Дэйв Голдберг - Вселенная. Руководство по эксплуатации

• Название: Вселенная. Руководство по эксплуатации
• Автор: Дэйв Голдберг
• Издательство: ООО «Издательство ACT»
• Жанр: Физика
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-17-062989-3

Книга «Вселенная. Руководство по эксплуатации» — идеальный путеводитель по самым важным — и, конечно, самым упоительным — вопросам современной физики: «Возможны ли путешествия во времени?», «Существуют ли параллельные вселенные?», «Если вселенная расширяется, то куда она расширяется?», «Что будет, если, разогнавшись до скорости света, посмотреть на себя в зеркало?», «Зачем нужны коллайдеры частиц и почему они должны работать постоянно? Разве в них не повторяют без конца одни и те же эксперименты?». Юмор, парадоксальность, увлекательность и доступность изложения ставят эту книгу на одну полку с бестселлерами Г. Перельмана, С. Хокинга, Б. Брайсона и Б. Грина! Настоящий подарок для всех, кого интересует современная наука, — от любознательного старшеклассника до его любимого учителя, от студента-филолога до доктора физико-математических наук!

---

Не хотим вас огорчать, но пока что поиски внеземных цивилизаций не принесли ничего такого, о чем стоило бы рассказать приятелям за чашкой чая.

Представьте себе, что когда-нибудь SETI обнаружит внеземную цивилизацию, а она — ура! — окажется у нас буквально на заднем дворе. Предположим, мы захотим послать экспедицию к ним на Альфу Центавра, которая находится примерно в 4 (ну, в 4,3 — но это мелочи) световых годах от Земли. Можем ли мы это сделать? На самом деле, конечно, нет, но не произойдет ничего страшного, если мы посмотрим, чем нам могла бы помочь инженерия научно-фантастического толка.

Двигателей деформации пространства для путешествий со скоростью больше скорости света у нас нет, поскольку это полная чушь, и мы не будем даже затевать разговоры о том, как непрактично было бы устраивать кротовую нору. Кроме того, мгновенно разогнаться до 99 % скорости света мы бы не могли, даже если бы обладали соответствующей технологией: нас бы размазало перегрузками! Скажем, наш звездолет разгоняется с ускорением всего в 1 g, то есть с ускорением свободного падения на Земле. Будем лететь с полным комфортом. Первую половину пути нас будет тянуть к корме звездолета, но благодаря темпам ускорения искусственная гравитация будет казаться вполне земной. Вторую половину пути, когда мы будем замедляться, «низом» станет нос корабля. Есть еще вопрос энергии. Даже если бы наш звездолет состоял из одной кабины, в которой хватало бы места только на одного человека[127], чтобы разогнаться до нужной скорости, потребовалось бы столько энергии, сколько потребляют все США за три месяца.

Но если отбросить все эти мелкие технические трудности, сможем ли мы добраться до альфы Центавра еще при нашей жизни?

Пожалуйста. Опустим вычисления и скажем, что на первый световой год уйдет всего около 1,7 года, а на второй — примерно 1,1 года. На полдороге мы будем лететь со скоростью 94 % скорости света. Конечно, в этот момент нам надо будет замедлиться с ускорением в 1 g, иначе мы прибудем к месту назначения с околосветовой скоростью и разобьемся в лепешку. В целом путешествие займет около 5,6 года. Для научной фантастики цифра не слишком впечатляющая, но определенно реальная[128].

Но есть одна трудность: время, проведенное в космосе, — это время, которое отмеряют наши друзья, оставшиеся на Земле. Как мы видели в главе 1, когда мы путешествуем со скоростью, составляющей ощутимую долю скорости света, время замедляется. Согласно часам члена экипажа, путь займет всего 3,6 года — меньше четырехлетнего минимума, который можно было бы ожидать, если учесть, что Альфа Центавра находится в 4 световых годах от нас. Да-да, мы не ошиблись: мы будем лететь со скоростью меньше скорости света, но на такой громадной скорости искажаются и пространство, и время. Из-за эффекта расширения времени мы, в принципе, успели бы за свою жизнь долететь и до более далеких звезд. Беда в том, что для всех остальных время идет как положено, и они, вероятно, не станут нас дожидаться.

Стоит ли питать надежды? Ферми, очевидно, считал, что да, но он заключил, что пришельцы прилетят из любой галактики во Вселенной. Было бы реалистичнее полагаться только на нашу Галактику. Мы можем опереться на те статистические выкладки, о которых столько говорили, чтобы подсчитать, какова вероятность обнаружить внеземную цивилизацию. Фрэнк Дрейк, один из основателей SETI, в 1960-х годах сформулировал вероятностный подход к тому, живут ли в нашей Галактике разумные инопланетяне.

Уравнение Дрейка переписывалось самыми разными способами, однако и в простейшей форме оно позволяет учесть все те ограничения, которые накладываются на развитие разумной цивилизации, и перемножить их.

1. Сколько в галактике звезд?

2. Какая их доля обладает планетами?

3. На какой доле планет возможна жизнь?

4. На какой доле этих планет жизнь и в самом деле зародится?

5. Если там развилась жизнь, какова вероятность, что она в конце концов станет разумной?

