3
Есть ли другая разумная жизнь во Вселенной?

Я хотел бы немного порассуждать о развитии жизни во Вселенной и, в частности, о развитии разумной жизни. В это понятие придется включить и род человеческий, хотя значительную часть его поведения в исторической перспективе следует признать весьма неразумной и не рассчитанной на выживание вида. Хочу обсудить два вопроса. Какова вероятность существования жизни во Вселенной? И каковы перспективы развития жизни?

Здравый смысл подсказывает, что общий уровень беспорядка и хаоса со временем возрастает. Это наблюдение даже имеет свое научное объяснение – второй закон термодинамики. Согласно этому закону, общая мера беспорядка, или энтропия, во Вселенной постоянно увеличивается. Однако закон относится только к общей мере беспорядка. В отдельном организме порядок может возрастать – при условии, что в окружающей среде мера беспорядка увеличивается в большей степени.

Именно так происходит с живыми существами. Мы можем определить жизнь как упорядоченную систему, поддерживающую свое существование вопреки тенденции к беспорядку и способную к самовоспроизводству. То есть она способна создавать себе подобные, но независимые упорядоченные системы. Для этого система должна преобразовывать энергию, существующую в неком упорядоченном виде, например пищу, солнечный свет или электричество, в беспорядочную энергию – тепло. Таким образом система соответствует требованию нарастания общей меры беспорядка – и в то же время повышает уровень порядка в себе и своем потомстве. Хороший пример – быт молодой семьи, который с рождением детей постепенно превращается в хаос.

Для живых существ, таких как вы и я, как правило, характерны две составляющие: набор инструкций, которые указывают организму, как действовать и размножаться, и механизм, который обеспечивает исполнение этих инструкций. В биологии эти две составляющие называются геномом и метаболизмом. Но следует подчеркнуть, ничего специально биологического в этом нет. Например, компьютерный вирус – программа, которая копирует себя в памяти компьютера и пересылает на другие компьютеры. Это вполне соответствует определению живого организма, которое я уже приводил. Подобно биологическому вирусу, это дегенеративная форма, потому что содержит только инструкции, или гены, но не обладает собственным метаболизмом. Напротив, он перепрограммирует метаболизм компьютера-хозяина или клеток. Некоторые задаются вопросом, следует ли считать вирусы формой жизни, поскольку они являются паразитами и, соответственно, питаются другими формами жизни, от чего зависит их выживание. Но в таком случае большинство жизненных форм, в том числе и мы сами, являются паразитами, поскольку питаются другими формами жизни, от чего зависит их выживание. Полагаю, компьютерные вирусы следует считать формой жизни. Возможно, это кое-что может сказать о природе человека, поскольку единственная форма жизни, которую нам пока удалось создать, оказалась исключительно деструктивной. Что уж говорить о попытках создания жизни в нашем собственном облике. Но к электронным формам жизни я еще вернусь.

То, что мы обычно понимаем как «жизнь», основано на цепочках атомов углерода с вкраплением некоторых других атомов, например азота или фосфора. Можно допустить существование жизни на какой-то иной химической основе, например кремния, но углерод представляется наиболее подходящим, потому что обладает высочайшей способностью образовывать химические связи различного типа. То, что атомы углерода должны присутствовать всюду, со свойствами, которыми они обладают, требует тонкой настройки ряда физических констант, таких как шкала квантовой хромодинамики, электрический заряд и даже количество измерений пространства-времени.

Если эти константы будут иметь существенно различающиеся значения, то либо ядра атомов углерода окажутся нестабильными, либо электроны обрушатся на ядро.

На первый взгляд, прекрасно, что наша Вселенная так тонко настроена. Может, это свидетельствует о том, что данная Вселенная специально создана для возникновения человеческой расы. Однако надо быть осторожнее с такого рода аргументами из-за антропного принципа, суть которого в том, что наши теоретические представления о Вселенной должны быть совместимы с нашим собственным существованием. Это основано на самоочевидной истине: если бы Вселенная не была приспособлена для жизни, мы бы не спрашивали, почему она так тонко настроена.

