Разгадка парадокса Ферми: самопожирание цивилизаций или вариант Циолковского?

Вернемся для начала на 72 года назад. В 1950 году знаменитый физик Энрико Ферми, его коллега Эдвард Теллер (известный как «отец водородной бомбы») и еще пара ученых сидели в кафетерии. И вдруг Ферми воскликнул: «Где все?» Вообще-то, тему летающих тарелок эти ученые обсуждали до ланча (и пришли к выводу, что их не существует, хотя, конечно, в качестве НЛО обычно наблюдают какие-то вполне реальные явления). А потом переключились на другие темы. Но, как это часто бывает с исследователями, мозг Ферми продолжал обрабатывать информацию. И вопрос его значил: если внеземные цивилизации существуют, то где их признаки?

В чем суть парадокса Ферми

Согласно воспоминаниям Эмиля Конопински, еще одного разработчика ядерных бомб, после этого Ферми произвел серию примерных расчетов вероятности появления землеподобных планет, прикинув вероятность появления на них жизни, вероятность появления разумного вида, вероятность развития у него высоких технологий и так далее. Исходя из них, он заключил, что внеземные цивилизации очень давно и уже много раз должны были посещать Землю. Ферми по сути предвосхитил «уравнение Дрейка», созданное астрофизиком Фрэнком Дональдом Дрейком в 1961 году, он тоже пытался оценить вероятность возникновения внеземных цивилизаций.

Мысль Ферми и его последователей, обсуждавших парадокс, понятна. Если внеземные цивилизации есть, то они нас посещают, у них есть зонды или даже радиопередачи. Но ничего этого мы не замечаем. Почему?

Тут стоит отметить, что на самом деле парадокс Ферми сформулировал не он, а совсем другой человек, в другом месте и на 17 лет раньше. Но к этому стоит вернуться ближе к концу нашего текста, поскольку если мы начнем с реального автора «парадокса Ферми», то слишком быстро закончим.

Самое популярное решение… но вот верное ли?

Сам Ферми решения для своего парадокса не предложил. Но другие пытались, десятки раз. Большинство таких попыток сводилось к тезису, что на самом деле внеземные цивилизации редки. Это очень неочевидный тезис: Naked Science уже писал, что потенциально обитаемых планет только в нашей Галактике 50 миллиардов, и большинство из них существует уже миллиарды лет. Да что далеко ходить: у ближайшей же к нам звезды Проксимы Центавра есть одна такая планета, и возраст у нее на миллиарды лет больше, чем у Земли.

Стоит также напомнить, что в нашей галактике не более одной триллионной части всех звезд Вселенной. То есть во всем наблюдаемом мироздании потенциально обитаемых планет может быть 50 секстиллионов (миллиардов триллионов).

Даже если выкинуть из них 90% претендентов, заявив, что у красных карликов уж слишком стабильный климат, что может вести к более медленной эволюции жизни, все равно остается 5 миллиардов триллионов мест для возникновения сложной жизни. А для серьезной цивилизации даже межгалактические расстояния должны быть вполне преодолимой проблемой, Naked Science в общих чертах даже описывал возможное решение. Цилиндр Кларка, с устойчивой компактной биосферой внутри, может путешествовать через межзвездные пространства на протяжении огромного количества лет. То есть перенос цивилизации от одной галактики к другой — вещь вполне вообразимая даже при сегодняшнем уровне технологий.

Чтобы объяснить, как 50 миллиардов триллионов бросков кубика (~потенциально обитаемых планет) привели к возникновению цивилизации всего-то один раз (Земля), рациональных аргументов часто не хватает. Например, заявляется, что возникновение жизни — исключительно маловероятное событие. Но на основании чего делается такой вывод? Эмпирических данных для этого точно не может хватать: нам ясна ситуация с обитаемостью только одной землеподобной планеты: тут жизнь явно есть. Любые же попытки оценить вероятность моделированием или расчетами просто ничего не стоят на современном этапе наших знаний.

