Теоретико-вероятностный анализ межзвездной радиосвязи.

Характер сигналов.

Мы сейчас остановимся на математическом анализе проблемы связи между инопланетными цивилизациями, выполненном немецким астрономом фон Хорнером. Анализ этот во многих отношениях является спорным. Однако он безусловно представляет методический интерес и хорошо иллюстрирует возможности и ограничения подобных исследований. Весь анализ фон Хорнера носит исключительно теоретико-вероятностный характер. Впрочем, необходимо уточнить, что мы понимаем под словом «вероятность» в нашем случае. Ведь на основании только одной-единственной известной нам цивилизации делать какие-либо вероятностные оценки затруднительно. Надежность таких оценок весьма неопределенна. Тем не менее какие-то оценки, хотя бы самые ориентировочные, производить необходимо. Такие вероятностные оценки на Бюраканском симпозиуме по внеземным цивилизациям получили название «субъективная вероятность». Последнее понятие вполне подобно практикующейся в США оценке распределения субсидий на научные исследования по степени их важности. Хотя эти оценки носят «личный» характер и весьма субъективны, их нельзя считать произвольными, так как они делаются весьма компетентными специалистами.

В частном разговоре с автором этой книги известный американский астроном проф. Голд дал следующее шутливое пояснение понятию «субъективная вероятность». В средние века богословский факультет Парижского университета распространил среди ведущих мыслителей тогдашней Европы анкету (мы пользуемся современным термином) со следующим, не совсем обычным вопросом: каков рост китайского императора? В те далекие времена представления о Китае были самые фантастические и ведущие умы Европы не имели решительно никакого представления о росте китайского императора... Поэтому ответы на анкету были самыми разнообразными. Но в среднем ответ получился более или менее правильным... Добавим к этому, что средневековые схоласты не сомневались, что в Китае есть император, между тем как подобного категорического утверждения в отношении внеземных цивилизаций мы сделать пока не можем...

Прежде всего, рассматривается вопрос о вероятных расстояниях между цивилизациями различных планетных систем. Обозначим через v₀ долю всех звезд, вокруг которых имеются планеты, где могла развиваться разумная жизнь. Пусть далее T ₀ — время, прошедшее от образования данной планетной системы до появления на ней технически развитой цивилизации, t — время существования технически развитой цивилизации, T — возраст наиболее старых звезд, a v — доля звезд, вокруг которых в настоящее время имеются технически развитые цивилизации. Считая, что скорость процесса звездообразования оставалась постоянной в течение времени T, получим

v = v₀ • (T-T ₀) / T, если t ≥ T - T₀,

v = v₀ • t /T, если t ≤ T - T₀.

Пусть d ₀ — среднее расстояние между соседними звездами. Тогда среднее расстояние между соседними технически развитыми цивилизациями будет

d = d ₀ • v^-1/3.

Основную величину t фон Хорнер определяет, исходя из довольно произвольных предпосылок. Он рассматривает следующие пять причин, по его мнению, могущих ограничить длительность существования технически развитой стадии цивилизации:

1) полное уничтожение всякой жизни на планете;

2) уничтожение только высокоорганизованных существ;

3) физическое или духовное вырождение и вымирание;

4) потеря интереса к науке и технике;

5) T неограниченно велико.

Последнюю возможность фон Хорнер считает совершенно невероятной. Далее, он считает, что во втором и третьем случаях на той же самой планете может развиться еще одна цивилизация на основе (или на обломках) старой, причем время такого «возобновления» мало по сравнению с T ₀. Обозначим через t ₁, t ₂, t ₃, t ₄ и t ₅ средние времена жизни, соответствующие перечисленным пяти гипотезам, а через p ₁, p ₂, p ₃, p ₄ и p ₅ — «вероятности реализации» этих гипотез. Тогда будем иметь

 

v = v₀ / T • [ p ₁ t ₁ + p ₂ t ₂ + p ₃ t ₃ + p ₄ t ₄ + p ₅(T-T₀)] • 1 / [1 - (p ₂+ p ₃)],

 

где множитель Q = 1 / [1- (p ₂+ p ₃)] учитывает возможность «возобновления» цивилизации. Так как

t = p ₁ t ₁ + p ₂ t ₂ + p ₃ t ₃ + p ₄ t ₄ + p ₅(T-T₀) — средняя длительность технически развитой стадии цивилизации, то можно написать

v = Q • t v₀ / T.

Интересен вопрос о вероятном возрасте первой же инопланетной цивилизации, с которой мы можем столкнуться. Простые расчеты, которые мы здесь приводить не будем, дают

t_b = (p ₁ t ₁² + p ₂ t ₂² + p ₃ t ₃² + p ₄ t ₄² + p₅t₅ ²) / 2 t

Для вероятности того, что перед данной цивилизацией на данной планете имелись еще другие цивилизации, получим

p ₂ = (Q -1 ) / Q.

Чтобы от этих общих формул перейти к конкретным количественным оценкам, необходимо задать значения величин t_i и p_i. Оценки фон Хорнера, конечно, крайне субъективны. Однако, так как t в выражение для среднего расстояния между инопланетными цивилизациями d = d ₀ • (v₀ Qt / T)^-1/3 входит в степени -¹/₃, неопределенность в оценке t не так уж сильно будет влиять на оценку d.

Все же любопытно, как фон Хорнер представляет себе длительность времени жизни технически развитой цивилизации при сформулированных пяти предположениях о характере их конца, а также вероятности этих предположений (табл. 10).

Сама по себе идея, что время существования технически развитой цивилизации ограниченно, представляется автору этой книги вполне разумной. Однако всякие попытки конкретизации этого обстоятельства и связанные с ними оценки вероятности являются весьма субъективными и поэтому могут привести к нелепым выводам.

При значениях t_i и p_i приведенных в табл. 10, средняя длительность технологической эры t = 6500 лет, а «фактор возобновления» Q = 4. Далее, полагая T = 10¹⁰ лет, v₀ = 0,06, d ₀ = 2,3 пк (среднее расстояние от Солнца до ближайших к нему звезд), найдем, что v = 2,6 • 10^-7.

Таблица 10

Гипотеза	Возможный интервал значений ti, лет	Принятое значение ti, лет	Вероятность гипотезы pi	tipi, лет
Полное разрушение	0 — 200		0,05
Уничтожение высшей жизни	0 — 50		0,60
Вырождение	10 — 105	3 • 104	0,15
Потеря интереса	103 — 105	104	0,20
Отсутствие ограничения	—	—	0,00

 

Это означает, что в рамках предположения фон Хорнера только около одной из 3 млн. звезд в настоящее время существует разумная жизнь. Среднее расстояние между инопланетными цивилизациями будет d = 360 пк или немного больше 1000 световых лет. Наиболее вероятный «технологический возраст» цивилизации, с которой впервые будет установлена связь, t_b = 12 000 лет. Далее, с вероятностью 75 % можно будет утверждать, что эта цивилизация является «наследницей» старой цивилизации, до этого бывшей на планете, с которой установлен контакт. Любопытно, что расчеты указывают на очень маленькую вероятность встретить цивилизацию в той же самой фазе развития, что и современная наша земная цивилизация. Эта вероятность оказывается равной всего лишь около 0,5 %. Само собой разумеется, что все числовые оценки, которые были приведены, справедливы постольку, поскольку справедливы исходные значения для t_i и p_i которые, как подчеркивалось выше, являются произвольными.

