Уникальная земля почему высокоразвитая жизнь не является распространенным явлением во вселенной

Принцип Коперника, или гипотеза уникальной Земли?

«Вечно движущаяся Вселенная не имеет ни центра,

ни границы, ни верха, ни низа, она однородна, и в

разных частях ее – господствуют одинаковые законы.»

Николай Кузанский (1401-1464 г.г.)

Принцип Коперника может быть сформулирован по-разному, но в любой формулировке, он сводится к тому, что Солнце и Земля не уникальны, и во Вселенной должно существовать множество таких же звезд и планет, населенных существами, подобными людям. Его называют также принципом невыделенности, посредственности, заурядности в отличие от принципа уникальности, согласно которому существование такой планеты как Земля , — явление чрезвычайно редкое, уникальное во Вселенной. Свое расширение, принцип Коперника получил в космологическом принципе. Этот термин был введен в 30-х годах прошлого века британским астрофизиком Э. Милном. Космологический принцип провозглашает однородность и изотропию Вселенной, а также универсальность действующих во всех областях пространственно-временного континуума фундаментальных законов природы.

Но выполняется он лишь приближённо. Ось зла, скопления галактик, войды, колебания плотности темной материи, галактики, ядра галактик, черные дыры, звезды, планеты, анизотропия околоземного пространства, ось зла… — все это отклонения от однородности Вселенной. В прошлом многие учёные предполагали, что Вселенная устроена иерархически: каждая материальная система входит в состав и подчиняется системе более высокого уровня. Космологический принцип утверждает, что по крайней мере для «светлой» составляющей материального мира — это не так. Он постулирует атомистическое, а не иерархическое устройство Вселенной. Такое устройство предполагает, что все области пространства вместе с частицами и полями, находящимися в них, устроены в среднем одинаково. Причем вне зависимости от масштаба. Но не в смысле их масштабной инвариантности или фрактальности.

А лишь в том смысле, что если два наблюдателя исследуют какие-либо области пространства, например, в разных галактических скоплениях, в какой-то заданный промежуток времени по синхронно идущим часам, запущенным в момент Большого взрыва, то не обнаруживают никакой принципиальной разницы в тех процессах, которые там наблюдают. И это независимо от того на каком уровне: мега, макро или микро это исследование проводить.

Такой подход, предполагающий существование для каждой точки пространства выделенной системы отсчета и возможность синхронизации часов для всех таких выделенных систем во Вселенной, не противоречит теории относительностии в ее новой формулировке «Динамика формы».

Т.е. рассматривая все более и более мелкие материальные образования: скопления галактик, галактики, ядра галактик, межзвездный газ, пыль, звезды, планетные системы, твердые тела, молекулы, атомы, элементарные частицы… гипотетические наблюдатели находят, что сгустки видимой и темной материи, темной энергии, пусто́ты распределены в пространстве в среднем равномерно. А также и то, что нет никакого качественного отличия в процессах, которые протекают во всех этих, разделенных пространственноподобным интервалом, областях пространства.

Но ни о какой однородности протекания этих процессов во времени говорить, конечно, не приходится. Причем во всех этих областях пространства идет не просто постоянный рост энтропии, а, согласно концепции Большой истории, развертывается единый, синхронный, прогрессивный, ускоряющийся процесс универсальной эволюции. Таким образом, космологический принцип провозглашает не только однородность и изотропность (в среднем) различных областей пространства, соблюдение в них единых фундаментальных физических законов, но также и отсутствие принципиальных отличий в синхронно (и циклически, с устремленностью к финалу, согласно нашей гипотезе) протекающих в этих областях процессах универсальной эволюции.

Т.е. в такой формулировке он включает и принцип Коперника. Выполняться космологический принцип должен лишь в среднем, и разнообразные формы жизни (а не только водно-углеродная жизнь), в соответствии с ним, должны быть равномерно распределены во Вселенной. Исходя из всего этого, можно заключить, что космологический принцип, провозглашающий глобальную симметрию мироустройства и идеально соответствующий всем законам эстетики и эвристики, должен занимать выделенное положение по сравнению со всеми другими теоретико-познавательными установками. Его невыполнение, если не говорить о локальных отклонениях (т.е. невыполнение в глобальном масштабе), должно рассматриваться как серьезное нарушение в той гармоничной системе мироздания, которую всегда стремилась построить наука.

