В этой главе я расскажу о будущем Вселенной. Я постараюсь в хронологическом порядке описать ключевые события истории Вселенной, как минувшие, так и предстоящие. Здесь будут как неимоверно протяженные отрезки времени из далекого будущего, так и некоторые невероятно краткие события, происходившие в юной Вселенной. Каков самый ранний момент в истории Вселенной, о котором можно говорить?

Чтобы это узнать, нужно ответить на два взаимосвязанных вопроса. Первый: каков кратчайший период, который можно измерить? Второй: каковы самые быстрые часы, которые только можно себе представить? В любых часах, даже в кварцевых, должен быть какой-то колеблющийся элемент – подобный маятнику в часовом шкафу. Если мне нужны самые быстрые часы – значит, нужен элемент, способный совершать самые быстрые колебания. Такой элемент – свет! Именно он совершает самые быстрые колебания. Фактически мне нужны светочасы с рис. 17.1: они состоят из двух зеркал и луча света, отражающегося между зеркалами. Если я захочу ускорить эти часы, что мне сделать? Немного сдвинуть зеркала. Чем ближе зеркала, тем быстрее тикают часы. У меня в часах будет летать вверх-вниз один фотон.

Что произойдет, если мои часы будут совсем маленькими? Есть проблема. Внутри часов должно хватать места хотя бы на одну волну фотона с длиной λ.Если расстояние между зеркалами в моих часах равно L, то минимально возможное расстояние L = λ.Длина и частота фотона соотносятся по формуле λ = c/ν.Чем меньше длина волны, тем выше будет ее частота. Уменьшая размер часов L, я должен сокращать и длину волны фотона, так чтобы волна умещалась в часах. При этом приходится увеличивать частоту фотона. Повышение частоты означает повышение энергии, поскольку энергия фотона определяется по формуле E = hν.Также не забываем об эйнштейновской формуле E = mc². Энергия фотона соответствует некоторой массе. Итак, когда я уменьшаю мои часы, энергия фотона увеличивается, а вместе с ней увеличивается масса часов. В конце концов часы станут столь массивными и втиснутыми в такой малый размер L, что провалятся за собственный радиус Шварцшильда и превратятся в черную дыру! Таким образом, если я попытаюсь чрезмерно разогнать часы, то они схлопнутся в черную дыру, когда длина часов L достигнет примерно 1,6 × 10^–33 см и они станут тикать с частотой раз в каждые 5,4 × 10^–44 с. Этот период называется планковским временем». Это кратчайшее время, которое можно измерить. О длине L = 1,6 × 10^–33 см мы уже упоминали. Я говорил, что размер сингулярности в центре шварцшильдовской черной дыры ненулевой – на самом деле сингулярность имеет примерно 1,6 × 10^–33 см в поперечнике, поскольку размазывается под действием квантовых эффектов. Эта величина называется планковской длиной, это минимальный отрезок, который можно измерить. Рассказывая, что окружности дополнительных пространственных измерений, прогнозируемых теорией струн, могут иметь размеры порядка 10^–33 см, мы упоминали о планковской длине.

Нельзя измерить время короче планковского. Длина маленькой временной петли, которая, по нашему с Ли-Синь Ли мнению, существовала в начале Вселенной, могла быть именно столь малой (см. главу 23). На самом деле, если рассмотреть обычное пространство-время в масштабе около 10^–33см и в периоды порядка 5,4 × 10^–44 с, то геометрия пространства-времени в соответствии с принципом неопределенности станет зыбкой. На таком масштабе пространство-время станет пенистым и многосвязным. Можно выразить значение планковской длины L_планк = (Gh/2πc³)^1/2 = 1,6 × 10^–33 см через фундаментальные постоянные. Здесь все наши давние знакомые: ньютоновская гравитационная постоянная G, нужная для расчета радиуса черной дыры; постоянная Планка h, применяемая для расчета энергии фотона по формуле E = hν, а также c, скорость света, нужная для расчета массы, эквивалентной энергии фотона (E = mc²). Планковское время T_планк = L_планк/c равно периоду времени, за которое луч света проходит планковскую длину. Пренебрегая коэффициентами порядка 2 и π, это минимальный размер самых быстрых часов, пробив который они превратятся в черную дыру. Масса таких миниатюрных быстрых часов равна планковской массе, или 2,2 × 10^–5 г, и они имеют планковскую плотность, которая составляет 5 × 10⁹³ г/см³. Именно такова может быть плотность сингулярности в недрах черной дыры, пока сингулярность не начнет размазываться под действием квантовых эффектов. Именно на планковских масштабах квантовая механика начинает доминировать над общей теорией относительности и, как упоминалось выше, единой теории квантовой гравитации у нас пока нет. Поэтому планковская шкала (в единицах длины или времени) – это предел, за которым реальность в настоящее время непостижима.

Планковское время 5,4 × 10^–44 с – это кратчайший период, который можно измерить, и самый ранний момент в истории Вселенной, о котором можно говорить. Как я уже рассказывал, наша Вселенная могла быть всего одним пузырьком (пятном) в инфлюирующей воронке, одной из ветвей в бесконечном фрактальном дереве Вселенных, слагающих Мультивселенную, которая может быть сколь угодно древней. Но я отсчитываю время с момента формирования нашего пузырька. В табл. 24.1 перечислено, что происходило в каждую эпоху.

По окончании инфляции (10^–35 с) состояние вакуума, наполнявшее юную Вселенную высокоплотной темной энергией, распадается с образованием теплового излучения. Это излучение очень горячее, и в нем не только фотоны (переносчики электромагнитного взаимодействия), но и кварки, антикварки, электроны, позитроны, мюоны, антимюоны, таоны (утяжеленный аналог мюона), антитаоны, нейтрино, антинейтрино, глюоны (переносчики сильного ядерного взаимодействия), X-бозоны (гипотетические частицы, существование которых предполагается в некоторых теориях; якобы они распадаются асимметрично и из-за этого в современной Вселенной вещества настолько больше, чем антивещества), W- и Z-частицы (переносчики слабого взаимодействия), бозоны Хиггса (это частица, связанная с полем Хиггса, которое наделяет частицы массой) и гравитоны (переносчики гравитационного поля – аналогичные фотонам, которые являются переносчиками электромагнитного поля). Если теория суперсимметрии верна, то для каждой из вышеперечисленных частиц должна существовать суперсимметричная частица-партнер.

Кратко расскажу о гравитонах. Эйнштейн обнаружил, что одним из решений общей теории относительности являются гравитационные волны, рябь в геометрической структуре пространства-времени, распространяющаяся со скоростью света. Аналогично, Максвелл до него обнаружил, что электромагнитные волны, распространяющиеся в пустом пространстве со скоростью света, – это решение его уравнений поля в случае электромагнетизма. Косвенные подтверждения существования гравитационных волн (которые должны состоять из гравитонов) получены при наблюдениях двойного пульсара Тейлора и Халса, две компоненты которого движутся по все сильнее сжимающейся спиральной орбите. Именно это и прогнозировал Эйнштейн: гравитационные волны должны возникать при подобном вращении нейтронных звезд.

