Краткие ответы на большие вопросы. Есть ли разумная жизнь во Вселенной?
Как зарождалась Вселенная, почему основа разумной жизни — углерод, как появились тяжелые атомы и можно ли найти живых существ на других планетах, расскажет книга Стивена Хокинга «Краткие ответы на большие вопросы», которая вышла в издательстве «Бомбора». Indicator.Ru публикует отрывок из главы «Есть ли разумная жизнь во Вселенной?»
Я хотел бы немного порассуждать о развитии жизни во Вселенной и, в частности, о развитии разумной жизни. В это понятие придется включить и род человеческий, хотя значительную часть его поведения в исторической перспективе следует признать весьма неразумной и не рассчитанной на выживание вида. Хочу обсудить два вопроса. Какова вероятность существования жизни во Вселенной? И каковы перспективы развития жизни?
Здравый смысл подсказывает, что общий уровень беспорядка и хаоса со временем возрастает. Это наблюдение даже имеет свое научное объяснение — второй закон термодинамики. Согласно этому закону, общая мера беспорядка, или энтропия, во Вселенной постоянно увеличивается. Однако закон относится только к общей мере беспорядка. В отдельном организме порядок может возрастать — при условии, что в окружающей среде мера беспорядка увеличивается в большей степени.
Именно так происходит с живыми существами. Мы можем определить жизнь как упорядоченную систему, поддерживающую свое существование вопреки тенденции к беспорядку и способную к самовоспроизводству. То есть она способна создавать себе подобные, но независимые упорядоченные системы. Для этого система должна преобразовывать энергию, существующую в неком упорядоченном виде, например пищу, солнечный свет или электричество, в беспорядочную энергию — тепло. Таким образом система соответствует требованию нарастания общей меры беспорядка — и в то же время повышает уровень порядка в себе и своем потомстве. Хороший пример — быт молодой семьи, который с рождением детей постепенно превращается в хаос.
Для живых существ, таких как вы и я, как правило, характерны две составляющие: набор инструкций, которые указывают организму, как действовать и размножаться, и механизм, который обеспечивает исполнение этих инструкций. В биологии эти две составляющие называются геномом и метаболизмом. Но следует подчеркнуть, ничего специально биологического в этом нет. Например, компьютерный вирус — программа, которая копирует себя в памяти компьютера и пересылает на другие компьютеры. Это вполне соответствует определению живого организма, которое я уже приводил. Подобно биологическому вирусу, это дегенеративная форма, потому что содержит только инструкции, или гены, но не обладает собственным метаболизмом. Напротив, он перепрограммирует метаболизм компьютера-хозяина или клеток. Некоторые задаются вопросом, следует ли считать вирусы формой жизни, поскольку они являются паразитами и, соответственно, питаются другими формами жизни, от чего зависит их выживание. Но в таком случае большинство жизненных форм, в том числе и мы сами, являются паразитами, поскольку питаются другими формами жизни, от чего зависит их выживание. Полагаю, компьютерные вирусы следует считать формой жизни. Возможно, это кое-что может сказать о природе человека, поскольку единственная форма жизни, которую нам пока удалось создать, оказалась исключительно деструктивной. Что уж говорить о попытках создания жизни в нашем собственном облике. Но к электронным формам жизни я еще вернусь.
То, что мы обычно понимаем как «жизнь», основано на цепочках атомов углерода с вкраплением некоторых других атомов, например азота или фосфора. Можно допустить существование жизни на какой-то иной химической основе, например кремния, но углерод представляется наиболее подходящим, потому что обладает высочайшей способностью образовывать химические связи различного типа. То, что атомы углерода должны присутствовать всюду, со свойствами, которыми они обладают, требует тонкой настройки ряда физических констант, таких как шкала квантовой хромодинамики, электрический заряд и даже количество измерений пространства-времени. Если эти константы будут иметь существенно различающиеся значения, то либо ядра атомов углерода окажутся нестабильными, либо электроны обрушатся на ядро.
На первый взгляд, прекрасно, что наша Вселенная так тонко настроена. Может, это свидетельствует о том, что данная Вселенная специально создана для возникновения человеческой расы. Однако надо быть осторожнее с такого рода аргументами из-за антропного принципа, суть которого в том, что наши теоретические представления о Вселенной должны быть совместимы с нашим собственным существованием. Это основано на самоочевидной истине: если бы Вселенная не была приспособлена для жизни, мы бы не спрашивали, почему она так тонко настроена.
