Захватим ли мы Вселенную? [Rational Animations]
[музыка] В прошлом видео мы говорили о том, что человечество может оказаться очень ранней цивилизацией во Вселенной. Возможно, даже одной из первых. К этому выводу подталкивает два соображения. Первое: прежде чем вырастет цивилизация, жизнь должна совершить ряд так называемых «трудных переходов», и вероятность, что это произойдет рано, очень мала. И второе: звездные системы, которые способны просуществовать триллионы лет, могут быть пригодны для жизни, а значит, потенциально они - колыбель для цивилизации, которая только появится в будущем.
Однако не совсем ясно, в чем причина такого раннего появления человечества. Робин Хэнсон, который предложил концепцию Великого фильтра, не исключает, что Вселенную довольно скоро заполнят так называемые «жадные цивилизации». У них есть три признака: они распространяются по Вселенной со скоростью, сопоставимой со скоростью света, вносят заметные изменения везде, где появляются, и, наконец, они долго живут. Когда жадная цивилизация занимает пространство, она не дает возникнуть другим цивилизациям. И тем самым определяет временные рамки для появления других развитых существ.
Не жадные цивилизации должны зарождаться рано, позднее все планеты окажутся заняты, и для них не найдется места. Это будет эффект отбора. Если все так, то мы просто обязаны были появиться рано, то есть мы вполне типичные ранние не жадные цивилизации, которой предстоит постепенно пройти путь до жадной цивилизации и потенциально колонизировать космос.
На этой гипотезе построена модель, которая объясняет, как жадные инопланетяне расселяются и занимают Вселенную. Она позволяет сделать занятные предсказания, в частности, о том, когда мы встретим инопланетян, получим их послание или сами станем межпланетной цивилизацией. Гипотеза также объясняет, почему мы не видим инопланетян, несмотря на количество звезд и галактик.
Запустим симуляцию модели с расширяющейся сферической областью диаметром полмиллиарда световых лет, которая содержит 400 миллионов галактик. Видите, отмеченные цветами области — это жадные цивилизации. Они расширяются со скоростью, равной половине скорости света. А когда встречаются, рост останавливается. Модель не показывает, что произойдет, когда они столкнутся друг с другом. Чем позже родилась цивилизация, тем меньше места она заняла, а самым поздним остаются небольшие пустоты среди более крупных цивилизаций. Соответственно, ранняя цивилизация контролирует большее пространство.
В конце мы получаем 87 жадных цивилизаций, возникших за 25 миллиардов лет. Диаметр сферы вырос до 25 миллиардов световых лет. Это потому, что Вселенная все время расширяется, расстояние между областями Вселенной, которые не связаны гравитацией, постоянно увеличивается. В основе этой симуляции лежит простая математическая модель. Учитываются три параметра: скорость появления жадных цивилизаций, скорость, с которой они расширяют свои владения, и число трудных переходов, которые нужно преодолеть жизни до того момента, как она породит жадную цивилизацию.
Маловероятно, что один шаг завершался за единицу времени. Напомним, шаги в нашем случае — это, например, появление первых самовоспроизводящихся молекул, переход от прокариотов и возникновение многоклеточных. Скорость появления жадных цивилизаций — это k, а число трудных переходов или шагов N — это параметры степенного закона T(N) = k * N^a. Время T позволяет оценить вероятность, с которой за определенный период в определенной области возникнет жадная цивилизация.
Помним, что пространство расширяется с той же скоростью, что и Вселенная. Число галактик в растущей области примерно постоянно, поэтому закон показывает вероятность в единицу времени для одной галактики. Этот степенной закон упрощает сложную функцию, которую мы видели в предыдущем ролике. И поскольку речь идет о приближении, N приближена к числу трудных переходов, но не равна ему. Степенной закон и скорость расширения Вселенной S — все, что нужно для этой модели.
Присвоив переменным нужное нам значение, можно моделировать то, как жадные инопланетяне со временем занимают пространство и предсказывать сценарии. Можно взять данные наблюдений и приблизить, что приводит к тому, что мы наблюдаем в реальности. Рискну сказать, что мы находимся в той части Вселенной, где нет зримых инопланетных следов. Совсем не исключено, что наша цивилизация когда-нибудь и сама станет жадной. Допустим, это случится менее чем за 10 миллионов лет. У нас нет причин считать, что наше место в пространстве-времени отличается от тех, где могли родиться другие жадные цивилизации.
