Проблема существования и поиска внеземных цивилизаций

Если считать неизбежным заселение всей галактики, то тем более неизбежным и необходимым будет наиболее полное освоение цивилизацией зоны обитания около своей звезды по мере развития и увеличения численности населения. Это должно привести к строительству, как их называл К.Э. Циолковский, "эфирных" городов. Сейчас уже создаются технические проекты таких поселений на сотни тысяч обитателей. Таким образом, неизбежно создание в космосе больших инженерных сооружений, т.е. астроинженерная деятельность цивилизации.

Можно в принципе мыслить создание такого плотного кольца орбит с искусственными поселениями, которые перекроют значительную часть потока световой энергии своей звезды. Так возникла известная сфера Циолковского-Дайсона. Если инженерные сооружения перекрывают весь поток, что, в принципе, возможно, то извне такая система будет казаться гигантской инфракрасной звездой размерами более 1 а.е. Отсюда возникла мысль искать такие объекты и они были найдены, но характеристики их излучения совсем не похожи на ожидаемые характеристики искусственного сооружения.

Мы рассмотрели указанные выше пути поиска разумной жизни во Вселенной. Надо сказать, однако, что все они, по существу, относятся к поиску в объеме своей Галактики, так как объекты Метагалактики слишком удалены, чтобы надеяться фиксировать какие-либо из указанных свидетельств жизни на межгалактических расстояниях.

В приводимом нами анализе мы опираемся на поиск человекоподобной цивилизации, находящейся, по крайней мере, примерно на том же научно-техническом уровне, только может быть с той разницей, что она овладела способами неограниченного производства энергии. При этом мы считаем, что цивилизация пользуется томи жв законами природы, которые известны на Земле и которыми мы пользуемся в своей технологической деятельности. Мы не основываемся на возможности знания цивилизацией новых, неизвестных нам законов, так как в этом случае это было бы не научное исследование, а научная фантастика.

4. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ВЦ.

ПРОТИВОРЕЧИЯ МЕЖДУ ВЫВОДАМИ ТЕОРИИ И ОПЫТОМ

Изложенные выше направления поиска свидетельств существования антропоморфной цивилизации во Вселенной основываются на ряде теоретических положений о возникновении и закономерностях развития цивилизаций. Эти положения можно сформулировать так:

1) жизнь во Вселенной возникает  непрерывно, начиная с образования  звезд второго поколения, т.е. примерно  в течение последних 12 млрд лет;

2) внеземные космические цивилизации  возникают эволюционным путем  непрерывно последние ~8 млрд лет;

3) существует закон неограниченной  экспансии разумной жизни, т.е. стремление  исследовать и занять максимальное  пространство;

4) цивилизации достигают уровня, при котором возможна практически  неограниченная скорость непрерывного  производства энергии.

Первое положение основывается на молчаливо общепринятом мнении, что жизнь как функция материи возникает непрерывно по мере достижения определенной организации материи во Вселенной в ее эволюционном развитии. Начало этого процесса после Большого взрыва определяется сроками синтеза всего набора тяжелых элементов и образования звезд с планетами. Как уже говорилось, космология дает для возраста Вселенной ~15 млрд лет. Трех миллиардов лет по теоретическим моделям вполне хватает для образования водородно-гелиевых звезд первого поколения, синтеза внутри них тяжелых элементов, рассеяния и конденсации в звезды второго поколения с планетами. Отсюда получается, что начавшийся после этого период, когда стало возможным возникновение жизни, длится уже ~12 млрд лет.

После этого начинается эволюционное развитие форм жизни около каждой из звезд, где она возникла, от клетки до технологической цивилизации, на что на Земле ушло около 4 млрд лет. Принимая этот срок за некоторую среднюю оценку, необходимую для возникновения разума и цивилизации, получаем второе положение, которое, как видно, является переносом земного опыта на всю Вселенную. Это может быть основано только на убеждении, что законы эволюции живого, установленные эволюционной биологией, являются универсальными и действуют во всей Вселенной.

Третье и четвертое положения, по существу, тоже основаны на земном опыте.

Закон неограниченной экспансии жизни для простейших ее форм являются внутренним (неосознанным) императивом. Для разумных социальных форм жизни в естественный процесс экспансии вмешиваются начала разумного регулирования, т.е. цели и другие социально-экономические категории. Вместе с этим возникают и новые мощные импульсы экспансии разума, такие, как познание Вселенной.

Четвертое положение - результат достижений науки и технологии последних десятилетий. Овладение термоядерной энергией позволяет иметь практически неограниченные возможности производства любых видов энергии. Наша цивилизация находится на пороге этого качественно нового рубежа своего развития.

