Home / Жизнь / Одни ли мы во Вселенной?

Одни ли мы во Вселенной?

Кажется, что Вселенная наполнена планетами, и это очень важно для нас. Но настолько ли важно, как мы могли бы ожидать? Одни ли мы во Вселенной? С этим вопросом разбирается Калеб Шарф – директор астробиологического факультета Колумбийского университета в Нью-Йорке. Он также является автором работы Extrasolar Planets and Astrobiology (2009), за которую получил премию Chambliss Astronomical Writing Award.

Весной очень много обрядоа и обычаев, все они разнообразны. Будучи ребенком в сельской Англии, мне когда-то приходилось заниматься поиском и перемещением луковиц в почве. Я не уверен, что весной для этого было наилучшее время – с садоводческой точки зрения. Мне казалось, что, пережив зиму, эти выносливые маленькие побеги растения хотели безмятежно подождать, чтобы сперва тепло солнца проникло в слой земли над ними. Но поиск луковиц уже начался, и поэтому я начал отмахивать прошлогодние листья и робко выкалывать в богатой аллювиальной почве. Для моего маленького «я» этот участок земли казался огромным и свободным. То есть, пока я не оказался на крошечном неуступчивом скоплении, едва различимом от зернистых комков вокруг него. Я обнаружил свою первую драгоценную луковицу.

Она и вызвала у меня кратковременный всплеск оптимизма. Я потратил на поиски так мало времени, так что теперь несколько мрачная дневная деятельность превратилась в перспективную экспедицию. Там может быть огромное скопление этих скользких живых форм, скрывающихся в почве. Я представил себе, как мои грязные пальцы чувствуют их, находят их. Как мой маленький шпатель будет поднимать гордые горсти. Меня ожидали большие богатства и похвалы.

Но этого не произошло. Не было никаких других луковиц, никаких других признаков жизни. Когда я рылся руками в почве, запугивающее распространение темной земли превратилось в бесплодное пространство космических масштабов. Как это могло произойти? Если бы я нашел одну сочную луковицу всего за несколько минут, наверняка, это бы обидело других?

Инцидент с луковицами ужалил мою гордость. Его загадочное послевкусие не покинуло меня до того момента, пока меня не начало интересовать что-то новое. Но мне приходилось вспоминать об этом инциденте и во взрослой жизни. Потому что это один из самых увлекательных, сложных и разочаровывающих вопросов, ведь астробиологи – такие, как я, каждый день сталкиваются с подобными поисками, чтобы найти жизнь в других частях мира.

Существует общая связь между историей одиночной луковицы в массе почвы и головоломкой о том, являемся ли мы одинокими в космосе. До недавнего времени мы знали только одну пригодную для жизни планету в единой планетной системе. Наш дом был тем единственным пятном, одинокой луковицей в большом космическом саду, и он поднял по существу тот же вопрос: это все? Или есть что-то еще?

Мы можем себе представить, что само наше существование в этой обширной вселенной делает наличие другой жизни предрешенным или, по крайней мере, очень вероятным. Но это тщеславие глубоко вводит в заблуждение – это жертва одного из самых сложных аспектов статистического вывода и вероятности. Это оценка значимости событий, которые уже произошли, предательский ландшафт, место, где статистики знают, что нужно осторожно протекать. Потому что редкие и общие события неразличимы после того, как они произошли. И эта осторожность особенно важна для тех явлений, для которых у нас мало прецедентов (или нет вовсе). Просто то, что жизнь действительно возникла на земле сама по себе, еще ничего не говорит о том, насколько вероятно, что она может возникнуть в другом месте.

Когда я копал в саду весной, я знал, что другие луковицы существуют и в другом месте в мире. Но до недавнего времени мы не знали точно, существуют ли другие планетные системы вообще, каково их изобилие, каков потенциал «пригодных для жилья» планет. У нас, конечно, были подозрения (некоторые научные, а некоторые – нет). Но никаких доказательств, так или иначе, не было. Этот тупик разрушен самым драматичным образом и последствия необычайны по самым неожиданным причинам.

