремлением не обращать внимание на неблагоприятные факторы, не придавать им значения. Между тем, симптомы тяжкой болезни налицо. Они проявляются и в участившихся экологических кризисах, и в стихийных бедствиях, и в глобальном изменении климата, и в усилении социальной напряженности на Земле (несмотря на ослабление угрозы термоядерной войны). «Человечество, возникшее как часть биосферы, — пишет Шкловский, — вышло из равновесия с этой оболочкой Земли, это неизбежно должно привести его к критической ситуации…»[294].

Другая причина того, что мы все еще недостаточно осознаем надвигающуюся опасность (хотя, кажется, уже перестали от нее отмахиваться), состоит в свойствах самой экспоненты. Экспоненциальный процесс развивается быстро, стремительно, лавинообразно, но вдали от критической точки (даже на ближних подступах к ней) такой характер процесса внешне остается незаметным — только в «самый последний момент» катастрофические последствия становятся ощутимы.

Это хорошо иллюстрирует известная математическая задача: в банке сидят амебы и размножаются простым делением пополам, так что число амеб удваивается каждую минуту; спрашивается, через сколько минут банка заполнится наполовину, если известно, что полностью она заполнится через час? Сообразительный читатель без всяких вычислений скажет, что это произойдет через 59 минут, т. е. за одну минусу до конца. Другой пример (кажется, он принадлежит экспертам «Римского клуба») связан с заболачиванием поверхности озера. Предположим, что процесс развивается экспоненциально, так что заболоченная площадь удваивается каждую неделю. Пусть процесс длится один год. За день до конца, когда озеро заболотится уже на 90 %, трудно будет ле обратить на это внимание. Вероятно, люди забьют тревогу и попытаются предотвратить опасный процесс. Но за месяц до конца, когда озеро будет заболочено лишь на 6 %, вряд ли кто-либо придаст этому большое значение. Даже за неделю половина озера еще будет чистой, там можно будет купаться и ловить рыбу. Вспоминая, что год назад озеро было совершенно чистым и, следовательно, на заболачивание половины озера ушел почти год, люди могут посчитать, что и на вторую половину уйдет тоже год (линейная экстраполяция), и особенно беспокоиться не будут.

Но вернемся к нашей планете. Казалось бы, очевидный путь выхода из положения — освоение космического пространства с его «неисчерпаемыми» ресурсами, размещение в нем энергетических установок, производства и населения (такие проекты, как известно, разрабатываются). Это могло бы если не сиять, то хотя бы отодвинуть кризис на несколько столетий. Но беда (а может быть, судьба человечества) в том, что на такой рывок в Космос у нас тоже уже не хватает времени. Экономика Земли похожа на тяжело груженый транспорт, который на большой скорости мчится по бездорожью прямо к бездне. Похоже, мы уже проскочили ту точку, где надо было свернуть, чтобы вписаться в «траекторию поворота», и затормозить мы уже тоже не успеваем. Положение усугубляется тем, что никто не знает, где находится руль и тормоз. Тем не менее и экипаж, и пассажиры настроены весьма благодушно, наивно полагая, что «когда понадобится», они разберутся в устройстве транспорта и смогут совершить необходимый маневр. Я не думаю, что нарисованная картина означает непременную гибель человечества. Хотя тяжкие испытания для нас, видимо, неизбежны. Если человечество сможет пройти через эти испытания, то характер развития нашей цивилизации должен коренным образом измениться.

В какой мере все сказанное выше справедливо для других цивилизаций? Нас интересуют прежде всего планетные цивилизации как возможные колыбели разумной жизни во Вселенной. Величина энергии, которую получает от своей звезды планета, находящаяся в ее «зоне жизни», не может изменяться в очень широких пределах. Поэтому для любой планетной цивилизации расход энергии должен быть ограничен (вероятно, величиной порядка 10^14 ÷ 10^17 Вт). Численность населения также ограничена допустимой плотностью при заданной площади планеты и величиной энергопотребления надушу населения. Следовательно, развивающаяся цивилизация (особенно, если она вступит в экспоненциальную фазу) должна столкнуться со сходными проблемами. Если она вовремя осознает эти проблемы, сумеет найти пути их решения, сумеет выработать соответствующие регулирующие механизмы, то, вероятно, ей удастся стабилизировать численность населения своей планеты, ограничить на ней рост производства, энергопотребление и, тем самым, избежать катаклизмов, о которых говорилось выше. Такая стабилизация совершенно необязательно означает застой, мы вернемся к этому вопросу позднее (в следующих параграфах). А сейчас отметим, что в этом случае дальнейшее экстенсивное развитие (если бы оно было необходимо!), в принципе, можно было бы обеспечить за счет освоения окружающего космического пространства. Надежда на возможность длительного экстенсивного развития часто связывается именно с выходом цивилизаций в Космос. Насколько основательна такая надежда? К обсуждению этого вопроса мы теперь и переходим.

5.3. Экспансия в Космос?

Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а потом завоюет себе вес околосолнечное пространство.

К. Э. Циолковский

5.3.1. Техническая экспансия

Идея расселения человечества в космическом пространстве неоднократно высказывалась и подробно разрабатывалась К. Э. Циолковским. Этой теме посвящены его книги «Грезы о Земле и небе», «Вне Земли», многочисленные статьи и заметки (см., например, сборник: Циолковский К. Э. Жизнь в межзвездной среде. — М.: Наука, 1964). Идеи Циолковского, применительно к внеземным цивилизациям, были развиты в 1960-х годах известным американским физиком Ф. Дайсоном. Процесс освоения околозвездного пространства, по мысли Дайсона, в конечном итоге, должен привести к созданию искусственной биосферы вокруг звезды (сфера Дайсона). «Следует ожидать, — писал он, — что в пределах нескольких тысяч лет после вступления в стадию технического развития любой мыслящий вид займет искусственную биосферу, полностью окружающую его материнскую звезду». Мы подробно обсуждали детали сооружения такой биосферы в § 1.12. Создание сферы Дайсона в огромной мере увеличит ресурсы цивилизации и даст ей возможность в течение многих столетий развивать производительные силы по экспоненте, как это происходит сейчас на Земле.

Для определенности рассмотрим цивилизацию, обитающую около звезды солнечного типа. Тогда полное количество энергии, которую перехватывает и может использовать для своих нужд цивилизация, соорудившая сферу Дайсона, будет порядка 10^26 Вт. Следовательно, цивилизация может экспоненциально наращивать производство энергии, по крайней мере, до тех пор, пока оно не достигнет этой величины. Если прирост производства энергии составляет 1 % в год (т. е. в 3 раза меньше, чем сейчас на Земле), и освоение околозвездного пространства началось после того, как энергетика КЦ достигла первого теплового предела Е_1 = 10^14 Вт, то экспоненциальный рост может продолжаться примерно в течение 2800 лет. Далее, если принять, что родительская планета по размеру равна нашей Земле, а радиус сферы Дайсона составляет 1 а. е. (150 млн км), то ее поверхность будет в 5,5 10^8 раз больше поверхности планеты. Следовательно, при одинаковой плотности населения она позволит расселить в 5,5 • 10^8 раз больше населения, чем на родительской планете. При экспоненциальном росте с тем же годовым приростом в 1 % наполнение сферы Дайсона (до уровня плотности населения на планете) потребует 2000 лет. Но если цивилизация научится регулировать естественный прирост населения и установит его на уровне 0,72 % в год, то полное предельное заселение сферы Дайсона будет достигнуто через 2800 лет, т. е. одновременно с достижением энергетического предела.

Возникает вопрос: а что будет дальше? Прошло около 3000 лет, и цивилизация вновь достигла предельных параметров своего развития (правда, на гораздо более высоком уровне). Сможет ли она продолжать дальнейшее развитие в прежнем темпе? На первый взгляд, может показаться, что здесь нет никакой проблемы. Мы неоднократно подчеркивали ничтожные размеры планет (и планетных систем) по сравнению с безграничным Космическим Пространством. Стоит ли в таком случае беспокоиться? Разве не может цивилизация, построившая сферу Дайсона, продолжить освоение космического пространства? Что мешает ей своевременно приступить к сооружению подобных же сфер около других звезд, или соорудить сферу Дайсона вокруг ядра Галактики, наконец, приступить к освоению других галактик? Пока мы рассматриваем только физические ограничения — как будто бы ничто не мешает. Если это так, то цивилизация может развиваться по экспоненте неопределенно долго, по крайней мере, в течение космологического масштаба времени. И тем не менее такой вывод был бы слишком поспешным.

Отвлекаясь от конкретных деталей (все равно мы не сумеем постичь возможности Сверхцивилизаций), предположим, что КЦ после построения сферы Дайсона продолжает развитие экспоненциально в том же темпе (с годовым приростом энергетики в 1 %). Тогда приблизительно через 4800 лет (всего через 4800 лет!) производство энергии возрастет в 10^21 раз и сравняется с излучением всех звезд в наблюдаемой области Вселенной. Аналогичные цифры можно привести в отношении используемой массы и других параметров. Таким образом, даже Космос с его, казалось бы, безграничными ресурсами, не может «противостоять» экспоненте. Экспоненциальный рост, будучи ничем не ограниченным, даже при весьма умеренных темпах, очень скоро привел бы к исчерпанию ресурсов Мегагалактики.

Ясно, что как бы ни была велика сфера деятельности цивилизации, если она пространственно ограничена, то при экспоненциальном росте ресурсы ее быстро исчерпаются. Ну, а если сфера деятельности цивилизации непрерывно расширяется — как обстоит дело в этом случае? Опять может показаться, что, поскольку в расширяющейся сфере все ресурсы непрерывно увеличиваются, то экспоненциальный рост может продолжаться сколь угодно долго. Но это заключение ошибочно. Оно было бы справедливо в открытой Вселенной, если бы скорость экспансии цивилизаций могла неограниченно увеличиваться. Но поскольку мы рассматриваем техническую экспансию в трехмерном физическом пространстве — это невозможно. Скорость экспансии, во всяком случае, не может превышать скорость света, а практически она ограничена некоторой предельной величиной, меньшей скорости света.

Представим себе такую «расширяющуюся» цивилизацию. Полное количество вещества, которым она располагает, равняется ρV, а полное количество энергии ρс^2V, где V — объем сферы, ρ — средняя плотность вещества в ней, с — скорость света (ρс^2 — объемная плотность энергии). Для того чтобы цивилизация могла развиваться экспоненциально, объем сферы должен увеличиваться по экспоненте. Значит, и радиус ее сферы, и скорость се расширения тоже будут расти экспоненциально. После того как скорость достигнет предельного значения, дальнейшее расширение сферы будет происходить при постоянной скорости, радиус ее будет расти пропорционально времени t, а объем — пропорционально t^3. Соответственно, пропорционально t^3 будут возрастать масса и энергия, вовлеченные в сферу технологической деятельности КЦ[295]. Значит, экспоненциальное развитие ее станет невозможным. Теперь она будет развиваться (т. е. показатели ее будут расти со временем) не быстрее, чем t^3. Возникает вопрос: как долго будет продолжаться экспоненциальная стадия, и насколько цивилизация успеет распространиться до ее прекращения?

Пусть показатели развития цивилизации растут экспоненциально с относительным годовым приростом α. Это значит, что объем сферы увеличивается с тем же годовым приростом:

А ее радиус R возрастает с годовым приростом

Отсюда следует, что предельный радиус

Rпр — предельное значение скорости экспансии КЦ. Время с момента начала экспансии до достижения предельной скорости (критическое время):

R_0 — начальный радиус, с которого начинается экспансия. Примем, что предельное значение скорости экспансии составляет одну треть скорости света (Rпр = с/3). Если мы будем выражать время в годах, а расстояние — в световых годах, то в этих единицах с = 1, и выражения (5.12), (5.13) принимают вид

Полагая, что начальный радиус равен 1 а. е., а предельная скорость составляет треть скорости света, получим значения предельного радиуса и времени его достижения, приведенные в нижеследующей таблице:

Мы видим, что при медленных темпах роста для достижения предельной скорости требуется много времени, и цивилизация успевает расшириться до значительных размеров. При больших а сфера расширяется очень быстро, предельное значение скорости достигается спустя малое время после начала экспансии, а экспоненциальная стадия заканчивается при небольшом размере сферы (например, при α = 0,03 предельный радиус составляет всего 33 св. лет!).

Отсюда, между прочим, следует, что приведенный выше пример с Метагалактикой носит чисто иллюстративный характер. Он показывает, какого масштаба может достигнуть производство энергии через 4800 лет при ежегодном приросте в 1 %. Но при этом остается открытым вопрос, как обеспечить такой прирост энергии. Если пытаться сделать это за счет экспансии, то, чтобы цивилизация могла экспоненциально расшириться до размеров Метагалактики, ежегодный прирост а не должен превышать 10-9, и на экспансию при таком темпе роста уйдет около 100 млрд лет.

В связи с этим следует также сказать о некоторых заблуждениях, связанных с суперцивилизациями. Напомним, что Н. С. Кардашев разделил все цивилизации по уровню их энергетического потенциала на три типа. К I типу он отнес цивилизации с уровнем энергопотребления, близким к земной цивилизации, т. е. порядка 10^13 Вт. Этот уровень близок к «тепловому пределу» для Земли. Увеличив его на 1–2 порядка, мы можем понимать под цивилизациями I типа планетные цивилизации, развивающиеся на своих родительских планетах. Ко II типу он отнес цивилизации с уровнем энергопотребления порядка 10^26 Вт (вероятно, их можно отождествить с дайсоновскими цивилизациями, использующими всю энергию своей звезды). И наконец, к III типу он отнес цивилизации, энергетический потенциал которых составляет 10^37 ÷ 10^38 Вт, что сопоставимо с мощностью излучения целой галактики. На этом основании под цивилизацией III типа часто понимают цивилизацию, которая якобы «освоила всю галактику». Более того, исходя из приведенной Кардашевым временной оценки для достижения уровня КЦ III типа — несколько тысяч лет — принимают эту оценку за время освоения галактики. При этом допускаются сразу две неточности.

Во-первых, цивилизация, распространившаяся на всю галактику, неизбежно теряет свое единство, она перестает существовать как единая система. Ведь в единой системе время взаимодействия между ее частями (передача информации об их состоянии и регулирующие воздействия) не должны превышать характерное время изменения самих частей. Но для системы, сопоставимой по размерам с галактикой, время взаимодействия достигает 10^5 лет, а характерное время изменения составляющих ее частей (околозвездных цивилизаций), которое можно сопоставлять с периодом удвоения, — порядка 10^2 лет. При таких условиях управлять отдельными частями «галактической империи» будет совершенно невозможно[296].

Второе заблуждение связано с временем освоения галактики. Проведенный Кардашевым расчет показывает, за какое время производство энергии при принятых темпах роста (1 % в год) достигает уровня 10^37÷ 10^38 Вт. Но опять-таки в рамках этого расчета ничего не говорится о конкретном механизме достижения таких мощностей, о конкретной модели цивилизации III типа. Впоследствии Кардашев указал на возможные модели цивилизации III типа: сфера Дайсона вокруг ядра галактики или квазара, радиусом несколько световых лет, а также вращающийся диск размером несколько десятков парсек с общим энерговыделением 10^12 светимостей Солнца (см. § 1.12). Если же говорить об экспансии цивилизации в космическое пространство, то, как видно из приведенной таблицы, экспоненциальное расширение до размеров галактики (10^5 св. лет) возможно при годовом приросте не выше, чем 0,001 %, и время экспансии составляет не несколько тысяч, а около 7 млн лет.

Из таблицы 5.3.1. видно, что при годовом приросте больше 1 % длительность экспоненциальной стадии τкр не превышает нескольких тысяч лет — срок совершенно ничтожный по сравнению с космологическим масштабом времени. И так, существуют ограничения, препятствующие безграничному (даже не безграничному, а просто длительному) экспоненциальному росту цивилизаций, причем они начинают сказываться очень скоро после вступления цивилизации в технологическую фазу развития.

Экспоненциальная стадия встречается во многих явлениях природы (размножение бактерий в благоприятной среде, разрастание числа нейтронов в цепной реакции и, возможно, даже в эволюции самой Вселенной). По существу, она носит «взрывной» характер и является временным переходным этапом. По мере исчерпания ресурсов экспоненциальный рост замедляется, и процесс переходит в стадию насыщения или спада. Совершенно очевидно, что для цивилизаций, развивающихся на своих планетах, экспоненциальная стадия не может длиться очень долго: неизбежно ограниченные ресурсы площади, вещества и энергии должны быстро исчерпаться при таком развитии. Выход в Космос дает возможность удлинить экспоненциальную стадию, но, как мы видели, не намного.

Конечно, ограниченность экспоненциальной стадии вовсе не означает, что должен наступить конец развития или упадок цивилизации. Просто сама эта стадия — явление временное, и по окончании ее должен измениться характер развития. Мы видели, что в случае экспансии в космическое пространство экспоненциальное развитие сменяется степенным, по закону t^3. При этом скорость экспансии остается постоянной. Экстенсивный характер развития сохраняется, но теперь оно протекает не столь бурно. Темпы развития, темпы освоения вещества и энергии определяются скоростью экспансии цивилизации.

Рис. 5.3.1. «Диффузия» цивилизаций в космическое пространство

В качестве иллюстрации рассмотрим следующий умозрительный пример (рис. 5.3.1). Пусть в Галактике существует некая цивилизация, достигшая уровня развития, при котором становятся возможными полеты к ближайшим звездам. Такие полеты не требуют достижения релятивистских скоростей и поэтому их возможность не вызывает сомнения. Пусть в некоторый момент времени цивилизация посылает несколько экспедиций на соседние звезды, расположенные внутри сферы радиусом 10 св. лет, у которых обнаружены планеты с пригодными для жизни условиями. В сфере радиусом 10 св. лет можно ожидать несколько подобных звезд. Прибыв на место назначения, экипаж каждого корабля высаживается на соответствующей планете и приступает к ее колонизации, а в дальнейшем, возможно, к сооружению сферы Дайсона вокруг звезды. Конечно, предполагается, что в колонизируемой планетной системе нет разумных существ. По истечении определенного времени, скажем 1000 лет (учитывая современные темпы развития человечества, этот срок можно считать приемлемым), каждая колония разовьет достаточные производительные силы и будет способна сама послать экспедиции на соседние звезды. Объектом новых экспедиций будут планетные системы, расположенные в сфере радиусом 20 св. лет от исходной родительской звезды (точнее, внутри шарового слоя с радиусом от 10 до 20 св. лет). Спустя 1000 лет их потомки оснастят экспедиции к новым мирам и т. д. Получается, что от исходной точки очаги цивилизации распространяются подобно сферической волне со скоростью 10 св. лет за 1000 лет времени (скорость экспансии цивилизации 0,01 с). Таким образом, за несколько миллионов лет вся Галактика будет освоена выходцами из материнской цивилизации.

Вновь мы получили, что время освоения Галактики, по космическим масштабам, совершенно ничтожно. И вновь становимся перед альтернативой: стабилизация или дальнейшая экспансия (теперь уже на всю Метагалактику, что потребует времени, сопоставимого с возрастом Вселенной). Но теперь пора вспомнить, что до сих пор мы имели в виду лишь физические ограничения и неявно предполагали, что рассматриваемая цивилизация — единственная во Вселенной. Если же допустить, что в Галактике одновременно существуют множество цивилизаций, и каждая из них развивается по рассмотренному сценарию, то, чтобы избежать столкновения, цивилизации будут вынуждены поделить всю Галактику на «сферы влияния». Если в Галактике существует, например, 10^6 цивилизаций, то размер сферы свободного развития для каждой цивилизации будет порядка нескольких сотен световых лет.

Впрочем, сценарий развития, связанный с экспансией, вообще, является сомнительным. Кардашев, например, подчеркивая, что цивилизации III типа должны быть очень компактными объектами (так как только в этом случае может быть обеспечен быстрый и эффективный обмен информацией между отдельными частями КЦ), высказывает мысль, что молодые развивающиеся цивилизации должны стремиться к объединению с более развитыми. Увеличение объема кибернетически невыгодно — считает он. Вместо экспансии должен протекать противоположный процесс — объединение цивилизаций в компактную систему.

Следует также обратить внимание на экологическую и этическую сторону проблемы. В § 1.12, посвященном описанию возможной астроинженерной деятельности КЦ, мы уже отмечали, что сооружение сферы Дайсона и другие планы радикального переустройства планетной системы могут привести к серьезным экологическим последствиям. Человечество накопило достаточный негативный опыт, связанный с пренебрежением экологическими проблемами на Земле, с вмешательством в среду обитания, попытками перестроить ее на свой лад. В настоящее время наблюдается рост экологического сознания человечества. Можно думать, что наши действия в будущем будут более разумны как в отношении биосферы, так и в отношении космической среды обитания. Тем более, это можно отнести к высокоразвитым цивилизациям.

Надо также иметь в виду, что все планы «освоения космического пространства» исходят из представления, что в каждой планетной системе имеется лишь одна обитаемая планета, жители которой вольны распоряжаться ресурсами всей планетной системы, перестраивать ее по своему усмотрению. Но ведь это представление может оказаться ошибочным. В главе, посвященной жизни в Космосе, мы отмечали, например, возможность существования белково-нуклеиновой жизни в определенных слоях атмосферы Юпитера и других внешних планет. Сооружение сферы Дайсона вокруг Солнца резко уменьшило бы (или даже вовсе свело к нулю) поток солнечной радиации на эти планеты, что привело бы к гибели на ней жизни. А каковы могут быть последствия переустройства планетной системы для форм жизни, имеющих иную химическую и физическую природу (например, для обитая елей межпланетной среды)? Мы даже отдаленно не можем представить себе таких последствий. «Рассматривая все окружающее с точки зрения человеческого сознания, — пишет Н. А. Уранов, — человечество ограничило свое восприятие Космоса. Если люди, например, говорят о жизни на дальних мирах, то они имеют в виду существование там именно человеческой жизни; когда люди воображают посещение своей планеты представителями инопланетной цивилизации, они одевают их в скафандры и придают их телам свои человеческие формы. Между тем, каждое космическое тело имеет свои формы жизни, и разнообразие этих форм беспредельно». Далее он пишет: «Идущий путем Беспредельности не мечтает размножить человечество до такой степени, когда, пожрав все ресурсы Земли, оно будет вынуждено искать их на дальних мирах. Все дальние миры есть дома, где обитают свои человечества. Грабить эти дома ради своего бессмысленного беспредельного размножения есть перенесение захватнических, грабительских тенденций с планеты в Космическое Пространство. Эта тенденции антикосмична и, конечно, обречена на уничтожение. Но она характеризует качество «самостоятельного» обособленного пути нынешнего человечества». И если человечество, — добавим мы, — уже начинает преодолевать подобные заблуждения, то высокоразвитые цивилизации должны быть от них полностью свободны.

Можно думать, что высокоразвитые КЦ организуют свою творческую деятельность таким образом и в таких формах, чтобы не вступать в противоречие с установившимися космическими процессами, не нарушать гармонию Вселенной. Реализация этого пути требует перехода от экстенсивного развитии! (характеризующегося ростом основных количественных показателей цивилизации) к интенсивному, когда внешние параметры развития КЦ стабилизированы на определенном уровне. Подобное развитие вовсе не означает застой. Космическая цивилизация представляет собой сложную самоорганизующуюся систему, сложный организм, выполняющий определенную функцию в Космосе. Но ни один организм не может расти (и не растет) безгранично. Он достигает зрелости и стабилизируется. Если говорить о биологическом организме, то даже во время роста он находится в гармонии с окружающей средой, и эта гармония сохраняется Именно потому, что рост организма имеет свои пределы. (Только раковые клетки, неограниченно размножаясь, пожирают среду своего обитания.) Почему же цивилизация должна быть уподоблена раковой опухоли? Почему она не может развиваться подобно нормальному организму? Такое допущение было бы полностью безосновательным. Если развивающаяся цивилизация какое-то время находится в состоянии бурного количественного роста, то это не более чем временная стадия, характерная для любого растущего организма. По окончании этой стадии цивилизация неизбежно должна перейти в характерное для сложных систем состояние гомеостатического равновесия с тонкой регуляцией основных процессов, с поддержанием жизненно важных параметров в заданных пределах. Подобное состояние не будет ни застоем, ни упадком. Представлять его как застой или упадок может лишь тот, кто, по меткому выражению С. Лема, «понимает Будущее лишь как увеличенное Настоящее».

Иногда приходится сталкиваться с такой аргументацией. Движущей силой прогресса является конкуренция. Но она приводит к неограниченному, неконтролируемому росту, подобному тому, который переживает сейчас наша цивилизация. Стабилизация будет означать «принудительное» регулирование, она приведет к уничтожению конкуренции, развитие лишится своей движущей силы и на смену ему придет застой. Думается, что подобная аргументация связана с абсолютизацией определенной фазы развития КЦ. Если мы вновь обратимся к организму (или самоорганизующейся системе) как модели цивилизации, то увидим, что между отдельными частями такой системы, между различными органами нет никакой конкуренции. Напротив, сложная, самоорганизующаяся система функционирует’ на основе тонкого взаимодействия, тонкого согласования функций различных ее частей. Значит, конкуренция как движущая сила развития — явление временное. На смену ей должно прийти сотрудничество, согласованность, которые и обеспечат более высокую фазу развития цивилизаций.

Надо также сказать, что гармония и сотрудничество вовсе не означают прекращение борьбы и полный покой. В Космосе постоянно противоборствуют две силы: сила разрушения, хаоса, проявляющаяся в росте энтропии, и сила созидательная, стремящаяся внести определенный порядок в хаотическую материю, создающая различные формы и структуры. Эту антиэнтропийную функцию выполняют Жизнь и Разум. Потому Космос постоянно сохраняет характер «поле состязания и борьбы… борьбы трудной и небезопасной, но стоящей усилий» (С. Лем). Прекращение количественного роста цивилизаций не означает ни конца развития, ни конца борьбы, которую ведет Разум со стихийными силами Природы. Изменится лишь характер творчества, и цивилизации, вместо того чтобы сооружать сферы Дайсона или «подсыпать» редкие химические элементы в звезды, чтобы обратить на себя внимание соседей, — перейдут на высшие планы творчества. Может быть, они будут творить миры, звезды, солнечные системы, галактики, даже вселенные. Мы рассмотрим эти вопросы в следующем параграфе, а сейчас вернемся вновь к экспоненте.

5.3.2. Информационная экспансия в другие макромиры

Мы рассмотрели техническую экспансию цивилизаций во внешнее космическое пространство и убедились, что она ограничена. Освоение планетной системы позволяет поддерживать экспоненциальный рост экономики в течение нескольких сотен или нескольких тысяч лет (в зависимости от принятого темпа роста). Но дальнейший шаг в межзвездное пространство оказывается, по существу, бесполезным. Действительно, несмотря на то, что трудности подобной экспансии неизмеримо возрастают, она не позволяет получить существенный выигрыш во времени: время экспоненциального развития остается того же порядка — несколько тысяч лет, не более. Как замечает в этой связи Г. М. Идлис, игра не стоит свеч! Конечно, после окончания экспоненциальной стадии цивилизация может еще определенное время развиваться по более медленному степенному закону, диффундируя в пределах свободной от других цивилизаций области Галактики. Но и этот сценарий, как мы видели, маловероятен, особенно если принять во внимание экологические и этические факторы. На основании этих соображений мы пришли к выводу, что развивающаяся цивилизация после относительно непродолжительного периода экстенсивного роста приходит в характерное для самоорганизующихся систем состояние гомеостатического равновесия и продолжает свое развитие, не нарушая гармонии с окружающей космической средой.

Однако здесь возникает трудность, связанная с реализацией познавательной деятельности КЦ. Эта функция для цивилизации является основополагающей и, можно думать, что по мере развития КЦ она должна усиливаться. Если на ранних стадиях развития цивилизация познает окружающий мир, чтобы обеспечить себе выживание в этом мире, то в дальнейшем она переходит «от познания ради жизни к жизни ради познания»[297]. Одной из форм познания является наука. Наука развивается экспоненциально, ее количественные показатели для земной цивилизации в целом удваиваются в течение 10–12 лет, опережая развитие мировой экономики. Похоже, что подобный закон развития науки внутренне присущ ей, заложен в ней самой и его невозможно избежать. Это связано с тем, что решение каждой фундаментальной научной проблемы неизбежно порождает несколько новых (минимум две проблемы). И эта дифференциация научных знаний осуществляется, несмотря на и наряду с постоянно выраженной тенденцией к их интеграции. Г. М. Идлис видит глубинное обоснование этого закона в известной теореме Геделя в математической логике.

Как же обеспечить постоянное экспоненциальное развитие науки? Ведь в конечном итоге для этого требуется соответствующее систематическое увеличение материальных и энергетических ресурсов. И вот тут Идлис предлагает остроумное решение. Поскольку тривиальная космическая экспансия (во внешнее пространство) не обеспечивает, как мы видели, требуемой беспредельности экспоненциального роста, цивилизации должны использовать нетривиальный путь: из уже освоенных ими ограниченных пространственных областей они должны развиваться не «наружу», а «внутрь», в глубины материи, в другие, соприкасающиеся с нашим миром квазизамкнутые макромиры, используя в качестве «туннелей» для проникновения в эти миры элементарные частицы нашего мира.

Напомним, о чем идет речь. В § 4.1 мы упоминали о современной концепции множественности миров-вселенных, согласно которой каждый квазизамкнутый макромир, подобный нашей Вселенной, при наблюдении извне (из другого подобного макромира) представляется элементарной частицей этого мира, а сам этот мир, в свою очередь, является элементарной частицей первого мира. Получается система «взаимопроникающих» миров. В Едином Вечном и Беспредельном Космосе содержится неисчислимое множество таких миров-вселенных, и каждая частица любого такого мира потенциально содержит в себе весь структурно неисчерпаемый материальный Космос.

По мысли Идлиса, высокоразвитая космическая цивилизация, воплощающая в себе Высший Разум, осознав преходящее значение тривиальной космической экспансии (во внешнее пространство), становится на путь космологической экспансии в другие квазизамкнутые миры, потенциально содержащиеся в элементарных частицах данного мира. Для этого Она должна проникнуть «вовнутрь» соответствующих элементарных частиц. Естественно, возникает вопрос: каким образом цивилизация со всем своим населением и технологией может проникнуть через «микротуннель» размером 10-13 см?! Идлис считает, что речь может идти только об информационном проникновении, которое, вероятно, осуществляется со скоростью света. При этом благодаря неисчерпаемому множеству таких макромиров может быть обеспечено неограниченное экспоненциальное развитие с любым заданным временем удвоения τ, хотя в пределах каждого конкретного макромира размер колонизуемой области остается малым (М < сτ). Это, в свою очередь, обеспечивает информационную целостность цивилизации в пределах каждого осваиваемого мира. Неограниченно продолжаясь, этот процесс должен привести к беспредельному развитию Разума, направленного на познание действительности. В конце концов, подобная Сверхцивилизация «получает возможность неограниченно совершенствоваться уже без эспоненциального роста своей энергетики».

На основании развитой концепции Идлис пришел к выводу, что жизнь на Земле, по всей вероятности, «возникла не случайно, а в результате разумной деятельности (или информационного проникновения) некоторой неизмеримо более развитой сверхцивилизации» из соседнего квазизамкнутого макромира[298]. Эта мысль представляется очень интересной и плодотворной. Она интегрирует, с одной стороны, идеи С. Аррениуса о переносе жизни, К. Э. Циолковского о посеве жизни, Ф. Крика и Л. Оргела о направленной панспермии, а с другой стороны, — идею Тейяра де Шардена о том, что «Земля несла в себе преджизнь врожденно».

Возможно, концепция Идлиса не во всем соответствует действительности. Но она привлекательна гем, что вводит в рассмотрение принципиально новый подход: не вширь трехмерного физического пространства, а в глубь материи в другие взаимосвязанные пространственные миры, и не путем физического взаимодействия, а в виде «информационного проникновения». Двигаясь в этом направлении, мы, возможно, придем к другим пространственным измерениям и к более тонким формам материи, лежащим за пределами физического вакуума, т. е. к той Действительности, которую предстоит изучать Науке Будущего.

Возвращаясь теперь к вдохновенным словам К. Э. Циолковского, которые мы взяли эпиграфом к этому параграфу, можно сказать: да, человечество не останется вечно на Земле; придет время, когда оно выйдет на просторы Солнечной системы и проникнет в другие пространственно-временные миры. Но, вопреки нашим сегодняшним представлениям, это будет происходить не с помощью громоздких машин, а на крыльях Человеческой мысли.

5.4. Альтернативный путь

В Космосе мы вес же встретим разум. Но формы его проявления будут глумиться над нашим воображением.

С. Лем

В предыдущих параграфах мы рассмотрели возможные пути развития КЦ, исходя из экстраполяционного подхода. Наряду с этим, как уже отмечалось выше, возможен иной — системный подход к исследованию космических цивилизаций. Он состоит в том, что проблема КЦ рассматривается как часть более общей проблемы, включающей исследование генеральных типов строения, функционирования и эволюции сложных самоорганизующихся систем (частным случаем которых является и автоматическое устройство, и живой организм, и биологическая эволюция, и человеческая цивилизация). Одним из первых такой подход сформулировал Б. Н. Пановкин в конце 1960-х — начале 1970-х годов[299]. В то время синергетика как наука о самоорганизации только зарождалась, и Пановкин опирался, главным образом, на достижения кибернетики. Он считал, что теоретическая кибернетика для проблемы космических цивилизаций будет играть ту же роль, что и теоретическая физика для современной астрофизики. По мнению Пановкина, последовательное проведение такого подхода позволит правильно сформулировать многие вопросы, относящиеся к проблеме КЦ. Например, применяя разработанную в кибернетике классификацию сложных систем, можно определить место КЦ в ряду других самоорганизующихся систем по вполне определенным принципиальным признакам. Сформулированная Пановкиным программа носит достаточно общий характер. Более конкретные исследования были позднее выполнены Л. В. Лесковым, который на основе системного анализа проблемы космических цивилизаций построил возможные модели эволюции КЦ[300]. Следует, впрочем, заметить, что подход Лескова не является «чисто системным», он содержит также элементы экстраполяции земного опыта.

5.4.1. Модели эволюции КЦ

Л. В. Лесков исходит из представления о КЦ как о динамически устойчивой самоорганизующейся системе, главным отличительным свойством которой является творческая деятельность по преобразованию окружающей среды, по созданию новых экологических ниш и повышению устойчивости своего существования. Он делит все возможные модели эволюции КЦ на два класса: детерминированные и стохастические. Детерминированные модели основаны на современных фундаментальных научных представлениях. В основе стохастических моделей лежат те или иные научные гипотезы, не получившие пока прямого экспериментального подтверждения. Стохастические модели можно рассматривать как вероятностный прогноз развития КЦ. Детерминированные модели не содержат (или почти не содержат) элементов случайности, но именно поэтому (несмотря на их внутреннюю согласованность) они могут оказаться менее вероятными, так как не учитывают возможность открытия совершенно новых явлений. По существу, эти модели основаны на экстраполяции современных тенденций развития науки и техники и не учитывают возможность новых фундаментальных открытий и появления на их основе совершенно новых непредвиденных технологий. Поскольку в рамках детерминированных моделей можно прогнозировать развитие вполне определенных технологий, Лесков называет эти модели технологическими, а развитие КЦ в рамках этих моделей-техноэволюцией. Следует подчеркнуть, что различие между двумя указанными классами моделей лежит не по линии «технологические-нетехнологические», а по линии «детерминированные — недетерминированные». Что касается «нетехнологической эволюции», Лесков считает, что она невозможна, поскольку технологию он понимает в самом широком смысле, как совокупность средств и методов, с помощью которых КЦ осуществляет свою творческую функцию. При таком понимании технология не всегда и не обязательно должна опираться на машинное производство. В этом смысле возможна «немашинная технология» и, соответственно, «немашинная» техноэволюция КЦ.

Остановимся подробнее на детерминированных (технологических) моделях. Для характеристики КЦ Лесков вводит три параметра: 1) энергетика, 2) информационная техника, 3) биология. В процессе эволюции цивилизация проходит через различные уровни, каждый из которых характеризуется определенным развитием перечисленных параметров. Лесков вводит (условно) четыре уровня развития КЦ. Состояние цивилизации, соответствующее этим уровням, приводится в таблице 5.4.1. Уровень 1 соответствует состоянию нашей земной цивилизации на стадии вступления в космическую эру. Поскольку нас интересуют высокоразвитые КЦ, наибольший интерес представляют уровни 3 и 4.

Главная характеристика уровня 3, согласно Лескову, — переход основной части промышленности на безотходное производство, полное использование вторичных ресурсов, создание экологически сбалансированной энергетики. На этом этапе цивилизация оптимальным образом приспосабливается к среде. Соответственно отличительная особенность уровня 3 по критерию управления — планомерное целенаправленное конструирование экологического оптимума в масштабе всей планеты. Наиболее захватывающая проблема этого этапа по биологическому критерию — «сохранение личности». По существу, это путь к бессмертию. Как подчеркивает Лесков, сохранение личности не означает консервацию на неопределенно долгий срок какого-то из ее стандартных состояний (даже такого приятного, как молодость); это скорее поддержание непрерывности и преемственности процесса развития личности.

Четвертая высшая ступень технологической эволюции в энергетическом плане характеризуется освоением таких перспективных источников энергии, как аннигиляция вещества с антивеществом, сверхплотные состояния материи, «мюонный катализ». Все эти виды энергетики Лесков обозначает термином «параэнергетика». На этом этапе решается также задача искусственного восстановления минеральных ресурсов (Лесков называет это геотехнологией). По-видимому, ее можно рассматривать как развитие безотходной технологии уровня 4. Принципиальная возможность существования таких технологий видна на примере биосферы, которая прекрасно справляется с задачей восстановления ресурсов. Правда, на это затрачивается солнечная энергия. Так что геотехнология не освобождает цивилизацию от энергетических затрат. Сочетание геотехнологии с параэнергетикой Лесков называет экоэнергетикой. По критерию управления уровень 4 характеризуется компьютерными методами получения качественно новой информации на основе эвристического программирования, построения математических моделей, использования вычислительных экспериментов и т. д. Эти методы Лесков называет когерентными методами получения новой информации. Наконец, по критерию самоорганизации разумной жизни цивилизация на уровне 4 вплотную подходит к проблеме создания «единого планетарного разума».

Процесс его возникновения происходит благодаря развитию многочисленных эффективных связей типа: человек-компьютер, коллектив-компьютер, человек-компьютер-человек. С одной стороны, это приводит к наиболее полному раскрытию индивидуальных творческих способностей и потенций личности, а с другой стороны, — к постепенному размыванию границ между индивидуальным интеллектом личности и интеллектуальным потенциалом всей цивилизации. Эту форму развития разумной жизни Лесков обозначает термином «нообионт» (от греческих слов «ноос» — разум и «биос» — жизнь). А соответствующую фазу развития цивилизаций он называет нооунитарной. Переход к этой стадии позволяет облегчить решение проблем, связанных с информационным кризисом. Возникновение нообионта Лесков рассматривает как путь к бессмертию разума. Анализируя перспективу перехода к нообионту, он критикует идеи некоторых кибернетиков о вживлении миниатюрного компьютера в мозг человека, что, по их мнению, должно привести к эволюционному скачку в развитии человеческого вида. С этой критикой можно согласиться. Представляется, что развитие творческих возможностей человека пойдет совсем по иному пути: вместо вживления микрокомпьютеров — раскрытие неиспользованных резервов человеческой психики. Уникальные способности, которые демонстрируются отдельными людьми, показывают, что такие резервы имеются, надо только научиться раскрывать и развивать их, причем таким образом, чтобы обеспечить не однобокое, а всестороннее, гармоническое развитие личности. Думается, что и решение проблемы создания коллективного разума и его бессмертия также следует искать на этом пути.

Мы описали основные характеристики различных этапов технологической эволюции. А каковы ее закономерности? В основе техноэволюции, считает Лесков, лежат два принципа: принцип гомеостатичности, означающий повышение степени гомеостаза со временем, и принцип дифференциации, согласно которому эволюция КЦ сопровождается последовательной дифференциацией и усложнением ее внутренней структуры (и соответствующим увеличением потоков информации, используемых для управления ее деятельностью). Другой важной особенностью техноэволюции является ее интенсивный (а не экстенсивный) характер, т. е. эволюция определяется не количественным ростом показателей потребления энергии и ресурсов, а качественными изменениями при переходе с одного уровня развития на другой. Такое развитие достигается за счет перехода к более прогрессивным технологиям, обеспечивающим поддержание динамического равновесия с окружающей средой. На этом основании Лесков полагает, что существование цивилизаций II и III типа (по Кардашеву) маловероятно. На достаточно высокой стадии развития КЦ основным содержанием ее деятельности становится получение, обработка и распределение потоков управляющей информации. Такие цивилизации Лесков называет информационными. Нооунитарные цивилизации относятся к их числу. Наконец, важной особенностью техноэволюции является ее продолжительность. По оценке Лескова, она составляет 10^3 ÷ 10^5 лет[301].

Следующую стадию развития можно назвать посттехнологической эволюцией. Ранее рассмотренные уровни развития КЦ: 1, 2, 3 и 4, можно дополнить более высокими уровнями: 5, 6, 7…. Тогда посттехнологическая эволюция будет состоять в последовательном переходе между этими все более высокими качественно различающимися уровнями. О содержании этих уровней в настоящее время невозможно сказать ничего определенного. Тем не менее, постольку поскольку общие закономерности развития, справедливые для техноэволюции, сохраняются, можно заключить, что продолжительность посттехнологической стадии хотя и увеличивается по сравнению со стадией техноэволюции в несколько раз (может быть, на порядок), все же она по-прежнему остается существенно меньше возраста Метагалактики.

Особняком от моделей технологической и посттехнологической эволюции находится модель, основанная на некоторых парадоксальных физических гипотезах. Лесков так и называет эту модель — парадоксальной эволюцией. Примером может служить уже знакомая нам гипотеза о макро-микросимметрии Вселенной, о фридмонах и об информационном проникновении КЦ в другие квазизамкнутые миры (другие метагалактики). Лесков обращает внимание также на особенности пространства-времени вблизи черных и белых дыр и на возможность существования «мегагалактик» с совершенно иными физическими законами (ансамбль миров, о котором говорилось в гл. 3). Все эти гипотезы создают возможности для парадоксальной эволюции. Одна из таких возможностей была рассмотрена Кардашевым. Речь идет о путешествии КЦ в другие пространственно-временные миры с помощью… черных дыр.

Рассмотрим такой мысленный эксперимент. Пусть в поле тяготения массивной черной дыры попадает корабль с космонавтами. Падая в черную дыру, он приближается к ее гравитационному радиусу. Для внешнего наблюдателя это длится бесконечно долго, для него корабль никогда не достигнет гравитационного радиуса. Но сами космонавты достигнут его за конечное (и притом весьма короткое!) время по своим собственным часам, измеряющим время в их собственной системе отсчета. Спрашивается, что будет с космонавтами после того, как корабль погрузится под гравитационный радиус? Если тело коллапсировало до бесконечной плотности, то, погрузившись под гравитационный радиус, корабль с космонавтами, в конце концов, достигнет области очень большой плотности и неизбежно погибнет. Однако существует возможность избежать этого. В некоторых случаях, например, когда коллапсирует электрически заряженное тело, сжатие останавливается под гравитационным радиусом задолго до достижения бесконечной плотности[302]. После этого начинается стадия расширения, тело выходит из-под гравитационного радиуса, и вместе с ним могут «вынырнуть» наши космонавты. Главная проблема в том, где они вынырнут? Ведь для внешнего наблюдателя время выхода из-под гравитационного радиуса, как и время погружения, бесконечно велико. Но если допустить, что существует множество пространственно-временных миров, множество «пространств», разделенных бесконечными временными интервалами, то космонавты могут вынырнуть в одном из таких миров — перед удивленным взором тамошних обитателей. Таким образом, заряженное коллапсирующее тело можно использовать в качестве «машины времени» для того, чтобы путешествовать в будущее. В области антиколлапса, где расширяющееся тело выходит из-под своего гравитационного радиуса («белая дыра»), цивилизация попадает в другой пространственно-временной мир и, пробыв в нем ровно столько, сколько ей нужно и интересно, она через черную дыру отправляется дальше, в следующий мир, путешествуя таким образом по бесконечному ансамблю миров[303]. Это будет путешествие без возвращения. Для того чтобы вернуться обратно, надо использовать топологические туннели (см. п. 1.15.3) — конечно, если они есть на самом деле.

Разумеется, приведенные здесь примеры дают лишь какое-то приблизительное представление о возможных путях парадоксальной эволюции. Истинное содержание ее может очень сильно отличаться от этих предполагаемых путей. Но может быть, все-таки некоторые черты эволюции угаданы здесь правильно?

Парадоксальная и посттехнологическая модели относятся к стохастической эволюции. Еще одним примером стохастической эволюции является космокреатика. Это модель эволюции, подразумевающая гипотетическую деятельность разума, направленную на фундаментальную перестройку структуры материального мира. Развитие космокреатики логично и неизбежно должно привести к автоэволюции разумной жизни, т. е. к целенаправленной перестройке самих разумных существ и эволюции коллективно! о разума КЦ. Мы обсудим эти модели в следующих пунктах. Три последние модели (парадоксальная эволюция, космокреатика и автоэволюция) Лесков объединяет в группу метанаучной эволюции. Это название подчеркивает, что указанные модели основаны на представлении о незавершенности современной научной парадигмы, которая отнюдь не венчает процесс познания, она лишь часть иерархически более высокой системы — метанауки; поэтому впереди нас ждут новые фундаментальные открытия, ведущие к радикальным изменениям естествознания и техники, и открывающие тем самым путь метанаучной эволюции. Отличительная особенность этой группы моделей состоит в том, что продолжительность соответствующих фаз развития КЦ может быть весьма значительной, соизмеримой с космологическим масштабом времени.

Упомянем еще о финалистских моделях (связанных с гибелью цивилизаций), которые Лесков также относит к стохастической эволюции. Они приводят к короткой шкале жизни КЦ — мы частично касались этой проблемы в п. 4.3.3, посвященном времени жизни коммуникативных цивилизаций. В результате анализа финалистских моделей Лесков приходит к выводу, что космические цивилизации обладают высокой устойчивостью по отношению к возмущающим факторам как внешнего, так и внутреннего происхождения. Это не означает, что гибель цивилизаций вообще невозможна, но вероятность такого исхода, как полагает Лесков, очень мала. Возможность предотвращения кризисных ситуаций, считает он, будет зависеть, в первую очередь, от уровня понимания проблемы, чувства ответственности и доброй воли разумных существ, образующих космическую цивилизацию и готовых отстоять свое будущее. При этом выход из потенциально опасных ситуаций КЦ будут искать, по всей вероятности, на пути интенсивного развития.

5.4.2. Космокреатика и автоэволюция

…выведите их под ночное небо и покажите мерцание бесчисленных миров. Скажите — к этому творчеству ведет вас Владыка…Нужно готовиться быть сотворцами.

«Иерархия»

Проблема космокреатики и различные варианты космокреатической деятельности детально обсуждаются в философской книге Станислава Лема «Сумма технологии»[304]. Анализ проблем Лем начинает с сопоставления двух эволюций: биоэволюции и техноэволюции. Он находит многие общие черты. Характерная черта обеих эволюций — возрастание эффективности гомеостаза со временем. Это наглядно демонстрирует нам биоэволюция, и в этом же состоит характерная черта техноэволюции. В связи с этим Лем критикует оргоэволюционные представления, согласно которым будущее представляется просто как увеличенное настоящее. Чего ждал от будущего человек каменного века? — спрашивает Лем. И отвечает: огромных великолепных обточенных камней. Не так ли поступаем и мы, когда пытаемся экстраполировать свои достижения в Будущее? «Может быть, — пишет Лем, — высокоорганизованная цивилизация — это вовсе не огромная энергия, а наилучшее регулирование?» И дальше: «Социостаз не должен быть эквивалентен растущей энергетической прожорливости». Лем отмечает и существенные различия между двумя видами эволюции. Различие говорит в пользу Конструктора-Природы, по сравнению с Конструктором-Человеком. В этом смысле биоэволюцию можно рассматривать как более совершенный тип техноэволюции, творцом которой выступает более совершенный Конструктор. Однако Лем не спешит с таким выводом. Вместо этого он выдвигает лозунг: «Догнать и перегнать Природу!» «Великий Конструктор-Природа в течение миллиардов лет проводит свои эксперименты… Человек, сын матери Природы», наблюдая за этой неутомимой деятельностью, ставит свой извечный вопрос о ее смысле. «Вопрос, наверняка, безответный, — говорит Лем, — если человеку суждено навсегда оставаться вопрошающим. Иное дело, когда человек будет сам давать ответы на этот вопрос, вырывая у Природы ее сложные секреты и по собственному образу и подобию развивая Эволюцию Технологическую».

Пытаясь догнать и перегнать Природу, разумные существа когда-то должны приступить к конструированию миров. Создание миров Лем называет пантокреатикой, а людей, которые этим занимаются, — «конструкторами-космогониками». Пантокреатика начинается с подражания Природе, с попытки воспроизвести любое явление Природы: эту фазу пантокреатики Лем называет «имитологией». Имитология охватывает все материальные процессы, как естественные, так и искусственные. Она включает явления, которые самопроизвольно в Природе не возникают, но создание которых не противоречит законам Природы. Следующая стадия пантокреатики — «фантомология», она охватывает создание процессов, все более и более отличающихся от естественных — вплоть до «совершенно невозможных», противоречащих законам Природы. Это нечто вроде «голографического кино», где зритель одновременно является и действующим лицом, испытывая и переживая иллюзию, в творении которой он сам принимает участие. Высшей фазой пантокреатики является «космогоническое конструирование». Решающую роль в этом процессе играет информация. Поэтому прежде чем приступать к конструированию миров, надо научиться не только управлять информацией, но и «выращивать» новую информацию. Этой проблеме Лем уделяет очень много внимания.

Каким образом можно выращивать информацию? Очевидно, с помощью какого-то технологического процесса. В связи с этим Лем обсуждает различие между позицией ученого и позицией технолога. Предположим, у нас имеется «производственный рецепт», как создать какое-нибудь очень сложное устройство, например, синтезировать живую клетку. Если в результате технологического процесса мы, действительно, получим интересующий нас «конечный продукт», то технолог вполне удовлетворится этим результатом. Ученый же будет стремиться понять, как это происходит, он попытается создать «теорию синтеза организмов». В этом смысле технолог по характеру своей деятельности более похож на садовника, который, выращивая яблони и собирая плоды, не заботится о том, «как яблоня это сделала». Лем ставит вопрос, нельзя ли таким же образом выращивать информацию, получать «информационные плоды» с помощью некоей «информационной фермы», не особенно заботясь о том, как она это делает?

Но здесь может возникнуть другой вопрос — а зачем это нужно? Разве мы не удовлетворены традиционными методами получения научной информации с помощью научных теорий, которые лежат в основе применяемой нами технологии? Дело в том, что наука не всегда может дать точное решение. Классический пример — задача n-тел в небесной механике. Как известно, существует точное решение задачи только для двух тяготеющих тел. Поэтому когда небесные механики вычисляют орбиту какой-нибудь планеты, они сначала предполагают, что, кроме этой планеты и Солнца, во Вселенной нет больше никаких тяготеющих тел (т. е. пренебрегают притяжением других тел), и в этом предположении вычисляют орбиту планеты. А затем вносят в результаты расчета поправки, обусловленные гравитационным возмущением других планет. Полученное решение будет приближенным, но если оно удовлетворяет практическим потребностям, его можно принять в качестве окончательного. Так обычно и поступают. Но должно же существовать точное решение! Более того, оно не только существует, но Природа знает это решение! Ведь, если мы поместим в некоторую область пространства n тяготеющих тел, зададим им определенные начальные скорости, то Природа быстро распорядится и распределит все n-тел по их траекториям. Вот бы нам научиться поступать так же!

Как решить эту задачу? А как решает свои задачи Природа? Лем обращает внимание на развитие зародыша. Это настоящая «химическая симфония», — говорит он. В результате разыгрывания этой симфонии из одного организма возникает другой организм. Так вот, информация должна возникать из информации, как организм из организма. Развитием зародыша управляет информация, содержащаяся в молекулах ДНК. Значит, если мы хотим вырастить информацию, мы должны создать «информационные молекулы», аналогичные молекулам ДНК. Попадая в соответствующую среду, информационные молекулы будут строить «организмы» в соответствии с заложенным в них алгоритмом. «Производственный рецепт» должен содержать определенные постулаты, лежащие в основании теории, и правила преобразования, правила вывода следствий из этих постулатов. Таким образом, на «информационной ферме» будут выращиваться «теоретические организмы», представляющие собой конструкции из «материализованных» мыслеобразов.

