Текст книги "Конец света: прогнозы и сценарии"

В лапах вероятностей

Так называемую теорему Судного дня (Doomsday argument) сформулировал в 1983 году астрофизик Брендон Картер (в честь него теорему иногда называют «катастрофой Картера»). Идея к тому времени уже носилась в воздухе, к ней почти одновременно пришел и другой ученый, профессор астрофизики из Принстона Ричард Готт. А несколько раньше до нее почти додумался австрийский физик, математик, один из отцов кибернетики Хейнц фон Фёрстер.

Приводить официальную формулировку теоремы вместе со всеми сопровождающими ее формулами я не буду. Это не совсем теорема, скорее – логические и вероятностные рассуждения, подкрепленные математической базой. Наиболее доходчиво их пересказал для неспециалистов профессор Оксфордского университета Ник Бостром. Я же постараюсь пересказать Бострома – еще более доходчиво и применительно к российским реалиям.

Итак, представьте себе базу отдыха, состоящую из 100 домиков. Как и положено, все домики пронумерованы: на каждом масляной краской написан номер. База работает по сменному принципу: все отдыхающие заезжают на нее одновременно и живут месяц, после чего домики освобождаются. Известно, что у хозяина базы есть интересный пунктик: каждую смену он заселяет, в зависимости от настроения, либо все домики, либо только первый десяток.

Вы приехали на базу глубокой ночью, вас поселили в какой-то домик, и вы сразу уснули. Проснувшись ранним утром, когда все остальные еще спят и спросить не у кого, вы решили выяснить, много ли у вас в этот раз будет друзей по смене.

Только как это сделать?

Пока вы сидите внутри своего домика, вам представляется вероятность того, что на базе проживает 100 отдыхающих, равной вероятности того, что их тут всего 10. Но у вас есть реальный шанс увеличить свою осведомленность. Для этого надо просто выйти и посмотреть, каков номер вашего домика. Если он больше 10, то можно быть абсолютно уверенным, что отдыхающих на базе, включая вас, – сотня. Вероятность попадания – почти 100 %. Итак, вы выходите и видите цифру 4. Теперь у вас есть мысль, что отдыхающих на базе лишь 10.

Вероятность того, что на базе отдыхают 10 человек, теперь для вас почти в 10 раз выше, чем вероятность того, что их здесь сотня. С 50 % она вырастает до 90 %.

На самом деле, если считать по науке, дотошно, то она будет равна не 90 %, а примерно 91 %, потому что у нас имеется 11 десятков: 10 из случая со 100 отдыхающими и 1 – из случая с 10. Из них нас интересует лишь тот десяток, что получается при маленьком заезде. 1 от 11 – это 9,09 %. Получается: вероятность того, что вы, приехав сюда в числе сотни, попали в первую десятку, составляет 9,09 %. Соответственно, вероятность того, что дело было в причуде хозяина (на этот раз он принял только 10 человек), составляет 100 % – 9,09 % = 90,91 %.

Значит, повторим это еще раз: обнаружив себя в первом десятке домиков, вы можете быть почти (на 90,91 %) уверены, что в одиннадцатом домике уже никто не живет.

Теперь переложим все эти наши рассуждения на судьбы человечества. Его дальнейшее развитие может протекать по двум сценариям. Первый – близкая катастрофа и ранняя гибель; второй – никакой глобальной катастрофы, а, напротив, спокойное дальнейшее развитие, колонизация Галактики и рост народонаселения.

По подсчетам нашего известного демографа, академика Сергея Петровича Капицы, до настоящего времени на Земле жило и прожило около 100 миллиардов человек. Предположим, что если в ближайшее время с человечеством ничего не произойдет (второй сценарий), через некоторое время оно, человечество, расселится по Галактике, ибо только в этом случае будет застраховано от гибели вследствие взрыва супервулкана или столкновения с шальным астероидом. Предположим также, что после нас родится еще как минимум 100 триллионов человек. То, что мы с вами родились в первой группе, равно тому, что мы оказались в первом десятке домов. Если бы история человечества развивалась по второму сценарию, если бы оно покинуло свою колыбель и расселилось в космосе (а мы уже сейчас стоим на пороге колонизации ближайших планет), то вероятность того, что мы, родившись, обнаружили бы себя в самой первой группе, была бы меньше 0,1 %. Если же верен первый сценарий и нас в ближайшем будущем ожидает полное вымирание (неважно, по каким причинам), то вероятность рождения в числе первых 100 миллиардов вплотную приближается к 100 %. Из 100 % вычтем 0,1 % и получим вероятность близкой катастрофы: 99,9 %. Это при условии, что число людей, родившихся и проживавших во Вселенной, когда-нибудь достигнет 100 триллионов. Конечно, у нас есть шансы попасть и в заветные 0,1 %, ведь даже в лотерею, бывает, люди выигрывают. Но теорема, которую мы сейчас разобрали, и не утверждает, что все мы обязательно умрем. Она только доказывает: шансов на то, что человечество будет жить долго и счастливо, несравненно меньше, чем на то, что его уже в ближайшее время постигнет какая-нибудь великая катастрофа.

