Краткие ответы на большие вопросы

Поверхность Земли – это двумерное пространство. То есть вы можете перемещаться по поверхности Земли в двух направлениях, расположенных под прямым углом друг к другу: в направлении с севера на юг или с востока на запад. Разумеется, есть и третье направление, расположенное под прямым углом к этим двум: направление вверх-вниз. Иными словами, поверхность Земли существует в трехмерном пространстве. Трехмерное пространство плоское. Можно сказать, оно подчиняется законам эвклидовой геометрии. Сумма углов треугольника составляет 180 градусов. Однако давайте вообразим расу двумерных существ, которые могут перемещаться по поверхности Земли, но не могут освоить третье измерение – вверх-вниз. Они не подозревают о плоском трехмерном пространстве, в котором находится поверхность Земли. Для них пространство должно быть искривлено, а геометрия – неэвклидовой.

Но так же как можно вообразить двумерных существ, обитающих на поверхности Земли, можно представить, что трехмерное пространство, в котором мы живем, является поверхностью сферы в другом измерении, которого нам не видно. Если сфера очень большая, то пространство будет почти плоским и эвклидова геометрия будет соответствовать небольшим расстояниям. Но придется признать, что для больших расстояний эвклидова геометрия неприменима.

Для наглядности представьте бригаду маляров, покрывающих краской большой шар. По мере того как множатся слои краски, площадь поверхности увеличивается. Если шар находится в плоском трехмерном пространстве, слои можно продолжать накладывать бесконечно, и шар будет становиться все больше и больше. Однако если трехмерное пространство является поверхностью сферы в другом измерении, его объем не может увеличиваться бесконечно. В какой-то момент шар, покрытый множеством слоев краски, станет занимать половину пространства. После этого маляры обнаружат, что оказались зажаты в области неизменно сокращающегося размера, а почти все пространство занято шаром, увеличившимся из-за большого количества слоев краски. Так они поймут, что живут не в плоском, а в искривленном пространстве.

Этот пример показывает, что невозможно судить о геометрии мира, исходя из основных принципов, как полагали древние греки. Необходимо измерять пространство, в котором мы живем, и экспериментальным путем выяснять его геометрию.

Способ описывать искривленные пространства нашел немец Бернхард Риман еще в 1854 году, но на протяжении шестидесяти лет этот способ представлял интерес исключительно для математиков. Этот способ может описывать искривленные пространства, существующие в абстракции, но никто не видел оснований, почему должно быть искривлено физическое пространство, в котором мы живем. Основание нашлось только в 1915 году, когда Эйнштейн выступил со своей общей теорией относительности.

Общая теория относительности стала крупной интеллектуальной революцией, которая изменила наши представления о Вселенной. Эта теория имеет отношение не только к искривлению пространства, но и к искривлению, или искажению, времени. Эйнштейн в 1905 году понял, что пространство и время теснейшим образом связаны друг с другом. Так родилась его частная (специальная) теория относительности, связывающая пространство и время воедино. Описать событие можно с помощью четырех параметров. Три из них описывают положение события. Событие может происходить на севере или востоке, в стольких-то километрах от Оксфордской площади и на такой-то высоте над уровнем моря. В более крупном масштабе это могут быть Галактическая широта и долгота – это углы в сферической системе координат, центром которой является Солнце. Третьей, дополняющей их координатой служит расстояние от Солнца. Четвертый параметр – время события.

Таким образом, можно представить пространство и время как четырехмерную сущность, которая называется «пространство-время». Каждая точка пространства-времени помечена четырьмя параметрами, которые определяют ее положение в пространстве и времени. Объединить пространство и время в пространство-время было бы несложно, если бы существовал уникальный способ определения времени и положения каждого события. В блестящей статье 1905 года, которую Эйнштейн написал, еще будучи сотрудником патентного бюро в Швейцарии, он показал, что время и положение, в котором, как считается, происходит событие, зависят от того, как движется наблюдатель. Это означает, что время и пространство неразрывно связаны между собой.

Время, в которое происходит событие, для разных наблюдателей будет одинаковым, если наблюдатели не движутся относительно друг друга. Но разница будет тем заметнее, чем выше их относительная скорость. Возникает логичный вопрос: а насколько быстро нужно двигаться, чтобы время для одного наблюдателя пошло вспять относительно времени другого наблюдателя? Ответ – в этом лимерике:

Очень шустрая мисс из ДакотыГоворила: «Эйнштейн – это что-то!Раз летала я где-тоВыше скорости светаИ вернулась за день до отлета!»[17]

Так что единственное, что нам нужно для путешествия во времени, – космический корабль, который будет обладать сверхсветовой скоростью. К сожалению, в той же статье Эйнштейн показал, что реактивной тяги, необходимой для ускорения космического корабля, по мере приближения к скорости света будет требоваться все больше и больше. Точнее, потребуется бесконечное количество энергии для достижения скорости, превышающей световую.

Таким образом, статья Эйнштейна 1905 года исключает возможность путешествия в прошлое. Она также показывает, что космические путешествия к звездам должны стать весьма длительным и утомительным делом. Если нельзя путешествовать со сверхсветовой скоростью, то полет от нас до ближайшей звезды и обратно займет как минимум восемь лет, а к центру Галактики, соответственно, примерно 50 000 лет. Если корабль будет двигаться со скоростью, близкой к световой, то для людей на борту полет к центру Галактики займет всего несколько лет. Но это не станет большим утешением, потому что на Земле за эти тысячи лет, разумеется, все их друзья и близкие умрут и будут давно забыты. Поэтому, кстати, авторы научно-фантастических романов стараются найти способы как-то обойти эту неприятность.

В 1915 году Эйнштейн показал, что влияние гравитации можно объяснить предположением о том, что пространство-время искривляется, или искажается, под воздействием материи и энергии. Мы можем наблюдать такое искривление пространства-времени под воздействием массы Солнца: видимое положение звезды или источника радиосигнала слегка смещается, когда Солнце оказывается между земным наблюдателем и источником. Изменение очень незначительное, примерно одна тысячная градуса, – это как перемещение на сантиметр относительно километра. Тем не менее его можно измерить с высокой точностью, и оно соответствует расчетам общей теории относительности. У нас есть экспериментальные доказательства искривления пространства и времени.

Степень искривления в ближайшем к нам окружении очень мала, потому что все гравитационные поля в Солнечной системе очень слабые. Но нам известно о возможности возникновения чрезвычайно сильных полей – например, в момент Большого взрыва или в черных дырах. Так могут ли пространство и время оказаться искривленными настолько, чтобы стали возможны описанные в научной фантастике выходы в гиперпространство, «кротовые норы» и путешествия во времени? На первый взгляд, все это возможно. Например, в 1948 году Курт Гёдель нашел решение уравнений поля для общей теории относительности Эйнштейна, которое представляет Вселенную, где вся материя вращается. В этой Вселенной можно отправиться в космическое путешествие и вернуться раньше времени старта. Гёдель работал в Принстонском институте перспективных исследований, там же, где провел свои последние годы Эйнштейн, и прославился доказательством того, что нельзя доказать все без исключения верные утверждения даже в такой, на первый взгляд, простой области, как арифметика. Но его доказательство, что общая теория относительности допускает путешествие во времени, серьезно расстроило Эйнштейна, который считал, что это невозможно.

