Валентин Д. Иванов
Още едно решение на Парадокса на Ферми: Наръчник за контакти

Аз избрах да се занимавам с астрономия заради фантастиката. Всъщност, първото ми желание беше да стана космонавт, но по онова време България още нямаше собствени космонавти, а и макар да бях малък, ми беше ясно, че с тази стъклария пред очите няма как да стана военен летец — тогава почти всички космонавти имаха военни звания. А е можело да имаме космонавти още през 60-те години. Историята е дълга и е свързана с добре известното в авиационните кръгове семейство Стаменкови — четирима братя летци и техният зет, също летец. С изненада научих за тяхната инициатива от дневника на генерал Николай Каманин^[1], който по това време е бил ръководител на съветския Център за подготовка на космонавти. Един ден през 1964 година го извикал министърът на отбраната маршал Малиновски и му казал, че българският военен аташе генерал Захариев настоятелно предлага да започне подготовката на български космонавт и предлага някой от семейство Стаменкови. Инициативата не намерила подкрепа, но по-късно България все пак стана шестата страна в света, изпратила в космоса свой представител.

Ако ме можех да отида в космоса, поне можех да го изучавам. Обаче за да стигна до астрономията ми трябваше още една щастлива случайност — липсата на баба точно в подходящия момент. През 70-те и 80-те години на миналия век майка ми преподаваше в Полувисшия учителски институт „Любен Каравелов“ в град Кърджали. Той съществува и сега, но е филиал на Пловдивския университет „Паисий Хилендарски“. А баща ми беше инспектор по руски език в Отдел просвета на Окръжния съвет и често ходеше в командировки из окръга, понякога за два-три дни. Точно в един такъв момент майка ми трябваше да заведе студентите си на практика… в Народната обсерватория, която все още не беше кръстена на името на своя основател и пръв директор Славей Златев. Практиката беше късно вечерта, майка ми нямаше на кого да ме остави и така аз открих, че за да се изучават планетите и звездите не е необходимо да се лети между тях. Има алтернатива — телескопите. От Ина Барзова и Илиян Илиев, които тогава работеха там разбрах, че има кръжоци, клубове на любителите-астрономи, летни школи и младежки конференции.

Постепенно поех по път, който мина най-напред през Софийския университет, после през Аризонския университет в град Тюсън и накрая ме отведе до Южноверопейската обсерватория, първо в наблюдателните й станции в Андите и след това в централата близо до Мюнхен. През по-голямата част от астрономическата си кариера се занимавах със „стандартна“ наука — звездни населения на далечни галактики, звездни купове в Млечния път, собствени движения на звездите. Най-далечният обект, за който публикувах статия, е квазар, „роден“ по-малко от милиард години след Големия взрив, а най-близките обекти, над които съм работил, са планетите в Слънчевата система.

Обаче през последните години нещата се промениха. В средата на 90-те се появиха неоспорими доказателства за съществуването на планети (обикновено наричани екзопланети) около други звезди. Едва ли някой астроном се е съмнявал, че ги има, но ранните опити да бъдат открити от 50-те и 60-те години бяха спорни. С напредъка на технологиите пред професионалната астрономия се откриха възможности да търси отговорите на въпроси, които до тогава бяха в прерогативите на писателите-фантасти или най-много на астрономите, които се занимаваха с популяризация на науката като Карл Сейгън.

Освен това доказаното съществуване на екзопланетите стимулира астрономите да си задават въпроси, които по-рано бяха немислими. Днес се публикуват статии и сериозно се обсъждат статии, по такива наглед „откачени“ въпроси като каква технология е необходима и от какво разстояние може да бъдат регистрирани уличните лампи, които ползваме, за да осветяваме улиците на нашите градове. Не бързайте да се смеете — натриевите лампи излъчват цялата си енергия в тесни линии; ако те бъдат изолирани от околния континуум, например като се правят наблюдения с голямо спектрално разрешение, могат да се търсят високоразвити технологични цивилизации (бързам да добавя — подобни на нашата!). На тази концепция — да се наблюдава с тесни филтри около „интересни“ дължини на вълните се базира и оптичното СЕТИ. Мои колеги не на шега търсят в инфрачервената част на спектъра отпадъчната енергия от дейността на цивилизации от клас 3 по скалата на Кардашев. Мога да дам и други примери как астрономията постепенно навлиза в границите на фантастиката, но темата заслужава отделна статия.

