Число внеземных цивилизаций, желающих вступить в контакт с нашей, предсказуемо.

Вообще-то говоря, немногие крупные научные открытия датированы строго - не только годом, но и месяцем, и числом. Однако, как минимум, одно из них можно датировать с точностью буквально до минут. В ночь с 1 на 2 ноября 1961 года несколько ученых - участников конференции, проходившей в Грин-Бэнке (Green Bank), штат Виржиния, США, засиделись в баре допоздна за обсуждением статьи, написанной физиками Филипом Моррисоном (Philip Morrison, р. 1915) и Джузеппе Коккони (Giuseppe Cocconi, р. 1914). Они спорили, могут ли земные ученые, едва начавшие строить серьезные по размерам радиотелескопы, реально обнаружить радиосигналы, посылаемые внеземными цивилизациями из далекого космоса. Если где-то в глубинах Вселенной действительно есть хоть одна внеземная цивилизация, стремящаяся к контакту с нами, она, вероятно, посылает нам радиосигналы, и нам лишь нужно их поймать, рассуждали они. Заодно была сформулирована задача на следующий день конференции: оценить вероятное число внеземных цивилизаций, готовых вступить в контакт с нами.

Вопрос был поставлен, и ответ на него уже на следующий день предложил американский радиоастроном Фрэнк Дрейк. Согласно его формуле число внеземных цивилизаций N составляет:

где R - число ежегодно образующихся звезд во Вселенной; Р - вероятность наличия у звезды планетной системы; N e - вероятность того, что среди планет имеется планета земного типа, на которой возможно зарождение жизни; L - вероятность реального зарождения жизни на планете; С - вероятность того, что разумная жизнь пошла по техногенному пути развития, разработала средства связи и желает вступить в контакт и, наконец, T - усредненное время, на протяжении которого желающая вступить в контакт цивилизация посылает радиосигналы в космос, чтобы связаться с нами. Смысл формулы Дрейка состоит, если хотите, не в том, чтобы всё окончательно запутать, а в том, чтобы наглядно показать всю степень человеческого неведения относительно реального положения дел во Вселенной и, хотя бы приблизительно, раздробить одну чисто гадательную оценку общего числа цивилизаций в ней на несколько вероятностных оценок. По крайней мере, в таком виде всё начинает выглядеть менее загадочно.

На момент конференции в Грин-Бэнке единственным более или менее известным числом в правой части формулы было число ежегодно образующихся звезд R. Что касается других чисел, то к планетам земного типа (N e) даже в нашей Солнечной системе можно было отнести от одного (только Земля) до пяти (Венера, Земля, Марс и по одному из крупных спутников Юпитера и Сатурна) космических объектов планетарного типа. При оптимистичных прогнозах подобного рода получалось, что Галактика буквально кишит миллионами технологически развитых цивилизаций (N), а мы - по сути - юниоры в этой «галактической лиге». Эти сведения незамедлительно заполонили средства массовой информации, а через них - и массовое сознание, и люди попросту перестали сомневаться, что существование внеземного разума - непреложная истина.

Однако с 1961 года прошло уже не одно десятилетие, и чем дальше, тем больше мы убеждаемся в том, что нужно умерить оптимизм, изначально порожденный формулой Дрейка в массовом сознании землян, истосковавшихся по братьям по разуму. Сегодня мы знаем, например, в отличие от излишне оптимистичных участников гринбэнкской группы, что существование жизни в пределах нашей Солнечной системы вне Земли крайне маловероятно (разве что она существует под толстым ледяным щитом в океане четвертого по величине спутника Сатурна, который по странной иронии называется Европа). И, хотя после 1961 года нами было открыто немало планетных систем вокруг ранее известных звезд, все они выглядят мало похожими на нашу Солнечную систему, поскольку планеты там, по большей части, обращаются по вытянутым эллиптическим орбитам с весьма значительным эксцентриситетом, а значит, годовой перепад температур на них выглядит неприемлемым с точки зрения развития белковой жизни. Фактически выяснилось, что условия, способствующие удержанию воды на поверхности планетарного тела в течение миллиардов лет без ее испарения и/или вымораживания, настолько жестки, что, кроме Земли, таких планет до сих пор не найдено - и это не удивительно, поскольку даже несколько процентов изменения радиуса земной орбиты приведут к тому, что наша планета станет непригодной для жизни.

