После всего, что мы узнали о Вселенной, мы можем сделать гораздо более точные оценки того, сколько там инопланетных цивилизаций.
В 1961 году ученый Фрэнк Дрейк записал простое на вид уравнение для оценки количества активных, технологически развитых, сообщающихся цивилизаций в Млечном Пути. Из первых принципов не было хорошего способа просто оценить число, но у Дрейка появилась блестящая идея записать большое количество параметров, которые можно было бы оценить, а затем перемножить их. Если бы ваши цифры были точными, вы бы получили точную цифру количества технологически развитых цивилизаций, с которыми человечество могло бы общаться в нашей собственной галактике в любой данный момент. Это блестящая идея с точки зрения концепции, но она становится все менее и менее полезной по мере того, как мы узнаем больше о нашей Вселенной. В нынешнем виде уравнение Дрейка нарушено, но мы знаем о Вселенной достаточно, чтобы построить еще лучшую структуру.
Уравнение Дрейка, если быть точным, говорит, что количество цивилизаций (N), которое мы имеем в любой момент времени в нашей галактике, равно произведению семи различных неизвестных величин из астрономии, геологии, биология и антропология, каждая из которых основывается на предыдущем элементе. Они есть:
- R_ ∗, средняя скорость звездообразования,
- f_ p, доля звезд с планетами,
- n_ e среднее число звезд-с-планетами, у которых есть одна, которая может поддерживать жизнь,
- f_ l, доля тех планет, на которых развилась жизнь,
- f_ i, доля живых планет, на которых развилась разумная жизнь,
- f_ c, доля этих обладающих разумом планет, которые технологически общаются в межзвездном пространстве, и
- L, продолжительность времени, в течение которого такая цивилизация может транслировать или слушать.
Теоретически перемножьте все эти числа, и это даст вам количество технологически продвинутых, передающих цивилизаций, которые мы имеем сегодня в Млечном Пути.
Только с этой настройкой большие проблемы. Существует ряд невысказанных предположений, которые возникают при простом написании уравнения таким образом, которые просто не отражают реальность. Проблемы его современной полезности включают:
- Тот факт, что уравнение было написано до того, как был подтвержден Большой взрыв, и модель стационарного состояния была отвергнута.
- Уравнение предполагает, что только одна планета в звездной системе может поддерживать жизнь.
- Эта разумная, технологически продвинутая жизнь никогда не распространится на другие миры.
- И что трансляция и прослушивание радиосигналов - это метод, с помощью которого разумные виды предпочитают общаться в межзвездном пространстве.
Это последнее предположение, в частности, было мотивацией для SETI - поиск внеземного разума (с помощью радиотарелок) - который, конечно же, ни к чему не привел.
Это не означает, однако, что нет других миров с разумной жизнью! Несмотря на нашу неуверенность в том, что там, и могут ли/как они могут попытаться найти нас или связаться с нами, возможность разумных, коммуникативных или космических инопланетян представляет огромный интерес не только для ученых, но и для всего человечества. Многие из шагов уравнения Дрейка могут быть проблематичными, и они заключают в себе основную проблему, заключающуюся в том, что с ними связаны огромные неопределенности: настолько большие, что они делают бессмысленными любые выводы о N, количестве цивилизаций в нашей галактике. Но сейчас 2018 год, и мы знаем о нашей галактике и Вселенной огромное количество вещей, которых не знали в 1961 году. Вот лучший подход.
1.) N_s: количество звезд в нашей галактике Зачем оценивать скорость звездообразования, когда мы можем просто посмотреть на количество звезд у нас сегодня? Мы знаем, насколько велика наша галактика, какова ее толщина, насколько велика центральная выпуклость и каково их распределение масс. Основываясь на том, что мы можем наблюдать с помощью чрезвычайно мощных обзоров всего неба и узконаправленных (когда вы смотрите на одну узкую область очень глубоко), мы можем просто заявить, что в нашей галактике от 200 до 400 миллиардов звезд. Неопределенность, равная всего 2, - это очень хорошо и говорит нам о том, что у нас очень оптимистичная отправная точка: у каждой звезды есть шанс на успех. Давайте выберем здесь большее число.