Таблица 24.1. Эпохи в истории Вселенной

14 сентября 2015 года в рамках эксперимента LIGO впервые удалось непосредственно обнаружить гравитационные волны. Лазерный интерферометр с исключительной точностью (до 1/1000 диаметра протона) измерил расстояние между парами зеркал и зафиксировал колебание расстояний между ними, обусловленное прохождением гравитационной волны. Как же примечательно, что гравитационные волны теоретически предсказал Эйнштейн, а открыты они были при помощи лазера – и принцип лазера тоже описал Эйнштейн. Источником этих гравитационных волн оказались две черные дыры, одна в 29 солнечных масс, другая в 36, по спирали сближавшиеся друг с другом и слившиеся с образованием новой черной дыры в 62 солнечные массы. Итак, гравитационные волны существуют, и результаты эксперимента согласуются с допущением, что гравитоны движутся со скоростью света. Поскольку гравитация так слаба, нам пока не удалось зафиксировать отдельный гравитон, но ожидается, что такие частицы должны существовать. Ведь гравитационные волны существуют, а они должны обладать корпускулярно-волновым дуализмом, точно так же, как электромагнитные волны и фотоны.

Эпоха, когда по Вселенной стремительно носились все эти частицы, называется кварковым бульоном. Кварки свободно перемещаются в пространстве, не объединяясь в крепкие тройки. Из-за принципа неопределенности в некоторых областях квантовое состояние вакуума распадается чуть раньше, в других – чуть позже, поэтому в тепловом излучении возникают случайные флуктуации.

Такие флуктуации плотности имеют место и на отметке около 10–35 секунд, когда заканчивается инфляция. Они дают начало сгусткам, которые под действием гравитации за следующие 13,8 миллиарда лет постепенно превратятся в галактики и грандиозные скопления галактик, наблюдаемые сегодня. Ячеистая структура распределения галактик, которую мы видим сейчас (рис. 15.4), в которой большие скопления галактик связаны нитями (или цепочками) галактик, называется космической паутиной. Эта паутина сравнима с (невероятно разбухшими) «ископаемыми остатками» тех самых квантовых флуктуаций, происходивших, когда Вселенной было всего 10^–35 секунд.

По мере расширения Вселенной этот горячий суп остывает, и массивные частицы распадаются на более легкие. Исходно во Вселенной имелось равное количество вещества и антивещества, но считается, что из-за асимметричного распада тяжелых X-бозонов (в пользу вещества, а не антивещества) в продуктах распада вещества оказалось чуть больше, чем антивещества. По мере столкновения и аннигиляции частиц вещества и вещества (из них образовывались фотоны) во Вселенной осталось преимущественно обычное вещество. Галактики, наблюдаемые сегодня, сконденсировались из вещества. Частицы антивещества – редкость в современной Вселенной, они постоянно рискуют столкнуться с одной из многочисленных частиц вещества и аннигилировать. Сегодня частицы антивещества имеют безоговорчное численное превосходство над частицами антивещества.

К 10^–6 секундам излучение остыло настолько, что кварки стали связываться друг с другом, образуя протоны и нейтроны. Существует шесть разных ароматов кварков: верхние (u), нижние (d), странные (s), очарованные (c), прелестные (b) и истинные (t). Протон состоит из двух верхних кварков и одного нижнего; они удерживаются вместе, обмениваясь тремя глюонами. (Тут есть мнемоническое правило: в нейтроне больше нижних кварков, и слова «нейтрон» и «нижний» начинаются с «н»; в протоне же больше верхних кварков, и слова «протон» и «верхний» содержат в первом слоге букву «р» – латинскую «p».) Нейтрон состоит из двух нижних кварков и одного верхнего кварка, они также удерживаются вместе тремя глюонами. Верхний кварк имеет электрический заряд +2/3, а нижний – заряд –1/3. Таким образом, электрический заряд протона равен +1, а нейтрон нейтрален, его заряд 0.

На отметке 3 минуты начинается синтез гелия, рассмотренный в главе 15. Вселенная уже остыла настолько, что протоны могут сцепляться с нейтронами и образовывать легкие элементы. Наиболее легкий из распространенных элементов – это водород (протон), но кроме того, синтезируется заметное количество гелия, а также небольшие количества дейтерия и лития. Исследуя именно эту эпоху, Гамов и его ученики спрогнозировали существование РИ.

На отметке 380 тысяч лет Вселенная остывает примерно до 3000 К. К этому моменту электроны могут связываться с протонами и образовывать атомы водорода. Как я уже говорил, этот процесс называется рекомбинацией. Вселенная превращается из электрически заряженной плазмы, состоящей в основном из протонов (+) и электронов (—), в электрически нейтральный газ, преимущественно водород: здесь каждый протон успел захватить себе электрон и образовать электрически нейтральный атом водорода. До наступления этой эпохи фотоны постоянно сбивались с траектории, взаимодействуя с электрически заряженными частицами, то есть протонами и электронами, перемещаясь хаотичной «походкой пьяницы». Далеко улететь такие фотоны не могли, поскольку постоянно сбивались с курса. После эпохи рекомбинации фотоны смогли беспрепятственно пролетать по прямой большие расстояния. Благодаря такому переходу к свободным фотонам, эту эпоху мы уже можем непосредственно наблюдать: от нее и осталось реликтовое излучение.

На отметке 1 миллиард лет должно было начаться формирование галактик. Квазары с большим красным смещением, рассмотренные в главе 16, возникли в молодых галактиках, которые заметны в чуть более ранний период.

Сегодня Вселенной 13,8 миллиарда лет.

К отметке 22 миллиарда лет Солнце покинет главную последовательность звезд и станет белым карликом. Галактика Туманность Андромеды столкнется с галактикой Млечный Путь.

К отметке 850 миллиардов лет Вселенная остынет до постоянной температуры в ходе процесса, описанного Гиббонсом и Хокингом. Как я рассказывал в главе 23, согласно наблюдениям, Вселенная наполнена темной энергией, давление которой равно по величине плотности энергии, но является отрицательным (динамически эквивалентно космологической постоянной Эйнштейна). По мере того как материя во Вселенной становится все более разреженной в результате расширения, а уровень темной энергии тем временем остается прежним, Вселенная все сильнее попадает под влияние темной энергии, и этот процесс продолжится в будущем. Следовательно, геометрия Вселенной в будущем должна напоминать геометрию деситтеровского пространства, пространственно-временную воронку. Она должна вечно расширяться. Две галактики, между которыми сегодня возможна связь, будут все быстрее и быстрее разлетаться в стороны. В конце концов пространство между галактиками станет расширяться так быстро, что свет не сможет преодолеть постоянно растущее расстояние между ними. Возникнут горизонты событий. Далекая галактика будет выглядеть в точности так, словно она падает в черную дыру. Если инопланетяне из далекой галактики пошлют нам сигнал «ДЕЛА ИДУТ ВПОЛНЕ ХОРОШО», то нам покажется, что они послали «ДЕЛА И…Д…У…Т…». Конец сообщения, «ВПОЛНЕ ХОРОШО», мы никогда не получим. События, которые произойдут в далекой галактике в последующие времена, окажутся за пределами нашего горизонта и мы их никогда не увидим (см. рис. 23.2).

Хокинг показал, что горизонты событий испускают хокинговское излучение. Гиббонс и Хокинг вычислили, что в далеком будущем в деситтеровском пространстве любой наблюдатель будет видеть возникающее в результате тепловое излучение, вполне уместно названное «излучение Гиббонса – Хокинга». Это тепловое излучение, которое станет заметно в нашей Вселенной в будущем, будет обладать характерной длиной волны (λ_макс) примерно в 22 миллиардов световых лет. Длина РИ и далее будет увеличиваться по мере экспоненциального расширения Вселенной, удваиваясь в размерах каждые 12,2 миллиарда лет. Через 850 миллиардов лет с рождения Вселенной тепловое излучение РИ будет иметь длину волны свыше 22 миллиардов световых лет и станет несущественным по сравнению с излучением Гиббонса – Хокинга, льющимся с горизонтов событий. С этого момента Вселенная прекратит остывать, ее температура установится на уровне Гиббонса – Хокинга, составив примерно 7 × 10^–31 К. Это очень холодно, но все равно выше абсолютного нуля.

