Космические пузыри
В 2010 году астрономы обнаружили огромные пузыри, расположенные на расстоянии около 25 000 световых лет от Земли.
Эти пузыри были названы «Ферми-пузыри», но процесс их возникновения до сих пор остается загадкой.
В 2010 году астрономы обнаружили огромные пузыри, расположенные на расстоянии около 25 000 световых лет от Земли.
Эти пузыри были названы «Ферми-пузыри», но процесс их возникновения до сих пор остается загадкой.
Группа исследователей из Неаполитанского университета, Вроцлавского университета и Бергенского университета исследовала квантово-гравитационную модель распространения частиц, в которой скорость ультрарелятивистских частиц уменьшается с увеличением энергии.
В исследовании использовались гамма-всплески, наблюдаемые телескопом Ферми, и нейтрино сверхвысоких энергий, обнаруженные нейтринной обсерваторией IceCube, для проверки гипотезы о том, что некоторые нейтрино и некоторые гамма-всплески могут иметь общее происхождение, но наблюдаться в разное время в результате зависящего от энергии снижения скорости.
"Объединив данные IceCube и Fermi, мы нашли предварительные доказательства, подтверждающие модели квантовой гравитации, которые предсказывают этот эффект.
Это знаменует собой важную веху в области исследований квантовой гравитации, поскольку впервые обнаружен такой уровень статистических данных, подтверждающих квантовую гравитацию", - говорит автор-корреспондент, профессор Джованни Амелино-Камелия из Неаполитанского университета от имени команды.
Великий итальянский физик Энрико Ферми был не типичным для своего времени. Учёные уже становились узкими специалистами в определенной области, а Ферми остался универсалом. Это позволило ему внести вклад в развитие не только в области теоретической и экспериментальной физики, но и в астрономии, и в технической физике. За доказательства существования новых радиоактивных элементов ему присудили Нобелевскую премию в 1938 году, а в 1955, на следующий год после смерти Ферми в честь него был назван фермием новый сотый элемент.
1 Энрико Ферми у классной доски
Своё стремление к науке Ферми проявил еще в детстве. Ему было 14 лет, уже год шла Первая мировая война, а он ищет книги по физике на прилавках букинистов рынка Кампо деи Фиори на площади в Риме, где сожгли Джордано Бруно. Было множество книг по теологии, забытые романы, по искусству, и среди них попалась книга члена ордена иезуитов Андреа Караффа «Элементы математической физики...». Это был неплохой для своего времени учебник для университетов по механике, оптике, акустике и астрономии, выпущенный в 1840 году. Полученных на неделю карманных денег хватило, чтобы купить ее.
Примерно в это же время произошла встреча Ферми с инженером Адольфо Амидеем, который получил высшее техническое образование и служил вместе с его отцом. Энрико встречал их после работы в министерстве, и, услышав, что тот занимается математикой и физикой, стал задавать ему вопросы. Адольфо хорошо помнит его первый вопрос: «Правда ли, что существует раздел геометрии, в котором важные геометрические свойства выявляются без использования представлений о мере?». Узнав, что этот раздел называется проективной геометрией, он стал выяснять, как эти свойства используются на практике инженерами и топографами.
Адольфо Амидеем попытался кратко объяснить, а на следующий день принес книгу о проективной геометрии профессора Теодора Рейе. Во введение к нему было доходчиво показана практическая ценность проективной геометрии. Через три дня Энрико признался, что прочитал не только введение, но и первые лекции в учебнике, и обещал вернуть книгу, как только прочитает ее всю. На это ушло несколько месяцев. Адольфо спросил, не было ли трудностей в понимании, на что Энрико сказал, что никаких — он не только прочитал, но и доказал все теоремы, а также решил более 200 задач, которые были в учебнике.
Адольфо не поверил, так как сам не стал решать некоторые особенно сложные задачи, потому что на них ушло бы очень много времени. Ферми доказал, что справился, что он не зря целыми вечерами после школы и уроков штудировал книгу действительно нашел все решения.
2 Энрико Ферми между Франко Разетти (слева) и Эмилио Сегре в академической одежде
В общении с Энрико Адольфо понял, что тот ищет на рынке старые книги по физике, чтобы найти объяснение движению волчков и гироскопов. Такой теории он не нашел, но уже самостоятельно приблизился разгадке природы движения волчка. Адольфо рассказал Энрико, что для этого нужно овладеть теоретической механикой, тригонометрией, математическим анализом и аналитической геометрией. И стал доставать для него книги, которые могли заложить прочную математическую основу. Среди них был курс алгебраического анализа Эрнесто Чезаро, записи лекций Л. Бьянки в Пизанском университете, «Трактат по механике» С. Пуассона, Г. Грасмана «Учение о протяженных величинах» и другие.