Важным выводом из приведенных оценок является бесперспективность попыток обнаружить сигналы от отдельных звезд, подобно тому как это делалось в проекте «ОЗМА» (см. гл. 20). Ведь если до ближайшей цивилизации не меньше 1000 световых лет, то явно бессмысленно среди нескольких миллионов звезд искать ту, которая посылает сигнал точно в направлении на Солнце. Ни одна цивилизация, конечно, не будет посылать «запросов» в направлении Солнца, которое для нее ничем не выделяется среди миллионов других примерно таких же звезд. Более естественно ожидать, что сигналы посылаются по всем направлениям и носят характер «позывных».

Другим, впрочем, довольно тривиальным, выводом является то, что цивилизации, которые будут тем или иным способом обнаружены, окажутся много «старше» нашей, а следовательно, они будут технологически более развиты. Наконец, значение d = 1000 световых лет, естественно, означает, что время ожидания «космического ответа» на «космический запрос» t ₀ должно быть свыше 2000 лет! Что и говорить, торопиться при таких «переговорах» вряд ли имеет смысл. Так как длительность технологической эры не так уж велика, то за все время существования цивилизации можно будет провести всего лишь, например, около 10 двусторонних переговоров... (Впрочем, для искусственных разумных существ, отличающихся огромным долголетием, это ограничение несущественно.) Следовательно, обмен информацией, в межзвездном масштабе оказывается весьма затрудненным.

Необходимо, однако, заметить, что возможное появление искусственных разумных существ должно ознаменовать новый, качественно отличный от предыдущих, этап развития материи. В частности, нельзя исключить возможность, что цивилизации искусственных высокоорганизованных разумных существ будут весьма долгоживущими. Можно представить даже, что отдельные искусственные разумные существа могут жить много тысяч лет и даже дольше. Следовательно, для них не существует специфической трудности, характерной для межзвездной радиосвязи, заключающейся в крайней «медленности» таких «переговоров». Это, конечно, может значительно повысить интерес у этих существ к установлению и поддержанию межзвездной радиосвязи. Кроме того, долголетие астронавтов сделает совершенно необязательными полеты межзвездных ракет с почти световыми скоростями (по крайней мере, если говорить о прямых контактах между сравнительно близкими инопланетными цивилизациями). Наконец, нельзя исключить и того, что для таких полетов будут «изготовляться» высокоспециализированные разумные существа, способные, с одной стороны, сравнительно легко переносить трудности полета, с другой — лучше всего выполнять поставленную перед ними задачу. Естественно, что при таком положении провести четкие грани между специализированным автоматом и искусственным живым, разумным существом уже нельзя. Может быть, даже шкала времени их технологического развития будет близка к космогонической.

Следовательно, анализируя проблемы связи между инопланетными цивилизациями, необходимо учесть, что сама разумная жизнь в масштабе Вселенной может в процессе своего развития претерпеть качественные изменения. Это не учитывает, в частности, фон Хорнер, который существенным образом исходит в своих теоретико-вероятностных расчетах из представления, что земная разумная жизнь — типичное явление.

Оценки времени существования высокоразвитых цивилизаций, таким образом, имеют кардинальное значение для прогнозирования «межзвездной» связи. Неудивительно поэтому, что на Бюраканском симпозиуме по проблемам внеземных цивилизаций они были предметом оживленной дискуссии. В частности, этому вопросу был посвящен обстоятельный доклад Плятта (США). Естественно, что такие оценки могут быть сделаны только на основе анализа главных тенденций в развитии нашей земной цивилизации. К сожалению, такой анализ неизбежно отличается субъективностью, и, следовательно, результаты его должны приниматься с осторожностью. Последнее обстоятельство мы подчеркивали раньше, при изложении взглядов на этот вопрос фон Хорнера.

Прежде всего Плятт обращает внимание на «взрывчатый» характер развития нашей цивилизации за последнее столетие. За этот сравнительно небольшой промежуток времени основные технологические параметры, характеризующие развитие нашей цивилизации, гигантски увеличились. Представление о росте технологического потенциала дает приведенная Пляттом таблица (табл. 11). Из этой впечатляющей таблицы видно, что некоторые важные параметры развития нашей цивилизации уже довольно близки к физическим пределам.

Таблица 11

Параметр	Увеличение за 100 лет	Физические пределы
Скорость общения	в 107 раз	Скорость света
Скорость передвижения		Орбитальная скорость
Мощность источников энергии		Изменение климата
Мощность оружия	1000 000	Уничтожение человечества
Скорость анализирования данных	1000 000	Скорость света

 

В табл. 10 уже приводились значения величин t_i и p_i для разных вариантов кризисных ситуаций. Плятт рассматривает ряд таких ситуаций, угрожающих существованию человечества. Ожидаемые и возможные катастрофы, грозящие человечеству согласно Плятту:

а) ядерная катастрофа,

б) загрязнение среды и связанные с ней отрицательные изменения в биосфере,

в) экономические катастрофы,

г) неконтролируемый рост народонаселения,

д) истощение естественных ресурсов.

По оценкам, выполненным американским футурологом А. Раппортом при экстраполяции естественных тенденций в развитии технологических цивилизаций, эти катастрофы должны реализоваться не позже 2030 года. Эта дата и по другим соображениям является критической (см. гл. 25). Следовательно, заключает Плятт, чтобы «выжить», человечеству необходимо научиться анализировать кризисные ситуации и переходить на более высокий уровень оценки действий и регулирования взаимоотношений внутри цивилизации. Плятт, конечно, очень далек от идей коммунистического преобразования общества, которое снимет саму возможность перечисленных выше кризисных ситуаций.

Однако, замечает Плятт, если даже сама возможность перечисленных выше кризисных ситуаций будет устранена, перед высокоразвитыми внеземными цивилизациями может возникнуть проблема потери интереса к общению между цивилизациями. Основные интересы таких цивилизаций могут стать локальными. Плятт метко называет такую ситуацию стратегией «здесь и сейчас». На возможность такой потери интереса указывал еще фон Хорнер. В зависимости от концепций, которыми руководствуются внеземные цивилизации, Плятт оценивает временные интервалы их существования в весьма широких пределах, от 10² до 10⁹ лет.

Другой участник Бюраканского симпозиума, видный американский ученый Стент, опасается появления новой тенденции у развивающейся внеземной цивилизации — исчезновения творческого начала, появления нового, благоразумного «золотого века». Он проанализировал две основные тенденции, которыми на протяжении всей истории руководствовалось человечество. Первая тенденция — это достижение власти над природой путем активного познания ее законов, безудержный, ничем не ограниченный технологический прогресс, борьба за существование. Эту тенденцию Стент считает характерной для того, что он называет «западным типом цивилизаций», хотя пример Японии указывает, что это понятие отнюдь не является географическим.

