Провокационная формула Дрейка: насколько мы не одиноки во вселенной, и почему, Шел 1960-й год. Человечество уже отправило в космос первые искусственные спутники, и готовилось организовать первый пилотируемый космический (орбитальный) полет.
Между тем, научные фантасты и ученые уже создавали прототип теории о том, как мы можем встретить других разумных существ в космосе..
Наиболее провокационным из этих прототипов стала формула шансов контакта с внеземным разумом, формулированная Фрэнком Дональдом Дрейком (профессором астрономии и астрофизики калифорнийского университета Santa Cruz).
Формула Дрейка N=R*fp*ne*fl*fi*fc*L где:
N — текущее количество разумных цивилизаций, готовых вступить в контакт;
R — скорость рождения звезд (число звезд, рождающихся за год);
fp — доля звезд с планетами;
ne — среднее (по генеральной выборке звезд) количество планет и спутников с подходящими условиями для зарождения жизни;
fl — вероятность зарождения жизни на планете с подходящими условиями;
fi — вероятность возникновения разумных форм жизни на планете, на которой есть жизнь;
fc — отношение числа планет, разумные жители которых способны к контакту и ищут его, к общему числу планет, на которых есть разумная жизнь (или вероятность того, что разумная жизнь ищет контакт);
L— время существование разумной жизни, ищущей контакт (то есть время, в течение которого цивилизация разумных существ способна вступить в контакт и ищет такую возможность).
Провокационная сила формулы Дрейка - в ее банальности. В ней просто не с чем спорить. И именно поэтому споры вокруг формулы Дрейка не утихают уже почти 60 лет.
Если в 1960-х мы могли только очень приблизительно предполагать значения коэффициентов в формуле Дрейка, то сегодня мы уже знаем некоторые значения с достаточной точностью. О том, что из этого следует (а также - чего не хватает в формуле Дрейка) - две статьи:
1. The Drake Equation Is Broken; Here's How To Fix It. - Ethan Siegel
2. Anybody out there? - DANI LEVISS (January 15, 2019)
Начнем с того, что мы знаем.
"Зачем оценивать скорость формирования звезд, когда можно просто посмотреть на количество звезд на сегодняшний день? Мы знаем, насколько крупная наша галактика, насколько она толстая, насколько велик центральный балдж, и как в ней распределена масса. На основе наших наблюдений при помощи особо мощных телескопов, изучающих как все небо, так и отдельные его части с большой тщательностью, мы просто можем заявить, что в нашей Галактике имеется от 200 до 400 млрд звезд. Неопределённость в 2 раза – неплохой показатель, и это дает нам весьма оптимистичное начало: у каждой звезды есть шансы на успех. Давайте выберем более крупное число" [1] предлагает д-р Зигель, и пишет далее "доля звезд, имеющих планеты. Этот параметр оригинального уравнения мы можем оставить, но после работы телескопа Кеплер он мало что значит. Почему? Потому, что он близок к 100%! Доля звезд, имеющих свои планеты, если учитывать наши наблюдения и полученные знания, составляет никак не меньше 80%. Тот факт, что доля звезд, имеющих планеты, близка к 1, означает легкую победу оптимистов. доля звезд с подходящими для жизни условиями. Тут история становится интереснее. У скольких звезд из основного класса есть миры, способные поддерживать жизнь? На это способна такая звезда, как наше Солнце – с такой массой, радиусом и временем жизни – это доказывает наше существование. Но что насчет более массивной звезды? В какой-то момент звезда окажется слишком массивной и слишком быстро сожжет все свое топливо, поэтому разумная жизнь не успеет развиться рядом с ней.
С другой стороны, звезды малой массы могут быть нестабильными, они могут вырабатывать вспышки, способные сдуть атмосферу планеты, или выдавать так мало ультрафиолета, что жизнь не появится. Можно беспокоиться по поводу достаточного количества тяжёлых элементов, или о том, что в определенных частях галактики условия оказываются слишком хаотичными, чтобы поддерживать жизнь. Эти величины неизвестны, но мы, вероятно, можем с большой долей уверенности сказать, что по меньшей мере 25% звезд в нашей Галактике способны иметь обитаемые планеты.
