Карташов Александр Сергеевич : другие произведения.

Между прошлым и будущим

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:
 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Хотите взглянуть на будущее человечества с научной точки зрения - читайте

Введение

  
   От космологии, представляющей Вечность, перейдем к истории человеческой цивилизации, преходящий характер которой теперь уже не вызывает никаких сомнений ввиду стремительных изменений, произошедших в последнее столетие. В 60-е годы прошлого века Римский клуб (группа компетентных специалистов, созданная специально для изучения перспектив человечества) предупредил мир о надвигающемся кризисе мировой цивилизации. Темпы использования природных ресурсов в XX веке достигли таких масштабов, что их запасы, накопленные за миллиарды лет геологической эволюции Земли, могут быть полностью исчерпаны в ближайшие 100-150 лет. Планета Земля, казавшаяся необъятной, вдруг оказалась слишком маленькой для европейской технологической цивилизации, появившейся на планете как черт из табакерки.
  
   Модель мировой системы, созданная учеными Римского клуба, включала пять параметров (Дж. Форстер. "Мировая динамика"): численность населения, ресурсы, питание (количество пищи на одного человека в год), фонды (объем промышленного производства рассчитанный на одного человека) и загрязнение окружающей среды. Для каждого из этих параметров было составлено уравнение, где в левой части стоит скорость изменения данного параметра, а в правой - причины его изменения.
  
   Первый вопрос, на который искал ответ Римский клуб: что ожидает человеческую цивилизацию, если, полагаясь на волю господню, пустить все на самотек и позволить мировой системе развиваться неуправляемо, - т.е. так, как это происходило до сих пор? Ответ, данный вычислительной машиной, подтвердил мрачные предсказания древних эсхатологов: ресурсы резко уменьшаются, промышленное производство растет до 2000-2010 года, а затем оно резко падает, опускаясь к 2050 году почти до уровня 1900 года; уровень питания также вначале растет, но затем падает значительно ниже уровня 1900 года. Загрязнение, начиная с первых десятилетий ХХI века стремительно возрастает, достигая максимума, примерно, к 2050 году, а затем также резко падает, - планета очищается от загрязнений, вызванных человеком, просто сбрасывая с себя обременительную технологическую цивилизацию. Население будет расти где-то до середины XXI века, а затем начнет быстро уменьшаться, так как уровень промышленного производства и питания, прогнозируемый моделью, не способен обеспечить всем необходимым огромное население планеты, выросшее в условиях технологической цивилизации. Вместе с технологической цивилизацией, как формой существования разумной жизни, планета начнет сбрасывать с себя и само человечество. Грязный воздух, отравленная вода, кислотные дожди, эпидемии, а затем голод и войны за ресурсы и питание будут уносить миллионы жизней в день, пока не установится равновесие.
  
   Такое устрашающее будущее предсказывала модель Римского клуба, если не обращать внимания на тревожные симптомы. Согласно прогнозу, катастрофа может произойти уже в период 2020-2030 годов - как ранее и предсказывали оракулы Конца света, но в отличие от эсхатологов, участники Римского клуба поставили еще один вопрос: как мы можем повлиять на ситуацию? В вычислительных экспериментах управляющим воздействиям подвергались следующие параметры: ресурсы, численность населения и загрязнение. Такая модель мировой системы с управлением позволила сделать прогноз еще трех возможных сценариев.
  
   Первый сценарий отражает изменение мировой системы, если, начиная с 1970 года, резко снизить скорость использования природных ресурсов. Такое снижение достигается, например, использованием наукоемких ресурсосберегающих технологий, резким сокращением военно-промышленного комплекса, отнимающего львиную долю ресурсов планеты. Однако расчет показал, что катастрофический характер кризиса при этом сохраняется, хотя и отодвигается ближе к середине XXI столетия. Главной причиной катастроф в этом сценарии является стремительно нарастающее загрязнение окружающей среды. Последствия загрязнения выражаются в катастрофическом снижении уровня питания, затем - промышленного производства и, наконец, - численности населения. К 2100 году параметры мировой системы возвращаются, примерно, к уровню 1900 года, но с несколько большей плотностью населения и более низким уровнем питания. При этом люди будут жить на планете заполненной отбросами ушедшей в прошлое технологической цивилизации.
  