Развивая эту идею, Лем указывает на то, что Конструктор может создать вид «эволюционирующих конечных автоматов». Всякий конечный автомат реализует определенный алгоритм. Если мы говорим об эволюционирующем конечном автомате, значит, он должен реализовывать изменяющийся алгоритм. Такое изменение может происходить под воздействием «окружающей среды» на основе того же механизма, как и в биоэволюции: «мутации» плюс «естественный отбор». То есть можно вводить определенные (или случайные) изменения в алгоритм, в результате которых будет генерироваться новая теория, которой предстоит пройти проверку практикой; теории, не прошедшие проверку, — отбраковываются. Ведь подобным же образом поступает и биоэволюция, она проверяет эволюционное решение на практике в процессе естественного отбора. Применительно к выращиванию информации, таким способом можно получить непрерывно эволюционирующую теорию (например, теоретическую физику).

Итак, на «информационной ферме» Лема непрерывно генерируются теории. Определенные устройства собирают факты, обобщают их, проверяют справедливость обобщений на новом фактическом материале, и этот «конечный продукт» уже после «техконтроля» выходит к потребителю. В грядущем, говорит Лем, ученые будут получать уже только теоретический экстракт и будут строить теории не из фактов, а из других теорий (впрочем, частично это происходит и в наше время). Производство научных теорий позволит перейти на метатеоретический уровень — к построению метатеорий. Причем все это делается с помощью описанной «информационной технологии».

Здесь мы вновь возвращаемся к ситуации садовника, который не знает, «как яблоня это делает». По этому поводу Лем замечает: «желание получить объясняющую теорию понятно. Но овладеть явлением…, сделать его воспроизводимым… важнее, чем понимать его сущность». Имея в виду, например, живой организм, мы можем сказать, что производственный рецепт его создания заложен в оплодотворенном яйце. Зная этот рецепт, мы могли бы воспроизвести явление. Поэтому Лем настаивает, что «производственный рецепт означает более высокий уровень овладения материальным явлением, чем научная теория». В очень содержательном послесловии к русскому изданию «Суммы» Б. В. Бирюков и Ф. В. Широков полемизируют с этой точкой зрения Лема. Они категорически заявляют: «Нет! Теория была и будет объясняющей! Оплодотворенная яйцеклетка не есть теория!… Наука всегда дралась за объяснение. Вся армия ученых… дралась и дерется за объяснение!» (С. 596). По поводу этой полемики можно заметить следующее. Думается, что наука дралась (и дерется) за объяснение потому, что ее задачей было (и есть) объяснение мира. Объяснение, которое не всегда и не сразу непосредственно соприкасается с нуждами практики. Речь не шла (и пока не идет) о конструировании миров, подобных тому, который мы изучаем. Пока нам надо понять тот мир, в котором мы живем. Но если (и когда) на повестку дня встанет вопрос о конструировании миров, то тогда на первое место может выйти не объясняющая, а технологическая функция (производственный рецепт). Этому, конечно, должен предшествовать этап понимания. Ведь прежде чем конструировать, например, какой-то конкретный тип самолета со всеми его деталями, конструктор должен понимать принцип полета данного типа летательных аппаратов, иначе его модель может не взлететь. Наконец, важно выбрать уровень объясняющей теории. Так, для конструирования телескопа надо знать законы геометрической и волновой оптики, но можно не учитывать квантовую природу света. Впрочем, оставим эти «философские» рассуждения на суд читателя, а нам надо спешить вслед за Лемом на его «информационную ферму».

Выращивание информации по принципу производственного рецепта в процессе реализации определенного алгоритма сопряжено с ограничениями, которые присущи всякой формальной системе (например, математической логике). Лем уделяет этим проблемам большое внимание, они обсуждаются также в послесловии к «Сумме», но мы на них останавливаться не будем, ибо наша задача состоит только в том, чтобы дать понятие, как, в принципе, может работать «информационная ферма» КЦ. Отметим еще, что в конечном итоге информация создается для того, чтобы осуществить определенное взаимодействие между материальными объектами. Информационное взаимодействие осуществляется с помощью языка. Мы опустим и этот вопрос; заинтересованный читатель может обратиться к книге Лема. Мы же перейдем непосредственно к «космогоническому конструированию».

Следующий шаг на пути к космогоническому конструированию состоит, согласно Лему, в выращивании «информационного сперматозоида», с помощью которого создаются (именно создаются, а не изучаются) всевозможные явления и объекты, необходимые нам устройства, машины и организмы. Такой «сперматозоид» должен обладать как закодированной информацией, так и исполни тельными органами. В отличие от биологического сперматозоида, который использует заданный материал — яйцеклетки, информационный сперматозоид берет его из окружающей среды; при этом он должен обладать способностью выбора необходимых материалов.

С помощью всех этих средств Космогоник может приступить к созданию миров. «Приступая к конструированию мира, — пишет Лем, — Космогоник должен сначала определить, каким будет этот мир; строго детерминистическим или индетерминистическим, конечным или бесконечным… станут ли в нем проявляться постоянные закономерности, которые можно назвать его законами, или же сами эти законы могут подвергаться изменениям». Творение Конструктора должно иметь определенные пространственные и временные измерения. «Можно иметь несколько времен, причем движущихся в различном направлении. Некоторые из них можно было бы сделать обратимыми, другие же — нет». При этом внешний наблюдатель будет оценивать события в сконструированном им мире по своим собственным часам. В этом нет ничего необычного, ибо теория относительности уже приучила нас к различию между собственным временем движущейся системы и временем внешнего наблюдателя. Далее, Космогоник строит свои миры внутри Природы. При этом он может сделать их открытыми или замкнутыми. Если они открыты, то, находясь внутри их, можно наблюдать Природу. Обитатели такой системы (если Конструктор пожелает сделать ее обитаемой!) будут понимать свою принадлежность к Природе как к чему-то внешнему по отношению к их миру. Если Конструктор хочет скрыть от них это знание — он будет конструировать замкнутые миры. Внутри таких миров могут быть реализованы системы, задуманные различными философскими школами; могут выполняться различные законы, например можно ввести бесконечную скорость распространения сигналов — разумеется, в этом случае изменятся и другие законы физики.

Итак, Конструктор может сделать свои миры обитаемыми. Окинем мысленным взором один из подобных миров, представляющий собой нечто вроде Гигантского Компьютера. Такой мир может содержать множество звезд и планет с их океанами, сушей, с лесами, реками и озерами, с растениями и животными — и все это в виде электрических импульсов, пробегающих в бесчисленных цепях нашего Компьютера. Последнее обстоятельство не мешает обитателям созданного Космогониками мира воспринимать его во всем многообразии красок, форм, запахов и звуков. Ведь, в конце концов, замечает Лем, то, что мы воспринимаем как формы, запахи, звуки и т. д., в конечном итоге, являются не чем иным, как «суетней биоэлектрических импульсов в мозговых извилинах». Более того, сами разумные существа в этом сотворенном мире тоже представляют собой лишь определенные «электрические процессы»[305].

Таким образом, в космогонике искусственными являются как мир, так и его обитатели. Однако никто из них об этом ничего не знает и знать не может. Почему? Это, считает Лем, — особая забота Конструктора.

Конструктор-космогоник стремится к тому, чтобы существа, обитающие в созданном им Космосе, никогда не распознали его искусственности. Следует опасаться, полагает Лем, что сама догадка о существовании чего-либо вне их «Всего» побудит обитателей искусственного мира искать выхода из него. Нельзя «попросту помешать им найти выход — это значило бы отяготить их сознание отсутствием свободы». Поэтому выход «недопустимо ни маскировать, ни баррикадировать. Надо сделать так, чтобы сама догадка о существовании выхода стала невозможной». Лучше всего, считает Лем, «если какая-то действующая повсюду сила замкнет их мир так, чтобы он стал подобием шара; тогда его можно будет исколесить вдоль и поперек и нигде не натолкнуться на какой-либо «конец». Лем рассматривает и другие варианты решения. Все это напоминает ситуацию в том Мире, в котором мы живем, и невольно возникает вопрос — не намек ли это на то, что наш мир и мы сами были созданы Конструкторами Вселенной.

Какие причины могут побудить разумные существа заняться космотворчеством? Лем не дает ясного ответа на этот вопрос. Одна из причин — попытка избежать информационного кризиса, «защититься от информационной лавины». В связи с этим он отмечает, что «дочерняя цивилизация», в свою очередь, может построить внутри своего мира последовательность иерархически подчиненных миров, вложенных один в другой, наподобие матрешек. Такая конструкция отчасти напоминает систему взаимопроникающих квазизамкнутых миров Идлиса, о которых говорилось в п. 5.3.2, но, конечно, не тождественна ей. Напрашивается также аналогия с системами эзотерической философии, где также вводится множественность взаимопроникающих миров. Существенная разница, однако, состоит в том, что там наш мир рассматривается не как источник всей пирамиды миров, не как причина «всего», а как одно из следствий в процессе творчества, источник которого теряется в Беспредельности.

Другая причина конструирования миров — попытка воссоздать Трансцендентальность. Можно ли сконструировать бессмертие, вечную справедливость, воздаяние? — спрашивает Лем. И отвечает: да, можно. Для этого надо сконструировать «Тот Свет». Искусственно созданный мир условно разделяется на две части: обитающие в нем разумные существа и их окружение. Теперь к этим двум частям пристраивается еще третья. Когда мыслящее существо умирает, когда тело его обращается в прах, личность (вероятно, имеется в виду информационное содержание личности, отражающее ее мысли, эмоции, чувства, весь ее внутренний психический мир) «по особому каналу переносится в третью часть машины. Там действует Справедливость, там Воздаяние и Возмездие…» Там есть свой «кибернетический рай, чистилище, ад». Впрочем, заключает Лем, «Тот Свет» может не иметь никаких точных эквивалентов ни в одной из земных религий. Конструировать его можно произвольно, и таких миров можно построить множество.

Возможно, полагает он, Конструкторы мира, содержащего «тот свет» в качестве своей составной части, придут к выводу, что жизнь там счастливее, чем в их мире. Тогда они перенесут туда (в созданный ими мир) зафиксированную в их генах наследственную информацию, и их дети, вместо того чтобы родиться в этом мире (мире своих предков), обретут более счастливое Бытие в искусственно созданном мире. Это уже принципиально новый шаг. До сих пор речь шла об обитателях искусственного мира, которые были созданы вместе с ним. Теперь же речь идет о переселении из мира «естественного» в мир «искусственный». Живя в нем, потомки космогоников могут верить (или не верить) в трансценденции — в существование Того Света, в Бессмертие, Воздаяние, Возмездие, Всепрощение, Всемогущее Милосердие и т. д., а затем, после смерти, они будут убеждаться в справедливости своих верований. Для человечества, которое таким образом обрело бы для себя все то, о чем оно мечт зло веками, — это было бы Великим Исходом в Землю Обетованную. Не следует, конечно, слишком буквально принимать все эти построения, но они хорошо иллюстрируют возможности, открывающиеся в процессе «космогонического конструирования» и возникающие здесь философские и нравственные проблемы.

Заканчивая описание системы с «Тем Светом», Лем приводит воображаемый диалог между Конструкторами-космогониками и их «консервативными» оппонентами. Попытаемся воспроизвести этот диалог (не дословно, но близко к тексту).

— Но ведь все это обман, — говорят оппоненты. — Как можно осчастливить кого-то путем обмана?

— Почему обман? — возражают конструкторы, — только потому, что этот мир имеет иные законы, чем наш? Потому, что он богаче нашего на целую надстройку воплощенной трансценденции?

— Нет, — отвечают оппоненты. — Он не настоящий[306]. Это вы его создали.

— А кто создал ваш «настоящий» мир? А если и у него был свой Создатель, тогда что же, и ваш «настоящий» мир — тоже мошенничество? Вообще, все на свете кто-то создал. Вот мы с вами создали цивилизацию, значит, и она тоже мошенничество?

— Не о том речь, — продолжают оппоненты, — эти существа на «Том Свете» будут заключены в каком-то хрустальном дворце свершения надежд, какого не бывает за его пределами.

— «Заключены»? — не сдаются конструкторы. — А что вам известно о его размерах? А если он величиной с Метагалактику? Считаете ли вы себя заключенными в Метагалактике, узниками окружающих вас звезд?

— Но ведь этот ваш мир — ложь, — настаивают оппоненты.

— А что истина? — отвечают конструкторы. — То, что можно проверить. Но в созданном нами мире можно проверить больше, чем здесь, ибо здесь все обрывается на границах чувственного опыта и расплывается вместе с ним, а там…

На этом дискуссия на страницах «Суммы» не заканчивается. Но мы вынуждены где-то остановиться и прервать этот диалог.

В какой степени все это правдоподобно? «Мне могут задать вопрос, — пишет Лем, — считаю ли я в какой-либо степени правдоподобным, что люди когда-нибудь возьмутся за такие — или хотя бы сходные — дела? На прямой вопрос надо прямо и отвечать. Думаю, что вряд ли. Но если представить себе все эти абсолютно неисчислимые миры разума, вращающиеся в недрах галактик…, то… чтобы во всех этих необъятных просторах звездной пыли никто никогда не подумал о таком начинании, не соразмерил своих сил с такого рода замыслами — именно это кажется мне вовсе неправдоподобным».

Отметим характерную черту космокреатики Станислава Лема: его космогоники конструируют миры, полностью отчужденные, не зависящие от Природы, замкнутые в самих себе. Причина этого, как кажется, в том, что одна из основных задач Лема состояла в объяснении парадокса «Молчания Вселенной» (см. следующую главу). Для этого ему и понадобились отчужденные от Природы, замкнутые в себе миры, где напряженная творческая деятельность КЦ не находит никакого проявления во внешнем мире. Но идея космогонического конструирования гораздо шире, она включает конструирование реальных миров, входящих в ткань Природы, в ткань нашего Космоса. Это могут быть звезды, планеты, звездные системы и даже вселенные. Интересная идея космокреатики была предложена Л. В. Лесковым. Мы уже несколько раз упоминали о гипотезе фридмонов, согласно которой элементарная частица (фридмон) может заключать внутри себя целую вселенную. Будучи объектом микромира, фридмоны доступны направленному воздействию с помощью ускорителей элементарных частиц. Тем самым открывается принципиальная возможность активного воздействия на структуру мира, заключенного внутри фридмона. Как это делать, мы пока не знаем, да и не должны знать — это знание было бы для нас преждевременным. Вот когда мы научимся создавать такие миры, тогда, возможно, сможем и воздействовать на их внутреннюю структуру. К космокреатике следует отнести и гипотезы об искусственном происхождении ядер галактик и квазаров. В главе 3 мы упоминали также о гипотезе Н. С. Кардашева, согласно которой расширение Вселенной может быть следствием сознательной деятельности высокоразвитых космических цивилизаций. Но, пожалуй, самой захватывающей является гипотеза И. Д. Новикова о возможности создания вселенных в лаборатории.

Напомним, что, по современным представлениям, вселенные возникают из вакуумной пены. В момент рождения вселенная представляет собой пузырек материи в вакуумоподобном состоянии радиусом 10-33 см и плотностью 10^94 г/см^3 (см. п. 2.2.3). Нетрудно подсчитать, что масса этого «пузырька» составляет всего 10-5 г! Из этой ничтожной массы материи и рождается вся гигантская Вселенная с множеством образующих ее миров. Ничтожность массы и начальных размеров и порождает мысль о возможности воспроизвести этот процесс в лаборатории. В книге «Как взорвалась Вселенная» И. Д. Новиков рисует картину того, как это можно было бы сделать. Возьмем небольшую массу вещества сферической формы, зарядим электрически его поверхность и сожмем до размеров гравитационного радиуса. Образуется электрически заряженная черная дыра. Дальнейшее сжатие будет происходить под действием собственной гравитации образовавшейся черной дыры. В быстро уплотняющемся веществе, в конце концов, возникнет вакуумоподобное состояние. Благодаря наличию электрического заряда, сжатие меняется на расширение — начинается стадия раздувающейся Вселенной. Однако раздувание происходит в «другое» пространство. Поэтому, с точки зрения внешнего наблюдателя, породившего весь этот удивительный процесс, ничего примечательного с его Вселенной не происходит. Но создатели «новой вселенной» могут, в принципе, посылать в нее сигналы, направляя их внутрь заряженной черной дыры. Может быть, в этих сигналах и содержатся «информоны» — «гены Вселенной», в которых закодированы все закономерности возникающего мира? Все это пока только предположения. Но если наши ученые уже сейчас могут теоретически создавать вселенные на бумаге, то, может быть, более развитые цивилизации могут создавать их практически?! «Пока человек лишь начал выходить за пределы своей колыбели — планеты Земля. Мы не можем пока влиять на движение миров. Но автор принадлежит к тем крайним оптимистам, — пишет Новиков, — которые верят, что добываемые знания о Вселенной превратят человечество в богов, смело поворачивающих штурвал эволюции нашей Вселенной»[307]. Однако для этого человек сам должен измениться, стать более совершенным.

В процессе панкреатической деятельности разумные существа изменяют собственный мир, в котором они живут. До какого-то времени они остаются, по выражению Лема, «последним реликтом, последним подлинным творением Природы». Такое состояние, считает Лем, не может продолжаться бесконечно. Разумные существа не могут изменять мир, не изменяя самих себя. Поскольку в искусственной среде, создаваемой цивилизацией, отсутствует естественный отбор, КЦ должны будут выработать долгосрочную программу «биологической автоэволюции». «Биологическая технология», говорит Лем, может сформироваться даже раньше «физической». В таком мире разумные существа преобразуют себя для того, чтобы иметь возможность жить в окружающей среде, в противоположность тому, что делают люди, которые преобразуют среду для того, чтобы жить в ней. В отличие от биологической эволюции вида это будет осознанная, запланированная и управляемая авто-эволюция. Если же вначале возникает «небиологическая» технология, то со временем она неизбежно должна тоже привести к автоэволюции. Применительно к человеку речь может идти о создании, по выражению Лема, «следующей модели Homo Sapiens». Человек через тысячу или миллионы лет, говорит Лем, откажется от своего звериного наследства, от своего несовершенного, недолговечного, бренного тела. В результате может быть создано «почти бессмертное» существо, которому его собственное тело подчиняется столь же полно, как и среда, в которой оно обитает. Но основным свойством «усовершенствованной модели», по мнению Лема, должна стать ее автоэволюционная потенция, т. е. способность этих существ преобразовывать себя таким образом и в таком направлении, какое понадобится им в связи с создаваемой ими цивилизацией. Разумеется, нельзя рассматривать «телесную эволюцию» в отрыве от эволюции духа.

Каковы же пути автоэволюции? Лем обсуждает несколько возможных путей. Механическое и биологическое протезирование (замена и пересадка органов), хотя и может создать новый, более совершенный тип организма, тем не менее не входит в автоэволюцию, поскольку эти изменения не передаются по наследству[308]. Для осуществления автоэволюции необходимы изменения в генотипе. Их можно достигнуть либо путем терапии генов (биоинженерия на молекулярном уровне), либо путем направленного подбора супружеских пар для закрепления в эволюции полезных качеств организма. Мы не будем обсуждать эти проблемы, так как полагаем, что пока еще рано говорить о конкретных путях биологической автоэволюции, хотя сама идея представляется правомерной. Отметим лишь вопрос об ответственности, связанной с регулированием наследственности. Лем обращает внимание на то, что некоторые ученые хотели бы избежать ее. В связи с этим он замечает: «нельзя одновременно совершать открытия и пытаться уйти от ответственности за их последствия». Человек, познавая «конструкторское решение», не может притворяться, будто бы он накапливает исключительно теоретические знания. Тот, кто познает результаты «решений», кто получает полномочия принимать их, считает Лем, будет нести все бремя ответственности. С этим мнением трудно не согласиться.

Другой аспект автоэволюции рассматривается Л. В. Лесковым. Речь идет об эволюции КЦ в целом, о переходе ее на качественно новый, более высокий уровень за счет возникновения эффективных связей между отдельными разумными существами, ведущих к появлению коллективного Разума КЦ. Дальнейшее развитие коллективного разума, согласно Лескову, протекает в рамках гетерономной эволюции.

5.4.3. Гетерономная эволюция: путь к Метацивилизации

Теперь представьте на мгновение, что вам удалось путем химических реакций создать целый микрокосм. Ведь для этого творения вы будете Создателем. Почему же так трудно людям представить бесконечную цепь Создателей — от низших до Высших в Недосягаемости?

«Иерархия»

Все до сих пор рассмотренные модели описывают автономную эволюцию КЦ без учета ее взаимодействия с другими цивилизациями. Гетерономная[309] эволюция означает одновременную эволюцию множества взаимодействующих КЦ. Упор делается на слове «взаимодействующих», ибо речь идет не просто о параллельном развитии многих цивилизаций, а о взаимодействии между ними, причем взаимодействии такого уровня, когда можно говорить о совместной эволюции в рамках единой системы более высокого ранга — Метацивилизации. Идея объединения цивилизаций в различной форме высказывалась рядом авторов: «Союзы ближайших солнц, союзы союзов и т. д.» (К. Э. Циолковский), «Великое Кольцо» (И. А. Ефремов), «Галактический клуб» (Р. Брейсуэлл). Мы уже упоминали об идее Н. С. Кардашева — объединения цивилизаций в компактную систему. С. Лем обращает внимание на то, что, если в каком-то месте Галактики в силу тех или иных причин образуется скопление КЦ, то, вследствие эффекта положительной обратной связи фон Хорнера, контакты между цивилизациями в этом «сгущении психозов» будут нарастать, втягивая все большее и большее количество цивилизаций, что, в конечном итоге, должно привести к образованию некоего единого «Сверхорганизма». Такие условия легче всего могут реализоваться, например, в ядрах галактик или в центре шаровых скоплений. Но процесс интеграции в целом может быть типичен и для всей Галактики. «В дальнейшем, — пишет

Н. А. Уранов, — когда будет установлен эффект обитаемости всех миров, появится тенденция целесообразности объединения всего человечества Солнечной системы. Объединение человечества всего нашего Космоса и будет первой ступенью того, что называется космическим слиянием».

Л. В. Лесков рассматривает образование Метацивилизаций как закономерный этап эволюции Космического Разума. Согласно его концепции, на поздних стадиях техноэволюции по мере развития информационных КЦ происходит постепенное размывание границ между индивидуальным интеллектом и интеллектуальным потенциалом всей цивилизации, между отдельным индивидуумом и социумом в целом (образование «нообионта»). Переход КЦ на эту стадию эволюции вначале ведет к повышению эффективности функционирования, а зачем может вызвать ее уменьшение вследствие излишней унификации разумной жизни, ограничения возможного разнообразия ее внутренних состояний. Один из эффективных путей разрешения этого противоречия Лесков видит в объединении с другими цивилизациями в рамках гетерономной эволюции.

В зависимости от способов обмена информацией между КЦ, входящими в Метацивилизацию, Лесков выделяет три модели Мета-цивилизаций: 1) ортодоксальная модель МЦ, основанная на использовании известных в настоящее время средств и методов, таких, как радиосвязь, посылка автоматических зондов и т. п.; 2) парадоксальная модель МЦ, в основе которой лежит возможность использования принципиально новых, неизвестных ныне явлений природы; 3) Метацивилизации искусственного происхождения. Последние образуются в том случае, когда внутренняя логика развития КЦ ставит ее перед необходимостью перехода к гетерономной эволюции, а партнеры по эволюции в доступных окрестностях КЦ отсутствуют, или ортодоксальные средства связи оказываются неэффективными. Тогда КЦ может приступить к искусственному созданию партнеров по гетерономной эволюции. Для этого может использоваться либо направленная панспермия («посев жизни»), либо различные формы космокреагики, рассмотренные в предыдущем пункте.

Каковы закономерности гетерономной эволюции? Принцип гомеостатичности можно считать универсальным, поэтому он, вероятно, сохраняется и для гетерономной эволюции. Эффективность КЦ можно характеризовать величиной энергии, расходуемой на получение единичного объема информации, необходимой для поддержания гомеостаза системы. Возникновение Метацивилизации приводит к увеличению эффективности вследствие «разделения труда» (разделения функций) между различными КЦ. С другой стороны, с ростом числа КЦ, образующих Метацивилизацию, увеличиваются энергетические затраты на поддержание связи между ними. Поэтому можно думать, что (по крайней мере, для ортодоксальных моделей МЦ) существует предельное число цивилизаций, входящих в МЦ, превышение которого вызывает уже не рост, а падение эффективности. Следовательно, Метацивилизации должны поддерживать численность составляющих их КЦ на некотором оптимальном уровне (достаточно далеком от предельного значения).

Дальнейшее повышение эффективности должно быть обеспечено за счет объединения МЦ, т. е. образования еще более высоких иерархических информационных структур («союзы МЦ», «Союзы союзов» и т. д.). Творческие возможности таких Иерархий безграничны. Воистину, они могут создавать миры: планетные системы, галактики и вселенные.

На стадии техноэволюции, как мы отмечали, характерной чертой развития является процесс дифференциации, усложнения внутренней структуры КЦ. С переходом к гетерономной эволюции все большую роль начинают играть интеграционные процессы. Еще одной важной особенностью гетерономной эволюции является значительное удлинение продолжительности жизни системы в целом, ибо, по мере прекращения существования отдельных КЦ (или выхода их из коммуникативной фазы), Метацивилизация может пополняться новыми КЦ. На это обращает внимание Л. Н. Никишин[310]. В пределе, имея в виду Иерархическую лестницу Космических Цивилизаций, мы приходим к представлению о бесконечно долгом существовании Разума. Впрочем, на достаточно высоких ступенях этой Лестницы само понятие времени теряет привычный нам однозначный смысл. Например, если представить себе Метацивилизацию, основанную на представлениях о микро-макросимметрии Вселенной, т. е. охватывающую собой систему взаимопроникающих квазизамкнутых миров, то в такой системе миллиарды лет одного мира могут соответствовать ничтожным долям секунды другого мира.

5.5. Космический субъект Лефевра

Мы не преклоняем главу во прах перед тайной разума, ибо разрешили ее века назад.

«Чаша Востока»

В предыдущих параграфах этой плавы мы рассмотрели два подхода, которые используются при изучении проблемы КЦ: экстраполяционный и системный. В отличие от этого, В. А. Лефевр, известный советский психолог и математик, работающий ныне в США, предложил принципиально иной подход. Он вообще не использует «технократическое» понятие «цивилизация», а оперирует понятием «Космический субъект». Отличительной особенностью Космического субъекта Лефевр считает наличие совести. «Наша специфическая особенность, — пишет он, — состоит не столько в том, что мы умны, сколько в том, что мы обладаем совестью. <…>… формальная структура совести и является тем специфическим качеством, которое характеризует класс подобных нам космических существ. Такие существа, будучи тождественны нам своими глубокими человеческими переживаниями, могут, тем не менее, быть бесконечно далеки от нас по своей физической природе»[311].

Лефевр развил математическую модель субъекта, совершающего выбор одной из двух полярных противоположностей, например моральный выбор между добром и злом, и способного проводить при этом последовательные акты саморефлексии, самоосознания. Чтобы избежать недоразумений, следует подчеркнуть, что понятия «добро» и «зло» в рамках модели не определяются. Определение их относится к компетенции философии, религии, этики. Модель лишь описывает поведение субъекта, принимающего ту или иную концепцию добра. Это свойство любой математической модели: она дает общие закономерности поведения системы, а конкретное «физическое содержание» определяется в зависимости от решаемой задачи. Например, математическая теория колебательных систем описывает их общие закономерности. Но в зависимости от решаемой задачи, она может прилагаться к описанию колебаний физического маятника или электрических осциляторов и т. д.

Точно так же Космический субъект может придерживаться разной философии, религии, этики, и его конкретные действия, в зависимости от этого, могут различаться, но общие математические закономерности поведения, связанного с выбором между двумя этическими полюсами и осознанием этого выбора, будут одинаковы. Именно они и описываются моделью. Читателю следует иметь в виду это обстоятельство[312].

5.5.1. Математическая модель Лефевра

Поведение субъекта в модели Лефевра описывается с помощью величины Y_1. Если субъект всегда выбирает добро, Y_1 ≡ 1; если субъект всегда выбирает зло, Y ≡ 0. В общем случае субъект с определенной вероятностью выбирает либо добро, либо зло: Y_1 — это вероятность того, что субъект выберет добро, а (1 — Y_1) — вероятность того, что он выберет зло.

Выбор субъекта зависит от трех величин х_1, х_2, х_3. Величина х_1характеризует давление среды: х_1 = 1, если мир диктует субъекту сделать положительный выбор; х_1 = 0, если мир диктует субъекту сделать отрицательный выбор. В общем случае х_1 — вероятность того, что мир диктует положительный выбор, 0 ≤ х_1 ≤ 1. Поведение субъекта определяется не только давлением среды но и его представлением об этом. Величина х_2 характеризует представление субъекта о том, что ему диктует мир. Если субъект думает, что мир диктует ему выбрать добро, х_2 = 1; если он думает, что мир диктует ему выбрать зло, х_2 = 0. В общем случае х_2 — это вероятность того, что субъект думает, будто мир диктует ему выбрать добро, 0 ≤ х_2 ≤ 1. Наконец, х_3 характеризует желание самого субъекта: х_3 = 1, если субъект желает сделать позитивный выбор, и х_3 = 0, если он желает сделать негативный выбор. В общем случае х_3 — вероятноесть, того, что субъект хочет сделать позитивный выбор, 0 ≤ х_3 ≤ 1. Поведение субъекта есть функция величин х_1, х_2, х_3. Это можно записать в виде Y_1 = f(х_1, х_2, х_3). Чтобы иметь возможность делать конкретные численные прогнозы, надо знать вид функции f(х_1, х_2, х_3).

В модели Лефевра зависимость Y_1 = f(х_1, х_2, х_3) дастся простым алгебраическим выражением:

Y_1 = х_1 + (1 — х_1 — х_2 + х_1х_2) х_3; (5.14а)

или

Y_1 = х_1 + (1 — х_1)(1 — х_2) х_3. (5.14б)

Пусть х_1 = 0 и х_2 = 0, тогда Y_1 = х_3, т. е. поведение субъекта совпадает с его желанием. А это означает, что субъект обладает свободой воли. Правда, свобода воли реализуется при единственном наборе значений параметров х_1 и х_2 (х_1 = х_2 = 0). Пусть при этом х_3 = 0, тогда Y_1 тоже равен нулю, это представляется тривиальным. Гораздо интересней другой крайний случай: х_3 = 1, Y_1 = 1. Значит, если субъект желает выбрать добро, то он выбирает его, несмотря на то, что мир толкает его к противоположному выбору (х_1= 0), и он знает об этом (х_2 = 0). Отсюда следует, что если субъект сделал негативный выбор (Y_1 = 0), то его внутреннее желание было негативным. То есть субъект, имеющий свободы воли, несет ответственность за свой выбор.

Вероятность х_3, с которой субъект намерен сделать тот или иной выбор, вообще говоря, отличается от вероятности Y_1 с которой он реально делает этот выбор. Если Y_1 ≠ х_3, это значит, что субъект хочет сделать один выбор, а фактически (под влиянием обстоятельств) делает другой выбор, т. е. его желание, его внутренний выбор является нереалистичным. Если при некоторых значениях параметров и х_2 выбор Y_1 = х_3, то такой выбор можно считать реалистичным. Субъект, для которого выбор всегда (при любых значениях параметров х_1 и х_2) реалистичен, Лефевр называет Реалистом. Для Реалиста:

Следующий шаг связан с введением полезности альтернатив. Смысл этого понятия можно уяснить с помощью такого примера. Пусть некто хочет продать свой пистолет. Он может сдать его в полицию и получить 20 долларов, а может продать торговцу оружием и получить 50 долларов. Однако в этом случае пистолет может попасть в руки преступника. Сдача пистолета в полицию ассоциируется с позитивным выбором, а продажа торговцу оружием — с отрицательным. Полезность в данном случае ассоциируется с выгодой, измеряемой ценой пистолета в том или другом случае. Позитивный выбор имеет полезность 20, негативный — 50. Математически задача аналогична психологическому эксперименту, когда испытуемому предъявляется набор стержней разной длины, затем набор убирается, демонстрируется один из ранее показанных стержней, и испытуемый должен ответить на вопрос, каким является данный стержень — длинным или коротким. Здесь полезности определяются в единицах «похожести» на самый длинный или самый короткий стержень. Но смысл их тот же.

Обозначим полезности позитивного и негативного полюса на неосознанном уровне υ_1, υ_2, а те же полезности на уровне знания u_1, u_2. Величину х_1 можно интерпретировать как давление в сторону позитивного выбора на неосознанном уровне, а величину х_2 — как давление в сторону позитивного выбора на осознанном уровне (или уровне знания), соответственно (1 — х_1) — давление в сторону негативного выбора на неосознанном уровне, а (1 — х_2) — давление в сторону негативного выбора на уровне знания. Предполагается, что величина давления пропорциональна полезностям альтернатив. То есть:

Подставляя эти значения х_1 и х_2 в (5.15), получим:

В задаче о продаже пистолета можно положить υ_1 = u_1 = 20, υ_2= u_2 = 50. Следовательно,

То есть модель предсказывает, что при данных условиях человек сдаст свой пистолет в полицию с вероятностью 0,583.

Интересным свойством модели является то, что она позволяет отделить добро от пользы. Пусть субъект имеет позитивную интенцию (желание выбрать добро), т. е. х_3 = 1, и пусть при этом он неукоснительно выбирает добро (Y_1 = 1). Такому выбору соответствует уравнение f(х_1, х_2, 1) = 1, или в развернутом виде:

х_1 + (1 — х_1)(1 — х_2)1 = 1. (5.19)

Уравнение превращается в тождество при условии х_1 = 1 или х_2 = 0 (или при выполнении одновременно обоих условий). Случай х_1 = 1 тривиален: субъект желает выбрать добро, мир толкает его к этому выбору, и он делает его. Более интересен случай х_1 ≠ 1, х_2 = 0. Из (5.17) следует, что это возможно при условии u_1 = 0, т. е. при условии, когда полезность позитивной альтернативы на уровне знания равна нулю. Иными словами, при положительной интенции и отсутствии «позитивного» диктата мира субъект неукоснительно выбирает позитивный полюс тогда и только тогда, когда на уровне знания позитивный полюс не имеет положительной полезности. К это и означает отделение добра от полезности — требование, которое лежит в основе этики всех мировых религий.

5.5.2. Золотое отношение

Модель Лефевра нашла подтверждение в многочисленных психологических тестах, в которых испытуемому предлагалось совершить тот или иной выбор. Она также позволила объяснить ряд психологических феноменов, в том числе результаты голосования на референдумах. Мы не будем останавливаться на этих экспериментах, читатель может познакомиться с ними по книге Лефевра. Рассмотрим в качестве иллюстрации случаи, когда в экспериментах появляется «золотое сечение».

Это относится к ситуациям, когда отсутствуют объективные данные для оценки величин х_1, х_2. Примером может служить эксперимент Р. Зайонца. Студентам показывали узоры, напоминающие китайские иероглифы. При этом им говорилось, что это настоящие китайские прилагательные и предлагалось оценить степень позитивности каждого такого «прилагательного». Поскольку узоры на самом деле не были иероглифами, в них не содержится никакой объективной информации о китайских прилагательных. Это пример искусственной ситуации, когда объективная информация о величинах х_1, х_2 отсутствует. Предлагались и другие эксперименты такого рода. Модель Лефевра в этом случае приводит к уравнению: Y_1^2 + Y_1 — 1 = 0. Решение его:

а это и есть знаменитое «золотое сечение» или «золотое отношение»[313].

Можно было бы ожидать, что в отсутствие объективной информации о величинах х_1, х_2 субъект сделает выбор каждой из двух возможностей (0 или 1) с вероятностью, равной ½. Но модель в согласии с экспериментом показывает, что это не так: субъект делает асимметричный выбор. Одна из альтернатив выбирается с вероятностью 0,618, другая — с вероятностью 1–0,618 = 0,372. Число 0,62, как устойчивое значение частоты выбора, появлялось в ряде психологических экспериментов. Однако почему это так, оставалось не ясным. Некоторые авторы догадывались и выдвигали гипотезу, что точное значение частоты должно равняться золотому отношению 0,618…. Модель Лефевра доказывает это теоретически.

Примером более сложной ситуации, когда также появляется «золотое отношение», является «задача о разрезании пирога». Представим себе, что имеется пирог прямоугольной формы. Субъект должен разрезать его на две (равные или неравные) части и одну из них взять себе. Предполагается, что желание взять ту или иную часть пирога пропорционально ее длине. А социальный статус, напротив, обратно пропорционален длине взятого куска: чем больший кусок субъект забирает себе, тем хуже он будет выглядеть в глазах окружающих. И, напротив, чем больший кусок он оставит другим, тем выше его будут оценивать. Требуется определить, с какой вероятностью субъект возьмет себе меньшую (или большую) часть. Оказывается модель позволяет не только решить эту задачу, но даст еще дополнительные сведения о том, на какие именно части будет разрезан пирог. Модель дает два решения. Первое достаточно одиозное: субъект забирает себе весь пирог с вероятностью 1. Второе решение более интересное: субъект разрезает пирог в отношении «золотого сечения» 0,618 и берет себе большую часть с вероятностью 0,618.

5.5.3. Саморефлексирующий субъект

Основная трудность в изучении психологии субъекта, как подчеркивает Лефевр, состоит в том, что его внутренний, субъективный мир полностью недоступен наблюдателю. Единственное, что можно наблюдать — это поведение субъекта, которое зависит как от его внутреннего состояния, так и от влияния окружающего мира. Можно ли на основе поведения субъекта судить о его внутреннем состоянии? Путь к этому лежит через изучение процесса саморефлексии, т. е. осознания субъектом своего поведения. Что значит, что субъект осознает свое поведение? Пусть готовность субъекта сделать позитивный выбор равна Y_1; свое поведение, не просто готов сделать этот выбор, но он знает, что он готов сделать его. А раз это так, значит субъект имеет некий образ себя. Причем этот образ, в каком-то смысле, должен быть правильным. Ведь если субъект имеет неправильный образ себя, то трудно говорить о том, что он осознает свое поведение. В процессе последовательной рефлексии образ себя также осознает свое поведение. Следовательно, у него появляется свой образ себя. Этот вторичный образ себя Лефевр называет моделью себя (см. рис. 5.5.1). Задача состоит в том, чтобы на основе поведения субъекта извлечь информацию о его внутреннем мире или, как говорит Лефевр, о его ментальной сфере. Согласно Лефевру, это можно сделать посредством математического анализа функции, описывающей поведение субъекта.

Рис. 5.5.1. Схема саморефлексирующего субъекта, по В. А. Лефевру. Большая рожица символизирует субъект, меньшая, вложенная в псе, — образ себя у субъекта, самая маленькая — модель себя у субъекта

Как уже говорилось, поведение субъекта определяется давлением внешнего мира x_1 и взглядом самого субъекта на свое поведение, его представлением себя или его образом себя. Эго утверждение можно записать

Y_1 = F(х_1, Y_2), (5.20)

где Y_2 — образ себя у субъекта. Для того чтобы этот образ был правильным, надо, чтобы переменная Y_2 выражалась той же самой функцией F, что и переменная Y_1. То есть:

Y_2 = F(х_2, х_3), (5.21)

где х_2 — представление субъекта о воздействии мира, а х_3 — представление себя, но не у самого субъекта, а у его образа себя, т. е. это модель себя. Подставляя это выражение для Y_2 в (5.20), получим:

Y_1 = F(х_1, F(х_2, х_3)). (5.22)

Но

Y_1 = х_1 + (1 — х_1 — x_2 + х_1х_2)х_3. (5.14а)

Следовательно, мы получаем функциональное уравнение

F(х_1, F(х_2, х_3)) = х_1 + (1 — х_1 — x_2 + х_1х_2)х_3. (5.23)

Как показал Лефевр, единственным решением этого уравнения является функция

Y_2 = 1 — x_3 + х_2х_3, (5.24)

которая и описывает образ себя у субъекта. Для Реалиста это выражение приобретает вид

Важную роль в модели Лефевра играют диаграммы рефлексии. Для субъекта, совершившего один акт осознания, диаграмма может быть представлена в виде следующей таблицы (матрицы):

Здесь S_1, — субъект, S_2 — образ себя у субъекта, S_3 — модель себя.

Диаграмму (5.26) можно прочесть следующим образом. Первый столбец: мир давит на субъекта S_1, с силой и вызывает реакцию х_1, (или: стимул х_1) действует на S_1 и вызывает реакцию Второй столбец: субъект знает, что стимул х_2 действует на него (S_2) и вызывает реакцию Y_2. Третий столбец: субъект осознает, что стимул действует на него (S_3), вызывая реакцию Y_1.

В процессе последовательных актов самоосознания субъект переходит из одного состояния в другое. При этом сущность осознания, согласно Лефевру, состоит в том, что предшествующее состояние начинает играть роль модели себя в новом состоянии. Для субъекта, совершившего n актов осознания, диаграмма рефлексии имеет вид

Здесь т = 2п + 1 и для любой тройки значений Sk-1, Sk, Sk+1. Символ Sk. означает образ себя у субъекта Sk-1, а Sk+1 — образ себя у Sk или модель себя у Sk-1.

5.5.4. Термодинамическая модель субъекта

Мы описали в общих чертах математическую модель субъекта, способного осознавать свое поведение и делать соответствующий выбор в пользу позитивного или негативного полюса. Поставим теперь такой вопрос: существует ли физическая система, которая описывается той же математической моделью? Если да, то эта система, в свою очередь, может рассматриваться как модель субъекта. Но это, конечно, не означает, что соответствующий физический процесс объясняет механизм работы сознания.

Речь идет только о модели. В том же смысле, как электрические процессы могут моделировать действие механических устройств, если они описываются теми же математическими выражениями. Лефевр обратился к термодинамике и рассмотрел определенным образом устроенную цепочку тепловых машин, в которой каждой машине соответствует один из «образов себя» рефлексирующего субъекта. При этом удалось получить новые характеристики субъекта. Так оказалось, что работа, производимая каждой машиной, соответствует интенсивности переживания, связанного с данным «образом себя», а частотные характеристики психической деятельности субъекта, которые вытекают из этой модели, соответствуют частотам натуральных интервалов музыкального ряда.

Рассмотрим последовательность резервуаров тепла с температурами, образующими убывающую геометрическую прогрессию T_1, T_2, T_3, … Тт:

Поместим между каждыми двумя резервуарами тепловые машины М_1, М_2, M_3, … Mт, (рис. 5.5.2). Машина Mт забирает из резервуара с температурой Тт, тепло Qт, производит работу Wт и отдает оставшееся тепло Qm-1 в резервуар с температурой Tm-1. При этом каждая последующая машина забирает из горячего резервуара то количество теплоты, которое отдает в него предыдущая машина. Коэффициенты полезного действия машин подобраны так, что каждая машина (за исключением первой) производит работу, равную потерянной доступной работе предшествующей машины.

Рис. 5.5.2. Термодинамическая модель саморефлексирующего субъекта, по В. А. Лефевру. Пояснения в тексте

Напомним, что потерянная доступная работа равна разности между максимально возможной работой, которую может произвести тепловая машина при заданной температуре резервуаров, и реально производимой работой. Максимальную работу производит обратимая тепловая машина, у которой КПД равен (Тт — Тm+1)/Тт. Значит, потерянная доступная работа равна энергии, которую теряет тепловая машина в силу несовершенства своей конструкции, иными словами, это та дополнительная работа, которую могла бы произвести данная машина, если бы она была обратимой. В рассматриваемой цепочке каждая тепловая машина как бы компенсирует несовершенство предшествующей, производя работу, равную ее потерянной доступной работе. Имеем:

Wт = Qт— Qm+1 = ΔWт-1,(5-29).

где ΔWm-1 — потерянная доступная работа машины Mт-1.

Можно показать, что в рассматриваемой цепочке машин имеют место следующие соотношения. Для машин с нечетными номерами т = 2k + 1 количество тепла, которые они получают из горячего резервуара, равно

а произведенная ими работа

Для машин с четными номерами m = 2k + 2:

Определим теперь коэффициенты полезного действия ρm в цепочке тепловых машин. Оказывается, они образуют периодическую последовательность:

ρm = ρ_1 если m нечетно,

ρm = ρ_2 если m четно,

где

Пусть ωm — относительный КПД машины m, равный отношению произведенной работы к работе, производимой обратимой машиной, помещенной между теми же резервуарами m и m + 1:

Величины ωm также образуют периодическую последовательность:

ωm = ω_1 если m нечетно,

ωm = ω_2 если m четно.

При этом ω_1 и ω_1 выражаются через коэффициенты ρ_1 и ρ_2 следующим образом:

Структура этих выражений полностью совпадает с выражениями

Таким образом, последовательность машин Мk вместе с их параметрами ρk и ωk можно представить в виде диаграммы:

Сравнивая эту диаграмму с диаграммой рефлексии (5.27) и учитывая одинаковую зависимость между верхними и нижними параметрами в обеих диаграммах, мы можем установить, полное, взаимно однозначное соответствие между ними. А это и означает, что рассматриваемая цепочка тепловых машин описывается математической моделью рефлексирующего субъекта и, следовательно, сама может служить его моделью.

И так, особым образом сконструированная цепочка тепловых машин может служить физической моделью рефлексирующего субъекта, способного многократно осознавать себя. Каждый новый акт осознания в этой модели сводится к добавлению в систему двух новых машин. В физической модели появляется новое качество, которого не было в математической модели субъекта — это работа Wi, производимая каждой машиной Mi. Лефевр сопоставляет ее с чувством, точнее с интенсивностью чувства, которое переживает субъект. Основанием для введения чувства в модель рефлексирующего субъекта явилось то обстоятельство, что (как показало исследование некоторых психологических расстройств) субъект не только испытывает эмоции, но он чувствует, что он испытывает эмоции, и чувствует, что он чувствует, что он испытывает эмоции. Работа Wi сопоставляется с интенсивностью чувства, которое испытывает субьект Si При этом W_1 соответствует чувству, как таковому, W_2 соответствует чувству, которое субъект «видит» в себе, а W_3 — чувству, которое видит его образ себя.

Вторым элементом, который возникает в физической модели (и тоже связан с работой), является частотная характеристика. Пусть, например, каждая машина представляет собой циклически работающий одноцилиндровый двигатель. Рассмотрим работу машин в единицу времени. Если W_1, — мощность i-й машины, а h — работа, совершаемая каждой машиной в течение одного цикла движения поршня (например, подъем груза h на высоту одного сантиметра), то Wi = hνi где νi — число циклов, которое совершает i-я машина, или частота колебаний поршня i-й машины. Частотные характеристики тепловой модели можно сопоставить с частотными свойствами, присущими психической деятельности субъекта, например, с частотой звука, которую выбирает музыкант. Это и есть следующий шаг в модели Лефевра — построение модели музыканта.

5.5.5. Модель музыканта

Построение модели музыканта Лефевр начинает с анализа интервалов музыкального ряда. Какова математическая структура интервалов? Интервалы натурального строя можно представить в виде следующей таблицы:

Произведение каждой дроби, стоящей в верхнем ряду, на дробь, находящуюся под ней, дает 1/2. То есть в эту таблицу натуральные интервалы входят вместе со своими октавными дополнениями. Лефевр использовал все интервалы, за исключением три тона (32/45) и его октавного дополнения (45/64). Некоторые интервалы в верхней и нижней строке дублируются. Если теперь вычеркнуть интервалы, которые уже присутствуют в верхней строке, то получим следующее представление множества натуральных интервалов:

Эти числа, за исключением унисона (1/1) и октавы (1/2), могут быть представлены в виде следующих дробей:

где k — целое положительное число.

Задача модели состоит в том, чтобы объяснить, почему «музыкант» выбирает именно эти, а не какие-то иные отношения частот. Музыкант моделируется с помощью агрегата из трех машин М_1, М_2-> М_3 с мощностями W_1, W_2, W_3. Предполагается, что машины М_1 и М_2 находятся в резонансе, т. е. W_1/W_2 = М, где М равняется k или 1/k, k = 1, 2, 3… Выбор интервала d = f_1/f_2 состоит в выборе частот f_1 и f_2. Пусть задана частота f_1, субъект-музыкант выбирает частоту f_2, при этом его состояние Y_1 описывается отношением f_1/f_2, т. е. Y_1 = f_1/f_2. Каждому выбору частоты f_2(i), т. е. каждому выбору интервала f_1/f_2(i) соответствует определенное состояние субъекта Y_1(i) = f_1/f_2(i). Предполагается, что в момент выбора субъект-музыкант находится в нейтральном состоянии, т. е. давления в сторону позитивного и негативного полюса равны (х_1 = 1/2). При этих условиях можно получить:

То есть субъект выбирает как раз те отношения частот, которые входят в набор натуральных интервалов. Таким образом, модель объясняет возникновение натуральных интервалов музыкального ряда. Это само по себе уже является большим достижением.

Далее Лефевр переходит к анализу трехзвучий. Здесь также получаются интересные выводы, но мы на них останавливаться не будем. Остановимся вкратце на связи музыкального интервала с переживаниями субъекта. Мы уже говорили, что в тепловой модели появляется новая характеристика субъекта, связанная с его переживаниями: р_1 — само переживание как таковое (субъект испытывает переживание интенсивностью р_1), р_2 — оценка своего переживания субъектом, он видит себя испытывающим переживание с интенсивностью р_2, и наконец, р_3 — метаоценка, или оценка переживания образом себя (субъект видит, что он видит себя переживающим с интенсивностью р_3). В модели музыканта каждому интервалу f_1/f_2 соответствует свой профиль переживаний (р_1, р_2, р_3) — Отсюда Лефевр выдвигает предположение, что порождение и восприятие музыкального интервала есть перенос профиля переживания от одного субъекта к другому.

5.5.6. Космический субъект

Модель Лефевра показывает, что набор натуральных музыкальных интервалов связан не только с акустическими свойствами звуков, но и с некоторыми алгебраическими структурами, описывающими поведение осознающего себя субъекта. Это позволило Лефевру сформулировать следующую гипотезу: «возможно набор натуральных интервалов может играть роль отличительного признака, позволяющего выделять системы разумной жизни, анализируя радиоволны, оптические спектры и другие источники информации из космического пространства».

В качестве иллюстрации Лефевр рассмотрел источник SS 433. Как известно, он выбрасывает вещество в виде очень тонких струй в двух диаметрально противоположных направлениях. Поэтому в спектре источника присутствуют две системы спектральных линий, смещенные в красную и в синюю сторону. Лефевр взял три наиболее выраженные линии в спектре SS 433: Нα, Нβ, Нγ. Частоты несмещенных линий вместе со смещенными линиями образуют набор из 9 частей. Оказалось, что соотношение этих частот с большой точностью соответствуют интервалам музыкального ряда (табл. 5.5.1, 5.5.2 и 5.5.3).

Верхняя выделенная строка табл. 5.5.1 и 5.5.2 соответствует отношению частот спектральных линий, две следующие за ней строки — отношения частот натуральных интервалов музыкального ряда. Отклонения наблюдаемых интервалов от интервалов музыкального ряда сравнимы с теми, которые имеют место в современном темперированном строе. Совокупность интервалов табл. 5.5.1 соответствует гамме до-мажор без ноты ре (без интервала до-ре, равного 8/9). Соотношение частот, несмещенных и смещенных в синюю часть спектра, дает гамму до-минор, тоже без ноты ре.

Наконец, последовательность всех девяти линий дает следующую мелодию:

Здесь, в отличие от двух предыдущих таблиц, присутствует нота ре, но она перемещена в следующую октаву. Весь диапазон мелодии в точности равен двум квинтам (до-соль и соль-ре_1). Ноте соль соответствуют две близкие спектральные линии Нα- и Нγ+. Лефевр полагает, что это может быть указанием на то, что эту ноту надо исполнять дважды.

Является ли совпадение час тот случайным? Смещение линий зависит от скорости выброса и угла между направлением выброса и лучом зрения. Достаточно немного изменить эти параметры и соотношение частот изменится. Чтобы обеспечить наблюдаемую точность совпадения (табл. 5.5.1, 5.5 2 и 5.5.3), значения скорости выброса υ и угла φ должны поддерживаться в пределах υ = (0,26 ± 0,01)с, φ = 40° ± 2°. Лефевр оценивает вероятность случайного попадания этих параметров в указанные пределы величиной 0,002.

