Парадокс Ферми – это очевидное противоречие между высокой оценкой вероятности существования внеземных цивилизаций и отсутствием доказательств о существовании таких цивилизаций.
Возраст Вселенной и ее огромное количество звезд показывают, что если Земля – это типичная планета, то внеземная жизнь должна быть обычным явлением для космоса. В 1950 году физик Энрико Ферми
поставил вопрос: "Если в галактике Млечный Путь существует множество развитых внеземных цивилизаций, почему мы до сих пор не видим такие их следы, как космические корабли или зонды?" Другой тесно связанный с парадоксом вопрос - Великое Молчание: даже если путешествовать трудно, но внеземная жизнь распространена, почему бы нам не обнаружить их радиовещание? (Заметим, что термин "Великое Молчание" часто используется как синоним "Парадокса Ферми").
Были сделаны попытки объяснения парадокса Ферми путём приведения доказательства существования внеземных цивилизаций и без человеческих знаний (например, частые случаи НЛО).
Контраргументы предполагают, что разумная внеземная жизнь не существует или возникает так редко или на такой короткий промежуток времени, что люди никогда не смогут осуществить с ней контакт.
Желание миллионов доказать, что это не так, заставило человечество приложить много усилий на развитие научных теорий и моделей о возможной внеземной жизни, а парадокс Ферми стал теоретической точкой в осуществлении этой работы. Эта проблема породила также многочисленные научные труды по её решению напрямую.
Суть парадокса
Более полное определение парадокса может быть сделано следующим образом:
Видимый размер и возраст Вселенной показывают, что должны существовать многие технологически развитые инопланетные цивилизации. Однако эта гипотеза кажется провальной в силу отсутствия наблюдаемых доказательств.
Первый аспект парадокса - аргумент масштаба.
Существует приблизительно 200-400 млрд. звезд в галактике "Млечный Путь" и 70 секстиллионов (7х1022) - в видимой Вселенной. Даже если разумная жизнь встречается только на незначительной части планет вокруг этих звезд, все-равно на них должно до сих пор существовать большое количество цивилизаций. Этот аргумент допускает принцип заурядности, который гласит, что Земля не является уникальной - она всего лишь типичная планета, которая подчиняется тем же законам, эффектам, и, вероятно, результатам, как и любой другой мир.
Второй краеугольный камень парадокса - возражение на аргумент масштаба: способность разумной жизни преодолевать дефицит ресурсов и её склонность к колонизации новых местообитаний. Кажется вполне вероятным, что любая развитая цивилизация будет искать новые ресурсы и колонизировать сначала звезду их собственной звездной системы, а затем и звезды окружающих звездных систем. Поскольку на Земле или в любом другом месте во Вселенной не существует никаких убедительных доказательств о существовании других разумных цивилизаций даже спустя 13,7 млрд. лет истории Вселенной, можно предположить, что разумная жизнь очень редкостна или, что наши предположения об общем поведении разумных видов недостаточны.
«Почему нет пришельцев или их физических артефактов?» Если межзвездные путешествия возможны, даже «медленные», т.е. в пределах досягаемости технологий Земли, то необходимо всего от 5 до 50 миллионов лет, чтобы колонизировать всю галактику. Это относительно небольшое количество времени в геологическом масштабе, не говоря уже о космологическом. Поскольку существует много звезд старших, чем Солнце, или поскольку разумная жизнь могла развиваться ранее в другом месте, возникает вопрос, почему галактика ещё не колонизирована? Даже если колонизация нецелесообразна или нежелательна для всех внеземных цивилизаций, то они могли бы осуществлять крупномасштабное исследование галактики. Тем не менее, каких-либо признаков либо колонизации, либо разведывания не существует.
Конечно же, этот аргумент может не подходить для Вселенной в целом, так как отсутствие физических свидетельств присутствия пришельцев из далеких галактик на Земле может быть объяснён временем путешествий. Однако тогда возникает вопрос: «Почему мы не видим никаких знаков разумной жизни?», ведь достаточно развитая цивилизация может быть наблюдаемая в рамках огромной области наблюдаемой Вселенной. Даже если такие цивилизации редки, аргумент масштаба указывает, что они должны были бы существовать на каком-то определенном этапе истории Вселенной. Тем не менее, нет никаких признаков таких цивилизаций.
