Были Ли Инопланетяне До Нас?

Земля, увиденная экипажем 47—й экспедиции 31 мая 2016 года с Международной космической станции — взгляд с северо-запада Китая снизу в восточный Казахстан. Большое озеро в Казахстане с золотым солнечным блеском — это озеро в форме полумесяца Балхаш, второе по величине озеро в Центральной Азии. НАСА скрывает подпись

Являемся ли мы единственным разумным видом, создающим цивилизацию, который когда-либо существовал во Вселенной?

Это один из старейших вопросов науки. Ранее в этом году мы с моим коллегой Вуди Салливаном опубликовали статью в журнале «Астробиология», в которой представили новые результаты, которые, как я полагаю, проливают новый свет на древний вопрос. И, основываясь на этой работе, в прошлом месяце я написал статью в «Нью-Йорк таймс» с провокационным заголовком «Да, там были инопланетяне». Статья в «Таймс» нашла большую аудиторию и вызвала сильные отклики от согласия до несогласия с людьми, которые говорили мне, что я действительно должен заняться НЛО (извините, это не мое).

Сегодня я хотел бы еще раз представить нашу аргументацию и немного глубже погрузиться в ее смысл и пределы. В частности, я хочу обратиться к двум превосходным опровержениям, написанным Россом Андерсеном в «Атлантике» и Итаном Сигелом в «Форбс». Ни Андерсен, ни Сигел не купились на некоторые из моих утверждений, и они оба высказали хорошие замечания. Особенность науки (обратите внимание на отрицателей климата) в том, что это действительно призыв и ответ. И Андерсен, и Сигел — великие писатели. Их скептицизм заставил меня еще больше задуматься об идеях, изложенных в нашей статье, и это было действительно полезно.

Одно замечание, прежде чем мы начнем. Эта часть немного длинновата, потому что мне нужно представить некоторые предпосылки для того, чтобы остальная часть моей аргументации имела смысл. Те, кто знаком с «уравнением Дрейка» и его историей, могут пропустить следующий раздел.

Предыстория

В 1961 году астронома Фрэнка Дрейка попросили созвать совещание, чтобы обсудить возможности межзвездной связи. Дрейк решил сформулировать вопрос в терминах одного простого вопроса: каково количество инопланетных цивилизаций (назовем их экзоцивилизациями), существующих сейчас в галактике? Чтобы стимулировать обсуждение на своей встрече, Дрейк разбил проблему на семь частей. Каждая часть представляла собой отдельный аспект проблемы, и каждая из них могла быть выражена как фактор в уравнении для общего числа существующих экзоцивилизаций (которые мы будем называть N). Уравнение Дрейка выглядит так:

В уравнении Дрейка N_* — количество звезд, рождающихся каждый год; f_п — доля звезд, у которых есть планеты; n_п — количество планет на звезду, живущих на орбитах в нужном месте для формирования жизни (так называемая зона «Златовласки»); f_л это доля планет, на которых зарождается жизнь; f_я является ли доля планет, несущих жизнь, на которых развивается разум и f_т это та часть, которая продолжает развивать передовые технологические цивилизации. Последний фактор L — самый навязчивый, представляющий среднюю продолжительность жизни технологической цивилизации.

Уравнение Дрейка было чрезвычайно важно для размышлений о жизни во Вселенной. В течение последних 50 лет он служил важным руководством для астрономов в организации их мышления и их исследований по этому вопросу.

Важно отметить, что, когда Дрейк писал свое уравнение в 1961 году, только первый член, число звезд, образующихся в год, было даже близко к тому, чтобы быть известным. Каждый второй термин был «без данных». Это означало, что на протяжении большей части своей истории ученые, использующие уравнение Дрейка, могли давать только обоснованные предположения о других терминах. Если вы настроены оптимистично, вы отстаивали ценности, которые привели к большому значению N. Если вы были пессимистичны, вы отстаивали ценности, которые привели к крошечным значениям N. Это было бесплатно для всех.

