Захватываем Вселенную: три простых шага [Rational Animations]
[музыка]
Давайте захватим вселенную всего за три простых шага. Приветствуем, кажется, вы хотите захватить вселенную? Что ж, вы обратились по адресу!
В этом видео мы расскажем, как добраться до 4 миллиардов галактик за несколько относительно простых шагов, из запасом энергии, которую солнце излучает за 6 часов. Итак, что нужно сделать? Первое: разобрать Меркурий и построить из него Рой Дайсона — множество коллекторов солнечной энергии вокруг нашей звезды. Второе: сконструировать самовоспроизводящиеся зонды. И третье: запустить эти зонды в каждую достижимую галактику.
В научной фантастике экспансия человечества во вселенную обычно начинается с нашей галактики — Млечного Пути. Заняв одну звездную систему, человечество переходит к следующей звезде и так далее, пока мы не захватим их все. Затем человек летит к следующей ближайшей галактике и повторяет процесс. Мы предлагаем поступить по-другому и куда более эффективно: послать самовоспроизводящиеся зонды ко всем достижимым галактикам сразу!
Добраться до самых галактик не сложнее, чем до ближних, просто лететь дольше. Когда зонд прибудет в пункт назначения, он найдет подходящую планету, из которой построит Рой Дайсона и запустит новые зонды, которые отправятся ко всем звездам в этой галактике, а затем каждый из новых зондов положит начало цивилизации.
Мы уже слышим ваше возражение: "Но это ведь так сложно, особенно демонтаж Меркурия!" На самом деле, каждый из этих шагов не так уж и сложен, если хорошенько подумать над реализацией. Найдутся гораздо более простые решения, чем мы ожидали. Именно это сделали Стюарт Армстронг и Андерс Санберг в своей статье "Вечность за 6 часов: межгалактическое распространение разумной жизни и обострение парадокса Ферми".
Воспользуемся и как руководством исследовательская инженерия и допущение простыми шагами. Назовем те, для которых потребуется немного энергии и ресурсов, сравнительно с общим запасом, которым мы располагаем в солнечной системе. Технологии будем рассматривать те, которые не очень далеки от наших сегодняшних возможностей. При этом необходимое на весь проект время по космическим меркам незначительно.
План по заселению звезд не обязательно включает все подряд потенциальные технологии будущего. Опираясь на исследовательскую инженерию, нам нужно выбрать с одной стороны физически возможное, а с другой такие, которые наши ученые и инженеры вполне смогут разработать.
Физическая возможность — более простое требование, чем реалистичность разработки. Введём два допущения, чтобы отделить то, что всего лишь возможно, от правдоподобного: первое — любой естественный природный процесс можно воспроизвести с помощью человеческих технологий. Это допущение имеет смысл, учитывая, что люди успешно копируют природу и используют её для своих нужд. И второе — любое выполняемую задачу можно автоматизировать. Люди уже прекрасно показали себя в автоматизации процессов, а с развитием искусственного интеллекта это станет ещё проще.
Строим Рой Дайсона. Итак, мы решили запускать самовоспроизводящиеся зонды во все достижимые галактики. Это от сотни миллионов до сотни миллиардов зондов. Где брать энергию для всех этих запусков? Мы не будем рассчитывать на ещё неизвестные нам экзотические источники энергии; возьмём энергию Солнца.
Для этого построим Рой Дайсона. Справедливости ради, для расчётов количества энергии, достаточного для наших целей, надо иметь представление о возможной конструкции зондов и систем запуска. Но это руководство для тех цивилизаций, которые планируют экспансию. Поэтому такие детали будем обсуждать ближе к делу.
Это множество коллекторов солнечного света, вращающихся вокруг Солнца. Простейший вариант — использовать лёгкие зеркала, направляющие солнечное излучение в точку фокуса, где в дальнейшем оно используется, например, в тепловых двигателях или солнечных батареях. Дайсона имеет преимущество по сравнению: он не подвержен разрушительным внутренним силам и его можно создать из простых и доступных материалов.