Аз не стигнах чак до там, че да търся извънземни градове. Вместо това с група колеги се опитваме да разберем от какво са съставени атмосферите на някои екзопланети — нещо, което едва ли бих могъл да си представя, че ще правя, когато прекрачвах за пръв път прага на кърджалийската обсерватория.

Есето, което ви предлагам тук, беше публикувано в алманаха „Български фантастични ваяния — 2008“ (издателство ЕГИ, декември 2008, София). Съставител е Емануел Икономов, редактори са Александър Карапанчев и Емилиян Малезанов, а художник е Димитър Стоянов — Димо.

1. Парадокс по време на обяд

Историята на Парадокса на Ферми започва преди повече от половин век, когато италианският физик Енрико Ферми отива да обядва заедно с няколко свои колеги от Националната лаборатория в Лос Аламос (единият от тях е Едуард Телър, бащата на американската водородна бомба). По пътя те обсъждат многобройните съобщения за летящи чинии, които тогава, точно както и днес, наводняват пресата. Постепенно разговорът тръгва в друга посока, но малко по-късно, когато са вече около масата, Ферми неочаквано възкликва: „Къде са те?“.

Годините са изтрили от спомените на спътниците му конкретните думи, използвани от италианеца, и сега се спори дали е попитал „Къде са те?“ или „Къде са всички?“. Смисълът на въпроса му веднага достига до останалите физици: защо до сега на Земята няма представители на поне една извънземна раса? Как така през тези дванайсет или шестнайсет милиарда години (колкото е възрастта на Вселената според различни оценки) не се е появила нито една цивилизация, която да води последователна експанзионистична политика и да колонизира Галактиката?

Енрико Ферми е дал името си не само на Парадокса, но и на един специфичен клас задачи — т.н. Задачи на Ферми, в които отговорът трябва да се получи от първи принципи при наличието на минимална информация. Пример за подобна задача е да се оцени броят листа на едно дърво. Търси се приблизителен, ала максимално точен отговор. Разбира се, за броене на листата не бива и дума да става, най-малкото защото това е „брутално“ решение, лишено от всякаква елегантност. Значително по-лесно ще успеем, ако проследим няколко клона, започвайки от корена, на който съответства единица. На първото разклонение трябва да я умножим по броя на разклонилите се клонки (например две), на следващото трябва да умножим резултата по броя на клонките във въпросното разклонение (нека да са три и ще получим шест), на третото — също, и така, докато дойде ред на последното разклонение, където имаме не нови разклонения клонки, а разклонения листа. Ако повторим упражнението няколко пъти, голямата статистика ще ни помогне да получим доста вярна и бърза оценка.

Друга известна задача на Ферми е да се намери броя на акордьорите на пиана в един голям град. Естествено подобен метод дава отговори с точност до порядък, но в много случаи това е напълно достатъчно.

Потвърждавайки таланта си да открива оригинални решения на задачи, Ферми мигновено преценява, че през дългата история на Галактиката Земята е трябвало да бъде посетена твърде отдавна, и то многократно. По-късно Франк Дрейк дори създава математическа формула, известна днес като Уравнението на Дрейк, с което прави по-точна оценка на броя на цивилизациите, съществуващи в момента из нашата Галактика. По една случайност, техният брой се оказва близък до времето им на живот (изразено в години) в „технологична“ ера, когато са способни на контакт с нас. С други думи, ако цивилизациите използват радио средно по десет хиляди години, в Млечния път ще има десет хиляди радиоизлъчващи цивилизации, чийто радиообмен бихме успели да засечем с програма, подобна на СЕТИ. А ако „радиоживотът“ продължава сто хиляди години, приблизително сто хиляди радио-цивилизации ще обитават Галактиката ни.

