Paradox fermi: Парадокс Ферми: что это, простыми словами

Парадокс Ферми: что это, простыми словами

Нашей Вселенной около 14 млрд лет, но внеземные цивилизации так и не явили себя человечеству. У этой ситуации есть название — «парадокс Ферми». Разбираемся, что это за явление и как ученые пытаются его объяснить

Что такое парадокс Ферми: суть и ошибка

Энрико Ферми — итальянский физик, больше известный как один из создателей атомной бомбы. Считается, что именно он поставил под сомнение возможность обнаружения внеземных цивилизаций в космосе. Якобы летом 1950 года в кафетерии Лос-Аламосской лаборатории в ходе неформальной беседы с тремя своими коллегами Ферми пытался ответить на вопрос: «Одни ли мы во Вселенной?».

У нас есть технологии принятия сигналов из космоса, в относительной близости от нас существуют планеты, которые, в теории, пригодны для жизни, а видеть космос мы можем больше, чем на 13 млрд световых лет. Если учесть тот факт, что Вселенная расширяется, а галактики отдаляются, то мы можем видеть все 46 млрд световых лет во все стороны. Так где все? Именно этот вопрос и задал Энрико Ферми, однако в научном сообществе возникли некоторые недопонимания.

Парадокс Ферми часто воспринимают неверно, считая, что Энрико не верил в возможность существования инопланетян. Однако ученый не говорил о том, что внеземных цивилизаций нет, а рассуждал о том, что вероятно, у них еще нет технологий, которые бы позволили добраться до нас. Либо эти цивилизации еще не появились, либо наоборот — уже погибли.

Непосредственно о сомнении в существовании инопланетян писал астрофизик Майкл Харт в 1975 году. Поэтому, парадокс логичнее было назвать парадоксом Харта.

Парадокс SETI

SETI — это международный проект, который отвечает за поиск внеземного разума. В 1960-х годах в его основу легли идеи о том, что радиосвязь с другой цивилизацией должна строиться на волнах очень узкого диапазона. Суть парадокса в том, что мы пытаемся найти жизнь вне нашей планеты, однако сами не отправляем сигналы для того, чтобы нашли нас. И если все цивилизации только ищут, то мы никогда никого не найдем. Однако, если мы начнем отправлять сигналы и нас услышат, то нет вероятности, что инопланетяне придут с миром. Такой позиции придерживались некоторые ученые, в том числе и Стивен Хокинг.

Кроме того, проблема SETI была в том, что они не искали живые организмы, а только определенные сигналы на конкретных радиочастотах и в ограниченном радиусе. Мы не можем быть уверены, что внеземные цивилизации используют радиоволны, это вполне могут быть абсолютно иные технологии, которые мы пока не в силах себе представить. В 1993 году конгресс США отказался от финансирования SETI по причине растраты государственных средств. Однако организация свое существование не прекратила.

Уравнение Дрейка

В 1961 году астроном Фрэнк Дональд Дрейк предложил математическую формулу, с помощью которой попытался вычислить количество технологически развитых цивилизаций в Галактике. Выглядит она так:

Картинка в высоком разрешении.

Однако сегодня уравнение не имеет окончательного решения, так как ученые все еще ведут спор о большинстве его параметров. К тому же Дрейк не брал в расчет дотехнологические сообщества, а только те, с которыми мы можем вступить в непосредственный контакт.

В соотношении с парадоксом Ферми уравнение Дрейка позволяло предположить, что высокоразвитые цивилизации, скорее всего, уничтожают себя сами. Этот аргумент часто используется для указания на опасность производства оружия массового поражения.

Гипотеза Зоопарка

В 1973 году американским астрономом Джоном Боллом была выдвинута «гипотеза Зоопарка». Ее суть в том, что мы не видим следов внеземных цивилизаций, потому что нам об этом знать не нужно. Согласно гипотезе, инопланетным сообществам уже давно известно о жизни на Земле, однако они предпочитают наблюдать и не вмешиваться, а в контакт вступят тогда, когда мы достигнем определенного уровня развития. Русский ученый Константин Циолковский также высказывал схожие с «гипотезой Зоопарка» суждения относительно контактов с внеземными цивилизациями.

Решение парадокса Ферми

Некоторые ученые считают, что в ближайшие несколько десятков лет мы обнаружим следы простейших форм жизни на Марсе или одном из спутников газовых гигантов. Это могут быть микробы, водоросли и бактерии.

Физик Александр Березин предложил, пожалуй, самую мрачную теорию для решения парадокса. Суть в том, что первая цивилизация, которая освоила межгалактические перемещения, начнет поглощать огромное количество ресурсов для обеспечения своей жизнедеятельности. Как итог: миры, на которых есть жизнь, будут истощены.

Согласно новому исследованию, основанному на данных, собранных космическими телескопами «Хаббл» и «Кеплер», вполне возможно, что Земля (и вся жизнь на ней) расцвела довольно рано. В более широком смысле, наше технологическое развитие не позволяет услышать и принять сигнал от продвинутых инопланетных цивилизаций, потому что у Вселенной не было времени, чтобы породить еще больше пригодных для жизни миров.