Часто разделяют сильный и слабый антропный принципы. Сильный антропный принцип предполагает существование множества различных Вселенных, каждой с различными значениями физических констант. При небольших показателях эти значения допускают существование таких объектов, как атомы углерода, которые действуют как строительные блоки для живых существ. Поскольку мы должны жить в одной из таких Вселенных, не следует удивляться, что физические константы так тонко настроены. В ином случае нас бы здесь не было. Таким образом, сильный антропный принцип не очень годится, потому что какое практическое значение в таком случае имеет существование всех остальных Вселенных? А если они отделены от нашей Вселенной, каким образом они могут оказывать влияние на нашу? Я лично предпочитаю слабый антропный принцип. Я принимаю значения физических констант как данность. Но хочу понять, какие выводы можно сделать из того факта, что жизнь существует на данной планете на данном этапе истории Вселенной.
13,8 миллиарда лет назад, когда произошел Большой взрыв и родилась Вселенная, углерода не существовало. Тогда было так жарко, что все вещество должно было существовать в виде частиц, которые мы называем протонами и нейтронами. Изначально протонов и нейтронов было поровну. Однако по мере расширения Вселенная остывала. Примерно через минуту после Большого взрыва температура должна была упасть приблизительно до миллиарда градусов, что в сто раз выше температуры в недрах Солнца. При такой температуре нейтроны начинают распадаться, образуя больше протонов.
Если бы происходило только это, то все вещество Вселенной в итоге оказалось бы состоящим из простого элемента — водорода, ядро которого содержит единственный протон. Однако некоторые нейтроны сталкивались с протонами, сливались и образовывали другой простейший элемент — гелий, ядро которого состоит из двух протонов и двух нейтронов. Но в молодой Вселенной не могли образовываться более тяжелые элементы, типа углерода и кислорода. Трудно представить, что какая-то живая структура может состоять только из водорода и гелия. В любом случае, молодая Вселенная все равно оставалась еще слишком горячей для того, чтобы атомы могли создавать молекулы.
Вселенная продолжала расширяться и остывать. Но в некоторых ее участках плотность оказывалась несколько выше, чем в других, и в них гравитационное притяжение дополнительной материи замедляло расширение вплоть до полного прекращения этого процесса. Коллапс вещества стал приводить к образованию звезд и галактик. Это началось примерно через два миллиарда лет после Большого взрыва. Некоторые из первых звезд должны были быть массивнее нашего Солнца, температура их тоже была выше и способствовала превращению первоначальных гелия и водорода в более тяжелые элементы, такие как углерод, кислород и железо. Это могло происходить в течение нескольких сотен миллионов лет. В результате некоторые звезды взрывались, превращаясь в сверхновые, и рассеивали тяжелые элементы в космическом пространстве, что стало сырьем для новых поколений звезд.
Источник
Когда возникла жизнь во Вселенной?
Современные астрономы часто находят в космосе потенциально пригодные для жизни планеты. Нашу Землю вполне можно использовать как эталонный мир для существования жизни. Но все же ученым нужно рассмотреть множество различных условий, которые сильно отличаются от наших. При которых жизнь во Вселенной может поддерживаться в долгосрочной перспективе.
Сколько лет существует жизнь во Вселенной?
Земля образовалась около 4.5 миллиардов лет назад. Однако с момента Большого взрыва прошло более 9 миллиардов лет. Крайне самонадеянно было бы предполагать, что Вселенной потребовалось все это время для создания необходимых условий для жизни. Обитаемые миры могли возникнуть гораздо раньше. Все ингредиенты, необходимые для жизни ученым пока неизвестны. Но некоторые вполне очевидны. Так какие условия необходимо выполнить, чтобы появилась планета, которая может поддерживать жизнь?
