Текст книги "Космос. Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации"

Путешествуя с околосветовой скоростью, вы почти не постареете, но ваши друзья и родственники, оставшиеся дома, будут стареть в обычном темпе. Представьте себе, какая разница обнаружится между вами, чей возраст за время релятивистского путешествия почти не увеличился, и вашими друзьями, которые прожили, возможно, десятки лет! Полет с околосветовой скоростью – своего рода эликсир долголетия. Благодаря тому что время замедляется с приближением к скорости света, теория относительности дает нам шанс достигнуть звезд. Но возможно ли с инженерной точки зрения развить околосветовую скорость? Можно ли построить звездолет?

Тоскана не только место, где юный Эйнштейн обдумывал некоторые свои идеи; она была домом другому великому гению, жившему на 400 лет раньше, – Леонардо да Винчи, который любил взбираться на холмы и обозревать землю с большой высоты, как если бы он птицей парил в воздухе. Он первым стал рисовать перспективы ландшафтов, городов и крепостей, видимые с воздуха. Среди множества интересов и увлечений Леонардо – живописи, скульптуры, анатомии, геологии, естественной истории, военной и гражданской инженерии – числится одна великая страсть – изобретение и изготовление машины, способной летать. Он набрасывал эскизы, конструировал модели, строил полноразмерные прототипы, но ни один из них не работал. Тогда просто не существовало достаточно мощного и легкого двигателя. И тем не менее его конструкции были замечательны и воодушевляли инженеров будущего. Сам Леонардо тяжело переживал свои неудачи. Но вряд ли их следует ставить ему в вину. Он был пленником XV века.

Нечто подобное приключилось в 1939 году, когда группа инженеров, называвшая себя Британским межпланетным обществом, строила корабль для полета людей на Луну, опираясь на технологии 1939 года. Его конструкция не имела ничего общего с устройством космического корабля «Аполлон», совершившего этот полет три десятилетия спустя, но она внушала мысль, что полет на Луну рано или поздно станет инженерной реальностью.

Сегодня уже существуют эскизы космических кораблей для полета человека к звездам. Ни один из них не предполагает запуск непосредственно с Земли. Они должны собираться на околоземной орбите и уже оттуда отправляться в долгие межзвездные путешествия. Один из таких проектов получил название «Орион» в честь созвездия, что напоминает: его главная цель – звезды. В проекте «Орион» предлагается использовать взрывы ядерного оружия, водородных бомб, производимые рядом с массивной плитой, которая от каждого взрыва будет получать толчок – этакая огромная космическая моторная лодка на ядерном ходу. С инженерной точки зрения «Орион» выглядит вполне реализуемым. По самой своей природе он породил бы огромное количество радиоактивных выбросов, но в программе полета предусматривалось, что взрывы будут производиться только в пустоте межпланетного или межзвездного пространства. Разработка «Ориона» активно велась в Соединенных Штатах до подписания международного договора, запрещающего ядерные взрывы в космосе. Меня это очень огорчает. Звездолет «Орион» – лучшее применение, которое я могу найти, ядерному оружию.

Недавно Британским межпланетным обществом был предложен проект «Дедал». В нем предусматривается использование термоядерного реактора, намного более безопасного и эффективного, чем существующие сейчас реакторы атомных электростанций, работающие на энергии ядерного распада. Термоядерные реакторы пока не построены, но ожидается, что они появятся в ближайшие несколько десятков лет[159]159
  И в наши дни прогнозы создания термоядерного реактора звучат примерно так же. С инженерной точки зрения эта задача оказалась гораздо сложнее, чем представлялось первоначально. – Пер.


[Закрыть]. «Орион» и «Дедал» могут достичь 10 процентов скорости света. Путешествие к альфе Центавра, удаленной на 4,3 светового года, таким образом займет 43 года – меньше времени человеческой жизни. Такие корабли не могут развить околосветовую скорость, при которой становится существенным релятивистское замедление времени. Даже при самом оптимистичном сценарии технологического развития вряд ли «Орион», «Дедал» или подобные им корабли удастся создать раньше середины XXI столетия, хотя, будь на то наше желание, мы могли бы построить «Орион» уже сегодня.