У теоремы есть и противники, которые выдвигают свои аргументы. Некоторые из них говорят: если человечество в ближайшее время изобретет эликсир бессмертия и перестанет размножаться, то эта теорема потеряет смысл. Другие заявляют, что сосчитан век человека, но не нашей цивилизации. Через некоторое время человек эволюционирует в сверхчеловека, который и будет продолжать развиваться, а старый человек просто вымрет. Впрочем, это тоже катастрофа для человека, только не такая обидная, как от астероида. Третьи напирают на то, что человечество надо считать вкупе с другими разумными обитателями Вселенной. Тогда численность рожденных на настоящий момент разумных существ может быть описана уже таким большим числом, что и назвать его нельзя. При этом, учитывая, что цивилизации рождаются и умирают, можно предположить: это число будет расти по-другому, и удвоение численности может произойти, например, через миллиард лет. Тогда шанс на то, что мы можем просуществовать еще миллиардолетие, увеличивается до 50 %.

Между прочим, если вы считаете, что до 100 триллионов родившихся нам ждать еще очень долго, то поспешу вас уверить: далеко не все ученые с вами согласны. Некоторые утверждают, что этой цифры мы можем достичь уже в ближайшие десятилетия. Еще в 1960 году Фёрстер вывел закон гиперболического роста населения Земли. Статью в журнале «Science», где закон был впервые опубликован, автор назвал эффектно: «Судный день. Пятница 13 ноября 2026 года». В своей работе он проследил, как росла численность человечества за последние 20 тысяч лет. Оказалось, что скорость этого роста примерно пропорциональна квадрату его численности. Объяснение Фёрстера – очень простое: чем больше рождается людей, тем больше они совершают изобретений и открытий, делающих проживание на планете более комфортным и удобным, а заодно и увеличивающих человеконесущую способность нашей планеты; чем комфортнее становится жизнь, чем больше людей Земля может прокормить, тем больше людей рождается, и т. д. Впоследствии правильность теории Фёрстера подтвердили многие исследователи: Сергей Капица, Майкл Кремер, Андрей Коротаев. Построенный Фёрстером в 1958 году график роста населения Земли, опиравшийся на 52 контрольные точки, в настоящее время продолжает действовать. В статье ученый вывел дату, в которой гипербола роста численности человечества уйдет в бесконечность, в сингулярность. Как видно из названия, случиться это должно 13 ноября 2026 года. Бесконечность же значительно больше, чем 100 триллионов.

Если помните, технологическая сингулярность, когда изобретения со все возрастающей скоростью будут делать уже не люди, а машины, и жизнь человека станет неслыханно сладкой и удобной, учеными отнесена примерно на 2027 год. Так ведь 13 ноября 2026 года – это и есть примерно 2027 год.

Мнение эксперта

Игорь Васильевич Волович – доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, заведующий отделом математической физики Математического института имени Стеклова РАН.

Пока эта теорема не является хорошо обоснованной и солидной. Интересно думать в этом направлении, но пока результаты не представляются убедительными. Какая там методика? Предложено равномерное распределение, что, по-моему, не совсем подходит к оценке длительности жизни человеческой цивилизации. На мой взгляд, более убедительным было обсуждение 20–30 лет назад, когда ученые бились над вопросом поиска внеземных цивилизаций. В то время появился ряд публикаций с попытками рассчитать типичную длительность жизни, существования разумной цивилизации – на основе возможной технологической смерти, потери интереса к жизни и т. д. Сейчас я бы не стал давать совсем определенную оценку этой теореме. Когда говорят, что при решении такой-то задачи использованы математические методы, нужно понимать: дело не столько в математических методах (математика там довольно простая), сколько в здравом смысле. Насколько разумны сами предположения, которые положены в основу и исходя из которых мы пытаемся делать расчет. Вот эти предпосылки, эти предположения не кажутся мне достаточно убедительными. Поймите, ведь математика – это не совсем наука. Это язык, на котором разговаривает наука. Физика, химия, биология, даже история – они все занимаются описанием того, что происходит вокруг, а математика предоставляет им аппарат для этого описания. Поэтому такие работы (даже в столь странном вопросе, как вычисление даты конца света) можно отнести к сфере, я бы сказал, научного языкознания, оттачивания аппарата, создания новых приемов, оборотов и др. Потом они могут еще очень пригодиться. А тезис о конце человечества – это красивая упаковка, привлекательная обложка для солидного научного труда.