Теперь мы знаем, что решение Гёделя не имеет отношения к нашей Вселенной, потому что оно не предполагает расширения. В нем также представлено невероятно высокое значение параметра, который называется космологической постоянной. По общему убеждению, это значение чрезвычайно мало. Тем не менее с тех пор были найдены очевидно более рациональные решения, допускающие путешествие во времени. Наибольший интерес представляет так называемая теория струн: космические струны, перемещающиеся одна относительно другой с околосветовой скоростью.

Космические струны – прекрасная идея теоретической физики, до которой не додумались писатели-фантасты. Судя по названию, эти струны очень длинные и имеют очень малое поперечное сечение. Но на самом деле их скорее можно представить в виде резиновых лент, испытывающих огромное напряжение – порядка миллиарда миллиардов миллиардов тонн. Космическая струна, прикрепленная к Солнцу, разгонит его от нуля до ста километров в час за тридцатую долю секунды.

Может показаться, что идея космических струн «высосана из пальца» и ее следует оставить писателям-фантастам, однако есть вполне реальные научные основания полагать, что космические струны могли образоваться в молодой Вселенной вскоре после Большого взрыва. А поскольку они находятся под таким невероятным напряжением, не исключено, что их скорость приближается к световой.

Вселенную Гёделя и быстродвижущиеся космические струны пространства-времени объединяет то, что они начинаются такими искаженными и искривленными, что пространство-время искривляется в обратную сторону и путешествие во времени становится возможным. Такую искривленную Вселенную мог создать Бог, только непонятно, зачем Ему это могло понадобиться. Все свидетельствует, что Вселенная началась в момент Большого взрыва без какого-то искривления, необходимого для путешествия в прошлое. А поскольку мы не в состоянии изменить процесс рождения Вселенной, то вопрос о возможности путешествия во времени сводится к другому: можем ли мы так искривить пространство-время, чтобы отправиться в прошлое. Думаю, это важная тема для изучения, но к ней надо подходить аккуратно, чтобы вас не сочли ненормальным. Если кто-то попробует получить грант на исследование путешествия во времени, заявка будет отклонена незамедлительно. Ни одно государственное учреждение не позволит себе признаться, что оно тратит общественные деньги на такие причуды, как путешествия во времени. Лучше пользоваться научной терминологией и говорить, например, о замкнутых кривых времени, что подразумевает то же самое. И это действительно очень серьезный вопрос. Поскольку общая теория относительности в принципе допускает путешествие во времени, допускает ли она это в нашей Вселенной? А если нет, то почему?

С путешествием во времени тесно связана способность быстро перемещаться из одной точки пространства в другую. Как я говорил ранее, Эйнштейн показал, что для разгона космического корабля до околосветовой скорости потребуется бесконечно мощная реактивная тяга. Так что единственный способ переместиться из одной части Галактики в другую за разумный период времени – возможность свернуть пространство-время таким образом, чтобы получилась небольшая труба, или «кротовая нора». Она может связать две части Галактики и действовать как кратчайший путь между ними; вы сможете слетать туда и обратно и еще застать в живых всех ваших друзей. Такие «кротовые норы» всерьез рассматривались как возможность, доступная цивилизации будущего. Если вам удастся переместиться из одной части Галактики в другую за пару недель, то и вернуться вы можете через другую «нору» – при этом раньше, чем отправились в путь. Также ничто не помешает вам путешествовать вперед и возвращаться в прошлое через одну «кротовую нору», если оба ее конца движутся относительно друг друга.

Можно сказать, что для создания «кротовой норы» необходимо изогнуть пространство-время в сторону, обратную той, в которую искривляет ее обычная материя. Обычная материя искривляет пространство-время на себя, как поверхность Земли. Но для создания «кротовой норы» требуется материя, которая искривляет пространство-время в обратную сторону, как поверхность седла. То же самое справедливо для любого другого искривления пространства-времени, чтобы путешествовать в прошлое, если только Вселенная не возникла настолько искривленной, что в ней уже есть возможности путешествия во времени. Только в таком случае потребуется материя с отрицательной массой и отрицательной плотностью энергии.

Энергия – как деньги. Если у вас в банке положительный баланс, вы можете пользоваться деньгами каким угодно образом. Однако согласно классическим законам, которые до недавнего времени считались непреложными, при использовании энергии овердрафт не допускается. Классические законы исключают для нас возможность искривить Вселенную так, чтобы появилась возможность путешествий во времени. Но классические законы опровергает квантовая теория – вторая после общей теории относительности великая интеллектуальная революция в наших представлениях о Вселенной. Квантовая теория более гибкая и позволяет в некоторых случаях допустить овердрафт. Однако банк должен оказать нам такую любезность. Иными словами, квантовая теория допускает наличие в некоторых местах отрицательной плотности энергии, если обеспечить положительную плотность в других.

Квантовая теория допускает отрицательную плотность энергии, поскольку основана на принципе неопределенности. А он утверждает, что некоторые характеристики, например положение и скорость частицы, не могут одновременно иметь точно измеренные значения. Чем точнее определяется положение частицы, тем выше неопределенность относительно ее скорости и наоборот. Принцип неопределенности применяется также к полям – например, к электромагнитному или гравитационному полю. Он утверждает, что эти поля не могут иметь нулевое значение даже там, где, как нам кажется, пустое пространство. Дело в том, что если их значения будут равны нулю, то это означает, что они должны иметь четко определенное положение, равное нулю, и четко определенную скорость, равную нулю. А это противоречит принципу неопределенности. Значит, поля должны иметь некоторую минимальную флуктуацию. Можно представить так называемые флуктуации вакуума в виде пар частиц и античастиц, которые внезапно возникают, разъединяются, затем сливаются вновь и аннигилируют, взаимоуничтожаясь.

Такие пары частиц – античастиц считаются виртуальными, потому что их невозможно непосредственно зафиксировать с помощью детектора частиц. Но косвенный эффект наблюдать можно. Для этого используется так называемый эффект Казимира. Попробуйте представить две параллельные металлические пластины, находящиеся на небольшом расстоянии одна от другой. Пластины работают как зеркала для виртуальных частиц и античастиц. Это означает, что пространство между пластинами выглядит как органная труба, только она пропускает световые волны определенной резонансной частоты. В результате выяснится, что между пластинами происходит некоторое количество квантовых флуктуаций, отличное от того, что происходит за ними, там, где эти флуктуации могут иметь любую длину волны. Различие в количестве виртуальных частиц между пластинами и снаружи означает, что с одной стороны пластины испытывают большее давление, чем с другой. Возникает небольшая сила, которая приближает пластины друг к другу. Эту силу можно измерить экспериментально. Так что виртуальные частицы существуют в реальности и производят реальный эффект.

Поскольку между пластинами меньше виртуальных частиц, или квантовых флуктуаций в вакууме, то и плотность энергии здесь ниже, чем в окружающем пространстве. Но плотность энергии пустого пространства на большом удалении от пластин должна равняться нулю. Иначе пространство-время окажется искривленным и Вселенная – не совсем плоской. Значит, плотность энергии в области между пластинами должна быть отрицательной.

Экспериментально доказанное отклонение света свидетельствует о том, что пространство-время искривлено, а эффект Казимира подтверждает, что искривление может иметь отрицательное значение. И может показаться, что по мере развития науки и технологий мы сумеем создавать «кротовые норы» или искривлять пространство и время каким-то иным образом, чтобы получить возможность путешествовать в прошлое. Но в таком случае неизбежно возникает целый ряд вопросов и проблем. Например: если в будущем станут возможны путешествия во времени, почему до сих пор никто не вернулся к нам из будущего и не рассказал, как это сделать.

Даже если есть веские основания держать нас в неведении, человеку по своей природе трудно поверить, что никто не захочет появиться и раскрыть нам, бедным отсталым крестьянам, тайну путешествия во времени. Разумеется, кое-кто утверждает, что нас уже посещают гости из будущего – они прилетают на НЛО, а правительства вовлечены в гигантский заговор по сокрытию этих фактов, чтобы самим пользоваться научными знаниями, которые несут с собой гости. Могу сказать лишь одно: если правительства что-то и скрывают, то они все равно не в состоянии воспользоваться полезной информацией, полученной от инопланетян. Я очень скептически отношусь к «теории заговоров» и считаю более правдоподобной «теорию лажи». Сообщения об НЛО не могут быть связаны исключительно с инопланетянами, потому что они взаимно противоречивы. Но если признать, что некоторые из этих наблюдений – просто ошибки или галлюцинации, не логичнее ли допустить, что они и являются таковыми, чем поверить, что нас посещают гости из будущего или из другой части Галактики? Если эти гости действительно хотят колонизировать Землю или предупредить нас о какой-то опасности, то действуют они крайне неэффективно.

Есть способ примирить идею путешествия во времени с тем фактом, что мы никогда не встречались с гостями из будущего. Можно сказать, что такие путешествия станут возможными только в будущем. Пространство-время нашего прошлого фиксированное, потому что мы наблюдали его и видели, что оно недостаточно искривлено для того, чтобы мы имели возможность отправиться назад во времени. А будущее – открыто, поэтому когда-нибудь мы научимся искривлять пространство-время и получим возможность путешествий во времени. Но поскольку искривлять пространство-время мы сможем лишь в будущем, то не сможем возвращаться из него в наше настоящее или еще раньше.

Такая картинка может вполне объяснить, почему мы не испытываем наплыва туристов из будущего. Но она все равно оставляет место для множества парадоксов. Предположим, появилась возможность совершить полет на космическом корабле и вернуться до начала полета. Что вам помешает взорвать ракету на стартовой площадке и тем самым исключить для себя возможность такого полета? Есть и другие не менее парадоксальные версии: например, вернуться в прошлое и убить своих родителей до того, как вы появились на свет. Этому есть два возможных решения.

Одно я бы назвал согласованно-историческим подходом. В этом случае можно найти согласованное решение физических уравнений – даже при том, что пространство-время искривлено настолько, что есть возможность путешествия в прошлое. С этой точки зрения, вы не можете подготовить ракету для путешествия в прошлое, если вы в него не вернулись и не смогли взорвать стартовую площадку. Это – последовательная картинка, но она говорит о том, что мы полностью детерминированы: мы не в состоянии изменить свои мысли. Это чересчур для свободы воли.

Другое решение я называю альтернативно-историческим подходом. Его отстаивал физик Дэвид Дойч, и его, вероятно, имели в виду создатели фильма «Назад в будущее». При таком подходе в одной альтернативной истории не будет никакого возвращения из будущего до старта ракеты и, соответственно, не будет и возможности ее взорвать. Но когда путешественник возвращается из будущего, он попадает в другую альтернативную историю. В ней человеческая раса прилагает неимоверные усилия, чтобы построить космический корабль, но перед стартом из другой части Галактики появляется похожий корабль и уничтожает построенный.

Дэвид Дойч предпочитает альтернативно-исторический подход концепции множественности историй, которую выдвинул физик Ричард Фейнман. Его идея заключается в том, что, согласно квантовой теории, у Вселенной нет уникальной и единственной истории. Во Вселенной существуют все возможные истории, каждая – со своей долей вероятности. Должна быть возможность существования истории, в которой на Ближнем Востоке – устойчивый мир, но вероятность такой истории, скорее всего, невелика.

В некоторых историях пространство-время искривлено настолько, что такие объекты, как ракеты, смогут возвращаться в свое прошлое. Но каждая история – цельная и самодостаточная, описывающая не только искривленное пространство-время, но и все объекты, в нем находящиеся. Поэтому ракета, возвращаясь, не может попасть в другую альтернативную историю. Она остается в той же истории, которая должна быть самосогласованной. И я, в отличие от Дойча, полагаю, что идея множественности историй работает скорее в пользу согласованно-исторического, нежели альтернативно-исторического подхода.

Судя по всему, мы не в состоянии отказаться от согласованно-исторической картины. Однако это может не касаться проблем детерминизма и свободы воли, если есть очень малая вероятность историй, в которых пространство-время искривлено так, что путешествие во времени возможно за пределами макроскопического масштаба. Я это называю гипотезой о защищенности хронологии: законы физики устроены так, чтобы предотвратить путешествие во времени на макроскопическом уровне.

ЕСТЬ ЛИ СМЫСЛ УСТРАИВАТЬ ПРИЕМ ДЛЯ ПУТЕШЕСТВЕННИКОВ ВО ВРЕМЕНИ? КАК ВЫ ДУМАЕТЕ, ПРИДЕТ ЛИ КТО-НИБУДЬ?

В 2009 году я устроил прием для путешественников во времени в своем колледже Гонвиль и Киз в Кембридже. Я думал снять фильм. Я хотел, чтобы пришли только настоящие путешественники во времени, поэтому не стал рассылать приглашения до окончания приема.

В назначенный день я сидел в колледже и ждал, но никто не пришел. Я был разочарован, но не удивлен, поскольку показал, что если общая теория относительности верна и плотность энергии положительная, то путешествие во времени невозможно. Я буду рад, если хотя бы одно из моих предположений оказалось ошибочным.

Похоже, все выглядит так, что если пространство-время искривлено почти достаточно для возможности путешествия в прошлое, то виртуальные частицы могут стать почти реальными частицами, движущимися по замкнутым траекториям. Плотность виртуальных частиц и их энергия значительно возрастают, что означает, что вероятность таких историй очень мала. Хотя это становится похожим на деятельность агентства по защите хронологии, которое стремится сохранить мир для историков. Но тема искривления пространства и времени пока еще в зачаточном состоянии. Согласно объединяющей форме теории струн, известной как М-теория, на которую мы возлагаем большие надежды в плане объединения общей теории относительности и квантовой теории, пространство-время должно иметь одиннадцать измерений, а не четыре, которые мы ощущаем. Суть в том, что семь из этих одиннадцати измерений свернуты в столь малое пространство, что мы его не замечаем. С другой стороны, остающиеся четыре измерения практически плоские и представляют собой то, что мы называем пространством-временем. Если такая картина верна, то должна быть возможность каким-то образом соединить четыре плоских измерения с остающимися семью сильно искривленными, или искаженными, измерениями. Что из этого получится, мы пока не знаем. Но возможности открываются весьма увлекательные.

В заключение скажу следующее. Наши современные представления не исключают возможности быстрых космических путешествий и возвращения в прошлое.

Это может порождать огромные логические проблемы, поэтому будем надеяться, что существует некий Закон о защищенности хронологии, который не позволит людям возвращаться в прошлое и убивать своих родителей. Но любителям научной фантастики не стоит расстраиваться. М-теория дарит надежду.

