Физика невозможного - Мичио Каку

Несколькими годами раньше, в 1600 г., в Риме был сожжен заживо бывший доминиканский монах и философ Джордано Бруно. Чтобы унизить Бруно, церковники, прежде чем сжечь у столба, раздели его донага и подвесили вниз головой. Что же делало учение Бруно столь опасным? Он ведь задал простой вопрос: есть ли жизнь вне Земли? Подобно Копернику, Бруно был убежден, что Земля обращается вокруг Солнца, но в отличие от Коперника он считал, что там, в космосе, живет, возможно, бессчетное количество других людей, таких же, как мы. (Церковь решила, что проще и удобнее сжечь автора безумной идеи, чем всерьез задуматься о возможном существовании миллиардов других святых, пап, церквей и Иисусов.)

Четыреста лет память о Бруно не давала спокойно жить историкам науки. Но теперь Бруно отомщен. Примерно дважды в месяц астрономы обнаруживают в космосе около какой-нибудь звезды новую планету. На данный момент достоверно известно о существовании у различных звезд примерно 300 планет, так что предсказание Бруно в отношении внесолнечных планет сбылось. Но один вопрос по-прежнему остается без ответа. Может быть, галактика Млечный Путь битком набита планетами, но сколько из них пригодны для жизни? А если в космосе действительно существует разумная жизнь, то что может наука сказать о ней?

Разумеется, гипотетические встречи с инопланетянами вызывают в обществе горячий интерес, завораживают уже не одно поколение читателей и зрителей. Самый знаменитый случай произошел 30 октября 1938 г., в Хеллоуин; тогда актер и режиссер Орсон Уэллс решил подшутить над американской публикой. Он взял за основу сюжет романа Герберта Уэллса «Война миров» и подготовил серию коротких якобы новостных сообщений. Эти сообщения передавались в эфире национальной радиокомпании CBS, прерывая танцевальную музыку и час за часом воспроизводя сценарий вторжения марсиан на Землю и последующего краха цивилизации. Миллионы американцев ударились в панику от «новостей» о том, что в Гроверс-Милл, штат Нью-Джерси, приземлились машины с Марса, что они стреляют смертельными лучами, уничтожают целые города и собираются захватить весь мир. (Позже газеты писали, что в названном районе началась стихийная эвакуация — жители пытались его покинуть; нашлись очевидцы, утверждавшие, что чуют в воздухе ядовитый газ и видят вдалеке вспышки света.)

В 1950-х гг. интерес к Марсу вновь вырос; дело в том, что астрономы обнаружили на Марсе странную отметину, напоминающую гигантскую букву М размером в несколько сот километров. Тут же появились комментарии: буква М наверняка означает Марс, это мирные марсиане подают землянам сигнал, вроде того как на стадионе во время футбольного матча группа поддержки по буквам выкрикивает название любимой команды. (Другие зловеще возражали: на самом деле отметка соответствует букве W, а не М, a W означает, разумеется, войну. Другими словами, на самом деле марсиане объявляют Земле войну!) Возникшая мини-паника вскоре улеглась, а загадочная буква М исчезла так же внезапно, как и появилась. По всей видимости, иллюзия была вызвана песчаной бурей, которая покрыла собой всю поверхность планеты, кроме вершин четырех крупных вулканов. Эти-то четыре пика и сложились в грубое подобие буквы М или W.

Серьезные ученые, занятые поисками возможной внеземной жизни, утверждают: об этой жизни — если, конечно, она существует — невозможно сказать ничего определенного. Тем не менее, исходя из наших знаний о физике, химии и биологии, можно сделать несколько общих предположений о природе внеземной жизни.

Первое. Ученые считают, что ключевым фактором для возникновения жизни во вселенной является жидкая вода. «Ищите воду» — такую мантру повторяют астрономы, занимаясь поиском свидетельств существования внеземной жизни. Жидкая вода, в отличие от большинства других жидкостей, является «универсальным растворителем» и способна растворять поразительное количество всевозможных химических веществ. Это идеальная среда для возникновения все более сложных молекул. Кроме того, сама молекула воды очень проста, ее можно найти повсюду во Вселенной, тогда как другие растворители встречаются редко.

Второе. Нам известно, что углерод — очень вероятный компонент жизни. Дело в том, что атом углерода четырехвалентен, а значит, может связываться с четырьмя другими атомами, создавая в результате молекулы невероятной сложности. В частности, он легко образует длинные углеродные цепочки — основной элемент углеводородных соединений и всей органической химии. У других четырехвалентных элементов ряд возможных химических соединений далеко не столь богат.