Первое, что будет необходимо — это правильный тип звезды. Здесь могут существовать всевозможные сценарии. Планета может существовать на орбите вокруг активной, мощной звезды и оставаться пригодной для жизни, несмотря на ее враждебность. Красные карлики, такие как Proxima Centauri, могут излучать мощные вспышки и лишать атмосферы потенциально пригодной для жизни планеты. Но очевидно, что магнитное поле, плотная атмосфера и жизнь, которая была достаточно умна, чтобы искать убежища во время таких интенсивных событий, вполне могли бы в совокупности сделать такой мир пригодным для жизни.
Но если срок жизни звезды не слишком большой, то развитие биологии на ее орбите невозможно. Первое поколение звезд, известное как звезды популяции III, с вероятностью 100 процентов не имели обитаемых планет. Нужно чтобы звезды, по крайней мере, содержали некоторые металлы (тяжелые элементы тяжелее гелия). К тому же, первые звезды жили достаточно мало, чтобы на планете успела появиться жизнь.
Требования к планетам
Итак, прошло достаточно времени для появления тяжелых элементов. Возникли звезды, чей срок существования исчисляется миллиардами лет. Следующим ингредиентом, который нам нужен, является правильный тип планеты. Насколько мы понимаем жизнь, это означает, что планета должна обладать следующими характеристиками:
- способна поддерживать достаточно плотную атмосферу;
- поддерживает неравномерное распределение энергии на своей поверхности;
- имеет жидкую воду на поверхности;
- обладает нужными начальными ингредиентами для возникновения жизни;
- имеет мощное магнитное поле.
Каменистая планета, имеющая достаточно большие размеры, плотную атмосферу и вращающаяся вокруг своей звезды на правильном расстоянии, имеет все шансы. Учитывая что планетные системы достаточно распространенное явление в космосе, и так же то, что в каждой галактике огромное число звезд, первые три условия достаточно легко выполнить.
Звезда системы вполне может обеспечить энергетический градиент своей планеты. Он может возникать при воздействии ее гравитации. Или таким генератором может быть крупный спутник, вращающийся вокруг планеты. Эти факторы могут вызвать геологическую активность. Поэтому условие неравномерного распределения энергии легко выполнимо. Планета также должна обладать запасами всех необходимых элементов. Ее плотная атмосфера должна позволять жидкости существовать на поверхности.
Планеты с подобными условиями должны были возникнуть к тому времени, когда Вселенной было всего 300 миллионов лет.
Нужно больше
Но есть один нюанс, который нужно учитывать. Он состоит в том, что необходимо иметь достаточное количество тяжелых элементов. И их синтез занимает больше времени, чем требуется для появления скалистых планет с правильными физическими условиями.
Эти элементы должны обеспечить правильные биохимические реакции, которые необходимы для жизни. На окраинах крупных галактик для этого может потребоваться много миллиардов лет и множество поколений звезд. Которые будут жить и умирать, чтобы выработать необходимое количество нужного вещества.
В сердцах галактик звездообразование происходит часто и непрерывно. Из переработанных остатков предыдущих поколений сверхновых звезд и планетарных туманностей рождаются новые звезды. И количество нужных элементов может там быстро расти.
Галактический центр, однако, является не очень удачным местом для возникновения жизни. Вспышки гамма-всплесков, сверхновые, образование черных дыр, квазары и разрушающиеся молекулярные облака создают здесь среду, которая в лучшем случае нестабильна для жизни. Вряд ли она сможет возникнуть и развиваться в таких условиях.
Чтобы получить нужные условия этот процесс должен прекратиться. Необходимо чтобы звездообразование больше не происходило. Именно поэтому самые первые, наиболее подходящие для жизни планеты возникли, вероятно, не в такой галактике, как наша. А скорее в красно-мертвой галактике, которая перестала образовывать звезды миллиарды лет назад.
Когда мы изучаем галактики, мы видим, что 99,9% их состава — это газ и пыль. Это является причиной появления новых поколений звезд и непрерывного процесса звездообразования. Но некоторые из них прекратили формировать новые звезды около 10 миллиардов лет назад или больше. Когда их топливо заканчивается, что может произойти после катастрофического крупного галактического слияния, звездообразование внезапно прекращается. Голубые гиганты просто заканчивают свою жизнь, когда у них заканчивается топливо. А красные звезды остаются медленно тлеть дальше.
Мертвые галактики
В результате эти галактики сегодня называются «красными мертвыми» галактиками. Все их звезды стабильны, стары и безопасны в отношении тех рисков, которые приносят области активного звездобразования.