Впрочем, есть потенциальные сложности. Надо определить такие позиции, чтобы они не сталкивались и не заслоняли друг друга, но это не критичные проблемы. В научной литературе уже описаны проекты, в которых зеркала используют часть собранной энергии для корректировки курса. Эффективность зеркал также не ставится под сомнение по сравнению с тем запасом энергии, которую может обеспечить Рой Дайсона.
Для нашей экспансии её понадобится не так много. Главная проблема, которую нужно решить — как раздобыть материалы для создания Роя. Даже если использовать наименее тяжелую из известных нам конструкций, лёгкие зеркала, чтобы добыть все необходимое для Роя Тайсона, придётся разобрать Меркурий. Что мы сделаем?
Потенциально есть и другие способы раздобыть материалы, но разобрать Меркурий — это один из самых реалистичных вариантов. Как бы странно это ни звучало, мы не рассчитываем, что в будущем появятся суперматериалы, из которых можно делать более тонкие и эффективные зеркала для Роя и тратить на это меньше ресурсов.
Меркурий по сравнению с астероидами и другими планетами подходит нам больше всего. Его орбита находится приблизительно на том же состоянии от солнца, что и будущий Рой. Он каменистый и состоит на 70 процентов из металлов и на 30% из силикатов. Это материалы, из которых мы сможем производить отражающие поверхности для Роя, тепловые двигатели и солнечные батареи.
Большая полуось орбиты Меркурия примерно 60 млрд метров; сфера такого диаметра вокруг Солнца имела бы площадь поверхности порядка 10 в 22 степени квадратных метров. Масса Меркурия порядка 10 в 23 степени килограммов. Так что на создание Роя нам будет достаточно и половины Меркурия.
Представим, что Рой — это сплошная сфера вокруг Солнца. Если поделить половину массы Меркурия на площадь поверхности сферы, мы узнаем её массу на квадратный метр. 3.29 кг на квадратный метр — немало, но плотность железа 7.844 кг на кубический метр. При толщине зеркал в полмиллиметра более чем достаточно. Такие зеркала мы умеем создавать уже сейчас без особых проблем; их даже можно заказать в Интернете, но, скорее всего, мы будем использовать зеркала с куда более тонкой поверхностью, порядка 1000 мм, поддерживаемые сетью жестких распорок.
Демонтаж Меркурия. Теперь приступим к демонтажу Меркурия и начнем строить Рой. Мы будем извлекать материал из планеты и увеличивать Рой, создавая новые зеркала и получая больше энергии, которая пойдёт на дальнейший демонтаж. А из новых ресурсов делать новые коллекторы энергии.
По сути, нам нужен положительный цикл обратной связи: выкапываем нужные материалы, доставляем их на орбиту, делаем из них коллекторы для энергии, получаем энергию и используем её для добычи новых материалов. Цикл повторяется. Санберг и Армстронг предположили, что запустить цикл обратной связи можно, расположив на Меркурии блок солнечных панелей площадью в квадратный километр.
Начав с выкапывания первой партии материалов, с каждым циклом у нас будет больше энергии, чтобы увеличивать добычу, и процесс будет ускоряться. По сути, всё зависит от того, запустим ли мы эту цикличность. Если не сможем или она не приблизится к экспоненциальной, ничего не получится, процесс остановится и его нельзя будет завершить в разумное время.
Если мы хотим, чтобы доступная нам энергия росла экспоненциально, количество зеркал должно расти на фиксированный процент за каждый цикл. Это означает, что энергия, необходимая для добычи материалов, доставки их на орбиту и создания Роя, должна быть примерно постоянной или уменьшаться с каждым циклом. Но это не критичная проблема, потому что по ходу разработки затраты энергии на добычу материалов и создание зеркал расти не должны. Напротив, ближе к концу демонтажа, доставка материалов на орбиту будет не так затратно по энергии.
У остатков Меркурия гравитация будет слабее, её будет проще преодолеть. Проблемой может стать охлаждение ядра Меркурия. Но это очевидные издержки. А если собрать тепло, то можно даже увеличить запасы энергии. Возможно, вы сейчас усомнились: пусть в теории мы сможем получить экспоненциальный рост, но где взять достаточное количество рабочих?
