Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной Шарф Калеб

Эта поразительная история, кроме всего прочего, показывает, с какими трудностями постоянно сталкиваются все проекты в рамках SETI: фрагментарную, мимолетную информацию невозможно ни подтвердить, ни истолковать. Более того, наши попытки непосредственно зарегистрировать сигналы, преднамеренно отправленные внеземными цивилизациями, на сегодняшний день ни к чему не привели.

Отсутствие бесспорных доказательств существования внеземного разума оставляет безграничный простор для спекуляций, и самые утонченные из них опираются на так называемый парадокс Ферми[222], названный в честь великого итальянского физика Энрико Ферми. Все началось в 1950 году, когда Ферми за дружеским обедом с коллегами заметил, что Галактика очень стара, звезд в ней предостаточно, так что если бы жизнь была явлением распространенным, в каждом уголке Вселенной кишели бы развитые цивилизации. Вопрос – и парадокс – в том, почему мы их не наблюдаем.

На первый взгляд это очень дельный вопрос, и для ответа на него написаны целые тома. А между тем разрешить этот парадокс мы не можем все по той же причине – у нас мало информации. Можно придумать тысячи причин, почему никто не явился на наш космический порог с добрососедским визитом: то ли межзвездные путешествия – это очень трудно, то ли разумная жизнь склонна к самоуничтожению, то ли жизнь вообще встречается очень редко, то ли инопланетный разум настолько чужд нашему, что мы не в состоянии распознать его сигналы, то ли он предпочитает помалкивать, то ли инопланетяне уже здесь, просто мы этого не понимаем. Шутить по этому поводу можно сколько угодно, ни в чем себе не отказывайте.

Если бы у нас было хоть одно достоверное свидетельство, мы сразу вышли бы из тупика. А пока что поиск внеземного разума – занятие трудное, рискованное и чреватое осложнениями. Однако я искренне считаю, что дело того стоит. В отсутствие знаний остается только одно – стараться их раздобыть. И это самое главное. На страницах этой книги мы не раз и не два сталкивались с необходимостью определить, каким будет следующий шаг, какой тест однозначно покажет, есть ли жизнь вне Земли. Проекты SETI – это одна крайность: их участники сделали поиски внеземного разума смыслом своего существования. Однако есть и другие варианты.

Например, появление науки об экзопланетах породило новую исследовательскую стратегию поисков жизни. Эта стратегия ищет не структурированные сигналы и не феномены искусственного происхождения, а скорее признаки тех самых взаимосвязанных биогеохимических механизмов, которые имели место у нас на Земле в последние 4 миллиарда лет. Жизнь изменяет химию окружающей среды, нарушает ее равновесие. Например, стоит взглянуть на Землю издалека при помощи нужных инструментов – и заметишь присутствие в атмосфере и кислорода, и метана. Это необычная комбинация. Кислород легко вступает в химические реакции, со временем он должен прореагировать с минералами на поверхности каменистой планеты, поэтому в атмосфере его станет меньше. Еще лучше кислород взаимодействует с метаном – получается углекислый газ и вода. Если в атмосфере удастся зарегистрировать оба газа, это подскажет, что есть что-то такое, что постоянно пополняет их запасы, а один из лучших источников обоих веществ – это сама жизнь. Есть и другие молекулы, которые подобным же образом показывают, что на планете есть жизнь, и их можно обнаружить при изучении спектра света, который поглощается или испускается теми или иными составляющими среды на этой планете. Например, некоторые газы – закись азота или соединения серы – могут участвовать в метаболических процессах в масштабах планеты. Есть и другие физические явления, которые свидетельствуют о некоторых интересных вещах, происходящих на локальном уровне на землеподобной планете. Отблеск океанской глади, количество и текстура облаков из водяного пара, даже красноречивые цвета фотосинтетических пигментов – все это явные свидетельства того, что происходит на поверхности планеты. Возьмем, к примеру, растения на суше. Хлорофилл в их листьях (содержащийся в хлоропластах, которые, вероятно, когда-то были эндосимбиотическими сине-зелеными водорослями) поглощает многие частоты видимого света, однако отражает зеленые длины волн, поэтому растения кажутся глазу зелеными. Однако растения еще и сильно отражают и передают свет, близкий к инфракрасному, отчего инфракрасное излучение отражается от него в целых десять раз лучше, чем видимый свет[223]. На это мы опираемся, когда изучаем Землю со спутников и измеряем, сколько у нас растительности и сколько ее мы теряем. Похоже, что этот оптический трюк растения проделывают, задействуя как клеточные структуры, так и фотосинтетические пигменты. Может быть, перед нами феномен, характерный исключительно для Земли, однако не исключено, что это свойственно любой биосфере, которая питается излучением звезды.

Подобные явления позволяют надеяться, что по мере того как мы научимся все лучше и лучше улавливать свет от далеких планет и вычленять составляющие их атмосфер, опираясь на фоновый свет звезды, нам удастся замечать и эти признаки существования жизни. Изобильная жизнь оставляет грязные отпечатки пальцев. Найти их трудно по той же причине, по которой трудно обнаружить сами планеты: звезды светят ярко, а планеты тускло.

Тем не менее астрономические технологии в ближайшем будущем предоставят нам возможность рассмотреть хотя бы несколько планетных систем, которые находятся относительно недалеко от нас, и наши телескопы смогут собрать от них достаточно света. А это подводит нас к следующему вопросу на шестьдесят четыре квадрильона долларов – к вопросу, который я задал в самом начале этой долгой истории. Когда мы узнаем, какова на самом деле склонность Вселенной к абиогенезу, когда измерим, насколько изобильна в ней жизнь, станет ли это лакмусовой бумажкой, новым подходом к глубочайшим, фундаментальным законам физики и к естественным постоянным – а следовательно, к оценке значения жизни? Обратите внимание, что это более тонкий метод, чем антропный подход или принцип тонкой настройки, согласно которому для того, чтобы появилась жизнь, подобная нашей, космос должен просто отвечать определенным критериям. При таких формулировках ответ, собственно, сводится к паре противоположностей: или жизнь есть, или ее нет. Не исключено, что на самом деле ответ состоит скорее в некоем «показателе надежности», как говорят инженеры, в скользящей шкале, мере плодовитости мироздания.

Вероятно, эта плодовитость станет недостающим звеном между физикой и биологией, однако мы пока плохо понимаем, что такое жизнь как таковая, и поэтому не знаем, какие именно критерии обеспечивают богатство жизни во Вселенной. Однако, возможно, есть способ это выяснить. Отчасти задача состоит в том, чтобы отделить наши местные обстоятельства от глубинных параметров, которые правят Вселенной. Например, на то, будет жизнь распространенной или нет, очевидно, влияет такое простое обстоятельство, как возраст Вселенной. Ясно, что жизнь в том виде, в какой мы ее знаем, не могла появиться до того, как первые звезды выработали первые тяжелые элементы. Более того, наверняка потребовалось несколько поколений звезд, прежде чем тяжелых элементов набралось достаточно, чтобы сформировать каменистые планеты. Можно также представить себе, что в далеком будущем тусклых изолированных галактик, состоящих из звезд с небольшой массой, условия будут не такими подходящими для зарождения жизни. Геофизические процессы на стареющих каменистых планетах будут затихать, и химические реакции на поверхности замедлятся.

Наверняка есть и другие качества, которые позволяют рассчитать вероятность зарождения жизни в зависимости от возраста Вселенной. Это очень похоже на параметры тонкой настройки в антропной картине мира – такими качествами могут стать, например, сила гравитации, шансы на формирование атомов и молекул и глубинные физические законы, которые определяют эти качества. Подобные факторы в конечном итоге позволяют определить темпы формирования звезд и планет и их дальнейшую эволюцию, а также точные характеристики сред, благоприятных для биохимических реакций. В конечном итоге эти черты должны быть тесно связаны и с происхождением жизни, и с ее дальнейшим развитием и процветанием. Если бы мы могли написать рецепт подобных условий, у нас, пожалуй, был бы ответ. В результате мы бы выяснили, какие космические параметры определяют изобилие жизни в каждый момент истории Вселенной. Но существует ли точный рецепт как таковой?

Я уже предполагал вслед за многими учеными, что жизнь зарождается скорее в переломных обстоятельствах, она возникает в результате сложного и в принципе не подлежащего точным расчетам танца нелинейных взаимодействий, основанных на простых законах, и все это соответствует принципу космического хаоса. Эти простые законы – физическая основа мироздания: я говорю и о молекулярных связях, и о глубинных симметриях субатомных частиц, и о физических измерениях нашей реальности. Однако даже оценить их соотношение в рецепте практически невозможно. Дело в том, что сложные взаимодействия этих относительно простых законов сами по себе представляют собой нелинейную функцию этих же законов! Иначе говоря, то, как влияет каждое из этих качеств по отдельности, скорее всего, невозможно расшифровать – это все равно что пытаться вывести законы термодинамики исключительно из наблюдений над погодой и климатом на Земле. Имманентно присущая системе чувствительность к первоначальным условиям способна затемнять причины и эффекты, которые приводят к конечному результату.

Наверное, вы догадываетесь, к чему я веду. Формулировка проблемы нам что-то очень напоминает – и не что-нибудь, а теорию хаоса. Это похоже на те трудности, с которыми мы сталкивались, когда пытались разобраться в динамике планетных орбит и в том, стабильна или нет в долгосрочной перспективе Солнечная система. Должно быть, вы помните, что планетные системы также управляются простыми законами, однако сложные нелинейные взаимодействия приводят к обширному диапазону возможных вариантов прошлого и будущего, к целому пучку путей и траекторий. Чтобы понять, что будет, если слегка изменить законы, придется проследить бесчисленное множество маршрутов, каждый из которых будет разветвляться на перепутьях, где происходили ничтожные на первый взгляд события, и разбегаться в разные стороны к непредсказуемым исходам.

Чтобы понять, с какой частотой мироздание порождает жизнь, нам придется проделать похожий эксперимент. Нужно будет симулировать условия, вызванные целым рядом свойств космоса, и посмотреть, насколько хорошо и насколько часто они генерируют сложные феномены, из которых и возникает жизнь, то есть сколько насчитывается возможных траекторий. А еще нам придется применить байесовские методы, чтобы взвесить все возможности и честно признаться в собственном невежестве во всем, что касается глубинной физики реальности.

Нетрудно убедиться, что это теоретическая и вычислительная задача неподъемной сложности. Параллельно придется ответить и на другой вопрос, очень неприятный и, кажется, не имеющий ответа: нужно понять человеческий разум. В недалеком прошлом ученые утверждали, что в принципе возможно создать симулятор человеческого сознания, самый что ни на есть настоящий искусственный интеллект, – надо лишь разработать достаточно сложную компьютерную программу, которая могла бы цифровыми средствами имитировать работу каждого из десятков миллиардов наших нейронов. Однако некоторые исследователи, в том числе английский ученый Роджер Пенроуз[224], отстаивали ту точку зрения, что важнейшую роль в функционировании разума и сознания играют глубокие связи с квантовым миром и уловить их при помощи цифрового кода невозможно. Не исключено, что единственный способ симулировать разум – это и в самом деле создать его, построить структуру с такой же беспорядочной химией и биологией, как наш организм. Только такая имитация могла бы обладать вычислительной мощностью и природной хитростью, которые необходимы, чтобы соответствовать всему, что создала эволюция за миллионы и миллиарды лет.

Возможно, если мы займемся созданием жизни в более широком смысле слова, дело пойдет легче. Мы уже сделали кое-какие мелкие шаги в сторону конструирования искусственных микроскопических организмов – собирали их из отдельных деталей и ДНК, созданных в лабораторных условиях. Однако очевидно, что если речь идет об исходном наборе законов, мы все равно не способны менять фундаментальную физику подобных биосимуляторов, играть с глубинной структурой мироздания, и это существенное препятствие для нас. Так неужели феномен жизни во Вселенной – это явление, которое нам в конечном итоге придется просто принять как данность и изучать безо всякой надежды на аналог «теории всего» в физике?

Надеюсь, все-таки нет. Думаю, у нас лучше получилось бы симулировать траектории развития жизни при разных наборах космических параметров, чем предлагают некоторые вышеописанные проекты и программы. Я отношусь к этому с оптимизмом отчасти потому, что наше технологическое мастерство развивается поразительными темпами и отнюдь не снижает их. Мы обнаружили неслыханные способы обращаться с веществом на атомном и субатомном уровне. Экспериментальная физика позволяет нам копаться в квантовой механике с ее имманентными странностями, опираться на ее законы, чтобы создавать самые неожиданные вещи – это и рудиментарные квантовые компьютеры, и оптоволоконные симуляторы горизонта событий черной дыры – гравитационного рубежа, из-за которого не может вырваться даже свет. Очень может быть, что даже не в самом отдаленном будущем нам повезет и мы получим набор инструментов и приемов, благодаря которому то, что сегодня невозможно, окажется в сфере возможного.

В нашем арсенале есть и еще одна потенциальная тактика. Мы могли бы отправиться в космос и начать искать там случаи жизни. Вселенная – самая главная лаборатория. А еще у нее есть особое, очень полезное качество: она так велика, что разные удаленные области пространства вполне можно считать изолированными системами, которые не сообщались друг с другом с тех пор, когда еще не было ни атомов, ни вещества.

В сущности, любая крупная область космоса – своего рода чашка Петри, уникальная и независимая. Космологи и астрономы вовсю пользуются этим обстоятельством, когда анализируют свойства звезд и галактик по мере развития по космической шкале времени. Объекты в центре любой достаточно большой части Вселенной никогда не подвергались прямому воздействию объектов, находящихся в центре других отдельных больших частей, никогда не имели к ним никакого отношения. Каждый из них – словно уникальный остров, развившийся по своей собственной траектории, однако управляемый теми же универсальными физическими законами, что и все остальные острова. Как ни парадоксально, это всего лишь расширение принципа Коперника: во Вселенной нет никаких особых областей, однако они вполне могут слегка отличаться друг от друга.

В ту же игру можно сыграть и при поиске жизни. Однако наша Солнечная система, вероятно, несколько маловата и поэтому обеспечила нам лишь одну чашку Петри. Ее планеты склонны к кросс-контаминации, к обмену химическими веществами и организмами, когда астероидные удары расшвыривают планетный материал по межпланентному пространству. Гораздо лучше было бы искать жизнь во Вселенной, перебирая одну звезду за другой, однако, как мы видели, передача материала по межзвездному пространству тоже приводит к контаминации. Еще лучше было бы подразделить крупную галактику вроде Млечного Пути на зоны таким образом, чтобы каждая из них представляла собой потенциально неповторимую выборку из того множества траекторий, которыми может развиться жизнь. А можно пойти еще дальше – рассмотреть и межгалактическое пространство, считать независимыми экспериментальными инкубаторами целые галактики. Если мы сможем идентифицировать и численно выразить природу любой жизни, которая обнаружится в этих местах, то сумеем свести воедино гигантскую карту траекторий, а потом посмотреть, какими универсальными вселенскими законами управляется это буйство.

Но вот что забавно: мы уже знаем, что подобный подход оправдывает себя в науке, и этому мы обязаны непосредственно Антони ван Левенгуку, сидевшему в своей комнате в Дельфте в 1674 году. Когда Левенгук увидел микроскопические организмы, кишащие в каждой капельке воды, во всех естественных отверстиях и выделениях людей и животных, то невольно заложил план исследования всех укромных мест, где может таиться жизнь. А сегодняшние ученые уже относятся к процедуре контролируемой выборки микроскопической жизни как к данности. Например, чтобы выявить новые виды живых существ, обитающие в суровых условиях подземных водохранилищ или глубоко под антарктическими льдами[225], ученые трудятся не покладая рук, чтобы собрать неконтаминированные пробы. Древние экосистемы зачастую содержат организмы, которые развивались без постороннего вмешательства в течение тысяч, а иногда и миллионов лет, отрезанные от остального мира. Если рассмотреть эти уединенные микрокосмы, можно узнать очень много о развивающихся в них невероятных биологических стратегиях, а главное – исследовать, какие глубинные биологические принципы стоят за всем этим.

Проделать то же самое в космосе – мягко говоря, чудовищно самонадеянная и оптимистическая идея. Однако может статься, что в результате мы обретем знания, которые оправдают все. Еще в главе 1 я коротко рассказал о гипотезе множественной Вселенной, очень перспективном способе объяснить «совпадение» космической тонкой настройки и зарождения жизни. Мы сможем проверить эту гипотезу, а жизнь станет лакмусовой бумажкой. Представьте себе, что мы будем в состоянии определить значения и форму физических постоянных и законов, которые определяют существование и распространенность жизни во Вселенной. Заручившись подобной информацией, мы, в принципе, могли бы предсказать, насколько распространена во множественной Вселенной жизнь, подобная нашей. Иначе говоря, мы бы вычислили, каково наше значение во всей совокупности всех возможных реальностей[226].

Все это весьма честолюбивые мечты. Для их реализации нам придется очень сильно потрудиться. Я бы сказал, что первое, что нам в этом помешает, – это комплекс Коперника. Думается, мы все равно едва ли занимаем во Вселенной центральное место, как с астрофизической, так и с метафизической точки зрения. Однако это не исключает возможности, что траектория развития жизни, по которой мы добрались до своего нынешнего состояния, отличается некоторыми неповторимыми особенностями. Нам нужно примириться с такой степенью собственной уникальности, поскольку она влияет на наше мировоззрение и на научные стратегии изучения Вселенной. Вполне можно путешествовать по звездам и галактикам, не покидая уютной Земли – через телескопы, – а можно поставить перед собой и более смелую цель. Мне не кажется, что эта цель – чистая фантазия. Не исключено, что нам предстоит сделать самый важный выбор за всю историю своего биологического вида – и этот выбор сводится к ответу на два вопроса.

Сможем ли мы когда-нибудь выйти за пределы космических обстоятельств нашего существования?