Так случилось, что в 1981 году я и мой коллега-астроном Роберт Руд (Robert Rood, р. 1942) наткнулись на формулу Дрейка и решили ее критически переосмыслить в свете современных научных знаний. Подставив все имеющиеся у нас на руках оценки величин в правой части формулы, мы получили значение N, приблизительно равное 0,003. То есть три из тысячи (или примерно одна из трехсот) звездных систем имеют в своем составе технологически развитую, желающую общаться с нами цивилизацию. Или, если хотите, это означает, что межзвездные сигналы со стороны внеземного разума появились в нашей Галактике лишь в последнюю 1/300 часть срока ее существования. В любом случае ставки на предмет их обнаружения у нас крайне плохи: 1:300. Естественно, за прошедшие двадцать с лишним лет ничего не изменилось, и никаких признаков жизни внеземные цивилизации не подали. Их поиск продолжается уже не первое десятилетие, финансируется и за государственный счет, и частными фондами. Увы… Мы и поныне не нашли себе пресловутых внеземных братьев по разуму, не говоря уже о том, чтобы попытаться вступить с ними в контакт. Да и ладно. Зато у нас накопилась масса абсолютно достоверных данных относительно того, чего там нет.\

Фрэнк Дональд ДРЕЙК
Frank Donald Drake, р. 1930

Американский астроном. Родился в Чикаго, учился на факультете электроники Корнельского университета. Прослушав курс лекций прославленного астронома Отто Струве (1897–1963) о формировании планетных систем, на всю жизнь загорелся интересом к вопросам внеземной жизни и цивилизаций. Отслужив в американских ВМС, последовательно работал в Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO), Корнельском университете и Калифорнийском университете (г. Санта-Крус). При поддержке Струве Дрейк организовал строительство 28-метрового радиотелескопа на базе NRAO (проект «Озма») - первого в мире измерительно-регистрирующего прибора, специально созданного для попытки выявить внеземную жизнь

Существует ли где-либо вне Земли такой пляж? Ответ на этот вопрос дает уравнение Дрейка.

Уравнение Дрейка – это формула, призванная выяснить число инопланетных цивилизаций, с которыми люди могут вступить в контакт. Была разработана в 1960 году астрофизиком Френком Дрейком, чтобы обосновать научность SETI, программы поиска внеземного разума.

В чем суть?

Задачей формулы является нахождение числа N – количества цивилизаций, способных выйти друг с другом на связь. Получают его умножением шести главных факторов:

• R – количество звезд, рождающихся за год (10, тут и далее по собственным оценкам Дрейка).
• f p – доля звезд с планетами. (0,5)
• n e – количество пригодных для жизни планет у звезды. (2)
• f l – шанс появления жизни в благоприятных условиях. (1 – если есть условия, то и жизнь обязательно появится)
• f с – отношение количества планет, где есть жители ищут контакт, к количеству планет, на которых просто есть жизнь. (0,01 или 1 процент)
• f i – шанс появление разумной жизни там, где просто есть жизнь. (0,01)
• L – срок существования развитой жизни, которая хочет вступить в межпланетный контакт (10 тысяч лет).

Итоговый результат по Дрейку – 10. Целых десять внеземных обществ, которые могут выйти с нами на связь! Но почему же они тогда молчат?

Во время работы в Лос-Аламосской Национальной лаборатории в Нью-Мексико в 1950 году физик Энрико Ферми задал своим коллегам ставший знаменитым вопрос: «Где они?» . Лауреат Нобелевской премии обратил внимание на несоответствие, которое нашёл странным. Учитывая столь большое количество звёзд в нашей Галактике, даже крошечная вероятность существования жизни возле любой конкретной звезды означает наличие большого количества инопланетных цивилизаций. Далее, предположив разумные вероятности о способности инопланетян к межзвёздным путешествиям, физическому изменению окружающего пространства или коммуникациям, мы уже должны видеть свидетельства их существования. А мы не видим. Это несоответствие стало известно как парадокс Ферми , а соответствующее отсутствие жизни в наблюдаемой Вселенной принято называть наблюдением Ферми .

