Текст книги "Спасите человечество"

Раздел 3. Глубокие принципы

Эта книга посвящена размышлениям о судьбе и будущем человечества исходя из долгосрочных, общих и фундаментальных интересов. Для того чтобы обнаружить соответствующие проблемы и предложить решения, мы взглянем на наши исследования с необычного ракурса. Такой метод исследования может быть обобщен принципом, который носит название «глубокого принципа». Он включает в себя две характеристики: стремление к максимально широкому пространству и стремление к будущему.

Люди живут на Земле, а мы – аэробионты. Земля, на которой мы живем, – не изолированное место, влияющее на судьбу человека. Без испарения океана не будет дождя. Без движения литосферных плит не будет гор и рек. Без атмосферы люди не смогут дышать. Все это мы чувствуем интуитивно. Поэтому вся Земля и атмосфера вокруг нее тесно связаны с судьбой и будущим человечества.

На самом деле недостаточно основываться на таком диапазоне. Например, магнитное поле Земли блокирует нас от космических лучей и солнечных ветров. В дополнение к магнитному полю существует также солнечное магнитное поле, которое постоянно влияет на все, что связано с людьми. Его нельзя разглядеть человеческим глазом, но магнитное поле объективно существует. Поэтому следует увеличить масштаб исследования.

Мы знаем, что в масштабах Вселенной Земля очень мала. Огромная Вселенная влияет на нашу маленькую Землю и людей, живущих на ней. В небольшой области Солнечной системы Луна влияет на приливы и отливы океанов; солнечные вспышки происходят несколько раз в год; астероиды и кометы падают на планету каждые несколько сотен лет. Могут ли инопланетяне вторгнуться на Землю? Как взрыв сверхновой звезды повлияет на нашу планету? Представляют ли черные дыры угрозу для Земли? Все эти вопросы тесно связаны с судьбой человечества. Возможно, некоторые факторы слишком далеки от нас, и пока не стоит беспокоиться о них. Однако если мы не будем делать далеких прогнозов, то как сможем обнаружить факторы, которые представляют серьезную угрозу для людей?

Концепция общества впервые была сформирована более 4 миллионов лет назад. Если принять во внимание первоначальный процесс появления человека, то самая ранняя жизнь на Земле могла появиться до 4,28 миллиарда лет назад. Как нам может помочь этот факт в изучении будущего человечества?

Мир сегодня развивается семимильными шагами, потому что промышленная революция в значительной степени стимулировала достижения науки и техники. Мир меняется каждый день. С этой точки зрения достаточно трудно поставить задачу, которая исследовала бы ближайшее будущее человечества. Сложно предположить, как будет выглядеть мир через десять или сто лет. Вероятно, к этому времени он изменится коренным образом.

Однако мы почти уверены, что с точки зрения биологической эволюции мы вступили на порог человечества более 4 миллионов лет назад. Тем не менее люди не исчезнут через 4 миллиона лет, поскольку являются самыми сильными существами на Земле.

Как далеко могут зайти рамки нашего исследования? Исследование будущего и судьбы человечества слишком короткое, чтобы его можно было реализовать в течение десяти или сотен лет.

Что нужно точно объяснить, так это то, что мы используем прошлый опыт, сотни миллионов лет, как зеркало, в которое мы заглядываем, чтобы сравнить происходившее когда-то давно и сегодняшний день. Важно подчеркнуть, что все, что мы делаем сегодня, на самом деле все более и более серьезно влияет на будущее мира.

В конце XIX века люди считали, что создали за 100 лет больше, чем они сделали с момента появления человечества. В конце XX века ситуация повторилась. Способность человечества трансформировать себя и природу возросла в сотни, тысячу и миллион раз. Может быть, мы делаем что-то не так сегодня, что не можем компенсировать 100-летней тяжелой работой. Если мы не используем миллиарды лет существования нашей планеты как зеркальное отражение, то и не сможем реально планировать будущее с научной точки зрения. Не сможем исключить потенциальные ошибки в долгосрочных перспективах, чтобы направить свои действия в правильное русло.