7

Сохранится ли жизнь на Земле?

В январе 2018 года журнал Bulletin of the Atomic Scientists, основанный группой физиков – участников Манхэттенского проекта по созданию первого атомного оружия, переставил стрелку часов Судного дня, показывающих неотвратимость катастрофы, военной или экологической, которая угрожает Земле, на без двух минут полночь.

У этих часов любопытная история. Их запустили в 1947 году, когда только начинался атомный век. Роберт Оппенгеймер, научный руководитель Манхэттенского проекта, позже так высказался по поводу взрыва первой атомной бомбы в июле 1945 года: «Мы поняли, что мир уже не будет прежним. Кто-то смеялся, кто-то плакал. Большинство молчали. Мне вспоминалась строка из индийского текста “Бхагавад-Гиты”: “Я Смерть, разрушитель миров”».

В 1947 году стрелка показывала без семи минут полночь. Сейчас она ближе к Судному дню, чем когда-либо, не считая начала 1950-х годов, когда была развязана холодная война. Часы и движение стрелки, разумеется, чисто символические, но мне хотелось бы подчеркнуть, что к столь тревожному предупреждению ученых, которому отчасти способствовало избрание Дональда Трампа, следует отнестись серьезно. Эти часы и сама идея о том, что время, отведенное человечеству, истекает или даже заканчивается, что это – реальность или паникерство? Они предупреждают своевременно или напрасно?

Я лично очень заинтересован во времени. Во-первых, моя книга, ставшая бестселлером и главной причиной моей известности за границами научного сообщества, называлась «Краткая история времени». Кто-то даже мог подумать, что я эксперт по времени, хотя, конечно, в наши дни быть экспертом, наверное, не самое лучшее дело. Во-вторых, как человек, которому в двадцать один год сказали, что ему осталось пять лет жизни, но у которого в 2018 году за плечами уже семьдесят шесть лет, я эксперт по времени в другом, гораздо более персональном смысле. Я очень остро и тревожно ощущаю течение времени и бо́льшую часть жизни прожил с ощущением, что дарованное мне время, как говорится, взято взаймы.

Не припомню периода, когда мир находился политически в более нестабильном положении, чем сейчас. Огромное количество людей в экономическом и социальном смысле чувствуют себя выброшенными на обочину. В результате они обращаются к популистским или, по крайней мере, популярным политикам, имеющим ограниченный опыт государственной деятельности, чья способность принимать обдуманные решения в моменты кризиса все еще нуждается в проверке. Из этого следует, что стрелку часов Судного дня приходится переводить ближе к критической точке, учитывая действия безответственных или злонамеренных сил, подталкивающих наступление Армагеддона.

Планете сейчас грозит опасность в таком количестве областей, что мне трудно сохранять позитив. Опасности слишком велики и слишком многочисленны.

Прежде всего, Земля становится для нас слишком мала. Наши физические ресурсы истощаются пугающими темпами. Мы преподнесли планете катастрофический подарок в виде изменения климата. Повышение температуры, сокращение полярных льдов исчезновение лесов, перенаселение, болезни, войны, голод, недостаток питьевой воды и резкое сокращение видов животных – все это решаемые, но до сих пор не решенные проблемы.

Глобальному потеплению способствует каждый из нас. Мы хотим пользоваться автомобилями, путешествовать, повышать уровень жизни. Проблема в том, что, когда люди поймут, что происходит, может оказаться слишком поздно. Поскольку мы находимся на грани Второго ядерного века и живем в период беспрецедентных климатических изменений, на ученых лежит особая ответственность: вновь ставить в известность общество и политических лидеров об опасностях, подстерегающих человечество. Как ученые, мы понимаем опасность ядерного оружия и его разрушительного эффекта, и мы видим, что влияние человеческой деятельности и технологий на климатическую систему ведет к непоправимому изменению жизни на Земле. Как граждане мира, мы сознаем свой долг поделиться своими знаниями и предупредить общество о необязательных рисках, которым мы подвергаемся ежедневно. Мы предвидим огромную опасность, если правительства и общество не предпримут немедленных действий по ликвидации ядерного оружия и предотвращению дальнейшего изменения климата.

В то же время многие из тех же самых политиков отрицают реальность рукотворного изменения климата или как минимум способности человека обратить эти изменения вспять. Но мир сейчас стоит на грани ряда экологических кризисов. Есть опасения, что глобальное потепление может стать самопроизвольным, если уже не стало таковым. Таяние арктических и антарктических льдов сокращает количество солнечной энергии, отражаемой в космическое пространство, и тем самым еще больше способствует повышению температуры. Климатические изменения могут погубить амазонские и другие тропические леса, а это ликвидирует один из способов удаления из атмосферы углекислого газа. Повышение температуры воды в океанах может дать толчок дополнительному выбросу больших объемов углекислого газа. Оба этих явления усилят парниковый эффект, что интенсифицирует глобальное потепление. В результате наш климат станет похож на венерианский: нестерпимый зной с сернокислотными дождями при температуре 460 градусов Цельсия. Существование человечества станет невозможным. Мы должны пойти дальше Киотского протокола – международного соглашения, принятого в 1997 году, и немедленно начать сокращать углеродные выбросы. Технологии у нас есть. Не хватает лишь политической воли.

Мы можем быть невежественными, мы можем совершать бездумные действия. В истории уже случались подобные кризисы, но обычно всегда оставались еще неосвоенные места, которые можно было колонизировать. В 1492 году Колумб открыл Новый Свет, но второго Нового Света у нас нет. Нет Утопии под боком. Нам катастрофически не хватает пространства, и единственный путь для нас – к новым мирам.

Вселенная – жестокое место. Звезды поглощают планеты, сверхновые звезды испускают в пространство смертоносное излучение, черные дыры сталкиваются, астероиды носятся со скоростью в десятки километров в секунду. Разумеется, все эти явления не делают космос особо привлекательным местом, но именно они являются причиной того, что нам следует отправляться в космос, а не сидеть на месте. Мы никак не можем защитить себя от столкновения с астероидом. Последнее крупное столкновение произошло примерно 66 миллионов лет назад. Оно считается причиной исчезновения динозавров. Такое может произойти еще раз. Это не научная фантастика; это гарантировано физическими законами и теорией вероятности.

Ядерная война в настоящее время все еще остается величайшей угрозой для человечества. Об этой опасности мы немного забыли. Россия и Соединенные Штаты уже не с такой охотой готовы нажать на кнопку, но не исключен несчастный случай или действия террористов, способных захватить атомную бомбу. Риск увеличивается по мере того, как к ядерному оружию получают доступ новые страны. Даже после окончания холодной войны запасов ядерного оружия достаточно, чтобы уничтожить нас всех несколько раз, и новые ядерные державы усиливают нестабильность. Со временем ядерная угроза, возможно, спадет, но появятся другие, и мы должны оставаться начеку.

Так или иначе, я думаю, что в ближайшую тысячу лет ядерная конфронтация или экологическая катастрофа могут привести в негодность нашу планету. В масштабе геологического времени это произойдет в мгновение ока. Но я надеюсь и верю, что к тому времени наша изобретательная раса найдет способ выскользнуть за жесткие пределы Земли и тем самым пережить катастрофу. Разумеется, это окажется невозможным для миллионов других видов, обитающих на планете, и их гибель останется на нашей совести.

Думаю, мы ведем себя с безрассудным равнодушием к нашему будущему на планете Земля. В данный момент деваться нам некуда, но в долгосрочной перспективе человечеству не следует держать все яйца в одной корзине, или на одной планете. Очень надеюсь, мы не уроним корзину раньше, чем выясним, как можно совершить побег с Земли. Мы по природе своей исследователи. Нами движет любопытство. Это уникальное человеческое качество. Это неуемное любопытство толкало исследователей доказать, что Земля не плоская; тот же инстинкт направляет нас к звездам со скоростью мысли и требует, чтобы мы полетели туда на самом деле. И когда мы совершаем великие достижения, такие как высадка на Луну, мы возвышаем человечество, объединяем народы и нации, возвещаем о новых открытиях и создании новых технологий. Чтобы покинуть Землю, потребуются совместные глобальные усилия. В этом должен будет принять участие каждый. Нужно вспомнить восторг, который охватил нас в 1960-е годы, когда начались первые полеты в космос. До новых технологий рукой подать. Настало время исследования Солнечной системы. Освоение космоса – возможно, наш единственный шанс спастись от самих себя. Убежден, человечество должно покинуть Землю. Если останемся, рискуем исчезнуть.

* * *

Помимо моих надежд на освоение космоса, каким может выглядеть будущее и как нам может помочь в этом наука?

Самые популярные версии науки будущего представлены в научно-фантастических сериалах типа «Звездного пути». Продюсеры даже уговорили меня сняться в нем, хотя им это было не трудно.

Мое появление было весьма забавным, но упомянул я об этом по серьезному поводу. Почти все изображения будущего со времен Герберта Уэллса и по сей день были, по сути, статичными. Они представляют общество, которое во многих смыслах далеко опережает нас в науке, технологиях и политическом устройстве (последнее, пожалуй, не так сложно). В период между «сейчас» и «потом», должно быть, произошли великие изменения с соответствующими конфликтами и неудачами. Но к тому моменту будущего, который нам показывают, наука, технологии и организация общества предстают на уровне почти полного совершенства.

Я сомневаюсь в подобной картине и задаюсь вопросом, можем ли мы когда-нибудь достичь окончательного стабильного состояния в науке и технологиях. Ни в один момент за последние 10 000 лет, после окончания ледникового периода, человечество не оказывалось в неизменном состоянии науки и технологий. Бывали некоторые отступления, как в Темные века после падения Римской империи. Но население планеты неуклонно увеличивалось, если не считать некоторых сбоев в периоды эпидемий типа Черной смерти, а это говорит о степени наших технологических способностей сохранять жизнь и обеспечивать себя пропитанием. За последние 200 лет рост ускорялся временами экспоненциально – население планеты увеличилось с 1 миллиарда до примерно 7,6. Другие признаки технологического развития в последнее время – рост потребления электроэнергии или количества научных публикаций. Они тоже демонстрируют почти экспоненциальный рост. На самом деле у нас сейчас настолько завышенные ожидания, что некоторые чувствуют, что политики и ученые их обманывают, поскольку мы еще не достигли утопических представлений о будущем. Например, в фильме «Космическая одиссея 2001 года» показали, что у нас в это время уже должна быть база на Луне и мы должны вовсю совершать пилотируемые космические полеты к Юпитеру.[18]

Ничто не говорит о том, что в будущем научный и технологический прогресс может резко замедлиться. По крайней мере, в ближайшие триста пятьдесят лет, которые отделяют нас от событий «Звездного пути». Но нынешние темпы роста в новом тысячелетии не могут оставаться неизменными. К 2600 году населению Земли придется стоять плечом к плечу, а от потребления электроэнергии планета будет светиться красным цветом. Если выставлять в ряд все новые публикуемые книги, то при нынешнем темпе книгопечатания придется двигаться со скоростью 15 километров в час, чтобы успевать за нарастанием ряда. Разумеется, к 2600 году новые художественные и научные произведения будут появляться скорее в электронной форме, нежели как материальные книги и журналы. Тем не менее, если экспоненциальный рост продолжится, в моей области теоретической физики будет появляться по десять статей в секунду, ни у кого не будет времени прочитать их.

Очевидно, такой экспоненциальный рост не может продолжаться бесконечно. А что же произойдет? Есть вероятность, что мы просто уничтожим себя в результате какой-нибудь катастрофы типа ядерной войны. Даже если мы не уничтожим себя полностью, не исключено, что мы опустимся до состояния дикости и варварства, как в начальной сцене «Терминатора».

Как будут развиваться наука и технологии в ближайшее тысячелетие? Вопрос сложный. Но позвольте проявить смелость и предложить свое видение будущего. У меня есть некоторые шансы оказаться провидцем относительно ближайших сотен лет, но дальше – лишь необузданные фантазии.

Наши современные научные представления сформировались примерно в то время, когда в Северной Америке появились первые поселения европейцев, и к концу XIX века, похоже, мы достигли полного понимания устройства Вселенной в рамках так называемых классических законов. Но, как известно, наблюдения, сделанные в ХХ веке, показали, что энергия распространяется дискретными порциями, которые получили название квантов. Макс Планк и другие начали создавать теорию под названием квантовая механика. Она представляет совершенно иную картину реальности, в которой объекты имеют не единую уникальную историю, а множество историй, каждую со своей степенью вероятности. Если посмотреть на отдельные частицы, их вероятные истории должны включать траектории, в которых возможно движение со сверхсветовой скоростью, и траектории, которые уходят назад, в прошлое. К тому же траектории, уходящие в прошлое, – это не какие-то черти, уместившиеся на кончике иглы. Они оказывают реальное, измеримое влияние. Даже то, что мы считаем пустым пространством, полно частиц, движущихся в замкнутых петлях пространства и времени. То есть на одной стороне петли они движутся вперед во времени, а на другой – в противоположном направлении.

Сложность в том, что в пространстве и времени бесконечное количество точек, а следовательно, бесконечное количество возможных замкнутых петель частиц. А бесконечное количество замкнутых петель частиц должно иметь бесконечное количество энергии и сворачивать пространство и время в одну точку. Даже научная фантастика не в состоянии представить столь причудливого положения. Изучение такой бесконечной энергии требует поистине творческого подхода, и большинство работ в области теоретической физики за последние двадцать лет посвящены поиску теории, в которой бесконечное количество замкнутых петель в пространстве и времени полностью взаимоуничтожается. Только тогда мы сможем объединить квантовую теорию с общей теорией относительности Эйнштейна и получить полную теорию основных законов Вселенной.

Какова вероятность того, что мы создадим такую всеобщую теорию в ближайшее тысячелетие? Я бы сказал, что она весьма высока, но я неисправимый оптимист. В 1980 году я говорил, что есть шансы «пятьдесят на пятьдесят», что в ближайшие двадцать лет мы создадим единую теорию всего. За прошедшие годы мы добились значительного прогресса, но до единой теории, похоже, все так же далеко. Неужели Священный Грааль физики так и останется недостижимым? Думаю, нет.