И хотим ли мы и дальше оставаться уникальными, но незначительными?

Правила, по которым нужно давать ответы на эти два вопроса, несколько нечестные. Если жизнь всегда и без исключений обитает на границе между хаосом и порядком, получается, что выживание зависит от исключительной сообразительности. С похожими задачами сталкиваются опытные серфингисты, когда им нужно не упасть на скользкой изменчивой поверхности огромной волны – в трубе пространства и времени, которая кончится лишь затем, чтобы смениться следующей.

Однако отбросим метафизику. Мы знаем, где находимся, знаем, что нам нужно, чтобы выжить (хотя со стороны кажется, что не всегда). Мы возникли на некоей планете примерно 4 миллиарда лет назад и были тогда просто микробами, так что такого блестящего будущего ничто не предвещало. И не просто обрели разум, способный осознать этот факт, но и сумели оценить происхождение и состав Вселенной вокруг нас. И обнаружили, что в ней десятки миллиардов других планет, а в нашей Солнечной системе содержатся колоссальные ресурсы. И вот мы и оказались на очередном перепутье, но теперь нам нужно сделать другой выбор. Задача, стоящая перед нами, – это последний отрезок пути к пониманию своего места и значения в мироздании, и нам придется пройти по нему к самым глубинным основам нашего существования, разобраться с тем, какое отношение имеют к нам механизмы эволюции и естественного отбора. Откуда бы ни брало начало современное человечество с его впечатляющими мозгами и социальными структурами, как бы ни сокращалась наша популяция в иные моменты истории, не приходится сомневаться, что сегодня мы – главная действующая сила на этой планете. Нас, людей, ее населяющих, миллиарды, и даже те оставшиеся площади, где мы не живем, в основном изменены нашими стараниями – мы берем там ресурсы или подчиняем себе окружающую среду. Каковы бы ни были наши сложные отношения с микроскопическими властителями мира, которые помогают нам управлять средой обитания и нашей собственной биохимией, среди прочих организмов мы уже заняли выдающееся место.

Мы сумели дотянуться далеко за пределы нашей планеты. Последние 40 лет космические аппараты «Пионер-10» и «Пионер-11» удаляются от нас в межзвездное пространство. Сейчас они находятся (соответственно) примерно в 16 и 13 миллиардах километров от нас. Зонды «Вояджер-1» и «Вояджер-2», запущенные всего на несколько лет позднее – в 1977 году – углубились еще дальше во Вселенную. «Вояджер-1» находится сейчас более чем в 17 миллиардах километров от нас – это более чем в 100 раз дальше, чем от Земли до Солнца. И он по-прежнему шлет нам сигналы. Слабый шепот радиотелеметрии говорит нам, что зонд добрался туда, где давление излучения от Солнца уже не ощущается и кругом расстилается галактическое пространство. Возможно, космическое путешествие лишь началось, однако зачатки его появились уже давным-давно, еще когда первые гоминиды пробирались по африканской саванне. Перефразируя Карла Сагана[227], можно сказать, что мы всегда были странниками. Возможно, наше подлинное значение в мироздании и коренится в этом стремлении к расширению – и именно эта важнейшая черта и прописана в наших генах в результате естественного отбора. Мы именно таковы. Отчасти поэтому мы уникальны. И именно поэтому мы при желании можем добиться значимости. Не исключено, что исполинские барьеры межзвездного пространства и времени и неукротимые космические силы так и не позволят нам покинуть пределы Солнечной системы во плоти, какими бы головокружительными фантазиями мы ни увлекались, – очень уж хрупка наша телесная оболочка. Но давайте предположим, что мы сумели заметить признаки жизни на другой планете возле другой звезды где-нибудь по соседству в нашей Галактике. Даже если эти признаки – не более чем зарегистрированные в световом спектре химические вещества, которые свидетельствуют о метаболических процессах, свойственных живым существам вроде микробов, остается вероятность, что там могут жить и более сложные организмы. Может быть, там кто-то есть – совершенно чуждый и при этом находящийся в пределах досягаемости.

Открытие подобной биологической сигнатуры стало бы для нас переломным моментом, временем решений. Не исключено, что мы не посчитали бы целесообразным организовывать экспедицию к другому миру, ведь она продлилась бы тысячи лет, а то и десятки тысяч. Однако, возможно, мы решили бы создать своего представителя. Неважно, что бы это был за посланник – сложнейший робот или всего лишь носитель какого-то простого сообщения: его прибытие на другую планету стало бы для нас единственной возможностью придать значение тому обстоятельству, что мы когда-то существовали на неповторимой планете, которую мы называли просто Землей.