Основываясь на знаниях и убеждениях древних греческих атомистов и последователей мировоззрения Коперника, мы «играли» с понятием множества миров. Мысль о том, что Вселенная наполняется планетами и вещами, которые могут быть на них, не покидала умы человечества. Но, кроме нескольких ложных запусков, трудно было обнаружить другие миры вокруг ближайших к нашему Солнцу звезд. Окружающий космос, когда дело доходит до планет, был большой насыпью бесплодной почвы, не имеющей отношения к моему саду детства.

Все начало меняться в начале 1990-х годов. Сначала появилось подтверждение объектов размером с планету, вращающихся вокруг дальнего пульсара – быстро вращающихся, сверхплотных остатков звездного ядра. Пульсары, как правило, направляют свои импульсы излучения во вселенную с удивительной регулярностью, но импульсы этого импульса проявляют небольшие вариации, крошечные изменения с отметкой времени, которые показывают гравитационные буксиры планетных тел. Неожиданные и странные, это были первые намеки на то, что должно было произойти. Всего несколько лет спустя, в 1995 году, была обнаружена гигантская планета, вращающаяся вокруг обычной солнцеподобной звезды, известной как 51 Пегаса. Это измерение было подвигом спектроскопической детективной работы, которая регистрировала мелкие допплеровские сдвиги, индуцированные звездой под действием силы невидимого мира.

Эти новые планеты  были совершенно чуждыми. Следующие две планеты, обнаруженные вокруг других звезд, 70 Девы b и 16 Лебедя B b, также нарушили любую теорию о строении солнечных систем. Они имеют высокоэллиптические орбиты. Слишком рано строить статистику об изобилии этих «экзо» планет, но это было посланием: космос создает миры с необычайным разнообразием.

С тех пор число известных нам планет выросло и превышает несколько тысяч – может быть, больше, в зависимости от того, насколько мы уверены в наших (в основном косвенных) методах обнаружения.

Действительно, самые большие барьеры для расширения нашего каталога других миров имеют мало общего с нашими устройствами. Они больше связаны с тем, что звездная астрофизика – это грязный бизнес. Восходящее и понижающее воздействие плазмы на видимую поверхность звезды вызывает ошибки измерения и статистические шумы, которые могут скрыть тонкие эффекты окружающих планет. Нахождение планет может походить на поиски мягкого колебания пшеничного поля, вызванного взмахами птичьих крыльев, в то время как вокруг бушует ураган.

Несмотря на эти ограничения, мы теперь знаем, что разнообразие размеров планет и орбитальных конфигураций огромно. Например, наиболее многочисленными типами планет кажутся те, что по размеру как Земля или в несколько раз больше. Эти данные актуальны и сейчас. В ее основе лежит своеобразный «сюрприз» Коперника: это означает, что самый многочисленный тип планеты не представлен в нашей солнечной системе.

В нашей галактике Млечного Пути может быть около 23 миллиардов звезд, каждая из которых содержит планету размера Земли с благоприятными для жизни температурами

Многие экзопланеты также следуют орбитам – намного более эллиптическим, чем те, за которыми следуют основные планеты вокруг Солнца. Еще более загадочным является тип конфигурации, заслуживающий прозвище «режима планетарного режима» по умолчанию – это плотно упакованные миры на орбитах, которые занимают всего несколько дней или недель, чтобы «зацикливаться» вокруг их звезд. Эти сжатые версии нашей собственной системы пока кажутся гораздо более нормальными, чем наши собственные. Но если мы не нормальные, то какие же мы? Это вопрос, на который мы еще не можем ответить, потому что наша перепись звезд и планет по-прежнему неполная.

Тем не менее, есть что-то, что мы можем сделать с этими данными. Например, статистическую экстраполяцию из миров, которые мы нашли, и из тех, которые мы еще не видели. Несмотря на то, что эти различные методы обнаружения планеты приходят с различными предрассудками и систематическими эффектами, мы стараемся разобраться в проблемах. Поэтому возникает постоянная картина необычайного космического богатства.