Возьмем один из таких примеров. Крупнейший специалист по молекулярной эволюции Евгений Кунин в 2007 году опубликовал работу, где оценивал вероятность появления самовоспроизводящегося РНК-репликатора и самой примитивной системы синтеза белка — случайным образом, с нуля, из неживых компонентов. У него получилось, что такая вероятность настолько низка, что во Вселенной за все время ее существования жизнь вообще не должна была возникнуть — никакая. Поскольку мы знаем, что это уже случилось хотя бы один раз, получается, что это событие было уникальным.

Но эта идея, основанная на расчетах, вызывает очень большие вопросы. Вселенная существует втрое дольше, чем Земля. Как это так вышло, что жизнь образовалась именно тут? Почему это не случилось между 13 и 4,5 миллиарда лет назад?

При этом известно, что земная жизнь возникла почти сразу после появления самой планеты, 4,28 миллиарда лет назад. Земля возникла 4,54 миллиарда лет назад — получается, «стала живой» в первые 260 миллионов лет. И это несмотря на то, что условия в это время были для жизни крайне неприятные: сверху постоянно падали крупные небесные тела, дающие взрывы в сотни миллионов мегатонн, а то и более.

Если Кунин прав и вероятность возникновения жизни была бы исчезающе низкой, то она наверняка не появилась бы на Земле почти сразу. Скорее это случилось бы через миллиарды лет.

Все это указывает на очевидный факт: мы чего-то очень важного о появлении жизни не знаем. Не знаем до такой степени, что наши попытки оценить вероятность возникновения жизни выглядят пока довольно неубедительно. Если рассуждать логически, то они могут исходить только из доступной нам информации. А она такова: на Земле жизнь появилась исключительно быстро, и поэтому кажется нелогичным, как она за многие миллиарды лет не появилась бы на большинстве подходящих для нее миров.

Подведем промежуточный итог: любой тезис об уникальности земной жизни крайне плохо сочетается с тем, что нам вообще известно об истории этой самой жизни. Исходя из одной только биологии, на вопрос Ферми «Где все?», ответа мы дать пока не можем.

Может быть, цивилизации пожирают сами себя?

Ученые Майкл Вонг (Michael L. Wong) и Стюарт Бартлет (Stuart Bartlett) попробовали решить проблему «где все» более простым способом. Они предположили, что инопланетяне не спешат к нам потому, что слишком сильно заняты собственным выживанием.

В качестве аналога для траектории развития внеземных цивилизацией они выбрали земные города прошлого. Согласно авторам, ряд древних городов — Ангкор, Чичен-Ица, Вавилон, Помпеи — были оставлены людьми по тем или иным причинам. Ученые считают, что похожее может произойти и с внеземными цивилизациями. Например, когда их население будет расти так быстро, что потребует «бесконечного количества энергии за конечное время».

Если совсем просто, то Вонг и Бартлет полагают, что цивилизации исторически склонны к такому быстрому росту населения, который пожирает их изнутри, лишая всех ресурсов и приводя цивилизацию к коллапсу.

Однако такой подход вызывает вопросы. Точно ли мультипланетная цивилизация и Вавилон — явления сопоставимого порядка? Или же сравнение принципиально разных эпох и технологических укладов может быть некорректным?

Наконец, еще более важный вопрос: а где же исторические примеры цивилизаций (не городов), которых привел к коллапсу дефицит ресурсов? Ангкор, Вавилон и Чичен-Ица были оставлены из-за череды войн, причем новые столицы стран-победителей не уступали покинутым городам по размерам и населению, и упадок отдельного города вовсе не означал упадка государства. 

Еще сомнительнее тезис Вонга и Бартлета о том, что быстрая колонизация других планет внеземной цивилизации приведет (за счет роста численности населения) к неограниченно быстрому увеличению спроса на энергию и ресурсы. Однако из земного опыта это никак не следует. Возьмем в качестве примера США. В 1970–2020 годах население этой страны выросло с 204 миллионов до 331 миллиона человек — на 62%. Возник ли в США при этом дефицит энергии и ресурсов?