В июле 1918 г., пройдя трехгодичный курс лицея за два года, Энрико получил диплом. К этому времени уже знал, что изучал математику в качестве необходимой подготовки для изучения физики, которой он намерен был посвятить себя целиком и полностью.
1) «У нас дома была „Британская энциклопедия“. Когда я был маленьким, отец обычно сажал меня на колени и читал мне статьи из этой энциклопедии. Мы читали, скажем, о динозаврах. Книга рассказывала о тиранозавре рексе и утверждала что-то вроде: „Этот динозавр двадцать пять футов в высоту, а ширина его головы — шесть футов“. Тут мой папа переставал читать и говорил: „Давай-ка посмотрим, что это значит. Это значит, что если бы он оказался на нашем дворе, то смог бы засунуть голову в это окно“. (Мы были на втором этаже.) „Но его голова была бы слишком широкой, чтобы пролезть в окно“. Всё, что он мне читал, он старался перевести на язык реальности.
Я испытывал настоящий восторг и жуткий интерес, когда думал, что существовали животные такой величины, и что все они вымерли, причём никто не знает почему. Вследствие этого я не боялся, что одно из них залезет в мое окно. Однако от своего отца я научился переводить: во всём, что я читаю, я стараюсь найти истинный смысл, понять, о чём же, в действительности, идёт речь.»
Этот и еще 20 материалов VIKENT.RU по теме Встреча первого Наставника
2) Видео: НОВЫЙ СЕЗОН ТВОРЧЕСКОГО ОНЛАЙН-КУРСА VIKENT.RU: РАЗВИТИЕ ЛИЧНОСТИ
3) Видео: ВЕК РАЗУМА — эпоха ПРОСВЕЩЕНИЯ | Часть I.
Энрико Ферми на портале VIKENT.RU https://vikent.ru/author/1015/
Самин Д. К., 100 великих ученых. — М.: Вече, 2004. — 592 с. (100 великих) с.531-536
Э. Серге, Энрико Ферми. Физик. Перевод с английского канд. физ.-мат. наук В.Н. Покровского под редакцией академика Б.М. Понтекорво, М.: «Мир», 1973 г. стр.11-12, 19-22
Фото:
Конкурс мемов объявляется открытым!
Выкручивайте остроумие на максимум и придумайте надпись для стикера из шаблонов ниже. Лучшие идеи войдут в стикерпак, а их авторы получат полугодовую подписку на сервис «Пакет».
Кто сделал и отправил мемас на конкурс — молодец! Результаты конкурса мы объявим уже 3 мая, поделимся лучшими шутками по мнению жюри и ссылкой на стикерпак в телеграме. Полные правила конкурса.
А пока предлагаем посмотреть видео, из которых мы сделали шаблоны для мемов. В главной роли Валентин Выгодный и «Пакет» от Х5 — сервис для выгодных покупок в «Пятёрочке» и «Перекрёстке».
Реклама ООО «Корпоративный центр ИКС 5», ИНН: 7728632689
Гигантская восьмерка в центре Млечного Пути
В ноябре 2010 года космический гамма-телескоп «Ферми» обнаружил две крупные структуры, исходящие из центра нашей Галактики и испускающие излучение в гамма- и рентгеновском диапазонах. Они располагаются перпендикулярно плоскости Млечного Пути и простираются на 25 тысяч световых лет каждая, что суммарно составляет половину диаметра Галактики. Восьмерка или песочные часы занимают половину видимого неба — от созвездия Девы до созвездия Журавля. Заметить пузыри Ферми раньше ученые не могли из-за высокоэнергетичных частиц и межзвездного газа, которые застилают нашу Галактику в гамма-диапазоне и мешают наблюдениям.
Розовым на изображении показаны области гамма-излучения, синим — области рентгеновского излучения, обнаруженные космической рентгеновской обсерваторией ROSAT в 1990 году. Позднее команда телескопа «Планк» обнаружила излучение этих структур в микроволновом диапазоне.