Земля содержит больше загадок, чем все остальные планеты Солнечной системы вместе взятые. Так, она единственная из всех планет земной группы, на которой и в настоящее время идет активная тектоническая деятельность. Она единственная имеет крупный спутник, по массе соизмеримый с самой планетой. Не ясно даже, можно ли считать Луну спутником, т.к. в некоторых случаях она ведет себя как независимая планета. Как мог появиться такой крупный спутник у Земли? Эта древнейшая загадка астрономии, наконец-то, нашла свое решение.

Старые приливные теории и теории захвата не выдерживают, с учетом последних данных о химическом и изотопном составе Луны, никакой критики. Наиболее общепринятой на сегодняшний день считается гипотеза гигантского столкновения, согласно которой Земля и Луна возникли в результате катастрофического столкновения молодой Земли и объекта, по размерам сходного с Марсом. Этот гипотетический объект иногда называют Тейя. Очевидная малая вероятность такого столкновения (притом точно под таким углом, чтобы не разрушить планету) в сочетании с возникшим в результате удачным углом наклона земной оси, который обеспечивает смену сезонов, плюс создание условий для мощной литосферной тектоники, которая обеспечивает воспроизводство «углеродного цикла».

Плюс важное значение, оказываемое на прабиогенез приливов и отливов, вызываемых Луной, плюс стабилизирующее действие Луны на угол наклона земной оси к плоскости эклиптики, не будь которого жизнь на Земле так и не смогла бы зародиться. Плюс удачное расстояние до Земли «уходящей» от нее Луны на тот момент времени, когда возникла цивилизация, обеспечивающее не слишком большую приливную волну, совпадение угловых размеров Солнца и Земли при наблюдении с Земли и совпадение периода обращения Луны вокруг Земли (равного периоду её вращения вокруг своей оси) кэррингтоновскому периоду вращения Солнца вокруг своей оси, обеспечивающее резонанс приливных и активных солнечных воздействий. [32] Плюс ее, возможно, решающая роль в будущем, когда она станет перевалочной базой при освоении человечеством Солнечной системы.

Без Луны все представляется гораздо более сложным. См. на эту тему фильм ВВС 2012 г. «Зачем нам Луна». (В связи со всеми этими фактами не кажется уже такими удивительными тонкая настройка иерархической системы Галактика – Солнце – Земля и необъяснимая « финальность в устройстве Солнечной системы » .) Видимо , Луна сыграла огромную, если не решающую роль в возникновении жизни на Земле. Всё это, наряду с множеством других, казалось бы случайных факторов, о которых речь пойдет ниже, может служить объяснением малой (ничтожно малой!) вероятности возникновения жизни на Земле и во Вселенной вообще. Во всяком случае, водно-углеродной жизни. Гипотеза возникновения жизни и цивилизации, основанная на таких маловероятных совпадениях , получила название гипотеза Уникальной Земли (Rare Earth).

Гипотеза уникальной Земли была впервые изложена в книге «Уникальная Земля: Почему высокоразвитая жизнь не является распространённым явлением во Вселенной», написанной палеонтологом Питером Уордом и астрономом Дональдом Браунли. Уорд и Браунли воспользовались расширенным уравнением Дрейка для доказательства того, что существование планеты с земными характеристиками во Вселенной следует считать невероятно редким явлением.

Такой взгляд на астрогенез, планетогенез и биогенез является противоположным по сравнению с принципом заурядности, который был предложен Дрейком, Саганом и другими. Принцип заурядности предполагает, что жизнь на Земле не является исключительным явлением и с большой долей вероятности может быть найдена в бесчисленном множестве других миров. Для того, чтобы единственная известная нам форма водно-углеродной жизни могла возникнуть на какой-либо из планет некой звездной системы, эта звезда и ее планета должны удовлетворять целому ряду требований.