Чтобы выйти за пределы ближайших звезд, нужно создать что-то иное. Например, «Орион» и «Дедал» можно использовать в качестве «звездолетов поколений»: прибывшие к планетам другой звезды будут далекими потомками тех, кто сотни лет назад отправился в путь. Или, возможно, отыщется безопасный способ гибернации человеческого организма, так что космических путешественников удастся заморозить, а потом разбудить столетия спустя. Создание таких нерелятивистских звездолетов потребовало бы колоссальных расходов, но их конструирование, строительство и эксплуатация представляются делом относительно простым в сравнении с постройкой кораблей, которые смогут достигнуть околосветовых скоростей. Другие звездные системы достижимы для человечества, но лишь ценой огромных усилий.

Быстрые межзвездные полеты – на скорости, близкой к скорости света, – это задача не на столетие, а на тысячу, если не на десять тысяч лет. Но принципиально они возможны. Р. У. Бассард предложил своего рода прямоточный звездолет, который собирает межзвездную диффузную материю, состоящую в основном из атомов водорода, ускоряет ее в термоядерном реакторе и выбрасывает назад. Водород используется в нем и в качестве топлива, и в качестве рабочего тела. Однако в открытом космосе на десять кубических сантиметров – размер крупной виноградины – приходится всего один атом водорода. Чтобы прямоточный двигатель заработал, его топливозаборник должен иметь в поперечнике сотни километров. Когда корабль достигнет околосветовой скорости, атомы водорода будут с такой же скоростью двигаться навстречу ему. Если не принять адекватных мер предосторожности, эти индуцированные космические лучи сожгут корабль и его пассажиров. Одно из предлагаемых решений состоит в том, чтобы с помощью лазера на расстоянии выбивать электроны из межзвездных атомов, делая их тем самым электрически заряженными, а затем при помощи сверхсильного магнитного поля направлять ионы в топливозаборник в обход других частей космического корабля. Это пока совершенно беспрецедентный для Земли инженерный проект. Двигатель, о котором идет речь, сравним по размерам с небольшой планетой.

И все же давайте еще немного поразмыслим о таком звездолете. Земное тяготение действует на нас с определенной силой. Когда мы падаем, эта сила придает нам ускорение. Сорвавшись с дерева, как нередко случалось с нашими человекообразными предками, мы падаем все быстрее и быстрее: каждую секунду скорость падения увеличивается на десять метров в секунду. Это ускорение, которым проявляет себя сила гравитации, удерживающая нас на поверхности Земли, обозначается 1 g (по первой букве слова gravity – тяготение). Мы комфортно чувствуем себя при ускорении силы тяжести 1 g; мы выросли при ускорении 1 g. На борту звездолета, развивающего ускорение 1 g, мы будем чувствовать себя совершенно естественно. На самом деле эквивалентность между силой гравитации и силой, действующей на нас в ускоряющемся космическом корабле, – один из основополагающих принципов общей теории относительности, созданной Эйнштейном вслед за специальной. При постоянном ускорении 1 g за год полета мы должны приблизиться к скорости света [(0,01 км/c²·(3·10⁷ с) = 3·10⁵ км/с].

Допустим, что такой корабль будет идти с ускорением 1 g, все более и более приближаясь к скорости света, пока не достигнет середины своего пути; затем он развернется и начнет тормозить с тем же ускорением 1 g, пока не достигнет точки назначения. Почти на всем протяжении полета скорость будет очень близка к скорости света, и время станет замедляться чрезвычайно сильно. Одна из ближайших целей такого полета – звезда Барнарда, у которой, возможно, есть планеты[160]160
  Звезда Барнарда, известная также как Летящая, находится в созвездии Змееносца. Она имеет звездную величину 9^m,6, т. е. не видна невооруженным глазом. Внимание астрономов она привлекла самым большим среди известных звезд собственным движением (перемещением на небе относительно далеких звезд). За год она смещается на 10,29 угловой секунды, а за 350 лет – на целый градус. Звезда Барнарда является красным карликом, ее светимость в 2500 раз меньше солнечной. – Пер.


