Новая теория показывает, как цивилизации могут распространяться в космосе со скоростью лесного пожара
Поиски внеземного разума (SETI) всегда сопровождались неопределенностью. Имея в качестве примеров только одну обитаемую планету (Земля) и одну технологически развитую цивилизацию (человечество), ученые все еще ограничиваются теоретизированием о том, где могут находиться другие разумные формы жизни (и чем они могут заниматься).
Шестьдесят Спустя годы ответ на знаменитый вопрос Ферми («Где все?») остается без ответа.
С другой стороны, это дает нам много возможностей выдвинуть гипотезу о возможных местах, деятельности и техносигнатурах, которые будут обнаружены в будущих наблюдениях. можно проверить.
Одна из возможностей заключается в том, что рост цивилизаций ограничен законами физики и несущей способностью планетарной среды – т.е. Гипотеза теории перколяции.
В недавнем исследовании команда из Филиппинского университета Лос-Банос вышла за рамки традиционной теории перколяции, чтобы рассмотреть, как цивилизации могут расти в трех различных типах Вселенных (статической, темной энергии и доминирует и доминирует материя). Их результаты показывают, что, в зависимости от модели, разумная жизнь имеет ограниченное количество времени, чтобы заселить Вселенную, и, вероятно, будет делать это экспоненциально.
Исследование провели Аллан Л. Алинеа и Седрикс Джейк С. Ядрин, доцент кафедры физики и преподаватель Института математических наук и физики Филиппинского университета в Лос-Баносе. Препринт их статьи «Проникновение «цивилизации» в гомогенную изотропную вселенную» недавно появился в Интернете.
В ходе своего исследования команда рассмотрела, как традиционную теорию просачивания можно интерпретировать с точки зрения логистического роста. Функция (LGF), при которой темпы роста населения на душу населения уменьшаются по мере того, как численность населения приближается к максимуму, налагаемому ограничениями местных ресурсов (также известных как пропускная способность).
Теория перколяции
Вкратце, теория перколяции описывает, как ведут себя сети при удалении узлов или связей, при этом они разбиваются на более мелкие связанные кластеры.
Первым известным примером этой теории является Применение к парадоксу Ферми, возможно, было сделано Карлом Саганом и Уильямом И. Ньюманом в 1981 году. В статье под названием «Галактические цивилизации: динамика населения и межзвездная диффузия» они утверждали, что причина, по которой человечество не столкнулось с внеземными цивилизациями (внеземными цивилизациями), заключается в том, что межзвездные исследования и заселение не являются линейными явлениями.
В отличие от гипотезы Харта-Типлера, которая утверждает, что развитые внеземные цивилизации давно бы колонизировали нашу галактику (следовательно, они не существуют), Саган и Ньюман постулировали что межзвездное исследование является вопросом распространения.
Джеффри А. Лэндис утверждал те же самые взгляды в своей статье 1993 года «Парадокс Ферми: подход, основанный на теории перколяции», где он утверждал, что законы физики налагают ограничения на межзвездный рост.
По мнению Лэндиса, от внеземных цивилизаций не следует ожидать «единства мотивов»:
«Поскольку это возможно, учитывая достаточно большого числа внеземных цивилизаций, одна или несколько наверняка взялись бы сделать это, возможно, по неизвестным нам мотивам. Колонизация займет чрезвычайно много времени и будет очень дорогой.
«Вполне разумно предположить, что не все цивилизации будут заинтересованы в таких больших затратах ради окупаемости в далеком будущем. Человеческое общество состоит из смеси культур, которые исследуют и колонизируют, иногда на чрезвычайно большие расстояния, и культур, которые не заинтересованы в этом».
Аналогично профессор Адам Франк и его коллеги из Nexus for Exoplanetary Systems Science (NExSS) НАСА в 2019 году написал статью под названием «Парадокс Ферми и эффект Авроры: заселение экзоцивилизаций, расширение и устойчивые состояния». Вдохновленные романом Кима Стэнли Робинсона «Аврора» 2015 года, они утверждали, что межзвездное заселение будет происходить скоплениями, поскольку не все потенциально обитаемые планеты будут гостеприимны для инопланетных видов. Короче говоря, законы физики, биологии и эволюции накладывают ограничения на то, насколько далеко и быстро виды могут заселить нашу галактику.