Тези числа могат да изглеждат огромни, но на фона на броя звезди в Млечния път (около десет на тринайсета степен) те са изчезващи величини. Те са също така безкрайно малки и щом ги сравним с възрастта на Вселената, възлизаща на милиарди години. В случая крокодилът е по-къс, отколкото зелен, защото дори ако всяка от тия десет на тринадесета степен звезди има своя планетна система, шестнайсет милиарда години са съвсем достатъчни на една експанзионистична цивилизация да се разсели около всички звезди, при това без да използва свръхсветлинни технологии. Напротив, моделите показват, че „допотопни“ кораби, движещи се едва с няколко процента от скоростта на светлината, са напълно способни да колонизират цялата Галактика в рамките на десетина милиона години, включвайки даже време за частично усвояване на местните ресурси на всяка новозавладяна система.

Забележителното в цялата оценка е, че не е необходимо всички цивилизации в Галактиката да са експанзионистично настроени. Достатъчно е да се появи само една през първите шестнадесет милиарда години от еволюцията на Млечния път (без десет милиона години, необходими за самата експанзията) и тогава човечеството дори не би възникнало, защото цялата „жилищна площ“ в Слънчевата система щеше отдавна да бъде разделена на парцели и разпродадена.

И все пак, „къде са те?“, както е попитал някога Енрико Ферми. Има доста обяснения: от идеята, че нашето човечество живее в своеобразна „зоологическа градина“, до съмнението, че оценките за вероятността да се появи живот на някоя планета и той да развие разум са значително завишени (с други думи — човечеството е единствено и неповторимо, уникат или генетичен дефект на Вселената, въпрос на гледна точка). Сред многото възможни обяснения е и това, че ние просто не разпознаваме извънземните цивилизации и техните прояви, следователно дори в този момент могат да са около нас.

2. Къде ще вечеряме?

Казват, че цивилизоването е процес на преминаване от въпроса „Кого ще ядем?“ към „Къде ще вечеряме?“. И докато първият вариант издава отчаяна готовност да се поемат рискове (не е изключено отговорът да бъде: „Теб“), то вторият демонстрира възможност за избор и несравнимо по-високо равнище на индивидуална сигурност. Ако се опитаме да обобщим прозрението, криещо се зад тази брадясала шега, ще дойдем до извода, че развитието на цивилизациите е стремеж към постигане на по-голяма безопасност. В края на двайсети век в някои страни този процес достигна парадоксално ниво — например с опитите по законодателен път да се осигури поведение, което доскоро бе гарантирано само от инстинкта за самосъхранение и от здравия разум.

В мащабите на съвременните цивилизации действат прекалено много центробежни сили, за да се реши проблемът по подобие на законите за тютюнопушенето, за осветлението на домашните плувни басейни, за максималната разрешена скорост на уличното движение или за утринните молитви. С времето икономическата и военната глобализация неизменно ще уеднаквят критериите на човечеството за добро и лошо (къде между тези два полюса ще намерим баланс е друга тема). Но има обстоятелства, който са извън обсега дори на най-мощната законодателна система. Да речем, всеки парламент може да приеме закон за противоземетръсното строителство, ала никой не е в състояние да предотврати външни фактори като земетресенията, по-силни от предвидените при същото това строителство.

Нека отбележим, че има много външни фактори, които по разбираеми причини са извън контрола на самата цивилизация. В масовото съзнание най-пресен е може би примерът с астероидите убийци, на чиято „съвест“ вероятно лежи гибелта на динозаврите. Разбира се, една цивилизация от втори тип по скалата на Кардашев, която използва напълно ресурсите на своята звезда, сигурно ще успее да си организира „благоустроена планетна система“, където астероидните пояси са „почистени“, а пък протокометите в техния облак на Оорт са каталогизирани и паркирани на безопасни орбити. Обаче и това не гарантира оцеляването й, защото, наред с астероидите, от Космоса я дебнат свръхнови и рентгенови източници и от време на време ядрата на иначе спокойни галактики се превръщат в Сейфертови^[2], като започват да изливат потоци от убийствена радиация. Справянето с подобни заплахи е по силите само на цивилизации от трети тип по скалата на Кардашев, които разполагат с енергийните ресурси на цялата си галактика.

