Чи існує життя у Всесвіті? Це питання хвилювало людство задовго до того, як було з’ясовано наскільки величезним є Всесвіт — тобто до появи сучасної астрономії. Впродовж 20-го століття, завдяки появі нових телескопів, радіоастрономії та космічних обсерваторій, було зроблено багато зусиль, спрямованих на пошук позаземних цивілізацій (extra-terrestrial intelligence, ETI).

Проте, людство досі знає лише одну цивілізацію у Всесвіті — нашу власну. І поки ми не виявимо інопланетну цивілізацію, найкраще, що ми можемо зробити, це висувати гіпотези про ймовірність їх існування. Саме тут варто пригадати знамените рівняння Дрейка — назване на честь астронома д-ра Франка Дрейка. Сформульоване в 1960-х роках, це рівняння оцінює кількість можливих позаземних цивілізацій, виходячи з низки факторів.

Рівня Дрейка, математична формула для знаходження вірогідності життя або розвинених цивілізацій у Всесвіті. Фото з сайту www.universetoday.com.

Передумова:

Протягом 1950-х рр. концепція використання радіоастрономії для пошуку сигналів позаземного походженням набула широкого поширення серед науковців. Ідея прослуховування позаземного радіозв’язку виникла ще наприкінці ХІХ ст. (Нікола Тесла), але ці зусилля були спрямовані на пошук ознак життя на Марсі.

Френк Дрейк стоїть перед дошкою з його знаменитим рівнянням. Фото з сайту www.universetoday.com.

Потім, у вересні 1959 року, Джузеппе Коконі та Філіп Моррісон (які були професорами фізики в Корнельському університеті) опублікували статтю в журналі Nature з назвою «Пошук міжзоряних повідомлень» (Searching for Interstellar Communications). У ній вони стверджували: чутливість радіотелескопів досягла такого рівня, що вже можна зареєструвати сигнали, які транслюють з інших зоряних систем.

Науковці вважали, що ці повідомлення можливі на довжині хвилі 21 см (1420,4 МГц), яка відповідає довжини хвилі випромінювання нейтрального водню. Оскільки це найпоширеніший елемент у Всесвіті, то на думку Коконі та Моррісона логічно, щоб позаземні цивілізації використали частоту його випромінювання для трансляції радіопередач, які можуть отримати інші цивілізації.

Сім місяців по тому Френк Дрейк виконав перше систематичне дослідження SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) в Національній радіоастрономічної обсерваторії (Грін Бенк, Західна Вірджинія). Відоме як проект «Озма», це дослідження було виконане з допомогою 25-метрового радіотелескопа і зводилося до прослуховування сигналів від Епсилон Ерідана і Тау Кита — двох відносно близьких до Сонця зір — на частотах близько 21 см протягом шести годин на добу, з квітня до липня 1960 року.

Хоча сигнали не було зареєстровано, дослідження привернуло увагу наукових та громадських організацій до питання SETI. Незабаром після цього (1961) в обсерваторії Грін Бенк відбулася зустріч, на якій відбулося обговорення теми SETI та пошуків радіосигналів позаземного походження. Готуючись до цієї зустрічі, Дрейк сформулював рівняння, яке тепер називають на його честь. Ось що він сказав про появу рівняння:

«Коли я планував зустріч, то за кілька днів до неї розмірковував про її порядок денний. Тому я записав за спадним всі ті речі, які нам треба розуміти, щоб передбачити наскільки складно буде виявити позаземне життя. І, дивлячись на них, стало зрозуміло: якщо ви помножите всі ці характеристики, у вас буде число N, яке виражає кількість наявних цивілізацій у нашій галактиці. Воно стосується пошуку радіосигналів, а не первісних чи примітивних форм життя».

Зустріч, на якій були присутні такі світочі як Карл Саган, відзначена пам’ятною табличкою, встановленою в залі обсерваторії Грін Бенк.

Радіотелескоп Говарда Е. Татела (26 м) в Національній радіоастрономічній обсерваторії, який використовували в проекті «Озма». Фото з сайту https://www.universetoday.com.