Наглядной иллюстрацией незаменимости и важности углерода может служить знаменитый эксперимент Стэнли Миллера и Гарольда Юри, проведенный в 1953 г. Эксперимент показал, что жизнь в принципе может возникнуть спонтанно как естественный побочный результат химических процессов с участием углерода. Ученые взяли раствор аммиака, метана и других токсичных веществ — тех, которые, по их мнению, должны были присутствовать на Земле в ее начальную эпоху, — поместили в замкнутый сосуд и подвергли действию слабого электрического тока. После этого оставалось только ждать. Уже через неделю в сосуде появились признаки спонтанного формирования аминокислот. Электрического тока было достаточно, чтобы разорвать связи в аммиаке и метане, а затем заново собрать атомы в молекулы аминокислот — предшественников протеинов. В каком-то смысле жизнь действительно может возникнуть спонтанно! (Позже аминокислоты удалось обнаружить в составе метеоритов и в газовых облаках в глубинах космоса.)

Третье. Основа жизни — способная к самовоспроизведению молекула под названием ДНК. В химии самокопирующиеся молекулы встречаются чрезвычайно редко. Потребовались сотни миллионов лет, чтобы на Земле, скорее всего в глубинах океанов, сформировались первые молекулы ДНК. Считается, что, если бы можно было провести эксперимент Миллера-Юри протяженностью в миллион лет в объеме земных океанов, ДНК-молекулы успели бы спонтанно возникнуть. Одна из самых вероятных площадок, где в начале земной истории могла случайно сложиться первая на планете молекула ДНК, — это места вулканических выходов на дне океана, так называемые «черные курильщики». Активность этих горячих источников могла послужить удобным источником энергии для первых молекул ДНК и первых клеток — задолго до возникновения фотосинтеза и растений. Нам пока неизвестны другие, помимо ДНК, углеродосодержащие молекулы, способные к самовоспроизведению, но скорее всего, все другие самокопирующиеся молекулы во Вселенной будут в чем-то похожи на молекулы ДНК.

Подведем итог. Для жизни, по всей видимости, необходима жидкая вода, углеводородные соединения и какая-то форма самовоспроизводящейся молекулы вроде ДНК. Пользуясь этими довольно общими критериями, мы можем примерно оценить, с какой частотой встречается во Вселенной разумная жизнь. Одним из первых такую оценку провел астроном Корнеллского университета Фрэнк Дрейк в 1961 г. Если взять 100 млрд звезд галактики Млечный Путь, можно оценить, какую долю среди них составляют звезды с такими же характеристиками, что и наше Солнце. Затем можно оценить долю подходящих звезд, возле которых есть планетные системы.

Говоря более конкретно, уравнение Дрейка позволяет рассчитать число цивилизаций в Галактике путем перемножения нескольких величин, включая:

• скорость рождения звезд в Галактике;

• долю звезд, у которых есть планеты;

• число планет с пригодными для жизни условиями возле каждой звезды;

• долю планет, на которых действительно возникает жизнь;

• долю планет, где развивается разумная жизнь;

• долю планет, цивилизации которых способны и хотят общаться с другими цивилизациями;

• ожидаемую продолжительность жизни цивилизации.

Взяв за основу разумные оценки и перемножив все перечисленные вероятности, мы поймем, что в одной только галактике Млечный Путь может существовать от 100 до 10 000 планет, на которых имеется разумная жизнь. Если разумные формы жизни равномерно распределены по Галактике, то можно ожидать, что одна из таких планет может обнаружиться «неподалеку» — всего в нескольких сотнях световых лет от Солнечной системы. В 1974 г. Карл Саган сделал другую оценку; по его мнению, в нашей галактике Млечный Путь может существовать до миллиона цивилизаций.

Эти теоретические рассуждения, разумеется, дали дополнительные аргументы тем, кто пытается обнаружить признаки существования инопланетных цивилизаций. Оптимистичные оценки числа звезд в Галактике, пригодных для разумной жизни, дали ученым повод начать серьезные поиски радиосигналов извне; речь в данном случае идет о сигналах, которые может излучать планета с развитой цивилизацией — вроде телевизионных и радиосигналов, которые активно излучает наша собственная планета последние 50 лет.