Часто разделяют сильный и слабый антропный принципы. Сильный антропный принцип предполагает существование множества различных Вселенных, каждой с различными значениями физических констант. При небольших показателях эти значения допускают существование таких объектов, как атомы углерода, которые действуют как строительные блоки для живых существ. Поскольку мы должны жить в одной из таких Вселенных, не следует удивляться, что физические константы так тонко настроены. В ином случае нас бы здесь не было. Таким образом, сильный антропный принцип не очень годится, потому что какое практическое значение в таком случае имеет существование всех остальных Вселенных? А если они отделены от нашей Вселенной, каким образом они могут оказывать влияние на нашу? Я лично предпочитаю слабый антропный принцип. Я принимаю значения физических констант как данность. Но хочу понять, какие выводы можно сделать из того факта, что жизнь существует на данной планете на данном этапе истории Вселенной.

13,8 миллиарда лет назад, когда произошел Большой взрыв и родилась Вселенная, углерода не существовало. Тогда было так жарко, что всё вещество должно было существовать в виде частиц, которые мы называем протонами и нейтронами. Изначально протонов и нейтронов было поровну. Однако по мере расширения Вселенная остывала. Примерно через минуту после Большого взрыва температура должна была упасть приблизительно до миллиарда градусов, что в сто раз выше температуры в недрах Солнца. При такой температуре нейтроны начинают распадаться, образуя больше протонов.

Если бы происходило только это, то всё вещество Вселенной в итоге оказалось бы состоящим из простого элемента – водорода, ядро которого содержит единственный протон. Однако некоторые нейтроны сталкивались с протонами, сливались и образовывали другой простейший элемент – гелий, ядро которого состоит из двух протонов и двух нейтронов. Но в молодой Вселенной не могли образовываться более тяжелые элементы, типа углерода и кислорода. Трудно представить, что какая-то живая структура может состоять только из водорода и гелия. В любом случае, молодая Вселенная все равно оставалась еще слишком горячей для того, чтобы атомы могли создавать молекулы.

Вселенная продолжала расширяться и остывать. Но в некоторых ее участках плотность оказывалась несколько выше, чем в других, и в них гравитационное притяжение дополнительной материи замедляло расширение вплоть до полного прекращения этого процесса. Коллапс вещества стал приводить к образованию звезд и галактик. Это началось примерно через два миллиарда лет после Большого взрыва. Некоторые из первых звезд должны были быть массивнее нашего Солнца, температура их тоже была выше и способствовала превращению первоначальных гелия и водорода в более тяжелые элементы, такие как углерод, кислород и железо. Это могло происходить в течение нескольких сотен миллионов лет. В результате некоторые звезды взрывались, превращаясь в сверхновые, и рассеивали тяжелые элементы в космическом пространстве, что стало сырьем для новых поколений звезд.

Другие звезды слишком далеки от нас, и мы не в состоянии непосредственно увидеть, есть ли у них планетные системы. Однако есть два способа, позволяющих обнаружить наличие планет у звезд. Первый – следить за звездой и наблюдать, остается ли неизменным поток исходящего от нее света. Если планета оказывается между звездой и земным наблюдателем, то она слегка затмевает свет звезды. Если это происходит регулярно, значит, планета обращается на околозвездной орбите. Второй способ – точное измерение положения звезды. Если вокруг звезды обращается планета, она вызывает слабое колебание положения звезды. Если колебания происходят неоднократно и регулярно, можно сделать вывод, что у звезды есть как минимум одна планета.

Эти способы впервые были применены около двадцати лет назад. К настоящему времени благодаря им у далеких звезд обнаружено несколько тысяч планет. По некоторым расчетам, в среднем каждая пятая звезда обладает планетой, похожей на Землю, которая находится от звезды на расстоянии, приемлемом для существования жизни в том виде, как мы ее знаем.