Природа пузырей Ферми пока неясна. По одной из гипотез, они связаны с недавней активностью центра Галактики. В центре Млечного Пути расположена сверхмассивная черная дыра Стрелец А*, масса которой в 4 миллиона раз больше солнечной. При падении (аккреции) вещества на черную дыру и его ускорении в горизонте событий образуются релятивистские струи, или джеты, — потоки плазмы, вырывающиеся из активных ядер галактик и квазаров. Сегодня наша Галактика довольно спокойный уголок Вселенной, но если у Млечного Пути действительно были джеты, то пузыри Ферми могли образоваться из материала, поднятого ими. По другой гипотезе, эти структуры появились в результате массового превращения звезд в центре Галактики в сверхновые. Эти звезды, обладавшие вихрями высокоэнергетических частиц, могли появиться в ходе кратковременной вспышки звездообразования. Обе гипотезы пытаются объяснить, как возник столь мощный поток заряженных частиц.
Подобные структуры были обнаружены и в других галактиках. Так, в 2016 году российские астрономы заметили нечто похожее у галактики Андромеды (М31).
Измерение интенсивности гамма-излучения пузырей Ферми может помочь обнаружить облако темной материи, предположительно расположенное близ центра нашей Галактики, так как взаимодействие между частицами таинственной субстанции может сопровождаться испусканием гамма-квантов. Гамма-излучение, испускаемое пузырями Ферми, можно вычесть из общего сигнала гамма-излучения и получить в остатке излучение, исходящее из темной материи.
ФЕРМИ ГАММА-ЛУЧШИЙ ПУЛЬСАР ПОИСК
Что такое нейтронная звезда?
Сечение нейтронной звезды. Плотности выражаются в ρ0 плотности ядерной материи насыщения, где нейтроны начинают касаться друг друга.
Когда массивная звезда использовала все свое ядерное топливо для производства энергии, она взрывается в сверхновой. В этом процессе внешние слои бывшей звезды разрушаются, в то время как ядро разрушается под действием собственного веса. Ядро звезды сжимается настолько, что протоны и электроны в нем объединяются, превращаясь в нейтроны (и нейтрино). Полученный объект называется нейтронной звездой. Если нейтронная звезда весит более двух или трех солнечных масс, она коллапсирует дальше и образует черную дыру.
Нейтронные звезды - экзотические объекты. Они состоят из вещества, гораздо плотнее упакованного, чем обычно, что дает всей звезде плотность, сравнимую с атомным ядром. Диаметр нашего Солнца уменьшился бы до 30 километров, если бы он был таким плотным. Нейтронные звезды также вращаются вокруг себя до сотни раз за одну секунду.
Что такое пульсар?
Нейтронные звезды имеют чрезвычайно сильные магнитные поля. Заряженные частицы, ускоренные вдоль силовых линий, испускают электромагнитное излучение на разных длинах волн. Это излучение связано в конус вдоль оси магнитного поля. Когда нейтронная звезда вращается вокруг своей оси вращения, конусы излучения проникают через небо, как луч маяка, потому что ось вращения обычно наклонена относительно оси магнитного поля. Нейтронная звезда становится видимой как пульсар, если лучи проносятся над Землей. Пульсары вращаются от одного раза в несколько секунд до одного раза за миллисекунды. Эти периоды вращения могут быть очень стабильными с точностью, которая помещает их в число самых точных часов во Вселенной.
Первый пульсар был обнаружен в 1967 году Джоселин Белл Бернелл на радиоволнах. В настоящее время мы знаем более 2500 таких радиопульсаров. Но пульсары были обнаружены и на других длинах волн. Мы знаем много рентгеновских и гамма-пульсаров, поскольку было замечено несколько оптических пульсаций. Ученые наблюдали много пульсаров на нескольких длинах волн, но некоторые пульсары остаются необнаруженными в частях электромагнитного спектра. В некоторых случаях ученые уже могут объяснить, почему определенный пульсар излучает в одной части спектра, а не в другой. Однако еще не все механизмы, которые регулируют излучение в различных частотных диапазонах, полностью понятны.
Почему некоторые пульсары видны в радиоволнах, а другие в гамма-лучах?
Пульсар гамма-излучения - это компактная нейтронная звезда, которая ускоряет заряженные частицы до релятивистских скоростей в своем чрезвычайно сильном магнитном поле. Этот процесс производит гамма-излучение (фиолетовое) намного выше поверхности компактных остатков звезды, например, в то время как радиоволны (зеленого цвета) излучаются над магнитными полюсами в форме конуса. Вращение перемещает области эмиссии через наземную линию видимости, заставляя пульсар периодически светиться в небе.