В начале ХХ века у нас было представление о процессах, происходящих в природе, на уровне масштабов классической физики, минимальные значения которых составляют сотые доли миллиметра. Работы по атомной физике первого тридцатилетия ХХ века приблизили нас к пониманию процессов в масштабах до одной миллионной миллиметра. Затем исследования в области ядерной физики и физики высоких энергий приблизили нас к расстояниям, измеряемым уже миллиардными долями. Казалось, мы можем идти все дальше и дальше, обнаруживать структуры все меньших и меньших размеров. Однако у этого процесса есть предел, как у русской матрешки. Постепенно ты добираешься до самой маленькой куколки, которую уже нельзя разобрать. В физике такая самая маленькая куколка называется планковской длиной и равняется примерно 1,6 × 10–35 м, или миллиметру, разделенному на 100 000 миллиардов миллиардов миллиардов. Мы не готовы построить ускоритель частиц, который смог бы измерить столь малые расстояния. По размерам он должен быть больше Солнечной системы, и вряд ли его создание реально при нынешней финансовой ситуации. Однако следствия наших теорий можно проверить на более скромных приборах.

Ни в одной лаборатории невозможно эмпирически измерить планковскую длину, хотя мы можем изучать Большой взрыв, чтобы получить экспериментальные данные об уровне энергии и расстояниях в масштабах, недоступных на Земле. Впрочем, при создании полной теории всего нам следует в основном полагаться на красоту и непротиворечивость математики.

Картина будущего, изображенная в «Звездном пути», в которой мы находимся на продвинутом, но стационарном уровне, может оказаться справедливой с позиции наших знаний об основных законах, что правят Вселенной. Но не думаю, что мы когда-нибудь остановимся в постижении этих законов. Всеобщая теория не будет устанавливать ограничений по сложности систем, которые мы в состоянии создать, и с этой сложностью, на мой взгляд, и будут связаны самые важные достижения ближайшего тысячелетия.

* * *

Общепризнанно, что самая сложная система, которая у нас есть, – это человеческий организм. Жизнь, судя по всему, зародилась 4 миллиарда лет назад в первичных океанах, покрывающих Землю. Как это произошло, мы не знаем. Возможно, случайные столкновения атомов привели к образованию макромолекул, которые обладали способностью к самовоспроизводству и могли выстраиваться в более сложные структуры. Но мы знаем, что 3,5 миллиарда лет назад возникла чрезвычайно сложная молекула – ДНК, основа жизни на Земле. Структура ее выглядит как двойная спираль и чем-то напоминает винтовую лестницу. ДНК открыли в 1953 году Френсис Крик и Джеймс Уотсон из Кавендишской лаборатории в Кембридже. Линии этой двойной спирали связаны парами азотистых оснований, как ступени винтовой лестницы. Их четыре: цитозин, гуанин, аденин и тимин. Порядок, в котором различные азотистые основания, а точнее – нуклеотиды, выстраиваются на этой винтовой лестнице, является генетической информацией, дающей возможность молекуле ДНК репродуцироваться и выстраивать организм вокруг себя. Когда клетка создает копии ДНК, могут возникать случайные ошибки в порядке расположения нуклеотидов вдоль спирали. В большинстве случаев ошибки при копировании лишают ДНК возможности к самовоспроизводству. Такие генетические ошибки, или, как их еще называют, мутации, обречены на гибель. Но в отдельных случаях ошибки или мутации повышают шансы ДНК на выживание и воспроизводство. Информация, содержащаяся в последовательности нуклеотидов, постепенно увеличивается и усложняется. О естественной селекции мутаций впервые заговорил другой ученый из Кембриджа, Чарльз Дарвин, в 1858 году, однако он не знал стоящий за этим механизм.

Поскольку биологическая эволюция, в принципе, случайное блуждание в пространстве генетических возможностей, она происходит очень медленно. Сложность, или количество бит информации, закодированной в ДНК, приблизительно определяется количеством нуклеотидов в молекуле. Каждый бит информации можно представить в виде ответа «да – нет».

КАКАЯ ГЛАВНАЯ ОПАСНОСТЬ ГРОЗИТ НАШЕЙ ПЛАНЕТЕ В БУДУЩЕМ?

Столкновение с астероидом – опасность, против которой у нас нет защиты. Последнее серьезное столкновение с астероидом произошло 66 миллионов лет назад. В результате вымерли динозавры. Более непосредственная опасность – стремительное изменение климата. Повышение температуры воды в океанах ведет к таянию полярных льдов и выделению значительных объемов углекислого газа. В результате у нас будет климат, как на Венере, только при температуре плюс 460 градусов Цельсия.

В первые 2 миллиарда лет темп нарастания сложности составлял примерно один бит информации за каждую сотню лет. Но в последние несколько миллионов лет темп повысился до одного бита в год. Сейчас мы на пороге новой эры. У нас появляется возможность увеличивать сложность ДНК, преодолевая медлительность процесса биологической эволюции. За последние 10 000 лет человеческий организм претерпел относительно незначительные изменения. Но есть вероятность, что в ближайшее тысячелетие у нас появится возможность полностью его трансформировать. Конечно, многие скажут, что генная инженерия применительно к людям должна быть запрещена. Но я сомневаюсь, что это можно предотвратить. Из экономических соображений генетические опыты будут проводиться на растениях и животных, и кто-то обязательно захочет поэкспериментировать на людях. Если у нас не наступит тоталитарный мировой порядок, кто-нибудь где-нибудь создаст усовершенствованного человека.

Разумеется, создание совершенных людей породит серьезные социальные и политические проблемы в отношении к несовершенным. Я не настаиваю, что генная инженерия человека – это хорошо. Я просто говорю, что в ближайшее тысячелетие это вполне может стать реальностью, хотим мы этого или нет. Вот почему я не верю научной фантастике типа «Звездного пути», где люди через триста пятьдесят лет практически не изменяются. Думаю, сложность человека и его ДНК будет достаточно быстро возрастать.

В некотором смысле человечеству, если оно хочет соответствовать нарастающей сложности окружающего мира и заниматься такими делами, как космические путешествия, необходимо усовершенствовать свои психические и физические способности. Необходимо повышать сложность в том случае, если мы хотим, чтобы биологические системы опережали электронные. В данный момент у компьютеров есть преимущество в скорости, но они не проявляют никаких признаков разума. Это не удивительно, потому что наши нынешние компьютеры устроены проще, чем мозг земляного червя – вида, не обладающего выдающимися интеллектуальными способностями. Но компьютеры в целом подчиняются закону Мура, согласно которому производительность процессоров каждые восемнадцать месяцев удваивается. Это один из примеров экспоненциального роста, который не может продолжаться бесконечно. На самом деле он уже начинает замедляться. Однако высокие темпы совершенствования сохранятся, скорее всего, до тех пор, пока сложность компьютера не приблизится по сложности к человеческому мозгу. Говорят, компьютеры никогда не станут по-настоящему разумными, какими бы сложными они ни были. Но мне кажется, что если разум человека обеспечивается деятельностью очень сложных химических молекул, то не менее сложные электронные цепи могут способствовать тому, что и компьютеры будут вести себя не менее разумно. А если они станут разумными, то не исключено, что будут создавать новые компьютеры – еще большей сложности и с высокими интеллектуальными способностями.

Вот почему я не верю в научно-фантастическую картину развитого, но стационарного будущего. Я ожидаю ускоренного нарастания сложности – как в биологической, так и в электронной сфере. Вряд ли что-то заметное произойдет в ближайшие сто лет, о которых мы имеем более или менее четкое представление. Но к концу тысячелетия, если доживем, изменения должны оказаться фундаментальными.