Формула:

Формула рівняння Дрейка така:

N = R* x f_p x n_e x f_l x f_і x f_c x L

Де N — це кількість цивілізацій в нашій галактиці, з якими ми можемо спілкуватися; R* — середня швидкість утворення зір у нашій галактиці; f_p — частка тих зір, які мають планети; n_e — кількість планет, які можуть мати життя; f_l — кількість планет, де виникло життя; f_i — кількість планет, де існує розумне життя; f_c — це кількість цивілізацій, які досягли рівня технології радіопередач; L — час, упродовж якого цивілізації транслюють свої сигнали в космос.

Межі та критика:

Природно, рівняння Дрейка було піддано певній критиці, головно тому, що воно має велику кількість параметрів. Щоправда, деякі з них досить легко знайти, наприклад швидкість зореутворення в Молочному Шляху. Згідно з оцінками, Галактика містить приблизно 200—400 мільярдів зір, а за сучасними уявленнями в ній щороку формується 3 нові зорі.

Якщо припустити, що наша галактика належить до середніх за кількістю зір, та зважаючи на 2 трильйони галактик (поточні оцінки згідно з даними Космічного телескопа імені Габбла) в спостережуваному Всесвіті, можна вважати: кожного року виникає від 1,5 до 6 трильйонів нових зір! Проте деякі інші параметри не такі однозначні для їх розуміння.

Наприклад, оцінки того, скільки зір матимуть планетні системи, з часом змінилися. Нині вважають, що Молочний Шлях містить 100 мільярдів планет, а це майже 50% зір, які мають планету. Крім того, в тих зір, біля яких є кілька планет, імовірно, одна або дві з них лежать в зоні життя — де на їхніх поверхнях може існувати рідка вода.

Тепер давайте припустимо, що 100% планет, які лежать в зоні життя, зможуть його розвинути в бодай якійсь формі. Далі: нехай принаймні 1% цих населених планет можуть породжувати розумне життя, і 1% з таких розумних цивілізацій буде вміти спілкуватися з допомогою радіо й робитиме це протягом приблизно 10 000 років. Якщо ми підставимо ці параметри в рівняння Дрейка, то отримаємо значення 10.

Інакше кажучи, в Молочному Шляху в будь-який час може бути 10 цивілізацій, здатних надіслати сигнали, які ми могли б виявити. Але, звісно, значення, взяті для чотирьох параметрів — f_l, f_i, f_c та L — повністю умовні. Без будь-яких достовірних значень цих параметрів немає способу дізнатися, скільки інопланетних цивілізацій може бути насправді. Може бути лише одна у всьому Всесвіті (ми), або мільйони в кожній галактиці!

Парадокс Фермі:

Окрім питання про справжні значення параметрів, зміст найсуттєвішої критики рівняння Дрейка, зазвичай, виражають аргументом, який висловив фізик Енріко Фермі (тому його називають парадокс Фермі). Цей аргумент виник у 1950 році в розмові між Фермі та деякими колегами, під час його роботи в Лос-Аламоській національній лабораторії. Коли виникла тема НЛО та ETI, Фермі вдало запитав: «Де всі?»

Це просте запитання вказувало на суперечність, що існувала між аргументами, які, з одного боку, підкреслювали масштаб і високу ймовірність життя у Всесвіті, а з другого — повною відсутністю доказів того, що таке життя існує. Хоча Фермі не був першим серед науковців, які ставили це питання, парадокс отримав його ім’я, бо вчений написав багато творів на цю тему.

Коротко суть парадоксу Фермі. Зважаючи на велику кількість зір у Всесвіті (багато з них старші від Сонця на мільярди років) існує висока вірогідність того, що навіть невелика частина з них може мати планети, де виникло розумне життя. Імовірно, деякі з цивілізацій розвивали б міжзоряні подорожі. З огляду на великий вік таких цивілізацій, вони б мали подорожувати по всій нашій галактиці (навіть допускаючи швидкості, близькі до швидкості світла). Тобто, людство мало б вже тепер знайти деякі свідчення існування високорозвинених цивілізацій.