количество планет вокруг обитаемых звезд с условиями, подходящими для жизни. Мы получили огромное количество информации из этой области, изучая экзопланеты, но осталось и множество вопросов. Что делает мир обитаемым? В ранней Солнечной системе Венера, Земля и Марс обладали сходными условиями. Во внешней части Солнечной системы на таких мирах, как Энцелад и Европа, имеется подповерхностный океан, и, возможно, подводная жизнь. В системах с газовыми гигантами, расположенными там, где условия близки к земным, на крупных лунах может появиться жизнь. И хотя в данном случае неопределённость очень высока, я думаю, можно довольно точно сказать, что в среднем у звёзд, рядом с которыми может появиться потенциально обитаемый мир, будет примерно один мир с наилучшими шансами для жизни. Нас интересует именно этот мир, и мы скажем, что np = 1.
К этому моменту мы уже можем перемножить четыре первых числа и получить примерное количество миров в Галактике с хорошими шансами на возникновение жизни: 100 млрд. Многообещающее начало."
Близкие соображения о числе звезд с обитаемыми планетами приводит д-р Левисс.
"Сегодня астрономы находят новые экзопланеты - планеты, вращающиеся вокруг других звезд - каждый месяц. По состоянию на январь 2019 года насчитывалось около 4000 подтвержденных экзопланет... В исследовании 2013 года астрономы подсчитали, что 22 процента звезд, подобных нашему Солнцу, могут иметь планеты, близкие к размеру Земли, вращающиеся в зоне обитания этой звезды: на нужном расстоянии от звезды, возможно, есть жидкая вода. В диссертации, опубликованной на сервере препринтов arXiv в 2015 году, астроном Эрик Петигура увеличил эту долю до 26 процентов. Поскольку в Млечном Пути насчитывается от 50 до 200 миллиардов звезд, самое последнее приближение Петигуры предполагает, что их может быть от 18 до 52 миллиардов планет земного типа" [2].
Далее, д-р Левисс, в ходе обзора концепций поиска жизни и разума отмечает два важных момента:
а) Применяемые методы поиска жизни ориентированы на те формы жизни, которые есть на Земле. Но иные формы жизни вовсе не обязательно имеют такую же биохимию, и уж тем более не обязательно состоят из клеток, похожих на клетки земных организмов. Наш поиск пока действует "как пьяный мужчина ищет свои утерянные ключи под уличным фонарем, потому что это единственное место, которое он может видеть, мы можем искать жизнь только там, где мы можем ее обнаружить, а не там, где она может существовать".
б) Поиск разумной жизни мы ограничиваем поисками таких цивилизаций, которые общаются радиосигналами. Но это не из чего не следует. Вполне вероятно, что (например) высокоразвитые цивилизации используют какой-то иной вид сигналов, более пригодный для межзвездных расстояний.
Эти пункты (а) и (б) достаточно хорошо объясняют кажущийся парадокс Ферми "где все?".
Итак, оценка количества звездных систем с потенциально обитаемыми планетами в нашей галактике по обоим источникам лежит в пределах от 18 миллиардов (если учитывать только планеты земного типа) до 100 миллиардов (если подойти к оценке менее жестко).
Теперь перейдем к идеям д-ра Зигеля о том, как часто реализуется этот потенциал
"На каком количестве из всех потенциально обитаемых миров происходит этот невероятный первый шаг, в процессе которого из неживого появляется живое? Или, если примитивная жизнь происходит из межзвёздного пространства, у какого количества миров жизнь закрепляется на суше, в океанах или в атмосфере? Нам неизвестен ответ на этот вопрос даже в рамках Солнечной системы, где, возможно, существует целых 8 миров, на которых в какой-то момент появилась жизнь. Жизнь может быть распространённой, и с оптимистичной оценкой шансы на её появление могут равняться 10%. Или же она может быть чрезвычайно редким явлением, одним случаем на миллион. Если мы примем, что на одном из каждых 10 000 потенциально обитаемых миров есть жизнь, что будет не худшей догадкой, чем все остальные, тогда получится, что на 10 миллионах мирах Млечного Пути есть жизнь." [1].