Многие гипотезы пытались объяснить парадокс Ферми. Например, что другие цивилизации умышленно скрывают себя или самоуничтожаются прежде чем научатся путешествовать между звёздами или устанавливать связь на дальнем расстоянии. Основная проблема таких гипотез заключается в том, что предполагаемый механизм сокрытия своего существования или самоуничтожения должен быть чрезвычайно надёжным: если всего лишь 99% цивилизаций уничтожают себя, это мало как помогает в разрешении парадокса.

Таким образом, все эти гипотезы остаются весьма спекулятивными и во многом полагаются лишь на предположения о неких универсальных мотивах или социальной динамике инопланетян, в то время как мы не можем претендовать на аналогичные знания о нашем собственном мире. Эти гипотезы рассматриваются не из-за независимой научной правдоподобности, а лишь потому они предлагают решение парадокса Ферми.

Учёные из Института будущего человечества при Оксфордском университете опубликовали научную работу , в которой показывают, что «правильное обращение с научными неопределённостями растворяет парадокс Ферми». Другими словами, наша уникальность во Вселенной и отсутствие наблюдаемой инопланетной жизни становится вовсе не «парадоксом» и не маловероятным событием.

Авторы научной работы критикуют то, что формулу Дрейка принято использовать с точечными оценками. Однако такие точечные оценки «подразумевают знания о процессах (особенно связанных с происхождением жизни), которые несостоятельны, учитывая текущее состояние науки». По мнению британских учёных, принимая во внимание реалистичную неопределённость, следует заменить точечные оценки распределениями вероятностей , которые отражают текущее научное понимание. И тогда по формуле Дрейка получается совершенно другая картина - и уже исчезают всякие причины быть уверенным, что Галактика (или наблюдаемая Вселенная) содержит другие цивилизации.

Второй результат научной работы: учёные показали, что с учётом наблюдаемых границы преобладания других цивилизаций, «наши обновленные вероятности предполагают, что есть существенная вероятность того, что мы одни». Авторы нашли качественно схожие результаты двумя различными методами: с использованием авторских оценок современных научных знаний, имеющих отношение к ключевым параметрам, и с использованием расходящихся оценок этих параметров в астробиологической литературе в качестве промежуточного параметра для текущей научной неопределённости.

Расчёт по такой методике показал довольно высокую вероятность того, что человечество одиноко в своей родной галактике Млечный Путь (53−99,6%) или даже во всей наблюдаемой Вселенной (39−85%). Соответственно, на знаменитый вопрос «Где они?» авторы научной работы отвечают: «Вероятно, очень далеко, и вполне возможно, за космологическим горизонтом и навсегда недостижимы».

Из всего вышесказанного следует третий вывод, что пессимизм для выживания человечества, основанный на парадоксе Ферми, необоснован. Другими словами, у человечества хорошие шансы на выживание , и нельзя делать выводы о неизбежности самоуничтожения цивилизации на основании того, что в наблюдаемой Вселенной нет ни одной достаточно развитой цивилизации. Пожалуй, это самый оптимистичный результат из опубликованной научной работы.

Статья опубликована 6 июня 2018 года на сайте препринтов arXiv.org (arXiv:1806.02404v1).

Илон Маск отреагировал на расчёты британских специалистов. «Так странно», -

Формула Дрейка сформулирована американским астрономом Фрэнком Дрейком для оценки числа цивилизаций в Галактике.

(Да, это не очень на тему сайта. Но все равно интересно.)

Появившись в 1960 году, формула Дрейка была очень модной в эпоху "великих космических надежд", но потом из-за обиды на то, что надежды не сбылись стала подвергаться критике, причем как правило не содержательной, а методологической. Основная претензия к формуле Дрейка, что она, де, "ни о чем", насчитать этой формулой можно всё, что угодно, формула нефальсифицируема, а значит ненаучна.