„Благоустрояването“ на някоя планетна система лесно може да остане незабелязано поради космическите разстояния между звездите, но същата операция в рамките на една галактика означава глобално галактическо тераформиране, което включва както локално разчистване на всички заселени планетни системи, така и служба за „обезвреждане“ на свръхнови, и лишаване на централната свръхмасивна черна дупка от приток на газ и прах.

Досегашните ни наблюдения говорят за отсъствието на такъв процес или поне ние не можем да го разграничим от естествените процеси на галактическа еволюция.

* * *

Водени от идеята, че експанзията на дадена цивилизация в космоса не е проява на агресия, ами защитен импулс, нека да помислим какви са възможностите за осъществяването й. Наблюденията подсказват, че ако преди нас в Млечния път вече е имало поне една цивилизация, поставена пред задачата да оцелее, то „тераформирането на Галактиката“, по образ и подобие на родната планета, не е бил избраният отговор. Пример за подобна експанзия би бил напълването на Млечния път с Дайсънови^[3] сфери и орбитални градове от типа, предсказан от О’Нийл. Доста убедителен вариант на подобна ситуация е описан в поредицата от романи на Иън М. Банкс за Културата. Дори усъвършенстването на вида до степен, която позволява известни отклонения от „чистата генетична линия“, не води до принципни разлики. За подобна стратегия на оцеляване пък говори Джеймс Блиш в „Новозавладените звезди“.

Да вземем за пример човешката кожа. Щом повишим отражателната й способност, ще можем да живеем на планета без озонов слой или около по-гореща звезда с по-силно ултравиолетово излъчване, отколкото Слънцето. Това обаче няма да отмени идването на астероиди убийци. А ако затворим порите по кожата и я подсилим така, че да бъде достоен заместител на скафандър, ще можем да живеем в астероидния пояс, но няма да избегнем превръщането на местната звезда в червен гигант, поглъщащ всичко в системата, включително астероидния пояс.

Подобни наивни разсъждения ме карат да мисля, че опитите някоя цивилизация да намери стабилна стратегия за оцеляване в постоянно изменящата се Вселена са обречени на неуспех. Оцеляването срещу природните стихии (да не говорим за вътрешните — нека да приемем, че става дума за псевдоутопична цивилизация, която отдавна е постигнала вътрешна непротиворечивост, ако не и вътрешна хармония) е по-скоро въпрос на постоянна борба, отколкото еднократен акт на усилие, следван от безкрайно дълго плато.

Възможно ли е цивилизацията да избегне поне частично превратностите на съдбата в една квазислучайна Вселена? Нека да оставим на страна прехвърлянето в по-висши измерения. Съществува друга възможност, за която дори съвременната физика има доста задълбочени представи — микросвета. Преминаването от макроскопична структура, като носител на разума, към микроскопична такава променя коренно правилата на играта за оцеляване.

Преди да продължим, нека да дефинираме двете понятия. По същество, разликата между тях е дълбоко антропоцентрична, защото се определя от разделителната способност на човешкото око: това, което средният представител на хомо сапиенс може да види, е част от макросвета, а всичко останало — от микросвета. През вековете физиката и другите естествени науки позволиха да изследваме структурата на реалното в далеч по-малки мащаби от нашия собствен. Вече разполагаме с експериментално потвърдени теории за атоми, елементарни частици и кварки.

Много е вероятно макрокатастрофите от космически мащаб да имат своя аналог в микросвета — един ултравиолетов фотон или космическа частица с висока енергия са в състояние не само да повредят електрониката ни, но навярно и да нарушат структурата на материалния носител на разума в микросвета. Оттук нататък вече можем само да теоретизираме, преминавайки в зона, традиционно принадлежаща на научната фантастика. За да се намали риска, този материален носител трябва да се търси сред елементарните частици с ниско сечение на взаимодействие (и все пак не толкова ниско, че отделните части на цивилизацията да не могат да комуникират помежду си).

