о возможностях связи С ВНЕЗЕМНЫМИ ЦИВИЛИЗАЦИЯМИ

о возможностях связи С ВНЕЗЕМНЫМИ ЦИВИЛИЗАЦИЯМИ
л. м. гиндилис, кандидат физико-математических наук
Происхождение и развитие разумной жизни во Вселенной — одна из величайших проблем естествознания, имеющая важнейшее научное и мировоззренческое значение. Одиноки ли мы во Вселенной, существуют ли где-нибудь в ее бескрайних просторах разумные существа и можно ли установить с ними контакт? Эти вопросы издавна волновали наиболее пытливые умы человечества.
До последнего времени установление связи с внеземными цивилизациями казалось технически невыполнимым, и обсуждение этой проблемы относилось главным образом к сфере фантастики. Теперь, благодаря поразительным успехам радиофизики, радиоастрономии и кибернетики появились реальные предпосылки для теоретических исследований и экспериментов в этом направлении. О некоторых из них мы и расскажем в данной статье.
1.            СКОЛЬКО ЦИВИЛИЗАЦИЙ ВО ВСЕЛЕННОЙ
Возможности связи зависят от расстояния между цивилизациями, а это определяется масштабом Вселенной и числом цивилизаций в ней. Современным астрономическим инструментам доступна область радиусом около 10 млрд, световых лет. В этой части Вселенной находится 1010 галактик, или около 1021 звезд. Было бы крайне удивительно, если бы среди гигантского количества звезд только около одной из них— ничем непримечательной звезды — нашего Солнца — могла возникнуть жизнь и развиться разум.
В настоящее время никто уже не сомневается, что единственной обитаемой, т. е. населенной разумными существами, планетой солнечной системы является Земля. Что касается жизни в других планетных системах, вблизи других звезд, то на этот счет мы еще не располагаем достоверными данными. Число обитаемых миров зависит от ряда астрономических, биологических и социальных факторов. Последние понимаются в космическом масштабе, так что следует говорить о космической биологии и космической социологии.      ^
Рассмотрим для примера нашу Галактику. Пусть А — общее число звезд в ней, а Ас — число цивилизаций, существующих одновременно с нами. Тогда можно записать:
Ас = АА^/со/^о/ (*с).    (1)
Здесь*&1 — ^фактор, учитывающий наличие планетных систем (ААл — число планетных систем в Галактике); к2 — фактор, учитывающий планетные системы с подходящими для возникновения жизни условиями (для оценки этого фактора надо знать, какие условия необходимы для возникновения жизни, что такое жизнь в более широком плане, если не ограничиваться известными на Земле формами жизни). Таким образом, по своему характеру к2 — это смешанный астрономо-биологический фактор; рх — вероятность возникновения жизни на планете с подходящими условиями. Если полагать, что возникновение жизни — это динамически закономерный процесс, исключающий элемент случайности, и что при наличии необходимых условий жизнь обязательно должна возникнуть (а так думают многие ученые), то следует принять рх = 1; р2 — вероятность того, что в процессе эволюции живой материи на данной планете возникают разумные существа, способные объединиться в общество и создать свою цивилизацию; 1С — продолжительность жизни технологически развитых цивилизаций. Относительно этой величины существуют две противоположные точки зрения. Согласно одной из них время жизни технологически развитых цивилизаций существенно ограничено — порядка нескольких сотен, нескольких тысяч или, может быть, нескольких миллионов лет. Оно, во всяком случае, мало по сравнению с космическим масштабом времени Т. Это — так называемая короткая шкала жизни цивилизаций.