Оставлю на совести критиков утверждение о нефальсифицируемости: они или сами не понимают смысла этого понятия, или намеренно вводят в заблуждение читателя красивым термином. Эмоциональный тезис "формула ни о чём" расшифровывается так: проблемная область задачи настолько не определена, что выводить какую-то формулу представляется бессмысленным: мы получаем ложную точность на слишком зыбкой почве.

Так оно и есть, но именно так и ставится задача: дать разумную оценку некоторой величине при крайне неопределенных условиях, влияющих на нее. Ситуация эта вовсе не уникальна. Очень часто в науке, и в астрономии в частности, на начальной стадии исследования приходится делать допущения в условиях крайней неопределенности. Как ни удивительно, из общих соображений можно сделать верные выводы, и получить числовые оценки, не сильно расходящиеся с истиной.

• Сколько волос на голове президента Венесуэлы?
• Какова масса самки Porcula salvania?
• Какова вязкость в фотосфере Солнца?

На подобные вопросы можно дать ответ из общих соображений и получить число, не катастрофически сильно отличающееся от правильного. В условиях полного непонимания начальных условий ошибка на пару-тройку порядков - уже достойный результат!

Именно в такой ситуации и был Дрейк, предлагая свою, в общем-то банальную формулу. Он свёл совершенно непонятную задачу (определить число внеземных цивилизаций) к набору подзадач, поддающихся оценке. Мы можем ошибиться на несколько порядков, но в нашей ситуации и это уже хорошо!

Вот формула Дрейка в его первоначальной формулировке:

N = R * f p n e f l f i f c L ,

• R * - скорость звездобразования (звезд в год)
• f p - доля звезд с планетными системами
• n e - среднее число планет в системе, экологически пригодных для жизни
• f l - вероятность появления жизни на подобной планете
• f i - вероятность эволюции до разумной
• f c - вероятность формирования цивилизации
• L - время существования цивилизации (лет).

Следует сделать некоторые замечания.

Во-первых, сам Дрейк обсуждал радиопоиск внеземных цивилизаций и поэтому подразумевал технически развитые цивилизации, использующие радиосвязь, и оценивал параметр L именно для их. Не теряя общности, можно определять цивилизацию по своему усмотрению и соответственно, оценивать срок ее жизни.

Например

…можно понимать цивилизацию в наиболее общем виде, как социально-культурную структуру, отличную от разрозненных племен. В этом случае на земная цивилизация начинается с шумеров и насчитывает на сегодня примерно 5 тысячелетий.

…вслед за Ясперсом начать отсчет с осевого времени, когда человечество сформировало ту аксиологию, в которой мы существуем до сих пор (предположительно, это необходимая аксиология цивилизационного развития). В этом случае мы имеем два с половиной тысячелетия.

…можно ограничиться технической цивилизаций, возраст которой насчитывает всего-то пару столетий.

Во-вторых, кажется несколько непонятной зависимость от скорости звездообразования. На первый взгляд парадоксально, что количество внеземных цивилизаций не зависит от числа звезд в галактике, а только от частоты формирования звезд. На самом деле, неявно размер галактики заложен в этот параметр, ведь чем больше звездная система, тем больше новых звезд в ней рождается. Впрочем, в модификациях формулы может использоваться и число звезд в Галактике, но тогда приходится пользоваться невразумительным параметром "время существования Галактики". Исходная редакция формы точнее.

Я поясню, о чем речь.

Понятно, что f = f p n e f l f i f c - вероятность появления цивилизации у произвольной случайной звезды. В год рождается R* звезд. По прошествии необходимого срока на этих звездах возникнет n = R * f цивилизаций. За время существования цивилизации (L лет) её современниками окажется n L других цивилизаций. Это, в частности, означает, что R * - скорость звездообразования не в настоящее время, а примерно тогда, когда рождалось Солнце. (Сам Дрейк говорил о скорости звездобразования, усредненной по сроку существования Галактики, что вообще-то неверно.) В рамках допустимой точности можно пренебречь этой деталью.

Есть серьезные факторы, о которых обычно не упоминают, говоря о формуле Дрейка, могущие серьезно скоррелировать результат. Некоторые из них работают на повышение, другие - на понижение вероятности.

Начну с горького.