Один из главных ресурсов цивилизации и главный источник энергии для наших тел — еда, выращиваемая на землях сельхозназначения. В 1970 году в США под ними было 448 миллионов гектаров (2,19 гектара на жителя). А в 2020 году их стало 359 миллионов (1,08 гектара на душу). Кажется, дефицит налицо: важнейшего ресурса на жителя стало вдвое меньше. Последствия такого снижения предсказывал биолог Пол Эрлих в начале 1970-х (и писавший по его идеям фантаст Гарри Гаррисон). По роману Гаррисона даже  сняли фильм «Зеленый сойлент». В нем женщины к 2020 году предпочитали карьеру проституток, чтобы просто нормально питаться, а мужчин на улицах разрывали на куски, чтобы высшие слои общества могли поесть мяса.

Но то роман (и фильм), а в реальном мире производство продовольствия на душу населения в США выросло, а не упало — несмотря на сокращение площадей. Из сокращения площади полей на 89 миллионов гектаров очевидно: Штаты не испытывают дефицита сельхозземель. Не испытывают до такой степени, что она им просто стала не нужна в прежних количествах, отчего полей становится меньше каждый год. И, как легко видеть на графике ниже, нечто подобное наблюдается на всей планете: человечество использует в сельском хозяйстве куда меньше земли, чем 30 лет назад. А питается при этом много лучше — хотя за те же 30 лет на планете стало на миллиарды человек больше.

Может, хоть с энергией у дяди Сэма стало худо? В 1970 году эта страна потребляла 18,15 триллиона киловатт-часов первичной энергии (то есть, включая тепловую и ту, что движет все виды транспорта). Через полвека — 24,39 триллиона. Рост есть, но он явно резко отстает от роста населения. Более того: если полвека назад США были крупным импортером нефти и газа, то в наши дни они нетто-экспортеры. Ситуация с обеспеченностью ресурсами у них… улучшилась, несмотря на рост потребления.

Американский пример наглядно показывает: идеи Эрлиха, Мальтуса и им подобных, описывающих будущий голод и коллапс цивилизации из-за нехватки ресурсов, противоречат всей истории человечества. Какой бы отрезок с начала неолита мы ни взяли, в материальном отношении люди живут все лучше и лучше, несмотря на резкий рост их численности. И немудрено: технологическое развитие превращает в ресурсы то, что раньше не могло ими быть по чисто техническим причинам. В неолите энергию брали из дров — и лесов с каждым годом становилось все меньше. Сейчас ее берут из-под земли — и лесов в мире с каждым годом все больше,

Может ли коллапс из-за нехватки ресурсов случиться с куда более продвинутой внеземной цивилизацией, которую обсуждают Вонг и Бартлет? Попробуем рассчитать.

В 1972 году — ровно полвека тому назад — в Институте биофизики РАН (Красноярск) было доказано, что три человека, заключенные в герметичный объем 315 кубометров, могут полностью обеспечить себя воздухом и едой неограниченное время. Причем без серьезных нетто-потерь воды и без солнечного света. И при том, что под выращивание еды отводился далеко не весь объем: ведь в нем были и жилые помещения для этих троих. Допустим, технологии летающих меж звезд инопланетян не будут лучше, чем советские технологии из 1972 года.

Даже в таком случае получается, что 40 квадратных метров герметичного объема достаточно для обеспечения питанием и воздухом одной особи. Допустим, что на типичной планете внеземной цивилизации есть хотя бы 40 триллионов квадратных метров, пригодных для сельского хозяйства (на Земле, напомним, таких площадей даже больше). Выходит, цивилизация с технологическими возможностями СССР 1972 года, теоретически, может прокормить на одной планете триллион особей своего разумного вида.

Кроме того, цивилизации космического уровня развития могут строить в космосе цилиндры Кларка, резко расширяя свою кормовую базу. А еще они могут заселять миллиарды потенциально обитаемых планет в своей галактике. А еще… Впрочем, нет смысла даже продолжать: из сказанного выше уже ясно, что дефицит ресурсов для тех, кто может летать меж звезд, даже вообразить чрезвычайно трудно.

Еще один момент: численность особей в развитых обществах современной Земли падает, а не растет. Да и на планете в целом к концу этого века число людей будет сокращаться, а не расти. Иными словами, дефицит ресурсов вряд ли погубит ту или иную цивилизацию даже здесь, на нашей планете.

Отвечая на вопрос «где все?», мы неизбежно имеем в виду тех разумных, что могут перемещаться между планетными системами. Очень сомнительно, что их возможности в поиске ресурсов ниже наших или что их рождаемость ближе к африканской, чем к рождаемости современных развитых стран.