Но это было до экзопланетной революции. За последние 20 лет астрономические открытия изменили наше понимание планет, вращающихся вокруг других звезд. В процессе они определили два вторых члена в уравнении Дрейка (f_п и н_п ). Мы обнаружили, что планеты были повсюду. Почти на каждой звезде в небе есть по крайней мере одна планета.

Новая Работа

В нашей статье мы с Вуди поняли, что можем использовать этот гигантский скачок вперед, чтобы сделать то, чего, насколько нам известно, раньше не делалось. Мы использовали новые данные, чтобы сказать что-то более определенное об экзоцивилизациях.

Чтобы добиться этого, мы сначала изменили вопрос. Мы отказались от вопроса «Сколько экзоцивилизаций существует сейчас?» и вместо этого сосредоточились на вопросе «Сколько экзоцивилизаций когда-либо существовало?». Такой подход позволил нам игнорировать срок службы L. Это также позволило нам по-другому взглянуть на три неизвестные вероятности, связанные с жизнью (f_л , ф_я , и f_т ). Вместо того, чтобы рассматривать их отдельно, наш подход был сосредоточен на всех трех терминах вместе. Это означает, что нас интересовала вся энчилада: весь процесс, начиная с зарождения жизни и заканчивая развитой цивилизацией. Мы назвали наш новый термин «биотехнологическая вероятность», f_бт , и это не что иное, как результат обычных жизнеориентированных терминов в уравнении Дрейка. На языке математики f_бт = f_л * f_я * f_т .

Рассматривая проблему таким образом — и используя новые данные об экзопланетах и переставляя вещи — наши результаты обеспечивают эмпирическое ограничение на совершенно иной вопрос, чем тот, на котором обычно фокусируется уравнение Дрейка. Вот наш вопрос:

Какова должна быть биотехнологическая вероятность на планету, чтобы мы стали единственной цивилизацией, которая когда-либо существовала за всю историю Вселенной?

Введя дату нашей экзопланеты, мы обнаружили, что ответ составляет 10-22 или один из 10 миллиардов триллионов. Мы называем это число «линией пессимизма», и вы можете думать о его значении множеством способов.

Во-первых, представьте, что у вас есть большой мешок планет зоны Златовласки (планеты на орбитах, где на поверхности может существовать жидкая вода). Наши результаты показывают, что вам придется пройти через 10 миллиардов триллионов планет и найти только одну с экзоцивилизацией, чтобы люди были уникальными.

Другой подход состоит в том, чтобы признать, что до нашей работы никто по-настоящему не знал, что такое пессимизм. Были ли вы пессимистом, если, например, вы думали, что_бт был ли один на миллион или один на миллиард? До нашей статьи не было возможности установить четкий предел того, какие значения для жизнецентрических терминов в уравнении Дрейка подразумевали, что мы были одиноки в самом глубоком смысле этого слова. Мы с Вуди обнаружили, что если природа в своей бесконечной мудрости выберет значение ниже одного из 10 миллиардов триллионов, то мы — единственная цивилизация на свете. Но если природа выберет число большее, чем один из 10 миллиардов триллионов, то мы (то есть жизнь, разум и цивилизация) уже случались раньше.

Критика

Один из 10 миллиардов триллионов — это довольно небольшое число. Мой аргумент в статье в «Нью-Йорк таймс» состоял в том, что она настолько мала, что подразумевается, что экзоцивилизации, вероятно, происходили раньше (возможно, много). Я считал это своего рода «доводом до изнеможения».

Но некоторые люди не согласились. Одно из принципиальных возражений, выдвинутых против моей статьи, заключалось в том, что тот факт, что 10-22 мал, не является доказательством того, что экзо-цивилизации существовали до нас. В частности, Андерсен не согласился с этим предложением: «…степень пессимизма, необходимая для того, чтобы усомниться в существовании в какой-то момент времени развитой внеземной цивилизации, граничит с иррациональным».