На основании всех этих данных он формулирует следующую гипотезу: «мы допускаем возможность существования космических магнитных плазмоидов, обладающих психикой и способностью испытывать внутренние переживания и проецировать их вовне в виде систем пропорций, подобных интервалам классической музыки». Возможность существования жизни в межзвездной среде в виде каких-то плазмоидов, сверхпроводящих контуров и т. п. обосновывает из самых общих физических соображений Фримен Дайсон (см. гл. 4).

Можно ли однако считать SS 433 разумным субъектом? Я думаю, он не более разумен, чем, например, система Гея. В этой связи уместно упомянуть, что годичные вариации геомагнитного поля Земли, сжатые в соответствующее число раз, чтобы перевести колебания в звуковой диапазон, дают очень красивую музыкальную мелодию. Речь, на мой взгляд, может идти о другом. До сих пор наука изучала внешнюю (пользуясь выражением Тейяра де Шардена) сторону вещей. В частности, астрономия изучала внешнюю сторону (тело) Вселенной. Сегодня мы приблизились к тому, чтобы начать изучение внутренней природы (души) вещей. Возможно, отмеченные Лефевром закономерности SS 433 являются проявлением этих «внутренних» характеристик космических объектов.

В этой главе мы обсудили возможные пути развития космических цивилизаций, которые открывают перед человечеством захватывающие перспективы. Со временем человек сможет заняться конструированием миров и эволюцией своего вида. Но прежде чем это произойдет, прежде чем человек станет Строителем Космоса, он должен сдать экзамен на «Аттестат Зрелости». Кто знает, сколько веков (или «вечностей») потребуется на эго? Но, быть может, ДРУГИЕ уже прошли этот путь, уже достигли уровня космогонического конструирования и автоэволюции? В таком случае нам вновь трудно уйти от вопроса: не являемся ли мы плодом ИХ деятельности? Все наши соображения об эволюции космических цивилизаций — это всего лишь исходный пункт для размышления о путях развития Космического Разума. Наша книга приближается к концу. Остается обсудить еще один вопрос — почему «молчит» Вселенная.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шкловский И. С. Вселенная, жизнь, разум. — М.: Наука, 1987. Гл. 25. Замечание о темпах и характере технологического развития человечества. С. 273–283. Гл. 26. Разумная жизнь как космический фактор. С. 284–293.

2. Капица С. 77. Общая теория роста человечества. — М.: Наука, 1999. 190 с.

3. Лем. С. Сумма технологии. — М.: Мир, 1968. 607 с. См. также послесловие к книге: Бирюков Б. В., Широков Ф. В. О «Сумме технологии», об эволюции, о человеке и роботах, о науке… С. 538–605.

4. Лесков Л. В. Космические цивилизации: проблемы эволюции. — М.: Знание, 1985. 55 с.

5. Лефевр В. Космический субъект. — М., 1996. 184 с.

ГЛАВА 6. Молчание Вселенной

Вечное молчание этих бесконечных пространств ужасает меня.

Б. Паскаль

6.1. Астросоциологический парадокс

Если Паскаля ужасало Молчание Вселенной, то наших современников оно, по меньшей мере, удивляет. В самом деле, почему молчит Вселенная? Почему мы не наблюдаем сигналы внеземных цивилизаций, проявления их гигантской астроинженерной деятельности? Почему в Космосе не происходят никакие «чудесные», «сверхъестественные» явления, свидетельствующие о сознательной деятельности Разумных Существ, намного опередивших нас в своем развитии? Действительно, почему? Казалось бы, это противоречит широко распространенным представлениям о множественности обитаемых миров. Противоречие воспринимается столь драматично, что оно даже получило наименование парадокса: парадокс Молчания Вселенной или Астросоциологический парадокс (АС-парадокс, сокращенно АСП). В какой мере здесь правомерно говорить о парадоксе, мы обсудим в следующих параграфах. А сейчас попытаемся ответить на вопрос: почему не наблюдаются проявления деятельности ВЦ?

Самое простое объяснение состоит в том, что ИХ нет: наша цивилизация единственная во Вселенной. Это и есть «решение» АС-парадокса. Однако оно не является ни достаточно строгим, ни единственно возможным. Действительно, отсутствие видимых проявлений деятельности ВЦ не эквивалентно отсутствию самих ВЦ. Могут быть и другие объяснения. Например, цивилизаций много, но они недолговечны (короткая шкала жизни). В этом случае цивилизации не достигают такого развития, при котором их проявления могли бы наблюдаться с Земли. Таким образом, мы приходим к дилемме: либо время жизни цивилизаций ограничено, либо наша цивилизация — единственная во Вселенной. Эта дилемма активно обсуждалась в первые годы становления проблемы SETI, пока не было понято, что она не исчерпывает всего спектра возможных объяснений.

Логически допустима, например, такая возможность: наша цивилизация не единственная, но она самая передовая, самая развитая во Вселенной. Вот как сформулировал это положение писатель В. Львов: «Мы первенцы. И если где-нибудь в других местах Космоса, а в этом сомнений нет, медленно созревают сейчас иные общества разумных существ, тогда человек с радостью примет их под свою эгиду, протянет им руку, как старший брат, наставник, друг. Космос очеловечивается»[314]. Подобная точка зрения представляется крайним выражением антропоцентризма. Вот уж, поистине, здесь можно сказать словами вольтеровского Микромегаса: эти бесконечно малые существа обладают бесконечно большой гордыней. Тем не менее, некоторые ученые разделяют такую точку зрения. В определенной мере к ней склонялся и В. С. Троицкий. Основное возражение против подобной концепции (помимо чисто мировоззренческих аргументов) сводится к следующему. Как считается, жизнь во Вселенной возникает непрерывно, по мере того как образуются новые звезды и планеты и на них созревают благоприятные для возникновения жизни условия. Наше Солнце не является самой старой звездой в Галактике. Множество звезд возникли на миллиарды лет раньше Солнца. Поэтому трудно ожидать, что разумная жизнь на Земле могла появиться раньше, чем в других областях Галактики. Троицкий выдвинул совершенно новую оригинальную концепцию однократного (и одновременного) происхождения жизни во Вселенной[315]. С точки зрения этой концепции, в эволюционирующей Вселенной жизнь возникает (всюду, где это возможно) в один-единственный момент времени, когда условия во Вселенной в целом благоприятствуют ее возникновению. В этом случае имеется большая вероятность того, что Земля окажется впереди, но такая возможность остается все же весьма сомни тельной. Действительно, с момента возникновения жизни на планете до образования на ней высокоразвитой цивилизации проходит довольно длительное время. На Земле оно заняло около 4 миллиардов лет. В других местах Галактики время развития может отличаться от земного, где-то оно будет меньше, где-то больше. Нет никаких оснований считать, что время развития на Земле самое короткое.

С. Лем указывает еще две возможности. Прежде всего может быть цивилизаций много и они живут долго (длинная шкала жизни), но развиваются «неортоэволюционно» («может быть, высокоорганизованная цивилизация — это вовсе не огромная энергия, а наилучшее регулирование»). Если это так, то нет оснований ожидать, что мы можем наблюдать проявление деятельности ВЦ. Да; гее, Разум, который мы пытаемся обнаружить во Вселенной, может очень сильно отличаться от наших представлений о нем. «Если кто-то считает, — пишет Лем, — что бывают лишь хвойные деревья, он и в густой дубраве не найдет древес». Так и мы можем не замечать присутствия Разума не потому, что его нет, а потому, что он «ведет себя не так, как мы ожидаем».

Наконец, еще одна возможность была указана Дж. Боллом из Гарвардского университета — это «зоогипотеза», согласно которой мы находимся как бы в заповеднике высокоразвитых внеземных цивилизаций, которые незаметно изучают нас, умышленно скрывая от нас свое существование[316]. Во всех этих случаях лишенные контакта с цивилизациями, которые во множестве заполняют Космос, мы будем чувствовать себя одинокими, как может быть одинок человек «в неисчислимой толпе» (сравнение Лема). Поэтому не следу ст из чувства одиночества делать вывод о нашей единственности. («Нет, не одни мы в Космосе, но одиноки мы…» — строка из стихотворения.)

Перечислим приведенные выше объяснения, которые можно рассматривать как «решения» АС-парадокса:

1) наша цивилизация единственная;

2) она самая передовая;

3) цивилизаций много, но они недолговечны (короткая шкала жизни);

4) «неортоэволюционное» развитие;

5) Космический Разум ведет себя не так, как мы ожидаем;

6) зоогипотеза Болла.

Если бы каждое из этих объяснений было единственно возможным, мы бы получили однозначный ответ, и тогда из «факта Молчания Вселенной» можно было бы сделать вполне определенное заключение, соответствующее одному из приведенных положений. И такие заключения, действительно, делаются. Так, И. С. -Шкловский вначале склонялся к короткой шкале жизни цивилизаций, затем пришел к выводу о се уникальности. К такому же выводу, исходя из отсутствия наблюдаемых проявлений деятельности ВЦ, пришел и М. Харт. Троицкий, как мы отмечали, склоняется к выводу о том, что наша цивилизация может быть самой развитой. При этом надо иметь в виду, что, поскольку на самом деле мы имеем не единственное объяснение, а спектр различных возможностей, то необходимо проанализировать всю совокупность «решений» и оценить их вероятности. Только таким путем можно выбрать наиболее вероятное (в лучшем случае — единственно возможное) решение. Процедура оценки вероятностей в данном случае не может опираться на какие-то строгие количественные методы, она носит характер экспертной оценки, которая, по необходимости, будет субъективной.

Следовательно, из «факта Молчания Вселенной» нельзя делать далеко идущих выводов. Но имеет ли место сам «факт», можно ли считать его твердо установленным? (А был ли мальчик-то, а может мальчика-то и не было?) Мы рассмотрим различные формы проявления этого «основного факта» (лежащего в основании АС-парадокса) и соответствующие им различные формы проявления АСП.

6.2. Почему мы не наблюдаем сигналов ВЦ?

Слабая форма АС-парадокса

Раньше мне казалось, что сигналы из Космоса мы получим через год, два, три… Годы идут, и меня охватывает все большее сомнение, мне начинает казаться, что здесь кроется какая-то тайна…

С. Лем

К концу XX века во всем мире было проведено более 50 экспериментов по поиску сигналов ВЦ. Однако они не дали положительных результатов. Это обстоятельство воспринимается иногда слишком драматично. В нем видят одно из проявлений АС-парадокса и на основе отсутствия сигналов делают вывод об уникальности нашей цивилизации. Между тем, нет никаких оснований излишне драматизировать положение. Отрицательные результаты SETI-экспериментов легко объяснимы. Ведь пока в этой области сделаны только самые первые пробные шаги. Если даже взять наиболее развитое направление SETI — поиск радиосигналов, то и здесь еще не предпринимались планомерные, систематические исследования, способные обеспечить успех поисков, не говоря уже о поисках в других областях электромагнитных волн. Ситуация примерно напоминает следующую. Представим, что мы организовали экспедицию по поиску нефти. Прибыли на место, где предположительно она должна быть, копнули лопатой и, увидев, что фонтан не забил, разочаровались и впали в сомнение — стоит ли разворачивать буровую установку. Думаю, этот пример не содержит большого преувеличения.

Отсутствие положительного результата поиска сигналов может быть связан и с недостаточно широким размахом исследований, и с несовершенством нашей аппаратуры (в частности, с недостаточной чувствительностью приемников). Эту проблему детально исследовала Джил Тартер из Калифорнийского университета США. Напомним, что, когда мы пытаемся обнаружить сигналы ВЦ, нам приходится сталкиваться с целым набором неопределенностей. Мы не знаем точно, на какой частоте следует искать сигналы ВЦ, не знаем направление и время прихода сигналов, неизвестны и другие параметры: мощность передатчика, поляризация, тип модуляции и т. д. Все эти неизвестные параметры и образуют многомерное «пространство поиска». Так вот, Тартер получила, что к началу 1980-х годов была исследована совершенно ничтожная доля «пространства поиска», равная 10-17 (см. § 1.9). Попытаемся представить, что это такое. Мы уже отмечали, что поиски сигналов ВЦ часто сравнивают с поисками иголки в стоге сена. Вообразим настоящий стог сена, содержащий 10^17 соломинок. Размер его должен быть примерно такой: 1 км в ширину, 1 км в высоту и несколько километров (сколько точно — это зависит от размера соломинок) в длину. Вот из этого гигантского стога сена мы пока осмотрели лишь одну соломинку. Не найдя иголки, можем ли мы утверждать, что ее нет и искать не стоит?! Это был бы полный абсурд. Конечно, за прошедшие годы мы осмотрели уже, вероятно, несколько соломинок, но это не меняет существа дела. Не следует также забывать, что Тартер, ограничившись рассмотрением только трех параметров (мощность передатчика, частота сигнала и направление его прохода), тем самым оценила лишь небольшую часть истинного «пространства поиска».

Следовательно, соотношение между изученной долей и всем подлежащим исследованию «пространством поиска» должно быть еще меньше. Принимая во внимание эти результаты, можно сказать, что мы, по существу, только приступаем к настоящим поискам.

На это можно возразить следующее. Все сказанное справедливо по отношению к поиску сравнительно слабых сигналов. Ну, а если мы имеем очень сильный сигнал, который уместнее сравнить не с иголкой в стоге сена, а с ярко светящейся лампочкой, без труда обнаруживаемой в ночи! Вероятно, к таким сигналам можно отнести сигналы цивилизаций И типа. Напомним, что такие цивилизации, располагая гигантской мощностью, сравнимой со светимостью звезд, могут непрерывно посылать очень сильные, широкополосные (т. е. распределенные по широкой полосе частот) сигналы по всем направлениям в пространстве, которые можно обнаружить с помощью современной радиоастрономической аппаратуры вплоть до межгалактических расстояний. Это позволяет исключить поиск по частоте, времени и направлению. Действительно, поскольку сигналы идут во все стороны, в том числе и в сторону Солнечной системы, то, если мы наведем антенну на этот «радиомаяк», сигналы будут поступать на вход приемника. Далее, поскольку изучение непрерывно во времени (в отличие, например, от случая последовательного облучения подходящих звезд цивилизацией-отправителем), то сигналы будут постоянно присутствовать на входе приемника. Если при этом мы правильно определим частотный диапазон, то благодаря широкой полосе частот сигнал попадет в приемник и будет зарегистрирован. Значит, остается только найти источник сигнала. Но для этого нет необходимости обследовать все подходящие звезды или «обшаривать» лучом антенны все космическое пространство. Достаточно навести радиотелескоп на одну из ближайших галактик и, если среди сотен миллиардов звезд этой галактики есть хотя бы одна цивилизация II типа, мы можем обнаружить се сигналы. Более того, при межгалактической связи для передающей ВЦ тоже нет необходимости излучать сигналы во все стороны, достаточно охватить лучом своей антенны ближайшую галактику, тогда и все цивилизации, находящиеся в ней, смогут принимать эти сигналы.

Тот факт, что таких сигналов до сих пор не обнаружено, Шкловский считал одним из важнейших аргументов в пользу уникальности нашей цивилизации. Проанализировав радиоизлучение галактики М 31 (Туманность Андромеды), он пришел к выводу, что если там есть передающая ВЦ, то мощность ее передатчиков должна быть, по крайней мере, в миллион раз меньше светимости Солнца. Для цивилизаций II типа, использующих всю энергию своей звезды, это немного[317].

Разумеется, аргументы такого рода, как указывает сам Шкловский, не являются строгим доказательством отсутствия сверхцивилизаций: «Ведь последние могут использовать для межзвездной связи и меньшие мощности или вообще придерживаться другой стратегии…»[318]. Возможность создания всенаправленного радиомаяка большой мощности была детально проанализирована Троицким, который пришел к выводу, что в силу определенных физических, технических и экологических ограничений мощность передатчика, по-видимому, не может превышать 10^18 Вт, что в 100 миллионов раз меньше, чем предполагаемая мощность изотропного излучения цивилизации II типа[319].

Надо иметь в виду, что в своих расчетах Троицкий опирался на известную нам или предвидимую технологию будущего. Возможно, такой путь не вполне адекватен, когда речь идет о цивилизациях столь высокого уровня развития. Может быть, более прав был Кардашев (выдвинувший идею существования таких цивилизаций), когда он отказался от рассмотрения конкретных инженерных деталей сооружения сверхмощных передатчиков, справедливо полагая, что мы не в состоянии предвидеть возможности технологии подобного общества. Как бы там ни было, даже если доводы Шкловского остаются в силе, их нельзя считать убедительным аргументом в пользу уникальности нашей цивилизации, ибо отсутствие цивилизаций II типа не эквивалентно отсутствию внеземных цивилизаций вообще. В предыдущей главе, рассматривая модели развития КЦ, мы ссылались на вывод Лескова о том, что существование цивилизаций II и III типа, исходя из закономерностей развития КЦ, маловероятно.

Это вес тот же вопрос о том, что высокое развитие может означать вовсе не огромную энергию, а лучшее регулирование. Мы еще вернемся к этому вопросу в следующем параграфе. А сейчас заметим, что «отсутствие сигналов» может быть связано и с другими обстоятельствами, которые также следует принимать во внимание.

В гл. 1 мы отмечали, что в поисках радиосигналов наметились два направления: попытка поймать сигналы, предназначенные для внутренних нужд ВЦ («подслушивание»), и поиск сигналов, специально предназначенных для установления связи с еще неизвестными цивилизациями. Имея в виду первую задачу, надо учитывать, что высокоразвитые ВЦ могут (и наверняка будут) использовать для своих внутренних коммуникаций такие средства и методы, которые не приводят к бесполезному рассеиванию мощности в космическое пространство. То есть могут использоваться что-то вроде наших радиорелейных линий, световодов и т. п. Это относится также и к взаимным коммуникациям между КЦ, входящим в одну Метацивилизацию.

Что касается сигналов, специально предназначенных для установления связи с другими цивилизациями, то здесь возникает проблема распознавания сигналов. Ведь недостаточно просто зарегистрировать какое-то излучение, надо убедиться в его искусственном происхождении (это справедливо и для сигнала «подслушивания», если его в принципе можно обнаружить). Предположим, что мы зарегистрировали какие-то мощные импульсные всплески радиоизлучения из Космоса. Как нам узнать, являются ли они долгожданными сигналами внеземных цивилизаций, или это «отблески» каких-то далеких гроз, бушующих в атмосферах неведомых нам планет? Чтобы установить искусственное происхождение сигнала, надо опираться на определенные критерии искусственности. В гл. 1 мы упоминали, что в первые годы становления проблемы SETI Кардашев сформулировал несколько астрофизических критериев: малые угловые размеры, характерное спектральное распределение мощности (с максимумом в сантиметровом диапазоне волн), переменность потока радиоизлучения во времени, наличие круговой поляризации. Ряд авторов (В. С. Троицкий и др.) предлагали в качестве критерия высокую степень монохроматичности. Все эти критерии строились по единому принципу: они включают признаки, которыми, согласно нашим представлениям, должен обладать искусственный источник и которыми не может (опять же согласно существовавшим в то время представлениям) обладать естественный источник радиоизлучения. Однако вскоре после формулировки этих критериев были открыты естественные источники радиоизлучения (пульсары и мазерные источники), которые, наряду с ранее открытыми квазарами, обладают всеми (или почти всеми) признаками искусственного источника. Так, квазары имеют малые угловые размеры, их поток радиоизлучения меняется со временем, а спектрально распределенные мощности соответствуют ожидаемому спектру искусственного источника. Мазерные источники также имеют очень малые угловые размеры, отличаются очень узкой полосой линии излучения и поток их также меняется со временем. Таким образом, оказалось, что астрофизические критерии, хотя и являются необходимыми, не могут рассматриваться как достаточные критерии искусственности. Они сохраняют свое значение как вспомогательное средство для отбора «подозреваемых» источников, но не могут иметь окончательной силы.

Одно время большие надежды связывались со статистическими критериями искусственности. Дело в том, что статистическая структура сигнала, вообще говоря, отличается от статистических свойств шума. А поскольку естественные источники радиоизлучения имеют шумовую природу, то здесь, казалось, открывается возможность отличить искусственный сигнал от естественного излучения по его статистическим свойствам. Такие критерии были предложены М. Голесм, В. И. Слышем, Л. И. Гудзенко и Б. Н. Пановкиным. Однако более детальное изучение показало, что и эти критерии не позволяют получить однозначное заключение о природе сигнала. Действительно, согласно теореме Шеннона, чем экономнее мы закодируем сигнал, тем меньше он будет отличаться по своим статистическим свойствам от шума, так что оптимально закодированный сигнал вообще не отличается по статистическим свойствам от белого шума. Следовательно, если ВЦ использует в своих передачах оптимальные коды, мы не сможем пользоваться статистическим критерием для выделения искусственного сигнала. «Поэтому не исключено, — отмечает С. Лем, — что уже сейчас наши радиотелескопы принимают в виде шумов фрагменты «межзвездных разговоров», которые ведут «сверхцивилизации»[320]. С другой стороны, существуют естественные источники когерентного излучения (межзвездные мазеры ОН и Н_2О), открытые после формулировки статистических критериев, которые, в принципе, могут отличаться от обычного шумового излучения естественных источников. Итак, статистические критерии также не дают однозначного решения.

Общая трудность, с которой мы сталкиваемся в проблеме распознавания сигналов, состоит в следующем. Генерируя электромагнитные волны, цивилизация использует естественный механизм излучения, поэтому любые физические характеристики сигнала, давая сведения о механизме излучения, не могут дать ответ на вопрос, был ли этот механизм «запущен» искусственно или естественно. Я полагаю, что единственным достаточно убедительным критерием искусственного сигнала могло бы быть наличие в нем смысловой содержательной информации. Выделение содержательной информации приводит к проблеме понимания смысла сообщения и возможности семантического контакта между цивилизациями (особенно между цивилизациями разного уровня).

Суть проблемы состоит в следующем. Можно ли считать, что любые цивилизации обладают обшей логикой и сходной системой понятий? Если это так, то тогда возможен обмен информацией с помощью языков, построенных на принципах математической логики[321]. Однако положительный ответ не столь очевиден, как это может показаться с первого взгляда. Еще в 1964 г. в докладе на 1-м Всесоюзном совещании по внеземным цивилизациям новосибирский математик А. В. Гладкий подчеркнул, что характер мышления и система понятий иных цивилизаций может существенно отличаться от наших. По его мнению, возможна математика, в которой, например, нет понятий «натурального ряда чисел» и т. д. С. Лем в романе «Голос Неба» иллюстрирует трудности понимания следующим остроумным примером. Сообщение «Бабушка умерла, похороны в среду» можно перевести на любой человеческий язык. «Однако существам однополым незнакомо различие между матерью и отцом, а у существ, способных делиться, как амебы, не может быть понятия родителя, даже однополого. Значит, они не поняли бы смысл слова «бабушка». Бессмертные существа (амебы, делясь, не умирают) не знали бы понятий «смерть», «похороны». Поэтому им пришлось бы сначала изучить анатомию, физиологию, эволюцию, историю, быт и нравы человека, прежде чем они смогли бы перевести эту столь ясную для нас телеграмму[322]». Трудности подобного рода можно преодолеть, объяснив неизвестный термин с помощью других понятий. Но они становятся непреодолимыми, когда имеется не просто различие в системе понятий, а когда между ними нет ничего общего.

Но возможна ли такая ситуация? Большинство естествоиспытателей считают ее маловероятной. При этом они исходят из представления, что поскольку цивилизации в своих понятиях отражают объективно существующий мир и его закономерности, понятия всех цивилизаций должны быть сопоставимы. Критики этой точки зрения указывают на то, что объективный мир по-разному преломляется, проходя через призму коллективного сознания различных цивилизаций. Здесь необходимо учитывать и строение воспринимающих аппаратов (рецепторов) у субъектов познания, и особенности всего филогенетического пути развития, в процессе которого происходит формирование понятий. Например, современное человечество благодаря особенностям воспринимающего аппарата людей «вычленяет» из всего многомерного Космоса трехмерный физический мир, который является полем деятельности человечества и предметом познания науки. Внутри этого поля действуют дополнительные «фильтры», различающиеся у различных «трехмерных» цивилизаций. Крайняя позиция в таких представлениях состоит в том, что у различных ВЦ полностью отсутствует какая бы то ни было общность понятий, откуда вытекает невозможность контакта между ними по каналам связи[323]. Более умеренная позиция, признавая наличие системы «фильтров», через которые осуществляется восприятие и познание объективного мира, тем не менее допускает возможность «пересечения» системы понятий — наличие общего компонента, на основе которого может строиться процесс обучения и понимания[324].

Мы не будем подробно останавливаться на этой проблеме, заинтересованный читатель может обратиться к монографии В. В. Рубцова и А. Д. Урсула[325], где этот вопрос рассмотрен весьма обстоятельно.

Перечисленные трудности обнаружения и идентификации радиосигналов показывают, что в рамках слабой формы АСП мы не можем считать «основной факт» (отсутствие сигналов) твердо установленным. Может быть, сигналы имеются, но мы просто не в состоянии их обнаружить. Прежде всего не ясно, на какую мощность сигнала мы можем рассчитывать. Помимо энергетических возможностей ВЦ, мощность, как отмечает Троицкий, может быть ограничена из экологических соображений. Далее, следует учитывать возможность существования каналов неэлектромагнитной природы. Мы подробно обсуждали этот вопрос в гл. 1. Наконец, на еще одну возможность указал Дж. Болл. Может быть, ВЦ знают о нас, но не интересуются нами, они просто игнорируют нас, не передают нам никаких сигналов. Почему? Выступая на симпозиуме в Таллине по поиску разумной жизни во Вселенной, американский ученый Д. Шварцмен отметил, что, возможно, требования для вступления в «Галактический клуб» могут быть очень велики. В нравственном отношении мы находимся пока на очень низком уровне, а социально-политические условия на Земле показывают, что мы еще не созрели для контакта. Необходимо отказаться от войн, от применения оружия, покончить с голодом и нищетой на нашей планете, тогда, по мнению Шварцмена, можно надеяться на установление контакта. Надо отметить, что близкие соображения высказывал К. Э. Циолковский. По мнению эстонского физика К. К. Ребане, отсутствие сигналов может быть следствием того, что передача информации иным мирам приносит больше вреда, чем пользы. Может быть, лучше не вмешиваться в чужие дела, — говорил он на Таллинском симпозиуме, — и предоставить чужие цивилизации естественному течению их эволюции. На основании этих соображений Ребане пришел к выводу, что, вероятно, существует много «молчаливых» цивилизаций, а «болтливых» и «разговорчивых» мало или нет совсем.

Итак, в дополнение к возможным объяснениям (1)-(6) «Молчания Вселенной», которые были приведены в предыдущем параграфе, мы можем добавить еще четыре:

7) ограниченная мощность передатчика (или недостаточная чувствительность приемной аппаратуры);

8) использование неэлектромагнитных (в том числе неизвестных нам) каналов связи;

9) мы не можем распознать сигнал, не можем отличить его от естественного излучения;

10) ВЦ не посылают нам сигналов ввиду нашей недостаточной зрелости или по иным причинам (можно рассматрива л, это как разновидность «зоогипотезы» Болла).

В силу такой неоднозначности в интерпретации «основного факта» (даже если бы он был твердо установленным!) проблема парадокса, по существу, снимается. Никакого парадокса здесь нет, ведутся поиски, которые пока не увенчались успехом, что вполне объяснимо и не позволяет сделать никаких однозначных заключений в отношении ВЦ.

6.3. Космическое чудо

Сколько не представляйте себе чудес, не перещеголяете мир.

К. Э. Циолковский

Возможные проявления деятельности ВЦ не сводятся к посылке радиосигналов. Уже сейчас сфера деятельности человечества не ограничивается масштабами земного шара и все в большей мере становится фактором космического значения. Межпланетные корабли, посланные с Земли, исследуют другие планеты и высаживаются на их поверхности. Некоторые из этих аппаратов приближаются к границам Солнечной системы и скоро покинут ее, превратившись в «межзвездных посланцев» нашей цивилизации. Определенные виды человеческой деятельности настолько меняют глобальные характеристики нашей планеты, что могут быть уже заметны извне. Например, как отметил Шкловский, благодаря развитию телевидения яркостная температура Земли в диапазоне метровых радиоволн за последние десятилетия возросла на много порядков. В этом диапазоне волн наша скромная Земля стала такой же «яркой», как Солнце, а на некоторых частотах ее «яркость» (т. е. поток радиоизлучения от Земли) превосходит излучение Солнца. Что же сказать о других, более развитых цивилизациях, размах технологической деятельности которых превосходит наши скромные возможности! Они могут охватывать своей преобразующей деятельностью планетные системы, галактики и даже Метагалактику. Наблюдаемые проявления деятельности таких цивилизаций Шкловский назвал «космическим чудом». Он же сформулировал и задачу поиска «космических чудес» во Вселенной. Отсутствие «чуда» рассматривается как одна из форм АС-парадокса. Насколько это обосновано?

В практическом плане поиски «космического чуда» сводятся к поискам астроинженерной деятельности. При анализе этой проблемы прежде всего возникает вопрос о масштабах технологической деятельности КЦ. Мы подробно обсуждали его в предыдущей главе. И мы видели там, что стадия техноэволюции является кратковременной, на смену ей, на смену экстенсивному пути, характеризующемуся ростом основных количественных показателей цивилизации, приходит интенсивный путь развития, при котором эволюция происходит не за счет количественного роста, а за счет перехода к новым прогрессивным технологиям. При этом достигаемый цивилизацией энергетический уровень может быть невелик. Ограничения на использование энергии могут сознательно накладываться цивилизацией из экономических или экологических соображений, а могут быть естественным следствием интенсивного пути, при котором гигантские количества энергии просто не нужны («неортоэволюционный» путь Лема). Поэтому астроинженерная деятельность ВЦ (если она существует!) может не достигать обнаружимого при современных средствах уровня. «В рамках обобщенной модели эволюции КЦ, — пишет Лесков, — простое объяснение получает астросоциологический парадокс: космическая деятельность развитых цивилизаций носит когерентный, экологически сбалансированный характер, а верхний предел их энергопотребления недостаточен для астроинженерной деятельности в звездных масштабах»[326]. Это одно из возможных объяснений АСП в рамках его расширительной трактовки, связанной с феноменом «космического чуда».

Далее, при анализе «космического чуда» мы вновь сталкиваемся с проблемой критериев искусственности. Какова бы ни была технология ВЦ, в основе ее лежит использование естественных законов природы. При этом, поскольку речь идет об объектах дальне го космоса, единственным доступным нам пока источником информации о них являются электромагнитные волны. Применяя методы, принятые в астрофизике, мы можем по наблюдаемому излучению воссоздать физические характеристики процесса, но мы не можем установить, был ли процесс запущен искусственно или естественно. Это та же проблема, которой мы касались применительно к распознаванию сигналов. И она остается в силе в более общем случае, применительно к «космическому чуду» вообще. Проблема осложняется тем, что естествоиспытатели стихийно стоят на позиции презумпции естественности. В явном виде этот принцип был выдвинут Шкловским в докладе на Бюраканской конференции CETI в 1971 г. Суть его в том, что при исследовании всякого нового загадочного явления мы должны исходить из предположения о его естественной природе. Другими словами, по аналогии с принципом презумпции невиновности, мы не можем «обвинять» источник в искусственном происхождении до тех пор, пока его «вина» не будет строго доказана. Я. Б. Зельдович выразил эту мысль следующими словами: «Предположение о внеземной цивилизации прежде всего приходит в голову, когда мы сталкиваемся с новым неожиданным явлением… Но уверенность в том, что мы имеем дело с цивилизацией, обладающей разумом, должна приходить последней — только после того, как исчерпаны и опровергнуты другие объяснения»[327]. На первый взгляд это кажется вполне приемлемым. Но давайте задумаемся, легко ли исчерпать все другие объяснения? Вряд ли это возможно. Поэтому практическое применение принципа презумпции приводит к тому, что любое наблюдаемое явление (даже в том случае, если бы оно было искусственным) будет истолковано как естественный физический процесс.

В философско-методологическом плане презумпцию естественности можно рассматривать как выражение известного принципа Оккама (так называемая «бритва Оккама»): сущностей не следует умножать сверх необходимости; или: не следует делать посредством большего то, чего можно достичь посредством меньшего. Принцип Оккама сыграл важную методологическую роль в истории науки. Однако в данном случае его применение в виде презумпции естественности оказывается неплодотворным, поскольку мы здесь сталкиваемся с весьма своеобразной ситуацией, на которую обратили внимание Рубцов и Урсул[328]. Действительно, когда мы проводим естественнонаучное изучение какого-то явления то в рамках этого изучения предположение об искусственном происхождении явления, несомненно, представляло бы собой «лишнюю сущность», которую необходимо отсечь с помощью «бритвы Оккама». Но в рамках естественнонаучного изучения вопрос об искусственности вообще не возникает (ибо всегда ищется то или иное естественное объяснение), поэтому применение столь «острого» методологического орудия здесь не требуется, оно оказывается излишним и, следовательно, принцип презумпции естественности на самом деле не конструктивен. Иное дело, когда речь идет об астросоциологическом исследовании. Здесь объяснение с точки зрения искусственности вполне допустимо, и поэтому «бритва Оккама» могла бы работать. Но находясь в рамках астросоциологического исследования, мы обязаны заранее допустить возможность искусственной природы объекта. В соответствии с таким подходом ряд авторов (Н. С. Кардашев, Ю. П. Кузнецов и Ю. А. Кухаренко, В. В. Рубцов и А. Д. Урсул)[329] предлагают при анализе явлений в рамках астросоциологического исследования руководствоваться не презумпцией естественности, а принципом равноправия, согласно которому обе гипотезы — о естественном и искусственном происхождении наблюдаемых явлений — в равной мере принимаются допустимыми.

Провозглашение «равноправия» принципиально важно, но практически мало помогает. Ибо при наличии удовлетворительного «естественного» объяснения (а это, как правило, всегда удается[330]) приоритет остается все-таки за ним. Это понятно, ибо в таком случае предположение об искусственности (несмотря на то, что мы его допускаем как равноправное) становится попросту излишним. В. М. Цуриков попытался преодолеть эту трудность, предложив остроумную идею имитации «антиприродного» явления путем посылки пары сигналов, каждый из которых в отдельности вполне может существовать в природе, но оба вместе они в данных условиях существовать не могут. В качестве примера он рассмотрел наличие одновременно в одном источнике красного и синего смещения спектральных линий. Но Природа оказалась изобретательнее и сразу же после выдвижения Цуриковым этого критерия преподнесла астрономам сюрприз в виде источника SS 433, в котором как раз и было обнаружено одновременно красное и синие смещение спектральных линий. Астрофизики довольно скоро нашли объяснение этому явлению, показав, что в источнике имеются две мощные газовые струи, вытекающие из него в противоположных направлениях. Это хорошо иллюстрирует «принцип изворотливости теоретиков», сформулированный В. И. Слышем в одной из дискуссий по SETI, как раз для того, чтобы подчеркнуть трудности, возникающие при интерпретации наблюдаемого явления с позиций «естественное/ искусственное».

В статье «О возможной уникальности разумной жизни во Вселенной», на которую мы неоднократно ссылались, Шкловский предполагает, что высокоразвитые ВЦ могли бы создать радиомаяк в виде «искусственного пульсара» с «ножевой» диаграммой, луч которой вращается по какому-нибудь «неестественному» закону вокруг оси, перпендикулярной к галактической плоскости. Шкловский полагал, что это могло бы указывать на искусственный характер источника. Отсутствие таких «искусственных пульсаров» он рассматривает как один их аргументов в пользу уникальности нашей цивилизации. Конечно, как признает сам Шкловский, подобные аргументы не являются строгим доказательством отсутствия сверхцивилизаций, поскольку они могут придерживаться иной стратегии и не соорудить подобный «маяк». Но мне хотелось бы подчеркнуть другое. Я думаю, что если бы даже такие пульсары с «неестественным» законом вращения диаграммы были обнаружены, астрофизики без сомнения нашли бы этому феномену подходящее объяснение. Более того, я убежден, что если бы такое открытие было сделано при жизни Иосифа Самуиловича, он, скорее всего, был бы первым, кто дал бы ему наилучшее естественное объяснение.

В последние годы Кардашев разрабатывает идею обнаружения твердотельных астроинжснерных конструкций с помощью космических радиоинтерферометров. Высокая разрешающая способность интерферометров позволяет изучать внутреннюю структуру объектов, что может дать основание для суждений об их искусственном происхождении, например, ввиду необычной для естественных объектов геометрии и т. д. Это направление, несомненно, может быть весьма плодотворным, но и здесь нас ожидают не меньшие трудности. Некоторые из них носят скорее «психологический» характер. Но тем не менее они достаточно серьезны.

«Психологические» трудности были остроумно продемонстрированы И. С. Лисевичем в его выступлении на симпозиуме «Таллин-SETI-81». Обычно мы полагаем, что искусственное явление (в частности, сигнал) должно заключать в себе какие-то математические закономерности, указывающие на его разумную природу. Еще Гаусс предлагал вырубить в сибирской тайге гигантский участок леса в виде треугольника, иллюстрирующего теорему Пифагора, чтобы марсиане могли догадаться о существовании разумных обитателей на Земле (мы упоминали об этом проекте во введении к книге). Сходные принципы заложены и в современные языки для межзвездной связи — «линкос» и другие. Возникает вопрос: а достаточно ли таких закономерностей, чтобы сделать заключение об искусственной природе сигнала? Каким образом реагируем мы сами, наш рассудок, когда мы сталкиваемся с подобными необычными закономерностями? В натуральном ряде чисел теорема Пифагора иллюстрируется известным соотношением 3^2 + 4^2 = 5^2. Но существует не менее замечательное соотношение: 10^2 + 11^2 + 12^2 = = 13^2 + 14^2. Причем сумма квадратов в обеих частях этого равенства равна 365, т. е. целому числу дней в году. Значит, 365 — это необычное число. Готовы ли мы сделать из этого какие-то далеко идущие выводы? Думаем ли мы, что Кто-то сознательно расположил нашу Землю на таком расстоянии от Солнца, чтобы период се обращения по орбите был в 365 раз больше периода вращения вокруг собственной оси? Нет, конечно. Наш здравый смысл, которым мы привыкли руководствоваться, подсказывает нам, что это чисто случайное совпадение (тем более, что оно выполняется только с точностью до целых суток). Другой пример связан со знаменитым «марсианским сфинксом». На некоторых фотографиях поверхности Марса, полученных из Космоса во время миссии «Викингов», видны детали рельефа, напоминающие египетские пирамиды и даже фигуру Сфинкса. Готовы ли мы принять эти изображения за плоды деятельности каких-то древних марсианских цивилизаций? Опять же нет. Наш здравый смысл вновь подсказывает нам, что это — просто случайная игра выветривания. Действительно, мы знаем, что на Земле процессы выветривания в горной местности часто приводят к образованию деталей, напоминающих фигуры людей или животных. С другой стороны, некоторые старые пирамиды, построенные людьми, напротив, издалека похожи на обычные холмы. Таким образом, если бы на Марсе или каком-то другом небесном геле (не говоря уже о центре Галактики, где Кардашев ожидает обнаружить следы внеземных цивилизаций) и вправду существовали искусственные сооружения, мы, следуя нашей привычной логике, могли бы принять их за обычные естественные образования[331] Значит, интерпретация закономерностей при анализе сигнала или «космического чуда» весьма неоднозначна.

С другой стороны, эти примеры показывают, что не следует переоценивать значение «здравого смысла». Пытаясь обнаружить космическое чудо, мы должны быть готовы к самым необычным интерпретациям. Скорее всего, объяснения, которые мы ищем, будут очень просты, но они могут идти вразрез с установившимися шаблонами мышления.

Неопределенность, связанная с критериями искусственности, приводит к предположению, что, возможно, мы видим следы деятельности ВЦ, но, не понимая этого, приписываем наблюдаемым явлениям естественное происхождение. Распознать чудо нам мешает презумпция естественности. «Ученые, ищущие проявления астроинженерной деятельности в Космосе, — пишет Лем, — может быть уже давно ее наблюдают, но так квалифицировать эти явления, выделить их из сферы естественных процессов и объяснить их происхождение деятельностью Разума им запрещает наука, которой они служат»[332].

Вероятность подобной ситуации значительно увеличивается, если принять во внимание, что жизнь и разум являются важными атрибутами материи и могут быть существенным фактором эволюции Космоса. Мы уже затрагивали этот вопрос в п. 3.5.3 и приводили там мнение известного американского астронома О. Струве о том, что в современной астрономии, наряду с классическими законами физики, надо принимать во внимание и деятельность разумных существ. В предыдущей главе, в связи с моделями эволюции КЦ, мы рассмотрели различные варианты космокраетики и космогонического конструирования высокоразвитых Космических Иерархий. Все эти идеи показывают, что в современном научном мышлении (как отмечают Рубцов и Урсул) происходит важный поворот, связанный с признанием роли социального фактора в процессах природы. Роль этого фактора может быть достаточно велика и, тем не менее, мы будем «не замечать» его проявлений, ибо давно включили их в свою естественнонаучную картину мира. Все это напоминает ситуацию с неким примитивным племенем, живущим на уровне каменного века, где-то среди джунглей Амазонки. Сквозь их поселения проносятся радиоволны, несущие сигналы их разумных соседей, но они не могут слышать их речь, музыку или смотреть цветные изображения со сценами их жизни, так как не имеют средств для приема этих сигналов. Они попросту не замечают их, эти сигналы для них не существуют. В то же время в небе над ними проносятся воздушные лайнеры, спутники, различные аппараты, созданные людьми. Они могут видеть и слышать их, но они не догадываются об их истинном происхождении и, вероятно, включили их в свою примитивную картину мира, наряду со всеми другими доступными их наблюдению природными явлениями.

В полемике со Шкловским Лем обратил внимание на ряд трудностей, с которыми мы сталкиваемся в попытках обнаружить «космическое чудо». Первая трудность состоит в том, что мы можем рассчитывать только на такие проявления ВЦ, которые включены в ее нормальную деятельность. Цивилизация не станет «играть со звездами» для забавы; например, превращать их в сверхновые только для того, чтобы «было на что посмотреть» (или чтобы было, что показать другим, — добавим мы).

Вторая трудность состоит в том, что мы не знаем звездной технологии, поэтому нам трудно отличить в Космосе искусственное от естественного. Иное дело на Земле — встретившись с произведением человеческой технологии, мы без труда отличим ее от явления природы (даже не понимая его предназначения). Точно так же «звездоинженер» мог бы без труда отличить продукт астроинженерной деятельности, но для нас это пока недоступно. Мы сумеем распознать продукт астроинженерной деятельности лишь тогда, когда сами овладеем астроинженерной технологией. Далее, чем более развита цивилизация, тем производительнее использует она доступные ей источники энергии, и тем труднее наблюдать ее деятельность на астрономических расстояниях. Например, если кто-то хочет подогреть воду в озере, говорит Лем, он может изготовить атомную бомбу и произвести взрыв. При этом много энергии будет растрачено на бесполезное излучение, но благодаря этому «опыт по подогреву озера» будет заметен на больших расстояниях. Однако если подогревать воду с помощью регулируемого атомного реактора, то заметить это издалека будет значительно труднее. Развивая эту мысль, Лем приходит к выводу, что могут существовать «ненаблюдаемые чудеса» в Космосе.

Третья трудность состоит в том, что мы не знаем толком, что именно искать. «Очень трудно, — говорит Лем, — обнаружить то, чего не ищут». Так например, пульсары долго не замечали потому, что никто не подозревал о возможности существования подобных объектов, и поэтому не использовали приемник с высоким временным разрешением (малой постоянной времени). А когда такой приемник был создан и применен для других целей, неожиданно обнаружили пульсар.

Четвертая трудность, согласно Лему, состоит в том, что «космическое чудо», чтобы быть обнаруженным и идентифицированным, должно иметь только одно-единственное объяснение, сводящееся к тому, что наблюдаемое явление имеет искусственное происхождение. Но это, как мы видели, противоречит принципу «изворотливости теоретиков», а главное, невозможно, поскольку в основе технологической деятельности ВЦ лежит использование естественных законов природы. В связи с этим Лем говорит о том, что можно было бы написать фантастический рассказ, как представители одной цивилизации соорудили «чудо», чтобы оповестить о своем существовании обитателей иных миров, и как астрофизики другой цивилизации, обнаружив искусственный объект, так долго выдвигали на его счет различные предположения, что в конце концов придумали гипотезу, которая объясняет наблюдаемое явление естественным путем, без вмешательства Разума. Похоже, это был бы рассказ о нас самих.

Резюмируя полемику со Шкловским, Лем говорит о том, что для каждой цивилизации, видимо, существует определенный ПОЗНАВАТЕЛЬНЫЙ ГОРИЗОНТ. В черте этого горизонта находится все, что цивилизация познала и умеет делать. А за горизонтом — то, чего цивилизация еще не знает и о чем даже не может еще помыслить. Если космическое чудо относится к этой категории, то оно будет воспринято как ЕСТЕСТВЕННАЯ ЗАГАДКА.

Теперь мы можем к перечисленным в предыдущих параграфах гипотезам (1)-(6) и (7)-(10) добавить еще две, объясняющие отсутствие «космического чуда».

11) Цивилизации развиваются по интенсивному пути, их энергетический уровень не столь велик, и астроинженерная деятельность (если она существует!) не достигает обнаружимых при современных средствах пределов; это, по существу, то же самое, что и упомянутый ранее «неортоэволюционный» путь Лема.

12) Мы ИХ наблюдаем, но не осознаем этого, потому что: а) мы пока не владеем сами астроинженерной технологией и поэтому не может распознать ее продукты; б) у нас нет строгих критериев искусственности; в) астрофизики стихийно стоят на позициях презумпции естественности; г) мы не знаем толком, что надо искать; д) «космическое чудо» находится за пределами нашего познавательного горизонта, поэтому мы воспринимаем его как естественную загадку; е) мы давно включили проявления деятельности ВЦ в свою естественнонаучную картину мира.

Таким образом, и при расширительной трактовке АСП «основной факт» (в данном случае отсутствие «чудес») нельзя считать твердо установленным: гипотеза (12) противоречит «основному факту». Если же все-таки принять его, то он вполне согласуется с разумными представлениями о развитии и характере деятельности ВЦ. Нам остается рассмотреть последнюю, самую сильную форму АСП, связанную с отсутствием инопланетян на Земле.

6.4. Где Они? Парадокс Ферми

За плечами годы тают, озимь ОЗМА не взрастает. И куда еще направить нам кормило корабля? Как «летучие голландцы» позывные исчезают. Одиноко и печально ходит по миру Земля.

В. Данилов

Некоторые модели эволюции КЦ приводят к представлению о колонизации Галактики высокоразвитыми цивилизациями. В предыдущей главе мы рассмотрели пример такой колонизации (рис. 5.3.1), когда благодаря «диффузии» цивилизаций от звезды к звезде она распространяется от родительской планеты подобно сферической волне со скоростью одна сотая скорости света. При этом за несколько миллионов лет вся Галактика будет освоена представителями этой цивилизации. Так как возраст Галактики много больше, то неизбежно возникает вопрос: где Они? Почему мы не наблюдаем следы экспансии высокоразвитых внеземных цивилизаций на Земле? Если в Галактике много цивилизаций, то процесс колонизации должен протекать более интенсивно. Таким образом, представляется, что здесь мы, действительно, сталкиваемся с неким парадоксом.

Говорят, что вопрос «где Они?» задал Энрико Ферми во время завтрака с коллегами по Лос Аламасской лаборатории летом 1950 г. Вероятно, сотни людей до и после Ферми задавались тем же вопросом, но поскольку Ферми был великим физиком, парадокс связали с его именем. Правда, произошло это значительно позже, спустя почти три десятилетия. Американский астрофизик М. Папаяннис вспоминает, что, когда он посетил Москву летом 1984 г., Шкловский в беседе с ним предложил назвать парадокс именем Харта, который впервые детально проанализировал эту проблему в статье «Объяснение отсутствия инопланетян на Земле», опубликованной в 1975 г. Некоторые авторы, действительно, называют его парадоксом Харта, но более принято наименование «парадокс Ферми».

В основании «парадокса Ферми» лежит факт отсутствия следов инопланетян на Земле. Можно ли считать этот факт твердо установленным? Применительно к прошлому это проблема палеовизита; применительно к настоящему она связывается с НЛО и другими необычными явлениями, которые могут рассматриваться как манифестации Внеземного Разума. Ни в том, ни в другом случае пока не получены убедительные научные данные о присутствии ВЦ. Однако это не может служить основанием для парадокса, ибо, как уже отмечалось выше, отсутствие доказательств не есть доказательство отсутствия. По поводу свидетельств имеются разные точки зрения, идет полемика, ведутся исследования; по-видимому, здесь еще рано ставить точку. Трудность состоит в том, что, как и в проблеме «космического чуда», мы не знаем, каково может быть воздействие ВЦ, какие свидетельства нам искать. Обычно имеются в виду памятники материальной и духовной культуры.

В этом плане представляет интерес проблема существования сверхнаучного знания. Многочисленные примеры существования в древности сверхнаучных, неправомерно высоких знаний в области математики, астрономии, медицины, металлургии и др. приведены в увлекательной книге А. А. Горбовского «Загадки древнейшей истории» (М.: Знание, 1971). В наше время большой интерес вызвали астрономические знания древних догонов, сохранившиеся в их мифологии. Они, действительно, поразительны. Достаточно упомянуть, например, их представление о Сириусе как о двойной звезде с периодом обращения 50 лет. Хорошее изложение этой проблемы можно найти в упоминавшейся нами книге В. В. Рубцова и А. Д. Урсула. Скептиками были отмечены два момента, ставящие под сомнение достоверность этих знаний: во-первых, насколько адекватен перевод с мифологического языка древних догонов на современный научный язык; во-вторых, не являются ли астрономические знания догонов, о которых их жрецы сообщили европейским исследователям, позднейшими заимствованиями из современных источников. Я не буду углубляться в эту дискуссию (это отдельная тема), отмечу лишь, что аргументы, связанные с заимствованиями и мистификациями, используются весьма часто, когда мы сталкиваемся с какими-то малопонятными явлениями. Надо сказать, что с методологической точки зрения это вряд ли можно считать оправданным, ибо всякое новое знание всегда связано с появлением непонятных фактов. С другой стороны, нельзя слишком легко подходить к проблеме заимствования. Известно, например, что, когда в Европе впервые познакомились с индийской культурой, многие были склонны объявить высокие достижения древнеиндийского гения простым заимствованием из европейских источников. Так, иезуиты заявили, что «Бхагавадгита», эта жемчужина индийской культуры, представляет собой де создание отца Климента, который преобразил образ Христа в Кришну, а Иоанна в Арджуну, чтобы потрафить умам индусов. К сожалению, многие крупные европейские ученые того времени были склонны разделить этот дикий взгляд иезуитов. Не впадаем ли и мы в подобную же ошибку, когда пытаемся объяснить, например, удивительные астрономические знания догонов их заимствованием из миссионерских источников? Этим я не хочу утверждать, что догоны получили свое знание непосредственно от пришельцев с Сириуса, как утверждает их мифология. Дело обстоит сложнее. Непредвзятый взгляд свидетельствует о том, что многие древние цивилизации хранят следы воздействия очень высокой и очень древней культуры. Причем воздействие не носит характер однократного акта, а больше похоже на длительное влияние на протяжении веков на самые разные цивилизации. Это серьезная проблема, от которой невозможно просто так отмахнуться. Каковы черты этой культуры, каким образом взаимодействовала она с древними цивилизациями, каковы ее истоки, имеет ли она, в конечном счете, космическое происхождение — на все эти вопросы должна ответить наука будущего.