Альтернативы: чем мощнее цивилизация, тем проще ей себя уничтожить?

Чтобы объяснить «где все», ряд ученых еще до Вонга и Бартлета предложили концепцию «Великого фильтра». Это некое гипотетическое событие, которое может уничтожить развитую цивилизацию по тем или иным причинам. Механизмы фильтра предлагаются разные — от геноцида со стороны инопланетян (но в этом случае хотя бы одна внеземная цивилизация должна остаться) до аутогеноцида. То есть такой внутривидовой войны, которая сможет уничтожить разумный вид полностью.

Кажется, что в последнем решении может быть смысл. Да, как мы уже писали, ядерное оружие не может уничтожить человечество, и даже — при современном состоянии дел — убить основную часть населения стран—участниц ядерной войны. Но легко можно реализовать «решение Сахарова» — такие виды вооружений, которые в теории способны уничтожить всех людей на планете.

Правда, для реализации такого решения на практике требуется применить его в узком диапазоне времени. А именно, до момента, когда та или иная цивилизация станет многопланетной. Например, «решение Сахарова» (кобальтовая бомба) не сработает в случае колонизации Марса и тем более в случае создания цилиндров Кларка. По чисто техническими причинам оно эффективно только в условиях планеты типа Земля.

Цивилизации, о которых говорил Ферми, могут колонизировать множество планетных систем. Какая-то группа колонистов сможет бежать даже от крупной войны на уничтожение в новую планетную систему, далеко от прежних границ своей цивилизации и выжить там.

Правда, читатель может возразить, что «чем мощнее цивилизация, тем мощнее ее оружие — и тем выше шансы на самоистребление» — но в подкрепление этой мысли нужны какие-то конкретные примеры. Между тем в земной истории процент людей, гибнущих в войнах, не особенно растет по мере технического прогресса. После появления ядерного оружия он серьезно упал: открытые глобальные войны между серьезными государствами стали слишком непрактичными. 

Чтобы ожидать гибели по причинам глобальной войны цивилизаций внеземных, нам надо считать их глупее своей — и намного. Вряд ли такой цивилизационный шовинизм можно обосновать рационально.

Решение Циолковского: взгляните в зеркало

Вопреки названию, «парадокс Ферми» придумал на самом деле не Ферми, а Константин Циолковский, в 1933 году посвятив ему отдельную статью. В нашей стране об этом, конечно, знают редко: научпоп в России хромает на обе ноги, отчего ему проще ознакомиться с какими-то идеями читая статьи в западном научпопе, нежели в первичных источниках. Да и не только научпоп в этом смысле тормозит: в SpaceX, например, есть залы Циолковского и Королева, а вот в «Роскосмосе» — нет.

Во-первых, отмечал Циолковский, даже при большом количестве внеземных цивилизаций совершенно не обязательно, чтобы они начали посещать нас сразу и часто. Он напоминает: австралийцы на своем изолированном континенте десятки тысяч лет не сталкивались ни с какими цивилизациями извне. Значило ли это, что на Земле тогда не было «внеавстралийских цивилизаций»? Ну конечно же нет, просто европейцы и прочие китайцы были заняты своими делами, и руки до Австралии у них дошли далеко не сразу.

Во-вторых, в отношении нехватки сигналов от других цивилизаций («знаков», как их называет Циолковский) стоит задать себе вопрос: а мы точно уверены, что их нет? Или мы просто не можем их понять?

Отвечая на возражения каких-то неназываемых им лиц, Константин Эдуардович писал: «Нам еще возражают: если бы они были, то какими-нибудь знаками могли бы нам дать понятие о своем бытии. Мой ответ: наши средства очень слабы, чтобы воспринять эти знаки. Наши небесные соседи понимают, что при известной степени развития знаний люди и сами с несомненностью докажут себе населенность иных планет. Кроме того, низшим земным животным нет смысла давать знать об этой населенности планет, но и большинству человечества — также, ввиду низкой степени его развития. Не принесло ли бы даже это знание вред? Не возникнут ли вследствие этого погромы и Варфоломеевские ночи?» В общем, подытоживает Циолковский:

Мысль о том, что не стоит давать недостаточно развитым цивилизациям знать о своем существовании, не такая уж и наивная. Из земной истории известно, что контакт со значительно более развитой цивилизацией оказывает сильнейшее влияние на менее развитые общества. И влияние это, мягко говоря, не всегда благоприятное. Стремление подражать заморским гостям во всем часто ведет к импорту откровенно вредных вещей — достаточно вспомнить внедрение табака в России или разрушение образа жизни многих народов Севера да и тех же индейцев. Если внеземные цивилизации не хотят отвечать за резкие сбои в «дозревании» цивилизации земной, то их более чем можно понять.