Именно здесь я должен согласиться с критикой. Мне не следовало употреблять слово «иррациональный». Это потому, что, несмотря на крошечный размер линии пессимизма, не «иррационально» сомневаться в том, что мы уникальны в космической истории. Фактически, единственное эмпирически обоснованное утверждение, которое мы с Вуди можем сделать, заключается в следующем: мы можем с уверенностью сказать, где проходит линия пессимизма (один из 10 миллиардов триллионов). В отсутствие дополнительных данных рационально возможно построить аргумент, утверждающий, что ценность природы для биотехнологической вероятности лежит ниже 10-22.

Однако в чем я не согласен с Андерсеном и Сигелом, так это в том, как интерпретировать наш результат. Во-первых, это идея о том, что наша биотехнологическая вероятность, f_бт , каким-то образом скрывает тот факт, что каждый из жизненно важных терминов в уравнении Дрейка может быть маленьким сам по себе. Заголовок в статье «Атлантик» гласил: «Причудливая математика не может сделать инопланетян реальными» (хотя Андерсен, возможно, не имел никакого отношения к заголовку). Однако мне пришлось усмехнуться над этим предложением, потому что математика, которую я использовал, была совсем не фантастической.

Несмотря на то, что я начал делать что-то более сложное, результат оказывается до неловкости тривиальным. Это всего лишь одна планета из числа планет зоны Златовласки в наблюдаемой вселенной. Более того, мы не устанавливали нашу «линию пессимизма», игнорируя, возможно, небольшие значения индивидуальных жизнецентрических терминов. Вместо этого мы представляли их всех вместе.

Вот как это работает.

Во-первых, предположим, вы считаете, что вероятность возникновения жизни на планете Златовласка составляет один к миллиону (f_л = 10 -6 ). Вы также можете подумать, что вероятность того, что разум сформируется из жизни на одной из этих планет, составляет один к миллиону (f_я =10 -6 ) тоже. Наконец, вы также могли бы сказать, что есть одна из миллиона планет, на которых сформировалась жизнь, а затем развился интеллект, чтобы продолжить и создать технологическую цивилизацию (f_т = 10 -6 ). Это означает, что общая биотехнологическая вероятность будет равна одному из миллиона триллионов (10 -6 * 10 -6 * 10 -6 = 10 -18 ). Здесь нет никакого пренебрежения рукой. Какие бы аргументы ни приводились о том, насколько невероятным может быть образование жизни, эволюция разума или создание цивилизаций, все они выражаются в рамках биотехнологической вероятности.

Обратите внимание, что приведенные выше варианты, по сравнению с линией пессимизма, приводят к появлению 10 000 экзоцивилизаций за всю космическую историю.

Кроме того, хотя верно, что мы не можем сказать ничего явно основанного на данных, кроме нашего вывода линии пессизма, история дебатов об уравнении Дрейка предоставляет достаточно материала для более глубокого осмысления нашего результата. Хотя многие утверждали, что экзоцивилизации были бы редкостью, смысл того, что означает редкость, редко указывается явно. Если вы поскребете под поверхностью, редкость часто означает на порядки выше нашей линии пессимизма 10-22.

Чтобы понять это, давайте возьмем особенно известный пример. В 1983 году физик Брэндон Картер разработал абсолютно гениальный аргумент против экзоцивилизаций, основанный на наблюдении, что время возникновения разума на Земле было близко к общему возрасту Солнца. Используя этот единственный факт, он далее доказал, что интеллект требует, чтобы эволюция прошла через ряд «трудных шагов», каждый из которых был бы крайне маловероятен.

Представив, что существует 10 эволюционных «трудных шагов», он сделал расчет, в котором обнаружил, что общая вероятность формирования экзоцивилизаций составляет 10-20. Затем он заявил, что это значение «более чем достаточно для того, чтобы гарантировать, что наша стадия развития уникальна в видимой вселенной».

Но это не так! Линия пессимизма, которую мы вывели, показывает, что расчет Картера 1983 года все еще допускает 100 экзоцивилизаций. Картер предполагал, что его расчет будет гиперпессимистичным, но вместо этого он оказывается оптимистичным. Следует также отметить, что исследователи в настоящее время считают, что существует только пять трудных шагов (если они вообще существуют). Это, наряду с другими значениями в оригинальной статье Картера, подразумевает вероятность 10-10, что, наряду с нашей линией пессимизма, подразумевает триллион экзоцивилизаций в космической истории. (Также примечательно, что такие авторы, как Марио Ливио, приводят аргументы, которые подрывают основу работы Картера).