Далее предположим, что момент нашего появления случайный среди моментов возникновения других жадных цивилизаций. Тогда ее ожидаемое расположение будет посредине на линии, на которой отмечены все даты появления других таких цивилизаций. Это, в свою очередь, значит, что скорость их зарождения ограничена и колеблется примерно в пределах двухкратной величины. Теперь вкратце о количестве трудных шагов. В прошлом видео говорилось, что их число можно оценить на основе двух потенциальных переходов.
Первый — между настоящим и точкой, когда Земля станет непригодной для жизни, то есть через одну и 1/10 миллиарда лет. Тогда у нас есть 3,9 шага. Второй — с момента, когда Земля стала пригодной для жизни, до первых живых клеток — это 0,4 миллиарда лет. Итого 12,5 трудных переходов. Получается, в среднем переменная N должна равняться 6. Ладно, с k и N понятно, но как найти скорость распространения цивилизации S? Её можно установить, исходя из того, что мы не видим следов других цивилизаций.
Согласно модели, на момент рождения жадной цивилизации от третьей до половины Вселенной уже занято множеством её конкурентов. Если бы мы появились вместе с другими жадными цивилизациями, мы должны были бы видеть, что часть Вселенной они уже успели занять, но мы этого не видим. Если мы полагаем, что жадные инопланетяне существуют, они должны очень быстро занимать свободное пространство. Вкратце, если бы их было видно с Земли, это значило бы, что Землю они уже захватили. Это пример как-то отбора, как и в случае с нашим ранним появлением.
Разберемся поподробнее. Это обратный световой конус. Каждая точка на красных линиях — это некоторая дата и определенное место во Вселенной. С Земли можно видеть только координаты на красных линиях. Вот здесь событие, произошедшее три года назад, в трёх световых годах от нас. Мы уже видели, что случилось четыре года назад, в двух световых годах, и скоро увидим то, что произошло два года назад, но в четырёх световых годах внутри конуса уже увиденное событие, а за его пределами — всё то, что мы пока ещё не видели.
Если жадная цивилизация распространяется почти со скоростью света, то в точках на желтой области не могли зародиться жадные цивилизации. В противном случае они заняли бы наше пространство вместо нас и тем самым помешали бы нам появиться. Значит, мы могли бы рассмотреть только те из них, что возникли в узких зеленых областях. Чем быстрее растет жадная цивилизация, тем больше желтая область и тем меньше зеленая, то есть чем инопланетяне быстрее, тем ниже вероятность их увидеть.
А раз мы их не видим, вероятно, они распространяются с более высокой скоростью. А вот этот график отражает коэффициенты правдоподобия. Здесь показано, какие сочетания скорости и числа трудных переходов лучше предсказывают то, что мы не увидим инопланетян. Комбинации N и S в синих областях явно хуже других, прогнозируя вероятность того, что мы не увидим инопланетян. При таком сочетании переменных ситуации, в которых мы не увидим инопланетян, менее правдоподобны, а комбинации из желтых областей с большей вероятностью предсказывают, что мы всё-таки никогда не сможем их увидеть.
Например, вероятность, что мы не увидим инопланетян, при сочетании N равном восьми и скорости распространения 10 процентов от скорости света, в 100 раз меньше, чем при сочетании с таким же N, но скоростью распространения 70 процентов скорости света. То есть более правдоподобно с нашей стороны будет предположение, что жадные цивилизации распространяются со скоростью 70, а не 10 процентов от скорости света. Скорость увеличивает вероятность сильнее, чем число шагов. Цвета сильнее изменяются горизонтально, а не вертикально. Это ясно и по цифрам из графика.
Следует, что при скорости менее третьей скорости света модель неохотно предсказывает ситуацию, при которой мы не увидим инопланетян, то есть вероятность этого крайне мала, а значит, вероятность будет выше при более высоких скоростях. Здесь работает тот же принцип, что и в допущениях, лежащих в основе модели. Согласно им, если бы мы не появились сравнительно рано, то жадные инопланетяне уже успели бы занять нашу планету. Точно так же планета оказалась бы уже захвачена ими, если бы они были на расстоянии, с которого видны нам.
И чтобы из этих вариантов мы не предположили, в любом случае оказывается, что если люди не уникальны, то не видеть пришельцев нормально. Если те распространяются с большей скоростью, если вы считаете, что распространяться со скоростью больше третьей скорости света проблематично, модель должна вызывать у вас и некоторые другие сомнения. Например, вы можете усомниться, что цивилизации оставляют за собой заметные следы. Тогда получается, что какие-то их признаки есть, просто мы их не наблюдаем, но могут быть обнаружены в будущем.