Нельзя исключить и серьезной ксенофобской истерии в случае контакта с инопланетянами. Циолковский пишет об этом так:

Стремление инопланетян к захвату Земли он считает исключенным, даже не вдаваясь в обоснование этого тезиса. С рациональной точки зрения, впрочем, он вряд ли даже нуждается в обосновании. Вернемся к началу текста: только в Галактике десятки миллиардов пригодных для колонизации миров. Судя по истории земной жизни, основная часть этих миров находится на стадиях от архея до миоцена, а вовсе не в стадии наличия там разумного вида. Зачем воевать за какую-то планетку с ее разумными туземцами, истребляя их под корень, если куда проще населить множество других миров, вообще не вступая ни в какие конфликты?

Вывод Циолковского прост: «Можем ли мы завести разумные сношения с собаками и обезьянами? Так и высшие существа пока бессильны для сношений с нами. С другой стороны, есть ряд странных фактов, которые доказывают учаcтие иных существ в нашей жизни».

Циолковский никогда не пояснял, какие «странные факты» он имел в виду. Однако его общее решение, безусловно, выглядит весьма логичным. В наше время его чаще всего называют «гипотезой зоопарка», как ее обозначил в 1973 году американский астроном Джон Болл, пришедший к схожим мыслям через 40 лет после настоящего автора «парадокса Ферми» и «гипотезы зоопарка».

Но где же сверхцивилизации, ведь они расходуют слишком много энергии, чтобы скрыться?

Часто в ответ на гипотезу зоопарка можно услышать: но ведь действительно большое трудно скрыть. Цивилизации второго уровня по шкале Кардашова и выше должны использовать уж очень много энергии. Такое нельзя не заметить.

Напомним: по шкале Кардашова цивилизации I типа используют основную часть энергии, доступной на их планете, цивилизации II типа используют основную часть энергии своей звезды, а III типа — своей галактики. Как эту энергию ни используй, в любом случае часть ее будет теряться в виде рассеиваемого тепла: второе начало термодинамики не обмануть (ну или мы так думаем, в силу того что пока не умеем этого сами).

Цивилизация, использующая энергию своей звезды с помощью сферы Дайсона или чего-то подобного, будет улавливать лучи светила фотоэлементами. В итоге светимость их систем в видимом диапазоне упадет, а вот в ИК-диапазоне станет аномально большой. И никакая гипотеза зоопарка тут не поможет инопланетянам скрыть свое существование. Логично?

Логично, но на самом деле не так однозначно, как может показаться. В истории человеческих идей о будущем очень уж много ошибок и очень немного «долгоиграющих», точных предсказаний. Мальтус еще двести лет назад обещал, что голод (по сути, дефицит ресурсов) начнет косить ряды человечества, ведь оно же растет численно. Пол Эрлих — и вместе с ним Голливуд — обещают то же самое с 1960-х и аж по наши дни (последний «Блейд Раннер»). Но где же голод? Где дефицит?

Их нет. Мы питаемся лучше, чем когда-либо раньше, а земли для этого нам надо меньше, чем в менее обеспеченном XX веке. Ошибочные идеи Мальтуса до некоторой степени причастны к массовой гибели ирландцев в XIX веке. Ошибочные идеи Эрлиха уже привели к случаям принудительной стерилизации в третьем мире (западная пресса прямо говорит о вызванной книгой Эрлиха волне репрессий по всему миру).