Прежде всего, планету, пригодную для возникновения жизни, следует искать только в планетных системах звезд, начиная от спектрального класса F до ранних подклассов К. Звезды этих типов редки: звезды типа G, такие, как Солнце, составляют лишь 5% звёзд в нашей галактике. Кроме того, такая планета должна обладать следующими особенностями [31]:

• Масса около 5·10 27 г.

• Наличие зон с комфортным для амино-нуклеинокислотной формы жизни интервалом температур окружающей среды.

• Способность атмосферы поглощать внешнюю жесткую радиацию.

• Доступ сквозь атмосферу к поверхности фотонов с Ε = 1 — 3 эВ.

• Достаточная плотность лучистой энергии.

• Наличие других (химических) источников энергии, например, окислительной среды и окисляемых материалов.

• Умеренный уровень гравитации планеты.

• Не слишком большой период вращения.

• Наличие открытых водоемов и водяного пара в атмосфере.

• Наличие на планете континентов или крупных островов.

• Наличие достаточно близкого и массивного спутника.

• Величина большой полуоси орбиты жестко определяется светимостью звезды.

• Умеренный эксцентриситет орбиты.

• Наклон экватора к плоскости орбиты не должен быть большим.

• Важную роль играет вулканизм и/или тектоника плит.

• Необходимость космические катастроф, которые могут вызывать обновление видов и появление среди них наиболее приспособленных.

Приведенный список не является полным. Таким образом, очевидно, что необходимы «правильные значения» сотен параметров планеты и звёздной системы, чтобы высокоорганизованная жизнь стала возможной. Есть ли в таком случае хоть какой-нибудь шанс на то, что где-то во Вселенной существует еще такая же планета? Возможность того, что она находится достаточно близко от Солнца, и что мы сможем когда-нибудь её достичь или вступить с её жителями в контакт, практически равна нулю. Это разрешает парадокс Ферми: мы не видим признаков внеземного разума, поскольку вероятность появления ещё одной планеты земного типа, способной поддерживать высокоорганизованную жизнь, даже в масштабе Галактики — ничтожно мала.

Все это категорически противоречит принципу ~~«∞»~~. Существует ли в этой, казалось бы, тупиковой ситуации какой-нибудь выход? Ведь, если рассматривать универсальную эволюцию от Большого взрыва до наших дней, складывается непоколебимая уверенность в том, что не только планетогенез, но и астрогенез, биогенез, антропогенез, социогенез — все они стали возможны лишь благодаря уникальному стечению чрезвычайно редких и зачастую катастрофических событий. Попробуем постепенно шаг за шагом, подробно рассматривая каждый этап Большой Истории, эту уверенность поколебать.

Источник

Гипотеза Уникальной Земли

Гипотеза Уникальной Земли (англ. Rare Earth hypothesis ) — предложенный ответ на парадокс Ферми, который объясняет, почему появление такой планеты как Земля следует считать очень маловероятным. Вместе с допущением о необходимой предпосылке появления высокоразвитых форм жизни — наличии планеты земного типа, это бы поясняло отсутствие признаков существования внеземных цивилизаций.

Гипотеза Уникальной Земли была впервые детально изложена в книге Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe («Уникальная Земля: Почему высокоразвитая жизнь не является распространённым явлением во Вселенной»), написанной палеонтологом Питером Вардом (Peter Ward) и астрономом Дональдом Броунли (Donald Brownlee). Вард и Броунли воспользовались расширенным уравнением Дрейка для доказательства того, что существование планеты с земными характеристиками во Вселенной следует считать невероятно редким явлением.