Самое время вспомнить наше второе допущение: любая выполняемая задача может быть автоматизирована! С автоматизацией масштаб проектов перестаёт быть проблемой. Новые машины и фабрики могут строиться без человеческого участия, время, материалы и энергия — вот и всё, что нам нужно. Обнадёживает то, что NASA ещё в 1980 году предложила проект самой воспроизводящейся лунной фабрики. И уж точно в будущем мы придумаем что-нибудь получше, чем восьмидесятые, чтобы более точно оценить, сколько времени уйдёт на создание Роя Дайсона.
Санберг и Армстронг делают ещё несколько допущений. По их расчётам эффективность зеркал составит одну третью; на отправку материалов в космос идёт только 1/10 энергии, а остальное пойдёт на добычу и обработку или просто будет потеряно на изготовлении зеркал из добытого материала. На их отправку на заданную орбиту понадобится 5 лет; на создание Роя пойдёт только половина материалов Меркурия.
При этих допущениях экспоненциальный рост мощности будет происходить каждые 5 лет. Меркурий демонтируют за 31 год, и большая часть его массы будет собрана за последние 4 года. Но если экспоненциальная цикличность возможна, детали не так уж важны, на демонтаж уйдёт сравнительно небольшое число циклов и достаточно короткий срок.
И даже если экспоненциальная цикличность окажется недостижима, это не значит, что мы останемся без Роя Дайсона. Мы рассматриваем такой подход только потому, что опираемся на предположительно возможные технологии, ограниченные консервативными допущениями. Например, если мы запустим производство суперматериалов на те же задачи, может хватить большого астероида.
Проектируем зонды. Итак, у нас есть запас энергии, необходимый для запуска во вселенную бесчисленных самовоспроизводящихся зондов. Наши зонды должны уметь успешно садиться на другие планеты, астероиды, использовать найденные там ресурсы, делать копии самих себя, строить Дайсона и запускать новые волны зондов, и давать начало цивилизациям в других звёздных системах. Предположив, что технологии позволят создавать самовоспроизводящиеся зонды, мы вводим допущение, что под руководством человека можно повторить всё, что можно в природе.
А всё живое способно к воспроизведению! Вот таблица с некоторыми из мельчайших репликаторов в природе — самая маленькая семечко на Земле весит миллионную долю грамма, а самый маленький желудь — 1 грамм. Только подумайте: желудь - это фабрика по производству других желдей на основе использования солнечной энергии и выращивания огромных структур дубов.
Когда мы говорим о размере зондов, нужно учитывать различия между самокопирующейся частью и общей конструкцией объекта, которую мы запустим. Он может включать в себя топливо, тормозные системы и прочее оборудование. Верхняя допустимая планка размера репликаторов — 500 тонн, она указана в проекте NASA по самовоспроизводящейся лунной фабрики, которым использовались очень консервативные допущения.
За нижнюю планку можно взять проект на эмблера Роберта Фрейтоса и Ральфа Мёртла из их книги "Кинематические самовоспроизводящиеся машины: всесторонний обзор проектов репликаторов до 2004 года". Масса этого репликатора была бы более 10 в минус 18 степени килограммов. Для сравнения: это примерно в 30 тысяч раз меньше эритроцита.
Хранилище данных зонда, скорее всего, будет иметь незначительную массу. Крайне компактным вариантом мог бы выступать алмаз из углерода-12 и углерода-13; два изотопа кодировали бы биты 0,1. Такая память имела бы вместимость 6 миллиардов терабайт на грамм, или можно было бы использовать механизм хранения данных той же вместимости, что и ДНК, порядка 100 миллионов ТБ. Для сравнения, все данные человечества в 2020 году можно уместить примерно в 500 г хранилища вместимостью как у ДНК.
Кроме репликаторов, зону понадобятся топливо для торможения. В пункте назначения Санберг и Армстронг привели три гипотетически возможных топлива для торможения в порядке увеличения возможностей и эффективности: это ядерный распад, ядерный синтез и аннигиляция материи. Как видно по таблице, они вычислили массу необходимого топлива. Установка счётов: межгалактическое пространство — это не пустота.