Поэтому предметом нашего исследования являются сотни миллионов лет. Вопрос не в том, что мы должны делать после сотен миллионов лет. Такие проблемы исследования должны быть решены нашими потомками. Широта исследований здесь до края Вселенной. Но при этом в своих исследованиях мы не должны уходить в глубины Вселенной. Такая цель не имеет смысла для нас. Мы хотим, чтобы все, что делаем в реальности, отвечало потребностям долгосрочных, общих и фундаментальных интересов человечества.

Таким образом, глубинный принцип фактически основан на реальности: это всего лишь метод, принятый для того, чтобы сделать наше исследование более глубоким, всеобъемлющим и тщательным. Принцип решает проблему, с которой люди сталкиваются сегодня и, вероятно, столкнутся в будущем. Такой подход переносит выводы наших исследований на более объективный и научный уровень.

Глава 3
Внешняя угроза

У нас есть методы исследования и принципы, о которых мы говорили в предыдущей главе, а сейчас давайте начнем предметное исследование. Первое, что мы хотим изучить, – это проблемы, с которыми сталкиваемся или столкнемся в будущем.

Существует два фактора, которые угрожают человечеству: внешний и человеческий. В этой главе мы изучим внешние факторы, которые могут представлять угрозу.

Раздел 1. Угроза Вселенной

На нашей планете есть величественные горы, обширные моря, прекрасные луга… Мы часто вздыхаем, представляя ее величие. Тем не менее, с точки зрения Вселенной, Земля очень маленькая. Наша планета является частью Солнечной системы, причем небольшой, и полностью контролируется Солнцем.

Роль Солнца во Вселенной не значительна. Солнечная система как капля воды в море или песчинка в пустыне.

Исследуя угрозу Вселенной для человечества, мы должны сначала рассмотреть взаимодействие людей и Земли, потом – Солнца и, наконец, отдельно взаимосвязь людей и Солнечной системы.

В природе существует сила, которая не блокируется никаким объектом и не ограничена никаким расстоянием, – это притяжение между материей.

Люди, стоящие на Земле, имеют определенный вес и оказывают гравитационное воздействие на Землю. Норма гравитации равна весу человека. Луна вращается вокруг Земли и не покидает ее из-за гравитационного притяжения нашей планеты на Луну. Земля вращается вокруг Солнца, а Солнце притягивается к Земле. Солнце движется вокруг центра Млечного Пути, потому что Млечный Путь притягивается к Солнцу.

По легенде, Ньютон открыл свой знаменитый закон всемирного тяготения после того, как ему на голову упало яблоко. А точнее, он впервые заинтересовался силой тяжести, когда увидел, как яблоко падает на землю. В повседневной жизни многие природные явления связаны с гравитацией. На Землю действуют Луна и Солнце, которые вызывают приливные волны. Гравитация Солнца действует не только со стороны Земли, обращенной к Солнцу, но и со стороны от Солнца. Также существует гравитация между двумя планетами, расположенными на расстоянии десятков тысяч световых лет.

Помимо гравитации в природе существует электромагнитная сила, слабое и сильное взаимодействие. Самое мощное среди природных сил – это сильное взаимодействие, но оно действует только в пределах ядра. Вторая мощная сила – электромагнитная, которая составляет только одну сотую сильного взаимодействия, но диапазон электромагнитной силы больше, чем сильного взаимодействия. Гравитация – самая слабая сила в природе, она в несколько сотен миллионов раз слабее электромагнитной силы. Относительное сильное взаимодействие еще слабее. Но гравитация не ограничена никаким расстоянием и блокировкой объектов. Она вездесуща, поэтому собирает бесчисленные слабые силы, становится очень мощной и, наконец, побеждает другие силы и управляет нашей Вселенной.

Звезда – это небесное тело, которое использует ядерную энергию для генерации света и тепла. Причина генерации ядерной энергии заключается в том, что, когда планета достаточно велика, ее массивная гравитация может поднять температуру ядра до более 10 миллионов градусов. В это время у электрона достаточно энергии, чтобы покинуть ядро. В результате газ становится ионизированным, то есть представляет собой плазму. Это приводит к ядерному синтезу и высвобождению сильного взаимодействия.