На самом деле, эти идеи проверяемы. Излучение Гиббонса – Хокинга возникает еще на раннем инфляционном этапе существования Вселенной. В него входит как электромагнитное, так и гравитационное излучение. Если такое гравитационное излучение со времен зарождения Вселенной когда-нибудь удастся обнаружить в виде отпечатков, заметных в поляризации РИ (см. главу 23), это, на мой взгляд, станет важным эмпирическим доказательством в пользу существования механизма хокинговского излучения. Такие гравитационные волны не исходят от движущихся тел, как зафиксированные в проекте LIGO, а обусловлены совершенно иным, хокинговским механизмом – квантовым процессом. Подобное открытие будет по-настоящему новым и захватывающим.

Излучение Гиббонса – Хокинга, которое, вероятно, предстоит увидеть в далеком будущем, в конечном итоге будет пагубно для разумной жизни. Фримен Дайсон однажды продемонстрировал, что разумная жизнь может неопределенно долго продержаться на конечном источнике энергии, если будет возможность сбрасывать избыточное тепло в постоянно остывающую термостатическую «баню». Если бы я показывал кино при температуре 300 К, используя фотоны видимого света, то на показ кино ушло бы определенное количество энергии. Но допустим, что мы замедлим все происходящее в кинотеатре. Допустим, фильм идет в инфракрасном диапазоне, а длина волны инфракрасных фотонов вдвое больше, чем у фотонов видимого света. Я мог бы показать то же самое кино, затратив вполовину меньше энергии (каждый фотон унесет вдвое меньше энергии), но само кино продлится вдвое дольше (поскольку волна у фотона вдвое длиннее). Длины волн фотонов теплового излучения в таком кинотеатре также будут вдвое длиннее, поэтому там установится температура не 300 К, а 150 К. Разумная жизнь может экономить энергию, но мышление и коммуникации становятся при этом все М.…Е.…Д.…Л.…Е.…Н.…Н.…Е.…Е. Можно даже продумать бесконечное количество мыслей, располагая ограниченным источником энергии, но при этом придется замедлять и замедлять мышление. Это реализуемо, если остается возможность сбрасывать любое избыточное тепло (обязательно возникающее при биологических процессах, в частности при мышлении) в постоянно остывающий микроволновый фон, время от времени впадая в анабиоз и со временем существуя на все более низких температурах. Пока РИ продолжает остывать, приближаясь к абсолютному нулю, это работает. Но к отметке 850 миллиардов лет Вселенная достигнет термодинамического равновесия при температуре Гиббонса – Хокинга, после чего эта температура не изменится. После этого не получится переходить в более низкотемпературный режим деятельности ради сохранения энергии. Потребуются технологии заморозки, которые быстро истощат всю оставшуюся энергию. Более того, другие галактики унесутся за горизонты событий, и у вас в распоряжении останется лишь конечный объем запасенной энергии. Разумная жизнь будет испытывать дефицит энергии и в конечном итоге вымрет.

Есть еще одна беда. На отметке 1014 лет звезды угаснут – к этому времени последние, самые мелкие звезды истратят запасы своего водородного топлива и погибнут. Во Вселенной стемнеет. Останутся только звездные огарки – белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры. Возможно, вокруг них еще будут вращаться последние планеты. Но к отметке 1017 лет произойдет достаточно много тесных контактов между звездами, при которых планеты будут сорваны с орбит и выброшены в межзвездное пространство.

На отметке 10²¹ лет сформируются черные дыры, сравнимые по массе с галактиками. В результате парных гравитационных взаимодействий между телами некоторые звезды будут словно пращой выброшены за пределы галактик, а остальные свалятся в черные дыры в центрах галактик. Звезды будут по спирали падать в них, теряя энергию на гравитационное излучение.

К отметке 10⁶⁴ лет (если этого не произойдет ранее), согласно Хокингу, должны распасться протоны. Распад протона происходит в результате редкого события: временного падения в черную дыру планковского размера (из-за принципа неопределенности), после чего эта черная дыра быстро развоплощается в виде хокинговского излучения. В черной дыре не сохраняются барионы (протоны и нейтроны) – она «не запоминает», был ли это протон или позитрон, но запоминает его электрический заряд. Поэтому позитрон, который легче протона, может быть излучен в числе продуктов распада такой черной дыры, в которой исчез протон. После распада протонов самыми массивными частицами, которые останутся во Вселенной, станут электроны и позитроны. Протоны могут распасться даже раньше, возможно, к отметке 10³⁴ лет, но во всяком случае не позже чем к 10⁶⁴ лет.

К моменту 10¹⁰⁰ лет черные дыры, сравнимые по размерам с галактиками, испарятся в виде хокинговского излучения.

Что будет потом? Стандартная картина, которую рисуют физики, такова: темная энергия, сегодня вызывающая экспоненциальное расширение Вселенной, – это состояние вакуума с постоянной положительной плотностью энергии (и отрицательным давлением). Стивен Вайнберг сравнивает нынешнюю ситуацию с таким примером. Мы живем в долине чуть выше уровня моря – наша высота соответствует количеству темной энергии, присутствующей в вакууме. Мы скатились на дно этой долины и просто в ней сидим. Содержание энергии в вакууме – уровень темной энергии – со временем не меняется. Поэтому Вселенная еще очень долго будет удваиваться в размерах каждые 12,2 миллиарда лет.

Если времени остается достаточно много, то возможно, что наше состояние вакуума, дающее темную энергию, может путем квантового туннелирования перейти в более низкоэнергетическое состояние (упасть в еще более низменный регион под нашей долиной). В таком случае где-то в пределах наблюдаемой Вселенной станет формироваться пузырь с менее плотным, чем у нас, состоянием вакуума. Отрицательное давление за пределами пузыря окажется «более отрицательным», чем его внутреннее давление, из-за чего стенки пузыря будут распахиваться в стороны. Через непродолжительное время пузырь будет распространяться во все стороны почти со скоростью света. Он будет расширяться вечно. Внутри пузыря будут действовать иные законы физики, и вы погибнете, если его стенка в вас врежется.

Можно рассчитать, какова вероятность в некоторую единицу времени попасть путем квантового туннелирования во внешний «низменный» регион. Возможно, мы сможем увидеть формирование пузырей с более разреженным вакуумом «всего» через 10¹³⁸ лет по причине известной нестабильности хиггсовского вакуума. Но многие физики думают, что хиггсовский вакуум стабилизируется под действием более высокоэнергетических эффектов. В данном случае, согласно ориентировочным расчетам Андрея Линде, пузырьки с разреженным вакуумом должны начать формироваться лишь спустя ₁₀10³⁴ лет! Образующиеся таким образом пузырьки, точно как пузырьковые вселенные на рис. 23.3, никогда не успеют заполнить все пространство. Постоянно расширяющееся вакуумное состояние так и будет удваиваться в размерах каждые 12,2 миллиарда лет, и его объем будет все ближе стремиться к бесконечности. Это будет вечно инфлирующее море, где то тут, то там возникают такие пузырьки. В конце времен Вселенная будет напоминать вечное игристое шампанское.

По расчетам Линде и Виленкина, еще реже случайная квантовая флуктуация может приводить к тому, что вся видимая Вселенная перескочит в более высокоплотное состояние вакуума, в результате чего возникнет новая, стремительно расширяющаяся высокоплотная инфляционная Вселенная. Это событие будет напоминать высокоэнергетическую инфляцию, которая состоялась при рождении нашей Вселенной, и при этом может родиться новая Мультивселенная. Возможно, до такого события остается ₁₀101²⁰ лет!