Согласно другой точке зрения время жизни технологически развитых цивилизаций неопределенно велико, оно может быть сравнимо только с возрастом самых старых объектов во Вселенной,
Вид функции /(Г) зависит от величины 1С\ при 1С Т (короткая шкала жизни)
/&) = -$-;
при Тс — Т (длинная шкала жизни)
где То — время, прошедшее от образования планетной системы до появления на ней технически развитой цивилизации. Если это время в среднем такое же, как для нашей цивилизации (Го — 5 млрд, лет), то
/М°(1О1'20НО.= 0'25^0'5-
Из всех перечисленных факторов в настоящее время можно более или менее надежно оценить только астрономический фактор ки Эта оценка основана на изучении скорости вращения звезд различных спектральных классов.
При переходе вдоль спектральной последовательности от звезд типа О к звездам М температура поверхностных слоев меняется непрерывно. Непрерывно меняются и другие характеристики звезд, например, их масса, светимость и пр. А вот скорость вращения меняется непрерывно только для звезд ранних спектральных классов от О до Г2. Около класса Г2 скорость вращения резко, почти скачком уменьшается. Экваториальные области звезд более горячих, чем Г2, вращаются со скоростью больше 100 км/сек. Звезды более поздних спектральных классов ОК, М практически совсем не вращаются, их экваториальная скорость несколько километров в секунду. Создается впечатление, что звезды этих спектральных классов в процессе своего развития в силу каких-то причин потеряли первоначальный момент количества движения, вследствие чего их скорость существенно замедлилась.
Любопытно, что величина потерянного момента для звезд типа Солнца соответствует моменту количества движения нашей планетной системы. Отсюда можно сделать весьма правдоподобный вывод, что потеря момента количества движения связана с образованием планетных систем около звезд на определенной стадии их эволюции. Возможный механизм передачи мо- меша количества движения от звезды к образующимся планетам, в котором роль переносчика играет магнитное поле, предложен английским астрофизиком Хойлем. Если эти представления правильны, то можно предполагать наличие планетных систем у всех звезд, спектральные классы которых более поздние, чем Г2. Этому условию удовлетворяет подавляющее большинство звезд Галактики, т. е. фактор кг в формуле (1) должен быть близок к единице.
Другой важный аргумент в пользу большого числа планетных систем в Галактике — обнаружение темного спутника у знаменитой «Летящей звезды Барнарда». Она называется так потому, что по сравнению с другими звездами очень быстро перемещается по небесной сфере; угловое перемещение или, как говорят астрономы, собственное движение «Летящей звезды Барнарда» составляет более 10" в год. Столь значительное собственное движение указывает на то, что эта звезда находится очень близко от солнечной системы. Действительно, «Летящая звезда Барнарда» — это третья по близости к нам (после Проксимы и Альфы Центавра): расстояние до нее равно 1,8 парсека, или около шести световых лет. По физическим характеристикам «Летящая звезда Барнарда» — красный карлик спектрального класса М5 с массою 0,15 массы Солнца. Американский исследователь Ван де Камп обнаружил, что собственное движение этой звезды имеет периодические колебания, обусловленные наличием невидимого
темного спутника (рис. 1). Масса спутника всего в 1,5 раза больше массы Юпитера. Такое тело не может быть самосветящимся. Это, вероятно, планета-гигант, обращающаяся вокруг своей звезды по сильно вытянутой орбите.