Тут есть все основания не согласиться с д-ром Зигелем. С точки зрения неравновесной термодинамики, биологическая эволюция - это закономерное продолжение химической эволюции сложных молекул, и вероятность перехода близка к 100% (т.е. fl в формуле Дрейка приблизительно равен единице).
Продолжим следить за рассуждениями д-ра Зигеля: "доля от планет с жизнью, где развились сложные и дифференцированные организмы. Определение «разумности» жизни – задача в лучшем случае туманная, поскольку даже лучшие наши ученые до сих пор спорят по поводу того, можно ли причислить к разумным такие виды, как дельфины, человекообразные обезьяны, осьминоги и пр. Однако никто не будет спорить с тем, отнести ли организм к сложным и дифференцированным... До появления первых многоклеточных организмов на Земле жизнь развивалась миллиарды лет" [1].
Здесь д-р Зигель ошибается. В Архейском периоде от момента начала возможной жизни до появления многоклеточных прошло около одного миллиарда лет. Можно сказать, что жизнь на Земле появилась, как только это стало возможным, и развилась в многоклеточные формы (опять же, почти сразу как только это стало возможным).
И далее - д-р Зигель переходит к интригующему вопросу о цивилизации "На Земле прошло уже 500.000.000 с кембрийского взрыва [периода взрывного роста разнообразия земной жизни - A.R.], а технологически продвинутый вид на планете существует не более 1000 лет. Если предположить, что человечество продержится еще несколько тысяч лет в таком состоянии, то получится, что Земля провела одну стотысячную долю своего времени вместе со сложными, дифференцированными организмами, находящимися в технологически продвинутом состоянии."
Тут, как видим приведены сразу два тезиса:
- Первый: что технологически продвинутый вид на планете возникает очень нескоро после возникновения первых высокоорганизованных многоклеточных. Но этот тезис касается лишь специфики Земли (как "планеты невезения"). Как я отмечал тут [3] разумная жизнь могла возникнуть на базе продвинутых членистоногих сразу после Кембрийского взрыва 500 миллионов лет назад.
- Второй: что человечеству недолго осталось существовать - всего несколько тысяч лет. Возможно, это так, но подобный неудачный исход (если он реализуется) будет связан, опять же, со свойствами Земли, как планеты невезения. Человечество - по всем признакам - крайне неудачный разумный вид. На это указывает и биологическое строение людей, и вся история человечества. Так что вряд ли нас следует считать статистически-значимым случаем в генеральной выборке космических цивилизаций.
Впрочем, в заключение д-р Зигель пишет: "Зная, сколько миров с жизнью существует в Млечном Пути, и найдя хотя бы один из них, мы невероятно сильно повлияли бы на наше собственное существование и на понимание нашего места во Вселенной. Следующий шаг, получение информации о наличии сложных, дифференцированных, крупных организмов на другой планете, произвело бы революцию в наших возможностях. А шанс на обмен сообщениями, встречу и обмен знаниями с научно или технологически продвинутой инопланетной цивилизацией навсегда поменял бы курс развития человечества. Все это возможно, но нам столько всего еще необходимо узнать, если мы хотим выяснить ответы на эти вопросы. Эти шаги необходимо предпринять; вознаграждения за них слишком велики, если шанс найти ответы существует".
И вот с этим тезисом на мой взгляд надо согласиться безоговорочно.
----------------------------------------
-
Источники
1. The Drake Equation Is Broken; Here's How To Fix It.
Ethan Siegel (April 5, 2018)
https://scienceline.org/2019/01/anybody-out-there/Перевод 1 июля 2018: Уравнение Дрейка не работает – и вот, как его исправить
https://habr.com/ru/post/415667/2. Anybody out there? Science is likely a long way from discovering life beyond Earth, but a decades-old equation can help us think about how to look — or possibly lead us astray. DANI LEVISS (January 15, 2019)
https://scienceline.org/2019/01/anybody-out-there/3. Возвращаясь к парадоксу Ферми и крабам сапиенс. Невезучая Солнечная система.
https://alex-rozoff.livejournal.com/175868.html