В связи с обсуждаемой проблемой попытаемся сформулировать критерий сверхнаучного знания. Прежде всего это касается самого источника: достоверность его (подлинность) не должна вызывать никакого сомнения. Только в том случае, когда это условие выполнено, можно обратиться к его содержанию. Далее, поскольку речь идет о подлинном документе, относящемся к определенной эпохе, это должно найти отражение в языке источника: используемые в нем термины должны соответствовать «научному» языку той эпохи, к которой он относится. Нелепо, например, ожидать применения дифференциальных уравнений (тем более с использованием современных символов) в источнике, относящемся к эпохе Древнего Египта. Что касается содержания, то можно думать, что содержащиеся в источнике знания частично будут перекрываться со знаниями данной эпохи (иначе документ останется полностью бесполезным), а частично выходят за их пределы. Именно это «выходящее за пределы» знание и представляет для нас особый интерес. В какой-то части оно может даже противоречить знаниям своей эпохи. Последнее обстоятельство наиболее ценно, ибо позволяет нам с современных позиций оценить, насколько источник приближается к истинному знанию (не в смысле абсолютной, а в смысле относительной истины). Собственно, в этом и состоит критерий сверхнаучного знания. Следующий вопрос: как далеко может источник опередить свою эпоху? Если он заглядывает слишком далеко вперед, то может полностью пройти мимо сознания современников. Чтобы этого не произошло, составители документа должны держаться в пределах тех знаний, которые доступны пониманию для того времени. Наконец, чтобы мы могли воспользоваться критерием сверхнаучного знания, мы должны хорошо знать эпоху источника, состояние науки того времени, понимать, что было для нее доступно, а что лежало за ее пределами. Желательно поэтому, чтобы источник не был слишком древним. Например, если имеется источник, изданный в XIX веке, который содержит положения, противоречащие науке того времени, но подтвердившиеся в наше время, — мы можем отнести его к источникам сверхнаучного знания. При этом мы должны считаться с гем, что такой источник может содержать также знания, противоречащие современным, которые должны быть подтверждены в будущем[333]. В этом смысле представляют интерес данные о природе зеленой линии в спектре солнечной короны, содержащиеся в «Письмах Махатм» А. Синнегу, которые были опубликованы в 1880-х годах (см. § 1.8).

Более слабый критерий не требует, чтобы сверхнаучное знание противоречило знанию своей эпохи, оно просто может не вписываться в него и получает оправдание лишь в позднейшей науке. Примером может служить представление древнеиндийских математиков о существовании наименьшей линейной меры длины (не бесконечное деление отрезка, а наименьшая линейная мера!), равной 1,37 × 7-10 дюйма[334], что с точностью до 16 % совпадает с фундаментальной физической постоянной — диаметром первой боровской орбиты атома водорода (атомная единица длины). Подобные примеры можно умножить.

Таким образом, «основной факт», лежащий в основании АСП (даже в его наиболее сильной, радикальной форме), строго говоря, остается открытым. Если, однако, принять, в соответствии с установившейся научной точкой зрения, что никаких проявлений ВЦ на Земле нет и не было за весь период се развития (более 4 млрд лет), то в этом случае появляется почва для того, чтобы говорить о парадоксе.

Попытка разрешить этот парадокс приводит к дилемме, о которой мы упоминали в § 6.1. Имея в виду именно отсутствие следов колонизации космического пространства, В. Львов в цитируемой выше статье так формулирует эту дилемму: «Нельзя считать последовательными тех авторов, которые, с одной стороны, признают вечность Вселенной и безграничность прогресса разума, а с другой, — допускают множественность цивилизаций разного возраста, изолированных друг от друга непреодолимым расстоянием. Одно плохо согласуется с другим. Или-или. Либо прогрев безграничен, и тогда расстояния перестают быть непреодолимыми и отсутствие следов «старших братьев» означает только, что они не существуют вовсе»[335]. То есть либо время жизни цивилизаций ограничено, либо наша цивилизация— единственная во Вселенной. При таком подходе упускается из виду возможность интенсивного пути развития цивилизаций. Молчаливо предполагается, что они развиваются по пути ничем не ограниченного количественного роста. В этом и состоит неточность приведенной формулировки: «безграничность прогресса разума» не противоречит множественности обитаемых миров, если допустить, что цивилизации могут развиваться как совершенные гомеостатические системы. Поэтому более строго указанную дилемму можно было бы сформулировать следующим образом. Либо мы считаем, что цивилизации в течение неограниченно долгого времени развиваются по пути количественного роста (ортоэволюционный путь Лема), и тогда отсутствие чуда, связанного с пространственной экспансией цивилизаций, означает, что наша цивилизация единственная или самая передовая (!) во всей Вселенной; либо мы допускаем, что время количественного роста цивилизаций ограничено (короткая шкала или гомеостатический путь развитая), их экспансия не достигает таких гигантских размеров — и тогда во Вселенной или даже в нашей Галактике могут существовать одновременно множество цивилизаций. По существу, приведенная формулировка уже не является дилеммой, ибо она охватывает спектр различных возможностей. Этот спектр можно значительно расширить.

«Парадокс Ферми» детально обсуждался на симпозиуме по биоастрономии, проведенном под эгидой Международного астрономического союза в Бостоне (США) в конце июня 1984 г. Этой теме была посвящена специальная дискуссия, в ходе которой выявилось большое разнообразие мнений и было предложено множество возможных объяснений «ферми-парадокса».

Так, Ф. Дрейк склоняется в пользу «экономического» объяснения. По его мнению, развитые цивилизации ограничиваются колонизацией своей планетной системы, а дорогостоящие межзвездные перелеты предпринимаются только в исключительных случаях для научных исследований (преимущественно с помощью беспилотных зондов). Эта гипотеза хорошо согласуется с концепцией интенсивного развития цивилизаций. Следует отметить, что при такой модели и колонизация Солнечной системы может оказаться излишней. Дж. Волф в дополнение к экономическому фактору привлекает еще фактор риска. Ведь путешествие через межзвездное пространство небезопасно: при субсветовых скоростях столкновение с частицей межзвездной пыли может иметь катастрофические последствия. Волф проанализировал также возможные основания для межзвездных перелетов (колонизация, спасение от космических катастроф, исследовательские задачи) и пришел к выводу, что ВЦ не станут втягиваться в эту деятельность. Он считает, что цивилизации могут выжить, если они достигнут социальной стабильности и равновесия с окружающей средой, но в таком случае они не нуждаются в колонизации.

Б. Финней, антрополог из Гавайского университета, обратил внимание на то, что, хотя человечество относится к видам, склонным к экспансии, в истории земных цивилизаций были случаи, когда начавшаяся экспансия по разным причинам приостанавливалась. Поэтому нет никаких оснований считать, что ВЦ непременно должны быть склонны к неограниченной экспансии.

Э. Тернер предложил два возможных объяснения «ферми-парадокса». Первое: если время между последовательными возникновениями новых цивилизаций в Галактике много меньше, чем время колонизации Галактики (10^7—10^8 лет), то тогда можно ожидать, что галактический диск будет разделен на области, занятые различными взаимодействующими цивилизациями. На границах областей между ними могут находиться полосы, преднамеренно оставленные не колонизованными. Возможно, наша Солнечная система находится в одном из таких районов. Второе объяснение связано с возрастом цивилизаций. Обычно принимается, что старые звезды имеют возраст около 10 млрд лет. Тернер считает, что возраст может быть вдвое меньше (5–6 млрд лет). Если это так, го, учитывая время, которое требуется на развитие технических цивилизаций (в Солнечной системе на это ушло около 5 млрд лет), может оказаться, что передовые цивилизации еще только возникают в Галактике. По существу, это несколько смягченный вариант гипотезы (2) (§ 6.1). М. Папаяннис указывает на еще одну возможность: «парадокс Ферми» может объясняться тем, что волна колонизации не достигла Земли. Не достигла, так как либо скорость «диффузии» цивилизаций мала, либо процесс начался совсем недавно (меньше 10^7—10^8 лет назад).

Ж. П. Валле (из астрофизического института в Оттаве) выдвинул два постулата. Согласно первому постулату, существует некая галактическая цивилизация (эго может быть и Метацивилизация), которая совершает кратковременные визиты на каждую планету, где возникает разумная жизнь, чтобы обучить се обитателей основным законам Галактического Разума. «Великое Молчание» налагается внеземной цивилизацией на период обучения. Согласно второму постулату, последователи Галактической цивилизации на Земле должны способствовать развитию творчества как «экспортируемой ценности разума». Валле сформулировал четыре теста для проверки этих постулатов и проанализировал, в какой мере главнейшие мировые религии удовлетворяют его тестам. Таким образом, здесь при анализе АС-парадокса, наряду с научными, вводится в рассмотрение также религиозный фактор.

Этот фактор учитывает и Дж. Болл. Он проанализировал 10 возможных ситуаций. Часть из них совпадает или является вариантами ранее рассмотренных гипотез (1) и (2). Часть являются различными вариантами «Зоогипотезы». Воспроизведем 10 возможных ситуаций Болла.

а) Внеземные цивилизации не существуют. Это объясняется тем, что либо Земля — единственная биосистсма во Вселенной, либо человечество является первым возникшим разумным видом.

б) ВЦ существуют, но они очень примитивны; они не знают о нашем существовании, хотя, быть может, и хотят знать.

в) ВЦ существуют, они находился примерно на нашем уровне развития, они подозревают, что мы можем существовать и, возможно, хотят (но пока не могут) поговорить с нами.

г) ВЦ знают о нашем существовании и хотели бы поговорить с нами, но не могут привлечь наше внимание.

д) ВЦ знают о нас, но не интересуются нами, они нас игнорируют, так как мы, с одной стороны, не представляем для них угрозы, а с другой, — у нас нет ничего, что мы могли бы дать им.

е) Мы представляем некоторый интерес для ВЦ, и небольшое число их ученых изучает нас.

ж) Мы представляем интерес для ВЦ, и они нас изучают довольно детально, но незаметно.

з) ВЦ не только изучают нас, но иногда даже принимают участие в наших делах.

и) Мы являемся подопытными в ИХ лаборатории.

к) Существует Сверхъестественный Бог— Всемогущий и Всезнающий.

Первые 7 ситуаций (а)-(ж) Болл относит к сфере науки; из них четыре (а)-(г) представляют популярную точку зрения, а гипотезы (в), (г) лежат в основании официальной стратегии SETI, принятой НАСА. Ситуация (д) мало популярна, так как принижает достоинство человека. Три последние ситуации (з)-(к) выходят за пределы науки, но это, отмечает Болл, вовсе не означает их ошибочность. Последняя ситуация (к) также Представляет собой весьма популярную точку зрения. Возможны различные комбинации ситуаций. Так, ситуация (к) может комбинироваться с любой другой. Далее, могут одновременно существовать примитивные цивилизации (б) и достаточно развитые (ж).

Принимая во внимание результаты этой дискуссии, мы можем пополнить наш список гипотез (1) — (12), приведенный в предыдущих параграфах, еще несколькими, относящимися к «парадоксу Ферми».

13) Межзвездные перелеты с целыо колонизации Галактики не ведутся, так как нет никаких побудительных причин к этому (Волф), так как они очень дороги (Дрейк) и сопряжены с большим риском (Волф).

14) Межзвездные перелеты реализуются, но волна колонизации не достигла Земли, так как скорость «диффузии» цивилизаций мала, либо процесс начался недавно (Папаяннис).

15) Вся Галактика давно колонизована высокоразвитыми цивилизациями и разделена на зоны влияния, между которыми оставлены неколонизованные области; Солнечная система находится в одной из таких областей (Тернер).

16) Вся Галактика, включая Солнечную систему, давно колонизована ВЦ, но ОНИ не проявляют свое присутствие (Валле, Болл), так как галактическая этика требует предоставить развивающимся цивилизациям возможность самостоятельно решать свои проблемы.

Таким образом, ситуация с «ферми-парадоксом», с точки зрения интерпретации «основного факта», ничем не отличается от рассмотренной выше для других форм АСП. По-прежнему имеется широкий спектр объяснений, среди которых нелегко сделать выбор. Теперь, закончив рассмотрение различных форм АСП, мы можем вернуться к вопросу, который был поставлен в первом параграфе этой главы: насколько правомерно говорить здесь о парадоксе?

6.5. Парадокс или проблема?

Логическое осмысление ситуации

Под парадоксом, в широком смысле слова, понимается некий неожиданный результат (положение), противоречащий общепринятым представлениям. В логике парадоксальными называются высказывания, противоречащие логическим законам. В отличие от таких чисто логических противоречий (антиномий) астросоциологический парадокс, если он в действительности имеет место, относится к классу противоречий между теорией и наблюдениями. Такие противоречия, вообще говоря, обычны и составляют неотъемлемую часть процесса развития науки. Тогда можно ли здесь говорить о парадоксе? Можно, если речь идет о противоречии между данными наблюдений (экспериментальными фактами) и фундаментальными теоретическими принципами (фундаментальными теориями), ранее надежно установленными и проверенными. Разумеется, и факты, противоречащие этим принципам, тоже должны быть твердо установленными. Когда эти условия соблюдаются, можно говорить о парадоксе. Иными словами, речь идет о противоречии между точно установленными фактами и надежно обоснованными теориями.

Хорошей иллюстрацией сказанному могут служить известные космологические парадоксы. Например, фотометрический парадокс Ольберса. В чем он состоит? Представим себе бесконечную однородную стационарную Вселенную, заполненную звездами. В такой Вселенной, куда бы мы не посмотрели, луч зрения неизбежно должен натолкнуться на поверхность какой-то (может быть, очень удаленной) звезды. Значит, мы увидим в этом направлении поверхность светящейся звезды. Но известно, что яркость поверхности не зависит от расстояния. Следовательно, яркость неба в любом направлении должна быть сравнима с яркостью Солнца. Но этого не наблюдается: ночью в промежутках между звездами мы видим темное небо. Это противоречие между наблюдаемым фактом и теорией бесконечной однородной стационарной Вселенной и составляет суть фотометрического парадокса. Здесь имеются все три компонента парадокса: 1) твердо установленный факт; 2) хорошо обоснованная теория; 3) противоречие между ними. Для преодоления фотометрического парадокса предлагались различные довольно искусственные гипотезы, пока, наконец, он не получил естественного объяснения в теории расширяющейся Вселенной.

В отличие от этого примера, в проблеме АСП все обстоит иначе: здесь нет ни надежно установленных фактов, ни достаточно обоснованной теории, и не всегда можно выявить противоречие между «теорией» и фактами.

Факт, который лежит в основании АС-парадокса (выше мы назвали его «основным фактом»), состоит в отсутствие видимых проявлений деятельности ВЦ. Можно ли считать этот факт твердо установленным? Мы видели, что в случае слабой формы АСП, а также при его расширительной трактовке, как отсутствие «космического чуда», этот факт нельзя считать твердо установленным. Только в случае «парадокса Ферми» (сильная форма АСП) основной факт с некоторой «натяжкой» можно считать установленным.

Предположим, что факт, лежащий в основании АС-парадокса, действительно имеет место. Что из этого следует? Противоречит ли этот факт нашим теоретическим представлениям о множественности ВЦ? Если бы единственное объяснение этого факта состояло в том, что других цивилизаций нет, тогда можно было бы говорить, что он противоречит представлениям о множественности ВЦ. Но мы видели, что такое объяснение не единственное. Существует целый спектр возможных объяснений. В таблице 6.5.1 мы свели воедино объяснения, упомянутые в предыдущих параграфах. Этот список достаточно внушительный, но, вероятно, и он не исчерпывает всех возможностей.

Поскольку мы не имеем здесь единственного объяснения, то перед нами возникает совершенно иная логическая ситуация — ситуация выбора между гипотезами[336].

Отметим одно любопытное обстоятельство, на которое обратил внимание М. Папаяннис. В исходной постановке АС-парадокс выражает противоречие между «основным фактом» (отсутствие видимых проявлений ВЦ) и теоретическими представлениями о множественности внеземных цивилизаций. Пытаясь снять это противоречие, мы приходим к заключению об уникальности нашей цивилизации. А этот вывод вступает в противоречие с принципом ординарности (принцип Коперника-Бруно). То есть попытка снять один «парадокс» (между теорией и наблюдениями) приводит к новому парадоксу — между «откорректированной теорией» и мировоззренческим принципом. По мнению Папаянниса, именно это противоречие между принципом посредственности и выводом об уникальности нашей цивилизации и составляет суть «АС-парадокса».

Впрочем, о парадоксе здесь, вообще, можно говорить только с очень большой натяжкой. Строго говоря, отсутствие наблюдаемых проявлений деятельности ВЦ ни к какому парадоксу не приводит. Но проблема, связанная с видимым отсутствием проявлений ВЦ, конечно, существует. Поэтому совершенно прав, на наш взгляд, Л. Зисгер, когда он утверждает, что следует говорить не о «парадоксе Ферми», а о «проблеме Ферми». Думается, это относится не только к сильной форме АСП, но и к АС-парадоксу в целом.

Анализируя этот «парадокс», мы привели различные ответы на вопрос о «Молчании Вселенной». Какому из предложенных объяснений отдать предпочтение — мы так и не сказали. Быть может, объяснение надо искать за пределами перечисленных возможностей?

ЛИТЕРАТУРА

1. Лем С. Сумма технологии. — М.: Мир, 1968. 607 с. Гл. 3. Космические цивилизации. С. 68–111.

2. Рубцов В. В., Урсул А. Д. Проблема внеземных цивилизаций. Философско-методологические аспекты. — Кишинев: Штиинца, 1987. 335 с.

3. The Search for Extraterrestrial Life: Recent Development / Proc, of the 112th Symp. of the IAU. — Boston, US, June 18–21 1984/Ed. M. D. Papagiannis. — Dordrecht ect.: Reidel, 1985. 579 p. Section VII. The Fermi Paradox and Alternative Search Strategies. P. 435–511.

ГЛАВА 7. SETI в СССР и России

Дальние Миры могут служить объектом устремления мысли и вдохновить людей на переустройство жизни на нашей планете.

«Грани Агни Йоги»

7.1. Начнем с истории

Трудно сказать, когда в России возник интерес к проблеме существования разумной жизни во Вселенной. Можно только предполагать, что он развивался в общем русле европейской научной и философской мысли. Однако уже конец XIX века был отмечен очень важным, хотя и мало известным вкладом России в эту область. В 1876 г. в г. Гельсингфорсе (ныне Хельсинки) вышла книга российского ученого финского происхождения Э. Нсовиуса «Величайшая задача нашего времени». В ней впервые в европейской науке была четко сформулирована задача установления связи с внеземными цивилизациями как строго научная проблема. Неовиус предложил совершенно конкретный и реальный проект связи с обитателями планет Солнечной системы с помощью световых сигналов. Он не только показал техническую возможность осуществления такой связи, но и рассмотрел семантические проблемы контакта. Неовиус построил язык для космической связи на принципах математической логики, опередив в этом отношении «Линкос» Фройденталя на несколько десятилетий. Он также рассмотрел экономические аспекты проекта и, ясно сознавая, что затраты на его осуществление могут быть не под силу одной стране, предложил международное сотрудничество в этой области. В то время просвещенная Европа зачитывалась книгами К. Фламмариона о множественности обитаемых миров, но работа Неовиуса осталась незамеченной. По-видимому, он просто опередил свое время.

Горячим приверженцем идеи космического сотрудничества был Константин Эдуардович Циолковский. Он разработал космическую философию, в которой обосновывал идеи о том, что Вселенная заполнена высшей сознательной совершенной жизнью, что в ней господствуют Величайший Разум и совершенные общественные отношения. Он полагал, что высокоразвитые внеземные цивилизации, освоившие наблюдаемую нами область Вселенной, могут сознательно организовывать материю, регулировать ход естественных процессов. В этом отношении Циолковский намного опередил некоторые современные модели развития космических цивилизаций. Широко известные инженерные работы Циолковского, принесшие ему мировую славу, вдохновлялись его космической философией и были предприняты им как средство выхода человека в Космос навстречу Космическому Разуму.

Пафос Циолковского в значительной мере разделялся блестящей плеядой русских философов-космистов, часть которых стояла на научных, а часть — на религиозных позициях. Но идея органической связи человека и Космоса была близка всем философам-космистам и по-своему развивалась каждым из них. Очень интересны взгляды величайшего деятеля русской культуры, художника, ученого, философа, путешественника и общественного деятеля Николая Константиновича Рериха. «Он, как и все замечательные люди своего времени, шел впереди своего века. Его мысль была устремлена в будущее. В этом будущем он видел осуществленным великое назначение человека как сотрудника Космических сил и гражданина Вселенной. Он не ограничивал жизнь человека Землею, он видел жизнь на Далеких Мирах и звал к сотрудничеству с ними. Он был твердо уверен, что человек выйдет за пределы планеты и вольется в жизнь Дальних Миров. Он считал, что на некоторых из них люди достигли высоких ступеней знания и силы и что землянам можно многому поучиться у них. Устремление к Дальним Мирам он считал фактором, открывающим перед человечеством новые возможности неслыханных достижений в области науки, во всех отраслях знания. Возможности человеческого знания он считал ничем не ограниченными. Он верил в великое светлое будущее человечества»[337].

В послевоенные годы (конец сороковых — начало пятидесятых) в СССР, как и в других передовых странах мира, стала развиваться радиоастрономия, достижения которой послужили основой для современной постановки проблемы SETI (поиска внеземных цивилизаций). В те же годы известный пулковский астрофизик Гавриил Адрианович Тихов предпринял серию работ по астроботанике, имея в виду, в первую очередь, изучение возможностей существования и обнаружения растительной жизни на Марсе. Работы Тихова вызвали острую дискуссию в научном мире. Одним из его оппонентов был крупнейший советский астроном академик Василий Григорьевич Фесенков. В 1956 г. он совместно с академиком А. И. Опариным опубликовал книгу «Жизнь во Вселенной»[338], в которой исследовались астрономические и биологические условия возникновения и развития жизни во Вселенной и давалась оценка возможной распространенности разумной жизни в Галактике. Примерно в те же годы Фесенков обосновал возможность обогащения Земли органическими соединениями за счет столкновения с кометами. Это направление получило широкое развитие спустя два десятилетия, но к тому времени о работах Фесенкова, видимо, забыли и на них, как правило, не ссылаются.

После того как в «Nature» была опубликована статья Дж. Коккони и Ф. Моррисона о возможности радиосвязи с обитателями ближайших звезд, в разработку этой проблемы включился выдающийся советский астрофизик И. С. Шкловский. Он привлек к ней своих учеников и прежде всего Н. С. Кардашева. В 1964 г. в Бюраканской астрофизической обсерватории было проведено 1-е Всесоюзное совещание по поиску внеземных цивилизаций. Обо всех этих событиях и о первых шагах по поиску сигналов ВЦ, которые были предприняты сразу после Бюраканского совещания во второй половине 1960-х годов, мы подробно рассказали в гл. 1. А как развивались исследования в СССР и России после этих первых шагов, начиная с 70-х годов XX века?

7.2. Поиск сигналов и сопутствующие исследования, 1970-1990

После первых экспериментов по поиску монохроматических сигналов ВЦ (В. С. Троицкий) и попыток обнаружения сверхцивилизаций (СТА 102) внимание исследователей обратилось к задаче поиска импульсных сигналов. Идея использования импульсных сигналов в качестве позывных для межзвездной связи была высказана Н. С. Кардашевым в 1965 г. на 5-й радиоастономической конференции в Харькове и затем развивалась в работах Л. М. Гиндилиса[339] и Н. Т. Петровича[340]. В те годы поиск импульсных сигналов стимулировался также попытками обнаружения естественных импульсных источников в связи с предполагавшейся возможностью существования радиовсплесков, сопровождающих всплески гравитационных волн, обнаруженных, как тогда полагали, Вебером.

7.2.1. Поиск импульсных позывных с ненаправленными антеннами

Поиск проводился двумя группами: нижегородской группой (НИРФИ) под руководством В. С. Троицкого и московской группой (ГАИШ, ИКИ) под руководством Н. С. Кардашева. Наблюдения велись с помощью ненаправленных антенн на нескольких частотах в сантиметровом и дециметровом диапазоне волн. Конечно, чувствительность при ненаправленном приеме крайне низка, и можно было надеяться обнаружить таким методом только очень мощные сигналы.

В НИРФИ поиск был начат на волне 50 см, а затем после обнаружения спорадического радиоизлучения на этой волне диапазон поиска был расширен и наблюдения стали проводиться на волнах 30 см, 16 см, 8 см и 3 см. Для того чтобы исключить местные помехи, использовались одновременные наблюдения в нескольких далеко разнесенных пунктах. Считалось, что если сигнал зарегистрирован в одно и то же время в нескольких пунктах, то это не может быть местная помеха. Вероятность случайного совпадения учитывалась. В течение 1969–1970 гг. наблюдения проводились на Дальнем Востоке (Уссурийск), в Горьковской области (Пустынь), в Мурманской области (Тулома) и в Крыму (Кара-Даг). В 1972 г. наряду с наземными пунктами на территории Советского Союза было организовано наблюдение на борту научно-исследовательского судна «Академик Курчатов», совершавшего рейс в экваториальных водах Атлантики. Поиски привели к обнаружению ранее неизвестного спорадического радиоизлучения, генерируемого в верхних слоях ионосферы и в магнитосфере Земли под воздействием солнечных корпускулярных потоков[341]. Это интересный «побочный продукт» исследований. Но сами долгожданные сигналы так и не были обнаружены.

Нс удалось обнаружить их и московской группе. Применяемая здесь методика несколько отличалась от нижегородской: для выделения импульсов космического происхождения наряду с совпадением по времени в разных пунктах предполагалось использовать запаздывание низкочастотных составляющих сигнала относительно высокочастотных из-за дисперсии в межзвездной среде. С этой целью использовался приемник, состоящий из нескольких спектральных каналов. Если импульс пришел из дальнего Космоса, то он сначала должен был появиться в высокочастотном канале и лишь затем, после некоторой задержки, — в низкочастотном. Величина задержки позволила бы оценить расстояние до источника сигнала. Этот метод получил название метод синхронного дисперсионного приема[342]. Приемник состоял из широкополосного малошумящего усилителя, работающего в диапазоне 350–550 МГц и четырех фильтров с полосой 5 Мгц, настроенных на частоты 371, 408, 458, 535 МГц. Сигнал принимался одновременно во всей полосе и в узкополосных фильтрах. Наблюдения проводились осенью 1972 г. в двух пунктах — на Кавказе и на Памире, а также в 1973 г. на Кавказе, Камчатке и на борту АМС «Марс-7». Бортовые исследования поводились совместно с французскими учеными (Ж. Стейнберг и др.). На Кавказе и Камчатке, помимо приемников, работающих в диапазоне 350–550 МГц, использовались приемники на частотах 38 и 60 МГц, на которых работали радиометры АМС «Марс-7». В результате этих исследований было выявлено несколько типов совпадающих сигналов, часть из них соответствует спорадическому излучению Солнца, часть связана с излучением ИСЗ.

С середины 1970-х годов синхронные наблюдения импульсных сигналов с ненаправленными антеннами прекратились. В ИКИ метод синхронного дисперсионного приема стал использоваться в сочетании с направленными антеннами (РТ-22, Крым-Серпухов). В НИРФИ регистрация спорадического излучения с ненаправленной антенной продолжалась лишь в одном пункте (Кара-Даг).

7.2.2. Исследование статистической структуры излучения мазерных источников ОН

История и уроки исследования радиоисточника СТА 102 (см. гл. 1) еще раз со всей остротой поставили вопрос о критериях искусственного источника. Эта проблема широко обсуждалась на семинарах SETI в 1960-1970-е годы. Постепенно все более четко стала вырисовываться ограниченность радиоастрономических критериев и необходимость разработки более строгих, однозначных критериев искусственного источника. Одно из направлений связано с разработкой критериев, основанных на исследовании статистической структуры сигнала. Речь идет о том, что сигналы, генерируемые радиопередатчиками, по своим статистическим характеристикам (например, по распределению амплитуд) отличаются от чисто шумового сигнала. А поскольку все естественные источники радиоизлучения имеют шумовую природу, то появляется возможность отличить их от источников искусственного происхождения, которые должны иметь нешумовые характеристики. Впервые на такую возможность указал М. Голей[343]. Позднее этот вопрос анализировался В. И. Слышем[344], Л. И. Гудзенко и Б. Н. Пановкиным[345], В. И. Сифоровым[346]. Надо сказать, что экспериментальное изучение статистической структуры сигнала применительно к космическим радиоисточникам, учитывая малое отношение сигнал/шум, представляет собой весьма сложную задачу и требует применения специальной аппаратуры. Тем не менее, такая попытка была предпринята группой московских радиоастрономов под руководством Н. С. Кардашева.

В качестве первых кандидатов были выбраны источники когерентного мазерного радиоизлучения ОН, поскольку для них прежде всего можно было ожидать отклонения от характеристик гауссова шума. Специальная приставка к радиометру была разработана Г. М. Рудницким. Наблюдения проводились М. И. Пащенко, Г. М. Рудницким, В. И. Слышем и Е. Е. Лехтом на Большом радиотелескопе в Нансе (Франция) с участием французских исследователей. Первые наблюдения были проведены в декабре 1970 г. Исследовались источники W 3, NGC 6334 A, Sgr В2, W 49, VY Большого Пса. Ни для одного из них не было обнаружено заметных отклонений от гауссова распределения амплитуд[347]. В апреле-мае 1972 г. были проведены новые наблюдения мазерных источников ОН на том же радиотелескопе со значительно лучшим отношением сигнал/шум. Результаты подтвердили вывод предыдущей работы[348]. Позднее авторы наряду с распределением амплитуд исследовали также распределение интервалов времени между нулями сигнала[349]. Эти исследования также подтвердили первоначальный вывод о шумоподобном характере мазерного излучения ОН. Другим объектом, который проверялся на соответствие статистическому критерию искусственности, был центр нашей Галактики. Согласно гипотезе Кардашева, именно здесь, в центре Галактики, может находиться мощная Сверхцивилизация. В 1972 г. Н. С. Кардашев и М. В. Попов с сотрудниками исследовали статистическую структуру излучения центра Галактики. Были обнаружены отклонения от нормального распределения для флуктуаций интенсивности непрерывного спектра на волне 3,5 см[350]. Этот результат требовал проверки, но повторить эксперимент не удалось.

Более углубленный анализ показал, что статистические критерии, как и радиоастрономические, не вполне однозначны. С одной стороны, некоторые естественные источники когерентного излучения, в принципе, могут иметь негауссовы характеристики (например, мазерные источники ОН, хотя для них это не подтвердилось). С другой стороны, если цивилизация-отправитель использует при передаче оптимальные коды, го такой сигнал, согласно теореме Шеннона, по своим статистическим свойствам неотличим от шума. Мы касались этого вопроса в гл. 6.

7.2.3. Оптимальный диапазон для межзвездной связи

Много внимания в первые десятилетия исследований SETI в СССР уделялось вопросу об оптимальном диапазоне волн для межзвездной связи. Детальный анализ был выполнен Кардашевым[351]. Его подход состоял в следующем (мы частично касались этой проблемы в гл 1). При выборе оптимального диапазона следует ориентироваться не на временные преимущества, возникающие благодаря прогрессу тех или иных технических средств связи, а на принципиальные ограничения, лежащие в природе вещей и общие для любой цивилизации. Таковы, например, шумы в линии связи. Принципиально неустранимым источником шума при связи между космическими цивилизациями является излучение фона и квантовые флуктуации исследуемого сигнала. Современные данные о шумах фона суммированы на рис. 7.2.1. Кардашев рассмотрел два случая: 1) поиск позывных и 2) прием информативной передачи. В первом случае информативность канала связи не имеет решающего значения, задача сводится к определению диапазона спектра, в котором может быть обеспечено максимальное отношение сигнал/шум. Во втором случае задача ставится таким образом: задан спектр интенсивности космических шумов Iν , и полный интегральный поток F в точке наблюдения; требуется определить оптимальное распределение энергии передатчика по спектру, так чтобы обеспечить максимальную скорость передачи информации. Решение этой задачи показало, что в обоих случаях существенная часть спектра искусственного источника лежит в радиодиапазоне, а при не очень больших потоках F (т. е. в случае дальней передачи) спектр целиком лежит в радиодиапазоне, охватывая область от дециметровых до миллиметровых волн. При этом предполагалось, что адресат неизвестен и поиск ведется по всему небу.

Рис. 7.2.1. Шумы фона в радиодиапазоне. По горизонтальной оси отложена частота электромагнитных волн (нижняя шкала) или длина волны (верхняя шкала); по вертикальной оси — шумовая температура фона в кельвинах, характеризующая интенсивность шума. Основные составляющие: галактический радиошум, излучение земной атмосферы и реликтовый фон. В коротковолновой области начинают сказываться шумы, связанные с квантовыми флуктуациями. Отмечена линия водорода Н и линия позитрония в области около 1,5 мм

Позднее Кардашев рассмотрел случай, когда поиск ведется от определенных объектов. В этом случае необходимо учитывать радиоизлучение фона в окрестности рассматриваемого источника, а также рассеяние радиоволн в окружающей его плазме. В качестве подходящих объектов он рассматривал центр Галактики, ядра других галактик и квазары. Анализ показал, что в этом случае оптимальной оказывается область максимума интенсивности реликтового фона вблизи λ = 1,7 мм. Поиск сигналов от звезд при условии использования взаимнонаправленного канала также приводит к миллиметровому диапазону вблизи λ = 1,5 мм. Как раз в этом диапазоне находится линия позитрония λ = 1,47 мм, которую можно рассматривать как удобный репер, аналогичный линии 21 см в дециметровом диапазоне. На основании этих соображений Кардашев пришел к выводу, что для изотропно излучающего передатчика оптимальной является длина волны 21 см, а для направленного излучения 1,5 мм[352]. На преимущество мм-диапазона, исходя из энергетических соображений, указывал В. С. Троицкий[353]. Согласно расчетам автора, оптимальная длина волны для передачи импульсных сигналов с компенсирующими задержками также находится в миллиметровой области (λ = 5,35 мм, ν = 56 ГГц)[354].

Еще один подход к выбору частоты для межзвездной связи был предложен в 1991 г. В. С. Стрельницким и Л. М. Гиндилисом[355]. Анализ тонкой и сверхтонкой структуры возбужденного уровня n = 2 атома водорода показывает, что этот уровень распадается на 6 подуровней, при переходе между которыми возникает 6 спектральных линий. Все они попадают в радиодиапазон: три линии имеют частоты около 1 ГГц и три — около 10 ГГц. Ряд обстоятельств делает эти линии привлекательными для межзвездной связи. Во-первых, в отличие от линии 21 см (1420 МГц) основного уровня водорода n = 1, эти линии не подвержены помехам со стороны галактического радиоизлучения. Во-вторых, использование сразу шести линий дает богатые возможности для кодирования семантической информации.

Поскольку оптимальный диапазон волн нуждается в защитных мероприятиях, были предприняты соответствующие шаги в этом направлении: советские представители в Международном Союзе Электросвязи внесли предложения о защите частот для межзвездной связи. Они нашли отражение в Регламенте радиосвязи и других документах Международного Консультативного Комитета Радиосвязи (МККР). Несмотря на принятые решения, реальная ситуация с помехами на Земле и в околоземном космическом пространстве остается неблагоприятной, и имеется устойчивая тенденция ее ухудшения в будущем. Радикальное решение этой задачи возможно лишь на обратной стороне Луны, экранированной от радиоизлучений с Земли и околоземных орбит. В начале 1970-х годов Б. А. Дубинский предложил на МККР новый подход к выделению частот в экранированной зоне Луны: вместо обычного выделения отдельных частотных полос для различных космических служб связи и радиоастрономии считать весь спектр радиочастот в этой зоне предназначенным для радиоастрономии и других пассивных радиофизических исследований, включая SETI. В результате активной разъяснительной работы этот подход был признан, и в 1979 г. Всемирная Административная Конференция по радиосвязи включила в Регламент радиосвязи специальное постановление, которое является юридической основой признания экранированной зоны Луны заповедником для пассивных радиоисследований. Это решение одновременно является мерой по защите окружающей среды.

7.2.4. Радиосвязная стратегия SETI

Основные направления радиосвязной стратегии SETI были сформулированы еще на 1-м Всесоюзном совещании по поиску внеземных цивилизаций в 1964 г. Одно направление, связанное с поисками цивилизаций нашего и несколько более высокого уровня, ориентировалось на поиск узконаправленного и узкополосного излучения; другое ориентировалось на поиск сигналов от Сверхцивилизаций (см. гл.1). Несколько интересных идей относительно поиска сигналов ВЦ были высказаны П. В. Маковецким. Главная трудность состоит в неопределенности всех существенных параметров сигнала. Маковецкий предположил, что ВЦ осуществляют передачу позывных в виде узкополосных синусоидальных сигналов на частотах πFH и FH/π, где FH — частота радиолинии водорода 21 см. По его мнению, это не только сокращает неопределенность в частоте, но и позволяет установить искусственный характер сигнала[356]. Для сокращения неопределенности во времени он предложил использовать синхронизацию по вспышкам сверхновых и новых звезд. Как раз незадолго перед этим, в 1975 г., произошла вспышка Новой в созвездии Лебедя.

Маковецкий рассчитал моменты связи для нескольких ближайших звезд, используя в качеств «синхросигнала» вспышку Новой лебедя 1975 г.[357] В сентябре 1978 г. в рассчитанные им даты на радиотелескопе РАТАН-600 были предприняты поиски сигнала от Летящей звезды Барнарда, но эти попытки не увенчались успехом. Наконец, для сокращения неопределенности направления он предложил сосредоточить поиск в направлении некоторых особых важных объектов, которые предположительно должны быть известны для всех цивилизаций Галактики и могут использоваться ими в качестве «естественных маяков» для указания направления[358]. Наиболее полно стратегия Маковецкого изложена в его работе[359].

В отличие от стратегии Маковецкого, которая основана на использовании «безмодуляционных» позывных, предназначенных только для обнаружения искусственного источника, Н. Т. Петрович рассмотрел метод передачи модулированных сигналов, позволяющих передавать информацию по каналу SETI[360]. Для того чтобы исключить искажение сигнала в межзвездной среде, Петрович предложил использовать относительные методы модуляции, при которых информация кодируется не абсолютным значением параметра сигнала, а его относительным значением по отношению к значению того же параметра, передаваемого в соседнем интервале времени или на соседней несущей частоте. Наибольшей помехоустойчивостью обладают фазоманипулированные сигналы ОФМ, успешно применяемые в наземных и космических линиях связи. Поскольку, по мнению Петровича, трудно ожидать, что ВЦ используют сверхмощные передатчики, позволяющие получить высокое отношение сигнал/шум в точке приема, необходимо рассчитывать на прием сигнала ниже уровня шума. Можно думать, что, понимая это, цивилизация-отправитель, чтобы облегчить обнаружение сигнала, вводит модуляцию несущей частоты медленным периодическим процессом. Одновременное использование абсолютного метода для периодической модуляции частоты и относительного метода для манипуляции фазы позволяет сконструировать универсальный сигнал, в котором с помощью фазовой манипуляции можно передавать двоичную информацию. В зависимости от отношения сигнал/шум в точке приема и совершенства приемной техники может быть выделен либо только периодический процесс, либо также и передаваемая информация. Проблема обнаружения внутренних сигналов («подслушивание») анализировалась А. В. Архиповым[361]. Он рассмотрел возможность обнаружения сигналов аналогичных земному телевидению в диапазоне 10^2—10^3 МГц. Полагая, что полная мощность, которой располагает ВЦ, составляет 10^25 Вт (цивилизация II типа по Кардашеву) и на радиоизлучение в указанном диапазоне тратится такая же доля полной мощности, как и на Земле, он получил оценку мощности излучения ВЦ в данном диапазоне ~ 4 10^19 Вт. На расстоянии 20 пк это дает плотность потока 1 Ян, что не представляет труда для обнаружения. Далее Архипов предположил, что ВЦ из экологических соображений располагает свою «промышленную зону» вдали от планет, на расстоянии 1000 а. с. от звезды. Тогда с расстояния 20 пк она будет видна на угловом расстоянии порядка одной минуты от звезды. Архипов проанализировал каталог близких (M < 20 пк) звезд и каталог радиоисточников на частоте 408 МГц и нашел четыре случая попадания источника в заданную окрестность (1 угловая минута) звезд спектрального класса F8V — K0V. Вероятность случайной проекции, но его оценкам, составляет 2 • 10-4. Подобные объекты могут представлять интерес для программы SETI. Некоторые зарубежные исследователи внесли объекты Архипова в свою программу поиска.

7.2.5. Поиск оптических сигналов

Наряду с поисками радиосигналов. В СССР велись поиски сигналов в оптическом диапазоне. Они были начаты в 1970-х годах в Специальной астрофизической обсерватории (САО) АН СССР под руководством Виктория Фавловича Шварцмана, блестящего астрофизика, глубокого мыслителя и большого энтузиаста SETI. Был создан уникальный комплекс аппаратуры, позволяющий анализировать сверхбыструю оптическую переменность, на временных интервалах от 10-7 с до 100 с. Он использовался как для решения астрофизических задач, так и для поиска сигналов ВЦ в оптическом диапазоне. Исследования велись в рамках программы «Многоканальный анализ наносекундных изменений яркости», сокращенно МАНИЯ[362], отчего исследователей стали шутливо называть «маньяками». Применительно к сигналам ВЦ ставилась задача поиска сверхузких эмиссионных линий шириной до 10-6 ангстрем, либо импульсного лазерного излучения. Был составлен список объектов, перспективных, с точки зрения поиска ВЦ. По мнению Шварцмана, наибольший интерес представляют радиоизлучающие объекты с континуальным оптическим спектром (РОКОСы). Они характеризуются переменным во времени оптическим и радиоизлучением, а в спектре их отсутствуют линии каких бы то ни было химических элементов. Природа этих объектов неизвестна.

Первые наблюдения по программе МАНИЯ были проведены в 1973–1974 гг. с помощью телескопа «Цейс-600»[363], а с 1978 г. они велись также на самом крупном в СССР (и в то время самом крупном в мире) 6-метровом телескопе БТА[364]. Анализ наблюдений не обнаружил сигналов, которые можно было приписать ВЦ. Поскольку все записи были сохранены на магнитных носителях предполагалась их повторная обработка по более сложным алгоритмам. Необходимо отметить высокий экспериментальный уровень, на котором были выполнены эти исследования, и очень серьезное теоретическое обоснование. Важным достоинством их является удачное сочетание поисков ВЦ с актуальными астрофизическими задачами, что позволяет избежать психологических трудностей, связанных с отрицательными результатами поиска сигналов.

7.2.6. Поиск астроинженерной деятельности

Наряду с поисками сигналов исследования по проблеме связи с внеземными цивилизациями в СССР включали также поиск астроинженерной деятельности ВЦ. Эта проблема исследовалась С. А. Капланом, Н. С. Кардашевым и В. И. Слышем. В последние годы интересные результаты были получены Н. С. Кардашевым и М. Ю. Тимофеевым. Мы рассказывали об этом в гл. 1.

7.2.7. Каталог SETI-объектов

В начале 1980-х годов, по инициативе Н. С. Кардашева, была предпринята попытка отбора перспективных с точки зрения SETI объектов. В рамках этой программы В. А. Захожай и Т. В. Рузмайкина проанализировали список ближайших звезд (с расстоянием до 10 пк) и выбрали из него кандидатов для поиска планетных систем[365]. Конечно, сейчас после обнаружения внесолнечных планет эта работа в значительной мере потеряла свою актуальность. Более интересный результат получил В. Г. Сурдин. Он рассмотрел условия в шаровых скоплениях и показал, что у звезд шаровых скоплений возможно существование планет земного типа. Поскольку расстояния между звездами в шаровых скоплениях не велики, обитающие на этих планетах разумные существа легко могли бы установить между собой радиосвязь. Сурдин отобрал из каталога шаровых скоплений, насчитывающего 130 объектов, кандидатов для поиска (перехвата) сигналов межзвездной связи[366]. К сожалению, дальнейшего развития эта программа в нашей стране не получила.

7.2.8. Радиолокация точек Лагранжа

В 1980-81 гг. в НИРФИ была выполнена работа по радиолокации точек Лагранжа L_4, L_5 в системе Земля-Луна с целью поиска зондов ВЦ в окрестности этих точек[367] (см. § 1.13). Эксперимент проводился на частоте 9,3 МГц в ночное время. Радиосигналы формировались в виде импульсов длительностью 1 с, разделенных промежутком в 4 с. Эффективная мощность составляла 25 МВт. Прием ответных сигналов проводился в полосе 1,5 кГц с постоянной времени 0,2 с. Длительность одного сеанса, определяемая временем прохождения либрационной точки через диаграмму антенны, составляла 40 минут. Всего было проведено около 25 сеансов. Не обнаружено никаких следов отраженного сигнала, вдвое превышающего уровень космического фона.

7.2.9. Радиотелескопы для SETI

Существенные преимущества для решения задач SETI представляет вынос радиотелескопа за пределы земной атмосферы. Это позволяет исключить поглощение радиоволн в атмосфере Земли и шумы, обусловленные излучением атмосферы. Кроме того, для орбитального радиотелескопа не действуют ограничения на размер поверхности, связанные с ее деформацией под действием собственного веса. Это дает возможности создавать в Космосе очень крупные системы. Проект космического радиотелескопа диаметром более 1 км разработан в 1970-х годах в ИКИ АН СССР при участии организаций промышленности под руководством Н. С. Кардашева. Такой телескоп должен собираться на орбите из отдельных блоков и поверхность его может неограниченно наращиваться[368]. Важной вехой на пути реализации этих планов стал запуск в СССР в июне 1979 г. первого космического радиотелескопа КРТ-10 диаметром 10 м. В дальнейшем это направление продолжало развиваться в рамках проекта РАДИОАСТРОН[369]. Перспективы использования космической радиоастрономии для целей SETI были проанализированы Г. С. Царевским[370].

В 1980-х годах В НИРФИ под руководством В. С. Троицкого была разработана система «Обзор», предназначенная для поиска сигналов ВЦ с неизвестного направления[371]. Система должна была состоять из нескольких десятков небольших радиотелескопов диаметром порядка 2 м, работающих в диапазоне 52 см. Диаграмма каждой антенны около 15°, и в совокупности они должны были перекрыть весь небесный свод. Приемная аппаратура позволяла обеспечить прием сигналов круговой и линейной поляризации. Общая полоса анализа составляла 2 МГц. Каждый приемник, соединенный с соответствующей антенной, должен был иметь 10 спектральных каналов шириной по 200 кГц. Расчетная чувствительность по потоку должна была быть порядка 10-19 Вт/м^2. Одновременно с этой многоэлементной системой малонаправленных антенн предполагалось использовать еще два радиотелескопа с всенаправленными дипольными антеннами. Один из них планировалось оборудовать многоканальным приемником с полосой каждого канала 100 Гц и с более высокой чувствительностью до 10-20 Вт/м^2; другой предназначался для детального исследования поляризационных свойств излучения (он позволял измерять все параметры Стокса принимаемого радиоизлучения). Проект предусматривал постепенное наращивание числа антенн в системе. Предполагалось, что к 1990 г. начнутся наблюдения с 20 лучами, а к 1995 г. число лучей будет доведено до 100.

По чувствительности и числу приемных каналов система «Обзор» значительно уступает таким проектам, как SERENDIP, SENTINEL (см. § 1.9). Преимущество ее в том, что она обеспечивает одновременное перекрытие всего неба, что чрезвычайно важно, когда направление прихода сигнала неизвестно. По сравнению с ранее проводившимися в СССР поисками сигналов от всего неба с помощью всенаправленных антенн, система «Обзор» позволила бы не только значительно повысить чувствительность, но и более уверенно выделять различные типы сигналов (земные помехи, ИСЗ, ионосфера, Солнце и др.). К сожалению, эта скромная, недорогая и вполне осуществимая система не была реализована, так как Троицкому не удалось найти необходимые средства.

Большие надежды связывались с радиотелескопом РТ-70, к сооружению которого в 1980-х годах приступил коллектив ИКИ АН СССР под руководством Н. С. Кардашева[372]. Этот гигантский телескоп диаметром 70 м был рассчитан на предельную волну 1 мм, что давало возможность проводить наблюдения в линии позитрония 1,47 мм, которая, как отмечалась выше, представляет интерес для SETI. Кроме того, РТ-70 предполагалось использовать в системе наземно-космического радиоинтерферометра с очень высоким разрешением, что открывало перспективу обнаружения астроинженерных конструкций. Сооружение РТ-70 велось в горном районе Узбекистана на плато Суффа на высоте более 2000 м над уровнем моря. Распад Советского Союза и общий хаос, охвативший нашу страну, не позволили реализовать эти планы.

7.3. Теоретические исследования, 1970-1990

7.3.1. Множественность обитаемых миров. «Парадокс Ферми»

В 1975 г. на Зеленчукской школе-семинаре CETI И. С. Шкловский выступил с концепцией уникальности нашей земной цивилизации. В 1976 г. он опубликовал в «Вопросах философии» статью с обоснованием своей точки зрения. Эта работа, возрождавшая старый спор о множественности обитаемых миров, явилась отражением тех трудностей (объективных и субъективных), с которыми столкнулась проблема SETI в процессе своего развития. Концепция уникальности не получила поддержки со стороны специалистов в области SETI. С критикой ее выступили Н. С. Кардашев, В. С. Троицкий и др. Интересная полемика по этой проблеме между И. Шкловским и С. Лемом опубликована в журнале «Знание-сила» в 1977 г. Мы рассказывали об этих дискуссиях в § 4.4.

Возникшая дискуссия потребовала более строгого подхода к оценке числа коммуникативных цивилизаций. Пример такого подхода, основанного на использовании статистических методов, содержится в работах Л. М. Гиндилиса и Б. Н. Пановкина[373] (см. п. 4.3.4). Другой подход был продемонстрирован Л. С. Марочником и Л. М. Мухиным[374]. Они оценили число цивилизаций в Галактике, исхода из развиваемых ими представлений о том, что жизнь возникает в узкой кольцевой зоне Галактики, вблизи области коротации (где спиральные рукава неподвижны относительно звезд), а время жизни цивилизаций определяется временем движения звезды по галактической орбите между соседними спиральными рукавами. Полученная ими оценка (верхний предел): 4 10^7 цивилизаций в Галактике.

В связи с проблемой «космического чуда», на отсутствии которого в значительной мере строится концепция уникальности, В. С. Троицкий детально проанализировал возможность создания мощных всенаправленных маяков-передатчиков для межзвездной связи и пришел к выводу, что необходимость сохранения околозвездной среды обитания приводит к энергетическим ограничениям, которые не позволяют реализовать достаточно мощный передатчик, соответствующий цивилизациям II и III типа по Кардашеву. С другой стороны, для преодоления АС-парадокса Троицкий выдвинул совершенно новую оригинальную концепцию одновременного и однократного происхождения жизни во Вселенной. Мы рассказывали об этом в гл. 6. Анализ проблемы множественности обитаемых миров (включая АС-парадокс) был выполнен в 1988 г. Л. М. Гиндилисом[375].

7.3.2. Модели развития космических цивилизаций

Две стратегии SETI, сформировавшиеся еще на 1-м Всесоюзном совещании по внеземным цивилизациям (Бюракан, 1964), основывались на двух различных концепциях развития ВЦ. Одна из них исходит из того, что энергетический уровень цивилизаций ограничен определенными физическими и экологическими причинами, благодаря чему трудно ожидать, что будут использоваться сверхмощные передатчики, значительно превышающие уровень энергопотребления для планетной цивилизации порядка 10^14 Вт. Эта концепция развивалась В. С. Троицким. Другая концепция, которую развивает H. С. Кардашев, допускает возможность достижения гораздо более высокого уровня энергетики, вплоть до 10^38 Вт, сравнимого с энергопотреблением целых галактик. По мнению Кардашева, цивилизации должны стремиться к объединению в компактные системы, чтобы собрать все свои ресурсы в относительно небольшом числе объектов (гипотеза «урбанизации»). Он рассмотрел шесть различных сценариев развития цивилизаций, в которых объединение происходит на различных пространственных масштабах. Наиболее вероятным, по его мнению, является объединение цивилизаций в предельно больших масштабах порядка 1-10 млрд св. лет[376].

Более общий подход, основанный на системном анализе, содержится в работах Л. В. Лескова. Мы рассказывали о них в гл. 5.

7.3.3. Проблемы контакта

Важнейшим аспектом контакта между цивилизациями является возможность взаимопонимания при различной системе понятий. В 1970-х годах Б. Н. Пановкин активно разрабатывал эту проблему. Он пришел к выводу, что контакт между цивилизациями по каналам связи (вне общей производственной деятельности по преобразованию окружающей среды) невозможен. Хотя его точка зрения является спорной (мы касались этого вопроса в гл. 6), критика общепринятых, часто весьма упрощенных взглядов, проведенная Пановкиным, оказалась весьма полезной, она стимулировала ряд плодотворных дискуссий и способствовала более правильной оценке реального состояния проблемы. Еще одно направление развивалось в Институте кибернетики Академии наук Украины под руководством И. М. Крейн. Она рассматривала контакт с внеземными цивилизациями как частный случай более общей проблемы — контакта с высокоорганизованными системами. Мы подобно обсуждали идеи И. М. Крейн в § 5.1 в связи с определением понятия «космическая цивилизация». Упомянем еще три работы, связанные с контактом и разработкой языков-посредников[377].