Парадокс Ферми – вовсе не парадокс, а вопрос; в чём он состоит, и как его решать (часть 1) / Хабр

Принято считать, что Энрико Ферми первым описал парадокс, носящий теперь его имя. Парадокс заключается в следующем – можно выдвинуть множество аргументов в пользу того, что в нашей Галактике должна существовать достаточно продвинутая внеземная цивилизация (и не одна), способная расселиться по множеству планет у множества звёзд, и каким-то образом обнаружить своё присутствие для других обитателей. Однако все эти аргументы разбиваются о простую практическую проверку – несмотря на все наши технологические достижения, мы до сих пор не получили ни одного неопровержимого свидетельства подобной деятельности.

Однако на самом деле всё немного сложнее.

Энрико Ферми – американский физик итальянского происхождения, один из создателей первого в мире ядерного реактора. Он внёс огромный большой вклад в развитие ядерной физики, физики элементарных частиц, квантовой и статистической механики, и считается одним из «отцов атомной бомбы».


Физик Эрик Джонс опубликовал свои исследования, связанные с разговором, в котором Ферми высказывался на тему существования иных цивилизаций. Поскольку тема была не очень серьёзной, и не связанной с ядерной физикой, разговор, конечно же, происходил за обедом. Об этом разговоре, к сожалению, известно только через третьих лиц. Как утверждается, как-то раз в 1950-м году в университете за обедом встретились физики Эмил Конопинский, Эдвард Теллер и Герберт Йорк – и сам Энрико Ферми, разумеется.

Конопинский вспоминал, что началом разговора послужили многочисленные свидетельства очевидцев о наблюдении неопознанных летающих объектов – тема в 1950-е годы весьма популярная (скептики презрительно называли эти объекты «летающими тарелочками»). В шутку обсудили карикатуру, посвящённую актуальной тогда проблеме, освещавшейся в газетах – в Нью-Йорке куда-то пропадали с улиц мусорные контейнеры, и карикатурист изобразил в одном из номеров инопланетян, таскающих эти контейнеры в свой космический корабль. Постепенно разговор перешёл на тему того, могут ли материальные объекты перемещаться быстрее скорости света. И внезапно Ферми удивил всех присутствовавших вопросом: «А где все?»

Будучи умными людьми, присутствующие сразу же поняли, что имеет в виду Ферми, и, в частности из-за того, что все поняли смысл этого внезапного вопроса, он был встречен дружным смехом. Однако современной формулировки «парадокса» сам Ферми никогда не давал.

Правда, Йорк утверждает, что Ферми затем провёл более конкретные вычисления, перемножая вероятности появления землеподобных планет, возникновения на них жизни, появления разумной жизни, появления и длительности существования высоких технологий – и в результате пришёл к выводу, что визит инопланетян на Землю уже давно должен был произойти, причём не один раз. Йорк говорит, что Ферми тогда же выдвинул несколько предположений, объясняющих, почему этого не произошло. «Либо межзвёздные перелёты невозможны, либо они не стоят затраченных усилий, либо технологически развитые цивилизации долго не живут».

Получается, что сам Ферми вообще не рассматривал эту тему, как парадокс. Он просто задал вопрос: «А где все?» и попытался найти на него ответ. Примерно той же линии рассуждений придерживается и Роберт Х. Грэй, американский аналитик, писатель и астроном. Он опубликовал работу, в которой подробно доказывает, что Ферми не формулировал этот парадокс, и что сама эта тема парадоксом не является.

Рассуждения в ключе «поскольку к нам не прилетели инопланетяне, их не существует» опубликовал астроном Майкл Харт более 25 лет спустя той встречи за обедом. Затем в 1980-м году идею развил космолог Фрэнк Типлер. При этом их аргументацию нельзя назвать парадоксом – разве что поспешным выводом. Так что «парадокс Ферми» на самом деле следовало бы назвать «гипотезой Харта-Типлера», а часто встречающееся мнение о том, что Ферми сомневался в существовании внеземных цивилизаций, неверно: Ферми лишь ставил под сомнение возможность межзвёздных перелётов, перемещения материальных объектов со скоростью, превышающей световую.

Что до существования жизни на других планетах, то на эту тему размышляли и другие великие мыслители, задолго до Ферми. Например, Константин Эдуардович Циолковский в своём очерке «Планеты заселены живыми существами» описывает возникновение такой жизни как нечто само собой разумеющееся, как гипотезу, которая почти наверняка правдива.

А через 10 лет после рассуждений Ферми доктор Фрэнк Дональд Дрейк, профессор астрономии и астрофизики калифорнийского университета в Санта-Круз, решил формализовать этот вопрос и записал своё знаменитое уравнение, попытавшись определить число внеземных цивилизаций в Галактике, с которыми у человечества есть шанс вступить в контакт. Вероятность в нём получалась через перемножение скорости звездообразования, доли звёзд, обладающих планетами, вероятности возникновения на планетах разумной жизни, и т.п. – всего 7 параметров.

К сожалению, истинного значения большинства этих параметров мы не знаем, а открытия в космологии примерно раз в десять лет кардинально меняют наше представление по крайней мере об одном из них. Поэтому все оценки количества таких цивилизаций имеют огромный разброс. Судя по всему, гадать об истинной величине этих параметров нам предстоит ещё довольно долго.

И всё же – «а где все?»

Гипотеза уникальной Земли


Возможно, наша Земля и возникшая на ней жизнь – невероятно редкое и уникальное явление. Например, Солнечная система уже много сотен миллионов лет находится в промежутке между спиральными рукавами галактики, что позволяет нам избегать губительного излучения, возникающего при взрывах сверхновых. Подобный взрыв, произойди он достаточно близко от нас, вполне способен уничтожить всё живое на планете.

Удачное столкновение с небесным телом привело к появлению Луны. Та, в свою очередь, стабилизировала прецессию земной оси и организовала нам приливы и отливы – возможно, эти процессы очень важны для возникновения и поддержания жизни.

Кроме того, сам вопрос возникновения жизни пока не решён окончательно – неизвестно, является ли это закономерным процессом или очень редкой случайностью. Поэтому, внеземных цивилизаций, по крайней мере, в нашей Галактике, может просто не существовать. Это самый простой и в каком-то смысле грустный вывод.

Кротовые норы к лучшей жизни


Академик Николай Семёнович Кардашёв (создатель шкалы развития цивилизаций) как-то выдвинул предположение о том, что высокоразвитые цивилизации могли воспользоваться «кротовыми норами» (своего рода «туннелями в пространстве»), чтобы переместиться в другие вселенные – возможно, им, по его словам, «там более надежно и комфортно жить».

Склонность к самоуничтожению


По одной из гипотез, цивилизация, достигающая высокого уровня развития, рано или поздно сталкивается со слишком опасными технологиями (ядерное оружие, научные эксперименты с чем-то вроде чёрных дыр, биотехнологии, искусственные вирусы, и т.п.), которые в итоге приводят к её уничтожению.

Эпидемия


Актуальная в наше время версия гласит, что рано или поздно развитую цивилизацию может выкосить эпидемия, возбудитель которой появится либо естественным, либо искусственным путём. В результате цивилизация либо откатится на примитивный уровень развития, либо полностью исчезнет.

Невидимость


Вероятно, межзвёздные перелёты действительно невозможны, а никаких «кротовых нор» не существует. Но тогда мы должны были бы уже перехватить какие-нибудь радиосигналы — сообщения, которыми обмениваются представители этих цивилизаций, или просто радиоследы их деятельности. Однако высокоразвитые цивилизации могут использовать ещё не открытые нами способы связи, или их деятельность может быть настолько масштабной, что мы воспринимаем её как часть природных явлений.

Правда, как в начале 1960-х годов заметил немецкий астрофизик, радиоастроном, теоретик космонавтики и SETI Себастьян фон Хорнер, располагая столь несовершенными и не приспособленными специально для поиска искусственных радиосигналов инструментами, невозможно заявлять о том, что «молчание Вселенной» — экспериментально установленный факт. А астроном Карл Саган говорил, что «отсутствие доказательства не является доказательством отсутствия».

При этом, по мнению канадского популяризатора науки Скотта Сазерленда, на 2014 год обнаружен единственный сигнал, который с некоторой вероятностью можно считать искусственным внеземным — это сигнал «Wow!».

«Тёмный лес»


Концепцию предложил китайский писатель-фантаст Лю Цысинь. Конкуренция за ресурсы или конфликты на другой почве могут приводить к тому, что развитые цивилизации стараются как можно тщательнее прятаться от всех остальных – конкурентов и потенциальных противников. Естественно, что и мы их деятельность в таком случае обнаружить не можем.

Виртуальные миры


Английский писатель-фантаст Чарльз Стросс предположил, что естественным путём развития цивилизации является наращивание вычислительных мощностей. В пределе цивилизация формирует в родной системе мощнейший вычислительный кластер, использующий, например, почти всю энергию звезды (по схеме «сферы Дайсона»), и полностью уходит в виртуальный мир, существуя в нём в цифровом виде. Физическая экспансия за пределы подобной системы становится ненужной.

Этический кодекс Галактики


Вероятно, цивилизация или цивилизации в нашей Галактике развились настолько, что пришли к выводу о необходимости ввести запрет на контакт с разумной жизнью и попытки вмешаться в развитие цивилизации до тех пор, пока она сама не освоит межзвёздные перелёты или не достигнет определённого уровня развития, параметры которого нам неизвестны.

Великий фильтр

Робин Д. Хенсон, пытаясь понять, почему мы не видим свидетельств существования инопланетян, поставил под сомнение высокие оценки вероятности существования технологически развитых внеземных цивилизаций. Неизвестные в настоящее время науке факторы могут уменьшать вероятность зарождения и развития форм жизни до состояния, когда следы их деятельности могут быть заметны посторонним наблюдателям.

Хенсон оценил эволюционные этапы, необходимые для появления межзвёздной цивилизации:

  1. Возникновение звёздной системы с планетами, на которых возможно появление жизни.

  2. Появление на одной из планет самовоспроизводящихся молекул (например, РНК).

  3. Появление простой одноклеточной жизни (прокариоты).

  4. Появление сложной одноклеточной жизни (эукариоты).

  5. Возникновение полового размножения.

  6. Появление многоклеточных организмов.

  7. Возникновение животных с развитым мозгом, которые используют орудия труда.

  8. Достижениe текущего состояния человечества.

  9. Распространение цивилизации через процесс колонизации космоса.

Судя по всему, вероятность прохождения одного из этих этапов крайне мала – эту гипотезу Хенсон назвал «великим фильтром».

Летняя спячка


В 2017 году учёные из Оксфордского «Института будущего человечества» – научные сотрудники Андерс Сэндберг и Стюарт Армстронг, а также астроном, астрофизик и философ Милан Чиркович – предложили свой вариант ответа на вопрос Ферми. Их работа «То не мертво, что вечно может спать: гипотеза летней спячки для парадокса Ферми» являлась развитием предыдущей работы от 2013 года, в которой они утверждают, что продвинутая цивилизация без особых проблем сможет не только колонизировать галактику, но и перемещаться между галактиками.

По последним оценкам только в наблюдаемой части Вселенной существует порядка 2 трлн галактик, большинство из которых образовалось порядка 13 млрд лет назад. Наверняка уж в какой-то из них должна была возникнуть цивилизация III типа (по шкале Кардашёва). А не видим мы эти цивилизации, утверждают авторы работы, из-за принципа Ландауэра. Согласно ему, любая вычислительная система в процессе работы обязательно увеличивает энтропию (выделяет тепло) пропорционально количеству обрабатываемой информации. И при использовании каких-либо мегаструктур, потребляющих энергию – сфера Дайсона, мозг-матрёшка, и т.д. – тепловые потери должны быть огромными.

Авторы работы отмечают тот факт, что согласно современным представлениям Вселенная постепенно и необратимо охлаждается. Наиболее реальным сценарием считается тепловая смерть Вселенной, также известная, как «Большое замерзание». Чем меньше температура Вселенной, тем эффективнее будут работать вычислительные мегаструктуры – причём эффективность будет расти экспоненциально. Авторы подсчитали, что задолго до «Большого замерзания», примерно через 1012 лет, вычисления станут эффективнее в 1030 раз. А раз так, то высокоразвитая цивилизация может просто впасть в «летнюю спячку», дожидаясь более холодных времён, оставаясь в таком состоянии невидимой для внешних наблюдателей.

Вторая часть

Парадокс Ферми: где все инопланетяне?

B. Whitmore (STScI)—NASA/ESA

В ясную ночь взгляд на звезды вызывает одновременно ощущение удивления и незначительности. Человечество снова и снова теряется среди необъятности вселенной, которую мы все еще пытаемся понять. Есть много вопросов, которые мы задаем себе, когда смотрим в небо, но один из них всегда кажется вне нашего понимания: за всеми миллиардами световых лет звездного неба над нами, можем ли мы быть единственной жизнью?

Ученые годами изучают этот вопрос. In 1961 physicist Frank Drake developed a mathematical equation to help solve it:

N = R * f p n e f l f i f c L

Уравнение для нахождения числа ( N ) разумных цивилизаций в границах, удерживаемых последующими факторами — в нашем случае Галактикой Млечный Путь. R * скорость образования звезд, которая потенциально может обеспечить развитие разумной жизни на близлежащих планетах; f p — доля упомянутых звезд, которые действительно имеют планетные системы; n e — количество планет в солнечной системе с окружающей средой, которая может поддерживать жизнь; f l — доля планет, на которых существует жизнь; f i — доля планет, поддерживающих жизнь, на которых есть разумная жизнь; f c — часть разумных цивилизаций, проживших достаточно долго, чтобы разработать коммуникационные технологии для отправки сигналов о своем существовании в космос; и L — это продолжительность времени, в течение которого эти цивилизации излучают эти сигналы, прежде чем перестанут существовать. Обычно приводимые числа для этих переменных упрощают уравнение до N = 10 × 0,5 × 2 × 1 × 0,1 × 0,1 × L , что еще больше упрощается до N = L /10. Мы как цивилизация транслируем в космос с 1974 года, поэтому, согласно этому уравнению, даже если мы перестанем существовать как вид в 2074 году, только в нашей галактике будет 10 разумных цивилизаций.

Чтобы еще больше разбить эти числа, ученые используют шкалу Кардашева, которая разделяет разумную жизнь на три категории. Цивилизации типа I способны использовать всю энергию, доступную на их родной планете (мы приближаемся к этому; большинство ученых согласны с тем, что в настоящее время мы находимся на уровне 0,7 по шкале Кардашева, а до полного типа I осталось примерно столетие). Цивилизации типа II могут контролировать и направлять всю энергию своей звезды-хозяина, а цивилизации типа III имеют доступ к энергии, эквивалентной той, что есть в их принимающей галактике.

Еще до уравнения Дрейка и шкалы Кардашева многие ученые были убеждены, что по всей галактике должно быть множество разумных цивилизаций. Только во время обеденного разговора между астрофизиками старые теории подверглись сомнению, и результат этого разговора продолжает бросать вызов даже современному мышлению. История гласит, что в 1950 году Энрико Ферми и его коллеги за обедом обсуждали существование инопланетной жизни. Вопрос, который Ферми задал столу, стал печально известным своей простотой: «Где все?» Комната погрузилась в тишину, потому что никто не мог ответить. Первоначально вопрос предназначался для атаки на идею межзвездных путешествий, в возможности которых Ферми не был уверен. Но вопрос остается: если были цивилизации, разбросанные по звездам миллиардами, почему мы ничего о них не слышали? ? Именно из этих вопросов, уравнения Дрейка и шкалы Кардашева родился настоящий парадокс. Млечному Пути около 10 миллиардов лет, а его диаметр составляет 100 000 световых лет. Если бы у инопланетян были космические корабли, которые могли бы летать со скоростью 1% скорости света, галактика могла бы уже быть колонизирована 1000 раз. Почему мы не слышали ни о какой другой жизни?

Именно этот вопрос и есть парадокс Ферми. Это вызвало множество объяснений тишины, которую мы переживаем. Некоторые ученые считают, что тишина — это продукт действия Великого Фильтра, эволюционной стены, непроницаемой для большинства живых существ. Для этих ученых есть две основные возможности относительно Великого Фильтра: он либо позади нас, либо впереди нас. Если это уже позади, ученые предполагают, что это могло произойти при создании самой жизни или при переходе от одноклеточных прокариот к многоклеточным эукариотам. В любом случае, это означает, что мы редкий случай и что общение не происходит, потому что мы одни из очень немногих выживших, если вообще есть. С другой стороны, если Великий Фильтр находится впереди нас, то мы не получаем сообщения, потому что развитые цивилизации уперлись в стену и прекратили свое существование — подразумевая, что мы тоже в конце концов упрёмся в эту стену. Другие ученые придумали другие объяснения этому буквальному радиомолчанию. Возможно, большая часть вселенной колонизирована и сообщается, но мы застряли в пустынном районе вдали от событий. Или, может быть, цивилизации Типа III просто не заботятся об общении с низшими существами, такими как мы. Если они обладают всей мощью целой галактики, возможно, их не беспокоят мы и наши портативные мобильные телефоны. Некоторые ученые даже считают, что отсутствие связи может быть связано с существованием видов-хищников, которых боятся разумные цивилизации, и поэтому они воздерживаются от передачи, чтобы не раскрывать свое местонахождение. Общее мнение, однако, заключается в том, что если есть другие, передающие сигналы, мы, вероятно, просто неправильно слушаем: у нас пока нет подходящей технологии или понимания Вселенной, чтобы получать или декодировать какие-либо сообщения.

Однако есть шанс, что это только мы. Согласно уравнению Дрейка, если бы цивилизация могла прожить хотя бы столетие после разработки технологии передачи, в одной только нашей галактике могло бы быть 10 цивилизаций. Но что, если они не смогут прожить 100 лет после разработки этой технологии? Когда мы начинаем разрабатывать собственную технологию передачи, мы также развиваем ядерную энергетику, продвигаем потепление климата и истощаем наши источники пищи из-за перенаселения. Будет ли преувеличением сказать, что, возможно, разумная цивилизация не сможет прожить и 100 лет после разработки технологии передачи в космос? Если это так, мы можем переработать уравнение Дрейка, и ответ резко изменится. Если после разработки этой технологии цивилизации обычно могут прожить всего 10 лет, то N = 1, что означает, что мы можем быть единственной разумной жизнью в нашей галактике или даже во всей вселенной.

Парадокс Ферми

Парадокс Ферми
Парадокс Ферми (т.е. где они?) :
История гласит, что однажды в 1940-х годах группа ученых-атомщиков,
включая знаменитого Энрико Ферми, сидели и разговаривали, когда
тема обратилась к внеземной жизни. Предполагается, что тогда Ферми спросил:
— Итак? Где все? Он имел в виду следующее: если есть все эти миллиарды
планет во Вселенной, способных поддерживать жизнь, и миллионы
разумных видов, то почему ни один из них не посетил Землю? Этот
стал известен как парадокс Ферми.
Ферми понял, что любая цивилизация со скромным количеством ракетных технологий
и нескромное количество имперских стимулов могло бы быстро колонизировать всю
Галактика.
Хотя межзвездные расстояния огромны, возможно, слишком велики, чтобы их можно было покорить
живых существ с конечным временем жизни, должно быть возможно для продвинутого
цивилизация для создания самовоспроизводящихся автономных роботов для колонизации
Галактика. Идею самовоспроизводящегося автомата предложил математик
Джон фон Нейман в 1950-е годы. Идея состоит в том, что устройство может 1) выполнять
задачи в реальном мире и 2) копировать себя (как бактерии).
Самый быстрый и дешевый способ исследовать и узнавать о Галактике — это
построить зонды Брейсвелла-фон Неймана. Зонд Брейсвелла-фон Неймана
просто полезная нагрузка, представляющая собой самовоспроизводящийся автомат с интеллектуальным
программа (ИИ) и планирует построить больше из себя.


Прикреплен к базовой силовой установке, такой как Bussard RamJet.
(показано выше), такой зонд мог бы путешествовать между звездами со скоростью
очень медленный темп. Когда он достигает целевой системы, он находит
подходящий материал (например, астероиды) и делает копии
сам.
Рост числа зондов будет происходить экспоненциально, и Галактика может быть
исследовано за 4 миллиона лет. В течение нескольких миллионов лет каждая звездная система может быть
попал под крыло империи. Хотя этот промежуток времени кажется долгим по сравнению с
возраст человеческой цивилизации, помните, Галактике более 10 миллиардов лет, и любой
внеземная цивилизация прошлого могла исследовать Галактику 250 раз.
Колонизация Млечного Пути должна быть быстрым упражнением.

Итак, Ферми сразу же понял, что у инопланетян было больше, чем
достаточно времени, чтобы усыпать Галактику своим присутствием. Но оглядевшись, он
не видел никаких явных указаний на то, что они где-то рядом. Это побудило
Ферми задать очевидный (для него) вопрос: «Где все?»

Кроме того, если учесть время существования Галактики (более 10 млрд.
лет) и скорость технического прогресса в нашей собственной культуре, то более
важный момент — где находятся все сверхразвитые инопланетные цивилизации. Русский
астрофизик Николай Кардашев предложил полезную схему для классификации передовых
цивилизаций, он утверждает, что инопланетяне будут обладать одним из трех уровней технологий. А
Цивилизация типа I похожа на нашу, она использует энергетические ресурсы
планета. Цивилизация Типа II будет использовать энергетические ресурсы звезды, такой как
Сфера Дайсона. Тип III
цивилизация будет использовать энергетические ресурсы целой галактики. Тип III
цивилизацию было бы легко обнаружить даже на огромных расстояниях.

Таким образом, парадокс Ферми состоит из двух компонентов; 1) почему нас не посетили инопланетяне? а также
2) почему мы не обнаружили их сообщения/доказательства выхода их энергии?
Сначала это звучит немного глупо. Тот факт, что инопланетяне не кажутся
ходьба по нашей планете, видимо, подразумевает, что инопланетян нет
где-нибудь среди бескрайних просторов Галактики. Многие исследователи считают это
Радикальный вывод из такого простого наблюдения. Конечно
есть прямое объяснение тому, что стало известно как эффект Ферми.
Парадокс. Должен быть какой-то способ объяснить наше кажущееся одиночество в
галактика, которую мы предполагаем, заполнена другими разумными существами.

Решения парадокса Ферми :
Таким образом, возникает вопрос, так ли просто построить Брейсвелла-Фон Неймана
зонды, а они были столько времени в прошлом, где инопланетяне или
по крайней мере, свидетельства их прошлых исследований (старые зонды). Итак, парадокс Ферми.
становится не только где Они, но и почему мы их не слышим
(связь/обнаружение) и где находятся
их зонды Брейсвелла-фон Неймана (посещение/доказательства)?
Возможные решения парадокса Ферми делятся на следующие категории:

  • Они здесь
    • Они были здесь и оставили улики
      • НЛО, Древние астронавты, Инопланетные артефакты: все они подпадают под рубрику предложений о том, что инопланетяне
        здесь сейчас или были здесь в недавнем прошлом. Проблема: доказательства
        пришельцев не существует.
    • Это мы
      • Люди — потомки древних инопланетных цивилизаций. Проблема: где настоящие инопланетяне?
        Где все остальные инопланетные цивилизации
    • Зоопарк/Сценарий интердикта
      • Инопланетяне здесь, и они держат нас в хорошо спроектированном зоопарке (отрезанном от всех контактов) или
        существует договор о запрете контактов с молодыми расами (нас), т. е.
        Земли намеренно избегают.
      • Земля намеренно изолирована, зоопарк устроен так, что за пределами определенного
        расстояние воспринимаемая вселенная является симуляцией, планетарием, созданным таким образом,
        Вселенная кажется пустой.
        Проблема: в сценарии отсутствует возможность
        пройти тестирование. Чтобы нарушить эмбарго, требуется всего один ET.
  • Они существуют, но еще не общались
    • Они не успели связаться с нами
      • Скорость света замедляет уровни связи, относительность делает космические путешествия долгими. Сообщение ET может не
        дошли до нас еще. Проблема: Галактика существует уже миллиарды лет, даже если одна инопланетная цивилизация сформировала
        за несколько миллионов лет до нас Галактика была бы заполнена зондами Брейсвелла-фон Неймана.
    • Они сигналят, но мы не умеем слушать
      • ЭМ-излучение, гравитационные волны, экзотические частицы — все это примеры способов передачи сигналов. Проблема: они могут использовать
        методы, которым мы еще не научились, но если бы было много цивилизаций, кто-то использовал бы методы ЭМ.
    • Связь опасна: берсерки
      • Галактика заполнена роботами-убийцами, ищущими сигналы. ET держится на низком уровне. Проблема: где
        берсерки идут за нами?
    • У них нет желания общаться/эпоха вещания коротка
      • ET не заинтересован в разговорах с меньшими существами или времени, когда
        радиовещательная связь (расточительна по энергии) мала (перешли на кабель) Проблема: при миллионах возможных цивилизаций кому-то бы немножко
        любопытство.
    • Все слушают, но никто не передает
      • Парадокс SETI, мы не передаем напрямую. Официальная политика сообщества SETI заключается в том, что «не следует посылать ответ на сигнал или другие доказательства существования внеземного разума до тех пор, пока не будут проведены соответствующие международные консультации». Однако, учитывая возможное влияние любого ответа, может быть очень трудно достичь какого-либо консенсуса в отношении того, кто будет говорить и что они будут говорить.
    • Они развивают различную математику
      • Математика — универсальный язык. Но у человечества может быть уникальная система математики, которую инопланетяне
        не могу понять. Проблема: тогда где их непонятные сигналы?
  • Их не существует

    • В общем, решения парадокса Ферми сводятся либо к 1) жизни трудно начать и
    развиваться (либо сложно для процесса, либо трудно найти правильные условия) или 2) продвинутый
    цивилизации уничтожают себя в короткие сроки. Другими словами, это важное
    решить задачу в надежде, что это 1, а не 2.

    Большая картина :

    Очень мало экспериментальных подтверждений нашего нынешнего взгляда на структуру Вселенной, поэтому мы
    зависит от нашего чувства прекрасного. Где красота здесь подразумевает не эстетику, а скорее
    лаконичность, экономия понятий, краткость математического выражения, широта применения.

    Центральное место в красоте наших теорий о том, как устроена Вселенная, занимает симметрия, выражаемая формулой
    Теорема Незера , утверждение о том, что для каждой непрерывной симметрии существует сохранение
    закон. Инвариантность законов Природы к пространственному переносу, временному переносу и вращению
    означает сохранение энергии, массы и углового момента. Одна симметрия, которая *не* сохраняется
    является зеркальной симметрией. CP-нарушение показывает нам, что Вселенная хиральна, это красивое слово означает
    паритет или удобство. Так что Вселенная различает правшей и левшей.
    взаимодействия, Природа выглядит в зеркале по-другому. Нахождение симметрии в теории важно.
    Обнаружение симметрии, которой теория не обладает, т. е. нарушение симметрии, еще более важно.
    важный.

    При работе с частицами и их взаимодействиями глобальная симметрия не имеет смысла (почему
    поведение частиц здесь, на Земле, никак не влияет на наблюдения за частицами на далеких
    звезды). Вместо этого мы восстанавливаем симметрию с помощью калибровочного поля, поля, несущего
    информацию о симметрии Вселенной. Например, требуя, чтобы электромагнетизм
    подчиняясь локальной калибровочной симметрии, мы вынуждены признать существование электромагнитных полей и
    безмассовым калибровочным бозоном является фотон. Аналогичные требования ко всем квантовым полям предъявляются
    квантовая электродинамика (КЭД). Объекты в равномерном движении или ускорении также должны подчиняться
    Законы Природы, таким образом налагая локальную симметрию на движение, заставляет новое поле, гравитационное
    поле, описанное общей теорией относительности, появиться.

    Стандартная модель является неполной, поскольку в ней не указаны ни значения фундаментальных констант, ни
    это сочетается с гравитацией. Два возможных направления расширения Стандартной модели:
    теории великого объединения (ТВО) и суперсимметрии (СУСИ). Чтобы объединить слабый и электромагнетизм, мы
    просто напишите теорию с достаточной калибровочной симметрией, чтобы учесть четыре бозона-посредника
    (фотон, W+, W- и Z или ). С помощью механизма Хиггса (когда общее поле заполняет
    Вселенной, в которой частицы могут взаимодействовать, чтобы приобрести массу), мы нарушаем симметрию, чтобы получить
    три массивных бозона (W+, W-, Z o ) и один безмассовый бозон (фотон). Чтобы объединить глюоны с
    другим носителям субатомной силы нам нужна новая, более крупная калибровочная симметрия, чтобы
    вместе. Новая симметрия устранит различие между кварками и лептонами (при
    по крайней мере, до нарушения симметрии, до тех пор, пока у нас не будет материи ТВО).

    Одним из следствий кварк/лептонной симметрии является то, что протоны, когда-то считавшиеся стабильными, должны распадаться.
    под ГУТ. Однако это проблема для GUT, поскольку текущие эксперименты не смогли
    обнаружить распад протона, и его период полураспада должен быть больше 10 32 лет. Мы тоже
    мы не можем экспериментировать на уровне ТВО, так как нам нужно будет заставить кварки находиться в радиусе
    10 -31 метров, чтобы обменять бозон GUT. Это потребует энергии на
    порядка 10 15 ГэВ, что в 10 13 раз больше нашего текущего
    технологии. Но, в конечном счете, ТВО терпит неудачу из-за проблемы калибровочной иерархии, т. е. из-за того, что
    разница между точками нарушения электрослабой и ТВО-симметрии подразумевает два различия
    массы бозона Хиггса (10 2 ГэВ против 10 15 ГэВ) означает, что ТВО
    недостаточный.