2.) f_p: доля звезд с планетами Это то, что мы можем оставить в оригинальном уравнении Дрейка, но после Кеплера это не так уж интересно. Почему? Потому что это близко к 100%! Доля звезд с планетами вокруг них, исходя из количества исследованных нами звезд и того, что мы о них узнали, составляет примерно 80%. Сказать, что «доля звезд с планетами» равна 1, - это хорошая и легкая победа оптимистов.
3.) f_H: доля звезд с подходящими условиями для обитаемости Теперь это становится еще интереснее! Сколько из основных классов звезд имеют миры, в которых может существовать жизнь? Звезда, подобная нашему Солнцу с массой, радиусом и временем жизни нашего Солнца , могла бы это сделать, о чем свидетельствует наше существование. А как насчет более массивной звезды? В какой-то момент они станут достаточно массивными, чтобы слишком быстро сжечь свое топливо, и разумная жизнь никогда не сможет возникнуть.
С другой стороны, звезда с малой массой может быть слишком нестабильной, вспыхивать и сдувать атмосферу планеты, или иметь настолько мало ультрафиолетового света, что жизнь не может возникнуть. Мы можем беспокоиться о том, достаточно ли тяжелых элементов для поддержания жизни в мире, или не делает ли определенное место в галактике среду слишком хаотичной для жизни. Это может быть неизвестным, но мы, вероятно, можем с уверенностью сказать, что по крайней мере четверть или 25% звезд в нашей галактике могут иметь потенциально обитаемые планеты.
4.) n_p: количество миров вокруг обитаемых звезд с подходящими условиями для жизни Это то, чему мы научились огромное количество информации из наших исследований экзопланет, но остаются огромные вопросы. Что делает мир пригодным для жизни? В ранней Солнечной системе Венера, Земля и Марс находились в одинаковых условиях. Во внешней Солнечной системе такие миры, как Энцелад и Европа, с подземными океанами, могут иметь подводную жизнь. В системах с газовыми гигантами в местах, подобных Земле, большие луны могли бы увидеть зарождение жизни на них. Хотя неопределенности здесь очень велики, я думаю, справедливо будет сказать, что среди звезд, которые могут иметь потенциально пригодный для жизни мир, в среднем будет один мир, который явно имеет наилучшие шансы для жизни. Это тот мир, который нас интересует, поэтому мы скажем, что n_p=1.
Кстати, на этом этапе мы можем перемножить эти первые четыре числа, чтобы получить оценку количества миров с хорошими шансами на жизнь в нашей галактике: 100 миллиардов. Многообещающее начало.
5.) f_l: часть этих миров, где возникает жизнь Это прекрасное время снова присоединиться к Дрейку, потому что это один из самых больших неизвестных вопросов в поисках жизни за пределами Земли. Сколько из всех потенциально обитаемых миров делают этот первый невероятный шаг, когда жизнь возникает из неживого? Или, если примитивная жизнь зародилась в межзвездном пространстве, в скольких мирах жизнь зародилась на поверхности, в океанах или в атмосфере? Мы даже не знаем ответа для нашей собственной Солнечной системы, где можно утверждать, что у нас может быть целых 8 других миров, где в какой-то момент возникла жизнь. Жизнь может быть обычной; оптимистично, он может иметь 10%-й шанс возникновения из не-жизни. Или, напротив, это может быть чрезвычайно редко: выстрел один на миллион или хуже.
Неопределенности здесь огромны, и любое число, которое вы можете выбрать, столь же плохо мотивировано, как и любое другое. Однако когда-нибудь в будущем у нас будет возможность провести наши первые тесты. Когда наша технология телескопов позволяет нам определять состав атмосферы миров, мы можем искать наличие или отсутствие биосигнатур, таких как метан, молекулярный кислород и углекислый газ. Это будет косвенное свидетельство, но это должен быть невероятный шаг к тому, чтобы сделать вывод, есть ли на мирах жизнь или нет. Если мы говорим, что вероятность того, что на потенциально пригодном для жизни мире есть жизнь, равна 1 из 10 000, то это означает, что в Млечном Пути есть 10 миллионов миров, где существует жизнь.
