Недавно ученые смоделировали целый ряд взаимодействий между энергоемкими цивилизациями и их планетами. Результаты были отрезвляющими.
Вселенная делает много вещей. Это создает галактики, кометы, черные дыры, нейтронные звезды и еще целый беспорядок. Недавно мы обнаружили, что он создает множество планет, но неясно, регулярно ли он создает энергозатратные цивилизации, и не ясно, неизбежно ли такие цивилизации приводят свои планеты к изменению климата. В нашем разговоре о построении устойчивой цивилизации на Земле много надежды. Но откуда мы знаем, что это вообще возможно? Кто-нибудь во всем космосе когда-нибудь делал это?
Примечательно, что наука сейчас продвинулась до такой степени, что мы можем сделать первый шаг к ответу на этот вопрос. Я знаю это, потому что мы с коллегами только что опубликовали первое исследование, в котором описываются возможные истории инопланетных планет, цивилизации, которые они развивают, и последующее изменение климата. Наша команда состояла из астрономов, ученого-землянина и городского эколога.
Это было только полушутя, что мы думали о нашем исследовании как о «теоретической археологии экзо-цивилизаций». «Экзо-цивилизации» — это то, что люди на самом деле имеют в виду, когда говорят об инопланетянах. Астрономы называют новые миры, которые они открыли, «экзопланетами». Сейчас они готовятся использовать космический телескоп Джеймса Уэбба и другие приборы для поиска жизни, выискивая признаки «экзобиосфер» на этих экзопланетах. Так что, если у нас есть экзопланеты и экзобиосферы, пришло время сменить вызывающее смех слово «инопланетяне» на реальный предмет наших забот: экзоцивилизации.
Нас интересует, как развиваются экзоцивилизации на их планетах. Учитывая, что в космосе, вероятно, существует более 10 миллиардов триллионов планет, если только природа не извращенно настроена против цивилизаций, подобных нашей, мы не первые, кто появился. Это означает, что у каждой экзоцивилизации, развившейся из биосферы своей планеты, была своя история: история возникновения, роста возможностей, а затем, возможно, медленного исчезновения или быстрого краха. И точно так же, как большинство видов, когда-либо живших на Земле, теперь вымерли, так и большинство возникших цивилизаций (если они возникли), возможно, уже давно прекратили свое существование. Поэтому мы исследуем, что могло случиться с другими, чтобы получить представление о том, что может случиться с нами.
Конечно, у нас нет прямых доказательств, относящихся к каким-либо экзотическим цивилизациям или их истории. Однако то, что у нас есть, — это законы планет. Наши роботы-эмиссары уже посетили большинство миров Солнечной системы. Мы установили метеостанции на Марсе, наблюдали за безудержным парниковым эффектом на Венере и видели, как дождь каскадом льется через метановые озера на Титане. Из этих миров мы узнали общую физику и химию, которые составляют то, что называется климатом. Мы можем использовать эти законы для прогнозирования глобальной реакции любой планеты на что-то вроде столкновения с астероидом или, возможно, появления энергозатратной промышленной цивилизации.
Чтобы запустить нашу науку об экзоцивилизациях, мы начали с этих законов планет, построив правильные уравнения, чтобы отразить взаимосвязанную эволюцию планеты и ее молодой цивилизации. Но планетарные законы физики и химии рассказывают только часть истории. Если мы хотим узнать о возможных судьбах других цивилизаций в других мирах, нам также пришлось применить некоторые биологические методы.
Научная фантастика дала нам устойчивые образы инопланетных рас. Неудивительно, что большинство из них очень похожи на нас, но у них разные лбы или уши, или разное количество пальцев на руках. Разрабатывая наш первый раздел в науке об экзоцивилизациях, мы с моими коллегами не интересовались тем, как могут выглядеть инопланетяне или какой у них пол. Для выполнения нашей работы нам приходилось избегать специфики как их индивидуальной биологии, так и их социологии, потому что наука мало что дает нам для работы на этих фронтах. Однако было одно место, где биология справлялась с этой задачей.
Популяционная биология была радикально новой областью еще в начале 20 века. Вместо того, чтобы просто собирать статистику для описания популяций животных, несколько амбициозных исследователей, таких как Альфред Лотка, хотели создать базовые математические модели таких вещей, как хищники и жертвы, чтобы предсказать эволюцию их связанных популяций. Хищники (например, волки) едят добычу (например, кроликов), чтобы они могли производить больше волчьих детенышей, тем самым увеличивая популяцию волков. Кролики прекрасно справляются с размножением самостоятельно, но если их съесть слишком много, численность их популяции пострадает. Сегодня популяционные биологи, экологи и их соотечественники используют математические модели для изучения всего — от распространения болезней до размножения инвазивных видов. Этот подход даже нашел свое применение в изучении человеческих цивилизаций, включая их крах в таких местах, как остров Пасхи.