Так сколько там планет? Это такая активная область для исследований, что трудно понять, какое из них следует процитировать. Поэтому я просто возьму один из более свежих примеров, результаты которого привязаны к миссии Кеплера НАСА (NASA), телескопа, который терпеливо контролировал около 140 000 звезд в дальней части Млечного Пути, ища те крошечные провалы света, которые могут напоминать планеты.

В этом исследовании, опубликованном в «Астрофизическом журнале» в феврале 2013 года,  астрономы Кортни Гардинг и Дэвид Шарбоно в Гарварде сосредоточены на звездах, меньших по размеру, чем наше Солнце. Мало того, что легче обнаружить транзитные планеты вокруг маленьких звезд, маленькие звезды намного многочисленнее крупных. М-карлики и К-карлики (так их называют) составляют от половины до одной десятой массы Солнца, и их в 12 раз больше, чем звезд Солнца в нашей галактике. Другими словами, они представляют 75% всех звезд в нашей галактике. Из данных, которые мы имеем сейчас, похоже, что планеты размером от половины ширины Земли до четырех раз больше, по-видимому, циркулируют около 90% этих маленьких солнц с орбитами 50 земных дней. Что касается больших планет и планет на больших орбитах, то их тоже будет много. Оценочное количество планет размером с Землю, вращающихся вокруг этих звезд на расстоянии, варьируется от изучения к исследованию. Но оно приближается примерно к одному на семь системы. Учитывая концентрацию этих небольших звезд локально, существует 95% вероятности того, что один из этих потенциально умеренных миров находится в пределах только 16 световых лет Земли. В нашей галактике Млечный Путь может быть около 23 миллиардов звезд, каждая из которых содержит планету размера Земли с благоприятными для жизни температурами на их поверхности.

Двадцать три миллиарда, плюс-минус. Эта оценка соответствует другим. В некоторых исследованиях количество планет размером с Землю приближается к 17 миллиардам, все в разных орбитальных конфигурациях. Другие предполагают, что эта цифра достигает 6 миллиардов или около того, но это всего лишь планеты, близкие к Земле. Если мы распространим нашу досягаемость на более крупные миры, то есть, места, которые теперь называются «суперземлями», мы возвращаемся к десяткам миллиардов. Это невероятно большие цифры. Космос делает умеренные планеты многочисленными.

Итак, что это значит для нас, как влияет на недоумение над нашим местом во Вселенной? Это, вероятно, говорит о том, что Земля является одной из многих других планет в космосе, по крайней мере, с некоторыми атрибутами. Но, похоже, что это должно означать больше. Разве это не ответ на наши вопросы о том, есть ли где-то другая жизнь? Это происходит, но не так, как мы могли бы сначала предположить.

Со времен атомистов древней Греции идея обилия, даже бесконечности, других мест в природе, других миров имела значительное очарование. Более 2000 лет назад философ Демокрит писал:

Есть бесчисленные миры разных размеров. В некоторых из них нет ни солнца, ни луны. В других, они больше, чем наши, у некоторых есть более одного из них … некоторые процветают, другие находятся в упадке … В некоторых мирах нет жизни животных или овощей, ни воды вообще.

Здесь «миры» — это действительно вселенные – концептуальные, метафорические конструкции других природных мест. Но идеи, подобные этим, вдохновили более поздних атомистов, таких как Эпикур и его последователей, принять более осязаемые модели множественности: понятия бесчисленных мест, более похожих на реальные планеты и земные среды, все существующие в бесконечном пространстве. Естественно, не все были на борту. Идее о том, что новые земли существовали где-то в другом месте, решительно противостоял Аристотель, великий последователь геоцентризма.