"Экологическая пригодность для жизни" зависит от в первую очередь температуры на поверхности, то есть от температуры центральной звезды и расстояния до нее. Важно, что температурный режим не должен выходить за приемлемые рамки в течение всего периода от появления жизни до смерти цивилизации. На нашем примере стоит говорить о 4-5 млрд. лет, а значит отбросить слишком горячие звезды, неустойчивые звезды и звезды выше Главной последовательности Герцшпрунга-Рассела (благо всех их не так много). Вообще, стоило бы переопределить параметр f p как "доля стабильных звезд с планетными системами", где смысл "стабильности" объяснен выше.

А вот приятное.

Формула подразумевает, что цивилизация - явление одноразовое в истории планеты. То есть сценарий таков: на планете появилась жизнь, проэволюционировала до разумной, сформировалась цивилизация, цивилизация умерла. И все.

И всё? Почему не может возникнуть новая цивилизация на основе того же разума? Почему не может возникнуть новый разум (и создать цивилизацию), если старый погиб? Почему не может возникнуть новая жизнь, если стара была уничтожена, скажем, в результате катастрофы, проэволюционировать до разума и т.д.? "Одноразовость" цивилизации - очень сильное и совершенно необоснованное ограничение в формуле Дрейка. Если же цивилизация - штука возобновляемая, то в настоящем виде формула существенно неточна: параметр L нужно умножать на количество реинкарнаций n r , а его рост приведет к нелинейности, когда суммарное время L n r станет соотносимо с возрастом звезды.

Конечно, вопрос о множителе n r весьма спекулятивен. В частности, он зависит от сценария смерти цивилизации, а эта область чистой футуристики, а вовсе не серьезного научного прогноза.

Во время прохождения конференции в городе Грин-Бэнк, располагающемуся в штате Вирджиния, США, которая проходила в 1961 году, возник спор научных участников, астрономов и астрофизиков по теме доклада физиков Филиппа Моррисона (1915 года рождения) и Джузеппе Коккони (1914 года рождения). В ней обсуждалась возможность ученых земного шара, которые только начали прорываться на серьезный уровень принятия и расшифровки радиосигналов, получить посыл и связаться с цивилизациями других миров в галактике, посредством радиотелескопов. Так же были размышления над тем, что если такие разумные внеземные цивилизации существуют, то, скорее всего они уже посылают сигналы и возможно готовы к контакту с землянами. Необходимо только эти сигналы принять и качественно расшифровать. Причем, в процессе конференции была поставлена проблема: как можно рассчитать число таких разумных цивилизаций, готовых к контакту с нами?

Буквально на следующий день (а именно, в ночь с 1 по 2 ноября), после того, как этот вопрос был озвучен, американский радиоастроном Фрэнк Дрейк рекомендовал использовать следующую формулу для вычислений числа внеземных цивилизаций (ВЦ, она же N)

N = R?P?Ne?L?C?T?L, в которой:

• R - количество звезд, которые образуются во Вселенной ежегодно;
• P - шанс того, что у звезды присутствует система планет;
• Ne - вероятность того, что между этими планетами найдется такая, на которой будет шанс зарождения жизни;
• L - возможность, что на такой планете действительно может зародиться жизнь;
• F - вероятность возникновения разумных форм жизни на планете;
• C - реальная вероятность того, что жизнь, которая зародилась на указанной планете выбрала техногенно развивающийся путь, у нее в наличии есть средства, с помощью которых она может связываться через сигналы в космосе и она готова контактировать с другими мирами;
• Т - стандартное среднее время, в течении которого цивилизация, которая хотела бы контактировать с другими мирами, постоянно посылает радиосигналы, в надежде на связь с ВЦ.

Также есть альтернативная формула для вычисления количества ВЦ

N = N*?P?Ne?L?F?C?T/Tg, в которой:

• N* - количество всех звездных объектов нашей галактики;
• Tg - время жизни нашей галактики.