Проблема языка для связи с космическими цивилизациями рассматривалась Б. В. Сухотиным[378]. Он не ставил цель построения специального языка для связи с ВЦ, а решал другую задачу — дешифровки сообщения, полученного по каналам межзвездной связи. Поскольку о языке отправителя нам ничего неизвестно, Сухотин сформулировал задачу в предельно общем виде: задан некий произвольный текст, написанный неизвестными символами на неизвестном языке, мы не знаем, используются ли буквы, иероглифы или что-то иное, не знаем, как выделяются такие части речи, как «слова», «предложения», «абзацы». Требуется расшифровать этот текст, выделить содержащуюся в нем информацию. Сухотин разработал ряд алгоритмов для решения этой задачи. К сожалению, после его безвременного ухода из жизни эта работы никем не продолжались.

Обстоятельный философский анализ проблемы контакта с ВЦ выполнен В. В. Рубцовым и А. Д. Урсулом[379].

7.3.4. Межзвездные перелеты

В 1970-х годах в СССР получили развитие исследования, связанные с разработкой релятивистской теории межзвездных полетов (У. Н. Закиров, Б. К. Федюшин и др.)[380]. Это самостоятельное научное направление, не обязательно связанное с SETI. В 1970-х годах Закиров представил несколько докладов на ежегодные конгрессы Международной федерации астронавтики, в которых рассматривалась задача о посылке зонда на поиски внеземных цивилизаций. Совместно с М. Я. Маровым он разработал схему полета к ближайшим звездам[381]. Используется пятиступенчатая ракета массой около 3000 т с полезной нагрузкой 450 кг, которая стартует с орбиты искусственного спутника Земли. Одновременно посылаются две такие ракеты, из которых одна служит дозаправщиком. Она присоединяется к основной раке те после выхода за пределы Солнечной системы. Это позволяет развить скорость 0,4 с и достигнуть окрестностей ближайших звезд за время жизни одного поколения. В полете должны решаться следующие задачи: изучение физических характеристик межзвездной среды, обнаружение планетных систем у других звезд, обнаружение сигналов ВЦ и попытка установления контакта с ними. С этой целью в составе оборудования зонда предусматривается радиомаяк, который будет «ощупывать» пространство. Если использовать 30-метровую антенну, то для связи на волне 21 см в пределах 10 св. лет достаточна мощность передатчика около 200 Вт. Удельная плотность научной аппаратуры по отношению к общей массе корабля должна составлять 40 %. Авторы полагают, что в целом подобный проект вполне реализуем.

В. Г. Сурдин рассмотрел более общую задачу — путешествия в пределах Галактики с использованием гравитационного маневра около одиночных и кратных звезд различных типов. Он пришел к выводу, что наилучшие условия для этого реализуются в ядрах шаровых скоплений[382]. Поскольку и расстояния между звездами там невелики, то межзвездные сообщения для жителей шаровых скоплений (если они существуют!) не представляют проблемы.

7.3.5. Философия и SETI

Изучение возможностей связи с внеземными цивилизациями приводит к постановке ряда вопросов общенаучного и философского порядка. Многие из них обсуждались на ежегодных Чтениях в Калуге, посвященных разработке научного наследия и развитию идей К Э. Циолковского. Авторитет Циолковского позволял касаться таких вопросов, обсуждать которые в то время было не принято. Материалы этих обсуждений опубликованы в трудах Чтений. Несколько полезных дискуссий по философских аспектам проблемы SETI, организованных Институтом философии АН СССР, нашли отражение в книге[383].

7.3.6. Является ли SETI проблемой астрофизики или культуры в целом?

Так назывался доклад, с которым В. Ф. Шварцман выступил на Зеленчукской школе-семинаре CETI в 1975 г. В нем Шварцман, демонстрируя превосходную эрудицию во многих областях науки, философии и искусства, обосновал важнейшую мысль о том, что проблема SETI — не только общенаучная и философская проблема, но проблема всей человеческой культуры. Эта очевидная мысль показалась многим не просто спорной, но и абсурдной. Статья Шварцмана даже не была включена в Труды Зеленчукского семинара и была опубликована позднее[384]. В той же работе Шварцман развил глубокие идеи об использовании музыки и игр в межзвездных посланиях. Мы рассказывали об этом в § 1.14.

7.4. Последнее десятилетие XX века

Общий упадок науки в России после 1991 г. в результате проведения «демократических» реформ не мог не сказаться и на состоянии SETI. Однако благодаря энтузиазму исследователей поиски полностью не прекратились. В 1990-х годах экспериментальные исследования развивались в нескольких направлениях: 1) поиск радиосигналов от солнцеподобных звезд, 2) поиск оптических сигналов, 3) поиск сфер Дайсона и 4) передача радиосообщений внеземным цивилизациям. Кроме того, были выполнены интересные теоретические исследования.

7.4.1. Поиск радиосигналов от солнцеподобных звезд

Эту программу под названием «Зодиак» ведет Л. Н. Филиппова при поддержке НКЦ SETI и САО РАН. Первые радионаблюдения солнцеподобных звезд по программе «Зодиак» были проведены в октябре 1989 г. и продолжались в последующие годы. В наблюдениях и обработке принимали участие И. В. Госачинский, О. В. Верходанов, H. Н. Бурсов, М. Г. Мингалиев, В. А. Столяров и другие сотрудники САО. Для поиска отобраны 29 звезд из списка Д. Содерблома, расположенные вблизи эклиптики (в пределах 14 градусов от нее) и несколько ближайших к нам звезд солнечного типа. Наблюдения проводятся на радиотелескопе РАТАН-600. Используются два режима: режим прохождения, когда продолжительность наблюдения каждой звезды определяется временем ее прохождения через диаграмму антенны, и режим скольжения, позволяющий увеличить время наблюдения. Недостаток первого метода в какой-то мере «компенсируется» тем, что здесь наблюдения ведутся одновременно на нескольких волнах сантиметрового и дециметрового диапазонов: 1,38; 2,7; 3,9; 7,6; 13 и 31 см. Наблюдения в режиме скольжения ведутся на волне 21 см. Всего за период с 1989 по 1999 гг. на РАТАН-600 наблюдались 35 солнцеподобных звезд, из которых у 5 звезд имеются планеты. Часть звезд наблюдалась повторно в различные сезоны. Несколько звезд наблюдались также в оптическом диапазоне с помощью 6-метрового телескопа БТА. Со списком звезд, наблюдавшихся в 1998–1999 гг. можно познакомиться в Интернете на страничке «Russian SETI» (http://infml.sai.msu.ru/SETI). Ни у одной из исследованных звезд не было обнаружено превышение потока излучения над шумами. Определенный интерес вызывает звезда W 252. По координатам она почта совпадает с инфракрасным источником F06522+2526 из каталога IRAS, что может указывать (хотя и не обязательно!) на астроинженерную деятельность высокоразвитой ВЦ. Профиль линии водорода в направлении на эту звезду, полученный И. В. Госачинским, показал усиление радиосигнала в одном из спектральных каналов. Заманчиво было бы приписать этот сигнал ВЦ, но, скорее всего, как считают исследователи, причиной его служит водородное облако, наблюдаемое в направлении W 252. В 1998 г. по инициативе С. Ф. Лихачева (АКЦ ФИАН) 4 звезды из списка Л. Н. Филиповой были включены в программу VLBI эксперимента INTAS-98. Наблюдения проводились на волне 18 см с помощью крупных радиотелескопов, включенных в интерферометрическую сеть и расположенных на территории США, России, Италии, Южной Африки и Китая: Arecibo (305 м), Green Bank (43 м), Медвежьи Озера (64 м), Светлое (32 м), Пущино (22 м), Medicina (32 м), HartRAO (25 м), Urumqi (25 м).

7.4.2. Поиск оптических сигналов продолжается

В 1990-е годы в САО была продолжена программа поиска оптических сигналов, начатая еще В. Ф. Шварцманом. После его преждевременного ухода из жизни эту работу возглавил ближайший сотрудник Шварцмана — Г. М. Бескин. Прежде всего был расширен список объектов для поиска ВЦ. Применительно к цивилизациям I типа (сравнимых с нашей земной цивилизацией) — это звезды спектральных классов F9V — G5V в окрестностях Солнца, с расстоянием до 25 пк; для сверхцивилизаций II и III типа — объекты с необычными характеристиками, в частности, не имеющие спектральных линий. К последним относятся белые карлики DC-типа и так называемы РОКОСы, о которых мы упоминали выше. Полный список объектов включает 161 звезду солнечного тапа (при этом особое внимание уделялось звездам с планетными системами), 110 DC-карликов и 80 РОКОСов. Проведены наблюдения примерно по 20 объектов каждого типа. Ни от одного из них ожидаемые сигналы не были обнаружены. Это позволило дать оценку относительной мощности редких вспышек и верхний предел мощности гипотетических лазеров ВЦ[385]. Несмотря на отсутствие положительных результатов группа Бескина продолжает поиск, расширяются списки объектов-кандидатов SETI, совершенствуется аппаратура. В начале 1990-х годов комплект аппаратуры МАНИЯ был установлен на 2-метровом телескопе CASLEO в Аргентине, с помощью которого проведены наблюдения объектов южного неба.

7.4.3. Поиск сфер Дайсона

Программа ведется в АКЦ ФИАН под руководством Н. С. Кардашева, основной исполнитель М. Ю. Тимофеев. Проведен анализ каталога инфракрасных объектов, полученных с помощью спутника IRAS, и отобраны кандидаты в СД[386]. Мы рассказывали об этой работе в § 1.12.

7.4.4. Передача радиосообщеиий внеземным цивилизациям

Если в предыдущие десятилетия эксперименты в области SETI в СССР и России ограничивались только поисками сигналов, то в 1990-е годы были предприняты попытки послать радиосообщение внеземным цивилизациям[387]. Об этом мы рассказывали в гл. 1.

7.4.5. Стратегия SETI

Н. Т. Петрович продолжил разработку стратегии поиска сигналов ВЦ под шумами[388]. Он исходит из того, что обе цивилизации — отправитель и получатель — должны учитывать особенности обнаружения слабых сигналов и делать шаги навстречу друг другу (принцип конвергенции). Единственный способ обнаружения такого сигнала на приемной стороне состоит в использовании метода накопления, т. е. выделение и суммирование большого числа образцов зарегистрированного излучения, представляющего собой смесь сигнала и шума. При этом отношение сигнал/шум на выходе накопителя возрастает с увеличением числа отсчетов (образцов), и при достаточно большом числе отсчетов сигнал на выходе может превысить шум. Это должна учитывать цивилизация-отправитель, посылая сигналы, которые допускают использование метода накопления. То есть каждая смысловая посылка должна многократно повторяться или удлиняться. Расчеты показывают, что при мощности передатчика, сравнимой с достигнутой на Земле, метод накопления позволяет осуществлять передачу и прием сигналов в пределах всей Галактики.

Согласно принципу конвергенции, на передаче может использоваться простейший двоичный код (0,1). Ноль «передается» отсутствием излучения, а для передачи «1» используется либо достаточно длительные отрезки синусоидального сигнала, либо периодическая последовательность импульсов той же длительности. Применение импульсных последовательностей предпочтительнее. С помощью компьютерной обработки, применяя преобразование Фурье, можно не только установить, имеется ли под шумом периодическая последовательность импульсов, но и определить частоту их следования. Затем, настраивая фильтр на данную частоту, нетрудно осуществить накопление сигнала.

Удлинение каждой смысловой посылки приводит к увеличению общего времени поиска. Этого можно избежать, если прием ведется одновременно на много антенн (с приемниками), разнесенных в пространстве для декорреляции шумов. Образцы сигнала (точнее, смесь сигнала и шума), принятые различными антеннами, суммируются, и при большом числе антенн сигнал на выходе превышает шум. Еще один путь накопления сигнала можно реализовать, передавая сигнал одновременно на многих частотах и, соответственно, принимая его на многих приемниках с последующим суммированием. В этом случае разнос приемников по пространству не требуется. Наконец, шансы на установление контакта еще больше повышаются, когда на передаче осуществляется повторение сигналов как по времени, так и по частоте. В этом случае передающая система должна состоять из множества передатчиков и антенн, работающих на разных частотах и синхронно излучающих импульсы в одном заданном направлении. Петрович называет такую систему «энергетической пушкой» или «Космической Катюшей».

В свою очередь, цивилизация-получатель должна учитывать ожидаемые характеристики сигнала и применять соответствующую аппаратуру. Возможно, одна из причин того, что сигналы до сих пор не удалось обнаружить, считает Петрович, состоит в том, что метод накопления при поиске не использовался или использовался неэффективно.

Возможность обнаружения сигнала ниже уровня шума позволяет создать схему построения галактической связи, где вместо остронаправленных антенн (для концентрации энергии в заданном направлении) используются мало направленные (или даже всенаправленные) антенны. Это резко снижает мощность сигнала на приеме, но зато позволяет охватить сразу много потенциальных абонентов и тем увеличивает вероятность установления связи. Снижение мощности сигнала на приеме компенсируется увеличением его энергии за счет увеличения длительности посылки «1» или «0», что эквивалентно увеличению мощности сигнала на передаче или увеличению направленности передающей и приемной антенн.

Ряд новых идей, связанных с обнаружением радиоизлучения ВЦ, выдвинул А. В. Архипов из Харьковского радиоастрономического института (Украина). Так, он полагает, что для защиты астроинженерных сооружений от ионизирующего излучения своей звезды цивилизация может создать вокруг них искусственную магнитосферу. Взаимодействие магнитосферы с межпланетной плазмой должно приводить к генерации нетеплового циклотронного радиоизлучения в диапазоне декаметровых волн. Обнаружение такого радиоизлучения могло бы служить указанием на то, что мы имеем дело с искусственной магнитосферой. Проанализировав данные обзора неба на радиотелескопе УГР-2 и сравнив их с каталогом близких звезд, Архипов выделил источник GR 0752-01, совпадающий по координатам с одиночной звездой HD 64606 спектрального класса G8V, находящейся на расстоянии 19 пк от Солнца. Его можно рассматривать в качестве возможного кандидата в SETI-объекты.

Еще одна стратегия поиска, предложенная Архиповым, связана с перехватом радиокоммуникаций зонда ВЦ, находящегося в Солнечной системе. Поиск подобных зондов считается одним из признанных направлений SETI. При этом обычно рассматривается поиск информационных сигналов зонда, адресованных нашей цивилизации. Архипов рассмотрел более реалистическую задачу — перехват радиоизлучения, связанного с радиолокацией окружающего пространства или посылкой информационных сигналов, адресованных родительской цивилизации. Выполненный им анализ показывает, что перехват можно считать практически осуществимым, если используется всенаправленная система обнаружения типа «Обзор» или «Аргус», и если зонд находится в пределах системы Земля-Луна.

7.4.6. Поиск артефактов

Помимо поисков радиоизлучения, Архипов развивает «нетрадиционную» стратегию поиска ВЦ, связанную с обнаружением артефактов на Земле и Луне. Он проанализировал условия попадания и хранения чужих артефактов на Земле и Луне и пришел к выводу, что их можно обнаружить. Задача разбивается на две части, два самостоятельных направления. Первое связано с возможными исследовательскими миссиями ВЦ в Солнечной системе, второе — с обнаружением отходов их космической деятельности, не зависящей от каких бы то ни было проектов поиска иной жизни. Наилучшие условия для поиска артефактов первого типа реализуются на Луне. Подробно изучив процессы перемещения и захоронения артефактов на лунной поверхности под действием метеоритной бомбардировки, Архипов не только показал принципиальную возможность их обнаружения, но и сформулировал принципы лунной археологии, что может представлять интерес не только для SETI, но и для проектов освоения Луны. Он выделил наиболее перспективные районы для археологической разведки Луны и некоторые типы формаций на ее поверхности, нуждающиеся в археологическом исследовании. Архипов описал также ряд феноменов на Луне, интересных с точки зрения SETI, в том числе «быстродействующие образования» на лунном диске, наблюдавшиеся за последние два столетия.

Второе направление связано с проблемой «космического мусора». Архипов показал, что значительная доля «мусора», связанного с космической деятельностью цивилизаций, — от 3 % до 15 % — выбрасывается в межзвездную среду и может попадать в область обитания другой цивилизации.

Он оценил частоту попадания чужих артефактов на границу земной атмосферы, вероятность их «выживания» при прохождении через атмосферу и пришел к выводу, что они могут достигать поверхности Земли. В связи с этим Архипов обращает внимание на необходимость исследования так называемых «псевдометеоритов» и «ископаемых артефактов», что, конечно, имеет важное значение, какова бы ни оказалась природа этих явлений.

Возможность загрязнения Земли (и других планетных систем) отходами космической деятельности ВЦ позволяет по-новому рассмотрен» проблему панспермии (перенос жизни с планеты на планету). Благодаря утечке «мусора» вокруг каждой «техногенной» звезды существует так называемая «нестерильная зона». Вследствие движения Солнечной системы в Галактике она пересекает нестерильные зоны различных звезд, при этом нестерильные артефакты попадают в земную атмосферу и могут достигать поверхности Земли. Причем определенная доля микроорганизмов выживает при торможении в атмосфере, что и приводит к инфицированию планеты. То же самое будет иметь место для других планетных систем. По оценкам Архипова, для инфицирования земноподобной планеты достаточно, чтобы темп производства космического мусора составлял 0,7 % от темпа производства его нашей цивилизацией. При этом порядка 10^5 звезд могли бы инфицировать Землю за время се существования. Этот результат имеет важное, принципиальное значение, но следует иметь в виду, что он справедлив при условии, если современный путь развития нашей цивилизации типичен для других цивилизаций Галактики. Можно думать, что земная цивилизация (если она сохранится) освоит со временем безотходные технологии, и производство космического мусора будет сведено практически к нулю. Тем не менее, результат Архипова представляет несомненный интерес.

Все эти исследования, выполненные в основном в 1990-е годы, Архипов опубликовал в многочисленных статьях, как в русскоязычных, так и в зарубежных журналах. Обобщение их содержится в его кандидатской диссертации «Новые подходы к проблеме поиска внеземных цивилизаций» (Киев, 1998), а в популярном изложении с ними можно познакомиться по его книге «Селениты» (М., 1998).

Одним из видов артефакта можно считать радиоэхо с длительными задержками. Р. Т. Файзуллин, математик из Омска, предложил принципиально новый подход к дешифровке задержек эха. Мы подробно рассказывали об этом в § 1.13.

Наряду с продолжением экспериментальных работ и сопутствующих им исследований последнее десятилетие XX века характеризовалось попытками переосмыслить основания проблемы SETI и некоторыми новыми идеями и подходами к проблеме.

7.4.7. Аксиоматика SETI

Учитывая трудности, с которыми сталкиваются исследователи SETI при попытках дать естественнонаучное (или философское) истолкование основных используемых понятий, С. Ф. Лихачев пошел по пути их аксиоматического введения[389]. Например, жизнь он рассматривает как «неопределимое понятие», существующее в качестве некоторого свойства Вселенной. Затем, пользуясь аппаратом теории множеств, вводятся понятия «разумная жизнь», «сфера распространения разума», «пространство поиска разумной жизни», «канал связи» между цивилизациями и «контакт». После определения понятий вводятся аксиомы SETI. Лихачев рассматривает три группы аксиом: аксиомы существования, аксиомы проявления и аксиомы контакта. Далее он анализирует основные параметры поиска и дает формулу для оценки вероятности обнаружения сигнала в том или ином конкретном проекте SETI. В заключение формулируется «Глобальная стратегия SETI» и «Локальная программа SETI», рассчитанная на 10–15 лет.

7.4.8. Последняя работа В. С. Троицкого: происхождение жизни во Вселенной; теория населенности Галактики

В 1995 г. в книге «Астрономия и современная картина мира», изданной Институтом философии РАН, опубликована статья В. С. Троицкого «Внеземные цивилизации и опыт». Она вышла в свет уже после ухода Троицкого из жизни. В этой статье он обосновал ранее выдвинутые им идеи о происхождении жизни во Вселенной и теории населенности Галактики.

Общепринятые представления о возникновении и развитии цивилизаций исходят из предположения, что цивилизации возникают непрерывно. Это вытекает из того факта, что во Вселенной происходит непрерывное рождение звезд. Одни звезды заканчивают свою эволюцию, другие возникают вновь из межзвездной среды. В нашей Галактике в год рождается порядка 10 звезд с планетными системами. По мере того как на планетах созревают необходимые условия, на них возникает жизнь и по прошествии миллиардов лет биологической эволюции появляются разумные существа и технологические цивилизации.

Троицкий отказался от представления о непрерывном происхождении жизни во Вселенной и предположил, что жизнь возникает однократно и одновременно во всей Вселенной, т. е. в узком интервале времени ее жизни, на тех планетах, где к тому времени создались необходимые физико-химические условия. Ни раньше, ни позже этого момента жизнь во Вселенной не возникает, хотя планеты с подходящими физико-химическими условиями продолжают образовываться. Обосновывая это предположение, Троицкий ссылается на то, что скачок от неживого к живому до сих пор остается непонятым и необъясненным. Еще более непонятно, почему мы должны считать, что такой скачок возможен всегда, независимо от стадии развития Вселенной. Скорее наоборот — указывает Троицкий — возникновение такой сложной формы организации, как жизнь, должно зависеть от фазы развития Вселенной. Например, можно предположить, что она возникает только при определенных свойствах пространства-времени, при определенном значении реликтового фона и т. д. Гипотеза непрерывного возникновения жизни базируется на представлении о том, что жизнь связана только со структурой молекул, но, возможно, не меньшее значение имеет структура пространства и времени, определяющаяся состоянием расширяющейся Вселенной. «Мы не удивляемся, — пишет Троицкий, — общепринятому положению, что материя во Вселенной, в известной нам конкретной форме, не рождается непрерывно, а начала развиваться от элементарных частиц с момента «большого взрыва». Однако почему-то мы должны считать, что жизнь — самое сложное явление материального мира творится непрерывно по мере создания подходящих материальных условий» (с. 242). Концепция однократного, мгновенного происхождения жизни на определенной стадии развития Вселенной не противоречит никаким известным физическим законам — подчеркивает Троицкий. Она, во всяком случае, не более произвольна, чем гипотеза непрерывного происхождения жизни.

Из гипотезы одновременного и однократного происхождения жизни можно вывести важные следствия. Прежде всего из нее вытекает, что жизнь всюду во Вселенной, как и на Земле, возникла около 4 млрд лет тому назад. Если среднее время эволюции для всех цивилизаций принять равным земному, т. е. 4 млрд лет, то это означает, что цивилизации начинают возникать во Вселенной вблизи настоящего момента. В действительности, конечно, время эволюции для разных цивилизаций различно. Поэтому существуют цивилизации разного возраста, как более молодые, так и более старые, чем наша. Но дисперсия возрастов в этом случае будет меньше, чем в предположении непрерывного происхождения жизни.

Далее, поскольку число мест (планет), где одновременно возникла жизнь, конечно, то и число цивилизаций, которые развиваются на этих планетах, не превышает числа таких планет. При неограниченном времени жизни цивилизаций их число не растет неограниченно со временем, как в формуле Дрейка, а стремится к пределу, определяемому числом планет, на которых возникла жизнь. При конечном сроке жизни цивилизаций их число, согласно формуле Дрейка, остается постоянным и определяется временем жизни цивилизаций. По формулам Троицкого при конечном сроке жизни цивилизаций их число со временем стремится к нулю, так как цивилизации постепенно вымирают, а новые уже не нарождаются. Таким образом, теория Троицкого приводит к совершенно другим закономерностям роста населения Галактики со временем. Представляется, что его гипотеза имеет большое общенаучное и философское значение и она заслуживает серьезного внимания.

7.4.9. Семантическая Вселенная Лескова

В гл. 5 мы рассказывали о моделях космических цивилизаций, которые разрабатывались Л. В. Лесковым. В 1990-е годы он предложил новый подход к проблеме в целом[390]. Отсутствие положительных результатов SETI приводит, по мнению Лескова, к необходимости поиска альтернативных решений. Не сворачивая ведущихся исследований, считает он, надо подумать о принципиально новых путях. В основе предлагаемого им подхода лежит представление о бинарной структуре Мироздания и о роли сознания как важнейшего фактора Универсума.

Опираясь на работы известного московского математика В. В. Налимова о существовании семантического поля как определенного слоя реальности, на работы Н. И. Кобозева, теорию торсионных полей и другие новейшие достижения в теории физического вакуума, Лесков выдвигает бинарную модель Мироздания. В основе ее лежит представление о том, что Вселенная (Универсум) содержит два слоя реальности: мир материальных объектов и информационное или семантическое поле. Физическим референтом (носителем) семантического поля, согласно Лескову, является определенная разновидность вакуума, точнее вакуумно-подобное состояние, которое он назвал «мэоном» (что по-гречески означает «вакуум»). Мэон может взаимодействовать с элементарными частицами вещества, участвуя таким образом в актах энерго-информационного обмена. Сознание, носителем которого является мозг, выполняет функции оператора информации, или биокомпьютера, обеспечивая взаимосвязь с семантическим потенциалом мэона. Эту модель Лесков назвал мэон-биокомпьютерной концепцией или сокращенно МБК-концепцией. Согласно МБК-концепции, Вселенная, Универсум, представляет собой двустороннее единство. Одна «сторона» соответствует трехмерному физическому миру, другая — семантическому пространству мэона.

МБК-концепция позволяет указать принципиально новый канал связи между ВЦ, основанный на использовании мэона как носителя информационного потенциала. Преимущества этого канала определяются тем, что, во-первых, отпадает необходимость в значительных энергозатратах, во-вторых, отсутствует временной барьер, так как скорость передачи сигналов может на много порядков превышать световую. Это не противоречит теории относительности, ибо семантическое поле выходит за пределы области ее применимости. По мнению Лескова, центр тяжести исследований в области SETI будет смещаться из области электромагнитных излучений в новую область вакуумной технологии. Это не означает, подчеркивает он, что надо свернуть работу на основе традиционных радиоастрономических методов. Но целесообразно, в рамках существующей программы SETI, развернуть исследования в новом направлении. Вакуумный раздел программы SETI, согласно Лескову, должен включать следующие вопросы: развитие информационных аспектов теории вакуума, включая проблему кодирования и декодирования информации; взаимодействие вакуумного дальнодействия с электромагнитным полем; исследование космического шумового фона и выделение надшумовой компоненты; исследование эффекта Козырева и его следствий. Сюда следует также отнести исследование биологических и психофизиологических эффектов, обусловленных свойствами вакуума, и установление их возможной связи с проблемой SETI. Новое направление программы SETI должно носить комплексный характер. Целесообразно включить в нее не только вопросы когерентной связи, но и теоретические исследования возможных сценариев эволюции космических цивилизаций.

7.4.10. Космический субъект, Быстрый барстер и черные дыры

В гл. 5 мы рассказывали о модели Космического субъекта, разработанной В. А. Лефевром. В последние годы Лефевр привлек к этим исследованиям известного московского астронома Ю. Н. Ефремова. В своем подходе к проблеме Лефевр и Ефремов исходят из очень важного положения: они считают, что поиск космических цивилизаций приобретет статус строго научной задачи, если удастся создать теоретическую модель мира, естественной компонентой которой стал бы разумный субъект. Такая модель должна связать феномен разума с физической картиной Вселенной и указать нам возможные наблюдаемые признаки искусственной деятельности[391]. Обращаясь в связи с этим к модели Лефевра, они отмечают, что математическая структура ее является инвариантом, т. е. универсальным описанием любой высокоразвитой системы, обладающей главной особенностью человека — субъективным внутренним миром и способностью его многократно отражать. Тогда естественно предположить, что, создавая свое внешнее самоописание, система пользуется языком этого инварианта. В частности, они обращают внимание на рентгеновский источник МХВ 1730-335, так называемый Быстрый барстер (ББ), в излучении которого проявляются закономерности модели Лефевра.

Источник МХВ 1730-335 — один из 125 известных маломассивных рентгеновских двойных звезд. Примерно у 50 из них всплески рентгеновского излучения связаны с термоядерной активностью на поверхности нейтронных звезд. Уникальная особенность Быстрого барстера, которая и послужила причиной его названия, состоит в том, что он производит очень быстрые повторяющиеся вспышки, имеющие некоторые регулярные структуры. Активность его носит периодический характер и длится от 2 до 6 недель с интервалами около 6 месяцев. В период активности он и дает быстрые вспышки, которые имеют некоторые черты сходства с психологической активностью субъекта в модели Лефевра.

Действительно, различные вспышки ББ имеют разную длительность, однако профили их подобны. Если нормировать длительность вспышки по отношению к интервалу между двумя пиками, то получится инвариантный нормированный профиль. Высота пиков в этом профиле образует двойную геометрическую прогрессию с одним и тем же показателем а = 0,57: одна прогрессия для нечетных пиков и одна — для четных. Но, как мы видели в § 5.5, именно такая двойная прогрессия характеризует работу тепловых машин в термодинамической модели рефлексирующего субъекта: одна прогрессия для машин с четными номерами и одна — для машин с нечетными номерами. Другая особенность Быстрого барстера состоит в том, что для коротких вспышек, длительностью менее 25 с, в спектре мощности отношение центральных частот спектральных пиков приблизительно постоянно для всех вспышек и равно 1,59, что близко к значению золотого сечения. Интересно, что если отбросить наблюдения с большой ошибкой, оставив только те, для которых средняя квадратическая ошибка не превышает 0,02, то отношение частот станет равным 1,61, т. е. еще больше приблизится к золотому отношению. Напомним, что золотое отношение получается в модели Лефевра в том случае, когда субъект делает выбор при отсутствии объективных критериев.

Таким образом, двойная геометрическая прогрессия и золотое сечение появляются совместно как в модели космического субъекта Лефевра, так и в характеристиках излучения Быстрого барстера. Возникает вопрос, что может означать связь между высотами пиков ББ и работой, произведенной системой тепловых машин в модели Лефевра? Возможны два варианта: 1) пики генерируются неким физическим процессом, аналогичным тому, который действует в цепи тепловых машин; 2) форма профиля есть специальный сигнал, содержащий информацию о познавательном процессе, связанном как с двойной геометрической прогрессией, так и с золотым сечением. В последнем случае физический механизм, генерирующий наблюдаемый профиль вспышки, может существенно отличаться от механизма действия цепочки тепловых машин. Второй вариант представляется предпочтительным, так как высоты пиков напрямую не связаны с энергией, излучаемой ББ, поскольку рассматривается не реальная вспышка, а некий осредненный нормированный профиль. Имеются и некоторые другие аналогии, на которых мы останавливаться не будем. Все это может указывать на внутреннюю схожесть между активностью ББ и психологической (познавательной) активностью субъекта.

Удивительные свойства Быстрого барстера заинтересовали ученика 8 класса одной из московских школ Егора Киселева. В октябре 1999 г. он был участником смены юных астрономов во Всероссийском детском центре «Орленок», где и узнал о замечательном рентгеновском источнике от педагога Л. Н. Филипповой. Лилия Николаевна предложила Егору попробовать переложить излучение Быстрого барстера на музыку. С помощью астрономов из ГАИШ он вооружился опубликованными в научной литературе фотографиями оригинальных записей рентгеновского излучения ББ и взялся за работу. Он измерил амплитуды пиков на записи и расстояния между ними. Амплитуды были выражены в относительных единицах, по отношению к максимальной амплитуде. Так получились отношения: 4/7, 5/7, 3/7…. Пик высотой 4/7 Егор принял за ноту ми второй октавы; разницу в 1 /7 — за полутон. Ритм определялся расстоянием между пиками: ноты, длящиеся 144 с, — целые, 72 с — половинки и т. д. Получилась музыка. Егор докладывал о своей работе на семинаре Научно-культурного центра SETI в ГАИШ, а затем опубликовал варианты полученных им мотивов в педагогическом вестнике «Три ключа» (Киселев Е. «Песня» Быстрого барстера //Три ключа. Вып. 4. — М., 2000. С. 108–109). Вот что пишет он в этой статье: «На втором этапе работы, произведя более точные измерения амплитуд и освободив мелодию от всяких ритмических и мелодических ограничений, я услышал произведения древнего фольклорного жанра. Здесь нет привычного нашему уху мажора и минора, а звучит, скорее, лидийский, фригийский, локрийский лады и их комбинация — система ладов, лежащих в основе древнего фольклора. По характеру музыка также напоминает фольклор. Русская народная песня «Звенят звоны» напоминает «песню» Быстрого барстера. <…> Похоже звучат шаманские камлания, восточные напевы и древнеиндийские раги».

Быстрый барстер расположен в шаровом скоплении Liler 1. Недавно вблизи него обнаружен переменный радиоисточник, положение которого точно совпадает с центом скопления (сам ББ сдвинут от него на 8 секунд). Поведение радиоисточника (вкл/выкл) коррелирует с соответствующим поведением рентгеновского излучения ББ. Вероятность случайного совпадения составляет 1,6 %. Это делает ситуацию еще более привлекательной с точки зрения гипотезы артефакта.

Но, пожалуй, наиболее впечатляющим, является приложение модели Космического субъекта к черным дырам (ЧД). Лефевр и Ефремов обращают внимание на удивительную параллель между внутренним миром черной дыры в модели Керра и психологической моделью рефлексирующего, т. е. многократно осознающего себя субъекта. В модели субъекта возникает последовательность образов самого себя, которые имеются у субъекта. При этом каждый образ является «смесью» двух состояний — позитивного и негативного. В модели черной дыры Р. Керра «внутренность» ЧД представляет собой сложную систему бесконечных вселенных, в которых существуют свои ЧД. Можно выделить в такой системе набор ЧД, последовательно вложенных друг в друга. По некоторым моделям внутри каждой ЧД существует пара вселенных, в одной их которых расстояния измеряются положительными числами, а в другой — отрицательными. Между этими вселенными («позитивной» и «негативной» находится сингулярность, где плотность вещества и кривизна пространства обращаются в бесконечность. Важно понять, что для внешнего наблюдателя эта внутренняя структура черной дыры совершенно недоступна, так же как внутренний мир субъекта тоже недоступен для внешнего наблюдателя.

Одна из проблем в теории черных дыр связана с «информационным парадоксом» — исчезновением информации при прохождении вещества через горизонт ЧД. В голографической модели ЧД информационный парадокс удается снять: информация не исчезает, а оседает на оболочке-горизонте.

При этом количество осевшей информации всегда в точности равно количеству информации в веществе, прошедшем через горизонт. Получается, что оболочка ЧД представляет собой «текст», фиксирующий структуру потока вещества, прошедшего через горизонт. Но это только для внешнего наблюдателя. Для внутреннего наблюдателя, свободно падающего к центру ЧД, никакого информационного слоя на ее горизонте не существует.

Итак, в обеих моделях (ЧД и субъекта) имеется последовательность вложенных друг в друга элементов, связанных с позициями наблюдателей, каждый элемент содержит в себе несимметричную пару (позитивная и негативная вселенные в ЧД и позитивное и негативное состояние субъекта в психологической модели). Эти аналогии представляются весьма многозначительными.

7.4.11. Космология и SETI. Зеркальное вещество и топологические туннели

Новые интересные соображения о возможных путях эволюции ВЦ и вытекающей отсюда стратегии их поиска развивает в последние годы Н. С. Кардашев на основе анализа современных космологических данных[392]. Прежде всего он обращает внимание на неожиданное и очень важное открытие — обнаружение твердого пылевого вещества в самых далеких галактиках. Отсюда вытекает, что строительный материал для формирования планет типа Земли был готов уже спустя 1 миллиард лет со времени начала расширения нашей Вселенной. Если считать время, прошедшее от сформирования Земли до появления на ней современной цивилизации (5 млрд лет) типичным и для других областей Вселенной, то можно заключить, что первые цивилизации во Вселенной появились спустя 6 млрд лет после начала расширения, т. е. они на 7 млрд лет старше нашей (принимая возраст нашей Вселенной 13 млрд лет). Уровень развития подобных цивилизаций трудно себе представить! Но согласно современным космологическим воззрениям, наша Вселенная — лишь одна из многих мини-вселенных, возникающих из «кипящего» физического вакуума. В совокупности все эти вселенные образуют «Большую Вселенную», которая существует бесконечно. Следовательно, в ней могут существовать цивилизации любого возраста.

Считается, что различные мини-вселенные не взаимодействуют между собой. Кардашев полагает, что при определенных условиях такое взаимодействие все же возможно. Это зависит от топологической структуры пространства. В ряде теоретических работ показана возможность существования топологических туннелей, соединяющих любые сколь угодно отдаленные области Метагалактики или различные мини-вселенные в Большой Вселенной. Система из двух туннелей, обеспечивающая движение вещества и излучения в прямом и обратном направлениях, для внешнего наблюдателя будет весьма сходной с двойной системой, состоящей из черной и белой дыры. Через аналог черной дыры возможен проход из одной части нашей Вселенной в другую ее часть или в другую вселенную. Через аналог белой дыры возможен доступ к нам из отдаленных областей нашей Вселенной или из других вселенных[393]. Мы рассказывали об этих идея Кардашева в § 1.15. Отметим, что идея топологических туннелей использована в романе «Контакт» известного американского астрофизика Карла Сагана.

Второе обстоятельство, на которое обращает внимание Кардашев, это известная проблема «скрытой массы». В гл. 2 мы уже обращали внимание на тот поразительный факт, что все наши знания о Вселенной основаны на изучении лишь 5 % ее массы, состоящей из обычного вещества (в основном, это барионы, образующие ядра атомов водорода, гелия и других химических элементов). А 95 % массы относится к ненаблюдаемой материи, природа которой пока неизвестна. Кардашев полагает, что значительная часть скрытой материи может быть связана с так называемым зеркальным веществом. Современная физика элементарных частиц принимает в качестве фундаментального постулата симметрию между правым и левым. Отсюда следует, что каждая частица должна иметь зеркальный аналог. Из них могут быть образованы зеркальные атомы, молекулы, звезды, галактики и… внеземные цивилизации. При этом частицы и другие объекты нашего мира могут взаимодействовать с зеркальными только гравитационно. В зеркальной Вселенной должен быть свой спектр электромагнитного излучения, но для нас он невидим и необнаружим никакими приборами. Зеркальная материя может располагаться в отдельных областях пространства, а может быть перемешана с нормальной материей. Обсуждалась возможность существования зеркальных объектов в виде двойных звезд, одна из которых или обе — зеркальные, а также возможность существования зеркальных объектов внутри Солнца и Земли. Возможен ли обмен информацией между нашим и зеркальным миром?

Поскольку зеркальная материя взаимодействует с нашей только гравитационно, то и обмен информацией с зеркальными цивилизациями возможен тоже только с помощью гравитации. Простейший способ контакта — воздействие зеркальных масс на наши гравиметры (и наоборот) с близких расстояний. При больших расстояниях передача и прием информации возможен с помощью гравитационных волн.

Впрочем, Кардашев указывает еще на одну возможность, связанную с излучением Хокинга черными дырами. Это излучение имеет три составляющие: электромагнитную, гравитационную и корпускулярную. При наличии зеркальной материи излучение Хокинга удваивается. Если можно управлять излучением Хокинга за счет изменения массы черной дыры (путем изменения темпа аккреции), то таким путем можно передавать информацию и с помощью электромагнитного излучения.

7.4.12. Научно открываемый Бог

В средине 1990-х годов В. М. Липунов опубликовал вызвавшую широкий резонанс статью под названием «Научно открываемый Бог»[394]. Он совершенно справедливо обращает внимание на то, что, вопреки существующему предубеждению, в допущении существования Сверхразума нет ничего ненаучного. Действительно, время существования Вселенной (10^10 лет) на 8 порядков превосходит характерное время развития технологической цивилизации (100 лет). Это значит, что за время существования Вселенной цивилизации могут достигать уровня, который в 1043000000(!) раз превышает уровень развития нашей цивилизации. Проблема, к которой приводит бесконечность, или практическая бесконечность существования Вселенной, сводится к тому, что природа, имеющая возможность бесконечно долго рождать жизнь, рано или поздно должна произвести на свет Сверхразум. Это, как подчеркивает Липунов, хорошо понимал К. Э. Циолковский. Его идея о Разумной Вселенной вполне естественна для научного подхода. Если Вселенная жила бесконечно долго, она неизбежно должна была породить Сверхразум. И хотя время существования нашей Вселенной не бесконечно велико, у природы (с точки зрения современной квантовой космологии) было и есть бесконечное число возможностей для создания вселенных тапа нашей и, следовательно, для возникновения жизни, разума и Сверхразума. Таким образом, последовательно проводя материалистическую, атеистическую, научную точку зрения, мы, тем не менее, открываем Бога, научно обоснованного Бога.

К аналогичному выводу, исходя из других соображений, пришел Г. М. Идлис. Ему удалось математически показать, что на различных уровнях организации материи — физическом, физико-химическом, химико-биологическом и даже психологическом (т. е. сознательном, разумном) — в специфической для каждого уровня форме, проявляются единые фундаментальные законы, определяющие строение материи на этих уровнях. При этом на «психологическом» уровне с математической необходимостью возникает «всемогущий и всеобъемлющий» Высший Разум, который необходим для полной гармонии всех фундаментальных структурных элементов материи». Важно подчеркнуть, что этот вывод получен не путем философского умозрения, а на основе строго научного анализа (см. Кузнецов В. И., Идлис Г. М., Гущина В. Н. Естествознание. — М., 1996. С. 80–164. Книга издана от имени Российской Академии наук).

В связи с проблемой Высшего Разума Липунов обращает внимание на замечание А. Эйнштейна о познаваемости мира. Априори можно было бы ожидать, что мир устроен хаотически и тогда его нельзя познать с помощью мышления. Но физические теории показывают обратное. Эйнштейн считал, что в этом состоит настоящее «чудо»; и чем дольше развиваются наши знания, тем волшебнее становится чудо. Обсуждая эти идеи Эйнштейна, Липунов подчеркивает, что нельзя одновременно признавать бесконечную сложность мира и успешную его познаваемость и при этом не признавать существование Сверхразума.

Обсуждение проблемы Высшего Разума в значительной степени стимулировалось проблематикой антропного принципа (АП) и астросоциологического парадокса (АСП). Анализу последнего посвящены работы Л. М. Гиндилиса[395] и А. С. Язева[396]. Философские аспекты проблемы SETI разрабатывались В. В. Казютинским. Полученные им результаты обобщены в его докторской диссертации «Традиции и революция в современной астрономии» (М., 1999).

7.5. Организации SETI в России

Первой организацией SETI в России была секция «Поиски сигналов внеземных цивилизаций» при Научном Совете по комплексной проблеме «Радиоастрономия» АН СССР. Она была создана в декабре 1964 г. по рекомендации Всесоюзного совещания по поиску внеземных цивилизаций (Бюракан, 1964. — см. Земля и Вселенная. 1995. № 3–4). Позднее название секции было изменено, и она стала называться: секция «Поиски космических сигналов искусственного происхождения». Секция координировала все работы по SETI в СССР и в России. Многие годы, с момента образования, ею руководил известный советский и российский ученый Всеволод Сергеевич Троицкий. В 1999 г. в связи с реорганизацией научных советов Академии наук секция (под названием «Поиски внеземных цивилизаций») вошла в состав вновь образованного научного совета по астрономии (НСА) РАН. Председателем секции избран Н. С. Кардашев, заместителями председателя — Л. М. Гиндилис и В. Г. Сурдин, ученым секретарем — М. Ю. Тимофеев.

В 1992 г. в составе Российской Академии Космонавтики им. К. Э. Циолковского образован Научно-культурный центр SETI (Земля и Вселенная. 1993. № 3. С. 50–55), руководитель — Л. М. Гиндилис. Позднее соучредителями Центра выступили Государственный астрономический институт им. Штернберга и Астрокосмический центр ФИАН. НКЦ SETI ведет работу в тесном сотрудничестве с секцией «Поиски внеземных цивилизаций» НСА РАН. При центре работает постоянно действующий семинар по космической философии, которым руководит В. В. Казютинский, издается Информационный бюллетень НКЦ SETI. Ведется наблюдательная программа по поиску внеземных цивилизаций (Л. Н. Филиппова). Совместно с секцией поддерживается сайт в интернете «RUSSIAN SETI» (http://infml.sai.msu.ru/SETI).

7.6. Педагогика SETI

Одно из направлений деятельности в области SETI связано с педагогикой. В Московском городском дворце творчества детей и юношества (МГДТДиЮ) в начале 1990-х годов был создан Детский центр SETI как филиал Научно-культурного центра SETI, работал учебно-научный семинар SETI, издавалась серия брошюр «SETI: поиск внеземного разума» для заочного аэрокосмического образования. Там же в рамках клуба «Космос и человек» (руководитель И. А. Феодулова) проводились лекции, беседы, диспуты по тематике SETI, был разработан и апробирован цикл лекций для старших школьников «Человек и Вселенная». Выполнялись некоторые другие программы.

В 1998 г. Ярославским педагогическим университетом было издано первое учебное пособие по SETI: Перов Н. И. Проблема поиска внеземных цивилизаций в Метагалактике. Примеры и задачи. Учебное пособие. — Ярославль, 1998.

С начала 1990-х годов во Всероссийском детском центре «Орленок» выполняется педагогический проект любительского SETI «Аэлита». Он включает поиск радиосигналов с помощью 3-метровой параболической антенны, переданной «Орленку» Специальной астрофизической обсерваторией (САО РАН). Приемник на волну 21 см изготовлен специально для этой программы и передан в дар «Орленку» Институтом радиофизики и электроники (ИРФЭ) Армянской академии наук. В последствии он был заменен на новый, работающий на 2,7 см (удвоенная частота радиолинии межзвездного водяного пара 1,35 см).

Для выполнения педагогической программы по проекту «Аэлита» на астрономической обсерватории «Орленка» была создана специальная учебно-исследовательская лаборатория УИЛАО (руководитель Л. Н. Филиппова).

По замыслу организаторов проекта, лаборатория должна была, основываясь на интересе ребят к проблеме существования разумной жизни во Вселенной, познакомить их с начатками астрономии, результатами научных исследований по SETI, научить пользоваться звездными картами, находить необходимые звезды на небе, научить навыкам работы с радиотелескопом и оптическими телескопами обсерватории, предоставить возможность личного участия ребят в патрульных радионаблюдениях по проекту «Аэлита». Привлечь их с помощью «SETI-игр» к работе над творческими заданиями, к размышлениям над вопросами проблемного характера. В конечном итоге ставилась задача — способствовать осмыслению детьми духовных, нравственных, культурных ценностей и интеллектуальных достижений нашей земной цивилизации.

23 июля 1991 г. был дан старт проекту «Аэлита». Под музыкальные аккорды «Космических позывных Земли» (автор музыки сотрудник «Орленка» И. Киреев) был поднят «Флаг SETI» — символ начала поиска внеземных сигналов в «Орленке». С 1991 по 1995 гг. накоплено 1015 часов наблюдений. Записи наблюдений активно использовались в педагогических целях.

Оригинальная педагогическая программа SETI, разработанная Л. Н. Филипповой, была успешно апробирована в «Орленке» во время смены «юных астрономов» в дружине «Звездная» в октябре 1999 г.[397]

В 2000 г. в МГДТДиЮ силами ребят началась разработка Послания внеземным цивилизациям от детей Земли[398]. Мы подробно рассказывали об этом в гл. 1 (§ 1.14). Интерес к SETI помогает обучению астрономии[399].

Подведем итоги

Каковы же результаты почти сорокалетней деятельности в области SETI в СССР и в России? Прежде всего надо отметить, что для такой фундаментальной проблемы, как установление контакта с ВЦ, этот срок невелик. За прошедшие годы сформулирована задача исследований, очерчен более или менее точно круг проблем, наметились основные направления исследований. Было выполнено несколько экспериментальных работ по поиску сигналов в радио- и оптическом диапазонах, исследованы характеристики некоторых пекулярных объектов с целью проверки их возможной искусственной природы. Надо ясно отдавать себе отчет в том, что все эти эксперименты (как и эксперименты, выполненные в других странах), по сути, являются лишь предварительными исследованиями по поиску наиболее эффективных методов SETI. В ходе их выполнения проверяются отдельные рабочие гипотезы, уточняется сама постановка проблемы, намечаются новые направления. Важно, что теперь проблема SETI прочно стоит на фундаменте естественнонаучных знаний, опирается на наблюдения и опыт. Вместе с тем в процессе самих исследований более четко проявились и яснее осознаны трудности на пути решения этой сложной, многогранной проблемы.

Надо также отметить, что работы в области SETI в СССР и в России никогда целевым образом не финансировались[400]. Они выполнялись по инициативе отдельных ученых за счет средств, выделенных на другие темы. По этой причине они не включались в планы научно-исследовательских работ, и отчеты по ним не засчитывались при оценке работы людей и организаций, а если и включались в планы, то всегда рассматривались как второстепенные. В этих условиях только очень авторитетные ученые могли позволить себе ставить и проводить эксперименты в области SETI, но и они не имели возможности привлекать к этим работам свежие молодые силы.

Может быть, одним из главных результатов является осознание того, что необходимо сочетать экспериментальные исследования по поиску ВЦ с глубокими теоретическими разработками — с осмыслением проблемы. Поиски ВЦ не являются отвлеченной проблемой, оторванной от нужд человечества, они тесно связаны с историей нашей земной цивилизации, с развитием ее науки и культуры. Они помогают посмотреть на себя как бы со стороны, помогают яснее представить и, если не решить, то, по крайней мере, осознать наиболее кардинальные проблемы, стоящие перед нашей земной цивилизацией.

Очень важно, что исследования в области SETI помогают преодолевать ограниченность антропоморфическою мышления и способствуют выработке космического сознания человечества. Мы уже отмечали, что МОСТ К ОБЩЕНИЮ надо строить с обеих сторон. Человечество должно проявить готовность к контакту. Исследования в области SETI способствуют выполнению этой задачи. Может быть, в этом и состоит их главный итог.

ЛИТЕРАТУРА

1. Развитие радиоастрономии в СССР. — М.: Наука, 1988. Гл. 7. Советская радиоастрономия и поиски внеземных цивилизаций. С. 154–176.

2. Гиндилис Л. М. Три десятилетия SETI в СССР //Земля и Вселенная. 1995. № 3. С. 34–42; № 4. С. 59–68.

3. Гиндилис Л. М. SETI в России: последнее десятилетие XX века // Земля и Вселенная. 2000. № 5. С. 39–48; № 6. С. 64–72.

4. Гиндилис. SETI: Шкловский, Каплан и Пикельнер //Труды ГАИШ. 2001. Т. LXVII. Ч. 2. С. 116–129.

5. Гиндилис Л. М. В. С. Тоицкий: вклад в SETI// Информационный бюллетень НКЦ SETI. 1997. № 10. С. 22–34.

6. Гиндилис Л. М. Б. Н. Пановкин — пионер SETI // Информационный бюллетень НКЦ SETI. 1998. № 12. С. 13–19.

7. Гиндилис Л. М. Виктор Шварцман — через призму SETI / В поисках единства. 1995. С. 17–32.

ГЛАВА 8. SETI на рубеже веков

Я вес жду, когда нас посетят жители других планет. Я даже слышу, как они говорят: «Не зовите нас, подождите, когда мы позовем вас!»

Марлен Дитрих

Дальние Миры могут служить объектом устремления мысли и вдохновить людей на переустройство жизни на нашей планете.

«Грани Агни Йоги»

Мы начали эту книгу с рассказа о первых попытках поиска радиосигналов от внеземных цивилизаций, которые были предприняты в 60-х годах XX века. Становление проблемы SETI совпало с началом космической эры. В 1957 г. в СССР был запущен первый искусственный спутник Земли, а в 1961 г. Юрий Гагарин впервые облетел планету на корабле «Восток». Это был романтический период «бури и натиска». Казалось, наука вплотную подошла к решению вековой проблемы установления связи с обитателями иных миров. Действительно, радиотехнические средства позволяли обнаружить сигнал на межзвездных расстояниях, возникшая в послевоенные годы радиоастрономия накопила достаточно богатый опыт обнаружения и анализа источников космического радиоизлучения, кибернетика и общая теория связи давали теоретические предпосылки и основы построения систем космической связи — передачи и приема информации между космическими цивилизациями. Все это оправдывало оптимизм исследователей, хотя наиболее проницательные понимали, что проблема слишком сложна и мы не можем рассчитывать на ее скорое решение. Тогда исследования только начинались. А каково их состояние сейчас, на рубеже веков?