Впечатление художника о пульсаре, излучающем радиоволны (зеленые) и гамма-лучи (пурпурный). кредит: НАСА / Ферми / Крус де Уайлд
Правдоподобным объяснением того, почему некоторые пульсары видны как гамма-пульсары, а не как радио пульсары, может быть то, что радиоволны с более низкой энергией связаны в более узком конусе на магнитных полюсах, чем высокоэнергетическое гамма-излучение. Поскольку излучение в основном испускается вдоль поверхности конуса, а волны разной длины излучаются в конусах с разным распространением, радиоволны и гамма-волны покидают нейтронную звезду в разных направлениях. Таким образом, пульсар может стать видимым как гамма-излучение или радио пульсар для удаленного наблюдателя (в зависимости от того, какой конус проходит через положение наблюдателей).
Другая модель имеет гамма-излучение, возникающее не в полярных областях магнитного поля, а в экваториальной плоскости, где линии поля нарушаются. Тогда, конечно, пульсар может просто не излучаться в гамма-лучах или радио по сути. Поэтому очень важно наблюдать как можно больше пульсаров на всех длинах волн, чтобы лучше понять эти механизмы.
Для некоторых пульсаров в двоичных файлах возможно другое объяснение. Если энергетическое излучение пульсара попадает на спутник, материал поверхности спутника сдувается. Материал затем плавает в окружении двойной системы. Радиоволны легко блокируются этим, в то время как гамма-лучи обычно не затрагиваются.
Какие данные используются Einstein@Home?
На этой компьютерной графике показана структура спутника НАСА Fermi. Центральная приборная платформа в форме коробки лежит между солнечными батареями. Большой телескоп, данные которого оценивали астрономы, скрыт под черной крышкой, видимой сверху.
Наблюдения за небом в гамма-лучах с очень высоким временным разрешением проводятся с помощью телескопа большой площади (LAT) на борту космического телескопа гамма-излучения Fermi НАСА. Спутник вращается вокруг Земли каждые 95 минут на низкой орбите ок. 560 километров над землей, при этом LAT всегда почти идеально обращен от Земли.
LAT может обнаружить отдельные фотоны гамма-излучения, их энергию (в диапазоне от 20 МэВ до 300 ГэВ), направление, из которого они пришли (до менее чем градуса) и когда они прибыли (до нескольких микросекунд). В любой момент времени LAT «видит» около пятой части всего неба. Орбитальное движение спутника и Земли, а также раскачивающее движение спутника гарантируют, что LAT покрывает все небо после двух орбит. Все данные становятся общедоступными в течение нескольких часов для всех. Карты неба и исходные каталоги создаются и регулярно обновляются с помощью данных LAT, полученных в течение более длительного времени (года).
Ученые Einstein@Home выбрали самые «похожие на пульсар» объекты на основе их распределения энергии гамма-лучей в качестве целей из более чем 1000 неопознанных источников в каталоге источников Fermi-LAT. Для 118 выбранных источников они использовали новые высокоэффективные методы анализа обнаруженных фотонов гамма-излучения на наличие скрытых периодичностей. Это поиск гамма-пульсаров Ферми (сокращенно: FGRP).
К настоящему времени исследователи из Einstein@Home также отобрали три источника, которые выглядят как «пульсары» и где другие наблюдения указывают на то, что они находятся в двойных системах. В сочетании с оптическими наблюдениями этих систем (см. «Как Эйнштейн@Home ищет гамма-пульсары в двойных системах?» Ниже), Эйнштейн@Home ищет гамма-пульсары в двойных системах. Всякий раз, когда новые оптические наблюдения указывают на двойную систему для источника гамма-излучения, подобного пульсару, он выбирается, и съемка расширяется. Это гамма-пульсары Ферми в бинарных файлах (сокращение: FGRPB).
Почему так сложно найти гамма-пульсары?
Все небо гамма-лучей, как видно из телескопа большой площади Ферми. Цвета показывают интенсивность гамма-излучения в полосе обнаружения Ферми.
Найти периодические пульсации от гамма-пульсаров очень сложно, особенно от очень быстрых миллисекундных пульсаров. В среднем только 10 фотонов в день регистрируются из типичного пульсара с помощью LAT на борту космического корабля Fermi. Для выявления периодичности необходимо проанализировать данные за годы, в течение которых пульсар может вращаться десятки миллиардов раз. Для каждого фотона необходимо точно определить, когда в течение одного периода вращения в миллисекундах он испускался. Это требует поиска по длинным наборам данных с очень хорошим разрешением, чтобы не пропустить ни одного сигнала. Вычислительная мощность, необходимая для этих «слепых поисков», когда информация о пульсаре практически неизвестна, огромна.