Большой Разрыв

Все-таки у человечества есть небольшой шанс пережить все описанные катастрофы. В свое время К. Э. Циолковский призвал человечество поторопиться покинуть свою колыбель. Теперь мы видим, что он был прав: повзрослевшему человечеству жить в колыбели уже не только неудобно, но и опасно. Стивен Хокинг в апреле 2008 года на лекции, посвященной 50-летию НАСА, заявил, что только срочная колонизация Солнечной системы может защитить человечество от серии грозящих ему катастроф. С другой стороны, по его же словам, если мы сумеем пережить еще хотя бы два столетия, нас уже ничто не сможет уничтожить. Хотя ученый, наверное, поспешил с хорошим прогнозом, ибо всему на свете рано или поздно приходит конец. Будет он и у нашей Вселенной, от него нам никуда не деться.

Совсем недавно одной из наиболее волнующих тем было то, что Вселенная расширяется; но когда-нибудь это расширение остановится и перейдет в сжатие. А потом, через много миллиардов лет, она снова схлопнется. Теперь у ученых уже иное мнение: согласно последним данным, Вселенная никогда не схлопнется и будет расширяться вечно. Действительно, Вселенная никогда не схлопнется. Она взорвется.

Все началось с Альберта Эйнштейна. Это он в начале прошлого века для того, чтобы объяснить, почему звезды и планеты не падают друг на друга, а Вселенная пребывает в относительной стабильности, ввел в свои уравнения некую «космологическую постоянную». За ней, по предположениям физика, скрывалась «невидимая энергия», противостоящая гравитационной силе притяжения. Потом, когда в 1920-х годах астрофизик Хаббл, в честь которого впоследствии был назван знаменитый телескоп, открыл «красное смещение» и доказал, что галактики «разбегаются», Эйнштейн убрал эту постоянную из уравнений. Его можно было понять: раз галактики разбегаются, значит, стабильности как таковой нет; скорее всего, они затормозятся, остановятся и упадут-таки друг на дружку. Ведь мячик, подброшенный ребенком в небо, тоже не сразу падает на землю, а сначала некоторое время набирает высоту, растрачивая свою кинетическую энергию и набирая энергию потенциальную.

Про «невидимую энергию» забыли. Как оказалось, несколько рановато. В самом конце прошлого века она вновь напомнила о себе, причем в довольно категоричной форме. В 1998 году две совершенно независимые группы исследователей, занимавшиеся проблемами сверхновых звезд, сначала с удивлением обнаружили, что скорость их «разбегания» значительно превышает расчетную, а позже – что она не только превышает, но и увеличивается. Звезды двигались с постоянным ускорением. То же самое, как выяснилось вскоре, относится и ко всем остальным наблюдаемым нами небесным телам.

Итак, Вселенная не тормозится, а постоянно наращивает скорость своего «разбега». Поскольку ускорение есть верный признак воздействия некой силы, логично было предположить, что и в данном случае она ускоряется не просто так. Для объяснения этого феномена ученые были вынуждены вернуться к эйнштейновскому предположению о «невидимой энергии». Вот только ее название они несколько изменили: чтобы не ввязываться в вопросы авторского права, назвали искомую энергию «темной». Проведенные в 1998 году расчеты показали, кроме прочего, что этой самой энергии во Вселенной должно быть ну просто завались, и если она действительно существует, то на ее создание ушло порядка двух третей энергии Большого Взрыва. В этом случае наш мир на 70 % состоит именно из темной энергии.

Подтверждения гипотезы ждали пять лет. С целью ее проверки специалисты НАСА снарядили специальный аппарат, который в самом начале 2003 года показал: «темная энергия» существует, и на нее приходится 73 % общей энергии Большого Взрыва. Еще 23 % приходится на некую «темную материю». Что это такое, никто пока не знает. Известно только, что она состоит из тяжелых частиц, которые взаимодействуют с привычной нам материей только посредством гравитации. То есть ни увидеть, ни услышать, ни пощупать ее нельзя, только упасть в нее можно. На долю нашей материи остается лишь 4 жалких процента.

Вначале новость показалась хорошей – она подразумевала, что Вселенная никогда не начнет сжиматься обратно, а стало быть, никогда и не схлопнется. Хотя некоторые ученые (такие, как выпускник физфака МГУ, бывший сотрудник РАН, а ныне профессор Стэнфорда Андрей Линде и астрофизик Рената Каллош) считали, что «темная энергия» пока лишь растягивается, подобно резинке, и уже в скором времени процесс ее растяжения сменится на процесс сжатия. (Кстати, согласно их расчетам, человечество находится на переломном этапе и смену процесса следует ожидать уже в ближайшие тысячелетия.) Они отвели Вселенной на дальнейшую жизнь не больше 10–12 миллиардов лет.

