Существовала ли до нас во вселенной разумная жизнь?

Неужели во вселенной, кроме нас, никогда не существовало разумных видов, способных создать цивилизацию?

Это один из самых старых вопросов, стоящих перед наукой. В этом году мы с коллегой Вуди Салливаном (Woody Sullivan) опубликовали в журнале Astrobiology работу, в которой представляем новые результаты, проливающие, на мой взгляд, новый свет на эту проблему. Месяц назад на основании наших результатов я написал для New York Times популярную статью, вышедшую под провокационным заголовком: «Да, инопланетяне существуют». Статья породила определенную шумиху и вызвала ряд откликов. Кто-то был согласен, кто-то спорил, а кто-то даже призывал меня заняться проблемой НЛО (извините, но это не мое).

Сейчас я хотел бы снова рассказать о наших выводах и подробнее объяснить их значение и границы. Мне в особенности важно дать ответ на две замечательные полемические статьи, опубликованные Россом Андерсеном (Ross Andersen) в Atlantic и Этаном Сигелем (Ethan Siegel) в Forbes. Ни Андерсен, ни Сигель не согласны с моими аргументами — и оба сумели найти на них хорошие возражения. В сущности, главное в науке (об отрицателях глобального потепления я не говорю)— это дискуссия. Оба моих оппонента очень хорошо пишут, и их скептицизм заставил меня дополнительно задуматься о наших с соавтором идеях. В целом это было весьма полезно.

Сразу же сделаю одну оговорку. Статья вышла длинноватой, так как мне пришлось уделить внимание предыстории — но без этого смысл моих аргументов мог просто потеряться. Те, кто уже знаком с уравнением Дрейка и его историей, могут пропустить следующий раздел.

Предыстория вопроса

В 1961 году астроном Фрэнк Дрейк (Frank Drake) организовывал конференцию, посвященную возможностям для межзвездной коммуникации. Дрейк решил начать с простой постановки вопроса: сколько сейчас в галактике существует инопланетных цивилизаций (назовем их экзоцивилизациями)? Чтобы облегчить обсуждение, Дрейк выделил семь параметров, каждый из которых соответствовал одному аспекту проблемы, и включил их как факторы в уравнение, определяющее общее число существующих экзоцивилизаций (N). Уравнение Дрейка выглядит следующим образом.

R* в нем — количество звезд, образующихся в год в нашей галактике; fp — доля звезд, обладающих планетами; ne — среднее количество планет на каждую звезду, находящихся в так называемой обитаемой зоне (т. е. обладающих благоприятными для зарождения жизни условиями); fl — доля планет, на которых возникает жизнь; fi — доля обитаемых планет, на которых возникает разум; fс — доля планет, на которых развиваются продвинутые технологические цивилизации. Последний (и самый проблемный!) фактор — это L, средний срок жизни технологической цивилизации.

Уравнение Дрейка считается одним из ключевых инструментов для изучения вопроса о жизни во вселенной. В течение последних 50 лет оно служило опорной точкой для астрономов, занимающихся этой проблемой.

При этом нужно заметить, что в 1961 году, когда Дрейк составлял свое уравнение, хоть что-то было известно только о первом факторе — количестве звезд, образующихся в год. Все остальные параметры были неизвестны. Это означало, что долгое время, ученые, пользовавшиеся уравнением Дрейка, могли только строить догадки об их значениях. Оптимисты выбирали варианты, ведущие к высоким значениям N, пессимисты — варианты, ведущие к низким значениям. Это было вопросом вкуса.

Однако потом произошла экзопланетная революция. В последние 20 лет астрономические открытия изменили наши представления о планетах, вращающихся вокруг других звезд. Попутно определились значения двух следующих членов уравнения Дрейка (fp и ne). Оказалось, что планеты есть везде. Почти у каждой звезды на небе имеется, по крайней мере, одна планета.

Новые идеи

Мы с Вуди решили воспользоваться этим гигантским скачком и сделать то, чего, насколько нам известно, до сих пор никто не делал — сказать, опираясь на новые данные, что-то более определенное об экзоцивилизациях.

Для этого мы изменили ключевой вопрос. Классическое «Сколько сейчас существует экзоцивилизаций?» мы заменили на «Сколько экзоцивилизаций существовало когда-либо?» Этот подход позволил нам проигнорировать L — фактор срока жизни, — а также переосмыслить три неизвестные вероятности, связанные с жизнью (fl, fi, and fс). Вместо того, чтобы рассматривать их по отдельности, мы их объединили. Это означало, что нас интересует все вместе — весь процесс от возникновения жизни до создания продвинутой цивилизации. Наш новый фактор мы назвали «биотехнической вероятностью» — fbt. Речь, фактически, идет о произведении тех же самых трех неизвестных из уравнения Дрейка. На языке математики это выглядит как fbt = fl * fi * fс.

Такой взгляд на проблему — с использованием новых данных об экзопланетах и преобразованием формулы — обеспечивает эмпирическое ограничение для вопроса, на котором уравнение Дрейка обычно не фокусируется. Вот этот вопрос:

Какой должна быть биотехническая вероятность для одной планеты, чтобы мы были единственной цивилизацией, когда-либо существовавшей в истории вселенной?