Есть и другой вариант: возможно, мы живем не в долине, а на склоне и медленно спускаемся к уровню моря. Такая картина так и называется – медленным скатыванием темной энергии. По исследованиям Бхарата Ратры, Джима Пиблса, Зака Слепяна, моим и многих других, в таком случае запас темной энергии постепенно истощится за миллиарды лет, и в конечном итоге мы скатимся к состоянию вакуума с нулевой плотностью энергии. Именно такое скатывание произошло прямо перед началом инфляции, где состояние с очень высоким уровнем темной энергии превратилось в наблюдаемый сегодня низкоэнергетический вакуум. Эти сценарии можно исследовать, детально измеряя хронологию расширения Вселенной вплоть до сегодняшнего момента. Таким образом, вооружившись уравнениями Эйнштейна, можно измерить для темной энергии отношение давления к плотности энергии – это отношение называется w. Если окажется, что w в точности равно –1, динамическому эквиваленту эйнштейновской космологической постоянной, это будет аргумент в пользу сценария «заперты в долине», в таком случае уровень темной энергии не изменится, а Вселенная так и будет удваиваться в размерах каждые 12,2 миллиарда лет. Однако если отрицательное значение w не дотягивает до –1, то мы будем постепенно скатываться к уровню моря, и ускоренное расширение должно будет в конце концов смениться приблизительно линейным. Вселенная так и будет вечно расширяться, но линейно. В данном случае расширение Вселенной растет со временем как 1, 2, 3, 4, 5, 6…

Роберт Колдуэлл, Марк Камёнковски и Невин Вайнберг выдвинули радикальную версию о том, что значение w может быть ниже –1. Этот феномен они назвали фантомной энергией. В таком случае должна порождаться энергия вакуума, увеличивающаяся со временем по мере расширения Вселенной. Расширение становится лавинообразным, и в будущем возникает сингулярность (Большой разрыв), которая разорвет на части галактики, звезды и планеты, возможно, в ближайший триллион лет. Такая «фантомная» энергия требует отрицательной кинетической энергии при скатывающемся движении поля, контролирующего темную энергию. Мне такой вариант кажется маловероятным по физическим соображениям. При таком сценарии наблюдаемая сегодня темная энергия должна совершенно не походить на «раннюю» темную энергию, существовавшую на этапе инфляции. Итак, пусть такая возможность и сохраняется, она кажется менее вероятной, чем два предыдущих сценария. Но многие физики воспринимают «фантомную энергию» вполне серьезно.

Как я рассказывал в главе 23, наилучшая современная оценка w (полученная исследовательской группой «Планка» на основании всех имевшихся данных, в том числе из Слоановского небесного обзора неба) составляет w0 = –1,008 ± 0,068. Примечательно, что в пределах погрешности это значение согласуется с простым –1 (приближенным значением эйнштейновской космологической постоянной), а значит, наблюдения свидетельствуют, что мы «лежим на дне долины». Этот результат замечательно подкрепляет общую идею о том, что темная энергия соответствует состоянию вакуума с положительной энергией и отрицательным давлением. Однако имеющиеся наблюдения по-прежнему не позволяют разграничить те модели, в которых мы просто лежим на дне, от тех, где мы медленно катимся вниз (или вверх) по склону. В двух последних случаях w₀ будет близким к –1, но все-таки иным, чуть выше или чуть ниже. Если будущие высокоточные измерения w однозначно покажут, что значение w отличается от –1, то мы сможем определиться, с каким именно феноменом имеем дело: с медленным скатыванием темной энергии или фантомной энергией. Но если с оптимизацией измерений и постепенным устранением неточностей мы по-прежнему будем убеждаться, что w₀ = –1 в пределах погрешности, то вполне можем объявить триумф модели «лежим в долине». Сейчас реализуется ряд экспериментальных программ, призванных в будущем снизить погрешность при измерении w₀ более чем на порядок; есть надежда, что эти программы помогут понять, какова будет окончательная судьба Вселенной.

Я изложил наиболее вероятные с современной точки зрения версии о том, что ждет Вселенную в будущем. Но что насчет нашего будущего во Вселенной? Что может произойти с нами? Как сложится в будущем судьба нашего вида Homo sapiens? На этот вопрос очень хотелось бы ответить.

Во-первых, хотел бы отметить, что мы живем в весьма тепличную эпоху. Вселенная уже достаточно остыла, чтобы стать обитаемой, прошло достаточно времени, чтобы успели сформироваться углерод и другие элементы, необходимые для жизни, звезды ярко светят, обеспечивая нас теплом и энергией. В эту эпоху есть надежда повстречать во Вселенной разумных наблюдателей. Когда звезды угаснут, разумной жизни придется гораздо тяжелее. Заглянув в табл. 24.1, мы увидим, что живем в жизнепригодную эпоху. Слабый антропный принцип, идея, выдвинутая Робертом Дикке, а позже точно сформулированная Брэндоном Картером, гласит, что разумные наблюдатели, естественно, должны ожидать, что окажутся в жизнепригодных точках Вселенной и в тот период ее истории, когда она подходит для обитания. (По логике, в непригодную для жизни эпоху попросту не существовало бы никого, кто мог бы ставить такие вопросы!) Действительно, мы существуем в апогее максимально тепличной эпохи в истории Вселенной.

Но поскольку пока мы – единственная известная разумная форма жизни во Вселенной, хотелось бы знать, какова ожидаемая долговечность человеческого вида в целом. Как осмыслить такой вопрос?

В 1969 году я побывал у Берлинской стены, разделявшей две части города, относившиеся соответственно к Западной и Восточной Германии. На тот момент люди гадали, сколько простоит Берлинская стена. Некоторые считали, что это временная помеха и скоро она падет. Но другие полагали, что стена останется перманентным атрибутом современной Европы.

На рис. 24.1 – моя фотография 1969 года. Я стою возле стены. Чтобы оценить потенциальную долговечность стены, я решил применить принцип Коперника. Главное помнить: я ничем не примечателен. Я только что приехал в Европу после колледжа – тогда еще можно было «побывать в Европе за 5 долларов в сутки». Я пришел посмотреть на Берлинскую стену просто потому, что оказался в Берлине и тогда там стояла стена.

Рис. 24.1. Рич Готт у Берлинской стены в 1969 году. Правой ногой я стою в Восточном Берлине, левой ногой – в Западном Берлине. Берлинская стена возвышается за мной. Снимок из архива Дж. Ричарда Готта

Я мог наблюдать любой момент в ее истории. Но если мой визит не случаен, то он должен прийтись на какой-то конкретный момент между постройкой и сносом стены. (Конец наступит, когда стена рухнет либо когда не останется никого, кто мог бы ее увидеть, – в зависимости от того, что наступит раньше.) В таком случае должна быть примерно 50-процентная вероятность, что я нахожусь где-то в средней половине ее существования. Две четверти срока прошло до моего прихода, еще две четверти пройдет после. Если бы я пришел к ней на в начале этой средней половины, то у меня в прошлом осталась бы 1/4 ее истории, а 3/4 лежало бы в будущем. В таком случае ожидаемая долговечность стены была бы втрое больше, чем ее история. Напротив, если бы я оказался в финале срединных 50 %, то 3/4 ее истории было бы в прошлом, а 1/4 оставалась бы в будущем. Поэтому будущее составляло бы 1/3 от прошлого.

Поэтому я рассудил, что существует 50-процентная вероятность, что я нахожусь между двумя этими крайностями и что будущая долговечность стены составит от 1/3 до троекратного срока ее прошлого (рис. 24.2). На момент моего визита стене было 8 лет. Стоя у стены, я сказал другу Чаку Аллену, что стена простоит еще от 2,66 до 24 лет.

