Підручник з Астрономії. 11 клас. Сиротюк - Нова програма

Розділ 8. ЖИТТЯ У ВСЕСВІТІ

Немає нічого більш хвилюючого, ніж пошуки життя і розуму у Всесвіті. Людина не заспокоїться, поки не розгадає загадку свого походження. Для цього потрібно дізнатися таємницю народження Всесвіту, вирішити проблему походження життя і зрозуміти природу розуму. Астрономи і фізики вивчають Всесвіт, досліджують його походження та еволюцію. Біологи і психологи вивчають живі істоти та розум. А походження життя хвилює всіх: астрономів, фізиків, біологів, хіміків. На жаль, ми знаємо тільки одну форму життя - білкову та лише одне місце у Всесвіті, де це життя існує, - планету Земля. Якби вдалося виявити інші населені планети, тоді загадку життя було б розгадано набагато швидше. А якби на цих планетах були б розумні істоти... Дух перехоплює, варто тільки уявити перший діалог з братами по розуму.

§ 30. ЛЮДИНА У ВСЕСВІТІ. ПОШУК ЖИТТЯ ЗА МЕЖАМИ ЗЕМЛІ

1. Антропний принцип. Імовірність життя на інших планетах. Життя є однією з великих таємниць Всесвіту. На Землі є різноманітні живі організми, але ми нічого не знаємо про інші форми життя на інших планетах. Усі живі істоти народжують дітей, а потім рано чи пізно помирають, тобто їхні тіла перетворюються в неживу матерію. Але на Землі ще ніхто не спостерігав безпосереднє зародження живих біологічних клітин з неживих хімічних сполук. Із цього приводу англійський біолог Френсіс Крік (1916-2004) висловився так: «Ми не бачимо шляху від первісного бульйону до природного відбору. Можна дійти висновку, що походження життя - чудо, але це свідчить лише про наше незнання».

Антропний принцип: ми спостерігаємо Всесвіт таким, як ми його бачимо, бо ми існуємо. Відкрита система обмінюється з довколишнім середовищем енергією та інформацією.

Об’єм інформації, який зберігає тільки одна клітина живого організму, - 1022-1023 біти. Об’єм інформації, яку зберігають сучасні комп’ютерні диски, у мільярди разів менший. Завдяки комп’ютерам на сучасному етапі розвитку нашої цивілізації також спостерігається значне збільшення потоку інформації, якою володіє людство. За допомогою автоматичних міжпланетних станцій (АМС) ми почали збирати інформацію на далеких планетах та приступили до безпосередніх пошуків позаземних форм життя. Імовірність існування життя на інших тілах Сонячної системи досить мала, тому сьогодні пошуки нових цивілізацій ведуться поблизу інших зір. Нещодавно виявлено десятки темних супутників зір, що свідчить про існування інших планетних систем, де можуть бути досі невідомі цивілізації.

Контакти між цивілізаціями, перш за все, означають обмін інформацією. Якщо у Всесвіті існують інші цивілізації і вони мають певний обсяг інформації про свою частину Галактики, то обмін інформацією між ними може привести до загального зростання інформації, тому такий процес, згідно з теорією біологічної еволюції, можна вважати прогресивним.

Сутність антропного принципу полягає в тому, що поява життя, розуму є невід’ємною частиною Всесвіту, природним наслідком її еволюції. Наш Всесвіт дивно пристосований до виникнення та розвитку в ньому життя. Так, з нескінченної розмаїтості початкових умов і значень фізичних сталих, які, імовірно, виникали в ранньому Всесвіті, реалізувалися тільки придатні для існування розумного життя. Ось кілька прикладів. 1. Ми живемо у просторі трьох вимірів. Але тільки в такому просторі можливі стійкі планетні рухи (гравітаційна взаємодія). 2. Якщо б гравітаційна стала була в кілька разів більшою, то й час життя Сонця як стійкої гарячої кулі у вигляді плазми вимірювався б кількома десятками мільйонів років. 3. Якщо б маса електрона була втричі більшою за сучасну, то й час життя протона був би малим. Під час взаємодії протона з електроном протон розпадався б на нейтрон і нейтрино. Тоді зорі й галактики складалися б з нейтронів, а більш складних форм не могло б існувати. 4. Якщо б середня густина речовини у Всесвіті була значно меншою, то сили інерції (розльоту) переважали б над силами тяжіння. Тому не встигли б утворитися зорі й галактики. І цей ряд можна продовжити. Отже, висновок один: наш Всесвіт є єдиним цілим, погодженою системою, у якій має місце й існування життя.