Ядерный синтез водорода – это процесс, в котором два изотопа водорода (дейтерий и тритий) объединяются в один атом гелия. При ядерном синтезе теряется 0,7 % массы, что является причиной сильного высвобождения энергии в ядре.

Такая звезда среднего размера, как Солнце, имеет два синтеза ядер: синтез водорода и гелия.

В то время как водородный синтез излучает свет и тепло, гелий, который он производит, постоянно откладывается в ядре звезды. Когда большое количество водорода превращается в гелий, водород в ядре звезды истощается, оставляя атом гелия. Но внешний водород в ядре продолжает гореть, поэтому одновременно действуют две силы в ядре: гравитационное притяжение звезды и огромное давление расширения, создаваемое в результате внешнего синтеза водорода в ядре. Взаимодействие двух сил может привести к тому, что температура ядра достигнет сотен миллионов градусов, резкое движение ядра атома водорода в конечном счете позволит им прорвать связи электромагнитной силы, что в свою очередь позволит им непосредственно столкнуться друг с другом, это приведет к синтезу гелия и выпустит сильное взаимодействие в ядре.

Горение гелия – это процесс, в ходе которого гелий превращается в кислород и углерод. Поскольку энергия, которую он выделяет, больше, чем энергия синтеза водорода, внутреннее пространство звезды снова зажигает звезду. Эта внутренняя звезда с огромной силой бьет внешнюю звезду, в результате диаметр планеты внезапно увеличивается более чем в 100 раз, а объем – более чем в миллион раз. Новую огромную планету называют красным гигантом, потому что температура ее поверхности ниже температуры поверхности исходной звезды.

Продолжительность синтеза гелия короче, чем синтеза водорода. На более поздней стадии синтеза гелия звезда переходит в нестабильное состояние. Материал вокруг нее выбрасывается, а часть ядра, которая в основном состоит из углерода и кислорода, превращается в белого карлика с высокой плотностью и температурой.

Звезда белого карлика – это звезда смерти. За счет тепла, оставленного исходной звездой, ее температура очень высокая. Она больше не может иметь внутри термоядерную реакцию. После десятков миллиардов лет медленного охлаждения звезда белого карлика в конечном счете превращается в холодную планету. В соответствии с человеческими стандартами белые карлики являются ценными материалами, потому что их внутренний состав подобен решетке (как и в структуре алмазов).

Поскольку синтез водорода является стабильным и продолжительным по сравнению с другими синтезами, фаза синтеза водорода звезды называется главной последовательностью звезды.

Время, в течение которого звезда остается в главной последовательности звезд, быстро уменьшается с увеличением массы звезды. Звезда с массой Солнца остается в главной последовательности звезд около 10 миллиардов лет. Однако звезда с массой в 0,3 раза больше массы Солнца будет гореть в течение триллионов лет, а с массой в 5 раз больше массы Солнца – только в течение десятков миллионов лет. Потому что чем больше масса звезды, тем больше гравитация, а сильная гравитация ускорит внутренний ядерный синтез. Когда масса звезды достаточно велика, чрезвычайно сильный ядерный синтез не стабилизирует звезду, и это приводит к ее полному взрыву. До сих пор самая большая звезда, которую мы наблюдали, – звезда R136α1, которая примерно в 256–265 раз превышает массу Солнца, а ее продолжительность жизни составляет всего 3 миллиона лет.

Качество звезды не может быть слишком низким, самая маленькая звезда обычно составляет не менее 8 % массы Солнца. Если планета слишком мала, ее гравитация не сможет воспламенить внутренние атомы водорода, следовательно, не сможет произойти и ядерный синтез. Такой объект не сможет излучать свет и тепло, поэтому его нельзя будет назвать звездой.

Окончательная судьба звезды во многом определяется ее качеством. Звезда, масса которой менее 0,7 раза больше массы Солнца, будет сжигать только водород (но никогда гелий), так как ее гравитация недостаточно велика. Звезду с массой в 0,7–8 раз больше массы Солнца будет ждать такая же судьба, что и Солнце. В этом диапазоне масс маленькие звезды сначала сжигают водород, а затем гелий, а более крупные звезды сжигают еще и углерод. После сжигания они превращаются в белого карлика.