Непрерывность возникновения жизни и цивилизаций во Вселенной, а также возможность производства неограниченных количеств энергии были главными теоретическими положениями, на которых строились выводы о существовании ярких свидетельств деятельности космических цивилизаций во Вселенной [7].

Действительно, неограниченные возможности энергопроизводства и большое время жизни в технологической фазе старых цивилизаций до пускают все, что только не противоречит законам природы (физики, химии, биологии и др.). Возможно создание гигантских астроинженерных сооружений, посылка мощнейших электромагнитных сигналов на всю Вселенную, даже передвижение звезд, их столкновения, взрывы и т.п. Одним словом, возможна перестройка всей Галактики.

Ряд исследователей считают, что раз это но запрещено законами физики, то многие из этих возможностей обязательно должны быть осуществлены. Это положение привело выводы теории к резкому расхождению с наблюдательными данными. Выводы теории приводят к неизбежной колонизации Галактики, существованию "космических чудес", связанных с космической деятельностью сверхцивилизаций, существованию мощных электромагнитных сигналов, легко принимаемых на простейшие средства, которыми, например, владеют даже младенческие цивилизации, только что достигшие технологической фазы развития, вроде нашей земной цивилизации и т.п. Ничего похожего не наблюдается, даже специальные поиски сигналов не дали положительных результатов. Космос молчит - так резюмируется в настоящее время отсутствие каких-либо свидетельств существования ВЦ выше порога наблюдательных возможностей, достигнутых нашей цивилизацией.

Отсюда, вообще говоря, можно сделать один из трех выводов: либо неверна теория, либо недостаточны наблюдательные данные, или же теория верна, но внеземных цивилизаций нет вообще, а наша цивилизация уникальна и единственна, по крайней мере в нашей Галактике. Этот последний радикальный вывод был сделан сначала Хартом, затем И.С. Шкловским [1]. Выдвигались и другие, менее радикальные утверждения о том, что цивилизации, достигнув технологической фазы, быстро погибают, например от загрязнения окружающей среды, ядерной войны и т.п., не успевая решить проблемы связи с другими цивилизациями и освоить другие звездные системы и галактики.

Утверждение об уникальности земной цивилизации фактически вступает в конфликт с приведенными выше выводами науки о множественности подходящих мест для возникновения и развития жизни во Вселенной и о большой вероятности возникновения там жизни путем той же химической и биологической эволюции. Нам представляется, что, скорее всего, неверны некоторые положения теории возникновения и развития жизни и цивилизаций [4, 8, 9].

Прежде всего, думается, надо отказаться от положения, что все не запрещенное физическим законом будет обязательно реализовано. Надо искать предельные возможности в развитии цивилизации, определяемые не только физическими, но и биологическими и социальными требованиями. Это очень сложно и кажется полностью неопределенным, поскольку социальные закономерности вряд ли могут быть предсказаны на астрономические сроки. Для цивилизации важны такие категории, как цель, целесообразность, затраты труда, времени, энергии и материальных ресурсов.

Однако практически все указанные категории связаны с энергопроизводством и, что ценно, могут быть выражены через него количественно. Энергопроизводство определяет материальный и духовный прогресс общества. Возможности цивилизации целиком будут определяться возможностями энергопроизводства. Имеются ли здесь безграничные возможности, как это считается рядом исследователей?

5. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ  ЦИВИЛИЗАЦИИ

Рассмотрим цивилизацию, которая для обеспечения жизни и деятельности производит некоторое количество энергии сверх энергии своей звезды, достигающей обычно планеты.

Достижение любой цели цивилизации требует трудовых, материальных и энергетических затрат. Условия достижения цели можно полностью характеризовать энергетическими затратами Q. Они складываются из затрат энергии на поддержание условий жизни исполнителей и затрат энергии собственно на работу для достижения цели. Эта энергия в конечном счете переходит в тепло и дополнительно нагревает место обитания цивилизации - планету. Величина дополнительного нагрева планеты зависит только от скорости производства энергии A = Q/t, где t - время достижения цели. Как показывают расчеты, дополнительное производство энергии в среде обитания может составить не более тысячной доли получаемой от звезды энергии [4,8]. Так, например,Земля получает от Солнца 1017 Вт. Цивилизация для поддержания своего существования на современном уровне дополнительно производит 1013 Вт, т.е. 2,5 кВт на человека. При производстве 1015 Вт, т.е. одной сотой от получаемой от Солнца энергии, средняя температура на Земле повысится на 0,75°С, что уже приведет к сильнейшим изменениям в природе планеты.