   Второй сценарий предполагал, наряду со снижением скорости использования ресурсов, дополнительно включить в качестве управляющего воздействия контроль загрязнения окружающей среды. Управление в модели достигается введением ограничений, не позволяющих загрязнению подниматься выше определенного уровня. При таком сценарии характер кризиса существенно меняется. Во-первых, кризис становится менее катастрофичным - уменьшение параметров системы происходит не так резко как, в первых двух сценариях. Во-вторых, кризис различных параметров происходит не одновременно, - это уже не катастрофа, а некоторый эволюционный процесс, дающий возможность как-то влиять на происходящие события в зависимости от создавшихся условий, что дает некоторые надежды на будущее технологической цивилизации. Но выйти из кризиса только таким путем все равно не удастся. Уровни питания и производства неумолимо падают, а численность населения растет, и к 2100 году складывается тяжелая ситуация, характеризующаяся перенаселением и крайне низким уровнем питания, что неизбежно приведет впоследствии к быстрому падению численности населения.
  
   В третьем сценарии вводится управляющее воздействие также на численность населения и рост промышленного производства в виде их ограничения на определенном уровне. Эта превентивная мера означает "замораживание" технологической цивилизации на современном уровне. Расчет показал, что состояние мировой системы при таком ограничении не является устойчивым. Параметры системы остаются неизменными в течение, примерно, столетия, а затем кризис технологической цивилизации возобновляется, хотя и в более мягкой форме. К концу ХХI века сказывается истощение ресурсов планеты, а ограничение роста промышленного производства не оставляет возможностей для цивилизации восполнять ресурсы за счет более глубокой разработки полезных ископаемых Земли и ближайших планет. Медленный закат технологической цивилизации при таком сценарии неизбежен.
  
   Кроме приведенных сценариев, на модели были просчитаны и многие другие управляющие воздействия на грядущую судьбу человечества, но все варианты оказались неутешительными. Вывод Римского клуба звучит как приговор: у технологической цивилизации нет будущего. Единственное, что человечество в состоянии сделать, это немедленно ввести жесткие ограничения на использование природных ресурсов планеты, численность населения, рост промышленного производства и рост загрязнения окружающей среда, чтобы избежать катастрофы. Все живое может существовать только - развиваясь или угасая. Человечество достигло пределов своего развития, после чего наступает неумолимая "старость" - кризис человеческой цивилизации, за которым последует "смерть" человечества.
  
   Великий французский физик и философ Рене Декарт говорил, что не существует таких мнений, которые было бы невозможно поставить под сомнение. Мнение Римского клуба авторитетно и аргументировано, причем многие из его рекомендаций реализуются сегодня, но невольно возникает вопрос: правильно ли поставлен общий диагноз болезни человеческой цивилизации? Действительно ли болезнь современной технологической цивилизации является старческой, и любые лекарства способны только облегчить угасание пациента? А может быть, Римский клуб ошибся в определении возраста больного, и вместо того, чтобы рекомендовать больному закрывать форточки, снижать нагрузки и лежать в постели, ему следовало бы посоветовать бросить курить, выйти из запыленной комнаты на свежий воздух и немного пробежаться?
  
   Часто бывает полезно изменить точку зрения или, выражаясь математическим языком, перейти в другую систему отсчета. В тупиковых ситуациях это помогает найти выход. Если посмотреть на Землю с космических высот, то нельзя не обратить внимания на то, что наша планета действительно стала слишком маленькой для масштабов деятельности современного человечества. Рассматривая грядущий кризис с этой точки зрения, можно увидеть не один, а два альтернативных пути:
  
   1 . Привести масштабы деятельности человечества в соответствие с масштабом жизненного пространства, ограниченного только Землей. Это именно тот путь, который предлагал Римский клуб. По всем сценариям такого пути, он - тупиковый и, в конечном итоге, ведет в прошлое - к дотехнологическому уровню цивилизации.
  
   2. Привести масштаб жизненного пространства в соответствие с масштабом деятельности современной технологической цивилизации за счет освоения космического пространства. Этот путь прямо противоположен первому, поскольку он предполагает осознанные усилия человечества, направленные на создание условий для жизни на других планетах и, прежде всего, на Луне и Марсе.
  
   С точки зрения математического моделирования это означает, что при анализе перспективы развития технологической цивилизации и построении модели мировой системы необходимо учитывать еще один дополнительный параметр - изменение объема жизненного пространства. Римский клуб сделал свой прогноз в 60-х годах прошлого столетия, ограничив сферу деятельности человечества только биосферой Земли. Но человек уже более полувека более или менее интенсивно осваивает околоземное космическое пространство, а искусственные летательные аппараты разбросаны по всей Солнечной системе. Технологическая цивилизация Земли стала явлением космического масштаба, и этот эмпирический факт принципиально меняет взгляд в будущее.
  