Содержание

Условия

Звезда

Создать планету земного типа и довести её до правильного состояния через 4,5 миллиардов лет — сложная задача. Во-первых, она должна образоваться около богатой металлами звезды. Бедные металлом звезды не способны создать что-либо кроме газовых гигантов — на создание планет земного типа в газовой туманности просто-напросто не хватит материала. Таким образом исключается внешняя часть Галактики. С другой стороны, если звезда содержит слишком много металла, планеты будут слишком тяжёлыми, будут накапливать газовые оболочки, которые будет удерживать их огромная гравитация обусловленная большой массой, и опять же станут газовыми гигантами.

Звезда также должна обращаться по круговой орбите около центра галактики: вытянутая орбита приведет к тому, что звезда слишком приблизится к энергетически насыщенному ядру галактики и попадёт под жёсткое радиационное облучение. Образно говоря, звезда должна жить в предместье галактики, но не в центре и не за окраиной.

Получив звезду с правильным содержанием металлов, следует убедиться, что она может иметь пригодные для жизни планеты. Горячая звезда, например Сириус или Вега, имеют широкую пригодную для жизни зону, но существуют две проблемы: во-первых, эта зона слишком удалена от звезды, потому планеты с твёрдым ядром вероятно будут формироваться вблизи звезды и за пределами жилой зоны. Это не исключает, однако возможности зарождения жизни на спутниках газовых гигантов: горячие звезды излучают достаточно ультрафиолета, который может в достаточной мере ионизировать атмосферу любой планеты. Другая проблема, связанная с горячими звёздами, — это то, что они не живут достаточно долго. Через примерно один миллиард лет они становятся красными гигантами, что может не оставить достаточно времени для эволюции высокоразвитой жизни.

Холодные звезды пребывают не в лучшем положении. Зона, пригодная для жизни, будет узкой и будет расположена близко к звезде, существенно уменьшая шансы получить планету в правильном месте. Вблизи холодной звезды солнечные вспышки зальют планету радиацией и ионизируют её атмосферу точно как около горячей звезды. Жёсткое рентгеновское излучение также будет более интенсивным.

Таким образом, выясняется, что «правильный» тип звёзд ограничивается промежутком от F7 до K1 (см. спектральный класс). Звезды этих типов редки: звезды типа G, такие как Солнце, составляют всего лишь 5 % звёзд в нашей галактике.

Взаимодействие с другими небесными телами

После того как планета сформировалась в пределах жилой зоны, небесное тело размерами приблизительно как Марс должно с ней столкнуться (согласно Теории гигантского столкновения). Без такого столкновения на планете не образуются тектонические плиты, поскольку континентальная кора покрывает всю планету и не оставляет места для океанической коры. Столкновение также может привести к появлению большого спутника, который стабилизирует ось обращения планеты и слитие ядер планеты и небесного тела, которое сформирует сверхмассивное планетное ядро, которое будет генерировать мощный планетный электромагнитный щит от солнечной радиации. Недавние исследования Эдварда Бельбруно и Ричарда Готта позволяют сделать вывод, что такое небесное тело нужного размера может формироваться в троянских точках системы звезда-планета (L₄ или L₅), возможно делая это событие более вероятным.

Спутник относительно больших размеров также увеличивает шансы выживания высокоорганизованных организмов, исполняя функции астероидного щита. Шансы столкновения астероида с массивнейшим объектом бинарной системы, такой как Земля и Луна, довольно незначительные. Большинство астероидов будут или полностью отброшены, или поразят менее массивный объект: чтобы попасть в массивнейшее тело, нужна правильная комбинация скорости и угла падения. Таким образом планета с большим спутником будет лучше защищена от столкновений (хотя случайные столкновения могут быть необходимыми, поскольку эволюционная теория допускает, что массовое вымирание может ускорить развитие сложных организмов). Также необходимым условием является наличие большого газового гиганта, такого как Юпитер, в звёздной системе, благодаря которому «мусор», остающийся на орбите после формирования планет выбрасывается в пояс Койпера и облако Оорта.