В основе этой формулы, были взяты следующие параметры переменных:

• R - количество звезд приравненное к 10, которые открываются каждый год;
• P - принимается, что половина звездных объектов имеет планеты;
• Ne - выяснено, что только два планетарных объекта могут иметь жизнь;
• L - приравнивается к 1, если условия позволяют, то жизнь на планете обязательно возникнет;
• F - всего сотая часть вероятности того, что жизнь на планете будет разумной;
• C - только 1 % разумных миров, которые готовы и выражают желания к контакту с другими мирами;
• Т - показатель в 10 000 лет (цивилизация, которая ведет техногенное развитие проживает около 10000 лет).

Эта формула показывает, насколько ученые земной цивилизации несведущи относительно того, что происходит во всей Вселенной, и позволила немного поделить на меньшие составляющие численную оценку всех возможных цивилизаций Космоса. При использовании представленных расчетов, уже исчезает гадательная составляющая и формула приобретает математический вид.
Однако во время прохождения выше указанной конференции известным могло быть только количество звезд, которые могут образовываться из года в год, то есть переменная R. Касаемо других параметров в этой формуле, то, например, Ne (число планет земного типа), то оно весьма неоднозначно. Если взять за основу нашу Солнечную систему, то в ней можно выбрать как единственное число Ne (нашу Землю), так и множественное (например, пять планет нашей системы, такие как Венера, Земля и Марс и какой-либо один крупный спутник планет-великанов Юпитера или Сатурна) объектов космоса обладающих свойствами и описанием планет.

Если брать прогнозы с оптимистическим будущем, то наша Галактика просто напичкана мирами, которые имеют достаточное техногенное развитие (N), а наша цивилизация - просто молодое и неопытное существо по сравнению с ними. Благодаря этому новость сразу стала доступной средством массовой информации, а затем в сознании всех людей сформировалась и устоялась мысль, что земная цивилизация не единственная во Вселенной и внеземной разум существует.

Однако, с течением времени, оптимистический прогноз, который породила формула Дрейка, становится весьма отдаленным. Если брать для примера Солнечную систему, то возможное зарождение жизни на планетах весьма маловероятно, а если это и возможно, то только под огромным слоем океанического льда на спутнике Сатурна - Европе. С 1961 года (год прохождения Грин-Бэнковской конференции) земными астрономами открывались множественные планетные системы вокруг звезд, которые были уже давно известны, но, увы, они очень отдаленно напоминали нашу собственную, Солнечную. Поскольку их планетные объекты, имеют орбиты с формой сильно вытянутых эллипсов, с очень большим эксцентриситетом (степень отклонения от окружности числовой характеристики канонического сечения). То есть температурные показатели, которые бывают на этих планетах в течении года, имеют очень большой перепад и не подходят для развития белковой жизни на этих них.

Также было выяснено, что необходимые показатели, которые характеризуют способность удерживать воду на своей поверхности для тела, которое считается планетой, в течении огромного промежутка времени (которое исчисляется миллиардами лет), без ее испарения и (или) вымерзания достаточно велики. И им соответствует пока только наша Земля, так как больше таких планетарных объектов не обнаружено. Это объясняется тем, что радиус тела, если он не будет соответствовать определенным параметрам даже на несколько сотых, то жизнь на планете не зародится или будет уничтожена.

В 1981 году астрономы переосмысливали формулу Дрейка применимо к тогдашним научным изысканиям и открытиям. Было посчитано значение N, равное в приближенных вычислениях 0,003. То есть 3 из тысячи (или одна из трех сотен) систем звездных скоплений должна иметь цивилизацию, которая имеет достаточно развитую техногенную базу и выражает желание к общению. То есть, следуя расчетам, процент обнаружения такой цивилизации равен 1:300.

За прошедшее время никаких продвижений к повышению этой цифры не наблюдается. Есть много критики по поводу данной формулы, которая не может дать точного результата, но ее рассмотрение привело к развитию и выделению средств (несколько миллионов долларов) на продвижение астрономии и множества естественных наук (биология, геология и т.п.), а также именно программ по поиску ВЦ. Хотя по данной формуле точно можно подставлять две переменные:

• R - то, число звезд, образовавшихся за год во Вселенной и которые можно определить;
• P - вероятность того, что звезда имеет систему планет.

Больше о формуле Дрейка и поиске внеземных цивилизаций в этом видео Владимира Сурдина: