Во 1950, италијанско-американскиот физичар Енрико Ферми отишол на ручек со неколку од неговите колеги од Државната лабораторија Лос Аламос, каде што пред пет години работел како дел од проектот Менхетен.
Според разни раскажувања, разговорот се свртел кон вонземјани и неодамнешниот бран од НЛОа. При разговорот Ферми кажал нешто што сега е забележано во записите на историјата: „Каде се сите?“
Заслуги: Colin Anderson Productions pty ltd/DigitalVision/Getty Images
Ова стана основата на парадоксот на Ферми, кој се однесува на несразмерноста меѓу високо проценетите веројатности за постоење на вонземска интелигенција (ВИ) и забележливиот недостиг на докази.
Оттогаш има неколку предложени решенија на ова прашање, меѓу нив и многу веројатната можност дека меѓуѕвездената колонизација го почитува едноставното правило на теоријата на прочисување.
Една од главните претпоставки на Фермиевиот парадокс е дека со оглед на мноштвото планети и возраста на универзумот, некоја напредна ексоцивилизација досега би требало да има колонизирано голем дел од нашата галаксија.
Ова сигурно не е невозможно, сметајќи дека Млечниот пат (кој има над 13,5 милијарди години) содржи 100 до 400 милијарди ѕвезди.
Уште една клучна претпоставка е дека интелигентните суштества би биле мотивирани да колонизираат други ѕвездени системи како дел од некој природен инстинкт за истражување и ширење на цивилизација, нешто што не е секогаш така ни на Земјата.
И на крај, имаме претпоставка дека меѓуѕвездено вселенско патување би било можно, па дури и практично за оваа напредна ексоцивилизација.
Но ова последователно претпоставува дека технолошкиот напредок ќе донесе решенија за најголемиот предизвик за меѓуѕвезденото вселенско патување.
На кратко, количината на енергија потребна за вселенско летало да стигне од една до друга ѕвезда е поголема од тоа што можеме да си го дозволиме, особено кога во прашање се големи летала со екипаж.
Релативноста е сурова господарка
Во 1905, Ајнштајн го објави неговиот значаен труд во кој ја опишува неговата теорија на специјална релативност. Ова е обидот на Ајнштајн да ги спои Њутновите закони на движење со Максвеловите електромагнетски равенки за да објасни како се однесува светлината.
Оваа теорија тврди дека брзината на светлината (покрај тоа што е константна) е апсолутна граница која не може да биде надмината од брзината на било кој објект.
Ова е сумирано со познатата равенка, E=mc2, позната и како „еквивалентноста на маса и енергија.“ Едноставно, оваа формула ја опишува енергијата (Е) на честичка во мирување со производот на нејзината маса (m) и брзината на светлината на квадрат (c2) – отприлика 300000 км/с. Од ова следува дека масата на одреден објект се зголемува како што истиот се приближува кон брзината на светлината.
Затоа објектот би требало да истроши бесконечно многу енергија при забрзување за да стигне до брзината на светлината. Откако ќе ја достигне таа брзина, масата на објектот исто така станува бесконечна.
Накратко, не е можно ни да се достигне брзината на светлината, не па да се надмине. Тоа значи дека, без некој значаен пресврт во нашето разбирање на физиката, погонски систем побрз од светлината не може да постои.
Ова е последица од живеење во релативен универзум, каде што за патување со мал дел од брзината на светлината потребно е огромно количество на енергија.
И иако физичарите и инженерите кои сакаат да овозможат меѓуѕвездено патување имаат произведено многу интересни и иновативни идеи, ниеден од концептите кои вклучуваат екипаж не ни е блиску до исплатлив.
Се се сведува на принципи
Ова поставува многу важно филозофско прашање поврзано со Фермиевиот парадокс и постоењето на ВИ. Тоа е Коперниковиот принцип, именуван во чест на славниот астроном Никола Коперник.
Во суштина, овој принцип е продолжение на Коперниковиот аргумент за Земјата, како таа не е во единствена и привилегирана позиција за да го набљудува универзумот.
Проширен за да го опфати космолошкиот простор, принципот тврди дека не треба да претпоставиме дека Земјата е единствена на некој начин кога размислуваме за постоењето на интелигентен живот.
Слично, овој принцип вели дека денешниот универзум е добра претстава за општата ситуација, т.е. универзумот е во еквилибриум.
Спротивниот став е дека човештвото е во единствена, привилегирана позиција за набљудување на универзумот – познат како антропскиот (човековиот) принцип.
Накратко, овој принцип вели дека самото набљудување на универзумот, барајќи знаци на живот и интелигенција, претпоставува дека законите кои го водат универзумот можат да дозволат и произведат живот и интелигенција.
Ако го прифатиме Коперниковиот принцип како главен, мораме да признаеме дека било кој интелигентен вид би се соочил со истите предизвици на меѓуѕвездено патување како и нас.
А бидејќи не можеме да најдеме начин да ги совладаме овие предизвици, освен ако не направиме голем пробив во нашите физички знаења, можеби истото се случува и со сите други видови.
Дали ова би можело да биде причината за „големата тишина“?
Потекло
Со тек на времето, многумина ја имаат земено во предвид можноста дека далечината и времето би можеле да бидат фактори (поврзани со Фермиевиот парадокс).
Во нивното истражување од 1981, „Галактички цивилизации: динамики на населеност и меѓуѕвездена дифузија,“ Карл Саган и Вилијам И. Њуман предлагаат дека сигналите и сондите пратени од ВИ можеби само сеуште немаат стигнато на Земјата. Ова беше критикувано од други научници кои тврдат дека мислењето го противрекува Коперниковиот принцип.
Според проценките на Саган и Њуман, времето потребни за една ВИ да ја истражи целата галаксија е помало или еднакво на возраста на самата галаксија (13,5 милијарди години). Ако сондите и сигналите од оваа ексоцивилизација сеуште немаат стигнато тука, тоа значи дека интеигентниот живот почнал да се развива во понеодамнешното минато.
Со други зборови, галаксијата не е во еквилибриум, движејќи се од ненаселена кон населена.
Но, најуверливиот аргумент за границите утврдени од законите на физиката го дава Џефри А. Лендис.
Во неговиот труд од 1993, „Фермиевиот парадокс: пристап од теоријата на прочистување ,“ тој предлага дека како последица на релативноста, одредена ексоцивилизација не би можела да се шири бесконечно низ галаксијата.
Математичкиот и статистичко-физичкиот концепт познат како „теорија на прочистување,“ кој опишува како една мрежа се однесува кога би отстраниле одредени точки или врски, е централен во аргументот на Ландис.
Според оваа теорија, по отстранување на доволно врски од мрежата, истата ќе се подели на помали поврзани делови.
Според Лендис, овој процес е корисен за опишување човечки миграции.
Накратко, Лендис предлага дека во галаксија со голема статистичка веројатност за интелигентен живот, меѓу вонземските цивилизации нема да постои „единствен мотив.“ Напротив, неговиот модел зема во предвид многу различни мотиви, од кои некои се истражување и колонизација, а некои се „останување дома.“
Како што објаснува:
„Бидејќи е можно, со доволно голем број на вонземски цивилизации, една или повеќе од нив би се стремеле кон нешто такво, можеби со мотиви кои на нас не би ни биле познати. Колонизацијата би траела многу долго, и би била многу скапа.“
„Прилично разумно е да се претпостави дека не сите цивилизации би биле заинтересирани да направат толкав трошок за исплата во далечната иднина. Човештвото се состои од мешавина на култури кои истражуваат и колонизираат, понекогаш на огромни далечини, и култури кои немаат намера да изведат нешто такво.“
Накратко, некој напреден вид не би ја колонизирал галаксијата брзо или постојано, туку би „перколирал (продрел)“ нанадвор до некоја одредена оддалеченост, каде што зголемените трошоци и комуникациското доцнење би поставиле сигурни граници и колониите би развиле свои култури.
Според ова, колонизацијата не би била рамномерна туку би се случила во одредени подрачја, оставајќи големи делови од галаксијата неколонизирани во било кој момент.
Адам Френк и тим од истражувачи на ексопланети од Јадрото за наука на ексопланетни системи (Nexus for Exoplanetary Systems Science – NExSS) дадоа сличен аргумент во 2019.
Во истражување наречено „Фермиевиот парадокс и ефектот Аурора: Населување, ширење и стабилни состојби на ексоцивилизации,“ тие исто така тврдат дека населувањето на галаксијата би се случило во одредени предели бидејќи не сите потенцијално населливи планети би биле пригодни за некој колонизаторски вид.
Секако, моделот на Лендис содржи некои претпоставки, кои ги има изложено.
Прво, ја имаме претпоставката дека меѓуѕвезденото патување е тешко заради законите на физиката и дека постои максимална оддалеченост преку која можат да бидат основани директни колонии. Ова значи дека одредена цивилизација би колонизирала на разумна далечина од својот дом, а подоцна од таа далечина би се случил втор бран на колонизација.
Второ, Лендис исто така претпоставува дека домашната цивилизација би имала слабо влијание врз колониите што би ги создала, а времето потребно за колониите да можат да почнат да колонизираат би било предолго. Ова значи дека одредена колонија би развила сопствена култура со тек на време, и нејзините населеници би имале сопственост и идентитет различни од домашната цивилизација.
Како што истраживме во претходна колумна, би ни требале меѓу 1000 и 81000 години да стигнеме до Проксима Кентаури (4,24 светлосни години) користејќи сегаша технологија.
Иако има концепти кои би можеле да остварат релативистички брзини (дел од брзината на светлината), патот сеуште би траел од неколку децении до повеќе од век. Дополнително, цената за ваков пат би била неверојатно голема (повеќе за ова подолу).
Но носењето на колонизаторите до друг ѕвезден систем е само почетокот.
Откако би се сместиле на блиска населлива планета (и не би умреле) и би ја имале инфраструктурата за меѓуѕвездена комуникација, би им требале 8 и пол години да пратат порака до Земјата и да добијат одговор. Нешто такво не е практично за било каква цивилизација со надеж да оддржи централизирана контрола или културна хегемонија врз нејзините колонии.
Вселената е скапа!
За да добиете малку перспектива, земете ги во предвид трошоците поврзани со човечката историја на вселенски истражувања. Праќање астронаути на Месечината во рамки на програмата Аполо меѓу 1961 и 1973 чинеше значителни 25,4 милијарди долари, што би било околу 150 милијарди долари денес (прилагодено за инфлација).
Но Аполо не се случила во вакуум, и ги имала проектот Меркур и проектот Гемини како отскочни прагови.
Овие две програми, кои ги однеле првите американски астронаути во орбита и ја развиле потребната експертиза за летот до Месечината, потрошиле околу 2,3 милијарди и 10 милијарди долари соодветно (прилагодени).
Додадете ги и ќе добиете вкупно 163 милијарди долари потрошени меѓу 1958 и 1972.
Споредете го тоа со проектот Артемида, кој ќе ги врати астронаутите на Месечината за првпат по 1972, и кој ќе чини 35 милијарди долари само во текот на следните четири години!
Ова не ги вклучува парите потрошени за да се доведат разните делови до ова ниво, како досегашниот развиток на вселенско-лансирачкиот систем, вселенската капсула Орион, и истражувањето на месечевата порта, човеко-слетувачки системи и роботски мисии.
Тоа се многу пари за да се стигне до единствениот Земјин сателит. Но тоа не е ништо во споредба со меѓуѕвездените мисии!
Накај меѓуѕвездието?
Од почетокот на вселенската ера, направени се многу предлог-планови за праќање вселенски летала до најблиските ѕвезди.
Истото прашање е темелно за сите овие планови: можеме ли да стигнеме до најблиските ѕвезди во текот на нашите животи?
За да се соочат со овој предизвик, научниците размислуваат за неколку напредни погонски стратегии кои би можеле да забрзаат вселенски летала до релативистички брзини.
Од овие, наједноставниот е дефинитивно проектот Орион (1958 до 1963), кој би се потпрел на метод познат како погон со нуклеарни пулсови.
Воден од Тед Тејлор од Џенерал Атомикс и и физичарот Фриман Дајсон и Институтот за напредни студии при Принстон, проектот замислува огромен ѕвезден брод кој би ја користел експлозивната сила произведена од нуклеарни експлозии за да произведе погон.
Овие боеви глави би биле пуштани позади вселенскиот брод и детонирани, создавајќи нуклеарни пулсови. Овие би биле апсорбирани од притисна плоча на задниот дел на бродот (т.е. „буткач“) која би ја претворила експлозивната сила во напреден импулс.
Иако непрефинет, овој систем е брутално едноставен и успешен, и теоретски би можел да достигне брзина 5 проценти од светлосната (5,4∙107 км/ч, или 0,05с).
Но сепак, цената. Спред проценките на Дајсон од 1968, вселенскиот брод Орион би тежел меѓу 400000 и 4000000 тони.
Исто така, најконзервативните проценки на Дајсон за трошокот за градење ваков брод даваат 367 милијарди долари (2,75 билиони со прилагодување за инфлација). Тоа се 78 проценти од годишниот приход на САД за 2019, и 10 проценти од БДП на САД.
Друга идеја е градење ракети кои зависат од термонуклеарни реакции за да создадат погон.
Попрецизно, концептот на фузиски погон бил истражен од Британското меѓупланетарно здружение меѓу 1973 и 1978 како дел од истражување на изводливост наречено проект Дедал.
Крајниот дизајн бара вселенско летало во две етапи кое би создало погон фузирајќи пелети од деутериум/хелиум-3 во реакциона комора користејќи електронски ласери.
Ова би создало високоенергетска плазма која би била претворена во погон од магнетна млазница.
Првата етапа на вселенското летало би оперирала малку над две години и би го забрзала вселенското летало до 7,1 проценти од брзината на светлината (0,071с). Потоа оваа етапа би била отфрлена и втората етапа би презела контрола, забрзувајќи го вселенското летало до 12 проценти од брзината на светлината (0.12с) во текот на 1,8 години.
Потоа втората етапа би била исклучена, и леталото би влегло во патувачки период кој би траел 46 години.
Според проценките на проектот, на мисијата би и требал 50 години да стигне до Барнардовата ѕвезда (на помалку од 6 светлосни години оддалеченост). Прилагодени за Проксима Кентаури, истото летало би стигнало таму за 36 години.
Но освен технолошките бариери кои проектот би ги имал, во прашање доаѓаат и вклучените трошоци.
Дури и по скромниот стандард на бесчлен концепт, Дедал со полно гориво би тежел 60000 тони и би чинел над 5.2 билиони долари (основано на проценки од 2012). Прилагодено за 2020, цената за целосен Дедал би била близу до 6 билиони американски долари. Icarus Interstellar, меѓународна организација од граѓански волонтери-научници (основана во 2009), се има обидено да го оживее концептот со проектот Икар.
Уште една храбра идеја е антиматериски погон, кој би зависел од заемното уништување на материја и антиматерија (честички на водород и антиводород).
Оваа реакција ослободува исто толку енергија колку и термонуклеарна експлозија, како и дожд од субатомски честички (пиони и муони).
Овие честички, кои потоа би патувале со една третина од брзината на светлината, се насочени од магнетна млазница за да произведат погон.
За жал, цената за производство на само еден грам антиматериско гориво е проценета околу билион долари.
Според извештај од Роберт Фризби од Групата за напредна погонска технологија при НАСА (НАСА Иглворкс), за антиматериска ракета со две етапи би биле потребни 815000 тони гориво за пат до Проксима Кентаури кој би траел 40 години.
Пооптимистички извештај од д-р. Дарел Смит и Џонатан Веби од аеронаутичкиот универзитет Ембри-Ридл тврди дека вселенско летало кое тежи 400 тони и 170 тони антиматериско гориво би можеле да достигнат до половина од брзината на светлината.
Во овој случај леталото би стигнало до Проксима Кентаури за малку повеќе од 8 години, но немаме ни исплатлив начин да го направиме ова ни гаранција дека таков начин некогаш ќе постои.
Во сите случаи, горивото сочинува голем дел од масата на одреден концепт. Како одговор на ова, предложени се варијации кои би можеле да произведуваат сопствено гориво.
Кога станува збор за ракети на фузија, постои Бусардовиот рамџет, кој користи огромна електромагнетна инка да „собере“ водород од меѓуѕвездениот простор и магнетни полиња да го компресира доволно за да предизвика фузија.
Сличен е Систем за меѓуѕвездено истражување со ракета од вакуум до антиматерија (Vacuum to Antimatter Rocket Interstellar Explorer System – VARIES), кој исто така создава гориво од меѓуѕвездениот простор. ПРедложен од Ричард Обуси од Icarus Interstellar, VARIES бродот би зависел од големи ласери (напојувани од огромни соларни панели) кои би создавале честички од антиматерија при пукање во празен простор.
Ниедна од овие идеа не е можна со сегашните технологии, и ниедна не е ислатлива, ни оддалеку.
Под овие околности, и исклучувајќи ја можноста за неколку големи технолошки пронајдоци кои би ги намалиле трошоците, може да се каже дека било каква идеја за меѓуѕвездени мисии со екипаж едноставно не би била практична.
Праќањето на сонди до други ѕвезди во текот на нашите животи е сеуште можно, особено оние кои би зависеле од погон со насочена енергија.
Како што можеме да видиме од предлози како Breakthrough Starshot или Project Dragonfly, овие летала би можеле да достигнат релативистички брзини, имајќи ги сите потребни алати да соберат слики и основни податоци за било кои ексопланети во орбита.
Сепак, ваквите сонди се потенцијално сигурни и исплатливи методи за меѓуѕвездено истражување, не колонизација.
Исто така, временското заостанување вклучено во меѓуѕвездената комуникација сеуште би ставило граници на тоа колку далеку овие сонди би можеле да истражуваат при тоа комуницирајќи со Земјата.
Затоа, не е веројатно некоја ексоцивилизација да прати сонди на голема далечина од границите на својата територија.
Критики
Една критика за теоријата на прочистување е дека дозволува многу сценарија и интерпретации кои би дозволиле да сме имале контакт досега.
Ако претпоставиме дека на друг интелигентен вид исто така би му требале 4,5 милијарди години за да се создаде (времето од создавањето на Земјата до денес), и ако забележиме дека нашата галаксија постои веќе 13,5 милијарди години, тоа ни остава прозорец од 9 милијарди години.
Во текот на 9 милијарди години неколку цивилизации би можеле да се појават и да исчезнат, и иако еден вид не би можел да ја колонизира целата галаксија, тешко е да се замисли дека не би забележиле ваква активност.
Под овие околности, би биле присилени да заклучиме дека освен границите на досегот на една цивилизација има и други ограничувачки фактори (Големиот филтер, некој?)
Сепак, важно е да запаметиме дека не постои решение на Фермиевиот парадокс кое нема свои недостатоци.
Исто така, да се очекува една теорија или теоретичар да ги има сите одговори за тема толку сложена (а оскудна со податоци) колку постоењето на вонземјани е исто толку нереална колку и да се очекува постојаност во однесувањето на самите ВИ!
Воглавно, оваа хипотеза е многу корисна заради начинот на која ги разложува голем дел од претпоставките кои се својствени за „Факт А.“
Таа исто така претставува целосно логична појдовна точка за одговараше на клучното прашање: Зошто немаме слушнато од ВИ? Бидејќи не е реалистично да заклучиме дека тие досега би требало да имаат колонизирано голем дел од галаксијата, особено кога законите на физиката (како што ни се познати) забрануваат нешто такво.
Превод: Јоаким Јаковлески