[Закрыть], – находится на расстоянии шести световых лет. На полет к ней по корабельным часам потребуется около восьми лет; до центра Млечного Пути 21 год полета; до M31, туманности Андромеды – 28 лет. Конечно, для людей, остающихся на Земле, все будет выглядеть совершенно иначе. Полет к центру Галактики вместо 21 года займет по их часам 30 000 лет. Вряд ли кто-то из оставленных на Земле друзей выйдет нас поприветствовать, когда мы вернемся назад. В принципе, подобный полет со скоростью, постоянно приближающейся к скорости света, позволяет даже совершить кругосветное путешествие – облететь всю известную нам Вселенную – примерно за 56 лет по корабельному времени. К моменту нашего возвращения пройдут десятки миллиардов лет, и мы найдем Землю обращенной в пепел, а Солнце мертвым. Релятивистские полеты делают Вселенную доступной для высокоразвитых цивилизаций, но только для тех, кто отправляется в путь. По всей видимости, не существует способа передать информацию тем, кто остался позади, быстрее, чем со скоростью света.

Конструкции «Ориона», «Дедала» и прямоточного звездолета Бассарда, вероятно, находятся еще дальше от тех настоящих звездолетов, которые когда-нибудь будут построены, чем модели Леонардо – от современных сверхзвуковых самолетов. Но я уверен, что если мы не уничтожим сами себя, то однажды отправимся в путешествие к звездам. Когда вся Солнечная система будет исследована, нас обязательно поманят планеты у других звезд.

Путешествия в пространстве и времени взаимосвязаны. Мы можем быстро перемещаться в пространстве, только быстро двигаясь в будущее. А что насчет прошлого? Под силу ли нам вернуться в минувшее и изменить его? Способны ли мы дать событиям иной ход, отличный от того, что записан в книгах по истории? Мы неторопливо движемся в будущее – каждый день на один день. Релятивистский полет позволяет быстрее переноситься в будущее. Но многие физики считают, что путешествие в прошлое невозможно. Даже имей вы устройство, способное перемещать назад во времени, говорят они, вы не смогли бы произвести никаких изменений. Если бы вы отправились в прошлое и воспрепятствовали встрече своих родителей, то никогда бы не появились на свет, что до некоторой степени противоречит очевидному факту вашего существования. Так же как при доказательстве иррациональности √2 или при обсуждении одновременности в специальной теории относительности, посылка отвергается на том основании, что следующий из нее вывод выглядит абсурдным.

Однако есть среди физиков и такие, кто предполагает, что параллельно друг другу могут существовать две альтернативные истории, две совершенно равноценные реальности: одна – та, которую вы знаете, а другая – та, в которой вы никогда не рождались. Возможно, само время имеет множество потенциальных измерений, несмотря на то что мы обречены знать только одно из них. Предположим, что мы способны отправиться в прошлое и изменить его – например, убедить королеву Изабеллу не поддерживать Христофора Колумба. В таком случае, говорят эти физики, вы породили бы новую цепь исторических событий, о которых те, кого вы оставили в своем времени, никогда не узнают. Если такого типа путешествия во времени возможны, тогда любую вообразимую альтернативную историю можно в каком-то смысле считать реально существующей.

По большей части история состоит из сложных узлов глубоко переплетенных социальных, культурных и экономических нитей, распутать которые очень непросто. Бесчисленное множество постоянно происходящих малозначительных, непредсказуемых и случайных событий часто не имеет крупномасштабных последствий. Но некоторые из них, те, что случаются в критических, узловых точках, могут изменить рисунок истории. Возможны случаи, когда совсем небольшие поправки способны привести к глубоким изменениям. Чем раньше в прошлом произошло такое событие, тем сильнее будет его воздействие, поскольку длиннее становится рычаг времени.

Вирусы полиомиелита – крошечные микроорганизмы. Каждый день мы встречаем их во множестве. Но, к счастью, лишь изредка один такой вирус заражает кого-то из нас, вызывая страшное заболевание. Франклин Д. Рузвельт, тридцать второй президент Соединенных Штатов, переболел полиомиелитом. Недуг, сделавший его инвалидом, мог развить в Рузвельте сострадание к тем, кто повержен ударами судьбы, или, например, укрепить в нем стремление к успеху. Окажись личность Рузвельта иной, не избери он себе цели стать президентом Соединенных Штатов, Великая депрессия 1930-х, Вторая мировая война и работы по созданию ядерного оружия могли бы пойти совсем другим путем. Будущее нашего мира сложилось бы иначе. Но ведь вирус – это такая малость, всего одна миллионная сантиметра в поперечнике. Это почти ничто.