В известен смисъл „слизането“ към по-ниски мащаби уеднаквява материята — тя престава да бъде водород, литий, никел или който и да е друг елемент от Периодичната таблица, и се превръща в различни комбинации на шест кварка и техните антикварки. Ако отхвърлим идеята, че въпросният носител на разума използва някакви непознати до момента свойства на атомите, електроните и протоните или техните сродни комбинации от кварки (което е малко вероятно, но не напълно невъзможно), трябва да дирим събратята по интелект в още по-ниски етажи на материята. А „унификацията“ й при микромащабите открива възможността всяка материя да се превърне в материален носител на разума. Тогава експанзията на една цивилизация е процес на превръщане на която и да е материя в „мислеща“ с крайна цел цялата материя във Вселената да се превърне в мислеща.

Резултатите или по-скоро липсата на резултати от програмите за търсене на извънземни цивилизации говори в полза на бързия преход към микросвета в мащабите на живота на една цивилизация. В противен случай Млечният път би бил пълен с „млади“ цивилизации, подобни на нашата собствена, които все още не са извършили трансформацията, а ние щяхме отново да се озовем лице в лице с Парадокса на Ферми и въпроса „Къде са те?“.

Идеята за миграцията към микросвета отваря врата за възможността разумът да възникне направо в него, без да е необходимо преминаване от макросвета. Колкото и да е интересен, засега подобен въпрос е твърде умозрителен и не може да получи отговор.

Според съвременната астрономия само няколко процента от масата на Вселената се падат на т.н. светеща материя (звезди, прах и газ). Десет пъти повече е тъмната материя, чиято природа си остава загадка за нас вече седем десетилетия.

3. Тъмните дела на Вселената

Астрономията се сблъсква за пръв път с тъмната материя през 1933 г., когато швейцарският астроном Фриц Цвики оценява динамичната маса на един куп от галактики, намиращ се в съзвездието Косите на Вероника. За своя изненада той открива, че само 1/400 от масата му е под форма на звезди в отделните му галактики. Цвики заключава, че липсващото се състои от невидима материя. По-късните изследвания потвърждават извода му.

През шейсетте години на двайсети век Вера Рубин стига до заключението, че външните части на галактиките се въртят прекалено бързо за измерената им маса. Това означава, че всяка галактика е потопена в гигантско хало със значителна маса, многократно надвишаваща тая на звездите в нея. И отново по-късните изследвания потвърждават този резултат.

Днес тъмната материя е безспорен факт, „подпечатан“ от астрономическите наблюдения, и макар че частиците й не взаимодействат с електромагнитната радиация, има множество доказателства за съществуването им, базирани върху гравитационното взаимодействие между тях и светещата материя във Вселената. Например гравитационните лещи потвърдиха наличието на тъмна маса както в куповете от галактики, така и в самите галактики.

Тук става дума за явление, при което масивните тела, деформирайки пространството около себе си, могат да изиграят ролята на двойно изпъкнали лещи — те, най-общо казано, концентриращи светлината от по-далечни обекти. С други думи: ако две галактики случайно се намират на една линия със Земята, по-близката до нас ще послужи като естествен телескоп, концентрирайки към нас повече от светлината на по-далечната, отколкото би достигнала в противен случай. Колкото по-масивна е предната галактика, толкова по-силен е ефектът и с малко моделиране може да се оцени пълната маса на галактиката леща и да се сравни с оная, асоциирана само със звездите (и праха, и газа) в нея. Разликата между тези две величини се дължи на тъмната материя.

Тъмната материя не е от вчера.