После смерти звезды массой, в 8–10 раз превышающей массу Солнца, последует чрезвычайно сильный взрыв. Огромная гравитационная сила заставит звезду продолжать зажигать другие элементы после сжигания водорода, гелия и углерода: кислород, кремний, железо. Каждый раз, когда сжигается новый тяжелый элемент, звезда будет производить более энергичную внутреннюю звезду, которая вытеснит внешнюю и в конечном счете заставит звезду достигнуть 10 миллиардов километров в диаметре. Когда этот процесс воспламенения наконец дойдет до железа, тогда ядерное сгорание железа не только не выделит энергию, но поглотит ее, внутренняя часть звезды внезапно потеряет поддержку энергии. Звезда диаметром в десятки миллиардов километров внезапно обрушится к центру, образуя чрезвычайно сильный взрыв, а ее материал будет отброшен на сотни миллиардов километров. Этот взрыв носит название взрыва сверхновой звезды.

Когда вспыхивает сверхновая, ядро звезды сильно сжимается, так что электроны «вдавливаются» в протон (поскольку у электронов отрицательный заряд, а у протонов положительный). Когда электроны «вдавливаются» в протоны, положительные и отрицательные заряды взаимно ликвидируются и становятся нейтронами, образуя чрезвычайно плотную нейтронную звезду. Плотность нейтронных звезд может достигать сотен миллионов тонн на кубический сантиметр.

Магнитное поле нейтронной звезды чрезвычайно сильное, в 10⁸–10¹⁵ раз сильнее, чем магнитное поле Земли. Оно вращается очень быстро (до нескольких сотен оборотов в секунду) и может излучать сильные электромагнитные волны (свет) через два магнитных полюса. Поскольку магнитная ось нейтронной звезды не согласуется с осью вращения, электромагнитные волны, излучаемые ею при вращении, регулярно сканируются в пространстве, что представляет собой эффект маяка нейтронной звезды, который может указывать направление во Вселенной.

Звезда большей массы после мощного взрыва и смерти сокрушит ядро и сформирует более плотное небесное тело. Такая плотность заставляет свет бежать от его гравитации. Другими словами, это черная дыра. Существование черных дыр во Вселенной было научно доказано и подтверждено.

Мы стоим на земле и запускаем в небо объект, который в конечном счете упадет, потому что объект притягивается к земле. Если у Земли нет силы тяжести, объект полетит в космос в направлении броска и никогда не вернется. Однако когда скорость запускаемого объекта достаточно высокая, то объект избавляется от гравитации Земли и улетает навсегда. Скорость, при которой можно избавиться от гравитации планеты, называется второй космической скоростью. Вторая космическая скорость земной поверхности равна 11,2 километра в секунду, то есть когда мы стоим на поверхности земли и отправляем объект в космос со скоростью 11,2 километра в секунду, объект, не падая, летит в запущенном направлении. У каждой планеты своя вторая космическая скорость: 617 километров в секунду у Солнца, 2,38 километра в секунду у Луны. Вторая космическая скорость на поверхности Солнца гораздо больше, чем Земли, потому что сила тяжести Солнца намного больше. И наоборот, вторая космическая скорость Луны меньше земной, так как сила притяжения Луны меньше.

Скорость света самая быстрая в природе – 300 000 километров в секунду. Когда сила тяжести планеты чрезвычайно велика, а вторая космическая скорость на поверхности достигает скорости света, тогда образуется черная дыра, в таком случае даже свет не может быть отделен от его большой силы тяжести. Если Земля сожмется в шар с радиусом 1 см, то мы получим плотность черной дыры.

Во Вселенной множество черных дыр. Может ли Солнечная система попасть в черные дыры? Может, и это будет последнее, что произойдет с человечеством.