Линкольн Стеффенс когда-то сказал: «Я видел будущее, и оно работает». На самом деле он говорил о Советском Союзе, который, как известно, не очень хорошо работал. Тем не менее я думаю, что у нынешнего мирового порядка есть будущее, но выглядеть оно будет совершенно иначе.

8

Надо ли осваивать космос?

Зачем нам космос? Чем оправдать огромные усилия и деньги, затраченные на то, чтобы доставить с Луны несколько камней? Нет ли на Земле более важных дел? Очевидный ответ находится здесь, он вокруг нас. Оставаться на Земле – все равно что сидеть на необитаемом острове после кораблекрушения и не пытаться спастись. Солнечную систему необходимо исследовать для того, чтобы найти места, пригодные для жизни человечества.

В каком-то смысле ситуация похожа на ту, что была в Европе до 1492 года. Наверняка многие говорили, что поощрять сумасбродство Колумба – выбрасывать деньги на ветер. Однако открытие Нового Света оказало огромное влияние на Старый. Только представьте, что мы бы жили без бигмака или KFC! Наше распространение в космосе будет иметь еще больший эффект. Это полностью изменит будущее человечества и, возможно, определит, есть ли у нас вообще какое-то будущее. Это не решит никаких насущных проблем на планете Земля, но даст нам возможность посмотреть на них с другой стороны и заставит смотреть больше вперед, чем оглядываться назад. Надеюсь, это объединит человечество для решения общих задач.

Конечно, это долгосрочная стратегия. Под «долгими сроками» я подразумеваю сотни или даже тысячи лет. В течение тридцати лет мы можем построить базу на Луне, в ближайшие пятьдесят – добраться до Марса, через двести – исследовать спутники других планет. Я говорю о пилотируемых полетах. Роботы-вездеходы уже колесят по Марсу, мы уже посадили зонд на Титан – спутник Сатурна, но если думать о будущем человечества, нам нужно отправляться туда самим.

Космические путешествия – удовольствие недешевое, но они потребуют лишь малой толики мировых ресурсов. Бюджет НАСА остается приблизительно неизменным в реальных цифрах со времен экспедиций «Аполлонов», но сократился с 0,3 % ВВП США в 1970 году до 0,1 % в 2017 году. Даже если в двадцать раз увеличить международный бюджет, чтобы всерьез заняться освоением космоса, это будет составлять лишь доли процента от мирового ВВП.

Конечно, найдутся те, кто станет утверждать, что эти деньги лучше потратить на решение земных проблем, таких как изменение климата или загрязнение окружающей среды, чем вкладывать их, возможно, в бесплодные поиски новой планеты. Я не отрицаю важности борьбы с последствиями изменения климата и глобального потепления, но мы можем заниматься этим и заодно выделить четверть процента мирового ВВП на космос. Неужели наше будущее не стоит четверти процента?

В 1960-е годы мы считали, что космос стоит больших усилий. В 1962 году президент Кеннеди обещал, что в ближайшее десятилетие Соединенные Штаты отправят человека на Луну. Двадцатого июля 1969 года Нил Армстронг и Базз Олдрин совершили посадку на поверхности Луны. Это изменило будущее человечества. Тогда мне было двадцать семь, я работал в Кембридже и пропустил трансляцию этого события. В этот день я был на конференции по проблемам сингулярности в Ливерпуле и слушал лекцию Рене Тома по теории катастроф. ТВ тогда не знало технологии «отложенного просмотра», да и телевизора там не было, но мой двухлетний сын пересказал мне, что видел.

Космическая гонка способствовала росту интереса к науке и ускорению технического прогресса. Под влиянием лунных экспедиций многие современные ученые пришли в науку с целью побольше узнать о нас и о нашем месте во Вселенной. Для мира открылись новые перспективы, которые дали возможность взглянуть на планету в целом. Однако с момента последней экспедиции на Луну в 1972 году и при отсутствии дальнейших планов на осуществление пилотируемых космических полетов общественный интерес к космосу погас. Это совпало с общим разочарованием в науке на Западе: она, конечно, приносила немало пользы, но не решала социальных проблем, вызывающих повышенное внимание.

Новая программа пилотируемых космических полетов могла бы во многом способствовать восстановлению общественного энтузиазма в отношении космоса и науки в целом. Роботизированные миссии гораздо дешевле и, возможно, дают больше научной информации, но не могут приковать к себе общественное внимание. И они не выводят в космос человечество, что, настаиваю, должно стать нашей долгосрочной стратегией. Планы по созданию базы на Луне к 2050 году и высадке человека на Марс к 2070 году могут активизировать космическую программу и придать ей особый смысл, как это было с заявлением президента Кеннеди в начале 1960-х. В конце 2017 года Илон Маск объявил о планах компании SpaseX создать базу на Луне и совершить пилотируемый полет на Марс к 2022 году, а президент Трамп подписал директиву, переориентирующую НАСА на космические исследования и открытия, так что, возможно, мы попадем туда и раньше.

Новый интерес к космосу может повысить репутацию науки в глазах общества в целом. Падение престижа занятий наукой имеет серьезные последствия. Мы живем в обществе, где науки и технологии играют важнейшую роль, однако в науку идут все меньше и меньше молодых людей. Новая и амбициозная космическая программа может увлечь молодежь, стимулировать ее заниматься различными областями науки, а не только астрофизикой и космологией.

То же самое могу сказать и про себя. Я всегда мечтал о космических полетах. Но много лет я думал, что мечта так и останется мечтой. Прикованный к Земле в инвалидном кресле, как я могу ощутить величие космоса иначе, чем с помощью воображения и занятий теоретической физикой? Я никогда не думал, что у меня появится возможность увидеть нашу прекрасную планету с орбиты или проникнуть в бесконечность космического пространства. Это удел астронавтов, немногих счастливцев, которым довелось испытать чудо и восторг космического полета. Но я не учитывал энергию и энтузиазм отдельных личностей, цель которых – совершить этот первый шаг за пределы Земли. В 2007 году мне чрезвычайно повезло совершить полет с достижением состояния невесомости, и ощутить ее впервые в жизни. Это длилось всего четыре минуты, но было прекрасно, я мог бы делать это снова и снова.

В то время нередко повторяли мою фразу о том, что я опасаюсь за будущее человечества, если оно не выйдет в космос. Я был убежден в этом тогда, убежден и теперь. Надеюсь, я показал, что любой может принять участие в космическом путешествии. Уверен, что задача ученых, таких как я, совместно с инновационно мыслящими бизнесменами сделать все возможное, чтобы популяризовать восторг и чудо космических путешествий.

Но могут ли люди долгое время существовать вне Земли? Наши эксперименты на МКС – Международной космической станции – показывают, что человек в состоянии жить и работать многие месяцы вдали от Земли. Конечно, состояние невесомости на орбите приводит к ряду нежелательных физиологических изменений, в том числе к слабости костных тканей, создает практические проблемы с жидкостями и так далее. Поэтому, вероятно, желательно создание баз длительного пользования на планетах или спутниках. Если их располагать под поверхностью, можно обеспечить защиту от метеоров и космического излучения, а также тепловую изоляцию. Планета или спутник могут также стать источником сырья, которое потребуется внеземному сообществу для обеспечения устойчивого, независимого от Земли существования.