Другая тенденция в развитии цивилизации — это стремление к слиянию с природой и «растворению» в ней. Типичным представителем этой тенденции является буддизм. Стент обращает внимание на то, что в современной Америке имеются представители этой тенденции развития (например, хиппи). В предельном случае такое развитие может привести к установлению некоего «райского уголка» или «золотого века», как это было, по мнению Стента, на островах южных морей до появления там европейцев. Итак, полагает американский ученый, высокоразвитые внеземные цивилизации могут установить у себя некую «внутреннюю Полинезию» с отрицанием необходимости контакта с другими цивилизациями.

Несомненно, что соображения Плятта и Стента заслуживают самого серьезного внимания, хотя бы потому, что они отражают кризис буржуазной идеологии в передовых, высокоразвитых капиталистических странах. Можно и нужно спорить с отдельными конкретными положениями американских ученых. Например, вряд ли на островах южных морей царил некий идеальный «золотой век». Ожесточенные племенные войны и каннибализм, по нашему мнению, никак не являются атрибутами идеального и гармоничного «земного рая», столь красочно обрисованного американским профессором. Точно так же полинезийцев никак нельзя упрекнуть в недостатке предприимчивости и пытливости. Стоит вспомнить, хотя бы, их замечательные плавания на утлых пирогах через огромные, очень страшные просторы Тихого океана, колонизацию и освоение новых островов. А ведь по тем временам эти подвиги и связанные с ними трудности были вполне эквивалентны нашим современным проблемам, связанным с освоением космоса. И не так уже «замкнуты на себя» были великие азиатские цивилизации, исповедовавшие буддизм.

Но не будем придирчивы — зерно истины в концепциях Плятта, Стента, а также фон Хорнера, конечно есть. И есть вполне реальная возможность потери интереса к контактам у тех или иных внеземных цивилизаций. Ну и что же? Ведь не все цивилизации обязаны идти по такому пути. Ни Плятт, ни Стент никогда не утверждали, что потеря интереса — закономерный итог развития цивилизации. А фон Хорнер, правда, достаточно произвольно оценивает вероятность такой ситуации в 20% (см. табл. 10). Смешно определять количество высокоразвитых, способных к контактам внеземных цивилизаций в Галактике с точностью в 20 и 50 процентов... Ведь другие факторы, определяющие это количество (например, вероятность возникновения жизни), известны с несравненно меньшей точностью! Таким образом, следует признать, что хотя соображения Стента и Плятта любопытны, они практически никакого отношения к проблеме установления контактов с внеземными цивилизациями не имеют.

Ситуация с оценкой количества цивилизаций в Галактике может коренным образом измениться, если учесть то, что фон Хорнер называет «эффектом обратной связи». Качественно этот эффект (на который обратил внимание также Брэйсуэлл — см. выше) состоит в следующем. Если «время ожидания» t ₀ значительно больше времени жизни технически развитой цивилизации t, ответы на запросы никогда не будут получены и интерес к поискам космических разумных соседей будет рано или поздно потерян. Но если t ₀ значительно меньше t, то вполне возможен весьма плодотворный и эффективный обмен информацией. При такой ситуации отдельные цивилизации, разбросанные в пространстве Галактики, будут помогать друг другу, что безусловно повлечет за собой увеличение (и, может быть, даже значительное) величины t. Такую ситуацию «Великого Кольца» фон Хорнер и называет «эффектом обратной связи». Мы, однако, полагаем, что, даже если t ₀ > t и переговоры носят «односторонний» характер, «эффект обратной связи» может (и должен) иметь место, так как «бескорыстная» посылка информации в космос, будучи случайно «перехваченной», может существенно помочь уловившей сигналы цивилизации в преодолении трудностей, стоящих на пути ее развития, и тем самым может удлинить t.

Для проблемы «обратной связи» (в смысле фон Хорнера, т. е. при t ₀ > t) большое значение имеет величина

K = L / t' ₀ ,

где L — среднее время жизни наиболее часто встречающейся цивилизации,

t' ₀ = 2 d / c (c — скорость света).

Принимая наиболее вероятные значения t и d по данным табл. 10, можно найти, что K = 10. В общем виде величину K можно записать так:

 

K = (L / L ₀) ^4/3,

 

где L ₀ = (8 d ₀ T / c ³v₀ Q)^1/4.

Если положить d ₀ = 2,3 пк, T = 10¹⁰ лет, v = 0,06, c = 3 •10¹⁰ см/с, Q = 4, то L = 4500 лет. При K > 1 может осуществиться «эффект обратной связи». Следовательно, все дело в том, будет ли «неискаженное» эффектом обратной связи время технологической эры L больше или меньше L ₀ ≈ 5000 лет. Заметим, что L ₀ определяется довольно уверенно, так как все величины, от которых оно зависит, входят в степени 1/4. Поэтому даже очень большие ошибки в оценках d ₀, v₀ и Q не могут внести существенную погрешность в оценке L ₀ . Если L значительно больше 5000 лет, то из-за «эффекта обратной связи» оно может существенно увеличиться. Трудно, а может быть пока и невозможно, говорить, до какого значения по этой причине может увеличиться L. Сам фон Хорнер полагает маловероятным, чтобы L увеличилось, например, до миллиона лет. Скорее всего, L будет значительно меньше. Впрочем, как уже подчеркивалось раньше, его оценки весьма субъективны.

Для эффекта обратной связи могут быть весьма существенны флуктуации в пространственно-временном распределении инопланетных цивилизаций даже в случае, когда t' ₀ > t. Если в какой-нибудь пространственно-временной области благодаря таким флуктуациям обратная связь привела к существенному увеличению t, то это может иметь большое значение для многих технически развитых цивилизаций. Вполне может случиться, что для них L начнет расти, и этот процесс распространится на всю Галактику. Аналогом этому явлению может служить быстрое размножение живых организмов в подходящей среде.

Представляется довольно очевидным, что «эффект обратной связи» может иметь решающее значение для проблемы разумной жизни во Вселенной. В конечном итоге он может быть основным способом развития мыслящей материи в масштабе Галактики и даже Метагалактики. К этому вопросу мы еще вернемся в гл. 27.

Как уже отмечалось, очень важным результатом теоретико-вероятностного рассмотрения интересующей нас проблемы является вывод о том, что инопланетные цивилизации разделены огромными расстояниями порядка 1000 пк, что весьма осложняет межзвездную связь. В такой обстановке представляет интерес обсуждение характера ожидаемых радиосигналов. Согласно фон Хорнеру природа сигналов в конечном итоге определяется целью, для которой они служат. Кроме того, способ их передачи должен быть наиболее экономичным. Можно ожидать трех типов радиосигналов. Во-первых, радиоизлучение от различных планет, обусловленное наличием на них телевидения и других индустриальных факторов. Во-вторых, направленная радиосвязь между различными цивилизациями типа той, о которой речь шла в гл. 20. Наконец, логически следует ожидать сигналов, направленных на привлечение внимания «партнеров», с которыми связь еще не установлена. Эти три типа сигналов фон Хорнер называет соответственно «местным радиовещанием», «дальним вызовом» и «сигналом для установления контакта».

Что касается «местного радиовещания», то фактически о нем уже шла речь в гл. 15. Там было показано, что благодаря деятельности человечества мощность радиоизлучения Земли на метровом диапазоне составляет около 1 Вт/Гц, а яркостная температура Земли на том же диапазоне уже сейчас порядка сотен миллионов кельвинов, что составляет заметную долю от радиоизлучения спокойного Солнца на этом диапазоне. Если бы воображаемый наблюдатель находился на расстоянии 10 световых лет от Земли, где находятся ближайшие к нам звезды, поток радиоизлучения от Земли на метровом диапазоне был бы около 10^-35 Вт/(м²•Гц) — величина совершенно ничтожная. Чтобы излучение при современных средствах наблюдения можно было обнаружить, мощность «индустриального» радиоизлучения должна быть увеличена в сотни миллионов раз. Такую возможность в будущем исключить нельзя. Тем не менее сигналы «местного радиовещания», как можно полагать, будут очень слабыми.

Сигналы типа «дальних вызовов» могут быть обнаружены только случайно, если Земля будет находиться в направленном радиолуче, связывающем две какие-нибудь цивилизации. Фон Хорнер оценил вероятность такого «перехвата», которая равна

 

P = (π /120) q ³ β² n ²,

 

где β — ширина диаграмм направленности антенн (предполагаемых одинаковыми), на которых поддерживается межзвездная радиосвязь, q — отношение дальности, на которой сигнал еще можно обнаружить, к дальности, на которой он уверенно расшифровывается; q всегда больше единицы, так как обнаружить сигнал, конечно, проще, чем его расшифровать. Сделано предположение, что каждая цивилизация поддерживает связь с n соседними. Любопытно, что «вероятность перехвата» P совершенно не зависит от L и d.

Полагая, что P достаточно велико, чтобы имело смысл организовать «службу перехвата» (например, P = ¹/₂ ), q = 5, β = 1 мин. дуги, что соответствует диаграмме направленности больших современных радиотелескопов, нужно предположить, что n = 1300. Другими словами сигналы могут быть перехвачены только тогда, когда каждая цивилизация одновременно «разговаривает» с 1300 соседями. Похоже, что это маловероятно. Сохраняя требование P = ¹/₂ и полагая n = 50, надо принять, что q = 10 и β = 10 мин. дуги, что также довольно маловероятно. В общем следует сказать, что вероятность «перехватить» чужие каналы межзвездной радиосвязи невелика.

Очень большой интерес представляет анализ проблемы природы сигналов, цель которых — установить контакт с инопланетными цивилизациями. Прежде всего, такие сигналы должны привлечь к себе внимание. В то же время естественно предположить, что метод посылки этих сигналов должен быть достаточно «экономичным». Это означает, что затрата усилий, энергии и пр. должна быть по возможности минимальной, а «радиус воздействия» их — максимальным. Остановимся на этом вопросе несколько более подробно. Пусть имеется несколько методов посылки «сигналов контактов» для привлечения внимания неизвестных инопланетных цивилизаций. Для каждого метода можно оценить некоторый эквивалент «стоимости» C которую надо «затратить», чтобы вероятность P_d обнаружить сигнал на расстоянии d за время t_d была достаточно большой. Можно принять, например, что P_d = ¹/₂ , d = 1000 световых лет, a t_d — порядка нескольких сотен лет. Тот из предложенных методов, для которого величина C наименьшая, и следует выбрать. Заметим, однако, что сам по себе критерий «экономичности» остается достаточно неопределенным. Как уже указывалось раньше, наши современные критерии экономичности могут весьма отличаться от аналогичных критериев у высокоорганизованных цивилизаций.

Фон Хорнер полагает, что величина C будет наименьшей, если вся мощность посылается в достаточно узком пучке, и притом на некоторой определенной частоте, которую неизвестные партнеры во Вселенной смогут заранее угадать. В гл. 20 мы уже подробно рассматривали идею Коккони—Моррисона, согласно которой частота сигнала должна быть равна универсальному природному эталону — частоте радиолинии водорода.

Очень большое значение для величины C имеет выбор правильного плана посылки «сигналов». Это означает, что должна быть хорошо продумана система распределения передаваемой энергии в пространстве и времени. Кроме того, план может предусматривать некоторые регулярные изменения частоты посылаемых сигналов. Он должен быть достаточно простым и логичным, чтобы его заранее могли понять неизвестные партнеры. Так как длительность посылки сигналов достаточно велика, соображения «экономичности» требуют, чтобы в этих сигналах содержалась некоторая информация. Информация может содержаться либо в самом сигнале, например, путем его модуляции, либо путем указания на специальную частоту, на которой эта информация посылается.

Такое указание может быть сделано, например, следующим образом. «Сигнал привлечения внимания» должен состоять из большого количества сигналов, посылаемых на разных фиксированных частотах, симметричных по отношению к некоторой центральной частоте. По мере приближения к этой центральной частоте интервалы частот между соседними (по спектру) сигналами становятся все более и более узкими, а сами сигналы — все более узкополосными. Тем самым дается «указание», что центральная частота имеет какой-то смысл и, следовательно, к ней привлекается внимание. На этой частоте через определенные промежутки времени (может быть, один раз в несколько лет, хотя эти промежутки времени, конечно, не могут быть кратными земным годам, месяцам или суткам) передается информация. Последняя может, например, сперва содержать «лингвистическое введение».

Разумеется, этот пример имеет число иллюстративное значение.

Однако, пожалуй самым эффективным методом установления контакта между инопланетными цивилизациями является передача изображения. При этом предполагается, что все разумные существа, населяющие разнообразные планеты, должны быть зрячими. Такое предположение выглядит весьма правдоподобно. Ведь у нас на Земле зрением обладает огромное количество видов живых существ, от низших до самых высших. Зрение является мощнейшим способом получения живыми существами информации от внешнего мира, обеспечивающим огромное количество сохраняющих реакций (см. гл. 12).

Эффективность метода передачи информации посредством изображения была остроумно продемонстрирована Дрэйком на радиоастрономической конференции в Грин Бэнк (США). Допустим, сообщил он, что от некоторой звезды регулярно получаются радиоимпульсы малой длительности, разделенные интервалами, кратными длительности импульса. На первый взгляд, эти интервалы разбросаны беспорядочно. Через определенный промежуток времени та же последовательность импульсов повторяется. Это должно явно указывать на их искусственное происхождение. Если изобразить каждый импульс единицей, а «пустой» промежуток времени, по длительности равный длительности импульса, — нулем, то получится запись, представленная на рис. 104. Дрэйк предложил участникам конференции расшифровать этот сигнал. Самое удивительное то, что очень скоро значительное число участников с этой задачей справилось.

Ход их рассуждения был такой. Всего в записи содержится 1271 знак (единиц и нулей). Число 1271 есть произведение двух простых сомножителей 41 х 31. Естественно возникает предположение, что сигнал представляет собой кадр телевизионного изображения, в котором 31 строка и 41 элемент в строке (может быть, конечно, наоборот, но от этого изображение повернется на 90°, что не существенно). Так как большинство знаков — нули, изображение контурное. Развернем это изображение по строкам, причем вместо единиц будем ставить черные кружки. Тогда получится забавная картинка, представленная на рис. 105.