С учетом данных по экзопланетам, мы получили результат: 10-22 или один к десяти миллиардам триллионов. Мы называем эту цифру «чертой пессимизма». Толковать ее можно по-разному.

Во-первых, представьте себе много-много планет, находящихся в обитаемой зоне — то есть планет, орбиты которых допускают существование воды в жидкой фазе. Согласно нашим выводам, человечество будет уникальным явлением только в том случае, если для того, чтобы найти экзоцивилизацию, вам придется обыскать десять миллиардов триллионов планет.

Во-вторых, нужно понимать, что до нас никто не мог сказать, что в данном случае означает слово «пессимизм». Считать ли «пессимистической» fbt на уровне единицы к миллиону или к миллиарду? До выхода нашей статьи не было четкой границы, за которой значения связанных с жизнью переменных уравнения Дрейка означали бы, что мы в полном смысле этого слова одиноки в этом мире. Однако мы с Вуди выяснили, что в том случае, если природа в своей безграничной мудрости выбрала значение менее одного к десяти миллиардов триллионов, мы окажемся единственной цивилизацией в истории вселенной. Но если она выбрала значение, превышающее десять миллиардов триллионов, значит жизнь, интеллект и цивилизация уже существовали до нас.

Критика

Один к десяти миллиардам триллионов — это очень мало. Как я писал в New York Times, исходя из этого, можно предположить, что до нас, скорее всего, существовали экзоцивилизации — и, возможно, их было много. Я счел этот вывод наиболее логичным.

Однако не все со мной согласились. Одно из принципиальных возражений, выдвинутых моими оппонентами, заключалось в том, что, хотя 10-22 — это, действительно, мало, существования экзоцивилизаций это не доказывает. В частности, Андерсену особенно не понравилась фраза: «…[C]тепень пессимизма, необходимая для того, чтобы сомневаться в существовании на том или ином отрезке времени продвинутой внеземной цивилизации, противоречит здравому смыслу».

В этом я вынужден согласиться с критикой. Мне не следовало говорить о расхождениях со здравым смыслом. Несмотря на то, что «черта пессимизма» пролегает очень низко, вполне допустимо предполагать, что мы — уникальное явление в истории вселенной. В сущности, единственное эмпирически обоснованное суждение, которое имеем право вынести мы с Вуди, выглядит так: мы можем с уверенностью сказать, где проходит черта пессимизма (один к десяти миллиардам триллионов). При имеющихся данных вполне можно составить рациональную теорию, утверждающую, что реальное значение биотехнической вероятности меньше 10-22.

Однако в том, как интерпретировать наш результат, мы с Андерсеном и Сигелем расходимся. Во-первых, я не согласен с тем, что идея биотехнической вероятности как-то скрывает тот факт, что все связанные с жизнью переменные уравнения Дрейка теоретически могут быть крайне малы. Статья в Atlantic была озаглавлена (впрочем, далеко не факт, что Андерсен имеет какое-либо отношение к этому заголовку) «Математические игры не делают инопланетян реальностью». Меня это изрядно рассмешило, потому что никаких «математических игр» в нашей работе нет.

Хотя изначально мы ставили перед собой более сложную задачу, в итоге все упростилось. Мы просто учли количество планет, находящихся в обитаемой зоне, в обозримой вселенной. Следует отметить, что наша «черта пессимизма» не игнорирует возможные малые значения отдельных переменных. Мы их все учли.

Вот как это работает.

Во-первых, предположим, что мы считаем вероятность зарождения жизни на планете в обитаемой зоне равной одному к миллиону (fl = 10-6), вероятность зарождения разума — тоже равной одному к миллиону (fi =10-6) и вероятность создания этой разумной жизнью технологической цивилизации — точно такой же (ft = 10-6). Это означает биотехническую вероятность, равную одному к миллиону триллионов (10-6 * 10-6 * 10-6 = 10-18). Как видите, никаких фокусов. Таким образом, любые аргументы о низкой вероятности возникновения жизни или развития разума или создания цивилизации теряют значение — все это уже включено в понятие биотехнической вероятности.

Отметим, что значения переменных, приведенные в приведенном абзаце, означали бы, что в истории вселенной имелось 10 000 экзоцивилизаций.

Кроме того, хотя нам, безусловно, пока хватает данных только на то, чтобы провести черту пессимизма, сама история споров вокруг уравнения Дрейка обеспечивает нас богатым материалом, позволяющим глубже обдумать наши результаты. Хотя многие утверждали, что экзоцивилизации должны быть редким явлением, они почти никогда напрямую не объяснили, что значит «редкий» в данном контексте. При этом если посмотреться внимательнее, зачастую те, кто говорил о редкости, на деле подразумевали частоту, на несколько порядков превышающую 10-22 — нашу черту пессимизма.