Наша Солнечная система образовалась примерно 4,5 миллиарда лет назад, или чуть меньше 9 миллиардов лет после Большого взрыва, из газа, содержащего остатки ранних звезд. Земля сформировалась преимущественно из тяжелых элементов, в том числе из углерода и кислорода. Каким-то образом отдельные атомы смогли объединиться в виде молекул ДНК. Это та самая знаменитая двойная спираль, обнаруженная в 1950-е годы Френсисом Криком и Джеймсом Уотсоном в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Две цепочки спирали связываются парой нуклеотидов. Известны четыре нуклеатида: аденин, цитозин, гуанин и тимин. Аденин в одной цепочке всегда связывается с тимином в другой, а гуанин – с цитозином. Таким образом, последовательность нуклеотидов в одной цепочке определяет уникальную комплементарную последовательность в другой. Две цепочки могут отдаляться, и каждая действует как образец для создания последующих цепочек. Молекулы ДНК способны воспроизводить генетическую информацию, закодированную в последовательности нуклеотидов. Части последовательности могут использоваться для производства протеинов и других химических соединений, которые способны нести инструкции, закодированные в последовательности, и собирать сырье для ДНК для самовоспроизводства.

Как я уже говорил, мы не знаем, каким образом появились молекулы ДНК. Поскольку шансы возникновения молекул ДНК благодаря случайным комбинациям чрезвычайно малы, многие склонны предполагать, что жизнь на Земле появилась откуда-то извне, например, благодаря обломкам, оторвавшимся от Марса в тот период, когда планеты находились еще в нестабильном состоянии, или что в Галактике летают семена жизни. Впрочем, маловероятно, что ДНК способна выжить, долгое время подвергаясь космической радиации.

Если зарождение жизни на конкретной планете очень и очень маловероятно, но все же возможно, то для этого потребуется весьма длительное время. И еще должно хватить времени на последующую эволюцию таких разумных существ, как мы с вами, прежде чем Солнце распухнет и поглотит Землю. Временно́е окно, в которое это может произойти, определяется продолжительностью жизни Солнца, а она составляет около 10 миллиардов лет. За это время разумная форма жизни должна потенциально освоить космические путешествия, чтобы иметь возможность перебраться к другой звезде. Но если побег окажется невозможным, жизнь на Земле будет обречена.

Ископаемые останки свидетельствуют, что некоторые формы жизни появились на Земле примерно 3,5 миллиарда лет назад. Это произошло спустя всего 500 миллионов лет после того, как Земля стала стабильной и достаточно остыла, чтобы на ней могла формироваться жизнь. Но у Вселенной на формирование жизни было примерно 7 миллиардов лет, следовало предусмотреть достаточный запас времени на то, чтобы появились такие существа, как мы, способные задаться вопросом о происхождении жизни. Если вероятность образования жизни на конкретной планете чрезвычайно мала, почему это произошло на Земле примерно в 1/14 от доступного временно́го окна? Раннее возникновение жизни на Земле предполагает, что существуют высокие шансы спонтанного зарождения жизни в подходящих условиях. Возможно, сначала были более простые формы организации, из которых образовалась ДНК. Появившаяся ДНК оказалась настолько успешной, что могла полностью вытеснить ранее существовавшие формы. Мы не знаем, каковы были эти формы, но одним из вариантов представляется РНК.

РНК похожа на ДНК, только гораздо проще и без двойной спиральной структуры. Короткие отрезки РНК могут самовоспроизводиться, как ДНК, и постепенно складываться в ДНК. Мы не в состоянии создать нуклеотиды, не говоря уж о РНК, в лабораторных условиях из неживого материала. Но на протяжении 500 миллионов лет, когда океаны покрывали почти всю поверхность планеты, не исключена возможность того, что РНК возникла случайно.

По мере самовоспроизводства ДНК не исключена вероятность случайных ошибок, многие из которых оказывались вредными и вели к гибели видов. Некоторые оказывались нейтральными и никак не влияли на функционирование генов. А отдельные ошибки оказывались благотворными для выживания видов – и попадали в ряд дарвиновского естественного отбора.

Поначалу процесс биологической эволюции шел очень медленно. Потребовалось 2,5 миллиарда лет для того, чтобы первые клетки эволюционировали до многоклеточных организмов. За последующий миллиард лет некоторые из них развились до рыб, а некоторые рыбы, в свою очередь, превратились в млекопитающих. С тех пор скорость эволюции неизменно возрастала. На эволюцию первых млекопитающих до нас ушло всего 100 миллионов лет. Дело в том, что первые млекопитающие уже имели свои версии жизненно важных органов, которыми обладаем мы. Следовательно, для эволюции ранних млекопитающих до человека потребовалась лишь тонкая настройка.