Величина производимой цивилизацией энергии сверх энергии звезды зависит, разумеется, от величины поверхности, по которой расселена цивилизация. Чем большую энергию своей звезды перехватывает цивилизация, тем большую энергию она может дополнительно произвести. Если сфера обитания непрерывно охватывает всю звезду, то тысячная доля дополнительного производства энергии будет огромна. Для солнечной цивилизации это составит около 1023 Вт.

Однако никто не подумал серьезно о том, каким образом полностью экранировать излучение своей звезды, создав сферу Циолковского-Дайсона. Как очевидно, экранировка должна осуществляться телами, движущимися по орбитам в зоне обитания. Например, чтобы перекрыть всю энергию Солнца, нужно создать на орбитах вокруг него 4 млрд сфер размерами с Землю! Вряд ли можно так расположить орбиты в сферическом слое, не выходя из зоны обитания порядка одной астрономической единицы (в пределах расстояния от Венеры до Марса), чтобы эта система была устойчивой. По-видимому, практически возможен перехват только определенной доли энергии звезды, например миллионной, для чего, однако, нужно создать 4 тыс. сооружений размером с Землю каждая !

Кстати, даже такое грандиозное космическое сооружение, перекрывая всего миллионную часть потока, вряд ли может быть замечено какими-либо современными средствами. Ведь при этом только миллионная часть световой энергии звезды будет перерабатываться в инфракрасное излучение.

При миллионной доле перехвата энергии Солнца цивилизация будет получать только 1020 Вт и может дополнительно произвести 1017 Вт, т.е. примерно в 10 тыс. раз больше теперешнего уровня. Если даже вся эта мощность будет направлена на посылку всенаправленного сигнала, то это даст дальность связи не более 100 св. лет. Но если учесть, что на каждой из 10 тыс. планет будет население с такой же численностью, как на Земле, то все дополнительные 1017 Вт уйдут на поддержание жизни населения. Таким образом, не только неограниченной, но даже достаточной свободной энергией цивилизации располагать не могут. Подобные идеи экономических ограничений энергопроизводства разработаны также в докладе К. К. Ребане.

(см. с. 30 наст. сб.).

У космической цивилизации, овладевшей возможностью производства неограниченного количества энергии, будут заботы о том, как ограничить скорость ее производства, чтобы не перегреть среду и в то же время удовлетворить все нужды цивилизации. Таким образом, вместо проблемы, как увеличить энергопроизводство, характерной для современного уровня развития земной цивилизации, будет возникать проблема, как ограничить производство энергии, предназначенной для достижения тех или иных целей.

Потребление энергии цивилизацией зависит от ее расселения в пространстве около звезды. Существует сильное ограничение на объем расселения, определяемое законами физики. Для пояснения этого приведем сформулированное в [4], как представляется, довольно полное функциональное определение цивилизации как "общности разумных существ, характеризуемой обменом энергией, массой и информацией внутри себя и с внешней средой с целью поддержания жизни и прогрессивного развития". При этом очевидно, что время обмена, равное расстоянию, деленному на скорость обмена, должно быть много меньше характерного времени различных жизненно важных процессов в цивилизации. При скорости обмена массой и энергией ~0,1 с размеры цивилизации не должны превышать нескольких световых часов. Это эквивалентно расселению в пределах орбиты Урана. Однако внешние замарсианские поселения должны будут производить дополнительную энергию, чтобы компенсировать нехватку солнечной энергии для создания приемлемых температурных условий.

Необходимость обмена массой и информацией при ограниченности скорости обмена скоростью света делает практически нереальным образование галактической цивилизации, о которой часто пишут фантасты.

Таким образом, цивилизация будет ограничена пространством обитания около своей звезды и. следовательно, ограничена в производстве энергии. Можно, однако, несколько ослабить запрет на производство энергии, если процессы, требующие большого энергопотребления, выносить достаточно далеко за пределы среды обитания, например на Луну. Но при этом не следует забывать, что для связи с объектом нужен будет космический транспорт и нужно считать, не будет ли при этом в среде обитания выделено больше энергии, чем вынесено. Следует, однако, сказать, что если расселение возможно на астроинженерных сооружениях, которые имеют массу, много меньшую земной, и небольшое гравитационное поле, то космический транспорт между такими объектами может быть не очень энергоемким. В этом смысле расселение на планетах менее удобно, так как требуются большие скорости отрыва для космического транспорта.