Это просто показать на одном широко известном примере. В 1983 году физик Брэндон Картер (Brandon Carter) выдвинул исключительно остроумный аргумент против экзоцивилизаций, основанный на данных о том, что для возникновения на Земле разума потребовалось время, сравнимое с возрастом Солнца. Исходя из этого факта, он заключил, что для того, чтобы создать разум, эволюция совершила ряд «трудных шагов, каждый из которых был крайне маловероятен.

Предположив, то таких эволюционных «шагов» было десять, он подсчитал, что полная вероятность возникновения экзоцивилизации равняется 10-20. По его мнению, этого вывода «более чем достаточно, чтобы убедиться, что наш уровень развития уникален для наблюдательной вселенной».

Однако это не так! Наша «черта пессимизма» предполагает, что расчет Картера оставляет возможность для существования сотни экзоцивилизаций. Картер полагал, что он занимает гиперпессимистическую позицию, но в действительности он оказался оптимистом. Следует также отметить, что современные исследователи считают, что «трудных шагов» было всего пять (если они были вообще). С учетом других цифр, которые приводил Картер своей работе, речь, в таком случае, пойдет о вероятности равной 10-10. В сочетании с нашей «чертой пессимизма» это означает возможное существование — в разное время —триллиона экзоцивилизаций. (Не будем также забывать, что такие авторы, как Марио Ливио (Mario Livio) приводят аргументы, подрывающие самые основы гипотезы Картера).

Разумеется, вполне возможно выстроить модель, вероятность в которой будет намного ниже «черты пессимизма», и в рамках этой модели мы будем единственной экзоцивилизацией, которая когда-либо существовала. Однако тут мы и переходим к основному — на мой взгляд — значению полученных нами результатов.

Вероятность, обсуждаемая нами, — не абстракция. Это не просто цифра. Речь идет о вполне реальном явлении — о десяти миллиардах триллионов планет, находящихся в подходящих для разумной жизни, местах. В каждом из этих миров ветра могут дуть над горами, в долинах могут подниматься туманы, могут плескаться моря и течь реки. (Заметим, что в нашей солнечной системе в обитаемой зоне находятся две планеты — Земля и Марс, — и на обеих есть ветра, моря и реки). Если держать этот образ в голове, можно увидеть нечто примечательное — а именно, что «черта пессимизма», фактически, представляет десять миллиардов триллионов экспериментов природы с планетами и жизнью.

Вот почему последствия наших результатов заслуживают дополнительного изучения. В 20 веке основным механизмом формирования планет долгое время считали сближение звезд. Теперь наши представления изменились, и мы можем эмпирически провести «черту пессимизма». А так как она оказалась крайне низкой (или, наоборот, число планет в обитаемой зоне оказалось большим), это означает, что теперь бремя доказательства ложится на гиперпессимистов. Вселенная повторяла свой эксперимент множество раз. Поэтому, если вы хотите доказать, что Земля уникальна, вам придется объяснить, что именно может настолько мешать развитию технологического интеллекта.

При этом любые аргументы гиперпессимистов уравновешиваются тем фактом, что в последнее время появилось немало оснований считать вероятность возникновения жизни и интеллекта сравнительно высокой. Эти выводы отчасти связаны с успехами биологии. Например, Вэньтао Ма (Wentao Ma) и его соавторы с помощью компьютерного моделирования продемонстрировали, что первые реплицирующиеся молекулы могли быть короткими нитями РНК, легко формировавшиеся и быстро «вытесненные» ДНК. В свою очередь нейробиолог Лори Марино (Lori Marino) полагает, что человеческий интеллект развился на основе долгое время существовавших на Земле когнитивных структур. Соответственно, интеллект нашего типа более не следует полностью отделять от того, что было до него. Он — особое явление, но не настолько.

Соответственно, скептики полностью правы в том, что до получения новых данных мы должны формально придерживаться в вопросе об экзоцивилизациях полного агностицизма. Невозможно присвоить вероятность неизвестному процессу. Однако остановиться на этом — значит проигнорировать научный и исторический прогресс. Астробиология, наука, изучающая жизнь во вселенной, сильно продвинулась вперед благодаря успехам, которых человечество достигло в изучении нашего мира, других миров нашей солнечной системы и — что немаловажно — недавно открытых экзопланет. Наше с Вуди Салливаном исследование тесно связано с этим расширением астробиологического горизонта. В сумме наши выводы, на мой взгляд, означают, что большинство пессимистов (в рассматриваемом нами вопросе), на самом деле, — оптимисты, а оставшиеся гиперпессимисты, мягко говоря, в корне неправы.

Под конец хотел бы отметить, что наше исследование ничего не говорит о существовании цивилизации в настоящий момент. Мы обсуждаем что-то вроде археологии экзоцивилизаций. Если продолжительность жизни цивилизации (L) — ключевой фактор в уравнении — невелика, то наша галактика Млечный путь в текущую космическую эпоху, возможно, пустует (если не считать нас, разумеется).

Адам Франк — сооснователь блога 13.7, преподаватель астрофизики в Рочестерском университете, автор книг и самопровозглашенный «евангелист науки».