Но эволюция человеческой расы вышла на критическую стадию, сопоставимую по значимости с развитием ДНК. Речь идет о формировании речи, в особенности – письменной речи. После этого передача информации от поколения к поколению стала возможна не только генетически, через ДНК, но и иным способом. За 10 000 лет письменной истории можно выявить несколько различимых изменений в человеческой ДНК, обусловленных биологической эволюцией. Но объем знаний, передаваемых от поколения к поколению, вырос несоизмеримо. Я пишу книги, чтобы рассказать вам, что я узнал о Вселенной за свою долгую карьеру ученого, и, занимаясь этим, переношу знания из своего мозга на бумагу, чтобы вы могли прочитать их.

ДНК в человеческой яйцеклетке или сперматозоиде содержит примерно 3 миллиарда пар нуклеотидов. Однако бо́льшая часть информации, закодированной в этих последовательностях, кажется излишней или неактивной. Можно сказать, общий объем полезной информации в наших генах составляет приблизительно 100 миллионов бит. Один бит информации – это ответ «да/нет». А роман в бумажной обложке может содержать до 2 миллионов бит информации. Таким образом, человек представляет собой эквивалент 50 томам «Гарри Поттера». Фонд крупной национальной библиотеки составляет примерно 5 миллионов томов – или 10 триллионов бит. Объем информации, передаваемой книгами или через интернет, в 100 000 раз превышает объем информации, заложенной в ДНК.

Еще важнее то, что информацию, заложенную в книгах, можно изменять и обновлять гораздо быстрее. Наша эволюция от первых человекообразных обезьян заняла несколько миллионов лет. За это время полезная информация, содержащаяся в ДНК, изменилась, скорее всего, на несколько миллионов бит. То есть скорость биологической эволюции человека составила один бит в год. Для сравнения: каждый год только на английском языке публикуется примерно 50 000 книг, содержащих в целом около 100 миллиардов бит информации. Разумеется, подавляющая часть этой информации – мусор и не имеет никакой пользы для любой формы жизни. Но даже при этом скорость добавления полезной информации в миллионы, если не в миллиарды раз больше, чем в ДНК.

Это означает, что мы вступили в новую эволюционную фазу. Сначала эволюция происходила благодаря естественному отбору, в результате случайных мутаций. Эта дарвиновская фаза длилась примерно 3,5 миллиарда лет, в результате чего появились мы, существа, сформировавшие язык для обмена информацией. Но последние 10 000 лет мы находимся в так называемой фазе внешней передачи данных. За этот период внутренняя регистрация информации, передаваемой последовательными поколениями ДНК, отчасти изменилась, но внешняя регистрация – в книгах и других долгосрочных формах хранения – претерпела грандиозные изменения.

Некоторые пользуются термином «эволюция» только применительно к внутренне передаваемому генетическому материалу и возражают против его применения к информации, передаваемой внешними способами. На мой взгляд, это слишком узкая точка зрения. Мы больше, чем только наши гены. Мы можем быть не сильнее или, в основе, не намного разумнее наших пещерных предков. Но кардинально нас отличает от них сумма знаний, которые мы накопили за последние 10 000 лет, а в особенности за последние три столетия. Думаю, вполне законно принять более широкую точку зрения и включить внешне передаваемую информацию наряду с ДНК в эволюцию человеческой расы. Временна́я шкала эволюции в период внешней передачи информации – это временна́я шкала накопления информации. Некогда она составляла сотни, даже тысячи лет. Сейчас она сократилась до пятидесяти лет, а может, и того меньше. С другой стороны, мозг, который обрабатывает эту информацию, эволюционирует только в дарвиновской шкале времени, а ее диапазон – сотни тысяч лет. И это начинает создавать проблемы.

В XVIII веке, по некоторым сведениям, жил человек, который прочитал все написанные книги. Но в наши дни, если читать по одной книге в день, вам потребуются сотни тысяч лет, чтобы прочитать все книги из Национальной библиотеки. А будет написано и опубликовано еще большее количество книг.