Что нового в поиске гамма-пульсаров в Einstein@Home?
Новые методы, использованные в обзоре Einstein@Home, улучшают чувствительность поиска, не увеличивая связанные с этим вычислительные затраты. Они состоят из начальной стадии поиска, более чувствительной, чем в предыдущих поисках гамма-излучения Einstein@Home. Эта начальная стадия поиска производит много перспективных кандидатов. Затем они сопровождаются еще более чувствительной второй стадией, которая увеличивает масштаб и сужает неопределенность в физических свойствах пульсара. Последний этап поиска выполняется не на Einstein@Home, а на компьютерном кластере Atlas в Институте гравитационной физики им. Макса Планка (Институт Альберта Эйнштейна) в Ганновере.
В последние годы все открытия в области слепого поиска гамма-излучения были сделаны Einstein@Home. Всего Einstein@Home уже обнаружил 23 новых гамма-пульсара, что составляет более трети всех таких объектов, обнаруженных в результате слепых поисков.
Почему так трудно найти гамма-пульсары в двойных системах?
Чтобы однозначно идентифицировать гамма-пульсар, его свойства должны быть известны с очень высокой степенью точности. Только тогда астрономы могут определить фазу вращения, при которой каждый из гамма-квантов испускался пульсаром. И только тогда гамма-пульсация может быть обнаружена, без сомнения. Ни одно из соответствующих свойств пульсара, таких как его положение в небе, его частота вращения и то, как это изменяется, а также параметры орбиты двойной системы, априори не известны.
Исследователи должны проверить множество комбинаций этих свойств в слепом поиске. Количество возможных комбинаций особенно велико, поскольку бинарные пульсары часто вращаются с очень высокими частотами. Если бы ученые сразу же искали данные Ферми за несколько лет, число возможных комбинаций было бы настолько велико, что необходимые вычислительные усилия сделали бы практическую реализацию невозможной.
Как Einstein@Home ищет гамма-пульсары в двойных системах?
Новый метод анализа разбивает полный набор данных на более короткие перекрывающиеся участки. Каждый из разделов теперь можно искать отдельно; индивидуальные результаты затем объединяются оптимальным образом. В целом, этот метод поиска почти так же чувствителен, как и поиск по всем данным, полученным с 2009 года, за один прогон. Если в определенной комбинации параметров обнаружен многообещающий сигнал, полный набор данных можно очень быстро проверить с помощью этой комбинации.
Ключ заключается в том, чтобы распределять комбинации параметров настолько разумно, насколько это возможно, чтобы любой сигнал был найден с максимально возможной вероятностью, и чтобы избежать ненужных вычислений. В новом методе анализа используется алгоритм, который адаптивно улучшает комбинации параметров, также называемые точками сетки, чтобы покрыть общее пространство параметров при минимальных затратах на вычисления.
Кроме того, наблюдения с оптическими телескопами используются для максимально возможного ограничения диапазона неизвестных параметров. Например, глядя на изменения яркости у разных цветов предполагаемого спутника гамма-излучения пульсара, можно узнать о свойствах орбиты пульсара и получить хорошие оценки того, где пульсар находится на своей орбите в какой момент времени. насколько велика орбита и каков ее угол к линии обзора. Эти оценки помогают значительно ускорить поиск Einstein@Home.
Что происходит, когда ваш компьютер обнаруживает пульсар?
Если анализ определенного набора рабочих узлов выглядит многообещающе и показывает явные или слабые признаки неизвестного гамма-лучевого пульсара, дальнейший последующий анализ всех существующих данных Ферми проводится для подтверждения существования пульсара. Способы отслеживания более вычислительно интенсивны, чем методы поиска, но также более чувствительны и, таким образом, способны определить, является ли многообещающий кандидат пульсаром.
При обнаружении пульсаций строится математическая модель (называемая «временным решением»). Он точно предсказывает время прибытия каждого отдельного импульса в течение многих лет наблюдений Fermi LAT. Модель синхронизации может быть использована для извлечения астрофизической информации о пульсаре (и для бинарного пульсара также о его спутнике).
Горстка пользователей, на чьих компьютерах был проведен первоначальный анализ данных и которые нашли кандидата с самой высокой значимостью, будет зачислена в раздел признаний в статье о научных открытиях.