Однако большинство физиков все-таки придерживалось мнения, что перевес «темной энергии» над гравитацией слишком велик для того, чтобы последняя победила первую. Следовательно, Вселенной предстоит разлетаться вечно, все ускоряя свое движение. По расчетам, уже через 150 миллиардов лет Млечный Путь уйдет настолько далеко от других галактик, что станет затерянным вселенским островом.

Ученый из Нью-Хемпшира Роберт Кодвелл пришел к выводу, что ни о каких 150 миллиардах не может быть и речи. Нашему миру осталось жить примерно 22 миллиарда лет. Вместе с коллегами из Калифорнийского технологического института в Пасадене он опубликовал свою версию будущего Вселенной, которую назвал «теорией Большого Разрыва». Если верить теории Кодвелла, через 22 миллиарда лет «темная энергия» разорвет нашу Вселенную не просто на куски, а на элементарные частицы. В один момент взорвутся все атомы Вселенной. Впрочем, теория не только предсказывает далекое будущее, но и описывает все, что случится по пути к этому взрыву.

Итак, 20 миллиардов лет мир будет жить относительно спокойно. Пользуясь «количественным» перевесом, «темная энергия» одерживает все новые победы над силами, «склеивающими» наш мир, но до поры эти победы носят позиционный характер – там звезда отвалилась от галактики, здесь планета вырвалась из системы. Первыми падут галактики, и это будет служить для человечества (если оно еще будет существовать) тревожным звоночком. За 60 миллионов лет до Большого Разрыва развалится на части и разлетится по сторонам наш родной Млечный Путь. Примерно в то же время начнутся пространственно-временные чудеса, предсказанные еще Эйнштейном. В своей теории гравитации он говорил о том, что в нашем пространстве-времени должны существовать своего рода прорехи, которые возникают и пропадают так быстро, что мы их просто не успеваем заметить. К тому моменту силы гравитации уже упадут настолько, что они просто не смогут сдерживать рост таких прорех, а «темная энергия», напротив, будет разрывать их все больше и чаще. Чем дальше, тем больше будет возникать таких пространственно-временных дырок. Поначалу для человечества это будет, наверное, весьма удобно: оно научится с их помощью путешествовать во времени и моментально перемещаться на огромные расстояния. Однако вскоре, уже через несколько десятков миллионов лет, такое удобство превратится в «жизнь на болоте», когда любое, даже самое незначительное путешествие, может закончиться «провалом» в другое время или «выбросом» в соседнюю галактику. Остается надеяться, что человечество найдет способ бороться с этой бедой, тем более что времени у него на это будет достаточно.

Второй звонок прозвенит за три месяца до Разрыва. За 90 дней до конца света настанет конец Солнечной системы. Сорвавшиеся со своих орбит, как камни с пращи, планеты улетят в космическое пространство. Может, это будет и к лучшему, потому что спустя два месяца начнут взрываться звезды – сначала маленькие, потом большие. Наш желтый карлик (если предположить, что он к тому времени останется таковым) рванет в числе первых. Процесс звездных взрывов, во время которого гигантские плазменные шары будут разлетаться на отдельные молекулы и атомы, затянется почти на месяц. Наверное, это будет красиво: взрывы будут сопровождаться яркими вспышками.

Следом за звездами наступит очередь взрывов планет. Впрочем, на их долю времени останется совсем мало. Так, Землю «темная энергия» растащит на молекулы примерно за полчаса до Большого Разрыва. С исчезновением больших масс сила гравитации будет побеждена окончательно и бесповоротно, и процесс пойдет все ускоряющимися темпами. За несколько секунд до конца та же энергия справится с молекулами, разорвав их на отдельные атомы, а за 10^–19 секунд настанет черед атомов, которые разорвутся на отдельные протоны, электроны и нейтроны. Нечто похожее происходит при взрыве атомной бомбы; только если в мощной бомбе в качестве начинки выступает 20–40 килограммов плутония, то тут боезарядом будет все вещество Вселенной. Второй Большой Взрыв, уничтожающий все следы первого.

А что дальше?

Кодвелл пишет, что когда «темная энергия» наберется достаточно силы, «гравитационная нестабильность перестанет действовать, и Вселенная будет однородной. В итоге отдельные частицы окажутся изолированными друг от друга». Никакой материи, одна сплошная энергия и пустое пространство. Готовая стройплощадка для создания нового мира.