Парадокс Ферми

Наблюдения с использованием радиотелескопов играют важную роль в исследованиях парадокса Ферми

У этого термина существуют и другие значения, см. Ферми (значения).

Парадо́кс Фе́рми — парадокс, предложенный физиком Энрико Ферми, который подверг сомнению возможность обнаружения внеземных цивилизаций. Парадокс связан с попыткой ответить на один из важнейших вопросов всех времён: «Является ли человечество единственной технологически развитой цивилизацией во Вселенной?». Попыткой ответа на этот вопрос служит уравнение Дрейка, которое оценивает количество возможных для контакта внеземных цивилизаций, даёт, в зависимости от выбора неизвестных параметров, довольно высокую оценку шансам на такую встречу. На подобные выводы Ферми ответил, что, если в нашей галактике должно существовать множество развитых цивилизаций, тогда «Где они? Почему мы не наблюдаем никаких следов разумной внеземной жизни, таких, например, как зонды, космические корабли или радиопередачи?». Допущения в основе парадокса Ферми часто называют Принципом Ферми.

Парадокс можно сформулировать так: Соединение распространённой веры в то, что во Вселенной существует значительное количество технологически развитых цивилизаций, с отсутствием каких-нибудь наблюдений, которые бы её подтверждали, является парадоксальным и приводит к выводу, что или наше понимание природы, или наши наблюдения неполны и ошибочны.

Различными авторами предложено большое число теоретических разрешений, или объяснений парадокса Ферми. Спектр этих гипотез весьма широк — от утверждения единственности Земли как обитаемой планеты до «гипотезы зоопарка».

Гипотеза уникальной Земли

Основная статья: Гипотеза уникальной Земли

Одна из современных гипотез, названная гипотезой уникальной Земли, утверждает, что многоклеточная жизнь может быть чрезвычайно редкой из-за возможной исключительности и редкости планет земного типа. В ней утверждается, что целый ряд невероятных совпадений сделали возможным возникновение сложных форм жизни на Земле. Несколько примеров таких совпадений приведены ниже.

Спиральные витки галактики содержат много сверхновых звёзд, радиация которых, как считается, делает высшие формы жизни невозможными. Наша Солнечная система находится на особенной орбите внутри Млечного Пути: она является почти идеальной окружностью такого радиуса, что она двигается с той же скоростью, что и гравитационные ударные волны, формирующие спиральные витки. Земля пребывала между спиральными витками Галактики на протяжении сотен миллионов лет, или свыше тридцати полных галактических оборотов, то есть практически всё время, пока на Земле существуют высшие формы жизни.

Другой необходимый элемент — Луна. Популярная теория гигантского столкновения утверждает, что она сформировалась вследствие редкого столкновения молодой Земли с планетой размером с Марс примерно 4,45 миллиардов лет назад. Столкновение должно было произойти лишь под определённым углом: прямой угол уничтожил бы Землю^{[источник не указан 1311 дней]}, более пологий угол привёл бы к тому, что другая планета бы просто отрикошетила от Земли. Приливы, вызванные Луной, стабилизировали земную ось: без влияния Луны её колебания (прецессия) были бы намного большими и привели бы к громадным изменениям климата, которые могли уничтожить жизнь на Земле. Лунные приливы, вероятно, разогрели земное ядро, которое должно быть расплавленным, чтобы генерировать магнитное поле, существенно ослабляющее влияние солнечного ветра.

Сторонники противоположной точки зрения настаивают, что требование наличия земных условий для существования жизни свидетельствуют об узком видении природы, поскольку исключает из рассмотрения формы жизни, принципиально отличные от земных (См. углеродный шовинизм).

Уравнение Дрейка

Основная статья: Уравнение Дрейка

Те, кто верит в предложенные доктором Карлом Саганом более оптимистические оценки параметров уравнения Дрейка, утверждают, что разумная жизнь является распространённым явлением во Вселенной. Некоторые из них считают, что приняв обоснованные, по их мнению, параметры уравнения Дрейка, мы приходим к выводу, что наличие большого количества внеземных цивилизаций не только возможно, но «практически гарантировано». Тем не менее, сторонники принципа Ферми считают, что в связи с отсутствием доказательств в пользу обратного, человечество — единственная технологически развитая цивилизация как минимум в нашей части Млечного Пути. Также они считают, что поскольку мы не имеем надёжных оценок для параметров уравнения Дрейка, то его нельзя использовать как единственный способ для оценки числа внеземных цивилизаций, а следует опираться на данные, которые мы только начинаем систематически накапливать.

Существующие данные

Наша Солнечная система, если наблюдать её с расстояния в несколько десятков световых лет, была бы очень необычной системой в связи с огромным уровнем радиоизлучения (созданного радиостанциями) у ничем не приметной звезды. Можно допустить, что подобное излучение с соседней звезды было бы сразу определено как необычное также нами. С другой стороны, чем дальше удалена звезда, тем более устаревшие данные о ней мы имеем. Так, например, на расстоянии в 150 световых лет радиопередачи Земли будут принципиально необнаружимы, так как беспроводная связь известна на Земле с 1895 года, и как следствие — первые радиопередачи еще не прошли такое расстояние.