Хотите принять участие в распределенных вычислениях, тогда, Вам сюда:
Вычисления на компьютерах добровольцев помогли найти четыре гамма-пульсара
Проект распределенных вычислений Einstein@Home обнаружил четыре гамма-пульсара. Ключевую роль в поиске сыграло использование избытков вычислительной мощности на компьютерах добровольцев. Подробности приводит Общество Макса Планка, один из институтов которого (Институт гравитационной физики) принимал участие в проекте.
Четыре ранее неизвестных гамма-пульсара были выявлены при обработке данных, полученных гамма-обсерваторией «Ферми». Этот специализированный спутник несет на борту детектор гамма-излучения, который позволяет не только зафиксировать кванты с энергией до сотен гигаэлектронвольт, но и определить направление на их источник. Информация о всех зарегистрированных квантах поступала (и продолжает поступать, так как работа «Ферми» продлена до 2018 года) на Землю, но выявление периодических вспышек требовало специального анализа с привлечением большой вычислительной мощности. Эту мощность ученые получили при помощи проекта Einstein@Home.
Проект был запущен еще до вывода «Ферми» на орбиту для анализа других астрофизических данных, прежде всего, информации с детектора гравитационных волн LIGO. В середине 2011 года к числу решаемых в распределенной сети задач добавили поиск гамма-пульсаров. Работа с данными «Ферми» проистекала по той же схеме: пользователь устанавливал на свой компьютер специальную программу, та скачивала исходные данные, производила нужные операции и отсылала результаты обратно на сервер. При этом учитывался запуск других программ и если пользователь запускал какое-то свое приложение, научная задача уступала ресурсы процессора. Проект Einstein@Home использует избытки вычислительной мощности так же, как и ряд других аналогичных добровольных сетей: например, SETI@Home, участники которого ищут среди радиоастрономических данных возможные сигналы внеземных цивилизаций.
Восемь участников, чей вклад в открытие новых пульсаров оказался наиболее велик, получили специальные сертификаты. Владельцы компьютеров, обнаруживших ранее неизвестные объекты, живут в Австралии, Германии, Канаде, США и Японии. Исследователи подчеркнули, что даже совершенно не знакомые с астрофизикой люди могут оказать ученым помощь, значение которой растет с каждым годом. После продления миссии «Ферми» астрономы получили возможность проводить очень длительные наблюдения, но сложность обработки данных растет вместе с временем наблюдения. Из-за этого привлечение суперкомпьютера для анализа обходится исследователям слишком дорого. Распределенная же сеть имеет вычислительную мощность около одного петафлопса, что сопоставимо со многими суперкомпьютерами, которые при этом будут потреблять сотни киловатт электроэнергии и требовать квалифицированного обслуживания.
Гамма-пульсары представляют интерес для астрофизиков в связи с тем, что они позволяют лучше понять природу нейтронных звезд. Гамма-пульсар представляет собой аналогичный обычному пульсару объект, которые при этом дает вспышки не в рентгеновском и радио диапазонах, а в гамма-излучении.
Если бы инопланетяне существовали, то они бы давно сами нас нашли. Это легко просчитать. Но до сих пор ни привета, ни ответа. А ведь мы их тоже ищем. Неужели пора расстаться с мечтой о встрече с внеземными цивилизациями? Об этом наш новый выпуск IQ.
Многие считают, что парадокс Ферми в его нынешнем виде весьма не просто разрешить. Пристегните ремни: его сложность подняли на значительно более высокий уровень.
Стюарт Армстронг (Stuart Armstrong) и Андерс Сэндберг (Anders Sandberg) из Оксфордского университета (Великобритания) утверждают, что нашли способ сделать и без того загадочный парадокс Ферми намного более загадочным и ограничить количество возможных разумных цивилизаций до менее чем одной на галактику.
Как это у них получилось? Авторы оценили число звёзд в Млечном Пути в 250 млрд, а общее число звёзд в наблюдаемой Вселенной в 200 млрд раз бóльшим, чем первое число (примерно 50 секстиллионов), и планетные системы у них являются скорее правилом, нежели исключением. Даже оценивая вероятность появления разумной жизни у каждой звезды в одну миллиардную — притом что в единственной хорошо известной нам системе эта вероятность оказалась равна единице, — получается, что в одной только нашей Галактике есть сотни разумных видов.
Здорово осложняет ситуацию и то, что Земля кажется довольно поздней планетой своего типа: средний возраст планет земной группы, по ряду оценок, на 1,8 ± 0,9 млрд лет больше. В принципе, из этого следует, что мы значительно отстаём по уровню развития от большинства из этих сотен цивилизаций, в ряде случаев — на миллиарды лет.