В таком случае модель останется правдоподобной, но мы не сможем измерить скорость распространения, а если следы можно будет найти с помощью приборов нового поколения, мы увидим много цивилизаций. Да, при том, каких. Вполне вероятно, занятое имя часть неба будет сильно превосходить по размерам полную Луну. Ну что ж, у нас есть закон, мы знаем, как примерно рассчитать параметры и можем описать, как жадные цивилизации распространяются и захватывают Вселенную.
Это позволяет строить более конкретные прогнозы. Например, можно сказать, как быстро появляются жадные инопланетяне. Постепенному закону они должны зародиться в довольно коротком временном интервале. На графике видно, что они появляются в промежутке от 5 до 50 миллиардов лет, в зависимости от выбранной величины степени n. По горизонтальной оси отсчитывается дата зарождения жадной цивилизации, а по вертикальной — процентиль. Допустим, цивилизация прошла три трудных перехода. На горизонтальной оси возьмём дату зарождения 20 миллиардов лет, получим процент тиль почти 80, то есть спустя 20 миллиардов лет с начала Вселенной 80 процентов всех цивилизаций уже появится, еще 20 возникнут позднее вплоть до точки в 50 миллиардов лет.
Отсюда следует, что когда Вселенной будет 20 миллиардов, с вероятностью 80 появится одна жадная цивилизация. Видите, крутые подъемы показывают, что цивилизации чаще появляются ближе к концу отмеренного временного промежутка. А их появление само по себе маловероятно, те, которым повезет, будут рождаться максимально поздно, а после мешать появлению других. Это видно по плоским участкам. Такие графики строятся на основе симуляции, как в начале видео.
К слову, симуляциях сейчас покажу, как они создаются. Сначала случайным образом расставляются точки появления жадных цивилизаций. Затем каждая пространственная координата случайно связывается с датой и парой k, n, которые можно предположить согласно закону. По сути, мы генерируем случайные точки в пространстве времени, при этом их становится больше, когда кривая растет быстрее. Далее исключаются точки, где жадные цивилизации не дали бы возникнуть другой жизни, и наконец запускается симуляция.
Попробуем понять, как на её основе построен показанный график. Выбираем значение N, например, 6 и прогоняем много симуляций с этим параметром. Затем сравниваем их и получаем усредненную модель. В результате, на её основе строим кривую на графике. Представим симуляцию. Вот в такой одномерной версии, пространство отложено по оси X, время по оси Y, конусы — это жадная цивилизация. Они зарождаются, растут и затем встречаются с другими цивилизациями. Вернемся к нашей кривой.
Можно соединить все точки зарождения в одномерной модели с точками на функции. Каждая из них связана с датой и процентильным. Но это упрощённый пример, мы рассматриваем одномерную симуляцию, тогда как графики строят по трёхмерным. Разобрались. Теперь можно лучше объяснить, как рассчитывается скорость появления. Как вы могли заметить, что за все видео мы еще ни разу не приводили значения k. Дело в том, что нам не обязательно вычислять его, чтобы строить прогнозы по симуляциям.
Мы можем проецировать точки рождения цивилизаций и поставить возраст нашей Вселенной, то есть 13,8 миллиардов лет. Пропорционально изменив другие даты, такая итерация дает широкий спектр ответов на любой из наших вопросов. Из неё следует, что человеческую цивилизацию можно записать в жадное почти с любым процентилем. Это может быть с одинаковой вероятностью как 18, так и 72%. При этом методе параметр k будет косвенным.
Итак, с устройством модели немного прояснили. Теперь посмотрим на прогнозы. На этом графике видно, какую часть Вселенной будут контролировать жадные пришельцы. Для данной точки зарождения, скажем, на множестве точек появления, наши расположены посередине. Тогда жадные цивилизации уже должны занимать от 30 до 50 процентов Вселенной, в зависимости от выбранного числа трудных переходов.
Ещё мы можем сказать, сколько галактик займут жадные пришельцы к моменту встречи с не менее жадными соседями. В этом случае в одной галактике чуть больше миллиона звезд, в средней галактике — 100 миллионов звезд, в нашей Галактике — 100 миллиардов. Как видно, при встрече жадная цивилизация будет занимать от 10 до 10 миллиардов галактик, в зависимости от везения и числа трудных переходов. Если исключить крайние значения, то мы получим от 1000 до одного миллиарда галактик.
К моменту встречи наша цивилизация тоже займет довольно много пространства, если мы не вымрем или не случится чего-то, что навсегда ограничит наш потенциал. Чем раньше появится жадная цивилизация, тем больше галактик она займёт. Самые ранние смогут освоить до 10 миллиардов галактик, тем кто сильно опоздает достанутся редкие незанятые клочки между особенно жадными. Они смогут занять до одного миллиона галактик с поправкой на число трудных переходов.