Но когда Коперник издал свое смелое космологическое видение децентрализованной Земли в середине XVI века, новое поколение задумалось, может ли Вселенная наполняться такими планетами, как наша. В Риме священник, философ и ученый Джордано Бруно был сожжен на костре за ересь в 1600 году. Его еретические действия включали продвижение идеи о том, что звезды были солнцем со своими планетами. Немного позже, во влиятельной книге «Беседы о множественности миров» (1686), французский философ Бернар Ле Бовье де Фонтенель размышлял о возможности того, что все звезды укрывали миры, подобные тем, что есть у нашей солнечной системы.

Между всеми этими мечтами о множественности есть замечательная общность. Все они разделяют неоспоримое предположение о том, что планеты или растительные среды приравниваются к жизни и наоборот. На самом деле, поразительно видеть, как давние мыслители редко отделяли существование планеты от существования жизни на ней.

Сегодня, однако, астрономы постоянно беспокоятся о том, соответствует ли мир правильному размеру, правильному составу или правильному месте – в «пригодной для жилья зоне». Мы не предполагаем, что планеты обязательно заняты. Вместо этого астрономы и астробиологи пытаются понять, есть ли какие-либо планеты с правильными характеристиками, чтобы укрывать жизнь.

Тем не менее, несмотря на всю эту научную осторожность, мы все еще принимаем желаемое за действительное. Мы все еще хотим найти жизнь. Но решающее различие между нами и давними сторонниками плюрализма состоит в том, что у нас есть информация, которой у них никогда бы не было. Мы действительно знаем, что планеты в изобилии. И, тем не менее, обилие самих планет действительно мало меняет вероятность того, что жизнь существует в других частях Вселенной.

Это в корне меняет характер самого вопроса и, в свою очередь, приводит к еще более глубокой и довольно удивительной истине. Чтобы понять это, давайте вернемся к моей истории об одинокой луковице в весеннем саду и перенесем ее в царство космоса.

Представьте себе на мгновение альтернативную реальность. Представьте, что мы обнаружили, что Солнце является единственной звездой, укрывающей планету в галактике, или, если на то пошло, Вселенной. Что это на самом деле скажет нам о вероятности абиогенеза, о спонтанной генерации жизни? Заманчиво думать, что наше существование будет доказательством того, что, пока у вас есть планета, жизнь чрезвычайно вероятна. Если бы это было так, вероятность того, что одна планетная система во всем существовании принесет жизнь, будет фантастикой.

Но это анализ, который может ввести в заблуждение. Тот факт, что жизнь существует на этой воображаемой одиночной Земле, почти ничего не говорит о том, является ли жизнь вероятной или крайне маловероятной. Потому что, если бы мы еще не появились на этой планете, мы бы не смогли задать вопрос в первую очередь. Результат выглядит так же, как в моем детстве – когда я надеялся найти луковицу, потому что быстро наткнулся на одну в месте огромного и незагрязненного участка почвы.

Конечно, это не совсем справедливо. В реальной Вселенной есть немного информации о том, что микробная жизнь, по-видимому, возникла очень рано на Земле, всего через несколько сотен миллионов лет после того, как наша планета появилась. Это, по-видимому, немного говорит нам о том, как жизнь возникает во Вселенной, но как единая точка данных, она помещает мало значимых ограничений в диапазон скоростей для абиогенеза. Жизнь все еще могла возникать часто или очень редко – мы не знаем, что, потому что в любом случае мы будем здесь, чтобы задать вопрос.

Но что, если бы мы нашли вторую планету в этой воображаемой Вселенной, вокруг другой звезды, на которой потенциально могла бы быть жизнь? Предположим, что мы смогли проверить, существовала ли жизнь в этом другом мире. Был ли ответ положительным или отрицательным, мы могли бы значительно улучшить наши знания о частоте абиогенеза. Чем больше пригодных для жизни планет мы нашли в нашем притворном космосе, тем больше мы могли их протестировать, чтобы построить и усовершенствовать математическую модель для вероятности жизни.