Конечно, все еще возможно построить аргументы, оставляющие вероятность намного ниже нашей линии пессимизма, гарантируя, что мы — единственная экзоцивилизация, которая когда-либо сформировалась. Но именно здесь, я считаю, проявляется самое важное значение нашего результата.

Наша вероятность — это не абстракция. Это не просто чистое число. Вместо этого он представляет собой нечто очень реальное. Он представляет собой 10 миллиардов триллионов планет, существующих в нужном для природы месте. Каждый мир — это место, где ветры могут дуть над горами, где туманы могут подниматься в долинах, где могут бурлить моря и течь реки. (Обратите внимание, что в нашей солнечной системе есть два мира в зоне Златовласки — Земля и Марс — и в обоих были ветры, моря и реки). Когда вы держите этот образ в уме, вы видите нечто замечательное: линия пессимизма на самом деле представляет 10 миллиардов триллионов раз, когда Вселенная проводила свой эксперимент с планетами и жизнью.

Вот почему наш результат имеет последствия, которые стоит изучить. В течение первого отрезка 20-го века считалось, что доминирующим механизмом образования планет являются близкие столкновения между звездами. Теперь мы знаем лучше и можем эмпирически ограничить линию пессимизма. Поскольку он оказывается очень маленьким (или, наоборот, число планет зоны Златовласки настолько велико), это означает, что бремя ложится на гиперпессимистов. Вселенная проводит эксперимент много-много раз. Поэтому, если вы хотите утверждать, что Земля уникальна, то на вас лежит бремя показать, почему технологический интеллект так сильно отбирается против.

И любой гиперпессимистический аргумент будет уравновешен тем фактом, что есть много хороших новых аргументов, которые появление жизни и разума может быть не так сложно получить. Многие из этих оптимистичных взглядов основаны на достижениях в области биологии. Например, Вентао Ма и его коллеги используют компьютерное моделирование, чтобы показать, что первыми реплицирующимися молекулами могли быть короткие нити РНК, которые было легко сформировать и которые быстро привели к «поглощению» ДНК. И, как утверждает нейробиолог Лори Марино, человеческий интеллект развился на основе когнитивных структур, которые уже имели долгую историю жизни на Земле. Таким образом, наш вид интеллекта больше не следует рассматривать как полностью отделенный от того, что развивалось раньше. Это особенное, но не настолько особенное.

Таким образом, скептики совершенно правы в том, что без каких-либо дополнительных данных нужно оставаться формально агностиком в отношении экзоцивилизаций. Вы не можете присвоить вероятность неизвестному процессу. Но чтобы остановиться на этом, упускается ключевой момент нашего момента в науке и в истории. Астробиология, изучение жизни во Вселенной, добилась огромных успехов в изучении нашего мира, других миров нашей Солнечной системы и, как известно, недавно открытых экзопланет. Исследование, которое мы с Вуди Салливаном провели, прочно вписывается в эти расширяющиеся астробиологические горизонты. Взятые вместе, я полагаю, что наши результаты означают, что большинство пессимистов (по заданному нами вопросу) на самом деле являются оптимистами, а остальные гиперпессимисты — ну, им действительно нужно кое—что сделать.

Наконец, обратите внимание, что в нашем исследовании ничего не говорилось о существовании цивилизаций в настоящее время. Мы имели дело с чем-то вроде археологии экзоцивилизации. Если этот важнейший фактор времени жизни L не будет длительным, то наше соседство с галактикой Млечный Путь может быть совершенно пустым (кроме нас) в нынешнюю космическую эпоху.

Адам Франк — соучредитель блога 13.7, профессор астрофизики в Университете Рочестера, автор книг и самопровозглашенный «евангелист науки». Вы можете быть в курсе того, что думает Адам на Facebook и Twitter: @adamfrank4.

https://www.npr.org/sections/13.7/2016/07/14/485992587/were-there-aliens-before-us