В то же время даже при сравнительно медленной колонизации на кораблях, скорости которых значительно ниже световой (что представимо даже на сегодняшнем технологическом уровне), все существующие модели предсказывают полную колонизацию галактики даже одним разумным видом за срок от 50 млн до 1 млрд лет. То есть и в самом консервативном сценарии даже один вид уже заселил бы Млечный Путь дважды, а 250 видов успели бы сделать это множество раз. Тем не менее никаких следов такой колонизации в Солнечной системе нет, утверждают учёные.
Авторы не пытаются найти решение парадокса: наоборот, они хотят «заострить» его. Исходя из уровня развития современного человечества, они задаются вопросом о том, какие именно технологии могут быть использованы нами для запусков разведывательных зондов и затем колонизационных кораблей к другим галактикам. Ранее, напомним, начиная с того же Ферми, для простоты расчётов предполагалось, что межгалактическая колонизация попросту невозможна.
Как замечают Армстронг и Сэндберг, 50% проблемы — разгон до значительных скоростей — в принципе решаемы уже на сегодня. К примеру, отмечают они, такие зонды имеет смысл запускать с тел с пониженной гравитацией вроде астероидов или Луны с помощью линейных электромагнитных ускорителей большой длины. Человечество будущего может делать это на Меркурии, где солнечная постоянная крайне высока и даже небольшое количество солнечных батарей даст нужное количество энергии. Торможение межзвёздным газом оценивается как пренебрежимо малое.
Сложнее ситуация с преднамеренным торможением в конце пути: даже термоядерные двигатели для торможения зонда/корабля колонистов в другой галактике потребуют бездны топлива. Сценарии же разгона зондов лазерным лучом не решают проблему торможения, ведь в другой галактике встречного лазерного луча не будет.
Но здесь есть сравнительно простой выход, считают учёные, и это магнитный парус. Создание электромагнитного поля значительного диаметра перед носом любого корабля будет вызывать его торможение потоками набегающих частиц и магнитным полем, присущим каждой галактике. Таким образом, торможение после галактического перелёта потребует лишь поддержания собственного электромагнитного поля скромных размеров, что энергетически сравнительно малозатратно. Кроме того, для путешествия даже к ближайшей крупной галактике — Туманности Андромеды — следует учитывать влияние расширения Вселенной, которое заметно снизит скорость зонда ещё до его вхождения в соседнюю галактику.
Сходные предположения относятся и к массовой колонизации иных галактик. Её энергетической базой могут послужить разные варианты сферы Дайсона, групп роботизированных самовоспроизводящихся кораблей с солнечными батареями, окружающих звезду и снабжающих энергией человечество. Такой рой Дайсона не будет испытывать структурных нагрузок сферы, и его элементы можно разместить не за орбитой Земли, где им придётся иметь площадь в сотни квадриллионов километров, а значительно ближе к Солнцу, близко к его полярным регионам, оставляя лишь зазор для освещения планет. Там рою Дайсона достаточно будет занять площадь в считанные квадриллионы или даже сотни триллионов квадратных километров, что позволит создать его быстрее и с меньшими усилиями.
После завершения колонизации Галактики (от 50 млн лет, помните?) количество доступных планетарных систем может оказаться равным числу всех наблюдаемых галактик во Вселенной, то есть в принципе достижим вариант, когда будет начата колонизация сразу всех видимых галактик.
Чтобы проиллюстрировать темпы такой межгалактической экспансии, авторы составили таблицу, в которой посчитали, с какой скоростью иногалактические цивилизации, возникшие 1–5 млрд лет назад, колонизировали бы Млечный Путь из других галактик, двигаясь с разными скоростями. Даже в самом умеренном случае движения со скоростью в 50% от световой, начав колонизацию один миллиард лет назад, нас достигли бы уже 263 000 иногалактических волн. Начав такие действия 2 млрд лет назад, до нас добрались бы 2,57 млн чужих цивилизаций.
Иными словами, за этот срок все пригодные планеты Млечного Пути были бы колонизированы без единого исключения. На фоне высокой конкуренции между претендентами на колонизацию это вряд ли оставило бы нам пространство для появления. Следовательно, не только в нашей Галактике, но и в огромном количестве галактик-соседей никакой разумной жизни нет (кроме нас).
