Воображаемая жизнь

• Мир в приливном захвате: планета, которая всегда обращена к своей звезде одной и той же стороной подобно тому, как Луна всегда смотрит на Землю одним и тем же боком. Считается, что к этому типу относятся многие из открытых нами миров, вроде планет звезды TRAPPIST-1. Их отличительная особенность состоит в том, что одна сторона всегда невероятно жаркая, тогда как другая вечно заморожена. Жизнь может существовать лишь в узкой переходной зоне между этими крайностями, и важной дополнительной особенностью этих планет являются свирепые ветры, которые переносят тепло со стороны, обращённой к звезде, на сторону, направленную в космос.

• Суперземля: каменистая планета, которая по размерам стоит между Землёй и Нептуном. Похоже, в космосе их очень много, и наша Солнечная система может оказаться довольно необычной из-за того, что в ней их нет. Принимая во внимание их массу, главной особенностью природной среды на этих планетах является их сильная гравитация. Если живые существа в этих мирах остаются жить в океанах, супергравитация не будет проблемой, но если они переселятся на сушу, им придётся в процессе эволюции разработать стратегию решения этой проблемы. На Земле, где гравитация более умеренная, в процессе эволюции возникло множество стратегий, разных для различных форм жизни: сосудистые системы у растений, наружные скелеты у насекомых, внутренние скелеты у млекопитающих. Какие стратегии породила бы эволюция, если бы гравитация Земли была вдвое больше, чем сейчас? А если в десять раз? А если бы вид рептилий адаптировался, приобретя в процессе эволюции плавательный пузырь, как это сделали рыбы, чтобы двигаться в толще воды, то смог бы он в итоге превратиться в летающих драконов, способных парить в плотной атмосфере планеты?

Исследовав эти возможности, мы можем начать отходить от ограничивающих нас первоначальных предположений и размышлять о жизни, которая совершенно не похожа на нас. Мы будем делать это постепенно, каждый раз отказываясь от одного из удобных свойств жизни, которая похожа на нас.

Что, если мы рассмотрим жизнь, основанную на химии какого-то элемента, отличного от углерода? Например, кремний находится в периодической таблице прямо под ним и обладает многими схожими свойствами, из-за чего кремниевая жизнь уже на протяжении десятилетий является основным элементом научной фантастики. Возможно, самый знаменитый пример встречается в эпизоде сериала «Звёздный путь» в 1967 году, в котором шахтёры на далёкой экзопланете сталкиваются с изначально враждебными формами жизни на основе кремния под названием Хорта, которые живут в сплошной скальной породе. Мы рассмотрим те виды планет, на которых могли бы возникнуть подобные существа. Мы зададим и другой ряд вопросов: а смогли бы мы признать такую жизнь жизнью, если бы увидели её? Будем ли мы видеть в кремниевой форме жизни живое существо, или же мы будем воспринимать её всего лишь как камень? Чем больше мы удаляемся от жизни, похожей на нас, тем более запутанными становятся такие вопросы: химическая жизнь может быть основана даже на таких элементах, которые редки на Земле, но в изобилии встречаются вне её, о чём свидетельствует недавняя работа, в которой каталогизируются различные типы химического состава, определённого для звёзд (а отсюда предполагается, что и для планет, которые их окружают).

Если дать волю нашему воображению, то мы сможем порассуждать о возможности существования жизни, совершенно не похожей на нас — жизни, которая не основана на химии, а также жизни, которая функционирует не в соответствии с законами естественного отбора. В конце концов, главный вопрос будет таким: если принимать во внимание чрезвычайную сложность и разнообразие, которые мы уже обнаружили у экзопланет, обнаружим ли мы соответствующие сложность и разнообразие среди живых существ на этих планетах?

2

ВОЗМОЖНОСТИ И ОГРАНИЧЕНИЯ

ВСЕЛЕННАЯ ЗАКОНОВ

Наше исследование жизни в других частях галактики оказывается возможным благодаря двум общим принципам, но в то же время ими же оно и ограничено. Эти принципы заключаются в следующем:

• Физическая вселенная управляется относительно небольшим количеством общих правил.

• Законы, действующие в настоящее время на Земле, применимы к любому месту во Вселенной в любое время.

Эти идеи занимают центральное место в мышлении любого из учёных — они изначально были частью образования авторов книги. Собственно, они являются примерами того, что антропологи называют глубинными убеждениями. Это убеждения, настолько важные для племени или другой группы людей, что о них даже вслух говорят редко. Они просто считаются чем-то само собой разумеющимся и принимаются всеми без вопросов.

Однако авторы пришли к осознанию того, что эти два глубинных убеждения не относятся к широко известным или принимаемым широкой общественностью принципам. Дело здесь даже не в том, что многие люди считают эти принципы неправильными — просто эти правила не сразу приходят на ум, когда они задумываются о таких предметах научного интереса, как внеземная жизнь. Поэтому есть смысл уделить немного времени обсуждению этих принципов, в чём и заключается цель данной главы. Далее мы кратко изложим основные законы физики и химии, которые будут направлять наше путешествие по возможностям экзо-жизни на протяжении всей остальной книги.

Общие правила

Мы можем начать с тех аспектов науки, которые относятся к нашему повседневному миру, или к тому, что мы называем «объектами нормального размера, движущимися с нормальной скоростью». Законы, управляющие нашей повседневной жизнью, также часто называют классической физикой. Вы можете считать эти законы тремя великими столпами знания. Давайте же рассмотрим их, прежде чем окунуться в более эзотерические области.

Механика

Первую подборку законов, управляющих нашей повседневной жизнью, лучше всего объяснил английский учёный Исаак Ньютон (1643-1727). Они относятся к движению материальных объектов — к области науки, известной как механика. Это, пожалуй, один из старейших предметов физических исследований. Со времён древних греков мыслители пытались разобраться с движением понятным способом, но без особого успеха. Ньютон разработал раздел математики, который мы сейчас называем дифференциальным и интегральным исчислением, и эти новые инструменты позволили ему установить правила, регулирующие такие вещи, как движение брошенных тел (то есть объектов, которые брошены или запущены в воздух иным образом). Его правила легко сформулировать, и они известны как законы движения Ньютона:

• В отсутствие внешних силовых воздействий тело будет продолжать равномерно двигаться по прямой.

• Ускорение движущегося тела пропорционально сумме приложенных к нему сил и обратно пропорционально его массе.

• Всякому действию сопоставлено равное по силе и обратное по направлению противодействие.

Эти законы применимы к любому объекту, движущемуся в любой точке Вселенной — к этому моменту мы вскоре вернёмся. По сути, первый закон говорит нам, как узнать, когда на объект воздействует сила, а второй говорит нам, что происходит, когда эта сила действительно воздействует. Однако в своей нынешней формулировке законы ничего не говорят о том, какие силы могут существовать в природе; они лишь описывают, как силы влияют на движение объектов. Поэтому далее мы рассмотрим тот тип силы, который управляет поведением планет.

Среди многих научных открытий, сделанных Ньютоном, пожалуй, нет более известного, чем закон всемирного тяготения. Этот закон гласит, что между любыми двумя объектами во Вселенной возникает сила притяжения (мы называем её гравитацией), которая пропорциональна массам двух объектов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. (Иными словами, удвойте массу одного объекта — и вы удвоите силу взаимодействия между ними обоими. Удвойте расстояние между ними — и вы уменьшите эту силу до четверти её первоначального значения.)

Вот так. Ньютон даже не подозревал, что в этих простых законах скрыты инструменты, которые позволяют нам определять массы планет, вращающихся вокруг звёзд за много триллионов миль от Земли. Например, в главе 5 мы увидим, что одним из самых действенных способов обнаружения экзопланет является наблюдение за небольшим потускнением света звезды, когда экзопланета движется перед ней, совершая то, что мы называем прохождением. Проследив за временем между последовательными прохождениями, мы можем использовать эти законы, чтобы рассчитать, насколько далеко от звезды находится планета. Соедините это со знанием о температуре поверхности звезды (поддающейся измерению), и вы сможете начать давать ответы на такие вопросы, как «Может ли эта планета обладать жидкой водой на своей поверхности?» И, конечно же, именно такие ответы являются ключевыми в наших рассуждениях о возможности жизни в других мирах.

Однако, отметив эту мысль, мы должны подчеркнуть, что важность ньютоновской картины Вселенной выходит далеко за рамки её применения к экзопланетам — применения, которое в любом случае было бы в значительной степени непонятным современникам Ньютона. На самом деле можно утверждать, что развитие ньютоновской механики положило начало современной науке, которая определяет рамки для теоретических предсказаний эффектов, которые ещё только предстоит измерить, и далее для проверки этих предсказаний не прощающим ошибок миром природы. В каком-то смысле все преимущества нашей современной технологической цивилизации являются прямым следствием ньютоновского подхода к миру.

Мы можем пойти ещё дальше. Ньютоновскую картину Солнечной системы можно уподобить часам. Движение планет можно сравнить с движением стрелок этих часов, тогда как законы движения соответствуют зубчатым колёсам, которые заставляют всё это работать. Применённый ко всей вселенной, этот образ мышления даёт картину порядка, равномерности и предсказуемости — того, что мы называем часовым механизмом Вселенной. В ньютоновском мире нет никаких сюрпризов, никаких неожиданных витков или поворотов. Например, летающие драконы, о которых мы упомянули в предыдущей главе, могли бы подняться в воздух только в том случае, если выталкивающая сила, связанная с их модифицированными плавательными пузырями, будет больше, чем сила тяжести, направленная вниз. Их способность маневрировать будет зависеть как от силы, прикладываемой к их крыльям при взмахах, так и от их массы. Законам Ньютона подчиняются даже детские сказки!

Этот взгляд на мир как на систему с часовым механизмом распространился далеко за пределы науки. Некоторые учёные даже утверждают, что Конституция Соединённых Штатов в долгу перед Исааком Ньютоном. Они утверждают, что отцы-основатели верили, будто они смогли бы открыть, как построить совершенное общество — точно так же, как Ньютон открыл, как устроить совершенную вселенную.