Фізика і астрономія. Рівень стандарту. 11 клас. Сиротюк

§ 31. Людина у Всесвіті. Антропний принцип. Імовірність життя на інших планетах. Унікальність нашого Всесвіту. Питання існування інших всесвітів

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, 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 Ф. Крік говорив: «Ми не бачимо шляху від первісного бульйону до природного відбору. Можна дійти висновку, що походження життя — чудо, але це свідчить лише про наше незнання».

Загальні характеристики живих істот можна описати за допомогою деяких термінів теорії складних систем, поведінку та еволюцію яких вивчає нова наука синергетика.

Об’єм інформації, який зберігає тільки одна клітина живого організму, оцінюється в 1022-1023 біти. Для порівняння: 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 пошуки позаземних цивілізацій зараз 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.

Поява життя, розуму є невід’ємною частиною Всесвіту, природним наслідком його еволюції, у цьому й полягає сутність антропного принципу. Наш Всесвіт дивно пристосований до виникнення й 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 в просторі трьох вимірів. Але тільки в такому просторі можливі стійкі планетні рухи (гравітаційна взаємодія). 2. Якби гравітаційна стала була в кілька разів більшою, то й час життя Сонця як стійкої кулі, яка є гарячою плазмою, вимірювався б кількома десятками мільйонів років. 3. Якби маса електрона була втричі більшою від сучасної, то й час життя протона був би малий. При 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 існувати. 4. Якби 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 т. п. Отже, висновок один: наш Всесвіт являє собою єдине зв’язне ціле, погоджену систему, дивно пристосовану до існування життя.

За рахунок збільшення нестабільності в довкіллі збільшується об’єм інформації всередині 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 почала дослідження Сонячної системи.

Інтерес до інших форм життя в Сонячній системі переслідує людство віддавна. Колись люди думали, що населено всі планети, навіть Місяць. Але що більше дослідники дізнавалися про інші 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 жодні живі організми не можуть існувати на цій планеті. Найбільш імовірно придатною до життя планетою дослідники вважають 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, який назвали «головою сфінкса» (мал. 5.3).

Мал. 5.3

Було висунуто гіпотезу, що це архітектурне спорудження давньої цивілізації. Але дослідники Марса заявили, що це природний об’єкт. Суперечки не вщухали до 2001 р., доки космічний апарат Mars Global Surveyor не передав на Землю більш детальний знімок цього об’єкта (мал. 5.4). На новому зображенні добре видно, що «голова сфінкса» — природна структура. У той час космічний апарат «Галілео», що вивчав систему Юпітера, передав повідомлення, що на одному з більших супутників — Європі — виявлено океан теплої води, що перебуває під крижаним панциром. Поверхню Європи вкрито водяним льодом із тріщинами й «хаосами». Аналіз отриманих у різний час зображень показав, що лід трохи зміщується (подібну картину можна спостерігати на земних полярних морях у час весняного танення льоду). Виходячи з розмірів і геометрії крижаних тріщин, учені припустили, що на супутнику Європа тонкий крижаний шар закриває 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. Однак виявити їх можна, лише «приземлившись» на поверхню.

Мал. 5.4

Сучасна наука визначає позаземні цивілізації як гіпотетичні суспільства розумних істот, які можуть виникнути й існувати поза Землею. 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 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 створюється значна невизначеність в оцінці загальної величини N. Одні підрахунки показують, що в цей час лише кілька геоподібних цивілізацій Галактики (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. 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.

Паралельно ведеться робота з повідомлення позаземним цивілізаціям інформації про нашу земну цивілізацію. У 1974 р. з радіоастрономічної обсерваторії в Аресібо в бік кульового скупчення М31 (сузір’я Геркулес), що перебуває від Землі на відстані 24 тис. світлових років, було спрямоване послання, що містить закодований текст про життя й 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» були прикріплені позолочені таблички з даними про землян (координати щодо пульсарів і щодо планет, зовнішній вигляд чоловіків, жінок, дітей тощо). «Вояджери» крім того несли пластинку з сотнями кольорових і чорно-білих зображень Землі, тварин, людей, міст, техніки, звукозаписами привітань на багатьох мовах планети, пісень, голосів тварин та природних шумів (мал. 5.5). Інформація про нас звичайно не повна, але загальні подання отримати можна. Шкода, що ці зонди летітимуть мільйони років, і малоймовірно, що їх взагалі коли-небудь знайдуть представники іншого розуму.

Мал. 5.5

Створено міжнародну організацію SETI (англ. Searchof 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 у всьому Всесвіті, то принаймні в нашій Галактиці. Із цього випливає найважливіший висновок про значення, цінність й унікальність нашої цивілізації. Отже, людство несе величезну відповідальність не тільки за нашу планету, але 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 й 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.

Отже, 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 й розуму. І якщо Чумацький Шлях справді позбавлений присутності інших представників розумного життя, то важливо робити все, щоб зберегти його бодай на Землі.

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 й світовими константами, не менш організованих, ніж наш, і навіть таких, що забезпечують існування негуманоїдних форм життя й 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.

Питання про нескінченну кількість можливих мультивсесвітів у фізиці та космології стикається з непорозуміннями. 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 здійснити зв’язок з тим, що принципово не схоже на наш світ? 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. Можливо, 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 можливість існування життя?
  • 3. Як можна оцінити кількість позаземних цивілізацій у нашій Галактиці?
  • 4. Чому формула Дрейка дає значну невизначеність в оцінці кількості цивілізацій у Галактиці, готових до контакту з нами?
  • 5. Як людство намагається встановити контакти з неземними цивілізаціями?
  • 6. Що таке Мультивсесвіт?

Покажіть, чим відрізняються поняття: Всесвіт, космос, Метагалактика.

РОЗВ’ЯЗУЄМО РАЗОМ

Деякі теорії космологічних моделей передбачають, що повний Всесвіт має розмір набагато більший, ніж спостережуваний. Які висновки із цього можна зробити?

Розв’язання

Теоретично межа спостережуваного Всесвіту доходить до самої космологічної сингулярності, однак на практиці межею спостережень є реліктове випромінювання (космічне електромагнітне випромінювання з високим ступенем ізотропності та спектром). Саме воно (точніше, поверхня останнього розсіювання) є найвіддаленішим об’єктом Всесвіту, які спостерігаються сучасною наукою. На сьогодні спостережувана поверхня останнього розсіювання збільшується в розмірах так, що межі Метагалактики збільшуються і збільшується маса спостережуваної речовини у Всесвіті.

Спостережуваний Всесвіт можна уявити як кулю зі спостерігачем у центрі. Розмір спостережуваного Всесвіту, виражений у світлових роках, відповідає віку рівномірного розширення простору і дорівнює радіусу від 13 до 18 млрд світлових років. Причому останні визнані оцінки відповідають значенню 13,4-15 млрд світлових років.