Эллипс изображает орбиту спутника. Положение звезды схематически представлено точкой внутри окружности. Окружность — граница оптического изображения звезды на фотопластинке, размеры которого определяются в основном рассеянием фотоэмульсии и не отражают истинных размеров звезды

С другой стороны, как справедливо заметил проф. Б. В. Кукаркин, это может быть не одно тело, а система нескольких планет, подобная нашей солнечной системе. Если периоды обращения планет хотя бы приближенно соизмеримы, то это приведет к периодическому движению звезды около центра тяжести системы с периодом, равным периоду биений, как если бы это движение вызывалось наличием одного невидимого спутника с таким периодом обращения. В качестве иллюстрации Б. В. Кукаркин рассмотрел, как выглядела бы наша солнечная система при наблюдении с другой звезды. Оказалось, что из анализа собственного движения Солнца предполагаемые астрономы с другой звезды могли бы заключить о наличии около Солнца одной планеты-гиганта с периодом обращения около 60 лет. Объяснение этому можно найти в приближенной соизмеримости периодов обращения Юпитера и Сатурна — двух наиболее массивных планет солнечной системы: пять периодов обращения Юпитера составляют 59,3 года, два периода Сатурна — 58,9 года.
Рассмотренные аргументы не являются, конечно, строгим доказательством существования планетных систем у многих звезд. Однако они показывают, что есть веские основания для такого предположения. Большинство исследователей считает, что планетные системы весьма распространены в Галактике и число их может достигать ста миллиардов (&1 — 1).
Разумеется, не все планеты пригодны для возникновения жизни. Оценить число планет с пригодными для жизни условиями — довольно трудная задача, хотя бы потому, что нам ничего не известно о тех формах жизни, которые могут развиваться на других планетах. Мы не будем останавливаться на этом вопросе. Подробности читатель может найти в превосходной книге И. С. Шкловского «Вселенная, жизнь, разум», в книгах А. И. Опарина и В. Г. Фесенкова «Жизнь во Вселенной» и X. Шепли «Звезды и люди». Приводимые там оценки для фактора к2 лежат в пределах от 10"6 до 0,06. Отсюда число планет в Галактике с пригодными для жизни условиями составляет от 105 до 1010.
Остается еще один главный и самый трудный вопрос: на скольких из этих планет жизнь достигла такого развития, при котором могли появиться разумные, мыслящие существа? Можно полагать, что возникновение разумной жизни во Вселенной — закономерный процесс развития материи. Однако, как подчеркивает проф. И. С. Шкловский, это вовсе не означает, что эволюция живой материи на каждой планете должна непременно привести к возникновению Разума. Возможность подобного исхода эволюции несомненно существует, на Земле эта возможность превратилась в действительность, по-видимому, реализована она и на некоторых других планетах, но не обязательно на всех. Причина этого обстоятельства, как справедливо заметил проф. А. А. Нейфах, может заключаться, например, в различных сроках эволюции. Так, даже незначительное отличие физических условий на других планетах по сравнению с земными может, по мнению А. А. Нейфаха, увеличить сроки эволюции на один—два порядка; в этом случае на эволюцию потребуется время большее, чем возраст самых старых объектов во Вселенной.
Таким образом, существует определенная, отличная от нуля, но не обязательно равная единице вероятность р2 того, что на какой-нибудь неизвестной планете, где уже возникла жизнь, она за несколько миллиардов лет эволюции приведет к появлению разумных мыслящих существ. Оценить эту вероятность и, следовательно, определить число цивилизаций в Галактике при современном уровне знаний не представляется возможным. Можно лишь указать верхнюю границу этой величины, положив вероятность р2, а также р±, равными единице. Тогда число цивилизаций в Галактике будет равно числу планет с пригодными для жизни условиями (105 — 1010).
Для проблемы связи с другими цивилизациями представляют интерес не все цивилизации, которые когда-либо существовали в нашей
Галактике, а только те, которые существуют одновременно с нашей. Важную роль здесь играет время жизни 1С технологически развитых цивилизаций. Примем в качестве верхней границы Мкгкъ = 1010; рх = р2 — 1. Тогда из формулы (1) следует: а так как Т ~ 1010, то 7УС ¦— *с, т. е. число цивилизаций в Галактике, существующих одновременно с нами, в этом наиболее благоприятном случае по порядку величины равно выраженной в годах продолжительности 1С их существования. Например, при 1С = 106 лет максимальное число цивилизаций в Галактике — порядка одного миллиона.
Согласно оценке X. Шепли, число цивилизаций составляет не менее одной на 1012 звезд, т. е. не менее одной цивилизации на пять соседних галактик; наиболее оптимистическая оценка X. Шепли: одна цивилизация на 106 звезд, т. е. порядка 105 цивилизаций в Галактике. Если учесть перечисленные трудности, неопределенность этих оценок не должна удивлять читателя. В конечном счете этот важный вопрос должен быть решен экспериментально. К анализу экспериментальных возможностей мы теперь и переходим. Предварительно рассмотрим, какие расстояния между цивилизациями можно ожидать при различных предположениях о величине АГС.
Можно показать, что среднее расстояние (I между цивилизациями равно:
й=4Щ/3’              (2)
где с?0 — среднее расстояние между соседними звездами.
Полагая с?о = 7 световых лет, получим значения й, приведенные в 3-м столбце табл. 1.
Таблица 1
Расстояние между цивилизациями в зависимости от числа цивилизаций в Галактике
N                            а
(в световых годах)        N                            а
(в световых годах)
Ю2         109         32           106         105         700
103         108         70           107         104         1500
104         107         150         108         103         3200
105         106         320         109         102         7000

 

На основе этой таблицы и приведенных выше данных о возможном числе цивилизаций в Галактике можно заключить, что расстояние между цивилизациями не меньше нескольких сотен, а скорее даже больше тысячи световых лет.