У этого анализа есть одно уязвимое место: иногалактические цивилизации должны хотеть массовой колонизации всей окружающей Вселенной, иначе расчёты технологической возможности такого шага оказываются бесполезными. В то же время в истории человечества всего одна цивилизация — современная западная — вела, скажем, активную межконтинентальную экспансию посредством дальних морских путешествий, которые можно отдалённо представить аналогом дальних космических путешествий будущего. Отчего бы не предположить, что остальные цивилизации окажутся подобными китайской, индийской и пр., то есть будут лишены мотивов для массового освоения галактик?
Как отмечают авторы, проблема таких контраргументов в том, что они предполагают единство мотивов для всех вышеперечисленных миллионов иногалактических цивилизаций. Но в такое единство трудно поверить: даже если большинство цивилизаций «против» экспансии, совершенно ничтожное меньшинство — по сути, даже одна цивилизация экспансионистского толка — нарушит весь баланс, начав колонизацию первой. После этого даже многие неэкспансионистские миры захотят освоить как можно больше галактик, чтобы не оказаться в решительном меньшинстве перед активными конкурентами.
Наконец, экспансия просто рациональна: вид, живущий на одной планете, постоянно подвержен угрозе полного уничтожения взрывом близкой сверхновой или гамма-вспышкой — событиями, которые в ряде случаев происходят довольно внезапно. Даже если какая-то цивилизация колонизировала галактику в целом, она всё ещё может быть уничтожена внутренними вооруженными конфликтами или межвидовыми войнами с другими развитыми цивилизациями. В то же время после колонизации других галактик эта вероятность становится исчезающей малой: нарастающее расширение Вселенной означает, что через некоторое время другие галактики просто исчезнут за космическим горизонтом событий, и попасть в них из родительской галактики будет невозможно без сверхсветового движения.
Как отмечают авторы работы, даже если в той или иной цивилизации будет решено запретить экспансию (по любым идеологически ли религиозным мотивам), действительно продвинутый технологически вид рано или поздно столкнётся с ситуацией, когда даже отдельная общественно-политическая группа, захотевшая устроить колонию, сможет сделать это, после чего самовоспроизводящиеся зонды и колонизационные корабли, принадлежащие инакомыслящим, в кратчайшие сроки начнут нашествие, которое было невозможно в родительской цивилизации. Заметим, что сходный сценарий с диссидентами-колонизаторами неоднократно имел место в человеческой истории, и его действительно нельзя исключать (именно ему обязан возникновением, к примеру, Карфаген).
Как не дать таким диссидентам начать заселение Вселенной? Есть только один способ: доминирующая группа, выступающая против колонизации, в качестве лучшего метода борьбы может выбрать превентивный контроль. Для этого ей придётся послать «полицейские» зонды, целью которых будет уничтожение диссидентских кораблей и тех же конкурирующих цивилизаций. Но таких зондов нужно очень много в каждой планетной системе. А значит, и в нашей тоже. Скрыть их следы весьма сложно, поэтому, заключают авторы, ничего из вышеописанной картины просто нет: разумных инопланетян нет ни в нашей Галактике, ни в миллионах других.
Почему? Учёные подчёркивают, что это крайне тревожащий вопрос. Если их нет потому, что при возникновении жизни существует некий фильтр, делающий факт такого возникновения чрезвычайно маловероятным, то причин беспокоиться нет. Однако на сегодня у человечества нет данных о том, что процесс зарождения жизни на землеподобной планете маловероятен.
Есть и другое объяснение: «великий фильтр разумной жизни» находится не у истоков жизни вообще, а у конца жизненного пути разумных видов. Какие-то причины могут привести к их лёгкому вымиранию в сравнительно короткие сроки, причём непременно до начала массовой экспансии. В самом деле, уже после колонизации хотя бы миллиарда планетных систем полное истребление разумного вида как внутренними войнами, так и внешними столкновениями будет очень трудно объяснить.
Возможность существования «великого фильтра разумных видов», делающего лёгким их полное вымирание, очень беспокоит авторов исследования. Если ранее можно было сказать, что «великого фильтра» нет, а человечеству просто повезло возникнуть в той галактике, где других разумных видов случайно не оказалось, то теперь, после обоснования относительной возможности межгалактических перелётов надежды на такое стечение обстоятельств, как считают учёные, нет.
Следовательно, в других галактиках тоже может не быть разумных существ, и это один из признаков «великого фильтра», в какой бы момент истории он ни срабатывал.
Правда, исследователи отмечают, что их работа не отменяет возможности сценария «уже здесь». То есть зонды уже были в окрестностях Солнечной системы, но решили отказаться от её колонизации, поскольку разумные существа, определявшие их программу, решились на невмешательство в дела земной жизни (гипотеза зоопарка).