Присъствието й беше регистрирано в далечни купове от галактики, чиято светлина е излъчена, когато Вселената е милиарди години по-млада. Нещо повече, наблюденията на микровълнивия фон и едромащабната структура на Вселената превърнаха тъмната материя в неизменна съставна част на т.н. Стандартен космологичен модел, описващ Големия взрив и следващата го еволюция на Вселената. Точно оттук, и по-специално от синтеза на елементите в първите секунди след Големия взрив, се получи и ограничението, че тя не се състои от бариони (частици, съставени от три кварка; такива са електроните, протоните и неутроните — следователно всички атоми, следователно всичко, до което се докосваме). Това означаваше край на опитите да се обясни тъмната маса със звезди с ниска маса или с остатъци от звездната еволюция като изстинали бели джуджета и черни дупки, или електрони/протони/неутрони, защото всички те са изградени от (или пък са) бариони и максимално допустимата маса бариони вече е налице под формата на газ, прах и звезди.

Теоретичната физика има редица предположения от какво именно се състои тъмната маса. Един от най-добрите кандидати, който все още не е регистриран експериментално, е наречен с описателното име WIMP (или „weakly interacting massive particles“), което в превод на български означава „слабо взаимодействащи масивни частици“.

Ако тъмната материя се състои от слабо взаимодействащи елементарни частици, тогава ние „плуваме“ в океан от нея. Докато прочетете тези редове, множество подобни частици ще са преминали през стаята, където се намирате, през книгата, която държите в ръцете си, и дори през самите вас. Затова не е за учудване, че са провеждани и се провеждат множество опити да се регистрира тъмната материя на Земята: като се започне от ред експерименти с детектори в мини и под водата (за да се екранират другите видове частици, които взаимодействат по-лесно) и се стигне до предстоящия Голям адронен ускорител, построен близо до Женева.

Разбира се, има и алтернативни теории, отричащи наличието на тъмната маса. Те обясняват някои от наблюденията с модифициране на закона за гравитацията или с квантови ефекти, но поне засега те не са успели да преминат през всички наблюдателни тестове.

Ако обобщим казаното до тук, тъмната материя доминира по маса веществото във Вселената и, поне според съвременните ни представи, взаимодейства с останалото вещество само чрез гравитацията. Което я прави подходящ кандидат за материален носител на разума още от най-ранните етапи на еволюцията на Вселената.

4. Наръчник за контакти

Хипотезата, че извънземните цивилизации съществуват на микроскопично ниво и техен материален носител е „тъмната материя“ има две основни следствия.

Първо, главната цел на една експанзионистична (но не задължително агресивна) цивилизация ще е да превърне колкото се може по-голяма част от масата на Вселената в мислеща материя. Наблюденията подсказват, че ако този процес е реален, той е доста ефективен — тъмната материя е десетки пъти повече от „светещата“ (която включва звезди, прах, газ — всичко онова, което излъчва в електромагнитния спектър). Второто следствие е, че първият контакт с друга цивилизация вероятно ще бъде осъществен не чрез радиотелескопи, а чрез адронния ускорител или неговите наследници…

Тъмните дела на Фантастиката

Липсата на пълноценно физическо обяснение на тъмната материя не е пречка пред фантастите да я използват в произведенията си — понякога в аспекти, поразително сходни с идеята на тази статия.

Например в японската анимация се появяват демоните акума (akuma), който се състоят тъкмо от такава материя. Подобни същества се срещат и в „Стар трек: Пътешественик“ („Star Trek: Voyager“), и в поредицата от романи на Маргарет Вайс „Звездата на пазителите“ (Margaret Weis, „Star of the Guardians“). Ако „прахът“ в трилогията „Неговите тъмни материали“ на Фил Пулман („His Dark Materials“, Phil Pullman) е именно тази все още загадъчна материя, авторът много правилно е подчертал, че тя е навсякъде около нас.

Идеята с „мигрирането“ на цивилизациите на друго ниво също не е нова. Наистина в повечето случаи преходът се интерпретира в чисто духовен план и е по-скоро религиозен акт, отколкото рационална трансформация. Но има примери, сред които са споменатите вече телевизионен сериал „Стар Трек“ и романите от поредицата за Културата на Иън М. Банкс (The Culture, Iain M. Banks), в които това е чисто технологичен феномен.