Эта картинка содержит довольно богатую информацию. Прежде всего видно, что разумные существа, населяющие планету, антропоморфны и размножаются таким же способом, как их коллеги по разуму, населяющие Землю. У них есть такая важная общественная ячейка, как семья. Грубая окружность в левом верхнем углу картинки должна изображать их Солнце, а ряд точек, расположенных вдоль левого края изображения сверху вниз, — его планетную семью. Против каждой из таких точек в двоичной системе счисления изображен порядковый номер планеты. (В двоичной системе каждое число представляется суммой степеней 2: n = a₀2⁰ + a₁2¹ + a₂2² +..., где a _i принимают значения либо l, либо 0. В первом случае ставится точка, во втором делается пропуск. Например, число 11 можно представить как 1•2³ + 0•2² + 1•2¹ + 2⁰ или... На рис. 105 слева от изображения каждого числа дополнительно ставится еще точка, как это делается, например, при телеграфировании.) Левая фигура указывает рукой на четвертую (по порядку удаления от их Солнца) планету. Именно на этой планете имеется разумная жизнь.

От третьей сверху планеты горизонтально идет волнистая линия. Это можно истолковать таким образом: поверхность третьей планеты покрыта жидкостью (вероятно, водой). Под волнистой линией схематически изображено некоторое рыбообразное существо — представитель фауны этой планеты... Следовательно, можно сделать важный вывод: аборигены далекого мира могут совершать межпланетные перелеты. Жизнь на планете основывается на тех же примерно химических процессах, что и у нас на Земле, ибо в верхней части изображения схематически представлены (слева направо) атомы водорода, углерода и кислорода. Изображение содержит также информацию о размерах разумных существ, населяющих этот чужой мир. Справа от фигур находится «метка роста», посредине которой изображено число 11. Значит, рост взрослых особей — 11 единиц некоторого масштаба. Что это за масштаб? Так как передача изображения велась на волне 21 см, естественно считать длину волны межзвездной радиолинии единицей масштаба. Значит, наши «братья по разуму» заметно выше нас: их рост достигает 231 см... Наконец, над вытянутой рукой правой фигуры изображено число 6. Похоже на то, что эти существа шестипалые, что делает весьма вероятным предположение, что они пользуются двенадцатиричной системой счисления...

Приходится только удивляться, какое большое количество информации мы получили из простого анализа 1271 элемента. Этот пример наглядно иллюстрирует возможности обмена информацией методом передачи изображения. В принципе такое ничтожно малое количество элементов может быть передано в очень узкой полосе частот за весьма малый промежуток времени.

Если полоса частот достаточно широка и передача носит длительный характер, количество информации, которая может быть передана, существенно превзойдет всю сумму знаний человечества. Чтобы «почувствовать», так ли это, приведем следующий пример. Известно, что за всю историю человеческой культуры было написано около 100 млн. книг и рукописей. Будем считать (условно), что средний объем одной книги — 10 авторских листов. Так как в одном авторском листе содержится, по существующим стандартам, 40 тыс. печатных знаков, то полное количество таких знаков в 100 млн. книг будет 40 • 10¹³. Если каждый знак кодировать в двоичной системе и передаче информации предпослать сколь угодно обширное лингвистическое введение, полное число знаков двоичного кода, которое должно быть передано, будет порядка (1-2) • 10¹⁴. Если теперь полоса частот передающегося сигнала будет 1000 МГц (что легко достижимо в диапазоне 21 см), то потребуется 10⁵сек.или всего лишь немногим более суток, чтобы передать содержание всего, что когда-либо было написано людьми! Разумеется, такие сложные передачи должны следовать за более простыми «сигналами» типа картинки, изображенной на рис. 105.

Конечно, передавать подряд содержание 100 млн. книг есть варварский способ установления контактов между инопланетными цивилизациями. Все это можно сделать несравненно более экономично. Наиболее эффективные методы установления таких контактов должны разрабатываться совместными усилиями специалистов по кибернетике, математической логике, радиоэлектронике.

Вырисовываются контуры совершенно новой науки. Назовут ли ее «космической лингвистикой» или как-нибудь иначе — вопрос второстепенный. Ясно только то, что такая наука обязательно будет развиваться.

Уже сейчас первые шаги в этом направлении сделаны в Нидерландах. Мы имеем в виду разработанный доктором Фройденталем проект универсального языка для связи с инопланетными цивилизациями. Этот язык даже получил название — «линкос». Речь идет о создании чисто логического языка, полностью «очищенного» от таких ненужных нагромождений, как всякого рода исключения из правил, синонимы и пр. Это чисто «семантический» язык, освобожденный от какого бы то ни было фонетического звучания. Слова этого языка никогда и никем во Вселенной произноситься не будут. Закодированные в какой-нибудь системе (например, двоичной, хотя и это совершенно не обязательно), они будут передаваться в космос радиопередатчиком подходящей мощности.

Для «линкоса» большое значение имеет четкая и логически безупречная система классификации и нумерации отдельных частей «космического послания» — глав, параграфов и т. д. Без этого послание нелегко будет расшифровать. Напротив, четкое разграничение отдельных частей его позволит при дешифровке легко переходить, скажем от «математической» главы к «биологической» или еще какой-нибудь, представляющей специальный интерес для «космического корреспондента».

Передачи «линкос» должны начинаться с самых элементарных понятий математики и логики. Они должны состоять из небольших частей — параграфов, которым предшествуют заголовки («шапки»). Рассмотрим пример вводной передачи: «Курс — элементарный, раздел науки — математика, глава l, параграф l. Заголовок: Ряд натуральных чисел...». Урок состоит из серии простых (т. е. не кодированных) импульсов. Сначала передается один такой импульс, потом два и т. д. Смысл такой передачи должен быть совершенно очевидным для космических корреспондентов. Следующая передача: «Параграф 2. Заголовок: Код чисел: — = l, — — = 2, — — — = 3...». Из этой передачи корреспондент усвоит понятие «равняется» и обозначение соответствующих чисел в системе «линкос». Читатель может выразить естественное сомнение: правильно ли поймет такую передачу космический корреспондент? На такое сомнение мы ответим так: если корреспондент не разберется в таком универсальном послании, нельзя предполагать, что у него могут быть мощные радиотелескопы для приема таких сигналов... Даже если у корреспондента и останутся кое-какие сомнения, следующая, третья, часть послания их устранит: «Параграф 3. Заголовок: Сложение: 1 + 2 = 3, 1 + 3 = 4, 2 + 3 = 5...».

Далее таким же образом будут переданы уроки «вычитание», «умножение», «деление», а затем, постепенно, более сложные разделы математики (число π, натуральные логарифмы, алгебра, анализ). Для обучения геометрии могут быть полезны передачи изображений в сочетании со словами «линкоса».

Пройдя таким образом, курс математики, космический корреспондент овладеет большим количеством важных понятий, как-то: «подобно этому», «больше», «меньше», «отлично от», «верно», «неверно», «примерно», «максимум — минимум», «растет», «убывает» — и даже пресловутым «легко показать, что...». Все эти понятия, логический смысл которых совершенно бесспорен, пригодятся корреспонденту при последующей дешифровке.

По мысли Фройденталя, «линкосом» могут быть переданы и значительно более трудные понятия «гуманитарного» характера, такие как «трусость», «гнев», «сообразительность», «альтруизм». Это достигается разыгрыванием небольших сцен между воображаемыми персонажами. Сперва такие сцены будут носить только математический характер.