Данные радио- и визуальных наблюдений накапливались на протяжении нескольких десятилетий в рамках проекта «Озма», SETI и других проектов, имевших целью поиск планет за пределами Солнечной системы. До сих пор не обнаружено ни одной звезды солнечного типа, которая бы демонстрировала необычно интенсивное радиоизлучение, что, похоже, свидетельствует о том, что мы являемся единственным видом, который использует радиоволны в нашей части галактики.^[1] К тому же большинство планет, выявленных за пределами Солнечной системы, вероятно, характеризуются слишком суровыми условиями для эволюции развитых форм жизни.

Сторонники теории о наличии внеземной жизни приводят следующие объяснения этим фактам:

• Другие разумные виды могут использовать направленные приборы связи — например, лазеры.^[2] Возможно, они используют для связи нейтрино или другие, пока неизвестные нам, частицы.
• Найти планеты с нестабильными орбитами легче. Из-за этого у наблюдателя создается впечатление о том, что большинство планет обладают именно нестабильными орбитами, при которых жизнь невозможна. Вследствие этого недооценивается количество пригодных для жизни планет.
• Другие разумные виды слишком далеко ушли от нас в развитии. Предполагается, что все ранее появившиеся виды могли уже пройти этап технологической сингулярности, став настолько могущественными, что мы не можем отличить их деятельность от природных явлений^[3].
• Ещё одним интересным фактом является то, что в связи с развитием оптоволоконных систем связи, и с переходом на маломощные сотовые системы связи, радиоизлучение Земли начало уменьшаться, таким образом активный период «свечения» Земли в радиодиапазоне составил немногим более 100 лет, что является крайне малым сроком в сравнении с продолжительностью существования цивилизации, и даёт дополнительный аргумент сторонникам существования внеземной разумной жизни.

Аргументация относительно утверждений принципа Ферми

Отсутствие радиопередач из космоса

Графическое представление послания Аресибо — первой попытки человечества установить связь с внеземными цивилизациями

Сторонники принципа Ферми утверждают, что при наличии достаточного времени на развитие, интенсивность радиопередач любой достаточно развитой цивилизации со временем превысит излучение её звезды в этом диапазоне. Поскольку радиоволны являются простым и дешёвым способом связи, можно ожидать, что каждая технологически развитая цивилизация использует хотя бы часть этого спектра во время своего развития.

Если все цивилизации во Вселенной ведут себя подобно земной цивилизации, где на поиски межзвездных радиопосланий потрачено в сотни раз больше времени, чем на передачу своих собственных радиопосланий, то объяснение молчания Вселенной тривиально — «все ищут, но никто не излучает» — подобное объяснение составляет суть парадокса SETI^[4].

Оппоненты, однако, говорят об отсутствии инструментов для обработки всех сигналов как о возможной причине отсутствия разумных сигналов. Например, главный астроном из института SETI Сет Шостак (Seth Shostak) утверждает, что в галактике может существовать большое количество радиопередатчиков от сотен миллиардов звёзд, но чтобы уловить и обработать все сигналы, понадобятся большие вычислительные мощности, на данный момент недоступные человеку^[5]. Кроме того, по их мнению, внеземные цивилизации или инопланетяне могут просто использовать способы связи, отличные от радиоволн, или по каким-либо причинам скрывать сам факт радиопередач. Их оппоненты в то же время указывают, что это может действительно быть так, но только в случае, если существует/существовало очень малое количество цивилизаций, и если бы их было столько, сколько прогнозировали Саган и Дрейк, то даже при условии, что только часть из них использовала радио во время своего развития, этого было бы достаточно, чтобы заметно повлиять на радиоспектр части звёзд.

Антропный принцип

Основная статья: Антропный принцип

Подобно гипотезе уникальной Земли, антропный принцип утверждает, что Вселенная «тонко настроена» на известную нам форму жизни. Он утверждает, что поскольку жизнь на Земле была бы невозможна, если какой-либо из многих параметров физической Вселенной был даже в незначительной мере изменён, то похоже, что люди имеют преимущество над любой другой формой разумной жизни, делая допущение о том, что люди — единственный разумный вид, вероятным. Ещё более убедительным является ряд работ Стивена Хокинга, опубликованных в 2004 году, в которых утверждается, что вероятность того, что вследствие Большого взрыва возникнет вселенная того же типа, что мы наблюдаем сегодня, составляет 98 %.

Критики возражают, объявляя это утверждение тавтологией: в изменённой Вселенной жизнь в известной нам форме, возможно, не существовала бы, но могла бы существовать в другой форме.