С другой стороны, допустим, наш путешественник во времени убедил королеву Изабеллу, что Колумбова география ошибочна и что согласно оценкам окружности Земли, выполненным Эратосфеном, Колумб никогда не достигнет Азии. Почти наверняка в течение нескольких десятилетий нашелся бы другой европеец, который отправился бы на запад и достиг берегов Нового Света. Усовершенствования в навигации, притягательность торговли пряностями и конкуренция между европейскими государствами сделали открытие Америки около 1500 года более или менее неизбежным. Конечно, тогда в Западном полушарии не было бы государства Колумбия, округа Колумбия, города Колумбус в штате Огайо и Колумбийского университета. Но общий ход истории мог бы остаться без значительных изменений. Для того чтобы преобразить ткань истории и существенно воздействовать на будущее, путешественник во времени, вероятно, должен был вмешаться в ряд тщательно отобранных событий[161]161
  Подобное вмешательство лежит в основе сюжета многих фантастических произведений. Наиболее показательное среди них, пожалуй, «Конец вечности» Айзека Азимова. – Пер.


[Закрыть].

Приятно помечтать об исследовании никогда не существовавших миров. Посетив их, мы, безусловно, смогли бы понять, как работает история; она стала бы экспериментальной наукой. Если бы никогда не существовало какой-нибудь из ключевых исторических фигур – Платона, например, или святого Павла, или Петра Великого, – насколько иным оказался бы наш мир? Что, если бы сформировавшаяся в Древней Греции ионийская научная традиция сохранилась бы и процветала? Это потребовало бы существенно иного расклада социальных сил в то время, включая господствовавшее убеждение в том, что рабство естественно и справедливо. Но что, если бы заря, забрезжившая на востоке Средиземноморья 2500 лет назад, не угасла? Что, если бы наука и экспериментальный метод, уважение к ручному труду и ремесленникам постоянно укреплялись на протяжении 2000 лет до промышленной революции? Что, если бы сила этого нового способа мышления была оценена по достоинству? Иногда я думаю, что в таком случае мы могли бы сэкономить десять или двадцать столетий. Возможно, многие идеи Леонардо появились бы уже тысячу лет назад, а открытия Альберта Эйнштейна – пять веков назад. На такой альтернативной Земле Леонардо и Эйнштейн, конечно, никогда бы не появились. Слишком много нашлось бы различий. При каждой эякуляции из сотен миллионов сперматозоидов только один может оплодотворить яйцеклетку и породить человека следующего поколения. Но какой именно сперматозоид преуспеет в оплодотворении яйцеклетки, зависит от множества незначительных факторов, как внутренних, так и внешних. Случись 2500 лет назад даже очень небольшое изменение, никого из нас могло бы сегодня не быть. На нашем месте были бы миллиарды других людей.

Если бы ионийский дух победил, я думаю, что мы – другие «мы», конечно, – могли бы сейчас путешествовать к звездам. Наши первые разведывательные корабли, отправленные к альфе Центавра и звезде Барнарда, к Сириусу и тау Кита, уже давно вернулись бы назад. На околоземной орбите строились бы огромные эскадры межзвездных кораблей: беспилотные разведчики, лайнеры для переселенцев, громадные торговые суда. На всех этих кораблях были бы начертаны символы и надписи. При ближайшем рассмотрении стало бы очевидно, что надписи выполнены на греческом языке. И возможно, на борту одного из первых межзвездных судов красовались бы додекаэдр и надпись «Звездолет „Феодор“[162]162
  Феодор Киренский (465–398 гг. до н. э.) – древнегреческий математик, доказавший, что числа √^–3, √^–5… √^–17 являются иррациональными (иррациональность √^–2 была, по всей видимости, доказана раньше). Существование лишь пяти правильных многогранников (грани которых являются правильными многоугольниками) установил его ученик Теэтет. Не совсем понятно, почему Саган связывает имя Феодора с додекаэдром. – Пер.


[Закрыть] с планеты Земля».