Если считать, что начало нашей цивилизации было положено 13,8 миллиардов лет назад и общее число шагов для нас шесть, то мы освоим от 10 тысяч до 100 миллионов галактик. Это огромное пространство, случится это не раньше чем через 50 миллионов лет и не позже чем через 50 миллиардов лет. Если исключить крайние значения, то от 100 миллионов до 10 миллиардов.
Есть два важных вопроса, на которые интересно поискать ответы. Первый: каковы наши шансы стать жадными? И второй: найдем ли мы следы не жадных цивилизаций, например, сообщение из далеких галактик или брошенной технологии? И если подумать, эти вопросы тесно связаны. Допустим, не жадных цивилизаций во Вселенной в R раз больше, чем жадных. Тогда R — это отношение не жадных цивилизаций к жадным. Не жадные — это все цивилизации, которые когда-либо подходили под это определение, включая те, которые со временем превратились в жадные.
Чтобы вычислить R, нужно включить в множество не жадных цивилизаций все жадные, то есть один разделить на R — это вероятность не жадной цивилизации стать жадной при отсутствии другой информации. Например, если всех не жадных цивилизаций у нас получается в 100 раз больше жадных, то каждая не жадная станет жадной с вероятностью 1 к 100. Чем больше не жадных цивилизаций, тем больше значение R.
То число жадных ограничено параметрами модели, но при этом, чем больше во Вселенной не жадных, тем выше наши шансы повстречаться с внеземным разумом. Из этого можно заключить, что чем выше для нас вероятность увидеть следы пришельцев, тем ниже шанс того, что мы сами станем жадной цивилизацией. Так что стоит опасаться посланий от инопланетян и признаков внеземных технологий, если мы их увидим. Ничего хорошего нас, скорее всего, не ждёт. Это значит, что у R большое значение, а мы вряд ли станем жадными.
Но почему нас должен расстроить шанс не стать жадной цивилизацией? Дело в том, что в тех сценариях, в которых этого не происходит, мы либо вымираем, либо случается катастрофа, которая навсегда ограничивает наш потенциал. Вспомним статью о великом фильтре и аргументы, которые приводил Хэнсон. Он считает, что если мы найдём какие-либо признаки неразвитой внеземной жизни, это событие обозначит более высокую вероятность того, что мы ещё не прошли через великий фильтр, а следовательно, нам всерьёз грозит полное вымирание.
Теперь представим, что жадная цивилизация распространяется со скоростью света. В таком случае, если не жадной цивилизации нужно преодолеть 6 трудных шагов, чтобы как-то себя проявить, R должно быть больше 10 тысяч. Чем ниже скорость, тем больше значения R. Таким образом, если S равно третьей скорости света, то R будет в 27 раз меньше, примерно 400. Это все равно много, но при ещё более низкой скорости уменьшится R, и тогда противоречие между выживанием и встречей с пришельцами станет менее острым. Более того, если в нашей Галактике сейчас есть хоть одна не жадная цивилизация, то R получается больше миллиона.
И это только при условии, что такие цивилизации существуют не меньше миллиона лет. Если они живут в 10 раз меньше, то R будет в 10 раз больше. Если они живут дольше, R уменьшается, но никогда не становится меньше значений, необходимого для активности такой цивилизации в нашей Галактике. То есть, если допустить, что развитие таких скоростей возможно и что в галактике мы не одни, придется признать, вероятность того, что мы станем жадной цивилизацией, исчезающей мала. И наоборот, если считать, что она велика, то в галактике мы почти наверняка одни.
Выбирайте. Теперь у вас должна сложиться четкая картинка. И это не просто размышление. Допущение о том, что жадные цивилизации действительно существуют, вытекает из одного наблюдения: человечество, насколько можно судить, появилось довольно рано. Математическую модель также можно обосновать наблюдениями. Её противникам либо придется отрицать, что человеческая цивилизация — довольно раннее явление, либо найти этому объяснение получше. Иначе модель правдоподобна.
Мне кажется, что гипотеза жадных инопланетян, описанная в этих видео, вполне может оказаться верной. И если это так, значит, скоро Вселенная войдет в новую фазу. До этого космология изучала мертвую материю. Но вскоре появится жизнь, которая будет изменять под себя всё, к чему прикоснётся. Именно живые существа, а не мёртвые процессы, решат, какой станет Вселенная. А если так, надеюсь, человечество поучаствует в этом празднике жизни. А если нет, то однажды жадные пришельцы наткнутся на руины нашей цивилизации. По вежливости в комментариях вдруг они прочитают и расстроятся.