2. Пошуки життя в Сонячній системі. Життя - це складна система хімічних та біологічних сполук з високим ступенем упорядкованості, яка зберігає величезний об’єм інформації про себе та довколишній світ. За рахунок збільшення нестабільності в довкіллі зростає об’єм інформації усередині живого організму, а потім ця інформація передається нащадкам у майбутнє. Земля за багатьма параметрами є закритою системою, тому проблема виживання людства пов’язана з освоєнням космосу. Наша цивілізація зробила перші кроки в цьому напрямку - ми почали дослідження Сонячної системи. Але у процесі проникнення людства в космос виникають проблеми контактів з іншими цивілізаціями.

Інші форми життя цікавили людство віддавна. Колись люди думали, що заселено всі планети, навіть Місяць. Але що більше дослідники дізнавалися про планети, то менш оптимістичними ставали їхні прогнози. Із часом вчені дійшли висновку про можливість існування життя на Венері та Марсі. Однак вивчення поверхні Венери показало, що ніщо живе не може вижити на цій планеті. Найбільш імовірно придатною до життя планетою дослідники вважають найзагадковішу планету - Марс.

Головною метою польотів автоматичної орбітально-посадкової станції «Вікінг» до Марса був пошук життя на цій планеті. Було виконано кілька складних біологічних експериментів. У ході аналізу марсіанського ґрунту не було виявлено жодних слідів органічних сполук - продуктів життєдіяльності мікроорганізмів. Такий самий прилад при пробах антарктичного ґрунту знайшов значну кількість викопних органічних сполук. У 1976 р. станція «Вікінг» передала на Землю фото загадкового об’єкта (з області Сідонія) розміром 1,5 км, його назвали «головою сфінкса» (мал. 8.1).

Було висунуто гіпотезу, що це архітектурне спорудження давньої цивілізації. Але у 2001 р. космічний апарат Mars Global Surveyor передав на Землю більш детальний знімок цього об’єкта (мал. 8.2).

Мал. 8.1. Фото «голови сфінкса» на Марсі (1976 р.)

Мал. 8.2. Фото «голови сфінкса», отримане з кращою роздільною здатністю (2001 р.)

На новому зображенні добре видно, що «голова сфінкса» - природна структура. Тоді як пошуки життя на Марсі не увінчалися успіхом, космічний апарат «Галілео», який вивчав систему Юпітера, передав повідомлення, що на одному з великих супутників - Європі - виявлено океан теплої води, який перебуває під крижаним панциром. Поверхня Європи вкрита водяним льодом з тріщинами й хаосами.

Аналіз отриманих у різний час зображень показав, що лід трохи зміщується (подібну картину можна спостерігати на земних полярних морях під час весняного танення льоду). Виходячи з розмірів і геометрії крижаних тріщин учені припустили, що на супутнику Європа тонкий крижаний шар вкриває воду або талий лід. Імовірною причиною появи таких структур може бути дія гідротермальних джерел (гейзерів). Отже, якщо на Європі є тепла вода, то можуть існувати і які-небудь форми життя. Але виявити їх можна тільки «приземлившись» на поверхню.

3. Пошуки життя в Галактиці. Формула Дрейка. Сучасна наука визначає позаземні цивілізації як гіпотетичні суспільства розумних істот, які можуть виникнути й існувати за межами Землі.