Одна из таких, галактика NGC 1277, находится совсем рядом с нами (по космическим меркам).
Поэтому очевидно, что первые планеты, на которых могла возникнуть жизнь, возникли не позже 1 миллиарда лет после рождения Вселенной.
По самым осторожным оценкам во Вселенной существует два триллиона галактик. И поэтому галактики, которые являются космическими странностями и статистическими выбросами, несомненно, существуют. Остается только несколько вопросов: какова распространенность жизни, вероятность ее появления и необходимое для этого время? Жизнь может возникнуть во Вселенной и до достижения миллиардного года. Но устойчивый, постоянно обитаемый мир является гораздо большим достижением, чем жизнь, только что возникшая.
Источник
Разумная жизнь за пределами Земли — реальность или фантастика? Откуда во Вселенной взялась жизнь?
Персонаж культового телесериала 1990-х “Секретные материалы”, специальный агент ФБР Фокс Малдер, убежден в существовании разумной жизни за пределами Земли и в том, что представители внеземных цивилизаций не раз посещали нашу планету. Напарница агента Малдера, специальный агент ФБР Дана Скалли, взгляды коллеги не разделяла, подвергая сомнению его сумасбродные идеи.
Споры двух агентов ФБР являются отличным примером того, как следует воспринимать всю информацию относительно инопланетян — с большой долей скептицизма и исключительно с точки зрения науки. И если во вселенной “Секретных материалов” инопланетяне действительно существуют и пытаются захватить нашу планету, в реальности дела могут обстоять совсем иначе.
В независимости от наших убеждений и желаний, существует объективная реальность: наш дом — планета Земля, располагается в Солнечной системе в галактике Млечный Путь, которая рассекает просторы бесконечной Вселенной. А во Вселенной, как нам сегодня известно, действуют те же законы физики что и на Земле. Наука помогла ответить на сложные вопросы о мире и нашем месте в нем и именно наука является нашей путеводной звездой в попытках найти ответ на вопрос о том, одиноки ли мы во Вселенной.
После того, как Николай Коперник положил начало научной революции, оспорив всеобщее представление о том, что Солнце вращается вокруг Земли, прошло практически пятьсот лет. За это время много чего произошло. Так, благодаря развитию технологий мы смогли сначала рассмотреть ближайшие к нам небесные тела, а потом и вовсе выйти за пределы собственной планеты.
Мы отправили в космос роботизированные аппараты, сделали Марс единственной планетой Солнечной системы населенной роботами и открыли сотни планет вокруг других звезд. Подумать только — существуют тысячи далеких миров, большинство из которых, вероятно, необитаемы. Но если появились мы с вами, не исключено, что среди бесчисленного множества миров найдется хотя бы один населенной разумными существами.
По крайне мере, мы очень хотим в это верить. Однако как бы мы не всматривались в небо, мы по-прежнему не знаем, есть ли там кто-то еще. Тем не менее в попытках найти ответ на знаменитый вопрос итальянского физика Энрико Ферми “где все?” необходимо четко отделять реальность от фантазии.
Откуда во Вселенной взялась жизнь?
Космическое пространство — это главная химическая фабрика, которая начала свою работу сразу после Большого Взрыва. Три самых легких элемента — литий, гелий и водород, а также остальные 92 элемента, встречающиеся в природе, создали звезды, в том числе весь без исключения углерод, кальций и фосфор, присутствующий во всех живых организмах на Земле.
Когда звезды умирают, они выбрасывают в космос львиную долю своей массы и наделяют ближайшие к ним газовые облака набором атомов, которые в будущем обогатят следующее поколение звезд. Таким образом, все люди, планеты и луны не существовали бы, если бы не останки израсходованных звезд. Это также говорит нам о том, что для возникновения жизни не нужны редкие ингредиенты.
В космосе пять первых мест по распределению занимают водород, гелий, кислород, углерод и азот. Взаимодействуя между собой, эти элементы позволили создать главные составляющие жизни на Земле. Но космос для молекул, которые обитают в массивных облаках, обволакивающих звезды, место не самое благоприятное.