Теперь вернемся к этой Вселенной. Наша галактика, полная полных умеренных планет, содержит десятки миллиардов из них. О чем говорят нам все эти планеты? Они не дают ответа на вопрос, насколько распространена жизнь, но они позволяют нам разобраться. Если бы мы жили в космосе только с несколькими планетами, мы никогда не смогли бы вывести истинную вероятность абиогенеза с какой-либо точностью, даже если бы все они укрывали жизнь – как предполагали более ранние сторонники плюрализма. Нам, возможно, никогда не посчастливится найти один из этих миров в пределах диапазона, и все будет потеряно среди звездных полей Млечного Пути. Существование миллиардов планет дает нам возможность привязать отношения между обитаемостью и фактическим жильем. И это может иметь существенные последствия.

За прошедшее столетие ученые заметили, что многие из корневых физических характеристик нашей Вселенной, от силы тяжести до значений фундаментальных констант, которые определяют атомную структуру, кажутся согласованными с условиями, необходимыми для существования жизни. Измените некоторые из этих констант, и не будет таких звезд, как Солнце, не будет таких тяжелых элементов, как углерод, который строит наши сложные молекулы и так далее.

Конечно, довольно очевидно, что если бы все было не так, как есть, мы не были бы здесь, чтобы заметить это в первую очередь. В этом смысле эта очевидная «тонкая настройка» Вселенной для жизни – всего лишь эффект выбора. Эта «тонкая настройка» природы особенно таинственна, если вы полагаете, что наша Вселенная – единственная версия реальности, которая когда-либо существовала. Это сложная проблема, которая может привести ко всем видам интересных, а иногда и диких интерпретаций. Но фундаментальная физика и космология могут найти ответ и на эту тайну.

С тех пор, как американский философ и психолог Уильям Джеймс впервые придумал термин «мультивселенная» в 1895 году, появились все более веские основания думать, что наша Вселенная на самом деле является лишь одной из многих частей мультиверсии других областей пространства и времени, разделенных расстоянием, временем или размерностью.

Наши исследования космоса предполагают, что та же самая квантовая физика вакуума, которая породила нашу Вселенную, и огромная энергия раздувания пространства, которое мы занимаем, также хорошо подходит для создания других Вселенных. У нас даже есть шанс проверить это с помощью астрофизических измерений. Если теория верна, наша тонко настроенная Вселенная перестанет быть таинственной. Она просто будет частью более крупной мультивселенной, которая оказалась подходящей для жизни.

Особенность нашей богатой планетами Вселенной заключается в том, что она настроена как на всю жизнь, так и на то, чтобы узнать о жизни. Если бы мы вернулись в нашу воображаемую Вселенную только с одной планетной системой, у нас не было бы способа узнать, как часто возникает жизнь. Мы живем во Вселенной, которая позволяет нам получить определенную меру нашего собственного значения.

Непонятно, сможем ли мы решить нашу загадку. Начнем с того, что нужно построить уравнение для абиогенеза, мы должны углубиться в астрофизику, чтобы найти места во Вселенной, которые могли бы укрывать жизнь. Стратегия проста: искать больше миров, которые могут разделять некоторые характеристики Земли, и исследовать их поверхности на предмет признаков жизни. И это не будет легко.

Уже тот факт, что эта работа возможна, в очень реальном смысле изменил нашу Вселенную. Не потому, что мы узнали что-то количественно новое о жизни в других местах, а скорее потому, что ставки для оценки нашего значения, нашего космического одиночества, подняты на совершенно новый уровень. Мало того, что фундаментальные свойства нашей Вселенной выровнены и настроены на потребности жизни, они также обещают обеспечить успех в наших поисках, чтобы обнаружить частоту жизни, происхождение. И если вы обдумаете эту мысль, то поймете, что Альберт Эйнштейн был прав, когда сказал: «Самое непостижимое во Вселенной – это то, что она понятна».

 

Текст адаптирован, оригинал: AEON

Фото: открытый архив nasa.gov

About XXL

Читать также

Вечность в подарок

Книга всегда считалась лучшим подарком, сила печатного слова действует безотказно по любому поводу и практически …