Для оцінки числа позаземних цивілізацій у Галактиці американський радіоастроном Френсіс Дрейк запропонував таку формулу: N = RfnkdqL, де N - число позаземних цивілізацій у Галактиці; R - швидкість утворення зір у Галактиці (близько 10 зір за рік); f - частина зір, що мають планетні системи; n - середнє число планет, що входять у планетні системи й екологічно придатні для життя; k - частина планет, на яких дійсно виникло життя; d - частина планет, на яких після виникнення життя розвинулися його розумні форми; q - частина планет, на яких розумне життя досягло фази, що забезпечує можливість зв’язку з іншими світами, цивілізаціями; L - середня тривалість існування таких неземних (космічних, технічних) цивілізацій.

У цій формулі всі величини, крім першої, мають дуже невизначений характер і визначаються на основі експертних оцінок учених. Тому оцінка загальної величини N невизначена. Одні підрахунки показують, що в наш час лише кілька геоподібних цивілізацій галактик (у яких 1011 зір) готові до контакту з нами. Згідно з іншими, більш оптимістичними, - таких цивілізацій може бути значно більше. Як один з аргументів на користь того, що позаземні цивілізації - явище досить рідкісне, висувається відсутність видимих проявів їхньої діяльності.

Перші роботи з пошуку сигналів позаземних цивілізацій провів у 1960 р. Дрейк. Він досліджував радіовипромінювання найближчих зір (τ Кита й ε Еридана) на хвилі 21 см. Штучні сигнали виявити не вдалося, але еру пошуків сигналів неземних цивілізацій було відкрито. У наш час космічний простір прослуховується одночасно на багатьох частотах. Прийняті радіотелескопом сигнали обробляються комп’ютерами. У 1967 р. вперше зареєстрували періодичні сигнали, які надходили з міжзоряного простору, і їх назвали пульсарами. Аналіз сигналів показав, що пульсари жодного стосунку до інопланетних цивілізацій не мають, бо періодичні сигнали випромінюють нейтронні зорі.

Мал. 8.3. Табличка з посланням, адресована представникам позаземних цивілізацій

Паралельно ведеться робота з повідомлення позаземним цивілізаціям інформації про нашу земну цивілізацію. У 1974 р. з радіоастрономічної обсерваторії в Аресібо в бік кулястого скупчення М31 (сузір’я Геркулеса), що перебуває від Землі на відстані 24 тис. св. років, було спрямовано послання, що містить закодований текст про життя та цивілізацію на Землі. Інформаційні повідомлення про земну цивілізацію було запущено в космос на борту 4 автоматичних станцій: «Піонер-10» (старт 3.03.1972), «Піонер-11» (6.04.1973), «Вояджер-2» (20.08.1977) і «Вояджер-1» (5.09.1977). На борту «Піонерів» було прикріплено позолочені таблички з даними про землян (координати щодо пульсарів і щодо планет, зовнішній вигляд чоловіків, жінок, дітей тощо). «Вояджери», крім того, несли пластинку із сотнями кольорових і чорно-білих зображень Землі, тварин, людей, міст, техніки, звукозаписами привітань на багатьох мовах планети, пісень, голосів тварин та природних шумів (мал. 8.3). Інформація про нас звичайно не повна, але загальні уявлення отримати можна. Шкода, що ці зонди летітимуть мільйони років, і малоймовірно, що взагалі на них натраплять коли-небудь представники іншого розуму. Створено міжнародну організацію SETI (англ. Search of Extra Terrestrial Intelligence - пошуки позаземного розуму), яка розробила широку програму пошуків життя у Всесвіті.

Якщо інша цивілізація за інтелектом набагато випередила землян, то вона може вже здійснювати міжзоряні перельоти. Контакти між цивілізаціями можуть призвести до міжзоряних конфліктів, і ми маємо бути готовими до цього.

Останнім часом серед учених і філософів дедалі більше стверджується думка, що людство самотнє, якщо не в усьому Всесвіті, то принаймні в нашій Галактиці. Із цього випливає найважливіший висновок про значення, цінність та унікальність нашої цивілізації. Отже, людство величезною мірою відповідальне не тільки за нашу планету, а й за Всесвіт у цілому.