6.) f_x: доля живых миров со сложными дифференцированными организмами Определение жизни как «разумной» или нет в лучшем случае туманная перспектива, поскольку даже ведущие ученые до сих пор спорят о классификации дельфинов, человекообразных обезьян, осьминогов и многих других организмов как разумных или нет. Однако никто не будет спорить о том, является ли организм сложным и дифференцированным: с разными частями тела с разными функциями и структурами, в макроскопическом, многоклеточном устройстве. Потребовались миллиарды лет процветания жизни на Земле, пока мы не развили первый многоклеточный организм, а затем еще сотни миллионов лет, пока мы не развили пол в репродукции; без обоих одноклеточная жизнь была бы невозможна, поскольку они превзошли бы в эволюции более крупные формы жизни.
Опять же, Земля - наша единственная лаборатория для этого, но давайте будем оптимистами в отсутствие доказательств и предположим, что есть шанс 1 к 1000, что мир, который начинается с примитивного, воспроизводящегося, кодирующая информацию нить жизни может привести к чему-то вроде кембрийского взрыва. Это дает нам 10 000 миров Млечного Пути, кишащих разнообразными, многоклеточными, высокодифференцированными формами жизни. Учитывая расстояние между звездами, это означает, что всего в нескольких сотнях световых лет от нас есть другая планета, на которой это произошло.
7.) f_t: доля тех миров, в которых в настоящее время находится научно/технологически развитая цивилизация Это более важный вопрос, чем те, которые задаются уравнением Дрейка. Какая разница, первый или десятый раз возникла технологически развитая цивилизация? Кого волнует, используют ли они радиоволны? Кого волнует, взорвут ли они себя или вымрут сами, есть ли у них космические амбиции или нет? Большой вопрос заключается в том, существуют ли инопланетяне, которые разумны так же, как мы, и это означает, что они продвинуты в науке и технологиях.
Доказательств этому нет нигде, кроме Земли, конечно, а это означает, что существует огромный диапазон возможностей. Это может быть легко, как 1% из них, или это может быть причудливое совпадение, что человечество вообще возникло, и шансы могут быть больше похожи на один на миллиард. Здесь, на Земле, прошло около 500 000 000 лет с момента кембрийского взрыва, а технологически продвинутые виды существуют на планете менее 1000 лет. Если предположить, что человечество продержится в этом состоянии еще несколько тысяч, это означает, что Земля провела 1 из 100 000 нашего времени со сложными, дифференцированными организмами в технологически продвинутом состоянии.
Даже при наличии 10 000 таких миров в Млечном Пути, по этим оценкам, вероятность того, что другая научно/технологически развитая цивилизация существует в то же время, что и мы, составляет всего лишь 10%.
Но, несмотря на все вышесказанное, последние три числа - f_l, f_x и f_t - имеют такие большие неопределенности, что делают точные оценки невозможными прямо сейчас.
Знание того, сколько миров есть в Млечном Пути с жизнью, и обнаружение хотя бы одного из них будет иметь огромное значение для нашего существования и для понимания нашего места во Вселенной. Если сделать еще один шаг и узнать, что в мире существуют сложные, дифференцированные, крупные организмы, как мы имеем с царствами грибов, животных и растений на Земле, это изменит все возможное. И, наконец, шанс, что у нас будет возможность общаться, посещать и обмениваться знаниями с научно или технологически продвинутыми инопланетными видами, навсегда изменит курс человечества. Все возможно, но нам нужно знать гораздо больше, если мы когда-нибудь захотим узнать. Мы должны предпринять эти шаги; награды слишком велики, если есть хотя бы шанс узнать эти ответы.