Далекое будущее Вселенной Эсхатология в космической перспективе

Эллис Джордж

31. Zeldovich, Y. B., 1977, Sov. Phys. — JETP45,9.

9. Жизнь во Вселенной

Цифровая или аналоговая?

Фримэн Дж. Дайсон

9.1. Постановка проблемы

Перед нами стоит вопрос: смогут ли жизнь и разум существовать вечно в расширяющейся и остывающей со временем вселенной? Мы не можем надеяться на точный и определенный ответ. Нам слишком мало известно о природе вселенной и еще меньше — о природе жизни и разума. Однако мы знаем достаточно, чтобы иметь возможность размышлять на эту тему, что я и собираюсь сделать в этой статье. Не стану притворяться, что умею предсказывать будущее. Все, что я могу сделать, — это исследовать будущее, чтобы увидеть, согласуется ли сохранение жизни с законами физики и теории информации. Если мы увидим, что законы физики

и теории информации делают выживание невозможным, значит, ответ на вопрос — «нет». Если же эти законы не запрещают выживания, значит, ответа мы не знаем. Возможно, выживанию помешает что-то другое. Оно может стать невозможным, например, в результате каких-то исторических или географических происшествий. В любом случае мы не можем доказать, что жизнь сохранится. Самое большее, что мы можем сделать, — доказать, что выживание не запрещено законами природы, какими мы их знаем.

Наиболее серьезная неясность в наших знаниях о законах природы связана с вопросом о распаде протонов. Различные так называемые великие унифицирующие теории элементарных частиц предсказывают, что протоны распадутся на позитроны и нейтрино в течение порядка 10 ³³лет. Для наблюдения за распадом были созданы крупные подземные детекторы, но результатов они не дали. Эти детекторы оказались прекрасными обсерваториями для наблюдения за вселенной, поскольку они отмечают прилетающие из космоса нейтрино, однако ни один из них ни разу не зафиксировал распада протона. Если протон и нестабилен, по–видимому, время его жизни составляет более 10 ³⁴лет. Большинство физиков, изучающих элементарные частицы, полагают, что он все-таки нестабилен. Если это правда, то все ядра атомов также нестабильны и вся материя в конечное время должна распасться на электроны и позитроны. После исчезновения обычной материи жизнь сможет воплощаться лишь в электронно–позитронной плазме. Возможно, жизнь сумеет приспособиться к такому нелегкому существованию. Но сейчас я эту возможность рассматривать не буду. Я предполагаю, что материя вечна и что жизнь сможет пользоваться всем предоставляемым ею разнообразием химических и физических процессов. В любом случае, даже если я неправ, у жизни есть еще как минимум 10 ³⁴лет, чтобы хорошенько разобраться в ситуации. Возможно, существуют и другие препятствия для сохранения жизни, обусловленные какими-то еще не открытыми физическими или космологическими обстоятельствами. И даже если никакие законы природы не запрещают выживания — большой вопрос, состоится ли оно в реальности.

Первый человек, серьезно задавшийся этим вопросом, был Джамаль Ислам, около 1977 года написавший об этом статью [6], а позднее — замечательную книгу [7], где рассуждал о том же более подробно. Прочтя статью Ислама, я задумался над этой темой и прочел несколько лекций, опубликованных в «Обзоре современной физики» за 1979 год под заголовком «Время без конца» [3]. Удивительно, что этот мой текст был опубликован в респектабельном научном журнале. Мои выводы были оптимистичны: законы природы не препятствуют жизни существовать вечно. Далее последовала добротная статья Стивена Фраучи [4], также пришедшего к оптимистическим выводам. За следующие пятнадцать лет произошло не так уж много нового. Вопрос конечного сохранения жизни исчез из физических журналов. Он больше не считается достоянием серьезной науки, и разрабатывают его в основном писатели–фантасты. Если вы пишете фантастику, вам позволительно нарушать законы природы, если этого требует интересный сюжет. Так что я перестал серьезно размышлять на эту тему.

Внезапные перемены наступили в 1999 году. Двое респектабельных ученых из Университета Кейс–Уэстерн–Резерв в Кливленде, Лоренс Краусс и Гленн Старкман, прислали мне свою статью под названием «Жизнь, вселенная и ничто» [8]. Это серьезная работа, первый новый и важный вклад в исследования по этой теме начиная с 1983 года. Это не научная фантастика, а серьезная наука. И она утверждает четко и ясно, что вечное сохранение жизни невозможно. Она утверждает, что все то, что я объявил доказанным в своей статье в Reviews of Modern Physics, неверно. Скажу вам откровенно, читая статью Краусса–Старкмана, я был счастлив. Пусть лучше меня опровергают, чем не вспоминают о моем существовании!

В последующие три года после появления этой статьи мы с Крауссом и Старкманом вели жаркий спор по электронной почте, стараясь отыскать ошибки в вычислениях друг друга. Эта битва еще не кончена. Но мы остаемся друзьями. Прошло три года — и мы все еще не нашли непоправимых ошибок. Похоже, их аргументы верны, но и мои тоже. Сложилась очень интересная ситуация: два набора аргументов, равно верных, ведут к противоположным выводам. Такую ситуацию физики называют «комплиментарностью» — когда две точки зрения, равно правильные, не могут быть подтверждены одним экспериментом. Комплиментарность открыл Нильс Бор и увидел в ней способ объяснения тайн квантовой механики. Один эксперимент говорит нам, что электрон — это волна, другой, что электрон — частица; но мы не можем наблюдать волну и частицу одновременно в одном и том же месте. Истинную природу электрона можно описать, только сказав, что он — и волна, и частица. Природа волны или природа частицы проявляется в нем в зависимости от обстоятельств. Природа волны и природа частицы в электроне комплиментарны.