2.            ТИПЫ КОНТАКТОВ МЕЖДУ ЦИВИЛИЗАЦИЯМИ
Принципиально возможны следующие типы контактов между цивилизациями: а) непосредственные контакты или взаимные посещения; б) контакты по каналам связи; в) контакты смешанного типа, т. е. посылка в район изучаемой планетной системы автоматических устройств, производящих изучение этой системы по заданной программе, причем полученная информация может передаваться по каналам связи или храниться в памяти до возвращения. Следует сразу же подчеркнуть, что единственным практически осуществимым каналом связи, о котором можно серьезно говорить в настоящее время,— это связь при помощи электромагнитных волн, причем наиболее выгодный диапазон электромагнитных волн — область радиоволн. Таким образом, наряду с другими типами контактов мы должны обсудить возможность радиосвязи между цивилизациями. Радиосвязь может быть двусторонней (диалог между цивилизациями) и односторонней — передача информации другим цивилизациям.
Типы контактов зависят от расстояния между цивилизациями. При обсуждении этого вопроса следует иметь в виду, что в природе невозможно никакое сообщение со скоростью, превышающей скорость света. На малых расстояниях, скажем, меньше 100 световых лет, вероятно, возможны все три типа контактов. При больших расстояниях время установления контакта слишком велико, и это накладывает определенные ограничения на возможности связи.
Непосредственные контакты становятся возможными только при движении космических кораблей с околосветовыми скоростями. Течение времени на таком корабле существенно замедляется, так что космонавты за время своей жизни могут достигнуть самых отдаленных областей Вселенной. Например, по расчетам Сагана, полет к ближайшим звездам на корабле, который движется равномерно-ускоренно с ускорением § = 10 м/сек2 до половины пути, а затем начинает тормозиться с аем же ускорением, займет несколько лет; полет к центру Галактики — 21 год, к туманности Андромеды — 28 лет. Так как ускорение может в несколько раз превышать §, то и такое расстояние — не предел.
Полеты космических кораблей с околосветовыми скоростями сопряжены с огромными трудностями. Это связано с одной стороны, с проблемой энергетики двигателей для обеспечения околосветовой скорости, а с другой, о проблемой взаимодействия корабля с космической средой (межзвездная пыль и газ) при субсветовой скорости. Иногда высказывают мнение, что эти трудности непреодолимы и поэтому перелеты на межзвездные расстояния невозможны.
Мы не думаем, что такой категорический вывод неизбежен. Тем не менее возможности непосредственных контактов между цивилизациями при больших расстояниях ограничены. Дело в том, что замедление времени, о котором говорилось выше, относится только к собственному времени космического корабля. На материнской планете темп течения времени остается, конечно, прежним. Поэтому, когда космонавты возвратятся, например, из путешествия от Солнца к центру Галактики, пройдет около 60 000 лет. За это время пославшее их общество уйдет так далеко вперед в своем развитии, что полученная в экспедиции информация вряд ли будет представлять ценность. Ясно, что с увеличением расстояния между цивилизациями значение непосредственных контактов и их роль неизбежно ослабевают. Вряд ли можно говорить о контакте этого типа, когда время установления его (или расстояние й между цивилизациями, выраженное в световых годах) превышает время жизни цивилизаций 1С. То же самое относится к двусторонней радиосвязи.
Двусторонняя радиосвязь возможна между сравнительно близкими цивилизациями. Это не значит, что двусторонняя радиосвязь должна быть ограничена расстоянием, которое позволит завершить диалог при жизни одного поколения. В различных формах человеческой деятельности, и прежде всего в науке, можно прйве- сти многочисленные примеры, когда предпринимаются исследования, окончания которых могут дождаться только последующие поколения. Эту мысль в применении к межзвездным полетам неоднократно подчеркивал Ф. Жолио-Кю- ри. Вместе с тем нельзя отрицать того, что при весьма значительных расстояниях (порядка миллиона световых лет и более) двусторонние контакты практически мало целесообразны, а при короткой шкале жизни цивилизаций они могут быть вообще невозможны. Уже при расстоянии свыше 100 световых лет ожидание ответа становится слишком длительным. Можно полагать, что в этом случае диалог между цивилизациями будет целесообразен только по вопросам исключительной важности, когда несколько сотен лет ожидания ответа можно считать оправданным. В этих случаях преобладающее значение начинает приобретать односторонняя радиосвязь.
Мы можем резюмировать эти соображения данными табл. 2.
Таблица 2
Типы контактов между цивилизациями
Расстояние между цивилизациями (в световых годах)           Возможные типы контактов
а < юо   Все возможные типы контактов
100 < с? < 1000  1)            односторонняя радиосвязь приобретает преобладающее значение;
2)            двусторонняя радиосвязь сохраняется только для обсуждения самых важных, кардинальных вопросов;
3)            роль взаимных посещений ослабевает
1000< с?< гс       1)            односторонняя радиосвязь;
2)            непосредственные контакты возможны, но маловероятны; если они имеют место, то это скорее односторонние, а не взаимные посещения
а-
А
О            Односторонняя радиосвязь

 

На основании этой таблицы и приведенных выше данных о вероятных расстояниях между цивилизациями, можно заключить, что односторонняя радиосвязь имеет, по-видимому, преобладающее значение. При Л 1С, а возможно, на гораздо меньших расстояниях, она становится единственным средством связи между цивилизациями. Это не должно нас удивлять. Все широковещательные радиостанции земного шара, по существу, используют этот принцип, передавая одностороннюю информацию своим слушателям. Применение этого принципа к проблеме связи между цивилизациями кажется вполне естественным, тем более, что это позволяет существенно расширить сферу возможных контактов. Даже расстояние А 1С не является запрещенным для этого типа связи: можно принимать информацию от давно погибших цивилизаций, подобно тому как мы видим свет звезд далеких галактик, излученный много миллионов, а иногда и миллиардов лет назад. Не служит ли это средством обеспечения преемственности и безграничного разлития Разума в масштабах Вселенной?
Говоря об относительной роли контактов различного типа, надо иметь в виду, что проблема межзвездных полетов для человечества может рассматриваться только в плане очень далекого поиска; между тем как современные радиотехнические средства позволяют уже сейчас регистрировать сигналы, посланные с межзвездных расстояний. Поэтому на современном этапе основное значение должна иметь радиосвязь.