Решите для T & H
Чтобы ограничить эти ограничения, команда рассмотрела три основные космологические модели Вселенной, включая статическую, с преобладанием материи и с преобладанием темной энергии.
Статическая Вселенная , как первоначально описал Эйнштейн и его Космологическая постоянная, бесконечна в пространстве и времени и не расширяется и не сжимается.
Вселенная, в которой доминирует материя, описывает состояние Вселенной до 9,8 миллиардов лет после Большой взрыв, время, когда плотность энергии материи превысила как плотность энергии излучения, так и плотность энергии вакуума.
Вселенная, в которой доминирует темная энергия, описывает последнюю фазу космической эволюции, которая началась примерно в 9,8 г. миллиардов лет назад и характеризуется ускоренными темпами расширения.
Команда также рассмотрела все три сценария с точки зрения функции логистического роста, чтобы определить количество планет, заселенных со временем. Из этого команда получила два параметра своего исследования: T — время, необходимое для установления сферического сечения идеальной Вселенной, которая является одновременно однородной и изотропной, и H — параметр Хаббла, который описывает скорость космического расширения — он же Закон Хаббла или закон Хаббла-Леметра.
Для статической Вселенной они обнаружили, что заселение следует LGF, подобно тому, как происходит рост населения, распространение инфекционных заболеваний и химические реакции. Как они отметили в своем исследовании, эти динамические системы следуют общей схеме, начиная с относительно медленного старта из-за ограниченности источников (в данном случае обитаемых планет).
Но по мере того, как они продолжают расширяться и приобретать новые источников, это умножает доступное количество и ускоряет распространение. Это продолжается до тех пор, пока количество источников не начнет сокращаться и/или элементы системы не исчерпаются.
К своему удивлению, команда отметила аналогичное поведение, глядя на Вселенную, в которой доминирует материя и темная энергия. Как рассказала д-р Алинея Universe Today по электронной почте.
«Примечательно, что когда само пространство расширяется, как во Вселенных, где доминирует темная энергия и материя, процесс заселения по большей части , по-прежнему следует функции логистического роста. Мы не ожидали такого результата, поскольку система с расширяющимся пространством показалась нам сильно отличающейся от статической системы.
«Большинство известных нам исследований перколяции основано на статическая решетка (например, распространение лесных пожаров, распространение болезней, распространение информации), в которой обычно наблюдается поведение логистического роста. Наше исследование «распространяет» это поведение на случаи, когда решетка расширяется, как наша собственная Вселенная».
Тем не менее, они обнаружили, что в расширяющейся Вселенной существует задержка с точки зрения скорости Они обнаружили, что общее время урегулирования (T) было отмечено расхождением для достаточно большой скорости расширения (H). В соответствии с законом Хаббла, когда H велико достаточно, некоторые планеты расширятся за горизонт и станут «недоступными».
По сути, далекие планеты могут удаляться быстрее, чем скорость света, что делает маловероятным, что расширяющаяся цивилизация когда-либо достигнет их.
Они также обнаружили, что в тех случаях, когда сфера Хаббла (H) была меньше, соотношение между T и H было линейным – другими словами, T было примерно равно H (T ~ H). -доминируемой Вселенной, их результаты показали, что там, где H было столь же мало, применялось то же соотношение, но там, где H становилось больше, соотношение значительно менялось до T ~ H2.
По сравнению с темной энергией- Доминируя во Вселенной, T не увеличивалась экспоненциально и не достигала бесконечности, если только H не была бесконечной. Сказал Алинейр:
Это интересно, потому что Вселенная, в которой доминирует материя, также характеризуется горизонтом. Это означает, что для планет, достаточно удаленных от эталонной планеты в этой Вселенной, они удаляются со скоростью, большей, чем свет, создавая впечатление, что они недостижимы.