Вклад Фримена Дайсона

Доктор Фримен Дайсон популяризировал концепцию Сферы Дайсона — оболочки вокруг звезды, которая может быть создана развитой цивилизацией, стремящейся максимально полно использовать её энергию излучения. Подробное строение оболочки не описывалось, были предложены разные варианты её конструкции. Такая сфера поглотила бы большую часть видимого диапазона звезды и излучала бы чётко определяемый спектр чёрного тела с вероятным максимумом в инфракрасном диапазоне и отсутствующими сильными спектральными линиями, свойственными раскалённой плазме. Он предложил астрономам искать необычно окрашенные звёзды, наличие которых, как он предположил, может быть объяснено только существованием высокоразвитой цивилизации. На сегодняшний день не удалось выявить ни одной звезды с указанными характеристиками.

Некоторые сторонники принципа Ферми также утверждают, что высокоразвитая цивилизация должна стремиться максимально полно использовать энергию собственной звезды, изменяя её электромагнитную сигнатуру.

Доктор Дайсон также предложил тип прибора, который, как он считал, с большой вероятностью должен появиться на протяжении жизни каждой высокоразвитой цивилизации, и отсутствие которого, похоже, подтверждает принцип Ферми. Он сказал, что по его мнению, в ближайшее время будет возможно построить космический аппарат для поиска внеземной жизни, источником питания для которого стала бы окружающая среда, и который был бы способен по прибытии в другую систему построить значительное количество своих копий для расширения области поиска. Количество таких поисковых аппаратов вырастало бы в геометрической прогрессии, поскольку каждый из новопостроенных аппаратов по прибытии на место назначения строил бы снова свои копии, позволило бы охватить поиском значительную часть галактики, даже с учётом ограничения на скорость полёта.

Инопланетная колонизация

Сторонники принципа Ферми также отмечают, что из того, что нам известно о способности жизни на нашей планете распространяться даже в области с экстремальными условиями и ограниченностью ресурсов, следует надеяться, что развитая внеземная цивилизация почти наверняка ищет новые ресурсы и начнёт колонизацию космоса. Несколько авторов дали свои оценки того, сколько времени заняло бы у такой цивилизации колонизовать всю галактику, их оценки колеблются между 5 и 50 миллионами лет^[6] — относительно малый промежуток времени для геологии.

Парадокс Ферми в массовой культуре

Парадокс Ферми широко обсуждается в научно-фантастических произведениях, фантастами предложено множество вариантов его объяснения.

Парадокс Ферми является одним из ключевых элементов сюжета серии «Космический апокалипсис» Аластера Рейнольдса. Парадокс объясняется тем, что разумные виды, достигшие определенного уровня развития, целенаправленно уничтожаются «волками» — вышедшими из-под контроля машинами. Впрочем, эта гипотеза противоречит другой — что разумные существа, достигшие определённого уровня развития, встраивают технические достижения в себя, приобретая способности таких сверхинтеллектуальных машин, и поэтому обходясь без них и, следовательно, не производя их (см. технологическая сингулярность, экстракорпоральная эволюция).

Упоминается в научно-фантастическом произведении Майкла Крайтона «Сфера».

Неоднократно упоминается в рассказе Фредерика Пола «Ферми и стужа». Парадокс объясняется тем, что как только цивилизация достигает достаточного уровня технологического развития для выхода в космос, она уничтожает себя в ядерной войне.

См. также

• Формула Дрейка
• SETI
• METI
• SETI@home

Примечания

1. ↑ Следует отметить, что исключением является единственное наблюдение сигнала «Wow!», происхождение которого, однако, достоверно не установлено.
2. ↑ Следует отметить, что интенсивность радиоизлучения Земля в последнее время уменьшается ввиду распространения кабельного и спутникового телевещания.
3. ↑ Smart, John, «Answering the Fermi Paradox: Exploring the Mechanisms of Universal Transcension», Journal of Evolution and Technology, June 2002.
4. ↑ Zaitsev, Alexander. The SETI Paradox
5. ↑ MEMBRANA | Мировые новости | Астроном убеждён, что инопланетяне будут найдены в течение 20 лет
6. ↑ Where Are They?: Scientific American

Ссылки

• http://kuasar.narod.ru/library/paradox-fermi/index.htm
• Shostak, Seth (25 October 2001). «Our Galaxy Should Be Teeming With Civilizations, But Where Are They?». Space.com. Space.com. Retrieved on April 08, 2006.
• Парадокс Ферми (англ.)
• Наши наблюдения неполны [1] и логические ошибки [2] (англ.)
• Стефан Уэбб. 50 решений парадокса Ферми. [3]
• Л. М. Гиндилис, МОЛЧАНИЕ ВСЕЛЕННОЙ?
• Язев С. А. Почему все-таки молчит космос? //Земля и Вселенная, 1998. N 1. С. 65-71.
• Станислав Лем, Одиноки ли мы во вселенной?
• В. М. Липунов, О проблеме сверхразума в астрофизике.
• Шкловский И. С. Существуют ли внеземные цивилизации? // Земля и Вселенная. — 1985, № 3. — С. 76-80.

astronomiya_  Астрономия   Научная фантастика   Физика   Философия   Эволюционная биология