На пути зондов может встретиться межзвёздная пыль; на релятивистских скоростях они легко могут погибнуть от её попадания. Или вот другое решение: надо изготовить зонды с запасом, в котором возможные потери будут заранее учтены. По оценкам Санберга и Армстронга, при скорости от 50 до 80 процентов скорости света можно ожидать, что до галактики доберётся хотя бы один из двух зондов. Если они полетят со скоростью 99% от скорости света, то в галактику нужно отправлять уже по 40 штук.
Запуск зондов. Допустим, мы наконец определились жизнеспособным проектом зондов. Их сборка потребует небольшого количества материалов в сравнении с Роем Тайсона. Окончательно общая масса всех зондов с учётом запаса будет порядка 10 в одиннадцатой или десяти в двенадцатой степени килограммов. Это примерно масса одной горы Дайсона обеспечит нас необходимой энергией.
Пришло время запустить зомби. Мы будем использовать не ракеты, а стационарную систему запуска. Когда надо разгоняться, прилетевистских скоростей, ракеты слишком сложны и неэффективны; им нужен запас топлива, который в свою очередь тоже придется ускорять, и от этого необходимое количество топлива растёт экспоненциально. При изменении скорости, которой нам нужна, стационарная система запуска решает эту проблему и обычно они многоразовые.
Например, можно использовать пушки Гаусса; по сути, это длинные стволы с электромагнитными катушками, которые включаются и включаются в нужные моменты вблизи пролетающего в стволе зонда и придают ему ускорение за счёт создания магнитных сил. Можно использовать пушки и комбинировать их с другими методами; например, тут также подойдут солнечные паруса, подгоняемые лазерами или ускорителями частиц.
Теперь посмотрите на таблицу: для каждого типа зонда и каждого типа репликатора выделены необходимое на запуск время. Если на эту задачу пойдёт вся энергия Дайсона, если брать 30 Г репликатор, числа по человеческим меркам незначительно. Максимально нам понадобится эквивалент энергии, которую солнце излучает за сотни лет, но и это не совсем нереальный вариант. Человечество может просуществовать миллионы лет, и все это время тратить часть энергии Роя Дайсона на запуск зондов.
И совсем не обязательно запускать их всех разом. Сначала Вселенная, потом Галактика. Теперь представьте, что будущий президент Солнечной системы объявляет выключить устройство виртуальной реальности на 6 часов. Мы захватываем вселенную, зонды запускаются ко всем достижимым галактикам, и путешествие начинается! Запустив первую волну, мы сможем заняться второй в границах Млечного Пути, на меньших скоростях.
Дать старт экспансии в своей галактике мы можем, и после того, как запустим операцию по захвату всей Вселенной, зонды, которые мы запустим к другим галактикам в течение 10 млрд лет, будут давать начало новым цивилизациям. За этот срок наша экспансия завершится. 10 млрд лет — это очень много, но Вселенная просуществует ещё триллионы лет, и у человечества будет достаточно времени, чтобы увидеть даже самые далёкие галактики.
Заключительное соображение. Теперь, когда все шаги пройдены, вы знаете, как захватить вселенную. Впрочем, не обязательно делать всё именно так: статья предложила много возможных проектов и методов для каждого шага. Других вариантов и вовсе не счесть. Более того, Армстронг и Санберг ограничили свои расчёты консервативными допущениями; настоящие проекты будут куда эффективнее.
Цель статьи — проиллюстрировать, что это в принципе возможно, потребует незначительных по космическим меркам времени и энергии. Но вот ещё одна мысль: статья Космическая экспансия требует относительно небольших затрат ресурсов, а это значит, что Парадокс Ферми куда острее, чем кажется. Из миллионов галактик до нас вполне можно было успеть добраться.
И всё же мы не видим поблизости инопланетных колоний. Это может означать, что во Вселенной никого нет. А может, правильный ответ звучал в видео про жадных инопланетян: если бы мы их видели, это значило бы, что Земля уже захвачена. Если инопланетяне существуют, то времени на то, чтобы начать осваивать другие галактики, у нас осталось меньше, чем мы думали.
Дотянуться до самых далеких галактик нам мешает не только то, что Вселенная расширяется. Так чего же мы ждем? Пора браться за дело! Давайте захватим вселенную.
Переведено и озвучено студией "Vert Dayder".