«Однако для Вселенной, в которой доминирует материя, в соответствии с уравнением Фридмана, сопутствующая сфера Хаббла сжимается, а не расширяется. Проще говоря, те планеты, которые находятся далеко от эталонной планеты в этой Вселенной (которые изначально «движутся» быстрее скорости света), «замедляются», что делает их достижимыми, по крайней мере в принципе».
Итак… где они?
На основе своих результатов команда определила, что развитые цивилизации, как правило, будут следовать тенденции роста, которая начинается медленно. но со временем начнет набирать обороты, в конечном итоге замедляясь и останавливаясь по мере исчерпания числа «достижимых» планет.
Как описал доктор Алинеал: «Эта модель характеризуется трехфазной моделью: медленная скорость заселения –> быстрая скорость заселения –> медленная скорость заселения».
Остается вопрос: что это значит для проверенного временем вопроса Ферми? Как эта трехфазная модель помогает нам уточнить поиск расширяющихся развитых цивилизаций? по всей галактике?
На это команда приходит к выводу, что наша галактика в настоящее время может находиться в фазе I, характеризующейся медленными темпами заселения. Это может быть связано с тем, что лишь несколько разумных, развитых цивилизаций участвуют в межзвездном заселении. прямо сейчас.
«Эта медленная фаза может усугубляться большими расстояниями между «живыми» планетами. Но как только будет достигнуто определенное количество путешествующих цивилизаций, мы можем вступить в фазу II, характеризующуюся быстрыми темпами заселения. Если у нас будет достаточно времени после входа в эту фазу, мы, наконец, сможем поздороваться с инопланетянами».
Более того, их результаты рассматривают возможность того, что человечество когда-нибудь станет межзвездным видом, возможно, в качестве средства обеспечения дальнейшего выживания. и развитие нашего вида. Это представляет собой проблему в постоянно расширяющейся и постоянно ускоряющейся Вселенной, в которой доминирует Темная энергия. Но, как резюмировал доктор Алинеал, есть варианты:
«При наличии достаточного количества технологий Чтобы путешествовать со скоростью, близкой к скорости света, по-прежнему сложно достичь любой планеты во Вселенной, особенно далеких планет. При этом существует сферическая часть этой Вселенной с центром в нашем месте, планеты которой доступны, по крайней мере в принципе, для возможного заселения. Помимо этого, существуют планеты, которые «удаляются» от нас со скоростью, превышающей скорость света, и могут быть недостижимы. К сожалению, эта сфера сжимается, поэтому часть Вселенной, в которой мы можем обитать, хотя и велика в человеческих масштабах, со временем становится все меньше и меньше.»
«Если существует механизм, управляющий вселенной до состояния, при котором ее скорость расширения будет такой же или подобной скорости расширения вселенной, в которой доминирует материя, тогда нам посчастливится иметь Вселенную, которую в принципе можно колонизировать на любом расстоянии от нас; то есть колонизация и человеческое влияние во Вселенной не ограничены какой-либо сферой, в отличие от сферы Вселенной, в которой доминирует темная энергия».
Подводя итог, ответ на вопрос Ферми может заключаться в следующем: развитые цивилизации находятся на ранней, медленной фазе расширения, которая (пока) не позволяет нам установить контакт.
Но поскольку сферический объем пространства Хаббла (H), который мы могли бы занять, расширяется, мы все больше Точно так же, хотя Темная Энергия может ограничивать то, как далеко мы можем достичь (в пределах нашей галактики, не намного дальше), достаточный объем пространства позволит нам продолжать развитие и предотвратит катастрофическую судьбу, которая уничтожит весь наш вид.
И кто знает? Возможно, космическое расширение не будет продолжаться так, как это было в течение последних 4 миллиардов лет, и Вселенная замедлится и достигнет своего рода гомеостаза – того типа, в который предпочитал верить Эйнштейн.
В этом случае наши сферы Хаббла могут продолжать расширяться бесконечно, и не будет недостатка в смешении космических цивилизаций. Это действительно открывает некоторые захватывающие перспективы, не так ли?
Эта статья была первоначально опубликована в журнале Universe Today. Прочтите оригинал статьи.