Уравнение Дрейка
С парадоксом Ферми связаны многочисленные теории и принципы, но наиболее тесную связь с ним имеет уравнение Дрейка (см. подробнее).
Уравнение было сформулировано Фрэнком Дрейком в 1960 году, через десять лет после возражений Энрико Ферми, в попытке найти средства систематической оценки многочисленных вероятностей, связанных с внеземными цивилизациями. С его помощью можно подсчитать количество внеземных цивилизаций, с которыми мы можем вступить в контакт. Теоретические переменные уравнения таковы: скорость формирования звезд в галактике; число звезд, имеющих планеты, и число планет, которые пригодны для жизни; количество планет, на которых развивается жизнь и впоследствии становится разумной; ожидаемое время жизни такой цивилизации.
Фундаментальная проблема состоит в том, что последние четыре условия (доля планет с жизнью; вероятность, что жизнь станет умной; вероятность, что разумная жизнь станет коммуникативной; длительность существования такой цивилизации) совершенно неизвестны. Кроме того, сама форма уравнения Дрейка предполагает, что цивилизации возникают и умирают в пределах их солнечной системы. Если межзвездная колонизация возможна, то такое предположение неверно, и необходимо использовать уравнение динамики численности населения.
Уравнение Дрейка было использовано как оптимистами, так и пессимистами, но с дико разными результатами. Доктор Карл Саган, используя оптимистичные цифры, в 1966 г. предположил о существовании более чем 1 миллиона коммуникативных цивилизаций в нашей галактике. Скептики, такие как Фрэнк Типлер, использовали пессимистические цифры и пришли к выводу, что среднее число цивилизаций в галактике гораздо меньше, чем единица.
Сам Фрэнк Дрейк согласился, что уравнение Дрейка вряд ли сможет решить парадокс Ферми.
Практические попытки решения парадокса
Очевидный способ решить парадокс Ферми - это найти убедительные доказательства существования внеземных цивилизаций. Попытки найти такие доказательства осуществляются с 1960 года, ряд из них совершаются на постоянной основе. Поскольку человеческая цивилизация не имеет возможности межзвездных путешествий, такие поиски в настоящее время осуществляются удаленно и опираются на анализ очень тонких факторов. Поэтому маловероятно, что с Земли в ближайшем будущем будут обнаружены нетехнологические цивилизации.
Одна из трудностей в поиске – это чрезмерно антропоцентрическая точка зрения. Поиски нацелены на обнаружение таких доказательств внеземных цивилизаций, которые использует человечество сейчас или могло бы использовать при более высоком уровне развития. Разумные инопланетяне могли бы избегать таких "ожидаемых" видов деятельности или осуществлять такие виды деятельности, которые совершенно незнакомы для человека.
Существует два способа, с помощью которых астрономия может найти свидетельства внеземной цивилизации.
1. Один из них заключается в том, что обычные астрономы, изучая звезды, планеты и галактики, могут интуитивно обнаруживать явления, которые не смогут быть объяснены без позиционирования разумной цивилизации в качестве источника явлений. Такое случалось несколько раз - пульсары, когда их только обнаружили, называли LGMs (Little Green Men – маленькие зелёные человечки) из-за ритмичного повторения их импульсов. Кроме того, галактики Сейферта считались несчастными случаями на инопланетных заводах, так как их огромная и целенаправленная энергия не была первоначально объяснена. В конце концов, разумеется, для всех этих явлений были найдены естественные объяснения, не связанные с разумной жизнью, - пульсары в настоящее время объясняются нейтронными звездами, а галактики Сейферта - это последний взгляд на разрастание вещества внутри черных дыр. При этом всём возможность дальнейшего открытия необъяснимых явлений остаётся.
2. Поиск явлений, специально созданных инопланетными цивилизациями для поиска других цивилизаций.
Радиоизлучение
Радиотехнологии и возможность построить радиотелескоп являются теми средствами, с помощью которых внеземная цивилизация может генерировать и принимать радиоволны, которые могут передаваться на большие межзвездные расстояния. Восприимчивые наблюдатели в какой-нибудь солнечной системе заметили бы необычайно интенсивные радиоволны для звезды типа G2 (наше Солнце). Всё это - наше теле- и радиовещание. Именно из-за них внеземные наблюдатели могут сделать вывод о существовании нашей цивилизации.