Поясним это примером. «Курс — элементарный, область науки — поведение. Тема беседы — способность к мышлению». Человек А говорит человеку В (обозначим это символом A → B): сколько будет 2 + 3?

 

B → A: 2 + 3 = 5.

A → B: верно.

Далее ряд аналогичных сцен. Затем появляется персонаж C.

A → B: сколько будет 15 • 15?

B → A: 15 • 15 = 220.

A → B: неверно.

A → C: сколько будет 15 • 15?

C → A: 15 • 15 = 225.

A → C: верно. C более разумный, чем B.

После этой передачи следует ряд аналогичных сцен нарастающей трудности. Рано или поздно корреспондент поймет, что в этих передачах речь идет не о математике (это уже было, да и примеры нарочито наивны). Это — театр, представление. А раз так, возникают понятия эмоций, чувств, поступков.

Выше уже говорилось, что лингвистические передачи разумно чередовать с передачей изображений. Такие передачи могут содержать уже богатую научную информацию (см. рис. 87). Не представляет труда передавать изображения и схемы устройства различных животных, веществ, структур, сопровождая их пояснениями на «линкосе». Так, например, периодическая система элементов Менделеева может быть передана простым изображением (построенным по принципу рис. 106). По оси абсцисс откладывается число протонов в ядре соответствующего элемента, по оси ординат — число нейтронов. Из этого изображения легко понять, сколько устойчивых изотопов соответствует каждому элементу. (Следует представить, что три полосы на рис. 106 в действительности образуют одну полосу, идущую слева вверх направо. Приведенная на рис. 106 форма изображения обусловлена соображениями экономии места.)

Не представляют принципиальных затруднений передачи физических, астрономических или химических постоянных. Можно принять и объяснить корреспонденту единицу длины, например 21 см, и через нее выразить все линейные единицы; единица массы может быть связана, например, с массой электрона, а единица времени определяется из скорости света и принятого эталона длины. В конечном итоге таким способом можно экономично передавать любую сколь угодно сложную научную информацию.

Не следует, однако, закрывать глаза на те гигантские трудности, с которыми может столкнуться проблема дешифровки сигналов. Хорошо известно, что письменность значительного количества исчезнувших с поверхности Земли цивилизаций, несмотря на большие усилия нескольких поколений ученых, все еще не расшифрована. А ведь создавали эту письменность люди, т. е. существа с системой мышления, с системой отражения в своем сознании внешнего мира, вполне тождественной нашей! К тому же соответствующие цивилизации были на гораздо более низком научном и технологическом уровне, чем наша современная цивилизация. Что же можно ожидать от «космического послания», составленного хотя и высокоинтеллектуальными, но совершенно другими существами? Ведь внешний мир в их сознании может отражаться совершенно иначе, чем в нашем.

Вполне естественно поэтому, что на Бюраканском симпозиуме по внеземным цивилизациям многие высказывания по этому поводу носили довольно пессимистический характер. Так, например, Моррисон высказал опасение, что скорость получения сигналов может оказаться больше нашей способности к их пониманию. Даже если дешифровка сигналов не станет проблемой, может, как полагает Моррисон, возникнуть специфическая трудность. Он оценивает весь объем опыта всего человечества в 10²¹ — 10²² бит. Как видим, эта величина гораздо больше, чем информация, содержащаяся во всех когда-либо написанных книгах и рукописях (см. выше). По мнению Моррисона, большая часть человеческого опыта не выражена — она относится к внутренним переживаниям отдельных индивидуумов. С другой стороны, если когда-нибудь будет получен космический сигнал искусственного происхождения, то скорость прироста информации будет около 10¹⁰— 10¹¹ бит в секунду. Эта скорость определится шириной полосы частот радиоканала, которая вряд ли превысит 10¹⁰ — 10¹¹ Гц. Отсюда, заключает Моррисон, потребуется много тысяч лет для удвоения объема информации, которым располагает человечество. Следовательно, пессимистически заключает Моррисон, прием сигнала от внеземных цивилизаций, кроме самого факта приема, ничего не изменит в человеческом опыте.

Гораздо проще добавочную информацию накопить самим... Однако большинство участников Бюраканского симпозиума никак не могло согласиться с этим софизмом. Например, Дрэйк очень спокойно спросил у Моррисона: «Как Вы думаете, сколько бит информации содержится в формуле Эйнштейна E = mc ²?» Вопрос Дрэйка попал, что называется, в точку. Ведь учет только количества информации является совершенно неправомерным формальным приемом. Для оценки информации необходимо пользоваться какими-то другими критериями, учитывающими не только количество, но и качество информации.

По основной проблеме дешифровки сигналов крайне пессимистическая точка зрения была высказана на Бюраканском симпозиуме советским радиоастрономом Б. Н. Пановкиным. Он подчеркнул, что материальные предметы не являются непосредственным содержанием нашего знания. Процесс познания имеет дело с образами, в которых как бы «сливаются» объективные свойства предметов и субъективные характеристики мышления отдельных индивидуумов. Поэтому, заключает Пановкин, для понимания сообщения необходима идентичность исторического пути развития обоих «корреспондентов». Понимание сообщения возможно или при «догадке» о его структуре, или при мощном кибернетическом анализе. В частности, Пановкин считает невозможным обмен информацией при помощи космических языков типа «линкос».

Соображения Б. Н. Пановкина заслуживают серьезного рассмотрения. Мы, однако, не разделяем его пессимизма. Конечно, проблема дешифровки сигнала очень трудна. Однако Пановкин явно недооценивает интеллектуальные возможности получателей сигнала. Ведь в принципе можно осуществить вероятностное моделирование мышления передающих сигнал «корреспондентов», хотя это и нелегкая задача.

Короче говоря, мы полагаем, что были бы сигналы, точнее, цивилизации, их посылающие, а уж расшифровать их сумеют, как бы это ни было трудно...

На Бюраканском симпозиуме по внеземным цивилизациям довольно оживленно обсуждался и другой немаловажный вопрос: полезно или вредно будет установление контактов с «небожителями». По этому поводу высказывались самые разные предположения. Ряд американских участников симпозиума высказал определенные опасения. Так, например, видный американский историк Мак Нейл подчеркивал, что на Земле сильная (т. е. более развитая) культура всегда доминировала над более слабой, вне зависимости от политического подчинения. Он полагает, что при установлении контакта с внеземными цивилизациями, уровень которых значительно выше нашего, возможно «угнетение» нашей цивилизации, вплоть до ее растворения в более высокой цивилизации.

Внеземные цивилизации в принципе могут посылать информацию «разлагающего» характера — например, передать структуру какого-нибудь супергалюциогенного препарата невиданной силы. Может быть, для внеземной цивилизации применение таких препаратов — норма существования, между тем как для нашей — оно смертельно.

Еще раз подчеркнем, что прежде чем будет налажен оживленный обмен информацией между инопланетными цивилизациями, должны быть установлены более простые контакты между ними. Мы полагаем, например, что для сигналов «привлечения внимания» лучше всего использовать по возможности мощный изотропный (т. е. излучающий равномерно во все стороны) источник радиоизлучения. При этом сигнал должен уже содержать богатую информацию. В гл. 27 мы рассмотрим очень интересную идею посылки космических сигналов, высказанную Н. С. Кардашевым.