Новая картина мира

За прошедшее сорокалетие наука шагнула далеко вперед, и теперь можно более объективно оценить ее состояние в период становления проблемы SETI. Хотя, как было сказано выше, радиоастрономия накопила уже к тому времени достаточно богатый опыт, все же она только начинала свое развитие. Не было ни рентгеновской, ни гамма-астрономии. Картина наблюдаемой Вселенной, в основном, определялась оптическими наблюдениями. В биологии молекулярная генетика только зарождалась. В отношении происхождения жизни считалось, что примерно два миллиарда лет после сформирования Земли она оставалась безжизненной, пока на ней не появились первые образцы примитивной жизни. Не было данных о наличии сложных органических соединений вне Земли. Не было известно ни одной планетной системы, кроме Солнечной. Все это оказывало влияние на оценки распространенности разумной жизни во Вселенной.

Сейчас в этом отношении многое изменилось. Но прежде всего изменились наши представления о Мироздании в целом. А это, если не прямо, то косвенно накладывает отпечаток на наши представления и оценки по проблеме SETI. Что же произошло за эти годы? В физике благодаря появлению кварковой модели строения материи удалось создать стройную, непротиворечивую классификацию элементарных частиц. На основе квантовой хромодинамики разработана теория сильного взаимодействия. Удалось построить единую теорию электрослабого взаимодействия, а затем и теорию Великого Объединения, успешно продвигаются работы по созданию теории Суперобъединения, объединяющей все четыре физических взаимодействия — электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное — в Единое Универсальное взаимодействие.

В тесной связи с прогрессом в области физики высоких энергий развивалась космология: теория горячей Вселенной, а затем и квантовая космология. Если в период возникновения SETI господствовали представления о возникновении Вселенной в определенный момент времени в результате «Большого взрыва», о ее возможной конечности в пространстве (в случае замкнутой модели) и времени, то современные космологические теории о возникновении множества вселенных из физического вакуума возвращают нас (конечно, на новом уровне) к представлениям античных философов о вечно существующем во времени и бесконечном в пространстве Универсуме, в котором рождаются и умирают вселенные. Теперь, говоря о Космическом Разуме, мы должны учитывать эти черты Мироздания.

Большое развитие за прошедшие годы получили исследования фрактальности в Природе, в том числе в астрономии. Структура Вселенной оказалась фрактальной. Получили развитие идеи глобального (или лучше сказать — космического) эволюционизма. Развитие нелинейной термодинамики привело к появлению синергетики как науки о самоорганизации в живой и неживой природе. В предыдущих главах мы уже отмечали, что теперь история Вселенной от «Большого взрыва» до возникновения человечества представляется как единый процесс с преемственностью различных типов эволюции от космической до социальной.

Поиск источника самоорганизации привел к постановке вопроса о Конструкторе Вселенной. К этой же идее приводит и анализ антропного принципа, который (совершенно неожиданно для естествоиспытателей и философов) раскрывает наличие тесной связи между фундаментальными свойствами Вселенной в целом, включая фундаментальные свойства микро- и мегамира, и наличием в ней жизни и человека (точнее — мыслящего наблюдателя). Антропный принцип заставляет по-новому подойти к проблеме множественности обитаемых миров, давая веские аргументы в пользу широкой распространенности разумной жизни во Вселенной.

Что изменилось в астрономии

В астрономии были открыты принципиально новые классы объектов: квазары, черные дыры, пульсары, источники мазерного излучения и, наконец, реликтовый фон. Последний, помимо своей фундаментальной роли в космологии, определяет уровень принципиально неустранимых шумов при межзвездной связи. Что касается других перечисленных объектов, были попытки связать некоторые из них с внеземными цивилизациями. Так, квазары обратили на себя внимание своим необычным спектром, который не соответствовал спектрам известных тогда источников радиоизлучения и совпадал с ожидаемым спектром искусственного источника. Хотя природа квазаров до конца еще не совсем ясна, все же теперь мы знаем, что они представляют собой определенную фазу эволюции ядер активных галактик. Открытие пульсаров и их свойства оказались столь неожиданными, что первооткрыватели серьезно заподозрили их причастность к внеземным цивилизациям и на несколько месяцев добровольно засекретили свое открытие. Необычность свойств мазерных источников, которым по началу даже дали название «мистериум», также послужила поводом для того, чтобы связать их с гипотетическими внеземными цивилизациями. И хотя в настоящее время эта гипотеза оставлена, мазерные источники сохраняют интерес для SETI в двух отношениях: во-первых, они оказались тесно связанными с областями звездообразования (т. е. с будущими цивилизациями), а во-вторых, частоты их как реперные используются для поиска сигналов ВЦ.

Помимо оптической и радиоастрономии, которые существовали в период становления SETI, за прошедшие годы возникла инфракрасная, рентгеновская и гамма-астрономия. Ведутся исследования в области нейтринной астрономии и обнаружения гравитационных волн. Это открывает перспективы для новых каналов SETI.

Среди источников ИК-излучения обнаружено большое число протопланетных дисков. Обнаружены и планетные системы у нескольких десятков звезд. Особый интерес представляет открытие планетных систем у нейтронных звезд по изменению периода радиоизлучения пульсаров. Этот метод оказался столь чувствительным, что позволил обнаружить земноподобные планеты. Теперь мы можем уверено говорить о том, что Солнечная система — не исключение, и планетные системы широко распространены в Галактике.

Методами радиоастрономии в межзвездной среде найдены разнообразные, часто весьма сложные органические соединения. В метеоритах обнаружены следы примитивной жизни, образовавшейся в то время, когда Земля еще только формировалась. На самой Земле простейшие организмы найдены в самых древних породах, что указывает на появление жизни на Земле практически сразу после того, как она сформировалась как самостоятельное небесное тело. Все это заставляет пересмотреть вопрос о вероятности происхождения жизни на других планетах и дает веские аргументы в пользу обитаемости планетных систем у других звезд.

Перспективы SETI

Таковы наши представления сегодня, на рубеже тысячелетий. Что можно сказать о перспективах SETI в новом, XXI веке? Я думаю, прежде всего будет расширен набор возможных каналов SETI. До сих пор поиски велись, главным образом, в радио- и отчасти оптическом диапазонах. Сейчас все большее внимание уделяется рентгеновскому и гамма-диапазону. Это связано, с одной стороны, с бурным развитием рентгеновской и гамма-астрономии в последние годы, а с другой, — с определенными преимуществами этих диапазонов.

Дело в том, что чем выше частота канала, тем выше его пропускная способность, т. е. больше информации можно передать по каналу за единицу времени. В этом отношении информативность рентгеновского и особенно гамма-канала намного порядков превосходит возможности радиоканала. В гл. 1 мы отмечали, что для передачи и поиска позывных (где не требуется высокая пропускная способность, а решающее значение имеет простота обнаружения) целесообразно использовать радиодиапазон, а после их обнаружения для передачи информации, возможно, надо переходить к рентгеновскому или гамма-излучению. Последнее имеет еще то преимущество, что сигнал практически не искажается при распространении в межзвездной среде.

По всей видимости, в ближайшие годы усилия будут направлены на то, чтобы перекрыть весь диапазон электромагнитных волн — от радио и до гамма. Но, вероятно, наряду с этим будут предприняты и попытки использовать каналы иной природы, например гравитационные волны и нейтрино.

Пока нейтринная астрономия находится еще в стадии становления. В нескольких странах с помощью специальных установок (условно называемых нейтринными телескопами) ведется регистрация солнечных нейтрино. Но уже разрабатываются проекты регистрации нейтрино галактического и межгалактического происхождения, в том числе реликтовых нейтрино, оставшихся от «Большого взрыва». Высокая проницающая способность нейтрино, которые практически не взаимодействуют с веществом и могут без поглощения распространяться на гигантские расстояния, соизмеримые с размером Метагалактики, делает их весьма привлекательными для межзвездной связи. Мы пока не умеем генерировать мощные модулированные потоки нейтрино, чтобы использовать их в качестве нейтринных сигналов, но это не значит, что высокоразвитые внеземные цивилизации не освоили соответствующую технику.

Сходная ситуация имеет место в области гравитационных волн. Интерес к их изучению неуклонно растет, хотя до сих пор гравитационные волны не обнаружены. Они также обладают высокой проницаемостью, а возможность к фокусировке открывает дополнительные перспективы их использования для целей SETI. В предыдущей главе мы рассказывали об идее Н. С. Кардашева использовать гравитационные волны для связи с «зеркальными цивилизациями».

Интересные перспективы открывает биологический канал связи. Реализация его связана с возможностями межпланетных перелетов.

Вопреки установившемуся в науке мнению, что они невозможны, появились надежды, связанные с использованием топологических туннелей в пространстве (см. гл. 1).

Проникновение в глубины микромира открывает новые перспективы взаимодействия с ВЦ. Напомним в этой связи об идеях Г. М. Идлиса — информационного проникновения из одного квазизамкнутого макромира (или мини-вселенной) в другие соприкасающиеся с ним макромиры, используя в качестве «туннелей» элементарные частицы этих миров («горловины» фридмонов). Все это немного напоминает фантастику, но гем не менее основано на строгом применении современных физических теорий.

Особый интерес представляют каналы, основанные на пока еще не известных, не познанных нами законах природы, на ente не открытых формах материи. Возможно, внеземные цивилизации уже знают о них и успешно используют для своих целей. А мы пока не имеем о них никакого понятия. Вполне возможно, что в XXI веке основное внимание будет уделяться какому-нибудь из таких ныне неизвестных каналов. В этой связи заслуживает внимания исследование мысли, как возможного агента контакта. Разумеется, это не означает, что мы должны прекратить усилия в «традиционных» направлениях поиска.

Стратегия поиска существенным образом зависит от наших представлений о предмете поиска. В этом плане представляется очень важным развитие идей В. А. Лефевра и Ю. Н. Ефремова о Космическом Субъекте, основанных на математической модели субъекта, о чем мы рассказывали в предыдущих главах.

Подводя итоги, я хотел бы сказать, что перспективы SETI в третьем тысячелетии будут определяться теми представлениями о Мире, которые будут в то время. Я думаю, что уже в XXI веке будет завершено построение единой физической теории, описывающей трехмерный физический мир. Дальнейшее развитие будет связано с проникновением в другие пространственные измерения, с изучением новых свойств материи и новых видов энергии. Возникнет новая научная парадигма, и именно она определит новые подходы к SETI.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

КНИГИ ПО SETI НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ

(Список дается в хронологическом порядке)

ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ SETI

Неовиус Э. Величайшая задача нашего времени. — Гельсингфорс, 1876. Вероятно, первая книга, в которой дана научная постановка задачи установления связи с обитателями иных планет и предложен детально разработанный проект такой связи.

Фламмарион К. Жители звезд или многочисленность обитаемых миров. — М: Изд-во И. Д. Сытина, 1909. Первое издание появилось в 1862 г. во Франции. Книга пользовалась огромной популярностью, переведена на многие европейские языки. Сохраняет определенный интерес и в настоящее время.

Циолковский К. Грезы о земле и небе. Эффекты всемирного тяготения. — М: Изд-во А. Н. Гончарова, 1895. Научно-фантастическое произведение, в котором выдвигаются многие важные научные идеи. В частности, здесь Циолковский, по-видимому, впервые выдвинул идею создания искусственных спутников Земли. Рассматриваются возможности жизни на различных небесных телах и в межзвездной среде. Переиздана в 1959 г.: Циолковский К.Э. Грезы о земле и небе. — М: Изд-во АН СССР, 1959.

Циолковский К.Э. Вне Земли. — Калуга, 1920. Научно-фантастическая повесть, в которой Циолковский изложил результаты своих работ по межпланетным перелетам и освоению космического пространства. Переиздана в 1958 г.: Циолковский К.Э. Вне Земли. — М.: Изд-во АН СССР, 1958.

Опарин А.И., Фесенков В.Г. Жизнь во Вселенной. — М.: Изд-во АН СССР, 1962.

Шепли X. Звезды и люди. — М.: ИЛ, 1962.

Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. — М.: Из-во АН СССР, 1962. Одна из лучших научно-популярных книг по проблеме внеземных цивилизаций. Оказала огромное влияние на развитие исследований по SETI. Переведена на многие языки. В СССР выдержала 6 изданий — М.: Наука, 1965,1973,1976,1980,1987.

Фесенков В.Г. Жизнь во Вселенной. — М.: Знание, 1964.

Межзвездная связь. — М.: Мир, 1965. Сборник статей под редакцией А.Камерона, перевод с англ. (англ, оригинал вышел в 1963 г.). В основу сборника легли работы, представленные на I конференции по внеземным цивилизациям (Грин Бэнк, США, 1961).

С о д е р ж а н и е с б о р н и к а:

Камерон А.Дж. У. Введение.

Камерон А.Дж. У. История нашей Галактики.

Камерон А.Дж. У. Происхождение Солнечной системы.

Камерон А.Дж. У. Раннее развитие Земли.

Кальвин М. Химическая эволюция.

Су-Шу Хуанг. Жизнь во Вселенной.

Су-Шу Хуанг. Проблема жизни во Вселенной и образование звезд. Су-Шу Хуанг. Зоны обитаемости в окрестности двойных систем. Су-Шу Хуанг. Размеры обитаемых планет.

Камерон А.Дж. У. Зоны обитаемости у звезд.

Дайсон Ф.Дж. Поиски искусственных звездных источников инфракрасного излучения.

Дайсон Ф.Дж. Гравитационные машины.

Парселл Э. Радиоастрономия и связь через космическое пространство.

Хорнер С. Осуществимы ли космические перелеты?

Коккони Дж., Моррисон Ф. Поиски межзвездных сигналов:

Дрейк Ф.Д. Как можно принять радиопередачи от отдаленных планетных систем?

Дрейк Ф.Д. Проект “Озма”.

Уэбб Дж. Обнаружение разумных сигналов из космического пространства.

Голей М. Когерентность разумных сигналов.

Брейсуэлл Р. Радиосигналы с других планет.

Су-Шу Хуанг. Проблема передачи сигналов в межзвездной связи.

Оливер Б. Некоторые возможности оптических мазеров.

Шварц Р., Таунс К. Межзвездная и межпланетная вязь при помощи он тичсских мазеров.

Брейсуэлл Р. Жизнь в Галактике.

Брейсуэлл Р. Сигналы высокоразвитых галактических цивилизаций.

Хорнер С. Поиски сигналов от других цивилизаций.

Оливер Б. Межзвездная связь.

Камерон А.Дж. У. Перспективы исследования межзвездных сообщений. Моррисон Ф. Перспективы межзвездной связи.

Внеземные цивилизации / Труды совещания. — Бюракан, 20–23 мая 1964 г. — Ереван: Изд-во АН Арм. ССР, 1965. Труды I Всесоюзного совещания по внеземным цивилизациям. Переведены на англ, язык.

С о д е р ж а н и е с б о р н и к а:

Амбарцумян В.А. Вступительное слово.

ПРОБЛЕМА ВНЕЗЕМНЫХ ЦИВИЛИЗАЦИЙ

Шкловский И.С. Множественность обитаемых миров и проблема установления контакта между ними.

Дискуссия.

ПРОБЛЕМА СВЯЗИ С ВНЕЗЕМНЫМИ ЦИВИЛИЗАЦИЯМИ

Кардашев Н.С. Передача информации внеземными цивилизациями. Парийский Ю.Н. Наблюдение пекулярных радиоисточников СТА-21 и СТА-102 в Пулкове.

Слыш В.И. Радиоастрономические критерии искусственных радиоисточников.

Гудзенко Л.И., Пановкин Б.Н. К вопросу о приеме сигналов внеземной цивилизации.

Дискуссия.

Хайкин С.Э. О проблеме связи с внеземными цивилизациями.

Товмасян Г.М. Кольцевой радиотелескоп для установления связи с внеземными цивилизациями.

Троицкий В.С. Некоторые соображения о поисках разумных сигналов из Вселенной.

Котельников В.А. Связь с внеземными цивилизациями в радиодиапазоне. Сифоров В.И. Некоторые вопросы поиска и анализа радиоизлучений от других цивилизаций.

Смирнова Н.А., Кайдановкий Н.Л. Влияние условий распространения радиоволн в космической среде и атмосфере Земли на видимые угловые размеры источника.

Дискуссия.

ПРОБЛЕМЫ КОСМИЧЕСКОЙ ЛИНГВИСТИКИ

Гладкий А.В. О возможных языках для связи между цивилизациями (тезисы доклада).

РЕШЕНИЕ СОВЕЩАНИЯ

Фирсов. В. Жизнь вне Земли. — М.: Мир, 1966.

Хойл. Ф. Черное Облако. — М.: Знание, 1966. Научно-фантастическое произведение известного английского астрофизика Ф.Хойла о контакте с Внеземным Разумом. Содержится много ценных замечаний о возможных формах внеземной жизни и внеземного разума.

Салливан У. Мы не одни. — М.: Мир, 1967. Увлекательная и в то же время серьезная книга, написанная известным американским популяризатором науки, научным обозревателем газеты “Нью Йорк таймс” по горячим следам после проведения первых экспериментов по поиску радиосигналов ВЦ (проект “Озма”).

Бернал Дж. Возникновение жизни. — М.: Мир, 1969.

Гиндилис Л.М., Каплан С.А., Кардашев Н.С. и др. Внеземные цивилизации. Проблемы межзвездной связи. — М.: Наука, 1969. Коллективная монография под редакцией С.А. Каплана. Переводе на на англ. (1971) и чешский (1972) языки.

Содержание:

Введение. Экзосоциология — поиск сигналов внеземных цивилизаций (С.А. Каплан).

Гл. I. Астрофизический аспект проблемы поиска сигналов внеземных Цивилизаций (Н.С. Кардашев).

Гл. II. Влияние космической среды на распространение радиосигналов (Б.И. Пановкин).

Гл. III. Возможность радиосвязи с внеземными цивилизациями (Л.М. Гиндилис).

Гл. IV. Методы дешифровки сообщений (Б.В. Сухотин).

Гл. V. Темпы развития цивилизаций и их прогнозирование (ГМ. Хованов).

Гл. VI. Некоторые общие вопросы проблемы внеземных цивилизаций (Б.Н. Пановкин).

Петрович Н. Кто вы? — М.: Молодая гвардия, 1970 (2-е изд. — 1974). В увлекательной форме излагаются основные проблемы SETI/CETI.

Кальвин М. Химическая эволюция. — М.: Мир, 1971.

Населенный космос. — М.: Наука, 1972. Сборник статей под ред. Б. П. Константинова.

С о д е р ж а н и е с б о р н и к а:

1. ЖИЗНЬ — ЧТО ЭТО ТАКОЕ?

Опарин А.И. У истоков жизни.

Бернал Д. О том, что предшествовало жизни.

Колмогоров А.Н. Жизнь и мышление как особые формы существования материи.

Хильми Г.Ф. Хаос и жизнь.

Лозина-Лозинский Л.К. Границы жизни.

Вологдин А.Г. Первые шаги эволюции.

Кальвин М., Бойлен Д, Мак-Карти Ю., Ван-Хевен Ю. Следы жизни в докембрийских слоях и поиски жизни в Космосе.

Цицин Ф.А. Распространенность жизни и роль разума во Вселенной

Ефремов И.А. Космос и палеонтология.

Ралль Ю.М. Инопланетяне — похожи ли они на нас?

2. КОСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

Чижевский А.Л. Некоторые космические связи земной биосферы.

Ягодинский В.Н. Эпидемии в солнечном свете.

Подшибякин А.К. В ритме Солнца.

Пиккарди Д. Космос в капле воды.

3. В ЛУЧАХ СОЛНЦА

Имшенецкий А.А. Экзобиология: методы и задачи.

Купревич В.Ф. Всеобщность жизни.

Виноградов А.П. Новое в химии планет.

Тимофеев Б.В. Следы живого в метеоритах.

Тихое Г.А. О возможности жизни на Марсе (геоцентризм в современной биологии).

Солсбери Ф. Разум на Марсе.

Саган К. Можно ли обнаружить наше присутствие.

4. ШАГИ В КОСМОС

Феоктистов К.П. Космические корабли.

Сисакян Н.М. Жизнь в Космосе.

Парин В.В., Горбов Ф.Д., Космолинский Ф.П. Космическая психология

Корлисс У. Обнаружение жизни в Космосе.

Пири Н. Лунный микрокосмос.

5. РАЗУМ, ОТЗОВИСЬ!

Амбарцумян В.А. Проблема поиска внеземных цивилизаций.

Шкловский И.С. Множественность обитаемых миров и проблема установления контакта между ними.

Котельников В.А. Радиосвязь с внеземными цивилизациями.

Гиндилис Л.М. Поиски внеземных цивилизаций.

Фройденталь Г. Липкое — межпланетный язык.

6. ЧЕЛОВЕЧЕСТВО — ЦИВИЛИЗАЦИЯ КОСМИЧЕСКАЯ Кольман Э. Космос и человек.

Гильзин К.А. Космические корабли будущего.

Федюшин Б.К. Возможны ли межзвездные перелеты?

Покровский Г.И. Архитектура в Космосе.

Пепен Э. Полеты в Космос и вопросы права.

Жуков Г.П. Кому принадлежит Луна?

БИБЛИОГРАФИЯ (Составлена Б.Н. Ляпуновым).

Гиндилис Л.М. Космические цивилизации (проблемы контакта с внеземным разумом). — М.: Знание, 1973.

Доул С. Планеты для людей. — М.: Наука, 1974. Обсуждается проблема существования планет с пригодными для обитания человека условиями. Даются соответствующие вероятностные оценки.

Программа исследований по проблеме связи с внеземными цивилизациями. — М.: АН СССР, Научный совет по комплексной проблеме «Радиоастрономия», 1974.

Проблема CETI (Связь с внеземными цивилизациями). — М.: Мир, 1975. Труды I советско-американской конференции CETI, Бюракан, 1971.

С о д е р ж а н и е:

От редактора.

Перспективы.

Другие планетные системы. Внеземная жизнь.

Эволюция разума.

Эволюция технических цивилизаций.

Дискуссия.

Продолжительность жизни технически развитых цивилизаций.

Число технически развитых цивилизаций. Астроинженерная деятельность: возможность обнаружения внеземных цивилизаций в астрофизических явлениях.

Методы контакта.

Содержание сообщения.

Последствия контактов.

Резолюция первой советско-американской конференции по внеземным цивилизациям.

Список участников симпозиума.

Приложение 1. Природа вероятностных утверждений в дискуссиях о распространенности внеземного разума (Т. Файн).

Приложение 2. Наблюдения в инфракрасной области и цивилизации Дайсона (М. Харвит).

По поводу проблемы внеземных цивилизаций (С. Лем).

Космические цивилизации.

Указатель литературы, опубликованной в 1972–1974 гг… (Составлен Н.Б. Лавровой)

Клушанцев П. Отзовитесь марсиане! — Л.: Детская литература, 1976. Научно-художественная книга для детей.

Пановкин Б.Н. Проблема внеземных цивилизаций. — М.: Знание, 1979.

Проблема внеземных цивилизаций. — М.: Наука, 1981. Труды Зеленчукской школы-семинара CETI, октябрь 1975.

С о д е р ж а н и е с б о р н и к а:

Троицкий. В.С. Развитие внеземных цивилизаций и физические закономерности.

Кардашев Н.С. Стратегия и будущие проекты CETI.

Каплан С.А., Кардашев Н.С. Астроинженерная деятельность и возможности ее обнаружения.

Ксанфомалити Л.В. Проблема зондов внешней цивилизации, радиоэхо и гипотеза Брсйсуэлла.

Лисевич И.С. Древние мифы глазами человека космической эры.

Маковецкий П.В., Петрович Н.Т., Троицкий В.С. Проблема внеземных цивилизаций — проблема поиска.

Маковецкий П.В. Радиосвязная стратегия поиска позывных внеземных цивилизаций.

Шварцман В.Ф. Эксперимент МАНИЯ и возможности поиска внеземных цивилизаций в оптическом диапазоне.

Гиндилис Л.М. К методике оценки числа внеземных цивилизаций в Галактике.

Мухин Л.М. «Горячие точки» в проблеме происхождения жизни.

Слыш В.И. Перспективы обнаружения межзвездных биологических молекул.

Стрельницкий В.С. Органические соединения в космосе и проблема происхождения жизни.

Мороз В.И. Методы поиска внесолнечных планетных систем.

Крейн И.М. Принципиальные моменты проблемы контакта человека с внеземными цивилизациями.

Пановкин Б.Н. Информационный обмен между различными высокоорганизованными системами.

Иванов В.В. О зависимости структуры языка от устройства, пользующегося языком.

Идлис Г.М. Закономерности развития космических цивилизаций.

Разин В.А. К вопросу о локализации и масштабах внеземных цивилизаций.

Лаврова Н.Б., Парнес Т.Л. Библиография по проблеме CETI.

Литература 1974–1978 гг.

Клушанцев П. Одиноки ли мы во Вселенной? — Л.: Детская литература, 1981. Научно-художественная книга для детей.

Гоулдсмит Д., Оуэи Т. Поиски жизни во Вселенной. — М.: Мир, 1983. Перевод с англ.

Филиппов Е.М. Вселенная, Земля, жизнь. — Киев: Наукова думка, 1983.

Алексеев В.П. Становление человечества. — М.: Политиздат, 1984.

Закиров У.Н. Механика релятивистских космических полетов. — М.: Наука, 1984.

Лесков Л.В. Космические цивилизации: проблемы эволюции. — М.: Знание, 1985.

Проблема поиска жизни во Вселенной: Труды Таллинского симпозиума. — М.: Наука, 1986.

С о д е р ж а н и е с б о р н и к а:

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ ЖИЗНИ ВО ВСЕЛЕННОЙ

Троицкий В.С. Научные основания проблемы существования и поиска внеземных цивилизаций.

Шкловский И.С. Замечания о частоте встречаемости внеземных цивилизаций.

Кардашев Н.С. О неизбежности и возможных формах сверхцивилизаций. Ребане К.К. Сигнализация между цивилизациями и охрана среды обитания.

Новиков И.Д., Полнарев А.Г., Розенталь И.Л. Численные значения фундаментальных постоянных и антропный принцип.

Марочник Л.С., Мухин Л.М. Галактический пояс жизни.

Страйжис В. Некоторые астрономические явления как возможный результат деятельности высокоразвитых цивилизаций.

Стрельницкий В.В. Необходимость и случайность в структурной эволюции вещества во Вселенной.

Казютинский В.В. Общие закономерности эволюции и проблема внеземных цивилизаций.

Пановкин Б.Н. Принципы самоорганизации и проблема происхождения жизни во Вселенной.

Урсул А.Д. Закономерности развития и взаимодействия внеземных цивилизаций (социально-философские гипотезы).

Маркарян Э.С. Проблема внеземных цивилизаций и глобальное моделирование.

Маркс Г. Проблема одновременности.

Волькенштейн М.В. Биологическая эволюция и теория информации.

Гладилин К.Л. Предбиологическая эволюция и определяющие ее факторы.

Иванов В.И. Детерминирован или случаен генетический код?

Нусинов М.Д., Серебровская К.Б. Роль капельно-жидкой воды в происхождении жизни на Земле.

Крейн И.М. Контакт “разумных” систем.

Чукреева О.А. Об одном уровне построения языков-посредников.

МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПОИСКА РАЗУМНОЙ ЖИЗНИ ВО ВСЕЛЕННОЙ

Гиндилис Л.М. Пуги поиска внеземных цивилизаций.

Лесков Л.В. О системном подходе к проблеме космических цивилизаций.

Никишин Л.Н. К вопросу о разработке стратегии поиска сигналов искусственного происхождения из космоса.

Цуриков В.М. Проблема CETI и закономерности развития технических систем.

Сучкин Г.Л., Токарев Ю.В… Лукьянов Л.Г., Ширмин Г.И. Лагранжевы точки в проблеме поиска внеземных цивилизаций.

Ерухимов Л.М. Влияние условий распространения радиоволн в межзвездной среде на сигналы внеземных цивилизаций.

Петрович Н.Т. Межзвездная связь с помощью относительных методов передачи сигналов.

Суботович М., Папротный З. Необычные и немикроволновые методы CETI и SETI.

Тартер Дж. Обзор экспериментальных исследований по попеку сигналов ВЦ в радио- и оптическом диапазонах.

ПЕРСПЕКТИВЫ И ПРОГРАММЫ

Царевский Г.С. Космическая радиоастрономия как инструмент CETI.

Ксанфомалити Л.В. Поиск планетных систем у ближайших звезд и проблема SETI.

Александров Ю.В., Захожай В.А. Существование планетных систем в Галактике и проблемы их поиска.

Сучкин Г.Л. О возможном направлении поиска планет в системе звезды.

Маров М.Я., Закиров У.Н. О проекте полета космического зонда к планетной системе звезды.

Тартер Дж. “Космический стог сена” и современные программы SETI в США.

Диксон Р.С. Состояние программы SETI Огайского университета.

Троицкий В.С. Программа поиска внеземных цивилизаций.

Шварцман В.Ф. Поиск внеземных цивилизаций — проблема астрофизики или культуры в целом?

Рубцов В.В. Некоторые результаты наукометрического анализа литературы по проблеме внеземных цивилизаций.

Ломберг Дж. Межзвездное послание “Вояджера”.

Вселенная и разум. — М.: Знание, 1988.

Волькенштейн М.В. Возникновение и развитие жизни на Земле. — М.: Наука, 1988.

Карпенко М. Universum Sapiens. Вселенная Разумная. — М.: Мир географии, 1992.

Саган Карл. Контакт. Научно-фантастический роман. — М.: Мир, 1994.

Лесков Л. Космическое будущее человечества. — М.,1996.

Лефевр В.А. Космический субъект. — М.: Ин-кварто, 1996.

Адамович Б., Горшенин В. Жизнь вне Земли. — М., 1997.

Архипов А.В. Новые подходы к проблеме поиска внеземных цивилизаций. Диссертация на соискание степени кандидата физико-математических наук. — Киев, 1998.

Архипов А.В. Селениты. — М.: Новация, 1998. Популярная книга об аномальных явлениях и возможных следах инопланетных цивилизаций на Луне.

Петрович Н.Т. Тайна внеземных цивилизаций. Спор оптимиста и пессимиста. — М.: Ягуар, 1999. Небольшая по объему популярная книга.

Мизун Ю.В., Мизун Ю.Г. Разумная жизнь во Вселенной. — М.: Вече, 2000. Популярная книга о жизни во Вселенной и проблеме внеземных цивилизаций.

Московский открытый проект «ЗДРАВСТВУЙ, ГАЛАКТИКА!»: Труды школы-семинара. — Евпатория, август-сентябрь 2001. Выпуск 1, — М., 2002.

С о д е р ж а н и е с б о р н и к а:

Отправлено первое радиопослание к звездам от детей Земли!

Пшеничнер Б.Г. Московский открытый проект «Здравствуй, Галактика!» Гиндилис Л.М. Астрономические аспекты проблемы SETI.

Гиндилис Л.М. Проблема Внеземных Цивилизаций.

Зайцев А.Л. Радиопослания другим цивилизациям.

Филиппова Л.Н. Выбор звезд-адресатов для первого детского радиопослания Внеземным Цивилизациям.

Казаков Е.В. Принципы кодирования визуальных МЕТI-сообщений. Петрович Н.Т. Радиосигналы — бесстрашные путешественники по просторам Вселенной,

Филиппова Л.Н. Сценарий научно-художественной программы, посвященной 1-му сеансу отправки Первого детского радиопослания Внеземным Цивилизациям.

ФИЛОСОФСКИЕ И МИРОВОЗЗРЕНЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ SETI

Циолковский К.Э. Монизм Вселенной. — Калуга, 1925.

Циолковский К.Э. Причина Космоса. — Калуга, 1925.

Циолковский К.Э. Воля Вселенной. Неизвестные разумные силы. — Калуга, 1928.

Циолковский К.Э. Научная этика. — Калуга, 1930.

В перечисленных работах К.Э.Циолковский излагает свои взгляды о разумной жизни во Вселенной. Эти работы долгое время не переиздавались. В 1986 г. они были опубликованы с некоторыми сокращениями в сборнике: К.Э.Циолковский. Грезы о Земле и небе. — Тула: Приокское книжное издательство, 1986. Работы опубликованы под рубрикой: научно-фантастические произведения, хотя сам Циолковский относился к ним, как к работам научно-философского плана.

Тейяр де Шарден П. Феномен человека /Пер. с франц. — М.: Наука, 1987. Основной труд Тейяра де Шардена — известного французского палеонтолога и христианского философа. Закончен в 1948 г, впервые опубликован во 2-й половине 50-х годов XX столетия.

Урсул А.Д. Освоение Космоса. — М.: Мысль, 1967.

Лем С. Сумма технологии. — М.: Мир, 1968.

Маркарян Э.С. О генезисе человеческой культуры. — Ереван: Изд-во АН Арм. ССР, 1973.

Фесенкова Л.В. Методологические аспекты исследований жизни в космосе. — М.: Наука, 1976.

Урсул А., Школенко Ю. Человек и космос. — М.: Политиздат, 1976.

Астрономия. Методология. Мировоззрение. — М.: Наука, 1979.

Сборник статей. Раздел: Проблема поиска внеземных цивилизаций; методологические и мировоззренческие аспекты. — С. 252–395.

Севастьянов В.И., Урсул А.Д., Школеико Ю.А. Для чего люди осваивают космос? — М.: Знание, 1982 Раздел Разум земной и внеземной. — С. 25–37.

Школеико Ю.А. Философия. Экология. Космонавтика. — М.: Мысль, 1983.

Рубцов В.В., Урсул А.Д. Проблема внеземных цивилизаций. Философско-методологические аспекты. — Кишинев: Штиинца, 1984. (2-е изд., 1987). Наиболее обстоятельное исследование по философским аспектам SETI/CETI. Излагается состояние проблемы и дастся ее методологический анализ. На серьезном уровне обсуждается проблема палеовизита и проблема НЛО. Имеется обширная библиография.

Вселенная. Астрономия. Философия. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988. Сборник статей. Раздел III. Антропный принцип и проблема космических цивилизаций: философские аспекты. — С. 58—103.

Линиик Ю.В. Эстетика Космоса. Диссертация на соискание ученой степени доктора философских наук. — М., 1988. Гл. 8. Антропный принцип и космологическая эстетика. Гл. 9. Проблема прекрасного и внеземные цивилизации.

Астроиомия и современная картина мира. — М.: ИФРАН, 1996.

Сборник статей. Раздел IV. Астросоциологичсский парадокс в научной картине мира и проблема внеземных цивилизаций. — С. 203–246.

Мапельман В.М. Идеи космической перспективы человечества в русской философской культуре. Диссертация на соискание ученой степени доктора философских наук. — М., 1999.

Казютинский В.В. Традиции и революция в современной астрономии. Диссертация на соискание ученой степени доктора философских наук. — М., 1999. Проблемы SETI обсуждаются в гл. 6. Постнеклассическая наука и современная астрономия.

Философские аспекты ВЦ и SETI/CETI освещаются также в Трудах ежегодных Чтений, посвященных разработке научного наследия и развитию идей К.Э. Циолковского (в Калуге). Секции: “Исследование научного творчества К.Э. Циолковского” и “К.Э. Циолковский и философские проблемы освоения космоса”.

КНИГИ НА ДРУГИЕ ТЕМЫ, В КОТОРЫХ ИМЕЮТСЯ РАЗДЕЛЫ ПО SETI

Маковецкий П.В. Смотри в корень. Сборник любопытных задач и вопросов. — М.: Наука, 1979. Некоторые из рассмотренных задач имеют отношение к проблеме SETI: 108. Спортлото и жизнь на других планетах. 109. Свидание под часами. ПО. Пароль разума. 111. Расписание связи с внеземными цивилизациями. 112. Ищи под фонарем! (С. 323–370).

Ефремов Ю.Н. В глубины Вселенной. — М.: Наука, 1984. Гл. 17. Пределы знания. — С. 208–223.

Уманский. Реальная фантастика. — М.: Московский рабочий, 1985.

Раздел: Ждите нас, звезды! — С. 214–239.

Петрович Н., Цуриков В. Путь к изобретению. — М.: Молодая гвардия, 1986. Книга посвящена проблеме изобретательства. В качестве одного из примеров рассматривается задача передачи сигналов внеземным цивилизациям. — С. 201–206.

Очерки истории радиоастрономии в СССР. Сборник научных трудов. — Киев: Наукова думка, 1985. Раздел: Поиски сигналов внеземных цивилизаций. Проекты PT-МГУ и РАТАН-600. — С. 119–122.

Петрович Н. Люди и биты. Информационный взрыв: что он несет. — М.: Знание, 1986. Гл. 5. Где же сигналы из космоса? — С. 86–124.

Гиндилис Л.М., Дагкесамаиский Р.Д., Кузьмин А.Д. и др. Развитие радиоастрономии в СССР. — М.: Наука, 1988. Колективная монография под редакцией А.Е.Саломоновича. Гл. 7. Советская радиоастрономия и поиски внеземных цивилизаций. Обзор работ советских ученых по проблеме SETI. Приводится обширная библиография.

ПАЛЕОАСТРОНАВТИКА

Горбовский А.А. Загадки древнейшей истории (книга гипотез). — М.: Знание, 1971.

Хокинс Дж., Уайт Дж. Разгадка тайны Стоунхенджа. — М.: Мир, 1984. (2-е изд., стереотипное).

Хокинс Дж. Кроме Стоунхенджа. — М.: Мир, 1977.

Дойель Л. Полет в прошлое. — М.: Наука, 1979.

Стингл М. Тайны индейских пирамид. — М.: Прогресс, 1982.

НЛО

Мензел Д. О «летающих тарелках». — М.: ИЛ, 1962.

Хефлииг Г. Все чудеса в одной книге. — М.: Прогресс, 1983.

Колчинский И.Г., Орлов МЛ., Прок Л.З., Пугач А.Ф. Что можно уввдеть на небе. Справочник. — Киев: Наукова думка, 1982. Данные, содержащиеся в справочнике, могут быть полезны при анализе аномальных явлений (АЛ) и НЛО.

Пугач А.Ф., Чурюмов К.И. Небо без чудес. — Киев: Изд-во политической литературы Украины, 1987. Содержится глава о внеземной жизни и НЛО.

Шуринов Б.А. Парадокс XX века. — М.: Международные отношения, 1990.

Ажажа В. Внимание: НЛО. — М.: РИИО “Ориентир”, 1990.

Рубцов В.В., Архипов А.В., Белецкий А.В. НЛО как оно есть. — Харьков: ОИИАЯ МЦ “К”, 1990.

Шевченко М.Ю. В мире “неопознанных объектов”. — М., 1991.

Платов Ю.В., Рубцов В.В. НЛО и современная наука. — М.: Наука, 1991.

Юнг К.Г. Один Современный миф. О вещах, наблюдаемых в небе. — М.: Наука, 1993.

Зигель Ф. Феномен НЛО. Наблюдения и исследования. — М.,1993.

Ажажа В. Иная жизнь. — М.: Голос, 1998.

Крапп Э.К. Астрономия. Легенды и предания. — М.: Гранд, 1999. Проблема НЛО обсуждается в Гл. 20. За голубым горизонтом. — С. 609–648.

ИЗ САМЫХ РАННИХ

Фонтенель Б. Множественность обитаемых миров. — М., 1955. Книга известного французского писателя и ученого, секретаря Французской Академии наук. Впервые была издана в 1686 г. Написанная в увлекательной форме она была с восторгом встречена читающей публикой. На русском языке последний раз издавалась в 1955 г.

Составитель Л. М. Гиндилис

Приложение 2

СПИСОК БИБЛИОГРАФИЙ ПО SETI

Дать полную библиографию работ по SETI в рамках приложения к книге не представляется возможным. Поэтому мы ограничимся здесь обзором самих библиографий, обратившись к котором читатель сможет найти интересующие его работы. Ниже приводится обзор, составленный старшим библиографом библиотеки МГУ Наталией Борисовной Лавровой (статья печатается с небольшими сокращениями).

Обзор библиографий по проблеме CETI/SETI

Инфомационный бюллетень НКЦ SETI. 1994. № 5. С. 1–7.

<…> [Во второй половине XX века| появились исследования по проблематике SETI, обсуждение их велось на научных совещаниях и конференциях. Следствием возросшего интереса к вопросам жизни вне Земли и установления связи с «братьями по разуму» был поток публикаций, настолько значительный, что появилась потребность в библиографической информации о работах, ведущихся в рамках этой проблемы.

По мере развития исследований выявилась многоаспектность проблемы SETI: кроме астрономических вопросов (существование внесолнечных планет, их пригодность для жизни, наличие органических соединений в космосе и возможная распространенность ВЦ во Вселенной и др.), она включает биологические вопросы (сущность жизни, происхождение и развитие жизни на Земле, методы поиска внеземной жизни и др.), технические (прием и посылка сигналов, техника межзвездных перелетов); рассматриваются и формы контакта с неизвестным разумом (языки общения, встреча с искусственным разумом) и ряд проблем, относящихся к области общественных наук (общая теория цивилизаций, закономерности их развития, посещение инопланетянами Земли в прошлом, форма и желательность контакта с ВЦ, философские вопросы).

Таким образом, проблема SETI оказалась дисциплиной, стоящей на стыке паук — естественных, технических, гуманитарных; в нее входят вопросы, относящиеся к различным областям знания, которые отражаются в разных библиографических указателях: пет такой библиографии, которая охватывала бы все стороны SETI. Возникла потребность в специальной библиографии.

В 1967 г. появился первый указатель литературы по проблеме поиска ВЦ. Он был составлен сотрудником Hughes Research Laboratories Ф. Форвардом на основе картотеки, которую он вел около 10 лет [1]. Материал расположен в алфавитном порядке с указанием, к какой из трех рубрик (нс вполне четко сформулированных) относится данная публикация. Библиографическое описание включенных работ дается не всегда полностью. Этот несколько примитивно составленный указатель положил начало серии профессионально составленных библиографий «Bibliography of interstellar travel and communication», публиковавшейся сначала в издании «Hughes Research Laboratories. Research Report», a c 1974 по 1987 гг. — в журнале «Journal of the British Interplanetary Society» (JBIS) [2-11]. Составителями ее были Е. F. Mallove, R. L. Forward, J. Lehmann, J. Pritz, Z. Paprotny. Выпуски печатались систематически раз в полтора-два года, продолжая друг друга и информируя о новой литературе, с включением изданий, пропущенных в предыдущих выпусках библиографии, и наиболее интересных работах, вышедших в прошлом (иногда далеком). Отражалась мировая литература, относящаяся к проблеме SETI (книги, статьи, заметки в журналах и некоторых газетах). Давалось полное библиографическое описание включенных работ, без аннотаций. Материал расположен в систематическом порядке по очень дробной схеме классификации, специально разработанной для этого издания. Ее основные разделы: межзвездные перелеты, вероятность жизни и цивилизаций за пределами Солнечной системы, методы поиска и общения с ВЦ, философские и социологические вопросы, связанные с проблемой SETI. Некоторые выпуски снабжены вспомогательными авторскими указателями. Вся вместе серия даст возможность розыска литературы с начала 1960-х годов до 1986 г. На этом печатание «Bibliography of interstellar travel and communication» прекратилось.

Эта библиография относится к типу текущих информационных изданий, и вести ретроспективные поиски литературы с ее помощью затруднительно. Болес подходящей для этих целей является опубликованная в 1978 г. теми же составителями «А bibliography on the search for extraterrestrial intelligence» [12]. Из нес исключен раздел, посвященный межзвездным перелетам, занимавший исключительное место в рассмотренной выше серии, и построена она иначе: основной се частью является алфавитный авторский указатель, имеется и систематический, но он играет вспомогательную роль. Составлен он по очень дробной схеме классификации, но под его рубриками дается только перечень номеров, под которыми книга или статья значатся в основной части (он как бы «слепой»). Полное библиографическое описание учтенных работ приводится только в алфавитном указателе. Интерес представляет список периодических изданий, из которых извлечены статьи, т. е. изданий, дававших место проблематике SETI. Хронологические рамки этого издания — 1960 — 1970-е годы (до 1977 г.). Создается впечатление, что этот указатель предполагалось продолжить, но осуществлено это не было.

Ретроспективная библиография публиковалась в сборниках статей по тематике SETI. К их числу относятся указатели литературы, составленные Н. Б. Лавровой и Т. Л. Парнас, помещенные в трудах Бюраканского симпозиума и Школы-семинара по проблеме SETI [13, 14]. В них достаточно полно отражена мировая литература по проблеме SETI, появившаяся в 1973–1978 гг. Материалы расположены в систематическом порядке по схеме классификации, несколько отличной от зарубежных библиографий, менее дробной. Ее основные разделы: внесолнечные планетные системы, органические соединения в космосе, жизнь во Вселенной (происхождение жизни на Земле, жизнь на космических телах, поиски внеземной жизни), внеземные цивилизации (их существование, поиск, связь с ними), межзвездные перелеты. Библиографическое описание включенных работ приводится полностью, без аннотаций.

Значительная по объему материала библиография имеется в книге «Interstellar communication: Scientific perspectives». — Boston, 1974 [16].

Ретроспективных указателей литературы за более длительный период, охватывающих все аспекты проблемы SETI, издано не было.

Надо отметить, что в эти же годы была осуществлена информационная библиография частой периодичности: Л. М. Гиндилис, И. Б. Лаврова и Т. Л. Парнас в 1974–1980 гг. выпускали бюллетень, который печатался на ротапринте Научной библиотеки МГУ и выходил три раза в год [15].

Таким образом, в рассмотренный период была осуществлена специальная библиография по проблеме SETI как текущего, так и ретроспективного характера и была разработана методика ведения ее: определены границы отбора литературы, выработана классификация. Нам стало известно, что Finnish Artificial Intelligence Society выпустила к Международному междисциплинарному семинару SETI (6–7 марта 1993 г., Вантаа, Финляндия), несомненно, очень важную ретроспективную библиографию [19].

Несколько лучше обстоит дело с информацией о литературе о жизни в космосе: в журнале «Origins of life» [17] с 1970 г. по настоящее время раз в год помещается указатель новых книг и статей о происхождении жизни, и в нем отражается литература, посвященная жизни вне земли и методах се обнаружения. Эта библиография тщательно составлена (с полным библиографическим описанием включенных в нее работ, без аннотаций), но поиск литературы интересующей нас тематики затрудняется тем, что она не выделена в специальный раздел, так как материал в каждом выпуске расположен в общем алфавите авторов. Ее можно найти с помощью вспомогательного систематического указателя (например — «Марс» — жизнь на Марсе).

Большой ретроспективный указатель по проблемам внеземной жизни «Extraterrestrial life» опубликован в NASA в 1964–1965 гг. [18]. Он состоит из двух частей. В части I дается аннотированный перечень работ NASA по методам обнаружения внеземной жизни. Материал расположен в хронологическом порядке по годам опубликования (с 1952 по 1964 гг.) с авторским и предметным вспомогательными указателями. Часть II содержит библиографию мировой литературы (книг и статей) по проблеме существования жизни в космосе, вышедшей с 1900 по 1964 гг. Литература расположена в обратно-хронологическом порядке лет издания. Имеются авторский и предметный указатели. В настоящее время информацию о новых работах по проблеме SETI дает реферативный журнал ВИНИТИ «Исследование космического пространства». Указывается литература, касающаяся вопросов существования ВЦ, установления контакта с ними, поиска жизни вне Земли, но очень неполно: по нашему мнению, отражается не более четвертой части публикаций этой тематики, выходящих во всем мире. Полностью проблема SETI не охватывается ни одной библиографией.

ПЕРЕЧЕНЬ БИБЛИОГРАФИЙ

1. Forward R. L. Bibliography of interstellar travel and communication / Use of space system for planetary geology and geophysics: Proc, of an Amer. Aeronaut. Soc. Symposium in Boston, May 25–27, 1967. P. 307–325. 230 названий.

2. Bibliography of interstellar travel and communication /Е. F. Mallove, R. L. Forward // Hughes Research Laboratories. Research Report. 1971. № 439. 64 p. 430 названий.

3. Mallove E. F., Forward R. L. // Hughes Research Laboratories. Research Report. 1972. № 460. 105 p. 850 названий.

4. Mallove E. F., Forward R. L. // JBIS. 1974. V. 27. № 12. P. 921–943; 1975. V. 28. № 3. P. 191–219; № 6. P. 405–134.1000 названий.

5. Mallove E. F., Forward R. L., Paprotny Z. // JBIS. 1976. V. 29. № 7–8. P. 494–570. Aug. 1975 update. 300 названий.

6. Mallove E. F., Forward R. L., Paprotny Z. // JBIS. 1978. V. 31. № 6. P. 225–232. Ibid.:// Hughes Research Laboratories. Research Report. 1977. № 512.44 p. Apr. 1977 update. 500 названий.

7. Mallove E. F., Forward R. L., Paprotny Z., Lehmann J. // JBIS. 1980. V. 33. № 6. P. 207–248. 2700 названий.

8. Paprotny Z., Lehmann J. // JBIS. 1983. V. 36. № 7. P. 311–329. 750 названий.

9. Paprotny Z., Lehmann J., Pryitz J. // JBIS. 1984. V. 37. № 11. P. 502–512. 644 названия.

10. Paprotny Z., Lehmann J., Pryitz J. // JBIS. 1987. V. 39. № 3. P. 127–136. 572 названия.

11. Paprotny Z., Lehmann J., Pryitz J. // JBIS. 1987. V. 40. № 8. P. 353–364. 693 названия.

12. A bibliography on the search for extraterrestrial intelligence // E. F. Mallove, M. M. Connors, R. L. Forward, Z. Paprotny. — NASA. Reference Publ. 1021.1978.132 p. 1488 названий.

13. Лаврова И. Б. Космические цивилизации: Указатель литературы, опубл, в 1973–1974 гг. / Проблема CETI (Связь с внеземными цивилизациями). — М.: Мир, 1975. С. 336–348. Около 280 названий.

14. Лаврова Н. Б., Парнас Т. Л. Библиография по проблеме CETI: Литература 1974–1978 гт. / Проблема поиска внеземных цивилизаций. — М.: Наука, 1981. С. 227–258. Около 900 названий.

15. Лаврова Н. Б., Парнас Т. Л. Космические цивилизации: Библиографический бюллетень / Под ред. Л. М. Гиндилиса. — М.: 1974–1981. № 1-16. Печатался на ротапринте Научной библиотеки МГУ.

16. Caren L. D., Mallove Е. F., Forward R. L. A bibliography of interstellar communication // Interstellar communication: Scientific perspectives / EdsC. Ponnamperuma, A.G.W. Cameron. — Boston, 1974. P. 187–226.

17. Origins of life and evolution of the biosphere. V. 1, 1969. Ежеквартальник. Выходит до настоящего времени. Заглавие тт. 1–4 — Space life science. Библиография (Chemical evolution and the origin oflife) помещается в одном из номеров каждого тома, начиная с т. 2 (1970 г.).

18. Extraterrestrial life: A bibliography. Pt. 1, 2. — Washington: Scient. and Techn. Information Division, 1964–1965. — (NASASP-7015). Pt.l. Report literature: A selected listing of annotated references to unclassified scientific and technical reports. 1952–1964. 1-76 p. 183 названия. Pt. 2. Published literature 1900–1964. V. 1–335 p. Около 900 названий.

19. Kurenniemi E. A bibliography on SETI: Notes from sources on extraterrestrial intelligence. — Helsinki: Finnish Artificial Intelligence Society, 1993. (Publ. of the Finnish Artificial Intelligence Soc. № 8.)

ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ

А

Авдеев В. 150

Агрест М. М. 107

Алексеев Е. Л. 103

Аллен К. У. 49

Амбарцумян В. А. 44, 235

Андриянов В. В. 587

Анаксагор 336

Анаксимандр 341

Аникеев А. 150

Аникеева Т. 150

Арджуна 561

Аррениус С. 367, 377, 497

Аристотель 43, 335, 339, 365

Аронов А. Б. 450

Архипов А. В. 171, 584, 598, 599

Аршинов В. И. 324

Аскарьян Г. А. 105

Б

Басов Н. Г, 94

Батлер П. 414

Белл Ж. 72

Бержерак де С. 345

Бернал Дж. 422

Бернулли Я. 336

Бартелеми Ж. Ж 332, 333

Бескин Г. М. 107, 595

Бехтерев В. И. 109

Билленгем Дж. 84, 136, 335

Бирюков Б. В. 509

Биро Ф. 83

Блаватская Е. П. 338

Блэк Д. 81

Богуславский Е. Я. 45

Болл Дж. 540, 549, 565, 567

Больцман 41

Бондарь Л. Н 576

Борисов Н В. 595

Боуэн И. 68

Бочкарев Н. Г. 394

Браастад Р 148

Браге Т. 199

БрейсуэллР. 32, 122, 124, 128, 518

Бронштэн В. А. 69

Бруно Дж 35, 339, 343, 345, 454

Брюстер Д. 341

БуддснК. 127

Бурдюжа В. В. 11

Бурсов Н. Н. 594

Буякис В. И. 587

В

Вайнберг С. 175, 264, 287, 299

Валле Ж. П. 565, 567

Викрамасингх Ч. 227, 399

Вилсон Р. 262

Виннер Н. 503

Вебер П. 368

Велебински Р. 82

Вернадский В. И. 177, 307, 323, 352, 377, 459

Верходанов О. В. 594

Волф Дж. 564, 567

Вольтер 328, 345

ВольцшанА. 416

Вон С. 373

Воронцов-Вельяминов Б. А. 234

Г

Гагарин Ю. 617

Галилей Г. 186, 341

Галявов В. 91

Гамов Г. 261, 262

Гассенди 342

Гаусс Ф. 14, 555

Гвамичава А. С. 587

Гедель 495

Гейтвуд Дж. 413

Гей-Люссак Ж. Л. 366

Геловани В. А. 481

Гельмгольц Г. 366, 367

Гершель В. 201, 213, 230, 345

Гершель Дж. 347, 348

Герштейн Л. И 56

Герцшпрунг 118, 194

Гете И. 345

Гилев П. П. 132

Гиндилис Л. М 69, 77, 149, 327, 440, 570, 575, 581, 589, 590, 612

Гинзбург В. Л. 382, 383

Гладкий А. В. 45, 547

Голей М. 544,575

Голд Т. 80, 427

Голдсмит Д. 211, 302, 368, 383, 389, 392, 394

Голль Ж. 126

Гончаров А. Н. 399

Горбовский А. А. 558

Горовиц П. 79, 81, 88

Горшков Л. А. 585

Госачинский И. В. 592

Грей Р. 89

Гринберг Дж. 367, 372

Груйтуйзен фон Ф. П. 344

Гудзенко Л. И. 544, 575

Гулкис С. 84

Гутина В. Н. 609

Гутионтов А. 149

Гюйгенс X. 185,344

Д

Давыдов В. Д. 113

Дайсон Ф. 32, 112,113, 115, 398–401, 484, 534

Данилов В. 557

Девис Р. 102, 103

Девис П. 314, 328

Декарт 229

Дженсен О. 412

Джинс Дж. 236, 346

Диксон Р. 78

Диодати И. 340

Дитрих М. 615

Долгин Ю. И. 109, 139, 448

Долгошеин Б. А. 105

Домашек М. 81

Дорошкевич А. Г. 261

Достоевский Ф. М. 110

Доул С. 302, 435

Дрейк Ф. 24–26, 28, 31–34, 36, 37, 40, 63, 79, 90, 91, 118, 140, 169, 383, 405, 562, 565, 600

Дубинский Б. А. 579

Дубовицкая Е. Ф. 45

Е

Евклид 331,332

Егоров В. А. 480

Еремеева А. И. 229, 247, 334

Ефремов И. А. 123,517

Ефремов Ю. Н. 120, 129, 602, 605

Ё

Ёко Х. 106

3

Зайонц Р. 524

Зайцев А. Л. 146,149, 155, 594

Закиров У. Н. 163,590

Засов А. В. 296

Захожай В. А. 584

Зееман 27

Зельдович Я. Б. 45, 216, 260, 279, 283. 550

Зельманов А. Л. 290, 292, 293, 309, 318

Зюсс Э. 176, 306

И

Идлис Г. М. 308, 309, 318, 336, 494–496, 511, 609

Илиев И. 131

Имшенецкнй А. А. 367

Ингель Л. X. 100

Иоанн 559

Ириней 340

К

Казютинский В. В. 309, 610

Казнечеев В. П. 385, 397

Кайдановский Н. Л. 45

Калуца Т. 294

Кальвин М. 32, 33, 372

Камп де В. 411

Кант И. 229, 344

Капица С. П. 473,475, 476

Каплан С. А. 115,116,583

Кар Л. 332, 334,342

Кардашев Н. С. 33, 35–37, 39–42, 44, 45, 50, 56, 60–63, 65, 112, 115, 116, 120, 121, 165, 253, 322, 431, 446, 486, 487, 490, 502, 514, 517, 542, 543, 551, 552, 572–574, 576–578, 583, 585–588, 606, 607, 610, 619

Картер Б. 318, 319,326

Квелоц Д. 413

Келдыш М. В. 58

Кеплер И. 199,247

Кернс-Смит А. Г. 349

Керра Р. 605

Киреев И. 612

Киселев Е, 149,153, 604

Кларк А. 88, 164,166, 488

Клейн О. 294

Климент отец 559

Кляйн М. 84

Кобозев Н. И. 601

Козырев 602

Койпер Дж. 181

Коккони Дж. 20–23, 27, 32, 35–37, 91, 382, 572

Комарова В. Н. 593

Кононович Э. В. 296

Коперник Н. 247, 326, 338

Котельников В. А. 45–50, 58

Котов В. А. 190

Коуэн Н. 80

Краус 77

Крейн И. М. 459, 461–463, 589

Крейфелдт Дж. 439

КрикФ. 106, 376, 436, 444, 496

Кришна 559

Кроуфорд Ф. 126, 127

Ксанфомалити Л. В. 127,136

Кузанский Н. 338

Кузен-Депро 342

Кузнецов В. И. 609

Кузнецов Ю. П. 551

Кузьмин В. А. 102

Кукаркин Б. В. 45, 412

Кухаренко Ю. А. 551

Л

Лавлок Дж. 305, 306

Лаврова Н.Б. 636, 638

Лагранж 127

Лада И. В. 470

Ламберт И. И. 229

Лаплас П. 344, 397

Леверье У. 346

Левитаи Е. П. 612

Лейбниц Г. 320, 335

Лейхаузен П. 477

Леказр 341

Лем С. 101, 386, 446, 447, 458, 492, 493, 497, 505, 506, 508–510, 512, 513, 515–517, 538, 539, 544–546, 549, 554–556, 587

Леметр Ж. 247, 253, 285

Лесков Л. В. 323, 497, 498, 500–502, 504, 514,516, 518, 588, 601, 602

Лефевр В. А. 120, 520, 522, 524–527, 531, 532, 534, 535, 602, 603, 605

Лехт Е. Е. 82, 576

Ли Р. 426

Лилли Дж. 32, 33

Линник Ю. В. 30, 100, 108, 327

Липунов В. М. 608

Лисевич И.С. 132, 552, 554

Литтров фон Й. И. 14

Лихачев С. Ф. 350, 592, 598

Лобачевский 250

Лодж 18

Ловелл Б. 21, 24

Ловелл П. 15

Ловлок Дж. 305, 306

Ломберг Дж. 145, 146

Ломоносов М. В. 344

Лукреций 333

Лукьянов Л. Г. 584

Лунен Д. 128,129

Львов В. 537, 561

Ляпунов А. А. 456

М

Майер X. 200

Майор М. 413

Мак Кей Д. 391

Маковецкий П. В. 446, 580, 581

Максвелл 264

Маргулис 306

Маркарян Б. Я. 45

Маркарян Э. С. 456

Марков М. А. 336

Маркони Г. 17

Маркс Г. 106, 163, 304-306

Марочник Л. С. 453, 587

Маров М. Я. 163,590

Марси Дж. 414

Мартынов А. В. 386

Мартынов Д. Я. 45, 63, 325, 428

Медоуз Ден. 480

Медоуз Дон. 480

Меланхтон 343

Менделеев Д. И. 109

Менцин Ю. 342, 339, 343

Меньшикова О. А. 11

Месарович М. 480

Мессье Ш. 139

Метродор 452, 453

Мидлер А. 62, 63

МиллерС. 369

Мингалиев М. Г. 592

Мински М. 427

Михайлова Л. П. 385

Мор П. 471

Мороз В. И. 415

Моррисон Ф. 20–23, 27, 32, 34–37, 91, 111, 427, 436, 572

Мостепаиенко А. М. 320,451

Му Т. 334, 335

Мухин Л. М. 371, 453, 587

Мюллер К. 64

Н

Налимов В. В. 601

Нейфах А. А. 423, 442

Неовиус Э. 92, 545, 570

Неру Дж. 561

Никишин Л. Н. 519

Новиков И. Д. 45, 236, 246, 247, 261, 278, 285, 287, 289, 322, 503, 514, 515

Ноулес С. X. 170

Ньютон И. 344, 398, 400

О

Оберт 64

Оккама 550

Оливер Б. 32

Ольберс 567

О’Нейл 479

Оорт 179

Опарин А. И. 302, 368, 369, 375, 572

ОргелЛ. 106, 376, 496

Ориген 340

ОсимоТ. 106

Оуэн Т. 211, 302, 368, 383, 389, 392, 394

П

Пановкин Б. Н. 386, 497, 544, 546, 575, 587, 588

Папаяннис М. 558, 563, 565, 568

Парийский Ю. Н. 45, 51, 415

Паркер Б. 293

Паскаль Б. 335, 536

Пастер Л. 365

Пащенко М. И. 82, 576

Перов Н. И. 611

ПарселлЭ. 162

ПензиасА. 261

Пестель Э. 480

Петрович Н. Т. 446, 573, 581, 594

Петровский И. Г. 58

Пешек Р. (R. Pesek) 12, 135, 334

Пикеринг В. 344

Пикельнер С. Б. 35

Пирмен Д. 32

Пистолькорс А. А. 45, 59

Пифагор 14, 332

Планк 41

Платон 332, 334

Платт Дж. 431, 436

Покровский Г. М. 114

Пол ван дер 123-125

Полиньяк, кардинал 342

Понтекорво Б. 102

Попов М. В. 576

Пригожин И. 241

Промыслов В. Г. 117

Прохоров А. М. 94

Птолемей 338

Пугач А. Ф. 15

Путанш В. 149

Р

Разин В. А. 45

Рамсей 132

Раскин В. Г. 449

Рассел 118, 193

Рахлин В. Л. 56

Ребане К. К. 116, 547

Ребер Г. 18, 20

Рерих Е. И. 13, 175

Рерих Н. К. 13,110, 338, 571

Ржига О. Н. 137

Риман Г. Ф. Б. 250

РичиФ. 364

Риччоли Дж. Б. 200

Розанов А. Ю. 396

Розгачева И. К. 238, 282,286

Розен Н. 165

Розенталь И. Л. 279, 289, 316,317

Рубцов В. В. 324, 452, 546, 550, 551, 555, 558, 589

Рудницкий Г. М. 82, 576

Рузмайкнна Т. В. 584

С

Савельева Н. А. 574

Саган К. 32, 79, 140, 381, 393, 432–434, 607

Саган Л. 140

Сажин М. В. 323

Салливан В. Т. 80

Салливан У. 29, 31, 33,170,322

Сахаров А. Д. 96,111, 137, 149, 241, 256, 257

Сведенборг Э. 228, 229

Северный А. Б. 190

Сендидж 243

Сидоров В. М. 148

Сипнет А. 69, 560

Ситтер де В. 246, 254

Сифоров В. И. 45, 575

Скиапарелли Дж. 15, 344

Слайфер В. 242

Слыш В. И. 83,116, 544, 552, 575, 576, 583

Согласное В. А. 574

Содерблом Д. 592

Сократ 43

Спиноза 323

Стародубцев А. М. 56, 574

Стейнберг Ж. 574

Стефенс Б. 90

Столяров В. А. 592

Страйжис В. Л. 118,119

Стрельницкий В. С. 579

Стрешнева К. М. 574

Струве В. Я. 27

Струве О. В. 27, 31,32, 34, 322, 554

Стулл М. 79

Суботович М. 101

Сурдин В. Г. 11, 206, 292, 584, 590,610

Суханос С. И. 298

Сухотин Б. В. 589

Сучкин Г. Л. 584

Схутте В. 372

Т

Талон Г. 126

Тамман 243

Тартер Дж. 77, 81, 83, 84, 540

Таунс Ч. 66, 94

Тейлор Л 124

Термен Л. С. 155

Тернер Э. 563, 565

Тесла Н. 15, 16, 17

Тимофеев М. Ю. 117, 583, 593, 610

Тиндаль Дж. 365

Тихов Г. А. 572

Тициус И. Д. 177

Товмасян Г. М. 45

Тодд Д. 17

Токарев Ю. В. 584

Томсон У. 365, 366

Топунов А. Ф. 11

Троицкий В. С. 33, 42, 45, 46, 56, 348, 446, 456, 457, 468, 477, 537, 539, 542, 543, 547, 572–574, 579, 585–588, 599, 610

Тутуков А. В. 417, 447

У

Уилер Дж. 324

Ульрих Т. 412

Уральская В. С. 180

Уранов И. А. 228, 347, 387,491, 518

Урсул А. Д. 324, 421, 452, 546, 550, 551, 555, 559, 589

Ф

Фа Цзан 335

Файзуллин Р. Т. 132–135,598

Фаддеев Е. Т. 322

Федюшин Б. К. 590

Феликс, патер 341

Феодулова И. А. 612

Ферми Э. 558

Фесенков В. Г. 302, 372,572

Фехнер Г. Т. 458

Филиппов В. 149

Филиппова Л. Н. 90, 592, 604, 611

Филолай 334

Финней Б. 562

Фламмарион К. 332, 340, 341, 343, 344, 346, 397, 451, 570

Фома Аквинский 364

Фонтенель Б. 344

Форстер X. 471

Франкелей О. 576

ФрейлД. 415

Фридман А. А. 246, 310, 336

Фройденталь Г. 545, 570

X

Хаббл Э. 230, 241-244

Хайкин С. Э. 45, 51–53, 58, 60, 137

Хакен Г. 241

ХалсЙ. 124,125

ХанстедДж. 66

Харт М. 346, 443, 446, 450, 539, 558

Хачнкян Э. Е. 45

Хейл Дж. 230

Хойл Ф. 226, 312, 381, 398, 458

Хокинг С. 310, 608

Холдейн Дж. 349, 376

Холл Д. 395

Хорнер фон С. 32, 111, 161, 435, 477, 478, 517

Хоровиц Н. 302, 349, 353, 374

Христос 559

Хуаиг Су-Шу 32, 444

Хыоиш А. 72, 75, 76

Хыомасон М. 242

Хюлст ван де X. 20

Ц

Цап Г.Т. 190

Царевский Г. С. 585

Цейтлин М. И. 460

Циолковский К. Э. 13,106,109,113, 174, 309, 317, 319, 322, 345, 376, 386, 397, 399, 400, 449, 479, 483, 484, 496, 517, 547, 548, 571, 591, 608

Цицин Ф. А. 179, 229, 247, 427

Цуриков В. М. 551

Ч

Чандрасекар 213

Чаругин В. М. 297

Чейфер Ч. 146

Челмерс 343

Чурюмов К. И. 15

Ш

Шабанов Т. В. 416

Шарден де П.Т. 335, 349–351, 353, 368, 386, 425, 496, 535

Шарлье К. 238

Шаров А. С. 247, 278,279

Шварц Р. 94

Шварцман В. Ф. 10,154,155, 591, 593

ШварцменД. 547

Шеллинг Ф. 344

Шенион 544

Шепли X. 229,302,448

Ширмин Г. И. 584

Широков Ф. В. 508

Шкловский И. С. 9, 20, 33–35, 44,45, 56, 58, 63, 64, 66, 71, 72, 99, 118,162, 168, 238, 261, 296, 302, 346, 368, 376, 424, 427, 443, 445–447, 449, 450, 472, 481, 539, 541, 542, 545, 548, 550, 552, 555, 556, 558, 572, 586

Шнейдер Ж. 383

Шоломицкий Г. Б. 60–63, 66

Шпилевский А. В. 129-131

Штермер К. 123-125

Э

Эддингтон С. 247

Эдисон 18

Эйнштейн А. 244, 245, 250, 254, 293, 312, 319, 609

Эмиот Л. 471

Энгельс Ф. 426

Эпплтон Е. 126, 134

Эренфест П. 312

Эшли Дж. 29, 32

Ю

Юнг И. 124

Юри Г. 369,370

Я

Ягутов Л. Е. 335

Язев А. С. 609

Янг Э. 323

Янский К. 18

Ятис Дж. 126

A

Amiot L. W. 471

Anderson L. I. 16

B

Barrett A. H. 69

Bell S. I. 76

Bracewell R. N. 32, 121

C

Collins R. A. 76

D

Dayson F. J. 32

E

Edgett K. S. 388

F

Forster H. 471

G

Gindilis L.M. 574

H

Hart M. N. 443

Hewish A. 76

Hoerner S. Von. 32

K

Kardashev N. S. 116, 574, 598

Kellermann K. 1. 28

Kreifeldt F. G. 439

L

Likhachev S. F. 598

Liman D. A. 128

M

Malin M. C. 388

Manuel F. 398

Marx G. 106

Mirovsky V. G. 574

Mora P. M. 471

P

Papagiannis M. D. 116

Petrovich N. T. 594

Pidincton Z. D. H. 76

S

Sagan C. 69, 118

Scott P.F. 76

Seielstad G. A. 28

Shapley H. 448

Shklovskii I. S. 69, 118

Slysh V.I. 116

Издательские данные

Примечания

1

Одна из книг «Живой Этики» — Учения, созданного Е. И. и Н. К. Рерихами в сотрудничестве с Духовными Учителями Индии.

2

Одна из книг «Живой Этики».

3

Циолковский К.Э. Причина Космоса. — Калуга, 1925. С. 9.

4

Пугач А.Ф., Чурюмов К.И. Небо без чудес. — Киев, 1987. С. 190.

5

Anderson L.J. Extra-Terrestrial Radio Transmissions // Nature. 1961. V. 190. P. 374.

6

Одна из книг «Живой Этики».

7

Цитируется по книге: Салливан У. Мы не одни. — М.: Мир, 1967.

8

Волны декаметрового диапазона с длиной волны больше 15 + 30 м тоже не проходят через атмосферу Земли, они частично поглощаются в ионосфере, частично отражаются от нее. Поэтому, если учитывать влияние атмосферы, следовало бы сузить диапазон волн для межзвездной связи, ограничив его с низкочастотной стороны частотой порядка 10 МГц. Но, помимо этого, надо принимать во внимание также шумы фона и другие факторы. Некоторые уточнения будут сделаны в следующих параграфах этой главы.

9

В упомянутом письме к Б. Ловеллу (29.06.59) Коккони выражал надежду, что англичане предпримут систематическое обследование ближайших звезд солнечного тапа с помощью радиотелескопа Джодрелл Бэнк с целью поиска искусственных сигналов. Однако Б. Ловелл отнесся к этому предложению довольно холодно, указав, что радиотелескопы должны использоваться для более неотложных задач.

10

Хотя в оптическом диапазоне есть еще и зодиакальная составляющая свечения ночного неба.

11

Дрейк Ф.Д. Как можно принять радиопередачи из отдаленных планетных систем? / Межзвездная связь. — М.: Мир, 1965. С. 183–192.

12

Drake F.D. Project OZMA //The Search for Extraterrestrial Intelligence / Edited by K. I. Kellermann and G. A. Seielstad. — NRAO/AVI, 1986. P. 19.

13

Дрейк и его коллеги драматическим образом убедились в этом, когда в первый день поиска при наблюдении звезды ε Эридана был зарегистрирован очень сильный сигнал, который, как оказалось, был связан с секретным военным локатором. (См. Салливан У. Мы не одни. — М.: Мир, 1967. С. 270.)

14

Салливан У. Мы не одни. — М.: Мир, 1967. С. 269–270.

15

Bracewell R.N. Communication from saperior galactic communities // Nature. 1960. V.186. P. 670–671.

16

Dyson F.J. Search for artificial stellar sources of infrared radiation // Science. 1960. V. 131. P. 1667–1668.

17

Hoerner S. Von. The Search for signals from other civilizations // Science. 1961. V. 134. P. 1839–1843.

18

Труды конференции в Грин Бэнк легли в основу сборника, вышедшего в США в 1963 г.; русский перевод: Межзвездная связь. — М: Мир, 1965. Труды Бюраканской конференции опубликованы в Ереване в 1965 г. (см. ниже).

19

Эта гипотеза впоследствии не подтвердилась.

20

Впоследствии В. С. Троицкий указал на ряд трудностей создания всенаправленного «радиомаяка» с мощностью, соответствующей цивилизациям II и III типа (Троицкий В.С. Развитие внеземных цивилизаций и физические закономерности / Проблема поиска внеземных цивилизаций. — М.: Наука, 1981. С. 5 — 29). Однако это относится к конкретным механизмам его создания.

21

В последующем совещания стали более представительными: в них, наряду с астрономами и физиками, принимали участие биологи, историки, социологи, философы, лингвисты.

22

Троицкий В.С. Некоторые соображения о поисках разумных сигналов из Вселенной / Внеземные цивилизации. Труды совещания. Бюракан, 20–23 мая 1964 г. — Ереван, 1965. С. 97–112.

23

Котельников В.А Связь с внеземными цивилизациями в радиодиапазоне / Внеземные цивилизации. — Ереван, 1965. С. 113–120.

24

Параметры, приведенные в таблице, пересчитаны по сравнению с приводимыми в оригинальной работе В. А. Котельникова, принимая среднюю звездную плотность в окрестностях Солнца 0,13 пк-3 (Аллен К.У. Астрофизические величины. — М.: Мир, 1977. С. 356), что соответствует среднему расстоянию между звездами 6,5 св. лег.

25

Последующие исследования подтвердили существование такого класса радиоисточников.

26

Хайкин С.Э. О проблеме связи с внеземными цивилизациями / Внеземные цивилизации. — Ереван, 1965. С. 83–94.

27

Троицкий В.С., Стародубцев А.М. и др. Опыт поиска монохроматического радиоизлучения от звезд в окрестностях Солнца на частоте 927 МГц // Астрон. журн. 1971.Т.48. С. 645–647.

28

«Мистическое» совпадение номера источника (102) с периодом его переменности в сутках до сих пор остается загадкой.

29

Бюллетень ТАСС, 14 апреля 1965 г., лист 2-А.

30

Бюллетень ТАСС, лист 8-А.

31

Там же, 14 апреля 1965 г., лист 13-А.

32

Бюллетень ТАСС, 14 апреля 1965 г., лист 3-BE.

33

Там же, лист 3-BE.

34

Там же, лист 34-ЗЕ.

35

Чаша Востока. Письма Махатм. — Рига-Москва, 1992. С. 204. Подробней см. Бронштэн В.А. Махатмы и астрономия // Мир Огненный. 1996. № 1(9). С. 44–57; Бронштэн В.А. Загадка «короны» // Земля и Вселенная. 1996. № 4. С. 48–54; Гиндилис Л.М. Проблема сверхнаучного знания // Новая Эпоха. 1999. № 1 (20). С. 96–103; № 2(21). С. 68–79.

36

Shklovskii I. S. and Sagan Carl. Intelligent Life in the Universe. — San Francisco: Holden-Day Inc., 1966. P.389; Barrett A. H. Radio Observation of Interstellar Hudroxyl Radicals. Have we discovered a gigantic maser, or could we be detecting interstellar communications? // Science. 1967. V. 157. P. 889; Sagan C. OH emission regions and extraterrestrial intelligence // Astrophys and Space. Sci. 1968. V. 1. P. 273.

37

Астрономическая единица (сокращенно а. е.) — единица длины, равная расстоянию от Земли до Солнца, приблизительно 150 млн км.

38

Янский (сокращенно Ян) — единица плотности потока, принятая в радиоастрономии. 1 Ян = 10-26 Вт/(м^2 Гц).

39

Первые записи были сделаны в августе, по систематические исследования начаты в ноябре.

40

«Литературная газета», 1 мая 1968 г.

41

Hewish A., Bell S.J., Pilkington J.D.H., Scott P.F., Collins R.A. Observation of a Rapidly Pulsating Radio Source // Nature. 1968. V. 217. P. 709–713.

42

Тартер Дж. Обзор экспериментальных исследований по поиску сигналов ВЦ в радио- и оптическом диапазонах / Проблема поиска жизни во Вселенной — М.: Наука, 1986. С. 170–182.

43

Гиндилис Л.М. Поиски сигналов внеземных цивилизаций // Земля и Вселенная. 1986. № 6. С. 18–28.

44

Гиндилис Л.М., Сатаринов А.С. SETI: 90-е годы // Земля и Вселенная. 1995. № 6. С. 37–46.

45

нем.: Земля и Вселенная. 1982. № 4. С. 57.

46

“Земля и Вселенная. 1980. № 5. С. 37

47

Неовиус Э. Величайшая задача нашего времени. — Гельсингфорс, 1876.

48

См. Шварц Р., Таунс Ч. Межзвездная и межпланетная связь при помощи оптических мазеров / Межзвездная связь. — М.: Мир, 1965. С. 247–256.

49

Альтернативная возможность состоит в том, это передающая цивилизация направляет луч точно на обследуемую звезду, а цивилизация, стремящаяся обнаружить сигнал, осуществляет поиск с помощью космических станций в близких окрестностях своей звезды. Если известно, это у звезды имеется подходящая для жизни планета (или планеты) и определена ее орбита, то область поиска для цивилизации-отправителя существенно сужается.

50

Мигель Л.Х. Замечание о гравитационной фокусировке // Астрон. журн. 1973. Т. 50. Вып. 6. С. 1331–1332.

51

Алексеев Е.Н. Баксанская нейтринная обсерватория // Земля и Вселенная. 1998. № 3. С. 41–16.

52

См.: Земля и Вселенная. 1990. № 5. С. 77; 1991. № 1. С. 93.

53

См.: Земля и Вселенная. 1992. № 4. С. 46.

54

Marx G. Message through time//Acta Astronaut. 1979. V.6. P. 221–223.

55

Долгин Ю.И. Разум Вселенной. — В сб.: На суше и на море. — М.: Мысль, 1968. С. 542–547.

56

Сахаров А.Д. Ответ на анкету CETI // Земля и Вселенная. 1990. № 6. С. 65.

57

Дайсон Ф. Поиски внеземной инженерной деятельности // Земля и Вселенная. 1968. № 6. С. 68–74.

58

Дайсон Ф. Поиски искусственных звездных источников инфракрасного излучения / Межзвездная связь. — М.: Мир, 1965. С. 121–124.

59

Давыдов В.Д. Сфера Дайсона невозможна // Природа. 1963. № 11. С. 100–101.

60

Дайсон Ф. Поиски внеземной инженерной деятельности // Земля и Вселенная. 1968. № 6. С. 68–74.

61

Покровский Г.И. Два возможных объекта поисков высокоразвитых цивилизаций // Природа. 1973. № 6. С. 17–98.

62

Кардашев Н.С. Астрофизический аспект проблемы поиска сигналов внеземных цивилизаций / Внеземные цивилизации. Проблемы межзвездной связи: Под ред. С. А. Каплана. — М.: Наука, 1969. С. 25–101.

63

Программа CETI//Астрон. журн. 1974. Т. 51. С. 1125–1132.

64

Каплан С.А., Кардашев Н.С. Астроинженерная деятельность и возможности ее обнаружения/Проблема поиска внеземных цивилизаций. — М.: Наука, 1981. С. 45–55; Кардашев Н.С. Стратегия и будущие проекта CETI / Там же. С. 29–45.

65

Slysh V.I. A Search in Infrared to Microwave Astrocnginecring Activity / The Search for Extraterrestrial Life: Recent Developments. Proc, of the 112 th Symp. of the IAU: Ed. M. D. Papagiannis. — Dordercht etc., 1985. P. 315–319.

66

Ребане К.К. Сигнализация между цивилизациями и охрана среды обитания / Проблема поиска жизни во Вселенной. — М.: Наука, 1986. С. 30–35.

67

Кардашев Н.С. О неизбежности и возможных формах сверхцивилизацнй / Проблема поиска жизни во Вселенной. — М.: Наука, 1986. С. 25–30; см. также: Kardashev N.S. / The Search for Extraterrestrial Lite: Recent Developments. — Dorderch etc., 1985. P. 497–504.

68

Тимофеев М.Ю., Кардашев Н.С., Промыслов В.Г. Исследование каталога IRAS в целях отбора кандидатов в возможные сферы Дайсона / Тезисы XXVII Радиоастрономической конференции. — Санкт-Петербург, ноябрь, 1997.

69

Shklovskii I.S., Sagan Carl. Intelligent Life in the Universe. — San Fransisco etc.: Holden-day Inc., 1966. P. 406–407.

70

Страйжис В.Л. Некоторые астрономические явления как возможный результат деятельности высокоразвитых цивилизаций / Проблема поиска жизни во Вселенной. — М.: Наука, 1976. С. 47–50. Цит. С. 48.

71

Там же.

72

Там же. С. 50.

73

Лефевр В.А., Ефремов Ю.Н. Космический разум и черные дыры: от гипотезы к научной фантастике // Земля и Вселенная. 2000. № 5. С. 69–83.

74

Лефевр В.А. Космический субъект. — М., 1969.

75

Кардашев Н.С. Астрофизический аспект проблемы поиска сигналов внеземных цивилизаций / Внеземные цивилизации. Проблемы межзвездной связи. — М: Наука, 1969. С. 25–101.

76

Bracewell R.N. Communication from superior galactic communities // Nature. 1960.V. 186. P. 670–671. Русск. перев.: Брейсуэлл P. Сигаалы высокоразвитых галактических цивилизаций / Межзвездная связь. — М.: Мир, 1965. С. 271–277. См. также: Брейсуэлл Р. Жизнь в Галактике / Там же. С. 257–270.

77

Брейсуэлл Р.…Межзвездная связь. — М.: Мир, 1965. С. 274.

78

См., например, Ксанфомалити Л.В. Проблема зондов внешней цивилизации. Радиоэхо и гипотеза Брейсуэлла / Проблема поиска внеземных цивилизаций. — М.: Наука, 1981. С. 55–67.

79

Точками либрации Лагранжа называются особые точки в системе двух гравитирующих тел (например, Солнце-планета или планета-спутник). Всего таких точек пять, все они расположены в плоекости орбиты, по которой одно тело обращается вокруг другого. Три из них L_1, L_2, L_3 расположены на линии, соединяющей гравитирующие тела, а две другие L_4, и L_5, — под углом 60° к этой линии, в вершине равностороннего треугольника, образуемою рассматриваемыми телами с соответствующей точкой Лагранжа. Если в точку либрации поместить малое тело, оно будет обращаться вокруг главного тела данной системы так, что взаимное расположение всех трех тел будет оставаться неизменным. В системе Солнце-Юпитер в окрестности вибрационных точек L_4 и L_5 . находятся астероиды, получившие название троянцев. В системе Земля-Луна в окрестности вибрационных точек L_4 и L_5 наблюдается скопление пылевых частиц (облака Кордылевского). Именно об этих точках и идет здесь речь.

80

Ксанфомалити Л.В. Цит. соч. С. 65.

81

Lunan D.A. Space probe from Epsilon Bootis // Spaceflight. 1973. V. 15. № 4. P. 122–133/См. также: Космический зонд ore Волопаса? // Земля и Вселенная 1973. № 6. С. 68–70.

82

Шпилевский А.В. Новая интерпретация таинственного радиоэха // Земля и Вселенная. 1976. № 2. С. 74–77.

83

Лисевич И.С. Древние мифы глазами человека космической эры / Проблема поиска внеземных цивилизаций. — М.: Наука, 1981. С. 68–81.

84

Файзуллин Р.Т. Попытка расшифровки серий мирового эха — геометрия и астрономия? (http://infml.sai.msu.ru/SETI; раздел «текущие материалы, статьи»)

85

SETI: состояние и перспективы // Земля и Вселенная. 1984. № 2. С. 90–93.

86

Ломберг Дж. Межзвездное послание «Вояджера» / Проблема поиска жизни во Вселенной. — М.: Наука, 1986. С. 242–247. Цит. С. 247.

87

Гиндилис Л.М. Внеземные цивилизации: век двадцатый // Общественные науки и современность. 2001. № 1. С. 138–147.

88

Сидоров В.М. Возвращение. Сборник стихов. — М.: Сов. писатель, 1980.

89

Зайцев А.Л. Радиовещание для внеземных цивилизаций // Информационный бюллетень SETI 1999. № 15. С. 31–47.

90

Передача послания состоялась в конце августа — начале сентября 2001 г. с помощью мощного передатчика, установленного на 70-метровой антенне П-2500 Национального центра управления и испытания космических средств Украины (бывший Центр дальней космической святи СССР). См.: Гиндилис Л. М. Сигнал отправлен: первое детское радиопослание внеземным цивилизациям // Земля и Вселенная. 2002. № 5. С. 82–96.

91

Шварцман В.Ф. Поиск внеземных цивилизаций — проблема астрофизики или культуры в целом / Проблема поиска жизни во Вселенной. — М.: Наука, 1986. С. 230–236.

92

Зайцев А.Л. Одномерное радиопослание «незрячим» абонентам // Информационный бюллетень SETI. 2001. № 17. С. 2–10.

93

Кардашев Н.С. Скрытая масса и поиск внеземных цивилизаций. Препринт ФИАН № 65, Москва, 1999. Он же. Космология и проблемы SETI // Земля и Вселенная. 2002. № 4. С. 9–17.

94

Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. — М.: Наука, 1965. С. 15.

95

Этот термин был введен Э. Зюссом в 1875 г., а учение о биосфере было создано выдающимся российским ученым В. И. Вернадским в 1926 г.

96

Согласно Ф. А. Цицину, облако (или, точнее, рой) реликтовых кометных тел простирается на значительно большее расстояние, вплоть до 100 св. лет, захватывая окрестности соседних звезд; напомним, по расстояние между звездами вблизи Солнца порядка нескольких световых лет (См. Цицин Ф.А. Происхождение комет: новый взгляд на старую проблему // Земля и Вселенная. 1999. № 1. С. 60–69.) Если это так, и если у других звезд имеются подобные рои кометных тел, то они взаимно пронизывают друг друга и могут быть источником хотя и редкого, но все же взаимообмена кометными телами.

97

Уральская В.С. Внешние области Солнечной системы //Земля и Вселенная. 1999. № 5. С. 20–27.

98

Впервые кольцо Сатурна наблюдал Галилеи в 1610 г., однако он не смог точно установить его форму. Это удалось сделать Гюйгенсу в 1655 г.

99

Самая яркая звезда северного неба Вета имеет нулевую звездную величину, а самые слабые звезды, которые можно видеть невооруженным глазом, соответствуют 6-й звездной величине. Изменению (уменьшению или увеличению) блеска на одну звездную величину соответствует изменение (увеличение или уменьшение) светового потока в 2,512 раза. Изменению на 5 зв. величин соответствует изменение потока в 100 раз.

100

Водород и основная часть гелия образуются на ранних стадиях эволюции Вселенной задолго до формирования звезд (см. п. 2.2.2).

101

Абсолютной звездной величиной называется звездная величина, которую имела бы звезда, если бы она наблюдалась с расстояния 10 пк. Следует иметь в виду, что чем меньше абсолютная звездная величина звезды, тем выше ее светимость.

102

Это связано не с тем, что их светимость мала, а с тем, что они, как и большинство других звезд Галактики, расположены далеко от Солнца. Ведь мы можем видеть глазом только самые близкие звезды (или звезды очень большой светимости).

103

Любопытна история открытия двойных звезд. Посте изобретения телескопа было обнаружено, что некоторые звезды, видимые невооруженным глазом, как одиночные, при наблюдении в телескоп разделяются на две. Первой была обнаружена двойственность Мицара — ζ Большой Медведицы (Риччиоли, 1650 г.). В последующие годы были открыты еще несколько двойных звезд. В 1781 г. Христиан Майер опубликовал список 89 пар звезд. При этом он утверждал, что обнаружил вращение спутников вокруг главной звезды. Эго смелое утверждение Майера было осмеяно его современниками, а «планеты», обращающиеся вокруг звезд, были признаны за плод галлюцинации. Только после точных измерений В. Гершеля, выполненных вслед за Майером, в конце XVIII века, было доказано существование физических двойных звезд. Это было не только большим достижением наблюдательной астрономии, но и триумфом ньютоновского закона всемирного тяготения, ибо было установлено, что он действует далеко за пределами Солнечной системы и. действительно, является всемирным.

104

Видимого — не означает видимого глазом; имеются в виду все виды вещества, которое мы можем наблюдать с помощью астрономических инструментов. Тем не менее, эта оговорка необходима, ибо, как мы увидим ниже, возможно, часть материи во Вселенной существует в «скрытой» форме, недоступной наблюдению с помощью современных астрономических инструментов.

105

Сурдин В.Г. Каталог экзопланет // Природа. 2000. № 7.

106

В большинстве звезд идут реакции протон-протонного цикла: сначала два протона, сталкиваясь, образуют дейтон (ядро дейтерия), состоящий из протона и нейтрона, затем к нему присоединяется еще один протон, образуя ядро изотопа гелия (гелий-3), состоящее из двух прогонов и одного нейтрона, и, наконец, два ядра гелий-3, сталкиваясь, образуют одно ядро гелий-4 и два протона. В некоторых наиболее массивных звездах идут реакции так называемого углеродного цикла; в них ядерным горючим также является водород, а углерод выступает в роли катализатора. В результате цепочки реакций этого цикла, в конечном итоге, четыре протона также образуют одно ядро гелий-4.

107

Правда, если масса тела больше 1,4 M⊙ , давление вырожденного электронного газа уже не сможет противостоять силе тяготения, и такое тело все-таки сожмется, превратившись в нейтронную звезду или черную дыру (см. ниже), но сейчас речь идет об объектах, масса которых много меньше этого предела.

108

Это значит, что за все время своего существования (не более 10–20 млрд лет, ибо таков возраст Вселенной — см. § 2.2) они израсходовали лишь ничтожную часть имеющегося у них запаса водородного горючего.

109

Планетарные туманности были открыты Гершелем в конце XVIII века, их название отражает чисто внешнее сходство с дисками планет при визуальных телескопических наблюдениях с небольшим увеличением.

110

Согласно греческой мифологии, Млечный Путь произошел из струи молока, брызнувшей на небо из груди Богини Геры, жены Зевса. По приказу Зевса его сын Геракл, рожденный смертной женщиной, был поднесен к груди спящей Геры, чтобы молоко Богини сделало его бессмертным. Но проснувшаяся Гера оттолкнула младенца. Геракл не стал бессмертным, а брызнувшее из груди Богини молоко оставило на небе вечный, бессмертный след — Млечный Путь.

111

На самом деле характер их движения более сложный: см. Сурдин В.Г. Динамика звездных систем. — М.: 2001. 32 с.

112

Рекомбинацией называется процесс обратный ионизации, когда свободный электрон присоединяется к ионизированному атому и нейтрализует его.

113

Под островной Вселенной понимается Вселенная, состоящая из множества отдельных звездных систем («островов» Вселенной), каждая из которых представляет собой связанную динамическую систему со своим центром.

114

«Мы видим первые члены непрерывного ряда миров и систем, — писал Кант, — и первая часть этой бесконечной прогрессии уже дает нам возможность представить, каково целое. Здесь нет конца, здесь бездна подлинной несоизмеримости, перед которой бледнеет всякая способность человеческого понимания, хотя бы и подкрепленного математикой». (И. Кант. Очерк системы неподвижных звезд, а также о многочисленности подобных систем неподвижных звезд. Цит. по кн, Еремеева А.И., Цицин Ф.А. История астрономии. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1989. С. 199.)

115

Еремеева А.И., Цицин Ф.А. История астрономии. С. 221.

116

Большую роль в привлечении внимания к феномену активности ядер и в их изучении сыграл выдающийся советский астроном В. А. Амбарцумян.

117

Цит. по кн.: Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. — М.: Наука, 1983. С. 178.

118

Общие законы самоорганизации материи изучаются синергетикой, сравнительно молодой и очень перспективной областью науки. В последние годы в работах И. К. Розгачсвой и др. развивается астросинергетика, изучающая процессы самоорганизации материи в космических масштабах.

119

Этот термин был предложен К. Шарлье (1862–1934) в связи с его теорией иерархической островной Вселенной для обозначения системы более высокого порядка по сравнению с Галактикой. В современной астрономии он употребляется в ином смысле (вся наблюдаемая Вселенная).

120

Средняя плотность наблюдаемого «светящегося» вещества в галактиках составляет 10-24 г/см^3, средняя плотность в сверхскоплениях (в волокнах ячеистой структуры) — 10-27 г/см^3. Если же «размазать» массу галактик по всему объему ячейки, средняя плотность составит 3 10-31 г/см^3. Эта величина остается постоянной для любой ячейки в любом месте Метагалактики, она и определяет среднее значение плотности «светящегося» вещества во Вселенной.

121

Сахаров А.Д. Симметрия Вселенной /Будущее науки.—М.: Знание, 1968. С. 76.

122

Нелинейная термодинамика И. Пригожина, синергетика Г. Хакена.

123

Если V_12= Hr_12 и V_13 = Hr_13, то V_23 = Нr_13 — Нr_12 = Нr_23 .

124

При не очень сильных полях тяготения можно пользоваться формулой специальной теории относительности:.

125

Геодезическая линия есть обобщение понятия прямой на случай неевклидовой геометрии, она играет ту же роль, что и прямая в евклидовом пространстве. В частности, дуга геодезической линии, подобно отрезку прямой, определяет кратчайшее расстояние между двумя точками.

126

В уравнениях Фридмана, как и в уравнениях Эйнштейна, имеется Λ-член. Фридман положил его равным 0. Однако это допущение не обязательно. Существуют модели с Λ-членом, не равным 0, все они дают нестационарное решение (Вселенная или расширяется, или сжимается). Эта модели также называют фрцдмановскими. Принимая те или иные значения параметров, получаем различные конкретные модели эволюции Вселенной. Так, при ρ = 0 получаем модель де Ситтера, при Λ = 0 — модель Фридмана, а при ускорении, равном нулю, — модель Эйнштейна. В этом смысле, как отмечает И. Д. Новиков, и модель де Ситтера, и модель Эйнштейна являются частными предельными случаями фридмановских моделей (Новиков И.Д. Как взорвалась Вселенная, с. 24). Можно сказать, что модель Эйнштейна является частным случаем фридмановских моделей, как покой является частным случаем движения.

127

По мнению советских историков астрономии А. И. Еремеевой и Ф. А. Цицина, «исторически соотношение имен “Фридман-Эйнштейн” повторило другое великое сочетание “Кеплер-Коперник”. Как и Кеплер, Фридман разрушил господствовавший в его время принцип космологии. Во времена Кеплера это была… всеобщая “одержимость округленностью”; во времена Фридмана — принцип стационарности Вселенной». (История астрономии. — М.: 1989. С. 278.)

128

Шаров А.С., Новиков И.Д. Человек, открывший взрыв Вселенной. — М.: Наука, 1989. С. 74–75.

129

В теории горячей Вселенной учитывается также давление (см. п. 2.2.2.), но на поздних стадиях расширения оно несущественно.

130

В теории принимается, что вся масса галактик равномерно «размазана» по объему сферы и вместо «пробной» галактики рассматривается элемент объема единичной массы, находящийся на поверхности сферы. Но для понимания сути дела это уточнение несущественно.

131

Кардашев Н.С. Космология и цивилизации / Древняя астрономия: небо и человек. — М., 1998. С. 158–168. Он же. Скрытая масса и поиск внеземных цивилизаций / Препринт ФИЛИ № 65. — М., 1999.

132

Во фридмановских моделях постоянная Хаббла есть функция времени: Н = H(t). При заданном значении t = t_0 она принимает фиксированное значение H(t_0) = H, т. е. не зависит от пространственных координат. Именно в этом смысле она и является постоянной. То, что это подтверждается наблюдениями (закон Хаббла), означает, что во Вселенной достаточно хорошо выполняются условия однородности и изотропии, из которых следует независимость Н от пространственных координат.

Заметим, что в модели де Ситтера Н не зависит от времени: Н = const, а в модели Эйнштейна Н = 0 (это следует из условия стационарности: Vr = Нr = 0). Таким образом, модель де Ситтера есть частный случай фридмановских моделей при H(t) = const; если константа равна нулю, то получаем модель Эйнштейна.

133

tн = а_0/V_0 (а_0 — значение масштабного фактора в современную эпоху). С другой стороны, V_0 = а_0H_0 ,(закон Хаббла), следовательно, tн = 1/H_0 .

134

Сахаров А.Д. Симметрия Вселенной / Будущее науки. — М.: Знание, 1968. С. 74–96.

135

Сахаров А.Д. Цит. работа. С. 92.

136

Представления о периодическом процессе возникновения, уничтожения и нового возрождения Вселенной развивались также древнегреческими философами Гераклитом Эфесским (VI век до н. э.) и позднее, уже в III веке нашей эры, известным христианским богословом и философом Оригеном (см. с. 340).

137

Название «реликтовое» было предложено И. С. Шкловским позднее, когда это излучение уже было обнаружено.

138

Вайнберг С. Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной. — М.: Энергонздат, 1981.

139

Нуклон — общее название ядерных частиц: протона и нейтрона.

140

Время жизни виртуальных частиц Δt ~ ħ/тс^2, где m — масса частицы. Для m = mе (масса электрона) время жизни Δt ~ 10 21 с.

141

Такая материя называется пылевидной.

142

Строго говоря, плотность вакуума все-таки уменьшается, но несравненно медленнее, чем для обычной материи; поэтому по сравнению с ней плотность вакуум можно считать постоянной.

143

Ускорение гравитационного отталкивания d^2r/dt^2= b^2r, где b^2 = 4pGρвак/3. Поскольку ρвак = const, то и b = const, откуда следует dr/dt= br, а это и есть закон Хаббла с постоянной Хаббла H = b = const. Интегрируя выражение для dr/dt, получаем r = rеbt.

144

(ρкр — ρ)/ρ = ∝ [a(t)]2, где a(t) — масштабный фактор.

145

Образование трехмерного мира из многомерного пространства, т. е. уменьшение размерности, происходит благодаря процессу компактификации. Современная теоретическая физика рассматривает такие процессы.

146

Шаров А.С., Новиков И.Д. Человек, открывший взрыв Вселенной. — М.: Наука, 1989. С.191.

147

О периодических манифестациях открытой Вселенной мы расскажем в п. 2.2.5, когда будем говорил, о будущем Вселенной.

148

Розенталь И.Л. Проблема начала и конца Метагалактики. — М.: Знание,1985. С. 46.

149

Зельдович Я.Б. Рождение Вселенной из «ничего» / Вселенная, астрономия, философия. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988. С. 39–40.

150

Мостепаненко А.М. Проблема «возможных миров» в современной космологии // Там же. С. 79–89; см. с. 88.

151

См., например, Розгачева И.К. Самоорганизующиеся системы во Вселенной. — М.: Знание, 1989.

152

Там же. С. 57.

153

Цитируется по книге: Новиков И.Д. Как взорвалась Вселенная. — М.: Наука, 1988. С. 162–163.

154

В рамках этой модели считается, что масса покоя нейтрино равна нулю.

155

Новиков И.Д. Как взорвалась Вселенная. С. 167.

156

Сажин М.В. Современная космология в популярном изложении. — М.: УРСС, 2002. С. 225–230.

157

Розенталь И.Л. Проблемы начала и конца Метагалактики. С. 52.

158

Зельманов А.Л. О бесконечности материального мира / Диалектика в науках о неживой природе. — М.: Мысль, 1964. С. 227–269.

159

Зельманов А.Л. Многообразие материального мира и проблема бесконечности Вселенной / Бесконечность и Вселенная. — М.: Мысль, 1969. С. 274–324. Зельманов А.Л., Аваков В.Г. Элементы общей теории относительности. — М.: Наука, 1989. С. 5–13.

160

См. Гиндилис Л.М. Пирамида физического знания // Дельфис. 1996. № 1 (6). С. 79–85.

161

См. Паркер Б. Мечта Эйнштейна: в поисках единой теории строения Вселенной. — М.: Наука, 1991.

162

Аппарат мнимых (комплексных) чисел широко используется в некоторых разделах физики (например, в электродинамике) для выполнения промежуточных математических преобразований. Однако все конечные величины, получаемые в результате этих вычислений, — величины, непосредственно сопоставляемые с результатами физического эксперимента, выражаются только действительными числами.

163

Идеи о конечности процесса познания и о близости современной науки к полному познанию окружающего нас мира высказывались рядом авторов. Так например, И. С. Шкловский высказывает мысль, что в результате двух революций в астрономии построение адекватной действительности астрономической картины мира близко к завершению. Остается лишь работа по ее детализации и уточнению. Эта работа не может коренным образом изменить лица астрономии, ибо «генеральный план» Вселенной и история се развития в настоящее время полностью поняты и уже перешли в категорию абсолютных истин. (См. Шкловский И.С. Вторая революция в астрономии подходит к концу // Вопросы философии. 1979. № 9. С. 54–69.)

164

Интересные данные о масштабной структуре Вселенной можно найти в книге: Суханос С.И. Масштабная гармония Вселенной. — М.: София, 2000.

165

См., например: Опарин А.И., Фасенков В.Г. Жизнь во Вселенной. — М.: Изд-во АН СССР, 1956-, Шепли X. Звезды и люди. — М.: ИЛ, 1962; Доул С. Планета для людей. — М.: Наука, 1974; Голдсмит Д., Оуэн Т. Поиски жизни во Вселенной. — М.: Мир, 1983; Шкловский И. С. Вселенная, жизнь, разум. — М.: Наука, 1987; Хоровиц Н. Поиски жизни в Солнечной системе. — М.: Мир, 1988.

166

Для планетных систем других звезд эта зависимость может не выполняться. Обнаруженные в последние годы планетные системы у других звезд обладают характеристиками, резко отличными от Солнечной системы. В связи с этим сейчас пересматриваются представления о формировании планетных систем. По-видимому, существуют два разных процесса, которые приводят к формированию двух разных типов планетных систем.

167

Маркс Г. Проблема одновременности / Проблема поиска жизни во Вселенной. — М.: Наука, 1986. С. 74–81.

168

Маркс Г. Цит. работа, с. 78.

169

Маркс Г. Цит. работа, с. 80.

170

Идлис Г.М. Основные черты наблюдаемой астрономической Вселенной как характерные свойства обитаемой космической системы // Известия Астрофизического ин-та Каз. ССР, 1958. Т. 7. С. 39–54; см. с. 39.

171

Зельманов А.Л. Некоторые философские аспекты современной космологии и смежных областей физики / Диалектика и современное естествоиспытание. — М.: Наука, 1970. С. 395–400;см. с. 396.

172

Казютинский В.В. «Космическая философия» К Э. Циолковского и современная научная картина мира //Труды восемнадцатых-двадцатых чтений, посвященных разработке научного наследия и развитию идей К. Э. Циолковского. Секция «К. Э. Циолковский и философские проблемы освоения космоса». — М.: ИИЕиТ АН СССР, 1988. С. 4–40; см. с. 9.

173

Подробней с этой проблемой можно познакомиться в книге: Сурдин В.Г. Динамики звездных систем. — М., 2001.

174

Этот результат, полученный в рамках классической механики и боровской модели атома, остается в силе и для квантовой механики.

175

См. Девис П. Случайная Вселенная. — М.: Мир, 1985, § 2.3.

176

Розенталь И.Л. Элементарные частицы и структура Вселенной. — М.: Наука, 1984.112 с.

177

Картер Б. Совпадения больших чисел и антропологический принцип в космологии (доклад на Краковском симпозиуме по космологии, 1973) / Космология. Теория и наблюдения. — М.: Мир, 1978. С. 369–380; см. с. 370. В дальнейшем за этим принципом утвердилось название «антропный».

178

Б. Картер выделил две различные формулировки АП: слабый АП и сильный АП. Слабый АП применяется к параметрам, которые зависят от современного возраста Вселенной (например, совпадение больших чисел); он накладывает ограничение на положение наблюдателя во временной шкале. Сильный АП применяется к параметрам, которые от возраста не зависят (например, соотношение между массами элементарных частиц); он накладывает ограничение на свойства самой Вселенной.

179

Мостепаненко А.М. Проблема «Возможных миров в современной космологии // Вселенная, астрономия, философия. — М., 1988. С. 79–89.

180

Уилер Дж. Выступление в дискуссии на Краковском симпозиуме по космологии, 1973 / Космология. Теория и наблюдения. — М.: Мир, 1978. С. 368.