Постоянные скачки температуры, взрывы сверхновых и ультрафиолетовое излучение от ближайших ярких звезд способны разрушить молекулы. Для того чтобы выжить и войти в состав крупиц космической пыли а потом комет, астероидов, планет и людей молекулы должны обитать в относительно спокойных и укрытых от посторонних воздействий областях. Более того, чтобы на свет появились сложные молекулы, необходимо еще и время.
Наиболее известными сложными молекулами являются гликольальдегид (углеводород), аденин и глицин. Эти и им подобные ингредиенты необходимы для возникновения привычной для нас жизни и встречаются, несомненно, не только на Земле. Обилие химических элементов во Вселенной может породить жизнь и на других планетах. При этом такие планеты Солнечной системы как Юпитер, Сатурн и его спутник Титан чрезвычайно богаты химическими элементами.
В 2005 году космический зонд “Гюйгенс” совершил посадку на Титан, благодаря чему мы знаем, что химическая обстановка на самой большой луне Сатурне в некотором смысле напоминает обстановку на молодой Земле. Именно по этой причине многие астробиологи считают Титан своего рода лабораторией по изучению прошлого нашей планеты. Таким образом, сегодня разговоры о жизни на других планетах перестали быть прерогативой сумасшедших.
К тому же, современные исследования особо выносливых организмов — например тихоходок — показывают, что жизнь не знает границ и никакие преграды ей не страшны. Чтобы найти жизнь за пределами нашей планеты ученые должны разбираться не только в астрофизике, химии и биологии, но и в геологии и планетологии, ведь они ищут потенциально обитаемые планеты повсюду.
Как открытие экзопланет изменило мир?
Нобелевская премия по физике в этом году была присуждена Джеймсу Пиблсу — за теоретические открытия в области космологии, Мишелю Майеру и Дидье Кело за открытие экзопланеты, которая вращается вокруг звезды похожей на наше Солнце. Начиная с 1995 года — после открытия знаменитой экзопланеты 51 Pegasi b — астрономы обнаружили более тысячи экзопланет в нашей галактике. Открытие 51 Pegasi b стало революцией в астрономии и привело к появлению экзобиологии, а также новых инструментов для поиска и характеристик наблюдаемых экзопланет.
Стоит ли говорить, что чем больше новых миров открывают ученые, тем больше желание общественности узнать обитаемы ли они.
Вот уже 25 лет шумиха вокруг экзопланет не утихает. Колоссальный общественный интерес к далеким мирам, разумеется, был вызван перспективой обнаружения на них разумной жизни.
Однако эта шумиха, вероятно, переоценена. Как пишет в своей книге “Смерть в черной дыре и другие мелкие космические неприятности” астрофизик и популяризатор науки Нил Деграсс Тайсон, недавно открытые планеты — это, в основном, газовые гиганты, наподобие Юпитера и Сатурна, а значит, у них нет подходящей поверхности для развития жизни. Опять же, в нашем привычном понимании. А даже если газовые гиганты окажутся обитаемы, вероятность того, что эти живые организмы разумны крайне мала.
Тем не менее, большинство астрофизиков в большинстве своем согласны, что жизнь во Вселенной, вероятно, есть где-то еще. Обосновать такую позицию очень просто — если наша Солнечная система не исключение, то количество планет во Вселенной превосходит количество всех звуков и слов, когда-либо произнесенных представителями нашего вида.
Следуя этой логике, заявления о том, что мы — единственная разумная жизнь во Вселенной звучат довольно радикально и несколько невероятно. Но так ли все однозначно?
Какой может быть жизнь за пределами Земли?
Начнем с того, что на одной только нашей планете существуют, без малого, миллионы видов живых существ. Если хорошенько подумать, то довольно трудно представить себе, что медузы, водоросли, жуки, губки, змеи, кондоры и гигантские секвойи родом с одной планеты. Многообразие форм и разновидностей живых организмов на Земле позволяет предположить насколько удивительной может быть жизнь в других мирах.
Мы предполагаем это исходя из того, что жизнь появилась благодаря взаимодействию четырех химических элементов — водорода, гелия, кислорода и углерода. Поэтому очень вероятно, что если мы когда-нибудь найдем жизнь за пределами Земли, она будет состоять из похожей смеси элементов. Тем не менее, если инопланетная жизнь хоть как-то сопоставима с жизнью на нашей планете, разум, похоже, встречается редко.
