Фізика і астрономія. Рівень стандарту. 11 клас. Головко

§ 40. Життя у Всесвіті

Опрацювавши цей параграф, ви зможете пояснити суть антропного принципу; гіпотезу про існування інших Всесвітів; проблему пошуку життя на інших планетах Сонячної системи, а також описати міжнародні наукові проекти з пошуку життя у Всесвіті.

ЛЮДИНА У ВСЕСВІТІ. У 1973 р. астрофізик Брандон Картер зауважив, що навколишній світ дивовижним чином пристосований до розвитку в ньому життя, мало того — до існування в ньому життя розумного (тут і надалі, говорячи про життя, маємо на увазі життя на білковій основі).

І справді, сучасна фізика стверджує, що все розмаїття властивостей нашого Всесвіту від моменту Великого Вибуху до утворення планетних систем і далі — до зародження на них життя, визначають кілька фізичних параметрів, які називають світовими константами, або фундаментальними сталими (тобто такими, що мають сталі числові значення).

Найпершою фундаментальною сталою є розмірність простору, в якому ми живемо. Він має три виміри — довжину, ширину й висоту. Було доведено, що в просторі з більшою кількістю вимірів планетні системи чи атоми були б нестійкими, а за меншої розмірності вони взагалі не могли б утворитись.

Між окремими матеріальними структурами у Всесвіті фізики розрізняють чотири типи взаємодії: гравітаційну, електромагнітну, слабку і сильну. Сталі чотирьох взаємодій виражаються через відомі фізичні числові величини: швидкість світла, сталу сили тяжіння, заряд електрона, маси елементарних частинок — електрона, нейтрона і протона — та їх взаємозалежності тощо. Числові значення цих величин обчислені з дуже великою точністю.

Виявилося, що Всесвіт значною мірою чутливий до числових значень фундаментальних сталих. Досить цим значенням трохи змінитись, і будова Всесвіту зміниться так, що життя в ньому стане неможливим.

Це тонке налаштування числових значень фундаментальних сталих назвали антропним принципом (з грец. антропос — людина), який полягає в тому, що людство може існувати тільки за певних значень світових констант. За інших їхніх значень Всесвіт був би таким, що людство в ньому не виникло б.

Антропний принцип формулюють у двох варіантах — слабкому і сильному. Згідно зі слабким антропним принципом, за інших значень космологічних параметрів Всесвіту, ніж є (його вік, стала Габбла тощо), життя в ньому могло б і не з'явитися. Сильний антропний принцип стверджує: «Фундаментальні закони та константи Всесвіту налаштовані так, щоб міг виникнути спостерігач, котрий зможе їх осмислити».

Антропний принцип отримав пояснення в межах ідеї про Мультиверсум, тобто про існування величезної кількості всесвітів, окремі з яких випадково є придатними для життя. І вже в таких всесвітах розумні спостерігачі зауважують дивовижно тонке налаштування фізичних сталих.

Удосконалення інфляційної моделі виникнення Всесвіту показало, що інфляція спричиняє появу великої кількості всесвітів. Тобто існує дуже багато ізольованих один від одного всесвітів з різними фундаментальними сталими й різними фізичними законами. Сукупність таких всесвітів називають Мультивсесвітом.

Тобто наш складний і величезний Всесвіт — тільки один із безлічі інших, можливо, не пов'язаних між собою всесвітів, які існували колись, існують тепер та будуть існувати в майбутньому. Вони відмінні між собою властивостями, у них діють різні фізичні закони, є інші фундаментальні сталі. Можливо, що в більшості з них не виникають складні структури. Але всесвітів так багато, що серед нескінченної їх множини обов'язково знайдеться такий, де реалізується збіг обставин, потрібний для виникнення життя й розуму, представниками якого є ми з вами.

ПОШУКИ ЖИТТЯ У ВСЕСВІТІ. Кілька особливостей роблять нашу планету, з огляду на існування на ній життя, унікальною в Сонячній системі. Перша з них і, можливо, найголовніша, та, що орбіта Землі пролягає в «поясі життя». Цей пояс — ділянка Сонячної системи, де вода може перебувати в рідкому стані.

Рис. 40.1. Якби Земля перебувала на орбіті Венери, то сонячне випромінювання підвищило б її середню температуру, а це призвело б до зникнення води в рідкому стані, утворення потужної атмосфери з вуглекислого газу і, як наслідок, неконтрольованого підсилення парникового ефекту. У разі перебування Землі на орбіті Марса внаслідок збільшення відстані до Сонця зменшилося б надходження сонячної енергії, що спричинило б перетворення Землі на крижану пустелю

В околицях Сонця земляни, очевидно, єдині істоти — носії розуму. І хоча ще є надія виявити найпростіші форми життя на інших тілах Сонячної системи, можливо, на Європі — супутнику Юпітера або на Титані — супутнику Сатурна, складніші його форми потрібно шукати біля інших зір.