В хронологии нашего мира события происходят несколько медленнее. Мы пока еще не готовы для звезд. Но не исключено, что через столетие или два, когда вся Солнечная система будет исследована и мы наведем порядок на своей планете, у нас появятся воля, ресурсы и технические знания для полета к звездам. Наблюдая с большого расстояния, мы исследуем всё многообразие других планетных систем – и тех, что очень похожи на нашу собственную, и совершенно иных. Мы будем знать, какие звезды стоит посетить. Наши машины и наши потомки, последователи Фалеса и Аристарха, Леонардо и Эйнштейна, преодолеют световые годы.

Мы пока не знаем, сколько существует планетных систем, но, похоже, что они широко распространены[163]163
  В последние годы благодаря развитию техники наблюдений планеты были обнаружены у многих звезд. К июню 2008 г. у других звезд открыто 242 планетные системы и 279 экзопланет. Таким образом, ожидания Сагана вполне оправдались. – Пер.


[Закрыть]. В непосредственной близости от нас имеется даже не одна, а целых три системы: Юпитер, Сатурн и Уран[164]164
  Сегодня этот список можно дополнить Нептуном, у которого система колец и 13 спутников, 6 из которых открыты «Вояджером» в 1989 г. – Пер.


[Закрыть] обладают системами спутников, которые по относительным размерам и разделяющим их расстояниям довольно похожи на планеты, обращающиеся вокруг Солнца. Экстраполяция статистики двойных звезд, которые сильно различаются массой, также указывает на то, что почти все одиночные звезды, подобно нашему Солнцу, должны обладать планетами.

Мы не можем пока разглядеть планеты у других звезд – крошечные светлые точки, тонущие в сиянии своих солнц. Но мы уже близки к тому, чтобы обнаруживать гравитационное воздействие невидимых планет на наблюдаемые звезды. Представьте такую звезду с большим «собственным движением», которая десятилетиями перемещается на фоне более далеких созвездий и обладает крупной планетой, масса которой сравнима, скажем, с массой Юпитера, а плоскость орбиты перпендикулярна лучу зрения. Когда темная планета находится (с нашей точки зрения) справа от звезды, звезда будет отклоняться немного влево, и вправо, когда планета оказывается слева. Следовательно, траектория звезды будет испытывать возмущения и из прямой линии превратится в волнообразную. Ближайший объект, к которому можно применить метод гравитационных возмущений, – это звезда Барнарда, самое близкое к нам одиночное светило. Сложное взаимодействие трех звезд в системе альфы Центавра затрудняет поиск в ней маломассивных компонентов. Даже в случае звезды Барнарда исследование потребует кропотливого поиска микроскопических смещений на фотопластинках, экспонированных на одном телескопе в течение десятков лет. Две такие попытки обнаружения планет вокруг звезды Барнарда уже предпринимались, и обе по некоторым критериям оказались успешными, указывая на присутствие двух или более планет с массой Юпитера, орбиты которых (рассчитанные по третьему закону Кеплера) проходят несколько ближе к звезде, чем орбиты Юпитера и Сатурна – к Солнцу. К сожалению, две серии наблюдений дают противоречивые результаты. Планетную систему вокруг звезды Барнарда можно считать обнаруженной, но для того, чтобы добиться однозначности, потребуются дальнейшие исследования[165]165
  Последняя попытка применить астрометрический метод для обнаружения планет у Проксимы Центавра и звезды Барнарда дала отрицательный результат. По сообщению Фрица Бенедикта, который вместе с коллегами в течение ряда лет вел наблюдения с использованием космического телескопа Хаббла и в 1999 г. опубликовал их результаты, у Проксимы Центавра нет спутников массой более 0,8 массы Юпитера и периодом более 60 суток, а у звезды Барнарда нет планет с массой более массы Юпитера и периодом более 150 суток. Ранее выполненные наблюдения, свидетельствовавшие о наличии планет у звезды Барнарда, сейчас принято считать ошибочными. Тем не менее астрометрический метод, по-видимому, позволил все же обнаружить планеты вне Солнечной системы. В 1996 г. опубликована работа, согласно которой у звезды Лаланд 21185 найдено два планетообразных спутника: один с массой 1,6 массы Юпитера и периодом обращения 30 лет, а второй – с массой 0,9 массы Юпитера и периодом 6 лет. Однако пока эта планетная система не числится в списке надежно подтвержденных. – Пер.