    Чтобы иметь полный набор всех возможных пространственно-временных симметрий, одной симметрии не хватает.
    Стандартная модель. Это была бы способность превращать частицы в другие частицы,
    с разным вращением. Эта симметрия, называемая суперсимметрией, превращает фермионы в
    бозоны и наоборот. Таким образом, различие между частицами материи (фермионами) и
    частицы силы (бозоны) размылись бы. Доказательства суперсимметрии показали бы нам, что Природа
    использовал все математически непротиворечивые пространственно-временные симметрии.

    Суперсимметрия (SUSY) имеет начальное преимущество решения проблемы калибровочной иерархии при
    SUSY GUT путем введения целого набора суперсимметричных партнеров к каждому известному
    частица. Требование локальной симметрии для суперсимметрии вынуждает два калибровочных поля, одно из которых
    передает информацию о преобразованиях, а второй передает информацию о
    перемещение в пространстве-времени с помощью безмассовых частиц со спином 2. Безмассовая частица со спином 2 – это
    которая несет в себе дальнодействующую силу, имеющую только притяжение, т. е. гравитацию, а частица — это
    гравитон. Таким образом, суперсимметрия автоматически содержит теорию гравитационного поля. Таким образом, местные
    суперсимметрия называется супергравитацией, поскольку общая теория относительности возникает естественным образом, когда SUSY
    сделал местный. Когда супергравитация разрушается, остается низкоэнергетический суперсимметричный гранд.
    единая теория (ТОТ).

    Первой попыткой исследовать другие измерения за пределами четырех измерений пространства-времени был Калуца-Кляйн.
    теория, описание пространства-времени с использованием пяти измерений. Согласно теории 5D, 4D формы обоих
    естественно появляются электромагнетизм и общая теория относительности. Дополнительное измерение связано
    с субатомным миром, чтобы объяснить, «где» находится это измерение. Оригинал
    В формулировке теории Калуцы-Клейна 5-е измерение было круговым, так что нам нужно четыре
    координаты для описания нормального события (три пространственные и одна временная) плюс дополнительные
    координата, чтобы указать положение на окружности. Итак, представьте себе садовый шланг, издалека он
    выглядит как линия, но вблизи мы могли видеть, как муравей движется взад и вперед по шлангу
    плюс вокруг шланга. Если это дополнительное измерение меньше радиуса атома, то
    мы не смогли бы обнаружить или измерить его присутствие. Небольшой размер в этом дополнительном измерении
    объясняется инфляцией, четырехмерная вселенная раздулась, оставив после себя пятое измерение, чтобы сжаться.
    в очень мелком масштабе.

    Теория Калуцы-Клейна не может решить несколько проблем, особенно в квантовой области, но
    Идея использования дополнительных измерений была пересмотрена в начале 1980-х годов. Новый поворот вместо
    Учитывая одно дополнительное измерение, современная теория предполагает, что в каждой точке пространства-времени
    есть компактное пространство со многими измерениями, многообразие в каждой точке. Минимальное количество
    размерности, которые в компактном многообразии могли бы иметь и при этом сохранять симметрию, равно семи, что делает
    минимальное количество измерений пространства-времени должно быть 11. Достаточно интересно, что максимальное количество
    размеры, которые можно записать для последовательной теории супергравитации, также равны 11. К сожалению,
    11D супергравитация не совсем работает. Хотя это может быть эффективной теорией, которая работает при низких
    энергий, она не может быть окончательной теорией всего, в основном из-за проблемы с
    бесконечности. Квантовая теория поля рассматривает такие объекты, как кварки и лептоны, как точечные. Но
    вычисления, имеющие дело с гравитонами, в конце концов упираются в бесконечности, что является признаком того, что
    теория ошибочна. Один из подходов к решению этой дилеммы состоит в том, чтобы отказаться от точечных частиц и
    рассмотрим одномерные струны.

    Строки бывают двух типов: открытые (как отрезок) и закрытые (как петля). Открытая строка
    движение через пространство-время очерчивает лист. Замкнутая струна будет очерчивать трубку. Объединение
    теория струн с суперсимметрией произвела теорию суперструн, которая представляла собой 10-мерное пространство-время (один
    кроме супергравитации). Суперструна должна быть встроена в более крупную теорию, называемую М-теорией.
    М-теория содержит объекты, называемые бранами, которые не соответствуют колебательным состояниям
    струны. Браны могут иметь любое количество измерений, двумерная брана может быть листом или мембраной.
    Энергия браны сосредоточена на ее поверхности, ее плотность энергии есть ее натяжение. Под
    С этой точки зрения браны образуют структуру Вселенной, и все поля Стандартной модели
    ограничиваются браной, но замкнутые струны (например, гравитация) могут свободно перемещаться между бранами.
    Собрание бран образовало бы массу многих стенок браны.

    Итак, окончательный вариант строения Вселенной представляет собой ряд бран, каждая из которых содержит
    четырехмерный макроскопический мир и компактифицированное шестимерное многообразие, которым Стандартная модель оперирует в
    микроскопический мир. Набор бран образует большую часть пространства-времени 11D, только гравитоны могут
    перемещаться между бранами (объясняя, почему она настолько слаба как сила, поскольку она «распространяется» по
    масса).