Самая большая черная дыра в Млечном Пути – черная дыра галактического центра. Давайте сначала проанализируем степень ее угрозы. Мы знаем, что Солнцу требуется около 250 миллионов лет, чтобы облететь галактический центр, а Солнце появилось 5 миллиардов лет назад, поэтому оно уже 20 раз вращалось вокруг центра Млечного Пути. Черная дыра галактического центра охвачена звездами в центре галактического центра. Другие звезды должны быть уже поглощены черной дырой. Солнечная система в Млечном Пути находится далеко от галактического центра, а расстояние составляет 27 000 световых лет. Солнце не может вращаться до сферы галактического центра. Для значительного изменения траектории движения Солнца нужно, чтобы оно столкнулось со звездой, эквивалентной параметрам Солнца, но эта встреча повлечет за собой разрушительную катастрофу.

С другой стороны, мы знаем, что черная дыра не поглотит галактический центр до того, пока не умрет Солнце. История Вселенной равна 13,8 миллиарда лет. Ученые, как правило, считают, что Млечный Путь был образован вскоре после образования Вселенной. У специалистов разные мнения относительно конкретного времени образования. По оценкам исследования Европейской южной обсерватории (ESO), Млечному Пути около 1,36 миллиарда лет. Характеристики черной дыры галактического центра составляют около 2,6 миллиона солнечных масс, а Млечный Путь примерно в 200 миллиардов раз превышает массу Солнца. Это говорит о том, что черная дыра потратила 13,6 миллиарда лет, чтобы поглотить звезду, которая составляла всего одну тысячную массы всего Млечного Пути. Потребуется около 1000 триллионов лет, чтобы вся галактика поглотилась с этой скоростью. Осталось всего 5 миллиардов лет, поэтому пока не нужно беспокоиться об этом.

Итак, будут ли другие черные дыры, намеревающиеся поглотить Солнце, кроме черной дыры галактического центра? В дополнение к имеющимся черным дырам наиболее вероятно появление и других черных дыр. Десятки тысяч или миллионы звезд сосредоточены на небольшой площади, в центре которой, вероятно, появится большая черная дыра. Конечно, такая черная дыра, безусловно, намного меньше, чем черная дыра в центре Млечного Пути, с не более чем сотней или тысячами солнечных масс. В настоящее время астрономы заметили, что некоторые шаровые скопления имеют рентгеновские лучи в своих центрах, что свидетельствует о существовании черных дыр в центре шаровых звездных скоплений.

В Млечном Пути около 500 таких скоплений, но они далеко от нас. Самое яркое скопление, которое мы можем видеть, – это Омега Центавра, у которого около миллиона звезд на расстоянии 16 000 световых лет от нас. Ближайшее шаровое звездное скопление – M4, у которого 100 000 звезд на расстоянии 7200 световых лет, что, конечно, очень безопасное расстояние.

В дополнение к черным дырам в центре галактического центра и шарового звездного скопления существует множество черных дыр, образованных смертью независимых крупных звезд. Однако в обнаруженных нами сильных рентгеновских источниках, которые, вероятно, являются черными дырами, они находятся далеко от нас. Самым известным из них является Лебедь X‐1. Это черная дыра, расположенная ближе всего к нам, примерно в 10 000 световых лет от Солнечной системы. До сих пор самая близкая черная дыра, которую мы наблюдали, находится в Стрельце и образует двойную систему с общей звездой V4641SGR на расстоянии около 1600 световых лет от Солнечной системы. Тогда, будь то 10 000 световых лет или 1600 световых лет, расстояние уже достаточно велико, чтобы как-то повлиять на безопасность Солнечной системы.

На самом деле черная дыра среднего размера мало отличается от угрозы звезды Солнечной системе. Однако смертельная угроза черной дыры немного больше, но, поскольку расстояние между звездами очень велико, эта угроза не должна беспокоить нас. В то же время во Вселенной очень мало крупных звезд, которые могут образовывать черные дыры. Для этого нужна такая, которая состояла бы примерно из 10 000 звезд. Это также означает, что вероятность того, что Солнце попадет в черную дыру, составляет лишь одну из десяти тысяч от вероятности столкновения Солнца со звездой.