Где в Солнечной системе есть приемлемые места для создания человеческих колоний? Самое очевидное – Луна. Она близко, до нее относительно просто добраться. Мы уже ходили по ней и даже ездили на луноходах. С другой стороны, Луна маленькая, у нее нет атмосферы или магнитного поля, которое отражало бы солнечную радиацию, как на Земле. Там нет воды в жидком состоянии, хотя в кратерах на северном и южном полюсах, возможно, лежит лед. Колония на Луне может использовать его для получения кислорода с помощью ядерной энергии или солнечных панелей. Луна может стать базой для дальнейших путешествий по Солнечной системе.

Следующая очевидная цель – Марс. Он в полтора раза дальше от Солнца, чем Земля, и получает, соответственно, вдвое меньше тепла. В прошлом он обладал магнитным полем, но оно исчезло 4 миллиарда лет назад, оставив Марс без защиты от солнечной радиации. А это лишило планету почти всей атмосферы. Сейчас она составляет лишь 1 % от земной. Однако в прошлом атмосферное давление могло быть выше. Можно судить об этом по следам, которые мы считаем пересохшими каналами и озерами. Сейчас вода в жидком состоянии не может находиться на поверхности Марса. При почти полном вакууме она должна испаряться. Но можно предположить, что на Марсе был теплый влажный период, в ходе которого могла возникнуть жизнь – либо спонтанно, либо в результате панспермии (то есть будучи занесенной откуда-то из Вселенной). Сейчас на Марсе нет признаков жизни, но если мы найдем свидетельства, что жизнь там когда-то существовала, это будет означать, что вероятность развития жизни на этой планете достаточно велика. Тем не менее придется проявить осторожность, чтобы не занести на Марс земную жизнь. Соответственно, придется позаботиться и о том, чтобы не привезти с собой марсианскую жизнь. У нас нет к ней иммунитета, и она может уничтожить жизнь на Земле.

НАСА неоднократно отправляло на Марс космические аппараты. Первым был «Маринер-4» в 1964 году. Также Марс исследовали различные орбитальные аппараты. Последней была автоматическая межпланетная станция Mars Reconnaissance Orbiter (Марсианский разведывательный спутник). Эти аппараты обнаружили глубокие ущелья и самые высокие горы в Солнечной системе. НАСА также опустило на поверхность Марса несколько зондов, в том числе два[19] марсохода. Они отправили фотографии иссохшего пустынного ландшафта. Как на Луне, воду и кислород здесь можно будет извлекать из полярных ледяных шапок. На Марсе была вулканическая активность, в результате которой у поверхности могут оказаться металлы и минералы, полезные для будущих колонистов.

Луна и Марс – наиболее подходящие места для создания космических колоний в Солнечной системе. На Меркурии и Венере слишком жарко, а Юпитер и Сатурн – газовые гиганты без твердой поверхности. Спутники Марса очень малы и не имеют преимуществ перед самим Марсом. Но некоторые спутники Юпитера и Сатурна могут оказаться подходящими. Европа, спутник Юпитера, имеет поверхность, покрытую льдом. Подо льдом может находиться вода, и в ней может существовать жизнь. А что, если высадиться на Европе и пробурить скважину?

Титан, спутник Сатурна, крупнее и массивнее нашей Луны и имеет плотную атмосферу. Созданная НАСА и Европейским космическим агентством автоматическая космическая станция «Кассини-Гюйгенс» опустила зонд на Титан. Были сделаны фотографии поверхности. Но там очень холодно, далеко от Солнца, и мне бы не хотелось жить на берегу озера из жидкого метана.

А если смело рвануть за пределы Солнечной системы? Наши наблюдения показывают, что у значительного количества звезд есть планетные системы. Пока мы можем различить только гигантские планеты, типа Юпитера и Сатурна, но есть основания полагать, что с ними соседствуют и более мелкие, подобные Земле, планеты.

Некоторые из них должны находиться в зоне возможной жизни, то есть на расстоянии от звезды, допускающем существование воды в жидком виде на поверхности. В пределах тридцати световых лет от Земли находятся около тысячи звезд. Даже если один процент из них имеет землеподобные планеты в зоне жизни, то у нас есть десять кандидатов на роль Нового Света.

Например, Проксима-b. Эта экзопланета, ближайшая к Земле, но все-таки находящаяся на расстоянии четырех с половиной световых лет, обращается вокруг звезды Проксима Кентавра в звездной системе Альфа Кентавра. Недавние исследования показали, что она имеет с Землей много общего.

Путешествие к этим потенциальным новым мирам при уровне современных технологий невозможно, но кто нам мешает вообразить межзвездные путешествия в далекой перспективе, допустим, лет через двести или пятьсот. Скорость ракеты определяется двумя факторами: скоростью истечения газов и частью массы, которую ракета теряет в процессе ускорения. Скорость истечения газов у ракет на химическом топливе, которыми мы сейчас пользуемся, составляет примерно три километра в секунду. Избавившись от 30 % своей массы, ракета может достичь скорости примерно в полкилометра в секунду. Затем скорость снизится. По расчетам НАСА, полет до Марса может занять 260 плюс-минус 10 суток. Но некоторые специалисты говорят о 130 сутках. Однако путь до ближайшей звездной системы при таких темпах займет 3 миллиона лет. Чтобы лететь быстрее, нам нужна намного более высокая скорость истечения газов, чем та, что могут обеспечить ракеты на химическом топливе, лучше всего – сам свет. Мощный луч света с кормы способен двигать космический корабль вперед. Ядерный синтез может обеспечить 1 % энергии от массы космического корабля и разогнать его до одной десятой скорости света. Если быстрее – понадобится либо аннигиляция материи – антиматерии, либо какая-то совершенно новая форма энергии. На самом деле расстояние до Альфы Кентавра очень велико. Чтобы достичь ее на протяжении одной человеческой жизни, космическому кораблю потребуется взять на борт топливо массой равной массе всех звезд в галактике. Иными словами, при нынешних технологиях межзвездные путешествия крайне непрактичны. Провести уик-энд на Альфе Кентавра, видимо, мне вряд ли удастся.

Но благодаря воображению и изобретательности мы можем изменить ситуацию. В 2016 году мы с предпринимателем Юрием Мильнером анонсировали проект Breakthrough Starshot, долгосрочную научно-исследовательскую программу, цель которой – сделать реальностью межзвездные путешествия. Если получится, мы отправим зонд к Альфе Кентавра уже при жизни нынешнего поколения. Но позволю себе небольшое отступление.

Как родилась эта идея? Сначала наши исследования ограничивались пределами ближайшего космического окружения. Через сорок лет бесстрашный исследователь «Вояджер-1» вышел в межзвездное пространство.[20]

При скорости 17,7 километра в секунду ему понадобится примерно 70 000 лет, чтобы достичь Альфы Кентавра. Звезда находится от нас на расстоянии 4,37 светового года – это примерно 40 триллионов километров. Если сегодня у Альфы Кентавра обитают живые существа, они остаются в блаженном неведении о приходе Дональда Трампа.

Очевидно, мы вступаем в новую космическую эру. Первые негосударственные астронавты будут первопроходцами, первые полеты – чрезвычайно дорогими, но я надеюсь, что со временем космические путешествия станут доступными большему количеству землян. Отправка все новых и новых пассажиров в космос придаст новый смысл нашему существованию на Земле и нашей ответственности за нее как управляющих, а это поможет лучше осознать наше место и будущее в космосе. Надеюсь, именно с космосом связана наша дальнейшая судьба.