Почему Мальтус, Эрлих и прочие были неправы, рассуждая о некоем «перенаселении, ведущем к дефициту ресурсов»? Потому что воображаемое ими будущее было из серии «завтра все будет как вчера». Все они забыли о том, что люди уже много раз проходили через дефициты — то мамонтятины, то кремня (отчего даже рыли шахты для его добычи), то олова для бронзы (отчего возили его за тысячи километров). Ни один из этих дефицитов не только не тормозил человечество. Напротив, он его ускорял. Быстрое внедрение железа не состоялось бы без нехватки металла для сплавов-предшественников — и таких примеров много.

Сходная картина получается и с «энергетическими уровнями» цивилизацией по Кардашеву. В 1960-х казалось, что развитие цивилизации неотделимо от быстрого и непрерывного роста ее энергопотребления. Ведь именно так все и шло с промышленной революции и до 1970-х.

Сегодня мы знаем: подушевое потребление энергии в США с 1970 года упало, благосостояние возросло (хотя в основном и среди богатых: нижние 80% населения остались на уровне незначительно выше 1970-х). На сегодня люди используют энергии из всех источников в объеме менее 0,2% от одной только солнечной энергии, доступной на Земле. Если поднять им всем уровень энергопотребления до норвежского, то и тогда человечество будет использовать на два порядка меньше энергии, чем требует цивилизация I типа по Кардашеву. Чтобы достичь даже этого статуса, нам нужно заселить планету 800 миллиардами человек, живущими как в Норвегии. Но у нас нет и наверняка не будет такого количества людей на одной планете.

Из этого ясно, что прогресс разумного вида совершенно необязательно требует громадных количеств энергии.

Да и что, собственно, с ней должна делать развитая внеземная цивилизация? Того же второго типа по Кардашеву, та, которую мы смогли бы увидеть в ИК-диапазоне?

Квадриллионами строить цилиндры Кларка, чтобы держать в них секстиллионы представителей своего вида? Взглянем на Землю XXI века: у нас тут население к концу века сократится, и многие ученые и бизнесмены вполне обосновано бьют по этому поводу тревогу. Потому что если дефицита ресурсов или земель у земной цивилизации и нет, то вот с дефицитом людей она сталкивается вполне систематически.

Чтобы цивилизация начала строить сферу Дайсона у своей звезды и тем самым стала бы заметной нам, ей нужно плодиться безостановочно, в невероятных количествах и, что очень важно, при этом не разлетаться в разные стороны по Галактике, на колонизационных цилиндрах Кларка, способных преодолевать межзвездные дистанции.

Можно сделать иное предположение: достаточно развитые цивилизации будут тратить много ресурсов на развлечения, типа древнеримских гладиаторских боев. В таком случае они могут устроить боулинг планетами или еще какое-нибудь очень энергоемкое, но зрелищное действо. Однако в таком случае не совсем ясно, как мы отличим следы их активности от естественных событий. В конце концов для передвижения небесных тел энергию можно получать не только от сфер Дайсона, но и от эксплуатации черных дыр. Между тем энергетически мы пока довольно слабо понимаем ситуацию в их окрестностях. Отличить ее от природной нам пока не по силам: недостаточно наблюдений вблизи.

Однако Вонг и Бартлет не рассматривают такие варианты. У них единственным значимым процессом, лимитирующим развитие цивилизации, остается ее экспансия в другие планетные системы и связанное с такой экспансией размножение.

Но даже если мы предположим, что развитые общества останавливают свой численный рост только на Земле, а у других цивилизации по-прежнему плодятся как не в себя, то очень сомнительно, что они делают это в одной планетной системе, не распространяясь в другие. С чего бы это? В истории нашей планеты именно развитые цивилизации колонизировали все эти Австралии и Аргентины. То есть весьма далекие от них места. Почему у развитых «внеземлян» должна образоваться аномальная скученность вокруг их звезд? Ради чего?

Подведем итоги. Бритва Оккама, основа научного мышления, требует введения минимума допущений при формулировании новых гипотез. Чтобы посчитать, что жизни вне Земли нет, нужно вводить много допущений. И еще больше надо вводить, если мы предположим, что все внеземные цивилизации уничтожают сами себя.

На сегодня наименьшее число допущений — по сути, всего одно, о разумной осторожности «внеземлян» — требует все то же решение «парадокса Ферми», что 89 лет назад и изложил его истинный автор.