А що загрожує нашій цивілізації й планеті? Екологічна катастрофа, яка може виникнути внаслідок забруднення довколишнього середовища промисловими відходами наших підприємств. Зміна клімату на Землі через збільшення кількості вуглекислого газу в атмосфері, збільшення парникового ефекту та підвищення температури. Збільшення озонових дір в атмосфері може спричинити підвищення частки ультрафіолетового випромінювання Сонця, унаслідок чого можуть загинути флора і фауна нашої планети.

Катастрофічне зіткнення з астероїдом або кометою може призвести до різкого зниження температури та виникнення нового льодовикового періоду. Цивілізація може закінчити життя самогубством через атомну війну. Події останніх років показують, що така загроза існує, поки атомна зброя поширюється серед держав, які не в змозі її належно контролювати.

Таким чином, Земля, на якій є не просто життя, а життя розумне, є унікальним витвором природи і чи не єдиним носієм того дивовижного збігу космічних обставин, що забезпечили появу життя і розуму. І якщо Чумацький Шлях справді позбавлений присутності інших представників розумного життя, то важливо робити все, щоб зберегти його бодай на Землі.

4. Питання існування інших всесвітів. Мультивсесвіт. Всесвіт - це весь існуючий матеріальний світ, безмежний у просторі і часі. Він безперервно змінюється і постійно розширюється.

У вужчому сенсі Всесвіт - світ небесних тіл із законами їхнього руху та розвитку, їхній розподіл у часі і просторі. Матерія у Всесвіті розподілена дуже нерівномірно, значна частина її зосереджена в окремих більш або менш густих космічних тілах: галактиках, зорях і туманностях. Відстані між окремими об’єктами вимірюють у світлових роках, тобто відстанях, які світло проходить за один рік (від Сонця до найближчої до нас зорі воно йде понад 4 роки).

Порівняно вузькі межі можливих змін фундаментальних фізичних сталих, коли ще можливе існування життя, говорить про унікальність їхніх значень у нашому Всесвіті. Саме ця їхня винятковість забезпечує можливість існування життя. З точки зору антропного принципу, наш Всесвіт пройшов через нескінченну послідовність циклів розширення і стиснення. На початку кожного з них складався свій набір фізичних сталих, що змінювався від циклу до циклу. Ми живемо в тому циклі, у якому сформувалося поєднання фізичних сталих та інших властивостей, сприятливе для виникнення складних структур і живих систем. Не виняток, що в матеріальному космосі існує нескінченна кількість різних всесвітів, водночас у кожному з них свій набір, свій комплекс фізичних сталих і властивостей.

У нашому Всесвіті, з нашим комплексом фізичних явищ, зв’язків і фундаментальних фізичних сталих, його стабільність забезпечується саме тими законами природи, які реалізувалися в довколишньому світі. Але можуть існувати й інші, незвичні для нас комплекси явищ, стабільність яких забезпечується іншими законами. Можна припустити існування всесвітів з іншими законами, іншими властивостями простору-часу і світовими константами, не менш організованих, ніж наш, і навіть таких, що забезпечують існування негуманоїдних форм життя і розуму. Отже, ми існуємо в тому Всесвіті, властивості якого сприяють формуванню живих організмів. Можуть існувати інші всесвіти, де діють інші фундаментальні закони, і можливе існування принципово інших форм життя.

«Мультивсесвіт», «Великий Всесвіт», «Мультіверс», «Гіпервсесвіт», «Надвсесвіт» - різні переклади англійського терміна multiverse. Області Всесвіту перебувають на величезних відстанях, набагато більших за розмір горизонту подій, та еволюціонують незалежно одна від одної. Будь-який спостерігач бачить тільки ті процеси, які відбуваються в домені, що дорівнює за обсягом сфері радіусом, що становить відстань до горизонту подій. Такі домени можна розглядати як окремі всесвіти, подібні до нашого: вони так само однорідні й ізотропні на великих масштабах. Поєднання таких утворень і є мультивсесвітом. Хаотична теорія припускає нескінченну різноманітність Всесвітів, кожна з яких може мати відмінні від інших Всесвітів фізичні сталі. В іншій теорії всесвіти розрізняються за квантовим виміром. За визначенням ці припущення не можна експериментально перевірити.