Это означает, что ни один человек не может считать себя специалистом более чем в одной узкой области человеческих знаний. Сейчас приходится специализироваться во все более узких областях. Вероятно, это станет серьезной проблемой в будущем. Мы, безусловно, не сможем долго продолжать семимильными шагами наращивать знания, как это происходило в последние триста лет. Еще бо́льшим ограничением и опасностью для грядущих поколений является то, что в нас сохраняются инстинкты, и в особенности агрессивные, характерные для пещерного человека. Агрессия в форме порабощения или убийства, захвата людей и по сей день дает определенные преимущества в борьбе за выживание. Но теперь она способна уничтожить все человечество и большинство всей остальной жизни на Земле. До сих пор самая непосредственная опасность – ядерная война, но есть и другие, например распространение генетически модифицированного вируса. Или нестабильное влияние парникового эффекта.

У нас нет времени ждать, пока дарвиновская эволюция сделает нас разумнее и добропорядочнее. Но мы вступаем в новую фазу, которую можно назвать искусственной эволюцией, в ходе которой будем в состоянии изменять и совершенствовать наши ДНК. У нас уже есть карта ДНК. Это означает, что мы способны читать «книгу жизни» и, следовательно, вносить в нее поправки. Сначала эти изменения будут касаться исправления генетических дефектов – типа фиброзно-кистозной дегенерации и мышечной дистрофии, которые контролируются отдельными генами, поэтому их легко идентифицировать и исправить. Другие качества, например умственные способности, скорее всего, контролируются бо́льшим количеством генов, и найти их и обнаружить взаимосвязи будет гораздо труднее. Тем не менее я уверен, что в течение этого столетия люди поймут, как видоизменять и умственные способности, и даже такие инстинкты, как агрессия.

Вероятно, будут приниматься законы против применения генной инженерии на человеке. Но всегда найдутся люди, которые не смогут устоять перед искушением улучшить человеческие характеристики, такие как, например, объем памяти, сопротивляемость заболеваниям и продолжительность жизни. Как только появятся такие сверхчеловеческие существа, возникнут серьезные проблемы политического свойства, связанные с неусовершенствованными людьми. Предположительно, они либо вымрут, либо не будут иметь никакого значения. Вместо них появится раса самоконтролируемых существ, совершенствующих себя со все возрастающей скоростью.

Если человеческая раса сумеет переконструировать себя, сократить или ликвидировать риск самоуничтожения, вероятно, она сможет распространиться и колонизировать другие планеты и звезды. Однако дальние космические перелеты будут представлять значительную сложность для жизненных форм, основанных на химических процессах (основанных на ДНК, то есть таких, как мы). Естественная продолжительность жизни таких существ значительно короче времени путешествий. Согласно теории относительности, ничто не может перемещаться быстрее света, поэтому полет до ближайшей звезды и обратно потребует как минимум восьми лет, а в центр Галактики – около пятидесяти тысяч лет. В научной фантастике эти проблемы решаются за счет искривления пространства или путешествия через дополнительные измерения. Но я не думаю, что это когда-либо станет реальностью, как бы ни усовершенствовались наши интеллектуальные способности. Согласно теории относительности, если возможно перемещение быстрее света, то возможно и путешествие во времени, а это создаст проблемы с людьми, возвращающимися в прошлое и пытающимися его изменить. В таком случае уже сейчас можно ожидать появления большого количества любопытных туристов из будущего, жаждущих поглазеть на нашу причудливую старомодную жизнь.

В принципе, генная инженерия может продлить существование жизненных форм, основанных на ДНК, на неопределенно долгое время, по крайней мере на 100 000 лет. Но гораздо проще и уже почти в наших современных возможностях отправить в космос механизмы. Можно спроектировать срок их действия на время, достаточное для межзвездных путешествий. Прибывая к новой звезде, они смогут совершить посадку на подходящей планете и добыть минералы, необходимые для создания новых механизмов, которые могут быть отправлены к еще более далеким звездам. Эти механизмы могут стать новой формой жизни, только основанной не на макромолекулах, а на механических и электронных компонентах. Со временем они могут заменить жизнь, основанную на ДНК, – так же как ДНК, возможно, заменила более ранние формы жизни.