Природно, що це породило багато гіпотез щодо того, як розвинені цивілізації можуть існувати в нашому Всесвіті, але залишатися невиявленими. Гіпотези передбачають можливість того, що розумне життя є надзвичайно рідкісним явищем, що людство є однією з перших цивілізацій у Всесвіті, що інші розумні істоти не існують (припущення Гарта-Тіплера), що вони перебувають у стані сну або що ми їх шукаємо не там, де вони є.

Гіпотеза «Великий фільтр»:

Але, мабуть, найвідомішим поясненням того, чому досі не виявлено жодних ознак розумного життя, є гіпотеза «Великого фільтра». Її суть полягає в тому, що, оскільки не існує жодної позаземної цивілізації, незважаючи на величезну кількість зір, то перехід у процесі між появою життя і технологічним розвитком має діяти як фільтр для зменшення кінцевого значення кількості цивілізацій.

Згідно з цим уявленням: розумне життя виникає дуже рідко; час життя таких цивілізацій короткий чи є коротким час, упродовж якого їх можна виявити. Запропоновано різні пояснення щодо ймовірної форми прояву фільтра: це може бути подія на кшталт вимиранням (Extinction Level Events, ELEs); нездатність життя створити стабільне середовище протягом тривалого часу; знищення навколишнього середовища, або згубний розвиток технологій (що може статися з нами!).

На жаль, рівняння Дрейка не змінюється десятиліттями з тієї причини, що більшість його параметрів лишаються не визначеними. До того моменту, коли людство знайде свідчення існування розумного життя у Всесвіті, або з’ясує його відсутність, зважаючи на велику кількість спостережень інших зоряних систем, ми не зможемо відповісти на питання: «Де всі?»

Як і у випадку багатьох інших космологічних таємниць, нам доведеться здогадатися про те, чого ми не знаємо, зважаючи на те, що ми робимо (або плануємо робити). Оскільки астрономи вивчають зорі та планети з допомогою нових інструментів, то, можливо, їм вдасться з’ясувати, наскільки точним є рівняння Дрейка. І якщо наші недавні космологічні та екзопланетні пошукові зусилля показали нам що-небудь, то це те, що ми лише починаємо відкривати двері у Всесвіт!

У найближчі роки та десятиліття наші зусилля, спрямовані на те, щоб дізнатись більше про планети біля інших зір, розширюватимуться. Розпочнуться дослідження атмосфер цих планет з допомогою інструментів нового покоління, таких як Космічний телескоп Джеймса Вебба та Європейський надзвичайно великий телескоп. Це значно покращить нашу оцінку того, наскільки поширені потенційно населені світи.

Водночас, все, що ми можемо зробити, це дивитися, слухати, чекати і спостерігати ...

Ми написали багато статей про рівняння Дрейка для Universe Today. Ось «Інсайд про рівняння Дрейка: Чат з Френком Дрейком» (Inside the Drake Equation: A Chat with Frank Drake); «Шанси розумного життя у Всесвіті» (The Odds of Intelligent Life in the Universe); «Нове рівняння Дрейка? Інше життя, яке не має бут розумним» (A New Drake Equation? Other Life Not Likely to be Intelligent); «Нове рівняння Дрейка для потенційного життя» (A New Drake Equation for Potential of Life); «Баєсовий аналіз готовності екзопланет до появи життя» (Bayesian Analysis Rains on Exoplanet Life Parade) та «Де всі інопланетяни? Парадокс Фермі?» (Where are all the Aliens? The Fermi Paradox?).

Є кілька хороших ресурсів в Інтернеті. Перевірте цей калькулятор рівняння Дрейка (Drake Equation calculator).

Ми записали цілий епізод в Astronomy Cast щодо рівняння Дрейка. Перевірте це тут: «Епізод 23 — Підрахунок іншопланетян з допомогою рівняння Дрейка» (Episode 23 — Counting Aliens with the Drake Equation).

Джерела:

SETI — рівняння Дрейка

Вікіпедія — рівняння Дрейка

PBS NOVA — рівняння Дрейка

Автор замітки Метт Вільямс (Matt Williams)

За інф. з сайту www.universetoday.com підготував Іван Крячко