[Закрыть].

Разрабатываются и другие методы обнаружения планет вблизи звезд. Один из них сводится к тому, что слепящий свет звезды заслоняют искусственным диском, располагаемым перед космическим телескопом (в качестве такого диска можно использовать темный край Луны), и тогда отраженный планетой свет уже не теряется в ярком сиянии звезды. В течение нескольких следующих десятилетий мы наверняка узнаем, у каких из сотен ближайших звезд есть планетные системы.

В последние годы наблюдения в инфракрасном диапазоне вскрыли присутствие вокруг некоторых близких к нам звезд протопланетных газопылевых дисков. Между тем некоторые оригинальные теоретические исследования указывают, что планетные системы широко распространены в Галактике. В ряде компьютерных моделей изучалась эволюция плоского конденсирующегося диска из газа и пыли, подобного тем, в которых, как принято думать, образуются звезды и планеты. В случайные моменты времени в облако вбрасывались небольшие куски вещества, моделирующие первичные конденсации в диске. По мере движения на них оседали частицы пыли. Вырастая, они начинали гравитационно притягивать газ облака, состоящий в основном из водорода. В программу было заложено, что при столкновении такие куски вещества слипаются. Процесс продолжался, пока не исчерпывались запасы газа и пыли. Результаты зависели от начальных условий, особенно от того, как менялась плотность газа и пыли с удалением от центра облака. Но в определенном диапазоне правдоподобных начальных условий формировались планетные системы, похожие на нашу: около десяти планет, вблизи звезды – планеты земного типа, снаружи – типа Юпитера. В других обстоятельствах планет не было – образовывалось лишь небольшое количество астероидов; или планеты типа Юпитера оказывались вблизи звезды; или крупные планеты собирали слишком много газа и пыли и становились звездами, порождая двойные звездные системы. Пока еще рано говорить об этом с уверенностью, но похоже, что в Галактике можно найти самые разнообразные планетные системы, и встречаться они должны очень часто – ведь все звезды, как мы полагаем, образуются из таких облаков газа и пыли. В Галактике может быть сто миллиардов планетных систем, ждущих своих исследователей.

Ни один из этих миров не будет точно таким же, как Земля. Редкие из них покажут себя гостеприимными, большинство – враждебными. Многие поразят красотой. В некоторых мирах на дневном небе будут светить несколько солнц, а ночью – множество лун. Где-то обнаружатся величественные системы колец, протянувшиеся от горизонта до горизонта. Некоторые спутники будут столь близки к своей планете, что, нависая над ними, она закроет полнеба. А с некоторых планет будет открываться вид на обширные газовые туманности, оставшиеся на месте некогда существовавшей обычной звезды. И на всех этих небесах, полных далекими и экзотическими созвездиями, найдется маленькая желтая звездочка, возможно едва различимая невооруженным глазом, может быть видимая только в телескоп, – родное светило флота межзвездных кораблей, исследующих этот крошечный участок великого Млечного Пути.

Темы пространства и времени, как мы увидели, тесно переплетены. Планеты и звезды, подобно людям, рождаются, живут и умирают. Жизнь человека измеряется десятилетиями; жизнь Солнца в сто миллионов раз длиннее. В сравнении со звездами мы подобны мушкам-подёнкам, эфемерным созданиям, чья жизнь целиком укладывается в один день. С точки зрения подёнки человеческие существа вялые, скучные, почти совершенно неподвижные, не проявляющие признаков какой-либо деятельности. С точки зрения звезды человек – крошечная вспышка, одна из миллиардов скоротечных жизней, мерцающих на поверхности удивительно холодного, аномально твердого и экзотически далекого шара из кремния и железа.

Во всех затерянных в космосе мирах протекают процессы и случаются события, определяющие их будущее. А наша маленькая планета в данный момент своей истории находится в критически важной точке, столь же важной, как противостояние ионийских ученых и мистиков две с половиной тысячи лет назад. То, что мы сделаем сейчас с нашим миром, оставит свой след в веках и определит судьбу наших потомков и их жизнь среди звезд, если она состоится.