Каковы шансы на то, что в процессе исследования Галактики мы можем столкнуться с инопланетной формой жизни? Если аргумент насчет временно́й шкалы для возникновения жизни на Земле корректен, то должно быть довольно много звезд, на планетах которых есть жизнь. Отдельные из этих звездных систем сформировались за миллиарды лет до образования Земли – так почему бы галактике не кишеть самоконтролируемыми механическими или биологическими формами жизни? Почему Землю никто не колонизирует и даже не посещает? Кстати сказать, я отрицательно отношусь к предположениям о том, что в НЛО находятся инопланетные существа. Думаю, любой визит инопланетян должен был бы стать более очевидным и, вероятно, заодно и весьма малоприятным.

Так почему нас никто не посещает? Не исключено, что вероятность спонтанного зарождения жизни настолько мала, что Земля оказалась единственной планетой в Галактике – или в наблюдаемой Вселенной, – на которой это оказалось возможно. Есть иной вариант: существует реальная вероятность формирования самовоспроизводящихся систем типа клеток, но большинство таких форм жизни не эволюционировало до уровня разумных существ. Мы привыкли считать разумную жизнь неизбежным следствием эволюции, но так ли это? Антропный принцип напоминает, что следует с осторожностью относиться к подобным утверждениям. Более вероятно, что эволюция – это хаотический процесс и что формирование разума – лишь один из множества возможных результатов.

Даже совсем не обязательно, что разум каким-то образом полезен для выживаемости в долгосрочной перспективе. Бактерии и другие одноклеточные организмы могут остаться, даже если в результате человеческой деятельности вся остальная жизнь на Земле окажется уничтожена. Возможно, разум был неперспективным направлением для формирования жизни на Земле, поскольку потребовалось очень много времени – 2,5 миллиарда лет, – чтобы пройти путь от отдельных клеток до многоклеточных организмов, необходимых предшественников разумной жизни. Это довольно большой отрезок доступного времени до момента гибели Солнца, что вполне согласуется с гипотезой о том, что вероятность формирования разума у жизненных форм чрезвычайно мала. В таком случае мы можем обнаружить в Галактике множество других форм жизни, но маловероятно, что найдем разумных существ.

Жизнь может не проэволюционировать до разумных форм и по другой причине: например, планета столкнется с астероидом или кометой. В 1994 году мы наблюдали столкновение кометы Шумейкеров – Леви с Юпитером. В результате возникло несколько гигантских огненных вспышек. Считается, что столкновение относительно более мелкого тела с Землей, произошедшее 66 миллионов лет назад, привело к исчезновению динозавров. Несколько видов мелких ранних млекопитающих выжили, но все живое размером с человека и крупнее почти наверняка было уничтожено. Трудно сказать, как часто происходят такие столкновения, но с определенной долей вероятности можно утверждать, что их периодичность составляет приблизительно 20 миллионов лет. Если так, то это означает, что разумная жизнь на Земле сформировалась лишь благодаря той счастливой случайности, что в последние 66 миллионов лет ничего подобного не происходило. Другие планеты в Галактике, на которых формировалась жизнь, могли не иметь столь длительного периода существования без глобальных потрясений, достаточного для эволюции разумных существ.

Третий вариант состоит в том, что существует немалая вероятность для жизни сформироваться и развиться до разумных существ, но затем система становится нестабильной, и разумная жизнь уничтожает себя. Это очень пессимистический вариант, и я надеюсь, что он исключен.

Я предпочитаю четвертый: в космосе существуют другие формы разумной жизни, но мы их не замечаем.

В 2015 году меня пригласили на ланч в связи с проектами Breakthrough Listen Initiatives, целью которых является поиск разумной внеземной жизни. В рамках проекта Breakthrough Listen проводятся наблюдения за звездным небом на двух радиотелескопах. Используется самое совершенное оборудование, проект имеет очень щедрое финансирование и обеспечен тысячами часов рабочего времени телескопов. В настоящее время это крупнейшая в мире научная программа, направленная на поиск свидетельств существования внеземных цивилизаций. Проект Breakthrough Message – это международный конкурс по созданию посланий, которые могут быть прочтены развитой цивилизацией. Но пока мы сами не продвинулись несколько дальше, надо с осторожностью относиться к возможным ответам. На нашей нынешней стадии встреча с более развитой цивилизацией может оказаться похожей на встречу американских аборигенов с Колумбом, и я сомневаюсь, что аборигены были от этой встречи очень счастливы.