По некоторым оценкам, за всю истории Земли на ней существовало более 10 миллиардов видов. Следовательно, можно предположить, что таким же разумным как Homo Sapiens окажется лишь 1 из 10 миллиардов всех внеземных видов живых организмов, не больше. И это не говоря о шансах на то, что у этих разумных существ есть высокие технологии и желание наладить межзвездную связь.
Но если такая цивилизация все-таки существует, то можно ли с ней связаться? Астроном Карл Саган всю свою жизнь посвятил изучению космоса.
Одной из работ Сагана является научно-фантастический роман “Контакт”, в котором ученый описывает наиболее вероятный с точки зрения науки контакт с представителями внеземных цивилизаций — он состоится с помощью радиоволн. Дело в том, что радиоволны способны пересекать галактику беспрепятственно, пронизывая и межзвездный газ и облака космической пыли.
Однако есть одно “но” — земляне разобрались в устройстве и применении электромагнитного спектра совсем недавно, чуть менее века назад. Это несколько уменьшает шансы на то, что мы поймаем инопланетный сигнал.
Гораздо более вероятно, все же, обнаружить во Вселенной простые, неразумные следы жизни. А это более чем реально, так как прямо у нас под носом находятся Марс, Энцелад и Титан. В ближайшие несколько лет NASA отправят к ним сразу несколько аппаратов, основная задача которых — поиск внеземной жизни. Некоторые астрофизики убеждены, что в течение ближайших десятилетий мы найдем жизнь за пределами Земли. И это в любом случае станет сенсацией.
Как относиться к противоречивым заявлениям ученых?
Учитывая все вышенаписанное, такие громкие заявления некоторых ученых и СМИ как “инопланетяне уже посещали нашу планету” или “пришельцы колонизировали Млечный Путь” звучат довольно спекулятивно. Может даже показаться, что они ничем не лучше заявлений людей, которых якобы похищали пришельцы прямо из кровати и ставили над ними жуткие опыты. Тем не менее, с выводами спешить не стоит.
Недавно в журнале The Astronomical Journal было опубликовано исследование, согласно результатам которого инопланетяне, с большой долей вероятности, уже были на нашей планете. Либо не горят желанием с нами общаться.
Как пишет издание Business Insider, исследователи полагают, что если в попытках решить парадокс Ферми не учитывать движение звезд, остается одно из двух: либо представители других цивилизаций не могут покинуть свою планету, либо мы — единственная технологическая цивилизация в галактике Млечный Путь.
По этой причине в своей работе исследователи предполагают, что звезды и планеты вращаются вокруг центра нашей галактики с разной скоростью и в разных направлениях. Время от времени звезды и планеты оказываются недалеко друг от друга. По этой причине не исключено, что инопланетяне способны путешествовать в ближайших к ним местах в галактике. Но для подобных путешествий понадобится много времени, так что авторы работы полагают, что если инопланетяне до нас еще не добрались, они могли посещать Землю задолго до нашего с вами на ней появления.
Получается, что если 1 из 10 миллиардов видов в нашей галактике является разумным и технологически развитым, то выводы ученых кажутся вполне логичными. Тем не менее мы не можем опровергнуть выводы другого исследования, которым занимались специалисты из Института будущего человечества при Оксфордском университете.
Согласно полученным результатам, вероятность того, что мы — единственная разумная жизнь в наблюдаемой Вселенной довольно высока. Даже если допустить, что среднее число цивилизаций в галактике может достигать сотни, вероятность того, что мы одни в галактике составляет 30%. Как сообщил ведущий автор исследования Андреас Сандберг порталу Universal-Sci.com, учитывая условия, необходимые для развития разумной жизни, он и его коллеги пришли к выводу, что существует довольно высокая вероятность того, что в Млечном Пути мы одиноки.
Как бы там ни было, наш мир и наша Вселенная место настолько удивительное, что поразительным является сам факт того, что мы пытаемся ее познать и что у нас… получается. Что же касается жизни за пределами Земли, то вглядываясь в бесконечную космическую пустоту, сложно предположить, что во Вселенной кроме нас нет никого. В конце-концов мы не настолько особенные.
Источник