Рис. 24.2. Формула Коперника (доверительный интервал 50 %). Предоставлено Дж. Ричардом Готтом

Двадцать лет спустя я смотрел телевизор, и тогда позвонил другу, чтобы сказать: «Чак, помнишь я говорил о долговечности Берлинской стены? Включи телевизор, там Том Брокау, корреспондент NBC, ведет трансляцию со стены, сегодня она рухнет!» Чак помнил мой прогноз. Берлинской стене суждено было простоять еще 20 лет после моего приезда, а эта цифра попадает в интервал от 2,66 до 24 лет. Я приезжал туда в разгар холодной войны, так что уже в следующую миллисекунду ее (и меня) могла испепелить атомная бомба. Напротив, некоторые знаменитые стены, например Великая китайская стена, простояли тысячи лет. Я прогнозировал довольно узкий интервал, но все-таки не ошибся.

Ученые обычно предпочитают делать предсказания, вероятность исполнения которых выше 50 %. Им нравится, когда надежность прогноза составляет около 95 %. Доверительный интервал 95 % обычно упоминается в научных статьях. Как при этом меняется аргументация? Применяя принцип Коперника, не забываем, что наше положение во времени ничем не примечательно, и существует 95 %-я вероятность, что мы окажемся где-то в средних 95 % периода наблюдаемости чего бы то ни было – то есть ни в первых 2,5 %, ни в последних 2,5 % (рис. 24.3).

В дробном выражении 2,5 % равно 1/40. Если ваши наблюдения попали в начало этих средних 95 % – то есть всего в 2,5 % от начала, – то минула лишь 1/40 истории наблюдаемого вами явления, а 39/40 остается в будущем. Будущее в 39 раз длиннее прошлого. Если вы оказались в 2,5 % от конца, то 39/40 истории уже прошло, а остается 1/40. Прошлое в 39 раз длиннее будущего. Если вы находитесь в средних 95 % между двумя этими крайностями (вероятность чего составляет 95 %), то будущее наблюдаемого явления может составлять от 1/39 от прошлого до 39-кратной величины. Следовательно, прогнозируемая долговечность любого наблюдаемого явления должна составить от 1/39 пройденного срока до 39-кратной величины пройденного срока (доверительный интервал 95 %).

Я решил применить это правило к какому-нибудь важному явлению – например, поговорить о будущем нашего вида Homo sapiens. Нашему виду около 200 000 лет. Наша история восходит к митохондриальной Еве, жившей в Африке. Митохондриальная Ева – наша общая праматерь. По формуле, существует 95 %-я вероятность, что наше местоположение в хронологии нашего вида ничем не примечательно, и в таком случае прогнозируемая долговечность нашего вида Homo sapiens должна составить еще как минимум 5100 лет (то есть 200000/39), но менее чем еще 7,8 миллиона лет (то есть 200 000 × 39). У нас нет никакой статистики по другим разумным существам (таким, которые могли бы задавать вопросы), так что, пожалуй, это – максимум, на который мы способны.

Рис. 24.3. Формула Коперника (доверительный интервал 95 %). Предоставлено Дж. Ричардом Готтом

Диапазон прогнозируемой долговечности именно так велик, ведь мы стремимся к 95 %-й достоверности. Однако многие эксперты озвучивают прогнозы, находящиеся за пределами этого диапазона. Согласно некоторым апокалиптическим выкладкам, мы погибнем в ближайшие 100 лет. Но если так и есть, очень жаль, что мы с вами очутились в самом финале человеческой истории. Некоторые оптимисты считают, что нам предстоит колонизировать Галактику и сохраниться на триллионы лет. Если это так – нам очень повезло родиться в самом начале человеческой истории. Поэтому, даже в таком широком диапазоне, формула Коперника все равно достаточно информативна и ограничивает возможности более четкими рамками, чем многие другие подходы.

Определенно, все, что мы знаем об астрономии, подсказывает нам со всей серьезностью относиться к принципу Коперника (согласно которому наше местоположение ничем не примечательно). Изначально мы думали, что занимаем особое место во Вселенной. Но затем пришло понимание, что Земля – лишь одна из планет, вращающихся вокруг Солнца. Затем выяснилось, что Солнце – самая обычная звезда, расположенная вовсе не в центре Галактики, а на полпути от центра к окраине. Мы узнали, что наша Галактика относится к самой обычной группе галактик в заурядном скоплении. Чем больше мы узнавали, тем менее примечательным оказывалось наше местоположение.

Принцип Коперника – одна из самых успешных гипотез всех времен, которая вновь и вновь подтверждается в самых разных контекстах. Христиан Гюйгенс воспользовался ею, чтобы спрогнозировать, каковы расстояния до звезд. Звезды, рассуждал он, – это просто другие солнца, подобные нашему. Если всем звездам присуща такая же яркость, как и Солнцу (предполагается, что Солнце ничем не примечательно), то звезды могут казаться в небе настолько тусклее Солнца, поскольку расположены они гораздо дальше. Он счел, что ближайшая к нам звезда – это Сириус, самая яркая звезда на небе. Оценив яркость Сириуса относительно солнечной, он заключил, что Сириус должен быть от нас в 27 664 раза дальше Солнца. На самом деле он попал в правильный ответ в пределах двух порядков – выдающееся достижение, учитывая, с какими неопределенностями ему пришлось иметь дело. Гюйгенс верно заключил, что межзвездные расстояния просто огромны по сравнению с размерами Солнечной системы.

Когда Хаббл обнаружил, что галактики равномерно разлетаются от нас во всех направлениях, он мог бы подумать, что мы занимаем особое место в центре масштабного взрыва. Но после Коперника мы уже не попадаемся на такую удочку. Учитывая, как много во Вселенной галактик, вряд ли нам повезло родиться именно в той, что находится в самом центре. Если ситуация выглядит для нас именно таким образом, это значит, что ровно такой же она кажется и всем остальным наблюдателям из других галактик – иначе мы были бы особенными. Так появились однородные изотропные модели Большого взрыва, вписывающиеся в специальную теорию относительности. Гамов, Херман и Альфер воспользовались ими и спрогнозировали существование реликтового излучения за 17 лет до того, как Пензиас и Уилсон действительно открыли это излучение. Это был один из величайших подтвержденных прогнозов в истории науки. Этот успех во многом объясняется тем, что мы всерьез воспринимаем принцип Коперника, а затем проверяем, к чему он нас приведет.

Интересно, что общая долговечность нашего вида, прогнозируемая по принципу Коперника, замечательно согласуется с фактической долговечностью многих других видов, обитавших на Земле. Когда я с 95-процентным доверительным интервалом спрогнозировал общую долговечность человеческого вида в интервале от 205 100 до 8 миллионов лет (то есть 200 000 лет мы уже прожили, и еще нам, вероятно, отпущено от 5100 до 7 800 000 лет в будущем). Homo erectus, наши ближайшие предшественники, просуществовали 1,6 миллиона лет, а неандертальцы – всего около 300 000 лет. Средняя долговечность вида среди млекопитающих – 2 миллиона лет, а среди других групп организмов средняя долговечность вида варьируется от 1 до 10 миллионов лет. Даже страшные тираннозавры (Tyrannosaurus rex) исчезли, продержавшись всего 2,5 миллиона лет. Примерно 65 миллионов лет назад они вымерли из-за столкновения Земли с астероидом.