Питання про нескінченну кількість можливих мультивсесвітів у фізиці та космології, стикається з непорозумінням. Якщо інші мультивсесвіти існують, то їхнє існування підкоряється принципово іншим законам, ніж існування нашого Всесвіту. А це означає, що ми не можемо отримати від них інформацію, адже фізичний зв’язок між різними об’єктами можливий тоді, коли вони живуть за подібними законами.

Як здіснити зв’язок з тим, що принципово не схоже на наш світі Окремі вчені припускають, що каналами зв’язку можуть слугувати чорні діри. Можливо, що бар’єри простору-часу, які відокремлюють наш Всесвіт від інших всесвітів, не такі вже й неприступні. Не виняток, що із часом наука подолає ці бар’єри і виведе наші уявлення про космос на якісно новий рівень.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

  • 1. У чому полягає сутність антропного принципу?
  • 2. На яких планетах Сонячної системи вчені передбачають існування життя?
  • 3. Як можна оцінити кількість позаземних цивілізацій у нашій Галактиці?
  • 4. Чому формула Дрейка дає невизначеність в оцінці кількості цивілізацій у Галактиці, готових до контакту з нами?
  • 5. Як людство намагається встановити контакти з неземними цивілізаціями?
  • 6. Чим відрізняються поняття: Всесвіт, космос, Метагалактика?
  • 7. Що таке Мультивсесвіт?

РОЗВ'ЯЗУЄМО РАЗОМ

Завдання 1. Чи існує життя у Всесвіті?

Відповідь. Позаземні цивілізації належать до числа гіпотетичних об’єктів, пошук яких представляє величезний інтерес. Тривають суперечки про реальність позаземних цивілізацій, але лише подальші спостереження та експерименти дадуть змогу з’ясувати, чи існують де-небудь населені світи або ми самотні принаймні в межах нашої Галактики. Сьогодні можна дійти висновку, що досі вчені всього світу не довели, самотні ми у Всесвіті і чи є розумне життя на інших планетах. Ми часто ставимо загальні запитання, що стосуються існування і властивостей Всесвіту в цілому. Але, якщо запитання поставлено, це ще не означає, що на нього може бути отримана відповідь. Чи правомірно ставити запитання: чому світ, у якому ми живемо, саме такий, а не якийсь інший? Для того щоб отримати на подібне запитання вичерпну відповідь, нам треба було б вийти за рамки спостережуваного Всесвіту й охопити світ у всьому його нескінченному розмаїтті. А це, на жаль, неможливо. Зрозуміло, усе у світі в принципі пізнаване. У тому сенсі, що всі явища мають природні причини і підпорядковуються природним закономірностям. Але практично ми можемо дізнатися далеко не все. Насамперед тому, що сам процес пізнання нескінченно різноманітного Всесвіту нескінченний у часі і на будь-якому рівні розвитку науки в довколишньому світі завжди залишиться для нас чимось невідомим. Та й не про всі світові процеси ми можемо отримати потрібну інформацію.

Завдання 2. Біля зір яких спектральних класів з найбільшою імовірністю може виникнути і розвинутися життя? Відповідь поясніть.

Відповідь. Для еволюції життя від найпростіших до найвищих форм потрібні величезні проміжки часу (3-4 млрд років). Тому гарячі білі та блакитні зорі, які можуть прожити не більше як 4 млрд років, навіть якщо в них є планетні системи, майбутнього не мають. Зорі набагато меншої маси, ніж Сонце, також погані кандидати. Щоб отримати потрібну кількість тепла від такої зорі, планета має бути до неї набагато ближче, ніж Земля до Сонця. Вона буде обернена до Сонця одним боком. Це значно уповільнювало б утворення складних хімічних сполук. Крім того, треба відкинути ті зорі, які є в центральних районах зоряної системи, оскільки смертоносний рівень радіації, який там панує, знищить життя в самому зародку. Тому життя може виникнути і розвинутися біля зір пізніх спектральних класів, тобто зір, схожих на Сонце, бо час життя цих зір достатній для розвитку життя.