181

Фаддеев Е.Т. К. Э. Циолковский о бесконечности развития Вселенной / Труды V–VI Чтений К. Э. Циолковского. Секция «Исследование научного творчества К. Э. Циолковского». — М.: 1972. С. 26–39; см. с. 31.

182

Салливан У. Мы не одни. — М.: Мир, 1967. С. 264.

183

Кардашев Н. С Астрофизический аспект проблемы поиска внеземных цивилизаций / Внеземные цивилизации. — М.: Наука, 1969. С. 25–101; см. с. 48.

184

Лесков Л.В. Космические цивилизации: проблемы эволюции. — М: Знание, 1985. 64 с.; см. с. 39.

185

Там же. С. 42–47.

186

Правда, в этом случае легко прийти к известной мысли Спинозы, что Природа и есть Бог. Современные представления о самоорганизации позволяют по-новому переосмыслить эту проблему. В статье, посвященной «Самоорганизующейся Вселенной» Э. Янга, В. И. Аршинов приходит к следующему выводу. «И вот итог: осмысление человека в «самоорганизующейся Вселенной» порождает совершенно новый взгляд на мир, который творит сам себя. Этот взгляд предполагает, что идея божественности является не чем-то внешним миру, но с необходимостью включена в тотальность самоорганизующейся динамики Вселенной на всех уровнях и во всех измерениях Но в таком случае бог — это уже не творец в традиционном смысле, но разум Вселенной». (Аршинов В.И. «Самоорганизующаяся Вселенная» Э. Янга и глобальный эволюционизм / О современном статусе идеи глобального эволюционизма. — М.: Ин-т философии АН СССР, 1986. С. 91–104; см. с. 104).

187

Рубцов В.В., Урсул А.Д. Проблема внеземных цивилизаций: философско-мегодологические аспекты. — Кишинев: Штиинца, 1984.263 с.; см. с. 88.

188

См., например: Мартынов Д.Я. Антропный пришит в астрономии и его философское значение / О современном статусе идеи глобального эволюционализма. — М.: Ин-т философии АН СССР, 1986. С. 155–157; он же // Вселенная, астрономия, философия. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988. С. 58–65.

189

Гиндилис Л.М. Антропный принцип: занимает ли человек исключительное место во Вселенной // Глобальный эволюцнонализм. — М., 1994. С. 65–93.

190

Принципом Коперника называют мировоззренческий принцип, возникший в результате крушения геоцентрической системы мира, согласно которому положение человека во Вселенной не является выделенным. Действительно, Земля одна из планет в Солнечной системе (не самая близкая и не самая далекая от Солнца), Солнце — типичная звезда главной последовательности, одна из миллиардов звезд расположенная на периферии нашей Галактики, Галактика — одна из типичных представителей многочисленного класса спиральных галактик в Метагалактике. Нет такого параметра, по которому мы могли бы претендовать на какое-то особое место во Вселенной.

191

Линник Ю.В. Эстетика Космоса. Автореферат диссертации на соискание степени доктора философских наук. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988. 30 с.; см. с. 26.

192

Там же. С. 25.

193

Учение «Живой Этики».

194

Цитируется по книге К. Фламмариона «Множественность обитаемых миров». Эта книга была издана в Париже в 1862 г. Она пользовалась огромной популярностью, выдержала более 30 изданий и была переведена на многие языки. В русском переводе была издана в 1865 г. в Петербурге под названием «Многочисленность обитаемых миров». Мы использовали здесь два русских издания: 1) Фламмарион К. Множественность населенных миров и условия обитаемости небесных земель с точки зрения астрономии, физиологии и естественной философии. — СПб., 1898, 396 с.;2) Фламмарион К. Жители звезд и многочисленность обитаемых миров. — М., 1909, 240 с. В дальнейших ссылках мы будет сокращенно обозначать эти издания: Фл., 1898 и Фл., 1909.

195

В академическом издании поэмы (Лукреций. О природе вещей. — М.: Изд-во АН СССР, 1946) приведенный отрывок содержится на с. 133. Мы цитируем его по Фламмариону, так как в его изложении он представляется более четким и ярким.

196

Цитируется по докладу Дж. Биллингема и Р. Потека на конференции «Юинспейс-82»; см. «Земля и Вселенная», 1984. № 2. С. 90–93.

197

Ягутов Л.Е. Особенности изложения буддийских «истин» в трактате Фа Шана «Очерк о золотом льве» / Буддизм и литературно-художественное творчество народов Центральной Азии. — Новосибирск: Наука, 1985. С. 84–89; см. с.87.

198

Цитируется по кн.: Пьер Тейяр де Шарден. Феномен человека. — М., 1987. Примечания, с. 236.

199

Идлис Г.М. Революция в астрономии, физике и космологии. — М.: Наука, 1985.231 с.; см. с. 64.

200

Блаватская Е.П. Тайная Доктрина. Синтез науки, религии и философии. — Рига: Угунс, 1937. С. 36–37.

201

Чаша Востока. Письма Махатм. — Рига-Москва, 1992. С 152.

202

Рерих Н.К. Шамбала Сияющая. — Рига: Утус. Латвийское общество Рериха, январь 1990. С. 42.

203

Существуют доводы, что не эта идея сама но себе послужила причиной приговора. См., например: Менцин Ю. За что же его все-таки сожгли? // Московский университет, № 15 (3731), 26 октября 1990, с. 12. См. также: Менцин Ю. Поднявшийся в Бесконечность //Звездочет. 2000. № 2. С. 18–21.

204

Цитируется по кн.: Еремеева А.И. Астрономическая картина мира и се творцы. — М.: Наука, 1984. 224 с.; см. с. ЗЗ.

205

Литы Сада Мории. — Рига: ЛОР, 1989. 165 с.; см. с.82.

206

Из письма Леказра к Гассенди (Фл., 1898, с. 262).

207

Здесь кардинал ближе к истине, чем Лукреций, который считал звезды эманациями земного шара.

208

В философской повести «Микромсгас», высмеивая эту точку зрения, Вольтер описывает следующую сцену. Два гигантских пришельца с Сириуса и Сатурна, посетив Землю и стоя в океане по колено в воде, заметили морской корабль. Оказалось, на нем возвращалась из плавания научная экспедиция. Подняв корабль к своему лицу, Микромегас затеял с землянами философскую беседу о мироздании. В конце этой очень поучительной беседы в нее вступил некий профессор (богослов), который заявил, что ему известны все тайны Бытия, ибо они описаны в «Сумме» Святого Фомы Аквинского. Затем он посмотрел сверху вниз на обитателей небес и объявил им, что их собственные персоны, их луны, солнца и звезды — все это было создано единственно ради человека. Это заявление несколько покоробило пришельцев, которые с полным основанием вынуждены были заключить, что «этим бесконечно малым существам присуща прямо-таки бесконечно большая гордыня». (Вольтер. Философские повести. — М.: Правда, 1985. 575 с.; см. с. 142.)

209

Циолковский К.Э. Причина Космоса. — Калуга, 1925. С. 14.

210

Там же. С. 11.

211

Циолковский К.Э. Монизм Вселенной. — Калуга, 1925. С. 30

212

Там же. С. 22.

213

Циолковский К.Э. Причина Космоса. С. 7.

214

Троицкий В.С. Развитие внеземных цивилизаций и физические закономерности / Проблема поиска внеземных цивилизаций. — М.: Наука, 1981. С. 3–29. Цит. с. 6.

215

Хоровиц Н. Поиски жизни в Солнечной системе. — М.: Мир, 1988. С. 27, 65.

216

Цит. по кн.: Тейяр де Шарден. Феномен человека. — М.: Наука, 1987. С. 56.

217

Там же.

218

Лихачев С.Ф. Основания SETI (интуиционистский подход) // Информационный бюллетень НКЦ SETI, № 5. — М., 1994. С. 21–24.

219

Тейяр де Шарден П. Указанное соч., с. 53.

220

В настоящее время на Земле насчитывается около 2 млн видов, а за все время эволюции жизни на Земле их существовало, по оценкам палеонтологов, около 500 миллионов.

221

Тейяр де Шарден П. Указ. Соч., с.78.

222

В последнее время появляется все больше данных о том, какую важную роль в жизнедеятельности организмов играют электромагнитные явления. Таким образом, клетка представляет собой не только миниатюрную биохимическую фабрику, но и сложнейшую электрическую машину.

223

Любопытно,»по в средние века даже церковь (в лице, например, Фомы Аквинского) признавала идею самозарождения жизни.

224

У. Томсон писал, что это представляется ему «такой же несомненной научной истиной, как закон всемирного тяготения». (Цит. по кн.: Хоровиц Н. Происхождение жизни в Солнечной системе. — М.: Мир, 1988. С. 45.)

225

Там же.

226

Тейяр де Шарден. Указ, соч., с. 66–67.

227

Интересны взгляды Циолковского по этому вопросу. Он считал, что жизнь возникает самопроизвольно лишь на некоторых планетах. Достигнув высокого развития, разумные существа приступают к планомерному заселению Вселенной, сея семена жизни на других планетах. Причем именно этот пуп. Циолковский считал основным.

228

По своему химическому составу живое вещество на Земле больше напоминает состав звезд и межзвездной среды, чем планеты, на которой мы живем.

229

Гинзбург В.Л. Выступление на советско-американской конференции CETI, Бюракан, сентябрь 1971/ Проблема CETI (связь с внеземными цивилизациями). — М.: Мир, 1975. С. 176.

230

Казначеев В.П. Симбиоз жизни / Феномен. — М.: Мир, 1989. См. также: Казначеев В.П., Михайлова Л.П. Сверхслабые излучения в межклеточных взаимодействиях. — Новосибирск: Наука, 1981.

231

Напомним, по под сингулярным состоянием мы понимаем не фридмановскую сингулярность, а состояние материи с очень высокой, но не бесконечно большой плотностью, которое имеет место в начале эпохи раздувания Вселенной при t = tпл (см. п. 2.2.3).

232

Мартынов А.В. Исповедимый путь. — М.: Прометей, 1990. С. 64.

233

Пановкин Б.Н. Проблема внеземных цивилизаций. — М.: Знание, 1979. С. 31. О процессах самоорганизации и возможных формах жизни см. также: Лем С. Сумма технологии. — М.: Мир, 1968. Раздел: Конструкция жизни. С. 420^34.

234

Данные, полученные с помощью американского орбитального аппарата «Марс Глобал Сервейон», позволяют заключить о наличии в некоторых местах грунтовых вод, сохраняющих жидкое состояние при температуре -60 °C благодаря их исключительной солености (Malin М.С., Edgett К.S. // Science. 2000. V. 288. Р. 2330).

235

Подробнее об этом можно прочитать в книге Д. Голдсмита и Т. Оуэна «Поиски жизни во Вселенной», гл. 15. Есть ли жизнь на Марсе? С. 323–341.

236

Новое о жизни на Марсе // Земля и Вселенная. 1977. № 1. С. 50–58.

237

Голдсмит Д., Оуэн Т. Пояски жизни во Вселенной. — М.: Мир, 1983. С. 346.

238

Бочкарев Н.Г. Уран — наиболее перспективная планета для поиска внеземной жизни? //Астрон. циркуляр. 1987. № 1496. С. 6–8.

239

Фламмарион К. Жители звезд и многочисленность обитаемых миров. — М., 1909. С. 175.

240

Там же. С. 37.

241

Там же. С. 197.

242

Имеется в виду неопубликованная рукопись И. Ньютона, обнаруженная не так давно в библиотеке Еврейского университета в Иерусалиме (см. Manuel F. The Religion of Isaac Newton. — Oxford, 1974).

243

Циолковский К.Э. Грезы о земле и небе. На Весте. — М.: Изд-во АН СССР, 1959.95 с.

244

Циолковский К.Э. Обзор моих трудов до 1931 года. Рукопись. Цит. по послесловию Б. Н. Воробьева к кн. «Грезы о земле и небе». — М.: 1959. С. 94.

245

Дайсон Ф. Будущее воли и будущее судьбы // Природа. 1982. № 8. С. 68.

246

Dyson F. // Rev. Mod. Phys. 1979. V. 51. P. 447.

247

Большие числа, как правило, не осознаются, мы теряем представление о реальном масштабе выражаемых ими величин еще на дальних подступах к этим величинам. Можно попытаться «ощутить» величину больших чисел с помощью сравнении. Как представить себе величину 10^21 звезд? Если бы мы попытались пересчитать все звезды, начав счет в момент рождения Земли, то при скорости счета 1 звезда в секунду к настоящему времени выполнили бы лишь 0,01 % работы. Применив быстродействующий компьютер, мы могли бы не только сосчитать все звезды, по и напечатать полный каталог звезд. Если на каждую звезду в таком каталоге отвеет по одной строчке (обозначение звезды, координаты и т. д.), то потребуется 10^16 увесистых томов (по 1000 стр. в каждом томе). Поставленные в ряд на одну полку, они протянулись бы на расстояние 10^15 см, или 100 а. е., т. е. далеко за пределы орбиты Плутона, к самым границам Солнечной системы.

248

В данный момент, разумеется, с учетом запаздывания сигнала: когда мы принимаем сигнал, цивилизация может уже не существовать, но она должна была находиться в коммуникативной фазе, когда отправляла сигнал, принятый нами сегодня.

249

Гиндилис Л.М. К методике оценки числа цивилизаций в Галактике / Проблема поиска внеземных цивилизаций. — М.: Наука, 1981. С. 126–148.

250

Так как при этом исключаются, например, процессы типа: цивилизация —> цивилизация, обусловленные колонизацией далеких планет или созданием искусственных разумных существ.

251

На необходимость использования интерфеометров для обнаружения внесолнечных планет обращали внимание Ю. Н. Парийскнй и В. И. Мороз на советско-американской конференции CETI в Бюракане в 1971 г.

252

Тутуков Д.В. Распространенность планетных систем в Галактике //Земля и Вселенная. 1999. № 6. С. 17–24.

253

При таком подходе исключаются из рассмотрения обсуждавшиеся выше возможности существования жизни в определенных слоях атмосферы Юпитера и Венеры, или в некоторых местах на поверхности Марса. Но таковы принятые «правила игры»: каждый раз при попытке количественно оценить тот или иной фактор мы вынуждены вводить все новые и новые ограничения.

254

Урсул А.Д. Освоение космоса. — М.: Мысль, 1967.238 с. Цит. с. 140.

255

Нейфах Л.А. // Природа. 1965. № 12.

256

К противоположному выводу об эволюционной роли разума пришел в последние годы своей жизни И. С. Шкловский — см. его статью «Существуют ли внеземные цивилизации? // Земля и Вселенная. 1985. № 3. С. 76–80.

257

В связи с представлениями о конвергентной эволюции представляет интерес замечание Ф. А. Цицина о том, что различные цивилизации после выхода в Космос, где условия в основных чертах одинаковы, должны развиваться в направлении сходимости морфологических признаков (см. Природа 1965. № 11. С. 94–101). Не приведет лн этот процесс к образованию зоофитов Циолковского?

258

Мартынов Д.Я. Выступление на Первом Всесоюзном совещании по внеземным цивилизациям / Внеземные цивилизации. — Ереван, 1965. С. 34.

259

Противоречие между ограниченной емкостью мозга и неограниченным (и быстрым) ростом информации представляется совершенно неразрешимым, если не учитывать потенциальные возможности человеческой психики, которые могут включать новые орудия познания, неизмеримо превосходящие мозг по объему и скорости переработки информации.

260

Sagan С. On the Detectivity of Advanced Galactic Civilizations // Icarus. 1973. V. 19. P. 350–353.

261

Платт Дж. В кн.: Проблема CETI. — М.: Мир, 1975. С. 115–121.

262

Платт Дж. Цит. выше.

263

Крик Ф. Проблема CETI. — М.: Мир, 1975. С. 60, 91,105.

264

Моррисон Ф. Там же. С. 95.

265

Kreifeldt F. G. A Formulation for the number of communicative civilizations in the Galaxy//Icarus. 1971. V. 14. P. 419–430.

266

Гиндилис Л.М. К методике оценки числа цивилизаций в Галактике / Проблема поиска внеземных цивилизаций. — М.: Наука, 1981. С. 126–148.

267

Hart М.N. An Explanation for Absence of Extraterrestrials on Earth // Quart. Journ. Roy. Astron. Soc. 1975. V. 16. № 2. P. 128–135.

268

Шкловский И. С. О возможной уникальности разумной жизни во Вселенной // Вопросы философии. 1976. № 9. С. 80–93.

269

Хуанг Су-Шу. Зоны обитаемости в окрестностях двойных звезд // Межзвездная связь, — М.: Мир, 1965. С. 100–109.

270

Кардашев Н.С. О стратегии поиска внеземных цивилизаций // Вопросы философии. 1977. № 12. С. 43–54.

271

Маковецкий П.В., Петрович Н.Т., Троицкий В.С. Проблема внеземных цивилизаций — проблема поиска // Вопросы философии. 1979. № 4. С. 47–59.

272

«“Старшие” косвенным образом помогают “младшим”, но в такой мере, чтобы не нанести ущерба самостоятельности “младших”». (Долгин Ю. Разум Вселенной / На суше и на море. — М.: Мысль, 1968. С. 546.) Это проблема ученик-учитель. Можно ли научить человека решать математические задачи, если учитель будет решать их за ученика? Можно ли научить кораблевождению капитана, если не давать ему штурвал корабля? Только в самостоятельной работе окончательно складывается мастер.

273

Shapley Н. The View from a Distant Star. Man’s Future in the Universe. — N. Y.-L., 1963.

274

Раскин В.Г., Аронов А.Б. Гуманизм и космические цивилизации в свете идей К. Э. Циолковского //Труды XII Чтений К. Э. Циолковского. Секция «К. Э. Циолковский и философские проблемы освоения космоса». — М.: ИИЕТ АН СССР, 1997. С. 49–55. Цит. с. 50.

275

Шкловский И. Эшелон. Невыдуманные рассказы. — М.: Новости, 1991.222 с.

276

Мостепаненко Д.М. Проблема «возможных миров» в современной космологии // Вселенная, астрономия, философия. — М.: Из-во Моск. ун-та, 1988. С. 79–89. См. с. 83–84.

277

Марочник Л.С., Мухин Л.М. Галактический пояс жизни // Природа. 1983. № 11. Цит.с. 54.

278

Троицкий В.С. Развитие внеземных цивилизаций и физические закономерности / Проблема поиска внеземных цивилизаций. — М.: Наука, 1981. С. 5–29.

279

Цит. работа. С. 9.

280

Там же. С. 11.

281

Крейн И.М. Опыт построения модели развития систем одного типа до уровня «разумности». Препринт Института кибернетики АН УССР. — Киев, 1977.48 с. Она же. «Разумные» системы в стационарных случайных средах различных типов. Препринт 81–14. — Киев, 1981.23 с. Она же. Проблема контакта человека с «разумными» высокоорганизованными системами. Препринт 81–46. — Киев, 1986.26 с. Она же. «Разумные» системы сложного устройства в средах сложных конструкций. Препринт 88–53. — Киев, 1988. 37 с. Она же. Принципиальные моменты проблемы > контакта человека с внеземными цивилизациями / Проблема поиска внеземных цивилизаций. — М.: Наука, 1981. С. 172–185.

282

Крейн И.М. «Разумные» системы сложного устройства в средах сложных конструкций. Препринт. — Киев, 1988. 37с. Цит. с. 36.

283

Современные значения относятся к 1990 г.

284

«Римский клуб» — международная неправительственная организация, объединяющая около 100 видных ученых, общественных деятелей, представителей политических и деловых кругов из многих стран мира. Возник в 1968 г. Основная цель — изучение глобальных проблем развития человечества.

285

Троицкий В.С. Будет ли на планете катастрофа? // Правда, 15 сент. 1989 г.

286

Лада И.В., Писаржевский О.Н. Контуры грядущего. — М.: Знание, 1965. С. 31.

287

Население мира / Под ред. Б. Ц. Урланиса. — М.: Политиздат, 1965. С. 8.

288

United Nations Statistical Yearbook.

289

Forster Н., Mora Р.М., Amiot L.W. Doomsday: Friday, 13 November, A.D. 2026 //Science. 1960. V. 132. P. 1291–1295.

290

Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. — М.: Наука, 1965.

291

Капица С.П. Феноменологическая теория роста населения Земли // Успехи физических наук. 1996. Т. 166. № 1. С. 63–79. Более подробно теория С. П. Капицы изложена в его книге: Общая теория роста человечества. — М.: Наука, 1999. 190 с.

292

Капица С.П. Цит. раб.

293

World Popupation Prospects. As assessed in 1963. United Nations. — New York, 1966.

294

Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. — М.: Наука, 1987. С. 280.

295

Кардашев Н.С. Астрофизический аспект проблемы / Внеземные цивилизации. — М.: Наука, 1969. С. 25–101.

296

Это очень убедительно продемонстрировал А. Кларк в своей книге «Черты будущего». — М.: Мир, 1966. Касаясь проблемы колонизации космического пространства, он писал: «Все грядущие инозвездные поселения будут независимы, хотят они этого или не хотят. Их свободу надежно защищают время и пространство. Им придется идти своим путем и решать свою судьбу без помощи и вмешательства со стороны матери-Земли» (для других КЦ — без вмешательства материнской цивилизации).

297

Идлис Г.М. Закономерности развития космических цивилизаций / Проблема поиска внеземных цивилизаций. — М.: Наука, 1981. С. 210–225. Цит. с. 21. В дальнейшем изложении в данном пункте мы будем следовать этой статье Г. М. Идлиса.

298

Обосновывая эту идею, Идлис пишет: «Возможно, именно этим объясняется универсальность явно неслучайного генетического кода всех известных нам форм жизни… Иначе, вопреки известным теоретическим и экспериментальным трудностям самозарождения жизни, имеющим принципиальный — информационный — характер, приходится допускать, что несколько миллиардов лет тому назад на Земле случайно произошло уникальное событие: из всевозможных более или менее простых органических молекул абиогенного происхождения самопроизвольно — путем совершенно невероятной случайной самосборки — возникли первые вполне определенные живые системы, сразу достаточно сложные, способные к самовоспроизведению и уже обладающие в готовом виде тем генетическим языком, который сохранился абсолютно неизменным до сих пор» (Цит. работа, с. 222).

299

Пановкин Б.Н. Некоторые общие вопросы проблемы внеземных цивилизаций / Внеземные цивилизации. — М.: Наука, 1969. С. 391–437. Он же. Внеземные цивилизации — проблемы и суждения//Природа. 1971.№ 7.С. 56–61.

300

Лесков Л. В. Модели эволюции космических цивилизаций // Земля и Вселенная. 1983. № 5. С. 59–53. Он же. Космические цивилизации: проблемы эволюции. — М.: Знание, 1985. 55 с. Он же. О системном подходе к проблеме космических цивилизаций / Проблема поиска жизни во Вселенной. — М.: Наука, 1986. С. 123–129.

301

Системный анализ позволяет также сделать определенные социологические выводы. Так, Лесков, ссылаясь на основоположника кибернетики Норберга Виннера, подчеркивает, что капиталистическая система производства представляет собой образец антагонистической системы: возникающие в недрах ее хозяйственного механизма возмущения со временем не затухают, поэтому обеспечение экологически сбалансированного развития в рамках этой системы невозможно. «Только после победы коммунизма во всемирном масштабе, — пишет он, — создаются предпосылки для научно обоснованной практической постановки вопроса о переходе цивилизации к более высоким ступеням эволюции по критерию самоорганизации разумной жизни» (Лесков Л. В. Космические цивилизации… С. 25). Разумеется, речь идет не о той неудачной модели коммунизма, которую пытались реализовать в нашей стране.

302

На первый взгляд может показаться, что плотность вещества черной дыры (т. е. средняя плотность вещества под гравитационным радиусом) всегда очень велика, так что путешествовать там невозможно. Но на самом деле, это не так, все зависит от размеров черной дыры, точнее, от се массы. Гравитационный радиус равен 2GM/c^2 Для массы Солнца это дает около 3 км, а для массы Земли около 1 см. Конечно, если сжать Солнце или Землю до таких размеров, мы действительно получим чудовищную плотность. Но обратим внимание, что с ростом массы гравитационный радиус увеличивается пропорционально М, следовательно, объем внутри черной дыры возрастает пропорционально М^3, а средняя плотность вещества под гравитационным радиусом уменьшается как М-2. Для массы черной дыры, равной 10^8 М☉, гравитационный радиус равен приблизительно 2 а. е. (300 млн км), средняя плотность составляет 2 г/см^3. Для М = 10^9 М☉ средняя масса составляет 0,02 г/см^3. Так что мы не случайно направили корабль к черной дыре очень большой массы.

303

Более подробно идеи путешествия во времени излагаются в увлекательной книге И. Д. Новикова «Куда течет река времени?» — М.: Молодая гвардия, 1990.

304

Лем С. Сумма технологии. — М.: Мир, 1968. 607 с.

305

«Процессы с некоей особой когерентностью, с таким взаимотяготением, с такими сопряжениями, что из этого возникает мыслящая и чувствующая личность» («Сумма технологии», с. 403).

306

«Иллюзия», «Майя» Восточной философии.

307

Новиков И.Д. Как взорвалась Вселенная. — М.: Наука, 1988. С. 168. См. также: Сажин М.В. Современная космология в популярном изложении. — М.: УРСС, 2002. С. 225–231.

308

Развитие этого направления может привести к созданию искусственных существ или некоего симбиоза искусственных и естественных существ. Примером таких существ, согласно Лему, являются киборги (от слова киборгизация — кибернетическая организация). Киборг представляет собой гипотетический организм, специально создаваемый для адаптации к космической среде как «экологической нише». Он допускает приспособление к различным космическим средам. Это уже не частично «протезированный», а частично реконструированный человек. Однако основным строительным материалом его тела по-прежнему остается живая клетка. Поскольку все изменения, связанные с киборгизацией, не передаются по наследству, — киборг не входит в автоэволюцию.

309

Гетерономная от греческого слова «гетерос» — другой, разнородный.

310

Никишин Л.Н. К вопросу о разработке стратегии поиска сигналов искусственного происхождения из космоса / Проблема поиска жизни во Вселенной. — М.: Наука, 1986. С. 130–136.

311

Лефевр В. Космический субъект. — М., 1996. С. 9.

312

Мне приходилось участвовать в нескольких семинарах, где обсуждалась модель Лефевра. И хотя докладчики предупреждали, что определение «добра» и «зла» находится вне рамок модели, тем не менее, обычно по окончании доклада следовала серия вопросов: а что такое добро?

313

«Золотое сечение» или «золотое отношение» связано с делением отрезка АВ на две части таким образом,»по большая его часть А С является средней пропорциональной между всем отрезком АВ и его меньшей частью ВС. Иными словами, длина отрезка так относится к его большей части, как большая часть относится к меньшей: АВ: АС = АС: СВ. Алгебраически золотое сечение сводится к решению уравнения 1: x = x: (1 — x). Откуда x = (√5 — 1)/2 ≈ 0,618. Иногда «золотое отношение» вводится с помощью чисел Фибоначчи. Так называется последовательность 1, 1, 2, 3, 5, 8…., в которой каждый последующий член равен сумме двух предыдущих. Если взять отношение двух соседних членов ряда Фибоначчи un/un+1,то при n >> 1 это отношение сходится к золотому сечению. Золотое сечение с древнейших времен считается символом гармонии, символом совершенного и прекрасного. Оно широко используется в живописи, архитектуре. В последнее время золотое сечение все чаще находят не только в искусстве, но и в природе.

314

Львов В. Космос человеческий // Нева. 1965. № 12. С. 159.

315

Троицкий В.С. К вопросу о населенности Галактики//Астрономический журнал. 1981. Т. 58. С. 1121–1130.

316

Ball J.A. The Zoo Hypothesis // Icarus. 1973. V.19. № 3. P. 347–349.

317

Приведем собственноручное рукописное добавление И. С. Шкловского к экземпляру его статьи «О возможной уникальности разумной жизни во Вселенной», хранящемуся в библиотеке ГАИШ: «Из того факта, что в М 31 такого источника нет (т. е. F<10-29 Вт/м^2 Гц), следует (с учетом коэффициента направленности передающей антенны), что мощность радиопередатчика должна быть, по крайней мере, в миллион раз меньше болометрической светимости Солнца. Казалось бы, сверхцивилизация II типа могла бы расщедриться на более мощный сигнал…» (Вопросы философии. 1976. № 9. С. 90–91).

318

Цит. статья, с. 91.

319

Троицкий В.С. Развитие внеземных цивилизаций и физические закономерности / Проблема поиска внеземных цивилизаций. — М.: Наука, 1981. С. 5–9.

320

Лем С. Сумма технологии. С. 108–109.

321

Первый такой язык был разработан российско-финским математиком Э. Неовиусом в конце XIX века (Неовиус С. Величайшая загадка нашего времени. — Гельсингфорс, 1876). В средние XX века известный голландский математик Г. Фройденталь создал язык для общения между космическими цивилизациями и назвал его Липкое (Фройденталь Г. Линкос — межпланетный язык / Населенный космос. — М.: Наука, 1973. С. 306–316). Очень хорошее описание Линкоса содержится в книге И. С. Шкловского «Вселенная, жизнь, разум», а также в статье В. Г. Сурдина «Астрономическая семиотика» (Физика. 1997. № 11,14,16).

322

Лем С. Навигатор Пирке. Голос Неба. — М.: Мир, 1971. С. 468.

323

Пановкин Б.Н. Внеземные цивилизации — проблемы и суждения // Природа. 1971. № 7. С. 56–61. Он же. Объективность знания и проблема обмена смысловой информацией с внеземными цивилизациями / Философские проблемы астрономии XX века. — М.: Наука, 1976. С. 240–265.

324

Гиндилис Л.М. Космические цивилизации. — М.: Знание, 1973. Казютинский В.В. Эпистемологические основания обмена смысловой информацией между космическими цивилизациями / Древняя астрономия, небо и человек. Тезисы докладов международной научно-методологической конференции. — М., 1997. С. 24–26.

325

Рубцов В. В., Урсул А. Д. Проблема внеземных цивилизаций. Философско-методологические аспекты. — Кишинев: Штиинца, 1987. Глава IV. Коммуниказивный аспект контакта цивилизаций. С. 143–165.

326

Лесков Л.В. Проблемы моделирования развития космических цивилизаций / Тезисы докладов всесоюзного симпозиума «Мировоззренческие и научные основания проблемы поиска внеземного разума». 29–31 октября 1987. — Кальдиней: Астрон. обсерватория АН Лит. ССР, 1987. С. 23–27. Цит. с. 27.

327

«Известия». 1968. № 69.

328

Рубцов В.В., Урсул А.Д. Проблема внеземных цивилизаций. — Кишинев: Штиинца, 1987. С. 182–183.

329

См. статьи указанных авторов в кн.: Астрономия, методология, мировоззрение. — М.: Наука, 1979.

330

Может быть, нелишне отметить, что «объясняющая» теория принимается лишь после того, как предсказанные ею новые факты подтверждаются наблюдениями.

331

Любопытна судьба, постигшая выступление И. С. Лисевича. То ли сказался языковой барьер (хотя синхронный перевод был на высоте!), то ли устойчивое предубеждение против проблемы «пришельцев», но так или иначе некоторые американские ученые, присутствующие на симпозиуме, увидели в выступлении Лисевича попытку доказать, что на Марсе побывали пришельцы из Космоса. В опубликованных отчетах о симпозиуме указывалось, что, наряду с серьезными докладами, имели место ненаучные выступления, пропагандирующие идеи пришельцев и т. д. Эти публикации появились как раз в то время, когда готовилось издание трудов симпозиума, и они поставили под сомнение выход книги. Пришлось оправдываться перед «академическим начальством». В конце концов в 1986 г. труды симпозиума вышли в свет (Проблема поиска жизни во Вселенной. — М.: Наука, 1986), но без статьи Лисевича.

332

Лем С. Сумма технологии. С. 85

333

Более подробно см. Гиндилис Л.М. Проблема сверхнаучного знания // Новая Эпоха. Проблемы, поиски, исследования. 1999. № 1 (20). С. 96–103; № 2 (21). С 68–79.

334

Неру Дж. Открытие Индии. — М.: ИЛ, 1955. С. 119.

335

Львов В. Космос человеческий// Нева. 1965. Т 12. С. 157.

336

Подробней см. Гиндилис Л. М. Астросоциологический парадокс в проблеме SETI / Астрономия и современная картина мира. — М., 1996. С. 203–228.

337

Абрамов Б.Н. Грани Агни Йоги. IX. — Новосибирск, 1968. С. 292.

338

Опарин А.И., Фесенков В.Г. Жизнь во Вселенной. — М.: Изд-во АН СССР, 1956.

339

Гиндилис Л.М. Применение импульсов с компенсирующими задержками в качестве позывных CETI // Изв. вузов. Радиофизика. 1973. Т. 16. С. 1448–1451.

340

Петрович Н.Т. Выступление на конференции / Проблема CETI. — М.: Мир, 1975. С. 235–257.

341

Троицкий В.С. / Проблема CETI. — М.: Мир, 1975. С. 220–235.

Троицкий В.С., Стародубцев А.М., Бондарь Л.И. и др. Поиск спорадического радиоизлучения из Космоса на сантиметровых и дециметровых волнах // Изв. вузов. Радиофизика. 1973. Т. 16. № 3. С. 323–341.

Троицкий В.С., Бондарь Л.И., Стародубцев А.М. и др Спорадическое радиоизлучение околоземной среды на сантиметровых и дециметровых волнах // Докл. АН СССР. 1973. Т. 212. № 3. С. 607–610.

Троицкий В.С., Бондарь Л.И., Стародубцев А.М. Поиски спорадического радиоизлучения из Космоса // УФН. 1974. T. 113. Вып. 4. С. 719–723.

Бондарь Л.Н., Стрешнева К.М., Троицкий В.С. Спорадическое радиоизлучение фона, солнечная активность и полярные сияния //Астрон. вестник. 1975. Т. 9. № 4. С. 210–217.

342

Cindilis L.М., Kardashev N.S., Mirovsky V.G. et al. Search for signals from extraterrestrial civilizations by the method of synchronous dispersion reception // Acta astronaut. 1979. V. 6. P. 95–104.

Кардашев H.С., Согласнов В.А., Савельева H.А. и др. Поиск моноимпульсных сигналов от астрономических объектов // Астрон. журн. 1977. Т. 54. № 1. С. 3–17.

343

Голей М. Когерентность разумных сигналов / Межзвездная связь. — М.: Мир, 1965. С. 212–219.

344

Слыш В.И. Радиоастрономические критерии искусственных радиоисточников / Внеземные цивилизации. — Ереван, 1965. С. 61–67.

345

Гудзенко Л.И., Пановкин Б.И. К вопросу о приеме сигналов внеземных цивилизаций /Там же. С. 68–71.

346

Сифоров В.И. Некоторые вопросы поиска и анализа радиоизлучений от других цивилизаций/Там же. С. 121–128.

347

Пащенко М.И., Рудницкий Г.М., Слыш В.И., Флит Р. Измерение одномерной функции распределения сигнала галактических источников ОН // Астрон. цирк 1971. N 6. С. 1–3.

348

Пащенко М.И., Рудницкий Г.М., Слыш В.И. Исследование плотности вероятности сигнала межзвездных радиолиний гидроксила // Изв. вузов. Радиофизика 1973. Т. 16. С. 1344–1349.

349

Лехт Е.Е., Рудницкий Г.М., Франкелен О. и др. Исследование статистических свойств мазерных источников ОН // Письма в Астрон. журн. 1975. № 2. С. 29–32.

350

Кардашев Н.С. Последние исследования CETI в СССР. Препринт ИКИ АН СССР. № 279. — М., 1976.26 с.

351

Кардашев Н.С. Астрофизический аспект проблемы поиска сигналов внеземных цивилизаций / Внеземные цивилизации. — М.: Наука, 1969. С. 25–101.

352

Kardashev N.S. Optimal wavelength region for CETI: 1,5 mm // Nature. 1979. V. 278. P. 28–30.

Кардашев Н.С. Стратегия и будущие проекты CETI / Проблема поиска внеземных цивилизаций. — М.: Наука, 1981. С. 29–45.

Кардашев Н.С. О неизбежности и возможных формах сверхцивилизаций / Проблема поиска жизни во Вселенной. — М.: Наука, 1986. С. 25–30.

353

Троицкий В.С. Научные основания проблемы существования и поиска внеземных цивилизаций / Там же. С. 5–20.

354

Гиндилис Л.М. / Проблема CETI. — М.: Мир, 1975. С. 235–253.

355

Гиндилис Л.М., Стрельницкий В.С. Новые «магические» частоты для SETI //Астрон. циркуляр. 1991. № 1547. С. 35–36.

356

Маковецкий П.В. О структуре позывных внеземных цивилизаций // Астрон. журн.1976. Т. 53. № 1. С. 222–224.

357

Маковецкий П.В. Новая Лебедя — синхросигнал для внеземных цивилизаций? // Астрон. журн. 1977. Т. 54. № 2. С. 449–451.

358

Маковецкий П.В. Эффективность привязки позывных внеземных цивилизаций к естественным явлениям // Изв. вузов. Радиофизика 1978. Т. 21. № 1.С. 139–141.

359

Маковецкий П.В. Радиосвязная стратегия поиска внеземных цивилизаций / Проблема поиска внеземных цивилизаций. — М.: Наука, 1981. С. 97–121.

360

Петрович Н.Т. Межзвездная связь с помощью относительных методов передачи сигналов /Проблема поиска жизни во Вселенной. — М.: Наука, 1986. С. 152–161.

361

Архипов А. В. О вероятных местах расположения внеземных цивилизаций. Препринт ИРФЭ АН УССР. № 303. — Харьков, 1986.14 с.

362

Методика эксперимента описана в «Сообщениях САО АН СССР». 1977. № 19 и 20.

363

Бескин Г.М., Евсеев О.А., Мансуров В.Н. и др. Поиск сверхбыстрой оптической переменности у рентгеновских источников типа T Tau по программе эксперимента МАНИЯ в 1973-74 гг. //Сообщ. САО АН СССР. 1977. № 20. С. 18–29.

Евсеев О.А., Мансуров В.Н., Нестеренко H.М. и др. Поиск сверхбыстрой переменности у объектов с континуальным оптическим спектром по программе эксперимента МАНИЯ // Там же. С. 30–38.

364

Шварцман В.Ф. Эксперимент МАНИЯ и возможности поиска внеземных цивилизаций в оптическом диапазоне / Проблема поиска внеземных цивилизаций. — М.: Наука, 1986. С. 122–125.

365

Захожай В.А., Рузмайкина Т. В. Звезды для поиска планетных систем // Астрон. вестн. 1986. № 2. С. 128–133.

366

Сурдин В.Г. Шаровые скопления как объекты SETI // Астрон. цирк. 1985. № 1357. С. 3–6.

367

Сучкин Г.Л., Токарев Ю.В., Лукьянов Л.Г., Ширмин Г.И. Лагранжевы точки в проблеме поиска внеземных цивилизаций / Проблема поиска жизни во Вселенной. — М.: Наука, 1986. С. 138–144.

368

Буякис В.И., Гвамичава А.С., Горшков Л.А. и др. Неограниченно наращиваемый космический радиотелескоп // Космические исследования. 1978. Т. 16. Вып. 5. С. 767–776.

369

Андриянов В.В. «Радиоастрон» детализирует Вселенную // Земля и Вселенная. 1989. № 1. С. 13–17.

370

Царевский Г.С. Космическая радиоастрономия как инструмент CETI / Проблема поиска жизни во Вселенной. — М.: Наука, 1986. С. 183–187.

371

Троицкий В.С. Программа поиска внеземных цивилизаций / Проблема поиска жизни во Вселенной. — М.: Наука, 1986. С. 227–230.

372

Гиндилис Л.М. Строящаяся радиоастрономическая обсерватория // Земля и Вселенная. 1990. № 3. С. 27–32. Он же. Миллиметровый радиотелескоп РТ-70 // Земля и Вселенная. 1990. № 4. С. 26–31.

373

Гиндилис Л.М., Пановкин Б.Н. Методология оценки числа внеземных цивилизаций // Астрономия, методология мировоззрение. — М.: Наука, 1979. С. 336–358.

Гиндилис Л.М. К методологии оценки числа цивилизаций в Галактике / Проблема поиска внеземных цивилизаций. — М.: Наука, 1981. С. 126–148.

374

Марочник Л.С., Мухин Л.М. Галактический пояс жизни // Препринт ИКИ АН СССР. № 761. — М., 1983. Они же / Проблема поиска жизни во Вселенной. — М.: Наука, 1986. С. 41–16.

375

Гиндилис Л.М. Множественность обитаемых миров. Методологические аспекты // Вселенная, астрономия, философия. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988. С. 90–102.

376

Кардашев H.С. О неизбежности и возможных формах сверхцивилизаций / Проблема поиска жизни во Вселенной. — М.: Наука, 1986. С. 25–30.

Kardashev N.S. On the inevitability and the posible structure of supercivilizations / The Search for extraterrestrial life: Recent developments / Ed. M. D. Papagiannis. — Dordrecht etc., 1985. P. 497–504.

377

Крейн И.М. Принципиальные моменты контакта человека с внеземными цивилизациями/ Проблема поиска внеземных цивилизаций. — М.: Наука, 1981. С. 172–185.

Крейн И.М. Контакт «разумных» систем / Проблема поиска жизни во Вселенной. — М.: Наука, 1986. С. 104–110.

Чукреева О.А. Об одном уровне построения языков-посредников/Там же. С. 110–115.

378

Сухотин Б.В. Методы дешифровки сообщений / Внеземные цивилизации. — М.: Наука, 1969. С. 222–352.

379

Рубцов В.В., Урсул А.Д. Проблема внеземных цивилизаций. Философско-мегодологические аспекты. — Кишинев: Штиинца, 1987.

380

Закиров У.Н. Механика релятивистских космических полетов. — М.: Наука, 1984.

381

Маров М.Я., Закиров У.Н. О проекте полета космического зонда к планетной системе звезды / Проблема поиска жизни во Вселенной. — М.: Наука, 1986. С. 215–220.

382

Сурдин В.Г. Запуск галактического зонда с использованием кратного пертурбационного маневра //Астрон. вестник. 1985. Т. 19. № 4. С. 354–358.

383

Астрономия, методология, мировоззрение. — М.: Наука, 1979.

384

Шварцман В.Ф. Поиск внеземных цивилизаций — проблема астрофизики или культуры в целом? // Проблема поиска жизни во Вселенной. — М.: Наука, 1986. С. 230–236.

385

Бескин Г.М., Борисов Н.В., Комарова В.Н. Методы и результаты поиска внеземных цивилизаций в оптическом диапазоне // Информационный бюллетень НКЦ SETI 1998. № 2. С. 2–11.

386

Timofeev М.Yu., Kardashev N.S., Promyslov V.G. A Search of the IRAS Database for Evidence of Dyson Spheres //Acta Astronautica. 2000. V. 46. №. 10–12. P. 655–659.

387

Зайцев А.Л. Радиовещание для внеземных цивилизаций // Информационный бюллетень НКЦ SETI. 1999. № 15. С. 31–47.

388

Петрович Н.Т. Радиоволны — возможный мост в другие цивилизации // Электросвязь. 1995.№ 2.С. 13–17. Он же. Проблема радиоконтакта с внеземными цивилизациями (проблема SETI) // Зарубежная радиоэлектроника. 1995. № 2–3. С. 3–28. Он же. Не скрывают ли шумы сигналы внеземных цивилизаций? / Межвузовский сборник «Синтез, передача и прием сигналов управления и связи». — Воронеж, 1996. С. 5–10.

Petrovich N.Т. A SETI corespondent helps us to discover their signals, lost in the noise of our receivers // Astrophysics and Space Science. 1997. V. 252. P. 59–66.

389

Likhachev S.F., Kardashev N.S. Foundation and Strategy of SETI // Astronomical and Astrophysical Transactions. 1997. V. 14. P. 225–231. См. также Информационный Бюлл. НКЦ SETI. 1994. № 5. С. 21–24.

390

Лесков Л.В. Вселенная как лист Мебиуса // Земля и Вселенная. 1993. № 2. С. 72–78. Он же. Семантическая Вселенная: МБК-концепция // Вестник Моск. ун-та. Сер.7. Философия. 1994. № 4. С. 12–26. Он же. Мэоническая Вселенная // Земля и Вселенная. 1995. № 3. С. 59–66.

391

Лефевр В. А., Ефремов Ю.Н. // Земля и Вселенная. 2000. № 5. С. 69–83.

392

Кардашев Н.С. Космология и цивилизации / Древняя астрономия: небо и человек. Труды конференции. — М.,1998. С. 158–168. См. также: Космология и проблемы SETI // Земля и Вселенная. 2002. № 4. С. 9–17.

393

Кардашев Н.С. Скрытая масса и поиск внеземных цивилизаций. Препринт ФИАН. № 65. — Москва, 1999.

394

Липунов В.М. Научно открываемый Бог // Земля и Вселенная. 1995. № 1. С. 37–47.

395

Гиндилис Л.М. Астросоциологический парадокс в проблеме SETI //Астрономия и современная картина мира. — М.: ИФРАН, 1996. С. 203–231.

396

Язев А.С. Почему же все-таки молчит космос? // Земля и Вселенная. 1998. № 1.С. 65–71.

397

Филиппова Л.Н. Педагогическая программа SETI в дополнительном образовании школьников // Три ключа. Педагогический сборник. 2000. Вып. 4. С. 101–107.

398

Феодулова И.А. Педагогика SETI // Три ключа. 2001. Вып. 5. С. 91–98.

399

Левитан Е.П… Филиппова Л.Н. К обучению астрономии через педагогику SETI // Земля и Вселенная. 2000. № 6. С. 73–82.

400

Исключение, подтверждающее правило. В 1997–2001 гг. Государственная программа РФ «Астрономия» выделяла на поисковые исследования в области SETI порядка 1000 долларов в год на все организации, принимающие в них участие. С 2002 г. и эта мизерное финансирование закрыто.

Content

Гиндилис Л. М
SETI: ПОИСК ВНЕЗЕМНОГО РАЗУМА

ПРЕДИСЛОВИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Поиск внеземных цивилизаций

1.1. Радиосвязь на волне 21 см

1.2. Проект «Озма»

1.3. «Секретная» конференция в Грин Бэнк Учреждение Ордена Дельфина

1.4. Поиск сигналов от сверхцивилизаций

1.5. Две стратегии поиска сигналов

1.6. Сигнал готовности

1.7. Первые шаги. СТА-102

1.8. Мистериум, пульсары и «зеленые человечки»

1.9. Радиопоиск: век двадцатый

1.10. Оптический канал связи

1.11. Неэлектромагнитные каналы

1.12. Поиски астроинженерной деятельности

1.13. Зонды Брейсуэлла и радиоэхо с длительными задержками

1.14. Послание внеземным цивилизациям

1.15. Межзвездные перелеты

1.15.1. Формула Циолковского

1.15.2. Фотонный корабль

1.15.3. Путешествие без возвращения…

1.15.4. Есть ли надежда?

1.16. Типы контактов и пути поиска внеземных цивилизаций

ЛИТЕРАТУРА

ГЛАВА 2. Вселенная вокруг нас

2.1. Как устроена Вселенная

2.1.1. Солнечная система — дом, в котором мы живем

2.1.2. Мир звезд

2.1.3. Как рождаются, живут и умирают звезды

2.1.4. Звездная система — Галактика

2.1.5. Другие галактики

2.1.6. Метагалактика

2.2. Эволюция Вселенной

2.2.1. Вселенная расширяется

2.2.2. Горячая Вселенная

2.2.3. Первичный импульс

2.2.4. Образование структуры Вселенной

2.2.5. Будущее Вселенной

2.3. Беспредельный Космос

ЛИТЕРАТУРА

ГЛАВА 3. Человек и Вселенная

3.1. Шкала масштабов и шкала времени

3.2. Система «Гея»

3.3. Вселенная как обитаемая система

3.4. Кто задает физические постоянные?

3.5. Антропный принцип

3.5.1. Становление антропного принципа

3.5.2. Ансамбль миров

3.5.3. Не замешан ли человек в проектировании Вселенной…?

3.5.4. Является ли антропный принцип антропоцентрическим?

ЛИТЕРАТУРА

ГЛАВА 4. Множественность обитаемых миров

4.1. От античности до наших дней

4.2. Жизнь в Космосе

4.2.1. Что такое жизнь?

4.2.2. Земная жизнь

4.2.3. Происхождение жизни на Земле

4.2.4. Химия и физика чужой жизни

4.2.5. Жизнь на планетах и в межзвездной среде

4.3. Сколько цивилизаций во Вселенной?

4.3.1. Формула Дрейка

4.3.2. Оценка факторов, входящих в формулу Дрейка

4.3.3. Время жизни коммуникативных цивилизаций (длительность коммуникативной фазы)

4.3.4. Обобщение формулы Дрейка. Статистический подход

4.4. Уникальна ли наша цивилизация?

4.5. Антропный принцип и множественность обитаемых миров

ЛИТЕРАТУРА

ГЛАВА 5. Эволюция космических цивилизаций

5.1. Что такое космическая цивилизация

5.2. «День страшного суда», или чему учит земной опыт

5.2.1. Экспонента и ее свойства

5.2.2. Развитие энергетики на Земле

5.2.3. Рост народонаселения

5.2.4. К чему приводят математические модели

5.3. Экспансия в Космос?

5.3.1. Техническая экспансия

5.3.2. Информационная экспансия в другие макромиры

5.4. Альтернативный путь

5.4.1. Модели эволюции КЦ

5.4.2. Космокреатика и автоэволюция

5.4.3. Гетерономная эволюция: путь к Метацивилизации

5.5. Космический субъект Лефевра

5.5.1. Математическая модель Лефевра

5.5.2. Золотое отношение

5.5.3. Саморефлексирующий субъект

5.5.4. Термодинамическая модель субъекта

5.5.5. Модель музыканта

5.5.6. Космический субъект

ЛИТЕРАТУРА

ГЛАВА 6. Молчание Вселенной

6.1. Астросоциологический парадокс

6.2. Почему мы не наблюдаем сигналов ВЦ? Слабая форма АС-парадокса

6.3. Космическое чудо

6.4. Где Они? Парадокс Ферми

6.5. Парадокс или проблема? Логическое осмысление ситуации

ЛИТЕРАТУРА

ГЛАВА 7. SETI в СССР и России

7.1. Начнем с истории

7.2. Поиск сигналов и сопутствующие исследования, 1970-1990

7.2.1. Поиск импульсных позывных с ненаправленными антеннами

7.2.2. Исследование статистической структуры излучения мазерных источников ОН

7.2.3. Оптимальный диапазон для межзвездной связи

7.2.4. Радиосвязная стратегия SETI

7.2.5. Поиск оптических сигналов

7.2.6. Поиск астроинженерной деятельности

7.2.7. Каталог SETI-объектов

7.2.8. Радиолокация точек Лагранжа

7.2.9. Радиотелескопы для SETI

7.3. Теоретические исследования, 1970-1990

7.3.1. Множественность обитаемых миров. «Парадокс Ферми»

7.3.2. Модели развития космических цивилизаций

7.3.3. Проблемы контакта

7.3.4. Межзвездные перелеты

7.3.5. Философия и SETI

7.3.6. Является ли SETI проблемой астрофизики или культуры в целом?

7.4. Последнее десятилетие XX века

7.4.1. Поиск радиосигналов от солнцеподобных звезд

7.4.2. Поиск оптических сигналов продолжается

7.4.3. Поиск сфер Дайсона

7.4.4. Передача радиосообщеиий внеземным цивилизациям

7.4.5. Стратегия SETI

7.4.6. Поиск артефактов

7.4.7. Аксиоматика SETI

7.4.8. Последняя работа В. С. Троицкого: происхождение жизни во Вселенной; теория населенности Галактики

7.4.9. Семантическая Вселенная Лескова

7.4.10. Космический субъект, Быстрый барстер и черные дыры

7.4.11. Космология и SETI. Зеркальное вещество и топологические туннели

7.4.12. Научно открываемый Бог

7.5. Организации SETI в России

7.6. Педагогика SETI

Подведем итоги

ЛИТЕРАТУРА

ГЛАВА 8. SETI на рубеже веков

Новая картина мира

Что изменилось в астрономии

Перспективы SETI

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1 КНИГИ ПО SETI НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ

Приложение 2 СПИСОК БИБЛИОГРАФИЙ ПО SETI

ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ

Издательские данные

Примечания