Не забывайте, что принцип Коперника учитывает лишь ту часть нашей истории, когда мы уже были разумным видом, то есть обладали самосознанием и могли задавать вопросы, – Нил бы назвал нас «существами, способными заниматься алгеброй». Если нам действительно предстоит просуществовать еще триллион лет, то как же нам повезло родиться на самой заре истории нашего вида, когда нам было всего лишь 200 000 лет, и более того, как раз в ту эпоху, когда мы уже в состоянии, оглядываясь назад, спрогнозировать нашу потенциальную долговечность в ряду других видов. Если рассмотреть какую-либо случайную точку в триллионнолетней истории, скажем момент через 400 миллиардов лет с сегодняшнего дня, то уже будет известно, что наш вид просуществовал гораздо дольше, чем другие виды, и вправе также претендовать на значительную долговечность в будущем. Наше будущее выглядело бы гораздо оптимистичнее, если бы сейчас человечеству было 400 миллионов лет, а не 200 тысяч – именно такова наша фактическая нынешняя долговечность.

В принципе, мы, Homo sapiens, можем оказаться гораздо долговечнее других видов именно потому, что мы разумны. Но тем не менее мы просто млекопитающие, и срок нашего существования ничуть не выбивается из показателей долговечности других видов млекопитающих. Пусть даже млекопитающие гораздо смышленее, чем «среднестатистический» вид, нельзя сказать, что средняя долговечность млекопитающих ощутимо выше, и гоминиды (например, Homo erectus и неандертальцы) просуществовали не дольше, чем обычные виды млекопитающих. По-видимому, интеллект и долговечность вида не коррелируют. Есть повод задуматься.

Действительно, если просто воспользоваться статистическими данными о длительности существования других видов млекопитающих, чтобы спрогнозировать нашу потенциальную долговечность, то получится, что нам отпущено еще от 50 600 до 7,4 миллиона лет (с 95-процентным доверительным интервалом). Этот интервал укладывается в пределы, выводимые из принципа Коперника, когда мы отталкиваемся лишь от данных о фактической долговечности человека как разумного вида. Обитая на Земле, мы подвергаемся тем же опасностям, что и другие виды, которые уже вымерли. Поскольку мы пока продержались всего около 200 тысяч лет, стоит обеспокоиться, что интеллект совсем не гарантирует нам повышенных шансов на выживание по сравнению с другими видами. Эйнштейн был очень умен, но прожил не дольше большинства из нас. Вполне возможно, что разумность отнюдь не увеличивает срок существования вида.

Может показаться, что это вполне нормально. Да, Homo sapiens вымрет, но мы породим еще более разумный вид, который придет нам на смену. Однако Дарвин отмечал, что от большинства видов вообще не остается видов-потомков. Некоторые виды сменяются потомками – те, что умеют хорошо распространяться. Но большинство исчезает с концами. В данном случае отметим, что все остальные человеческие виды (в том числе неандертальцы, Homo heidelbergensis, Homo erectus, Homo habilis и австралопитеки) вымерли. Для сравнения: в отряде грызунов сегодня насчитывается 1600 видов. Они отлично себя чувствуют, их шансы на выживание высоки. В чудесной книге «После человека» Дугал Диксон размышлял о том, к чему могла бы привести эволюция еще через 50 миллионов лет, и его выводы говорят не в нашу пользу. Мы, люди, исчезнем в течение ближайшего миллиона лет. Через 50 миллионов лет из наших современников по-прежнему во множестве сохранятся кролики, но они вымахают до размеров оленя. Охотиться на них будут стаи крысоподобных тварей, которые произойдут от современных грызунов. Самое страшное в этой книге и том будущем, которое он живописует, – в том, насколько оно реалистично и при этом недружелюбно для нас. Среди земных млекопитающих до сих пор не попадалось разумных наблюдателей, способных задаваться вопросами вроде «Сколько просуществует наш вид?» Разумеется, маловероятно, что на Земле возникнут именно такие животные, которых описал Дугал Диксон, поскольку у эволюции много возможных путей, но в книге отмечается, что, скорее всего, среди животных далекого будущего не будет никаких разумных наблюдателей. Стивен Джей Гулд в том же духе назвал нас «лишь очередным стеклянным шариком» на эволюционной новогодней елке.

Все тот же принцип Коперника применим и ко всей родословной разумных существ, которые могут произойти от нас в будущем. Мы – первый разумный вид в этой ветви (способный задаваться подобными вопросами), на настоящий момент длительность нашего разумного существования составляет 200 тысяч лет (1/65 000 возраста Вселенной) и, следовательно, вся эта разумная ветвь очевидно не вечна, в будущем пределы долговечности наших потомков должны быть примерно такими же, как и пределы долговечности нашего вида. Вполне возможно, что мы – единственный разумный вид в нашей эволюционной линии, учитывая, что наш разумный вид – очевидно первый. Это согласуется с замечанием Дарвина, что большинство видов вымирают, не оставляя потомков.

В некоторых случаях не следует прибегать к этой формуле. Например, на свадьбе, когда утихнут поздравления, не нужно говорить, что брак продлится еще 39 минут! Вас пригласили на свадьбу в назначенный час, чтобы засвидетельствовать этот союз. Но, как правило, формула Коперника работает. С тех пор как я ее предложил, она была многократно проверена и позволила успешно спрогнозировать долговечность самых разных явлений – от популярности бродвейских пьес и мюзиклов, до срока действия правительств и сроков пребывания мировых лидеров у власти. Другое исключение: этот метод не подходит для оценки потенциальной долговечности Вселенной. Вы можете жить в особом (пригодном для обитания) месте, поскольку вы – разумный наблюдатель. (Разумных наблюдателей не было в юной горячей Вселенной, такие наблюдатели также, вероятно, должны вымереть к эпохе, когда во Вселенной не останется звезд главной последовательности.) Но относительно других разумных наблюдателей ваше положение во времени и в пространстве должно быть непримечательно. В целом формула Коперника работает потому, что среди всех мест, где могут находиться разумные наблюдатели, найдется лишь немного специфических мест и масса неспецифических. Просто вы обитаете в одном из таких неспецифических мест. Кроме того, ваши текущие наблюдения вряд ли делаются из некоторой уникальной точки относительно той огромной совокупности других точек, в которых могут находиться разумные наблюдатели.

У нас нет статистических данных о долговечности разумных видов во Вселенной. Мы не знаем, как долго они способны просуществовать. Но мы знаем, сколько уже сами успели просуществовать в качестве разумного вида, и не должны игнорировать этого весомого массива информации. Формула Коперника показывает, как можно на основе этой информации спрогнозировать нашу потенциальную долговечность с 95-процентным доверительным интервалом.

Если вы не уникальны, то следует ожидать, что вы родились в некоторый случайный момент в истории человеческого рода. За последние 200 тысяч лет родились около 70 миллиардов человек. Согласно формуле Коперника, существует 95-процентная вероятность, что в будущем родится еще от 1,8 миллиарда до 2,7 триллиона человек. Будучи рецензентом моей статьи, опубликованной в 1993 году в Nature, Брэндон Картер (прославился своей формулировкой антропного принципа) написал, что они с Джоном Лесли и Хольгаром Нильсоном обнаружили, что у любого из нас невелики были шансы родиться в числе первых людей на Земле. Картер, а далее Лесли (развивавший идеи Картера) пришли к такому выводу при помощи байесовской статистики, а Нильсон независимо сделал его, заключив, что любому суждено жить в какой-то случайный период в хронологии человеческого рода, – в том же духе рассуждал и я. У меня нашлись единомышленники.