Таким образом, тщательный поиск радиоизлучений в космосе, которые не являются естественными сигналами, может привести к обнаружению внеземных цивилизаций (рис. 1). Такие сигналы могут быть либо "случайным" побочным продуктом цивилизации (например, радиовещание), либо преднамеренной попыткой коммуникации, наподобие наших посланий внеземным цивилизациям (см. послание Аресибо).
Ряд астрономов и обсерваторий пытались и пытаются обнаружить такие сигналы в основном за счет организации SETI.
Рис. 1. Радиотелескопы, которые часто используются в рамках программы SETI
За несколько десятилетий исследований SETI не было обнаружено никаких звезд с необычно яркими или выразительно повторяющимися радиосигналами, хотя и было несколько сигналов-кандидатов. 15 августа 1977 г. радиотелескопом «Большое Ухо» (см. тут) был подхвачен так называемый "сигнал wow" (рис. 2). Тем не менее, повторные обследования того же участка неба ничего не дали (см. подробнее). В 2003 г. появился новый кандидат - радиоисточник SHGb02+14а (см. тут - на укр. языке).
(нажмите для просмотра в оригинальном мастштабе)
Рис. 2. Wow-сигнал
Прямые планетарные наблюдения
Определение и классификация экзопланет (планет за пределами Солнечной системы) основывается на последних усовершенствованиях астрономических инструментов и анализов. Это - новое направление в астрономии - первая опубликованная работа, которая утверждала, что учёные обнаружили экзопланету, была выпущена в 1989 году, но вполне возможно, что в ближайшем будущем будут найдены планеты, которые могут быть подходящими для поддержания жизни.
Прямые доказательства существования жизни могут быть найдены, например, из-за обнаружения ключевых биотических газов (метана и кислорода) или даже промышленного загрязнения воздуха в технологически развитой цивилизации - всё с помощью спектрального анализа. По мере улучшения наших наблюдательных возможностей, в конце концов, может стать возможным обнаружение таких прямых доказательств, таких как это (рис. 3):
(нажмите для просмотра в оригинальном масштабе 800х400)
Рис. 3. Человечество наблюдаемо из космоса
Но что бы там ни было, экзопланеты редко предоставляют возможность для непосредственного наблюдения, а их существование, как правило, обнаруживается из-за их влияния на орбиту звезды (звезд). Это означает, что можно определить лишь массу и орбиту экзопланеты. Эта информация, наряду со звездной классификацией её светила, а также обоснованные предположения относительно её состава (которые обычно базируются на основе массы планеты, а также её расстояния до светила) позволяют делать лишь грубую оценку планетарной среды. До 2009 г. методы обнаружения экзопланет не предоставляли возможности для выявления миров, имеющих жизнь. Такие методы, как гравитационное микролинзирование, могут детектировать присутствие «малых» миров, возможно даже меньших, чем земной мир, но лишь на протяжении небольших промежутков времени без возможности дальнейшего исследования. Другие методы, такие как метод радиальной скорости (метод Доплера), астрометрия и транзитный метод, позволяют длительное обследование эффектов экзопланет, но работают только с планетами, которые во много раз превышают массу Земли. А такие планеты считаются маловероятными кандидатами в пристанища внеземной жизни.
Тем не менее, с 1988 по 2010 обнаружено 424 планеты, а первая возможно земная планета была найдена в 2007 году. Новые усовершенствования методов обнаружения экзопланет, а также использование существующих методов в космосе (таких как миссия Кеплера, начатая в 2009) могут обнаружить и охарактеризовать планеты с земными размерами. (Для дополнительной информации см. Список экзопланет).
Инопланетные объекты
Зонды, колонии и другие артефакты
Как уже отмечалось, с учетом размеров и возраста Вселенной, а также относительной скорости, с которой может возникнуть разумная жизнь, могут быть обнаружены следы колонизаций, осуществляемых инопланетными цивилизациями. Также это касается следов исследований, которые не содержат внеземную жизнь, например, датчики и устройства сбора информации.
Некоторые теоретические технологии исследования и поиска сырья, такие как зонд фон Неймана, могут исчерпывающе исследовать галактику размером в Млечный Путь всего за 1 миллион лет при небольших инвестициях в создание зондов по сравнению с результатами их работы (рис. 4). Если хотя бы одна цивилизация в Млечном Пути использует (использовала) такие зонды, они могут быть распространены по всей галактике. Свидетельства таких зондов могут быть найдены в Солнечной системе - возможно, в поясе астероидов, где много легкодоступного сырья.