Мы использовали эти инструменты для построения простой модели эволюции цивилизации с ее планетой. В нашем подходе население экзоцивилизации и окружающая среда планеты связаны воедино использованием энергии и ее последствиями. Планета дает цивилизации энергетические ресурсы. Цивилизация потребляет их для выполнения работы по созданию цивилизации. По мере того как цивилизация получает больше энергии от планеты, ее возможности растут. Это включает в себя возможность рожать и кормить больше детей. Эта связь между доступной энергией (в форме пищи для простых организмов) и ростом рождаемости имеет основополагающее значение для популяционной биологии. А для человеческой цивилизации резкий рост численности населения, который мы наблюдаем, тесно связан с удобрениями, связанными с использованием ископаемого топлива. Таким образом, увеличение энергии в начале будет означать увеличение численности населения. Но с планетарной точки зрения бесплатного обеда не бывает. Использование всей этой энергии должно привести к обратной связи на планете. Это то, что мы, земляне, только начинаем видеть в связи с изменением климата. Если глобальное потепление станет действительно ужасным, все, от сбора энергии до производства продуктов питания, подвергнется серьезному стрессу, и наше большое население не будет устойчивым. Вот почему наши модели экзоцивилизации связали рост планетарных воздействий с сокращением численности населения. Все это было довольно просто, не требуя никаких предположений об инопланетной экономике, социологии или любых других научно-фантастических идеях.
Но чтобы предоставить экзоцивилизации возможность выбора, мы также включили базовый переключатель, описывающий, как цивилизация может реагировать на изменение планетарных условий. Для простоты мы вообразили, что на планете есть только два вида энергетических ресурсов. Один из них имел сильное влияние на планету (например, ископаемое топливо). Другой имел низкое воздействие (например, солнечная энергия). В некоторых моделях мы позволяли цивилизации переключаться с одной на другую, когда дела шли плохо.
Итак, что же рассказала нам модель? Мы видели три различных вида цивилизационных историй. Первым — и, что тревожно, наиболее распространенным — было то, что мы назвали «отмиранием». По мере того как цивилизация использовала энергию, ее численность быстро росла, но использование ресурса также оттолкнуло планету от условий, в которых выросла цивилизация. По мере того как эволюция цивилизации и планеты продолжалась, население стремительно росло, выходя за пределы планеты. Другими словами, население превысило пропускную способность планеты. Затем произошло значительное сокращение населения цивилизации, пока и планета, и цивилизация не достигли устойчивого состояния. После этого население и планета перестали меняться. Была достигнута устойчивая планетарная цивилизация, но высокой ценой. Во многих моделях мы видели, как до 70 процентов населения погибало до того, как было достигнуто устойчивое состояние. На самом деле неясно, сможет ли такая сложная технологическая цивилизация, как наша, пережить такую катастрофу.
Во многих отношениях мы наблюдали за тем, как разворачивается своего рода космический остров Пасхи. На острове Пасхи, возможно, проживало до 10 000 человек на пике его расцвета изготовления каменных голов. Но, вырубив все деревья, чтобы раскатать каменные головы, эта цивилизация, похоже, разрушила свою экосистему и решила свою собственную судьбу. Когда голландцы прибыли в 1722 году, осталось всего несколько тысяч человек, живших значительно сокращенной жизнью.
Второй тип траектории содержал хорошие новости. Мы назвали это «мягкой посадкой». Население росло, и планета менялась, но вместе они совершили плавный переход к новому, сбалансированному равновесию. Цивилизация изменила планету, но не вызвала массового вымирания.
Последний класс траектории был самым тревожным: полномасштабный коллапс. Как и в истории вымирания, население взорвалось. Но эти планеты просто не смогли справиться с лавиной воздействия цивилизации. Миры-хозяева были слишком чувствительны к изменениям, как комнатное растение, которое увядает, когда его перемещают. Условия на этих планетах ухудшались так быстро, что население цивилизации стремительно снижалось вплоть до полного вымирания.
Вы можете подумать, что переход от источника энергии с высокой отдачей к источнику с низкой отдачей улучшит ситуацию. Но для некоторых траекторий это не имело значения. Если цивилизация использовала только высокоэффективный ресурс, население достигало пика, а затем быстро падало до нуля. Но если бы мы позволили цивилизации перейти на энергоресурсы с низким уровнем воздействия, коллапс все равно произошел бы в некоторых случаях, даже если бы он был отложен. Население начнет сокращаться, а затем, к счастью, стабилизируется. Но затем, наконец и внезапно, он устремился вниз, к исчезновению.
https://www.theatlantic.com/science/archive/2018/05/how-do-aliens-solve-climate-change/561479/
Загрузка...