Возвращаясь к теоретико-вероятностным расчетам фон Хорнера, содержание которых излагалось в начале этой главы, мы считаем необходимым высказать одно критическое замечание. При всем остроумии этих расчетов они исходят из технических возможностей нашей современной, «земной» цивилизации. Между тем необходимо считаться с тем фактом, что уровень развития разумной жизни, по крайней мере у некоторых инопланетных цивилизаций, может (и должен) быть существенно выше. Поэтому нельзя не считаться с тем, что оценки фон Хорнера могут быть самым коренным образом изменены. Чтобы сделать правильный прогноз в этом направлении, очень важно суметь выявить существенные тенденции в развитии разумной жизни на Земле. Нам представляется, что исключительно широкие перспективы развития автоматики, кибернетики и молекулярной биологии могут коренным образом изменить оценки фон Хорнера. Об этом будет идти речь в гл. 27 нашей книги.

 

О возможности прямых контактов между инопланетными цивилизациями.

В предыдущих главах мы разобрали несколько мыслимых методов установления контактов между инопланетными цивилизациями. Довольно подробно были рассмотрены вопросы межзвездной радиосвязи, оптической сигнализации с помощью лазеров, а также возможности применения для этой цели автоматических ракет-зондов. А между тем остался не рассмотренным один, если можно так выразиться, «тривиальный» способ связи — непосредственные контакты между разумными обитателями различных планетных систем. Совершенно очевидно, что такой тип установления контактов между инопланетными цивилизациями предполагает возможность межзвездных перелетов разумных существ на соответствующих летательных аппаратах.

Имеется огромное количество фантастической и полуфантастической литературы, в которой такие межзвездные перелеты астронавтов описывались с большим количеством захватывающих подробностей. Меньше всего нам хотелось бы повторять эти наивные, большей частью банальные и нередко смешные повествования. Но, с другой стороны, наша книга была бы недостаточно полной, если бы в ней не была отражена возможность прямых контактов между различными разумными обитателями космоса.

Такой способ контактов имеет в принципе ряд преимуществ перед другими, например основанными на посылке электромагнитных сигналов. Прежде всего, межзвездная связь на электромагнитных волнах осуществляется слишком уж медленно. По меньшей мере, несколько тысяч лет должно пройти, прежде чем наладится двусторонний разговор — срок, расхолаживающе большой. Далее, все-таки нет 100%-ной гарантии, что выбранная длина волны (например, 21 см) является универсальным для всех инопланетных цивилизаций каналом связи. Если же будет разнобой в стандарте длины волны, межгалактическая связь окажется довольно затруднительной. Разумеется, все эти обстоятельства не являются сколько-нибудь решающим возражением против метода контактов с помощью электромагнитных волн. Скорее, они указывают на трудности такой связи. Но и без этого ясно, что установление межзвездной радиосвязи — дело далеко не простое...

Мы сейчас приведем аргумент в пользу метода непосредственных контактов между цивилизациями, носящий принципиальный характер. Дело в том, что «электромагнитный» метод установления связи между цивилизациями совершенно исключает два типа контактов: а) контакты между технологически развитыми и технологически неразвитыми цивилизациями, б) обмен материальными предметами между различными инопланетными цивилизациями. (Впрочем, имеется принципиальная возможность передать по радио самую исчерпывающую информацию о материальном предмете любой сколь угодно высокой степени организации, например, о разумном существе. На основе этой информации инопланетная цивилизация из своих материальных ресурсов сможет изготовить такой предмет.) Контакты типа а) могут представлять большой познавательный интерес для высокоразвитых цивилизаций. Следует еще учесть, что возможная длительность «дотехнической» стадии у многих цивилизаций может быть весьма значительной. Поэтому количество цивилизаций такого типа может намного превосходить количество технически развитых цивилизаций. Потребность в контактах типа б) может возникнуть, например, после установления между высокоразвитыми цивилизациями электромагнитного канала связи. Далее очевидно, что контакты типа а) могут быть неразрывно связаны с контактом типа б).

Таким образом, у высокоразвитых цивилизаций безусловно возникнет потребность в установлении непосредственных контактов со своими «братьями по разуму». Осуществлять такие контакты могут либо живые существа, либо автоматические кибернетические устройства. В принципе, однако, нельзя провести резкую границу между обоими этими случаями.

Проблема установления прямых контактов есть, прежде всего, проблема осуществления межзвездных перелетов. Уже давно известна одна замечательная особенность таких перелетов. Если скорость движения летательного аппарата достаточно близка к скорости света c, время для «пассажиров» этого аппарата течет заметно медленнее по сравнению с течением времени на оставленной ими планете. Мы здесь не будем пояснять этот общеизвестный вывод теории относительности. Таким образом, для пассажиров летательного аппарата открывается принципиальная возможность совершить перелет на огромные расстояния, исчисляемые сотнями и тысячами световых лет, и остаться при этом в живых, только немного постарев.

Поясним сказанное на конкретных примерах. Пусть летательный аппарат движется с постоянным ускорением a и затем на полпути до цели полета начнет тормозиться с тем же ускорением. На основании расчетов Пешека и Зенгера, опубликованных соответственно в 1956 и 1957 гг., Саган дает следующее выражение для времени полета t, отсчитанного «по часам» пассажиров летательного аппарата:

 

t = (2 c / a) • arcch (1 + aS / 2 c ²),

 

где S — длина межзвездной трассы, ch — гиперболический косинус.

Вычисления показывают, что при таком характере полета и при a = g (ускорение силы тяжести Земли) наш аппарат долетит до ближайших звезд за несколько лет, до галактического ядра, удаленного от нас на расстояние около 30 тыс. световых лет, — за 21 год, а до ближайших галактик (например, до туманности Андромеды) — за 28 лет (по часам его пассажиров!). Заметим, что a может быть равно 2 g и даже 3 g — ускорение, «привычное» для разумных обитателей больших планет (если таковые, конечно, есть). В этих случаях значение t может быть уменьшено почти в два раза. С другой стороны, пока летательный аппарат совершит свой полет в оба конца, на планете, которую покинули космонавты, пройдет время, гораздо большее, чем t. Это время приблизительно равно удвоенному расстоянию до цели полета, выраженному в световых годах (время разгона до релятивистской скорости при движении с постоянным ускорением g будет около одного года — значение, для «дальних рейсов» ничтожно малое). Например, по календарю «материнской» планеты пройдет свыше 3 млн. лет, пока астронавты совершат полет к туманности Андромеды и обратно, а до скопления галактик в созвездии Волос Вероники — несколько сот миллионов лет. При полетах на достаточно большие (например, трансгалактические) расстояния формула для t немного упрощается и принимает вид

 

t = (2 c / a) • ln (aS / c ²),

 

откуда при S = 2 •10²⁶ см (расстояние до скопления галактик в Волосах Вероники) t = 38 лет.