Еще один вариант контакта с инопланетным зондом – попытка инопланетной цивилизации найти жизнь на других планетах, например, инопланетный зонд Брейсуэлла (рис. 4). Такое устройство может быть автономным космическим зондом, целью которого является поиск и общение с инопланетными цивилизациями (в отличие от зонда фон Неймана, который обычно характеризуется как чисто исследовательский).
Рис. 4. Иллюстрации Зонда Фон Неймана (слева) и Зонда Брейсуэлла (справа) (источник - daviddarling.info)
С 1950-х годов проводятся прямые исследования на небольшом участке Солнечной системы, но до сих пор нет никаких доказательств, что этот участок когда-либо посещали инопланетные колонисты или зонды. Детальная разведка областей Солнечной системы, где находится много ресурсов, - таких как астероиды пояса Койпера, облако Оорта и системы планетарных колец – всё ещё могут теоретически предоставить доказательства инопланетных исследований, несмотря на то, что эти регионы огромны и их трудно обследовать. Первые шаги в этом направлении были осуществлены в виде проектов SETA и SETV (см. официальный сайт SETV), предназначенных для поиска внеземных артефактов или других доказательств внеземного посещения в пределах Солнечной системы. Были также осуществлены попытки послать сигнал, привлечь, или активировать зонд Брейсвелла.
Инопланетные структуры, соизмеримые с размерами звезд
В 1959 году д-р Фримен Дайсон исследовал, что в каждой развивающейся человеческой цивилизации постоянно увеличивается потребление энергии, и, теоретически, цивилизация достаточного уровня развития, в конце концов, будет испытывать необходимость в энергии, вырабатываемой её звездой. Сфера Дайсона – это пример решения такой потребности: корпус или облако из различных объектов, окружающих эту звезду со всех сторон, используется для улавливания лучей энергии звезды (рис. 5). Такой шедевр астроинженерной мысли мог бы существенно изменить наблюдаемый спектр задействованной звезды, меняя его от линий излучения для нормальной звездной атмосферы до излучения абсолютно черного тела, вероятно, с максимумом в инфракрасном диапазоне. Дайсон сам предположил, что развитые внеземные цивилизации могут быть обнаружены путем изучения спектров звезд в поисках такого изменения.
Рис. 5. Сфера Дайсона (иллюстрация) (источник - shkolazhizni.ru)
С тех пор было предложено несколько других теоретических мегаструктур звёздных масштабов, но главная идея заключалась в том, что высокоразвитая цивилизация - тип II или выше по шкале Кардашева - может изменять свою среду обитания достаточным для обнаружения на межзвездных расстояниях образом.
Тем не менее, может оказаться, что такую конструкцию обнаружить труднее, чем это предполагалось изначально. Сферы Дайсона могут иметь разные спектры излучения в зависимости от желаемой внутренней среды, а жизнь на основе высокотемпературных реакций может потребовать среду с высокой температурой, что приведёт к "лишней радиации" в видимой области спектра, а не в инфракрасной.
В целом основные гипотетические мегаструктуры таковы:
Были осуществлены некоторые предварительные попытки найти доказательства существования Сфер Дайсона или других крупных структур цивилизаций типа II или типа III по шкале Кардашева, которые изменили бы спектр своих звезд, но оптические исследования ничего не обнаружили.
Фермилаб имеет постоянную программу поиска Сфер Дайсона, но такие поиски являются предварительными и пока еще неполными. Кроме того, прямое наблюдение тысяч галактик не выявляет явных доказательств искусственного строительства или изменения.
Теоретические попытки решения парадокса
Некоторые теоретики признают, что очевидное отсутствие доказательств существования внеземных цивилизаций указывает на их отсутствие, и пытаются объяснить, почему. Другие - предлагают возможные рамки, в которых такое отсутствие может быть объяснено без исключения возможности инопланетной жизни. Каждое из таких гипотетических объяснений – это существенный аргумент для корректировки значения одной или нескольких переменных уравнения Дрейка. Гипотезы, как правило, не являются взаимоисключающими.
Существует очень много предположений.
Основные из них представлены на сайте:
Разумеется, истинная причина парадокса Ферми будет оставаться загадкой, по крайней мере, до момента первого обнаружения следов внеземной цивилизации.
Перевёл и дополнил: Уткин А.В.