Частота столкновений и эволюция

Жизнь требует определённого времени для зарождения и достижения определённого уровня организации. Частые столкновения с большими астероидами, вероятно, препятствуют появлению высокоорганизованных организмов. Сама жизнь вряд ли исчезнет, но самые сложные организмы из высших ветвей эволюции весьма уязвимы и легко вымирают вследствие планетарной катастрофы. Эволюционная теория прерывистого равновесия утверждает что:

Как только экосистема планеты достигает состояния равновесия (с заполненными всеми экологическими нишами), скорость эволюционных изменений резко уменьшается
Период, на протяжении которого достигается состояние равновесия, относительно короток по сравнению с геологическими процессами.

Считается что ископаемые остатки демонстрируют, что экологическое равновесие достигалось на Земле несколько раз, впервые после Кембрийского взрыва. Несколько катастроф, приведших к массовому вымиранию организмов, возможно, необходимы, чтобы в процессе эволюции возникали радикально новые пути развития, и чтобы жизнь избежала ситуации когда её развитие бы остановилось на полпути к разумной жизни. Массовое вымирание динозавров, например, позволило млекопитающим занять их экологические ниши и направить эволюцию новым путём.

Таким образом, очевидно что необходимы правильные значения сотен параметров планеты и звёздной системы, чтобы высокоорганизованная жизнь стала возможной. Вселенная невероятно велика, она значительно превышает возможности человеческого представления и понимания, поэтому остаётся шанс, что где-то во Вселенной существует планета земного типа с высокоорганизованной жизнью. Тем не менее, возможность того, что такая планета существует достаточно близко от Солнца и что мы можем когда-нибудь её достигнуть или вступить с её жителями в контакт, практически равна нулю. Это поясняет парадокс Ферми, почему мы не видим признаков внеземного разума: вероятность появления ещё одной планеты земного типа, которая могла бы поддерживать высокоорганизованную жизнь в масштабе даже галактики очень мала.

Критика

Наибольшей критике подвергается допущение, что появление высокоорганизованной жизни возможно только на планетах земного типа. Некоторые биологи, например, Джек Коэн, считают, что такое допущение является слишком ограничивающим и свидетельствует об отсутствии понимания (см. углеродный шовинизм). Детальная критика приведена в книге Джека Коэна и математика Яна Стюарта «Эволюция инопланетянина: Наука внеземной жизни» (Evolving the Alien: The Science of Extraterrestrial Life).

Также подвергаются критике другие допущения теории уникальной Земли:

Некоторые допущения, несмотря на свою теоретическую достоверность, не являются общепринятыми в научной среде, например, теория гигантского столкновения.
Утверждается, что доказательства накладываются на маловероятность того или иного события, в то время, как они иногда просто выглядят невозможными. Если принять во внимание размеры Вселенной, продолжительность астрономических процессов и возможность альтернативных путей появления похожих обстоятельств, то существует значительно большее количество планет земного типа, чем предполагается теорией уникальной Земли. Так:
все 3 планеты Солнечной системы «обитаемой зоны» предположительно несут следы гигантского столкновения на заре своего развития, что, по-видимому, указывает на значительную статистическую вероятность, если не закономерность, такого события. Также предполагается, что и система Плутон — Харон возникла в результате столкновения на раннем этапе эволюции.
планеты-гиганты, судя по всему, формируются даже в тех системах, где нет планет земного типа, являясь наиболее распространённым типом планет в Галактике;
массовые вымирания, судя по всему, обусловлены не только и не столько внешними, сколько внутренними причинами, и являются событием достаточно регулярным;
высокоорганизованные формы жизни более уязвимы, чем примитивные, однако обладают значительным потенциалом выживания и быстрого восстановления численности;
в масштабах только нашей Галактики даже сотые доли процента звезд, чьи планеты обладают жизнью, в абсолютных величинах будут соответствовать десяткам миллионов таких систем, и вероятно — многим тысячам разумных цивилизаций.
Теория игнорирует способность разумной жизни адаптировать окружение к своим нуждам. Разумная раса может быть в состоянии колонизировать много нежилых планет на достаточно долгий период времени (хотя, возможно, требует планеты земного типа для своего появления).

Источник