Так вот, я начинаю подозревать, что наши с Крауссом и Старкманом взгляды на судьбу жизни во вселенной также комплиментарны. Если это так, это означает, что вместе нам предстоит прийти к более глубокому пониманию вопроса о выживании, чем мы могли бы это сделать поодиночке.

В этой статье я постараюсь изложить аргументы обеих сторон и объяснить, как могут обе стороны, высказывая противоположные мнения, при этом быть правы. Краткая версия статьи Краусса и Старкмана опубликована в ноябре 1999 года в Scientific American [9].

9.2. Что мы называем жизнью?

Первое, что необходимо сказать: спор о выживании имеет смысл лишь тогда, когда мы понимаем жизнь в широком смысле. Если мы говорим о жизни в узком смысле — жизни, состоящей из плоти, крови, клеток, полных химических веществ, растворенных в воде, понятно, что такая жизнь не может существовать вечно. Жизнь, основанная на плоти и крови, та единственная жизнь, что нам сейчас знакома, может существовать лишь при температуре около 300 градусов по Кельвину. Для своего существования она требует постоянного притока свободной энергии. В холодной расширяющейся вселенной доступный запас свободной энергии в любом регионе конечен и жизнь, поддерживающая постоянную температуру, рано или поздно непременно израсходует всю доступную энергию. Секрет выживания в том, чтобы охлаждаться вместе с охлаждением вселенной. Если мы сможем выжить, понижая свою температуру, то сможем и использовать доступную нам энергию все более и более плодотворно. При разумном ее использовании конечный запас свободной энергии позволяет существовать вечно. Но для этого требуется, чтобы жизнь и сознание перенесли себя из плоти и крови на какой-то иной носитель.

Одна из моих любимых книг — «Цыплята великой курицы и состояние трансчеловечности» Эда Реджиса [11]. Это сборник рассказов о странных людях и странных идеях. Состояние трансчеловечности — идея, предложенная Гансом Моравеком, известным математиком и специалистом по компьютерам. Состояние трансчеловечности — это способ жизни, при котором наша память и ментальные процессы списываются с нашего мозга и загружаются в компьютер. Компьютерная система становится заменой аксонов и синапсов мозга. Затем компьютер можно использовать как «запасной мозг» на случай, если наш мозг погибнет в автокатастрофе или будет поражен болезнью Альцгеймера. После смерти старого мозга вы можете перезагрузить себя в новый мозг или же расстаться с телом навсегда и жить–поживать трансчеловеческой жизнью в компьютере. Транслюдям не нужно заботиться о поддержании тепла. Они могут менять температуру своего «тела» в соответствии с окружающей средой. Если компьютер изготовлен из кремния, трансчеловеческая жизнь — это кремниевая жизнь. Кремниевая жизнь вполне пригодна для выживания в расширяющейся вселенной, хотя нам и не дано знать, положат ли ей начало существа из плоти и крови, подобные нам.

Другая возможная форма жизни — Черное Облако, описанное Фредом Хойлом в его знаменитом научно–фантастическом романе [5]. Черное Облако обитает в вакууме и состоит не из клеток, а из пылевых частиц. Свободную энергию оно получает из гравитации или света звезд, а химические питательные вещества — из межзвездной пыли. Вместо нервной системы или системы проводов оно использует длинноволновые электромагнитные сигналы, передающие информацию и координирующие его действия. Как и кремниевая жизнь, в отличие от жизни, основанной на воде, Черное Облако способно адаптироваться к сколь угодно низким температурам. Вместе со снижением температуры падает его потребность в свободной энергии.

Как кремниевая, так и пылевая жизнь требуют стабильности протонов. Если протоны нестабильны, ни силикон, ни пыль не смогут существовать вечно. Если протоны нестабильны, не может существовать жесткая структура, подобная кремниевому компьютеру. Но структура, напоминающая Черное Облако, существовать может — нужно лишь заменить в ней частицы пыли на свободные электроны и позитроны. Жизненные процессы могут воплощаться не только, как вообразил себе Хойл, в организованном движении пылевых частиц, но и в организованном движении электронов и позитронов.

Кремниевая жизнь и жизнь на основе пыли — выдумки фантастов. Я не утверждаю, что такая жизнь действительно существует или хотя бы может существовать. Я использую эти примеры лишь в качестве иллюстраций к абстрактному спору. Примеры взяты из научной фантастики, но сам спор и применяемые в нем аргументы строго научны. Я предлагаю примеры, чтобы читатели лучше поняли, о чем речь. Без примеров трудно объяснить абстрактные концепции. Но реальны примеры или нет, на валидность концепций это не влияет. Концепции — это цифровая жизнь и аналоговая жизнь. Трансчеловеческое существование в кремниевом компьютере — пример цифровой жизни. Черное облако, обитающее в межзвездном пространстве, — пример аналоговой жизни. Эти концепции основаны на широком определении жизни, которое принимаю и я, и Краусс со Старкманом. Жизнь определяется как материальная система, способная получать, хранить, обрабатывать информацию и использовать ее при организации своей деятельности. В этом широком смысле суть жизни — информация, но информация — не синоним жизни. Чтобы быть живой, система должна не только хранить информацию, но и обрабатывать и использовать ее. Именно активный поток информации, а не пассивное ее хранение составляет жизнь.