Вероятно, вы живете в стране, численность населения которой выше медианной. В мире 190 стран, и половина из них – такие, где живет не более 7 миллионов человек. Но поскольку в более густонаселенных странах больше жителей, примерно 97 % всех людей в мире живут в странах с населением выше медианного. Вы родились в стране с населением более 7 миллионов человек? Точно так же, как высока вероятность жить в стране с населением больше медианного, высока и вероятность родиться в такой стране. На самом деле, в наш век Земля более населена, чем когда-либо в истории. Вероятно, вы живете после какого-то события, спровоцировавшего резкий рост населения (например, после изобретения земледелия), но до события, после которого численность населения стремительно упадет. Вероятно, вы живете на пике густонаселенности, когда количество людей превышает медианное значение за век. Такой пик может возникнуть в любой случайный момент человеческой истории. Если вам интересно, сколько людей будет жить после вас, узнайте, сколько жило раньше. Если вы хотите знать, сколь долгое будущее предстоит человечеству, – обратите внимание, сколько времени человечество уже просуществовало.

Вероятно, вы – представитель разумной цивилизации, численность представителей которой выше медианного значения для других разумных цивилизаций во Вселенной. Причина – та же самая, по которой более высока вероятность жить в густонаселенной стране. Большинство разумных наблюдателей – представители цивилизаций, численность особей в которых выше медианной, и вы, вероятно, один из этих многочисленных наблюдателей, а не из тех немногих, кто представляет цивилизации с численностью ниже медианной. Таким образом, вероятно, что нынешнее население Земли многочисленнее медианной популяции разумных существ во Вселенной. В фантастике все обычно совсем не так: является огромная галактическая цивилизация инопланетян, намеренная напасть на нашу крохотную Землю. Да, здесь есть драматизм – мы как Давид, сталкивающийся с инопланетным Голиафом, – но ситуация не вписывается в теорию вероятности. Вероятно, мы с вами – представители одной из цивилизаций, успешных в плане самовоспроизведения! Высокотехнологичные цивилизации должны отличаться большими популяциями, и мы вправе причислять себя к одной из таких цивилизаций.

В 2015 году Фергюс Симпсон из Университета Барселоны вывел из этого интересное следствие: поскольку мы живем на планете, население которой, вероятно, выше медианного, большинство планет, населенных разумными существами, вероятно, должны быть меньше Земли. Таким образом, при поиске разумной жизни и жизни как таковой логично обращать внимание прежде всего на те планеты, которые меньше Земли.

Кроме того, можно по формуле Коперника с 95-процентным доверительным интервалом спрогнозировать верхний предел средней долговечности таких цивилизаций из нашей Галактики, которые способны вещать в радиодиапазоне. Это значение можно подставить в уравнение Дрейка, которое мы обсуждали в главе 10. Здесь мы исходим из того, что мы, вероятно, не уникальны среди разумных наблюдателей из других цивилизаций, вещающих в радиодиапазоне. Вероятно, мы – представители одной из долгоживущих подобных цивилизаций, поскольку в такой цивилизации со временем должно становиться все больше и больше разумных наблюдателей. Тем не менее среди цивилизаций, вещающих в радиодиапазоне, могут попасться и более долговечные, чем наша, и они тоже – часть выборки, дающей указанный средний результат. Представьте себе сложение цивилизаций, так, чтобы их история образовала одну суммарную хронологию всех цивилизаций. Отсортируйте радиопередающие цивилизации в порядке возрастания долговечности. Если вы не уникальны, то должны находиться где-то в случайной точке этой хронологии, причем в случайной точке отрезка, относящегося к Homo sapiens (соответствующего общей долговечности нашей радиопередающей цивилизации). Мне удалось воспользоваться этой идеей и некоторой нетривиальной алгеброй и с 95-процентной вероятностью спрогнозировать верхний предел средней долговечности радиопередающих цивилизаций: получилось 12 000 лет. Если средняя долговечность в реальности окажется выше, то моя статья от 1993 года, должно быть, была написана необычно рано в истории нашей радиопередающей цивилизации либо необычно рано в хронологии всех радиопередающих цивилизаций. Таким образом, формула Коперника дает нам величину, которую мы можем подставить в формулу Дрейка: L_c < 12 000 лет (с 95-процентной достоверностью). Нил пользовался этой оценкой в главе 10.

Если считать, что разумные виды обычно развиваются до киборгов или генетически модифицируют сами себя, то можно задаться вопросом: а почему я – не разумная машина? Почему я не генномодифицирован?

Если вы считаете, что разумные виды обычно колонизируют Галактику, спросите себя: а почему я не космический первопроходец? В 1950 году Энрико Ферми сформулировал знаменитый вопрос об инопланетянах: где же они все? Почему они еще давным-давно не колонизировали Землю? Принцип Коперника помогает ответить на вопрос Ферми: значительная часть всех разумных наблюдателей по-прежнему должна оставаться на своих родных планетах (иначе вы были бы особенным). Колонизация, должно быть, – нечастое явление. Важно, что это в первую очередь свидетельствует: да, формулой Дрейка можно пользоваться. Оно позволяет оценить количество разумных цивилизаций, возникших на родных планетах независимо друг от друга. Если колонизация происходит нечасто, то мы найдем примерно столько же таких цивилизаций, сколько и обитаемых планет.

Допустим, есть априорное предположение, что обе следующие гипотезы равновероятны:

Согласно байесовской статистике, нужно умножать априорные вероятности гипотез Г1 и Г2 на вероятность наблюдения того, что вы фактически наблюдаете. Согласно гипотезе 1, мы остаемся на Земле, в таком случае вы, человек, со 100-процентной вероятностью обнаружите себя на Земле. Но если людям предстоит колонизировать 1,8 миллиарда планет (то есть при верности гипотезы Г2), то существует вероятность всего 1: 1,8 миллиарда, что вы окажетесь на любой конкретной планете, населенной людьми. Следовательно, даже при исходном допущении, что «остаться на Земле» и «колонизировать Галактику» соотносится как 1: 1, мы учитываем, что в настоящий момент живем на Земле, и по байесовской статистике должны пересчитать шансы как 1: 1,8 миллиарда не в пользу колонизации Галактики. Согласно моей коперниковской аргументации, если вы ничем не примечательны, то существует 1 шанс на 1,8 миллиарда, что вы окажетесь на одной из первых 1/(1,8 миллиарда) планет, населенных людьми, и, следовательно, такой же малый шанс, что нам предстоит колонизировать все эти 1,8 миллиарда планет, если сейчас мы находимся на первой. Тем не менее возможность будущей колонизации хотя бы нескольких планет, в первую очередь Марса, не кажется столь маловероятной и оставляет нам шанс на выживание. Только нужно поторопиться, пока еще существуют космические программы.

Цель пилотируемой космонавтики должна заключаться в повышении наших шансов на выживание путем колонизации космоса. Сделать это можно за разумные деньги. Например, можно было бы отправить на Марс восемь астронавтов (мужчин и женщин), которые могли бы там размножиться и закрепиться, пользуясь местным сырьем. Нужно было бы подобрать группу астронавтов, готовых отправиться на Марс без шанса на возвращение, остаться там, завести детей, внуков. Эти люди стали бы основателями марсианской цивилизации, а не пополнили ряды селебрити, вернувшись на Землю. Таких отчаянных людей найти легко. Стори Масгрейв – астронавт, с которым мы близко знакомы, – говорил, что готов был добровольцем отправиться на Марс в один конец. В группу «Марс-Один» подобралась сотня серьезных кандидатов, желающих стать марсианскими колонистами. Чтобы обеспечить на Марсе биоразнообразие, с собой предполагалось взять замороженные яйца и половые клетки (в таком случае, даже если отправить на Марс всего нескольких астронавтов, у многих людей, родившихся на Земле, могут появиться потомки-марсиане). На Марсе подходящая гравитация (1/3 от земной), есть атмосфера, вода и жизненно необходимые химические соединения – не то что на Луне. Марсианская атмосфера состоит из CO₂, из этого газа можно извлекать кислород для дыхания, а воды очень много в вечной мерзлоте и в марсианских полярных шапках. Радиация будет вполне переносимой, если расположить колонию на глубине 10 метров и оттуда совершать лишь краткие вылазки на поверхность. Наши предки жили в пещерах – это ждет и первых марсианских колонистов. Орбитальные аппараты уже даже нашли на Марсе несколько неплохих пещерных входов, куда стоит заглянуть.