Було реалізовано кілька наукових програм із пошуку сигналів позаземних цивілізацій. Найвідоміші з них — CETI (Communication with Extraterrestrial Intelligence — «Зв'язок з позаземним розумом») та SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence — «Пошук позаземного розуму»). Однак донині жоден з цих проектів не досяг успіху.

Американські міжпланетні зонди «Піонер-10» і «Піонер-11» та «Вояджер-1» і «Вояджер-2», які вже покинули межі Сонячної системи, несуть спеціальні послання для мешканців інших світів. Ініціаторами відправлення перших міжзоряних послань землян були американські астрономи Френк Дрейк та Карл Саган.

Рис. 40.2. Пластинка-послання «Піонерів». У точці зліва від центра зашифровано нашу «зворотну адресу»: це Сонце з променями різної довжини. Промені показують напрямки й відносні відстані до природних маяків Галактики — радіопульсарів. У кожного пульсара свій період, який у двійковому коді записаний вздовж променя. Всім розвинутим цивілізаціям ці пульсари мають бути відомі. Знаючи їхні координати, легко знайти положення Сонця в Галактиці. Найдовший горизонтальний промінь показує напрямок і відстань до центру нашої галактики

На позолочених (для кращого зберігання) дисках, відправлених з «Вояджерами», є фотографії, де вміщено найважливіші наукові дані, зображення Землі, її материків, різні ландшафти, сцени з життя тварин і людини, їх анатомічна будова й біохімічна структура, включаючи молекулу ДНК. Крім зображень є звуки: шепіт матері й плач дитини, голоси птахів і звірів, шум вітру та дощу, гуркіт вулканів і землетрусів, шурхіт піску і прибій океану. На дисках записано короткі привітання 58 мовами народів світу та музичні твори Баха, Бетховена, Моцарта, Луї Армстронга, Чака Беррі, а також народну музику багатьох країн.

Якщо «вийти» за межі Сонячної системи з метою пошуку життя, то потрібно розуміти, що в космосі тільки на планетах можуть збігтися всі параметри, потрібні для його існування. Але не кожна зоря підходить для пошуку біля неї життя.

Нині астрономи схильні вважати, що в нашій зоряній системі життя, подібне до земного, найімовірніше може існувати тільки біля зір сонячного типу, що перебувають у межах так званого коротаційного кола, яке пролягає ближче до краю диска Галактики, ніж до її ядра (рис. 40.3).

Рис. 40.3. Коротаційне коло — це відносно вузька концентрична до ядра галактики зона, де швидкості руху зір збігаються зі швидкістю руху спіральних рукавів. Уздовж коротаційного кола пролягає шлях Сонячної системи в галактиці. Можливо, саме ця обставина сприяла виникненню та розвитку життя на Землі

Пошуки життя у Всесвіті поки що не дали результатів. Але з огляду на відкриття великої кількості екзопланет надія його знайти залишається.

Що таке рівняння Дрейка?

http://www.nashenebo.in.ua/nauka/shcho-take-rivniannia-dreika

! Головне в цьому параграфі

Наш Всесвіт дуже чутливий до налаштування фундаментальних сталих, які дають можливість існування в ньому людини. Сильний антропний принцип стверджує: «Фундаментальні закони та константи Всесвіту налаштовані так, щоб міг виникнути спостерігач, котрий зможе їх осмислити». Антропний принцип можна пояснити в рамках ідеї про Мультиверсум, згідно з яким існує безліч інших всесвітів з іншими законами, іншими фундаментальними сталими. І тільки в одному з них реалізувався збіг обставин, що уможливив виникнення життя й появу людини.

Земля є унікальною планетою під оглядом появи та збереження на ній життя. Чи є життя біля інших зір, поки що невідомо. Нині астрономи схильні вважати, що в нашій зоряній системі життя, подібне до земного, найімовірніше може існувати біля зір, схожих на Сонце, тільки в межах відносно вузької зони — коротаційного кола. У XX ст. у людства вперше з'явилася принципова технічна можливість для зв'язку з гіпотетичними космічними цивілізаціями. Але жодна наукова програма пошуків штучних сигналів до сьогодні не стала успішною. А це означає, що «велике мовчання Космосу» триває.

? Запитання для самоперевірки

  • 1. Сформулюйте антропний принцип.
  • 2. Поясніть, у чому полягає суть ідеї про існування інших всесвітів.
  • 3. Сформулюйте особливості, які роблять Землю унікальною серед інших планет Сонячної системи.