Неоднократно указывалось, что полет с почти световой скоростью сопряжен с исключительными трудностями. Так как ускорение и замедление ракеты требуют огромных ресурсов энергии, специфические трудности, которые при этом возникают, вряд ли даже в принципе преодолимы. Дело в том, что при сколько-нибудь приемлемом отношении полной начальной массы ракеты (обозначим ее через M_i) к массе, оставшейся после выгорания горючего (M ₀), скорость ракеты после выгорания горючего (V) составит лишь малую часть скорости света (c). Это будет иметь место даже тогда, когда в качестве источника энергии будут использоваться ядерные реакции как распада (уран), так и синтеза (термоядерная реакция). В самом деле, напишем основную формулу теории реактивного движения

 

V / W = ln (M_i / M ₀),

 

где W - скорость выброса рабочего вещества ракеты. Максимально возможная величина W при урановой реакции будет около 13 000 км/с. Для термоядерной реакции W немного больше. Следовательно, для того чтобы скорость ракеты после выгорания горючего V была порядка скорости света c, надо, чтобы M_i было в сотни миллионов раз больше, чем M ₀, что явно неприемлемо. Отсюда можно сделать вывод, что только фотонная ракета (если бы, конечно, ее удалось когда-нибудь построить), для которой W = c, может обеспечить межзвездный полет со скоростью, достаточно близкой к скорости света. При этом, однако, возникают новые трудности.

Из теории реактивного движения следует, что ускорение ракеты b определяется простой формулой

 

b = 2P / W,

 

где P — отношение мощности двигателей ракеты к ее полной массе. В случае фотонной ракеты эта формула принимает еще более простой вид

 

b = P / c.

 

Из этой формулы сразу же следует, что если мы хотим, чтобы ускорение ракеты b равнялось привычной для нас величине земного ускорения g, нужно, чтобы P = 3 млн. Вт/г. Эта величина является чудовищно большой. Чтобы почувствовать, что это такое, приведем пример.

Современная американская подводная лодка с атомным двигателем мощностью в 15 млн. Вт имеет вес 800 т. Следовательно, для нее P = 0,02 Вт/г. Это в 150 млн. раз меньше той «удельной мощности», которая требуется для того, чтобы наша гипотетическая фотонная ракета двигалась с ускорением b = g. Если бы для такого межзвездного корабля был построен двигатель мощностью в 15 млн. Вт (что достаточно для удовлетворения потребности в энергии небольшого города), он весил бы... 5 граммов! Заметим, что в этот вес входят (в случае двигателя фотонной ракеты) масса горючего, масса гигантских рефлекторов (необходимых для обеспечения работы фотонной ракеты) и масса аппаратуры.

Из этого расчета с достаточной очевидностью следует, что трудности «количественного» характера настолько велики, что явно перерастают в качественные. Если мы попытаемся сколько-нибудь значительно уменьшить P, пропорционально уменьшится ускорение b и ракета уже не сможет за приемлемое время достигнуть релятивистской скорости.

Таким образом, вопреки мнению писателей-фантастов, межзвездные фотонные ракеты, движущиеся с релятивистской скоростью, вероятнее всего, никогда не будут построены. Каждой эпохе свойственно переоценивать свои технические возможности. Вспомним в этой связи, что в XIX столетии серьезно обсуждались проекты полета на Луну... с помощью парового двигателя. Еще раньше некоторые писатели-фантасты надеялись совершить такое путешествие... на воздушном шаре. В наши дни мы являемся свидетелями явной переоценки возможностей реактивной техники.

Эта техника является идеальной при полетах на межпланетные расстояния и при грядущем преобразовании Солнечной системы человеком (см. гл. 26). Более того, ракеты могут быть мощным средством постепенной экспансии цивилизации от одной планетной системы к другой, находящейся в непосредственной близости. В гл. 22 мы уже рассматривали такую возможность в связи с проектом Брэйсуэлла. Существенно, однако, что при такой «экспансии» (или «диффузии») цивилизации движение ракет будет происходить с нерелятивистской скоростью. Но для непосредственного контакта между разумными существами, разделенными межзвездными расстояниями (а для этого нужны фотонные ракеты, движущиеся с релятивистской скоростью), реактивная техника из-за указанных выше трудностей, по-видимому, непригодна.

Имеется, однако, принципиальная возможность совершенно по-новому подойти к проблеме межзвездных и трансгалактических перелетов с почти световыми скоростями. В последние годы эту новую идею выдвигал ряд авторов, но наиболее полное рассмотрение принадлежит Бюссару. Речь идет о возможности использования межзвездной среды, с одной стороны, как термоядерного горючего, с другой — как рабочего вещества ракеты. Так как межзвездный газ состоит преимущественно из водорода, на ракете должно быть установлено термоядерное устройство, синтезирующее из ядер водорода ядра дейтерия. Сооружению такого устройства не препятствует ни один из известных законов физики. Поэтому можно полагать, что когда-нибудь такой термоядерный реактор будет построен.

Особенность такого летательного аппарата реактивного действия состоит в том, что поверхность, через которую должен всасываться межзвездный газ, должна быть очень большой. Расчеты показывают, что «поверхностная плотность» ракеты этого типа должна быть 10^-8 г/см² при условии, что в окружающем пространстве в 1 см³ имеется один атом водорода. В общем случае поверхностная плотность ракеты обратно пропорциональна концентрации межзвездного газа n _H. Если масса ракеты равна, например, 100 т, а n _H = 1 см^-3, поверхность, через которую должен всасываться межзвездный газ, равна 10¹⁵ см². Это означает, что радиус такой поверхности должен быть около 700 км. В метагалактическом пространстве, где n _H ≤ 10^-5 см^-3, «радиус всасывания» должен быть еще в сотни раз больше. Конечно, это большая трудность. Но кто же может поручиться, что в перспективе нескольких столетий (а может быть, и быстрее) эта трудность не будет преодолена?

Если когда-нибудь этот способ передвижения в космосе будет освоен, наши потомки станут свидетелями удивительного «возврата» принципов космического полета от ракеты к... самолету, для полета которого, как известно, необходима материальная среда.

Имеется еще одна фундаментальная трудность, возникающая при движении летательного аппарата с почти световой скоростью. Столкновение такого аппарата с межзвездными атомами и особенно пылинками может иметь губительные последствия для экипажа звездолета. В самом деле, максимальная скорость ракеты при ее полете по описанной выше программе, как показывают вычисления, будет равна

 

v = c [ 1 – (1 + aS / 2 c ²)^-2 ]^1/2

 

Если, например, S = 30 тыс. световых лет (что соответствует расстоянию до ядра Галактики), то v отличается от c только на одну миллионную часть процента. При такой скорости каждый столкнувшийся с ракетой атом межзвездного водорода будет подобен частице космических лучей с энергией 10¹³ эВ. Если в межзвездном пространстве на 1 см³ приходится один атом водорода, то поток энергии в форме космических лучей через переднюю поверхность ракеты будет 3 • 10²³ эВ/см² или 2 • 10¹¹ эрг/см².

Это, конечно, чудовищная величина. Уровень губительной жесткой радиации будет при такой бомбардировке недопустимо высок даже при полетах к ближайшим звездам. Вряд ли экранировка аппарата каким бы то ни было веществом будет эффективной, особенно если учесть очень малое значение отношения полезной массы к массе топлива в случае ракет «обычного» типа и пропорциональность поверхности всасывания межзвездной среды массе лета