Я показал, что для развертывания такой колонии на Марсе нам предстоит вывести на орбиту не больше грузов, чем мы уже успели запустить, – это вполне реально. По расчетам Роберта Зубрина, чтобы отправить на Марс восьмерых человек и снабдить их транспортом для экстренного возвращения (которым, надеемся, не придется воспользоваться), потребуется вывести на низкую околоземную орбиту 500 тонн груза. Оттуда эти грузы будут переправлены на Марс, а перед приземлением замедлены методом аэродинамического торможения. По мнению Джерарда О’Нила, для космической колонии требуется всего по 50 тонн груза на человека, чтобы создать «герметичную» биосферу. Чтобы доставить эти 400 тонн на поверхность Марса, на низкую околоземную орбиту придется вывести около 2000 тонн. Следовательно, самодостаточная марсианская колония на восемь человек означает вывод 2500 тонн груза на низкую околоземную орбиту. Для сравнения: ракеты-носители «Сатурн V», использовавшиеся в рамках программы «Аполлон», и космические челноки «Спейс Шаттл» вывели на низкую околоземную орбиту более 10 000 тонн, и это без учета российских и китайских космических кораблей. В настоящее время NASA планирует сконструировать тяжелую ракету-носитель, способную выводить на орбиту 130 тонн груза (ракета-носитель класса Сатурн V). Двадцати запусков хватит для обустройства колонии (для сравнения: в рамках программы «Аполлон» было запущено 18 ракет «Сатурн V»). Одновременно можно собирать четыре такие ракеты, для этого в аэрокосмическом центре им. Кеннеди есть специальное здание для вертикальной сборки. Если на разработку такой ракеты потребуется 10 лет и мы сможем запускать по 10 ракет за каждый 26-месячный цикл пуска, то постройка марсианской колонии будет завершена еще через 9 лет. Если начать сейчас, то через 19 лет у нас будет готовая колония. На момент написания этих строк человеческой космонавтике уже 55 лет; принцип Коперника подсказывает, что существует 50-процентная вероятность, что финансирование космических программ продлится еще 55 лет. Этого достаточно, чтобы обустроить колонию на Марсе. Основание такой колонии имеет смысл. Илон Маск, глава компании Space X, заинтересован в частном финансировании колонизации Марса. Однажды мы вместе с ним стояли на трибуне на конференции о Марсе, организованной Робертом Зубрином. Я изложил свои соображения, почему человечество попробует колонизировать Марс в ближайшем будущем, а Илон рассказал, как он собирается этим заниматься! Нил описал путь к Марсу в своей книге «Космические хроники» (Space Chronicles). Основание колонии на Марсе изменит ход всей мировой истории – на самом деле сама история перестанет быть «одномировой». Недавно на эту тему высказался Стивен Хокинг, отметивший в интервью на сайте bigthink.com: «Думаю, что в долгосрочной перспективе будущее человеческой расы должно продолжаться в космосе. Сложно будет избежать катастрофы на планете Земля в течение ближайшего столетия, не говоря уж о тысячелетии или о миллионе лет. Человечеству не следует держать все яйца в одной корзине либо на одной планете. Давайте надеяться, что не уроним эту корзину прежде, чем успеем вынуть из нее яйца».

Если у каждой пары марсианских колонистов будет в среднем по четверо детей, то марсианская популяция сможет удваиваться каждые 30 лет, а через 600 лет достигнет 8 миллионов (небольшие популяции легко разрастаются – считается, что вся исходная популяция австралийских аборигенов происходит всего от 30 человек, переправившихся на континент на плотах из Индонезии около 50 000 лет назад. К моменту прихода европейцев эта популяция выросла как минимум до 300 000, как максимум – до миллиона человек). Если вы опасаетесь, что финансирование марсианской программы может иссякнуть, то следует планировать как раз самодостаточную колонию. Не нужно отправлять астронавтов на Марс, а затем возвращать их на Землю. Колонизация Марса обеспечит нашему виду два шанса вместо одного, и в долгосрочной перспективе наши шансы на выживание также могут удвоиться. Это будет как подстраховка на случай катастрофы, которая может настигнуть нас на Земле: и от климатических катаклизмов, и от столкновения с астероидом, и от неожиданных эпидемий. Кроме того, таким образом можно удвоить шансы когда-нибудь попасть к альфе Центавра. Колонисты могут закладывать новые колонии. Первые слова на Луне были сказаны по-английски не потому, что Англия отправила астронавтов на Луну, а потому, что Англия основала колонию в Северной Америке и представители этой страны полетели на Луну.

Если осмотреться, то Вселенная сама подскажет нам, что делать. Мы живем на крошечной пылинке в огромной Вселенной. Вселенная словно говорит: расселяйтесь, расширяйте среду обитания, так у вас будет больше шансов выжить. Мы живем на планете, усыпанной костями вымерших животных, а возраст нашего вида минимален по сравнению с возрастом всей Вселенной. Мы должны расселиться, пока не вымерли. Нашей космонавтике пока примерно полвека, но мы уже можем посылать космические корабли к другим планетам. Ее нужно использовать максимально разумно, пока она еще есть. Решимся ли мы отправиться в путь или отвернемся от Вселенной? Сейчас мы с вами беседуем об этом на Земле – что само по себе служит предостережением, насколько велика вероятность остаться запертыми на этой планете.

Летом 1969 года я побывал не только у Берлинской стены, но и в Стоунхендже. На тот момент Стоунхенджу было примерно 3870 лет. И он все еще там стоит! Еще я ездил во Флориду, специально чтобы посмотреть на запуск ракеты «Сатурн V», на которой Нил Армстронг, Базз Олдрин и Майкл Коллинз отправились на Луну на «Аполлоне-11». К тому моменту ракеты «Сатурн V» летали к Луне уже на протяжении семи месяцев. Еще через 3,5 года такие лунные запуски «Сатурн V» прекратились. Старт ракеты «Сатурн V» вышел запоминающимся (см. мой снимок на рис. 24.4). Ракета поднималась все выше и выше и выглядела при этом как волшебный меч, за которым тянулся куда более длинный хвост огня. Я никогда не видел ничего подобного. Посмотреть на запуск собрались до миллиона человек. Все наблюдали за запуском в полной тишине, но когда ракета скрылась за высокой пеленой перистых облаков, толпа взорвалась всеобщим ликованием. Освоение космоса – вот чем нам следует заняться.

Рис. 24.4. Взлет Аполлона-11. Снимок предоставлен Дж. Ричардом Готтом

Наш разум наделяет нас большим потенциалом, возможностью колонизировать Галактику и превратиться в сверхцивилизацию, но для большинства разумных видов это, должно быть, недостижимо – либо окажется, что мы особенные, поскольку мы разумны, но до сих пор живем всего на одной планете. Источники энергии, имеющиеся в нашем распоряжении, значительно уступают по мощности нашему Солнцу. Мы не очень могучи и существуем недавно. Но мы разумны, уже многое узнали о Вселенной и о законах, которым она подчиняется – как давно она возникла, когда во Вселенной возникли галактики и звезды. Это ошеломительное достижение, историю которого мы вам здесь и рассказали.