6. Какова вероятность, что эта разумная жизнь решит транслировать в космос сигналы о своем существовании?

7. Сколько примерно просуществуют такие цивилизации?

На первые несколько вопросов можно ответить вполне точно, но когда мы доберемся до нижней части списка, останется только строить догадки — причем необоснованные. Однако мы с помощью орудий своего ремесла сумеем сделать вполне точные оценки.

Начнем с самого легкого вопроса — с первого. Ответ на него вполне позволяет думать, будто в Галактике очень много разумной жизни. Ведь в нашей галактике Млечный Путь имеется около 10 миллиардов звезд, а средняя звезда живет десятки миллиардов лет. Каждый год за время существования нашей Галактики в среднем образуется 10 новых звезд, и каждая звезда — это возможность зарождения новой цивилизации. Однако мы не знаем, у какого количества звезд появятся солнечные системы вроде нашей. А мы совершенно точно знаем, что любой жизни нужна планета, которую можно назвать домом.

II. Сколько существует планет, пригодных для обитания?

В те времена, когда была основана организация SETI, мы знали о существовании ровно девяти планет, все как одна — в пределах нашей Солнечной системы. Поскольку Плутон впоследствии был понижен в звании до «карликовой планеты», а на всех остальных или жарко, или холодно, или они сделаны из газа, возникало искушение сказать, что перспективы найти другую цивилизацию или планету-колонию (если мы в конце концов окончательно загадим свою) весьма и весьма туманны. Не то чтобы мы были уверены, будто у других звезд планет нет. Просто мы их к тому времени еще не обнаружили[129].

Все изменилось в конце 1980-х — начале 1990-х годов, когда планеты начали открывать направо и налево. Обычно планеты мы открываем, поглядев на звезду; планеты вертятся вокруг своего солнца, а солнце, строго говоря, тоже вертится вокруг планет, хотя и очень слабо. Если планета достаточно массивна и достаточно близка к своей звезде, то звезда чуть-чуть колеблется при каждом проходе планеты по орбите — и это можно измерить, чтобы определить массу планет.

Мы даже сумели прямо пронаблюдать кое-какие из свежеоткрытых планет. В 2008 году группы ученых из Беркли и университета Герцберга в Британской Колумбии засняли изображения планетарных систем, известных как Фомальгаут-b и HR 8799 соответственно. Но не думайте, будто нам показали фотографии роскошных пляжей и городских пейзажей. Каждое фото размером всего в один пиксель. Более того, эти экзопланеты не назовешь туристскими местечками. Все они гораздо массивнее Юпитера и, скорее всего, состоят из газа.

В начале 2009 года НАСА запустило спутник «Кеплер». Этот инструмент будет последовательно наблюдать около 100 тысяч звезд и высматривать признаки планет, вращающихся вокруг них. Когда планета проходит перед своей звездой, свет звезды чуть-чуть тускнет. Поскольку это периодический эффект, то такое потускнение позволяет вычислить продолжительность планетарного года, размер планеты, расстояние до звезды и другие основные свойства.

Пока что мы обнаружили вне Солнечной системы больше 300 планет, и, по грубым оценкам, планеты есть примерно у 15 % звезд, причем у многих не по одной, а больше. Однако подавляющее большинство обнаруженных до сих пор планет гораздо больше похожи на Юпитер, чем на Землю, и там отнюдь не курорт, если вы, конечно, не особый любитель плавать в гигантской газовой сфере, состоящей из водорода.

Нам бы, конечно, хотелось обнаружить каменную планету — «земного типа», как говорят знающие люди. Это очень непросто. Поскольку планеты земного типа гораздо менее массивны, чем газовые гиганты, они заставляют свою звезду колебаться гораздо меньше, поэтому их куда как труднее обнаружить, чем их более крупных сестер-юпитерианок. Но мы над этим работаем. Есть надежда, что спутник «Кеплер» обнаружит множество Земель, просто мы не знаем, сколько именно. Спутник сконструирован так, что везучая инопланетная цивилизация, создавшая свой вариант «Кеплера», сможет засечь Землю.

Но зачем дожидаться результатов с «Кеплера»? В главе 6 мы говорили о феномене «гравитационных линз», при котором свет отдаленных галактик увеличивается и искажается гравитационным полем галактики или скопления галактик, которые находятся между нами и ими. Увеличить дальний свет способна любая масса, так что в течение нескольких десятилетий астрономы наблюдали эффект «микролинз», когда звезда или другой объект проходит между Землей и далекой звездой. Далекая звезда в течение нескольких дней или недель становится ярче, а потом снова тускнеет. Таким образом мы можем зарегистрировать любую массу, в том числе и планеты, но для этого нам должно крупно повезти. В 2005 году эксперимент с оптическими гравитационными линзами (Optical Gravitational Lens Experiment, или OGLE — умеренного качества шутка, если учесть, что ogle означает «пялиться»), наблюдая звезду, зарегистрировал крошечный лишний сигнал. Он засек планету, которая похожа на Землю больше всех открытых до сих пор планет и обладает массой всего в 5,5 раза больше земной. Однако мы, к сожалению, не можем жить на OGLE-2005-BLG390-Lb (так уж ее прозвали), поскольку на ее поверхности стоит мороз в -200 градусов по Цельсию.