   Мы - акселераты. Мы слишком быстро выросли и нарастили технологические мускулы за последние сто лет, и, фактически став новой формацией жизни - технологической цивилизацией, еще не осознаем в полной мере той ответственности, которую возложила на нас Природа как на единственного носителя разума в окрестности, по-видимому, не менее 50 световых лет. Жизнь, как форма существования материи, это - явление большого масштаба, не укладывающееся в тесные рамки Земли. Вернадский доказал, что жизнь является геологической силой, без которой наша планета была бы совсем другой. Эта тенденция живого вещества к расширению пространства обитания является целью эволюции жизни, созидающей все более совершенные формы, способные приспосабливаться к любым условиям; она подсказывает нам, что жизнь способна быть геологической силой космического масштаба, преобразующей планетные системы. Похоже, что для этой миссии в близлежащих областях Галактики Природа выбрала именно человека.
  
   В биологии существует закон, согласно которому человек, начиная с рождения, в своем развитии повторяет все стадии эволюции жизни. Каждый из нас был клеткой, дышал жабрами, имел хвост - т.е. прошел все стадии развития жизни за девять месяцев эмбрионального существования, - у каждого из нас было детство, юность... С позиций этого закона, жизнь на планете Земля сейчас болезненно преодолевает подростковый период - покидает свой дом и приобретает самостоятельность. В этом состоит сущность современного кризиса технологической цивилизации - это болезнь роста.
  
   Основная проблема в период возрастного кризиса состоит не в том, что человечеству, как и подростку, чего-то не хватает, - ресурсов, энергии, сил или области их применения, - а в том, что уровень мышления сегодня отстает от уровня технологического развития, как это ни парадоксально. Достаточно в звездную ночь посмотреть на небо, чтобы понять, что ресурсы объективно не ограничены. Перед нами открыта безграничная вселенная, и у нас уже сегодня есть все, чтобы осваивать космос не только на страницах научно-фантастических романов, но и на деле.
  
   Из двух возможных направлений развития мировой системы, первое имеет лишь тактическое значение, и сегодня оно в какой-то мере используется как терапевтическое средство для лечения болезней роста цивилизации, тогда как второй путь является стратегическим императивом развития. При этом резерва времени уж не остается, так как к 2050-2100 годам земные ресурсы, по-видимому, истощатся, и нужно думать о внеземных ресурсах всерьез уже сегодня. Мировое сообщество обязано наверстать время, упущенное во второй половине XX века.
  
   Управлять математической моделью мировой системы сравнительно легко - достаточно ввести в уравнения управляющие параметры. Управление же мировой системой на практике - дело чрезвычайно трудное, и в настоящее время эта задача еще далека от решения. Реальные действенные механизмы управления развитием человеческой цивилизации предстоит создать в будущем. Современные международные организации, такие как ООН и ЮНЕСКО, можно рассматривать лишь как предпосылки создания мировой системы управления. Основным препятствием на этом пути является экономическая, политическая и идеологическая неоднородность человечества, а также пережитки имперского мышления, которым подвержены сверхдержавы. Каждая страна имеет свои государственные интересы и цели. Если развитые страны уже сейчас испытывают нехватку ресурсов и сталкиваются с проблемами, связанными с загрязнением окружающей среды, то для стран третьего мира более важными проблемами сегодня являются перенаселенность и нехватка питания. Тем не менее, политическая система принятия общечеловеческих решений и контроля их исполнения должна быть создана, и желательно, чтобы эта система была основана не на имперских принципах управления. Это жизненно важно в условиях кризиса.
  
   Будем исходить из того, что у мирового сообщества достаточно здравого смысла, чтобы преодолеть те кризисные тенденции XXI века, на которые в свое время указывал Римский клуб, и попытаемся заглянуть дальше - в те времена, когда человечество превратится в развитую технологическую цивилизацию. Наша задача - увидеть общие тенденции развития жизни на Земле как явления космического масштаба, оценить скорость ее распространения в космическое пространство и темпы роста человеческой популяции на основе тех предпосылок развития, которые уже проявились сегодня. Возможно, такой взгляд из будущего поможет правильно оценить сущность современных кризисных явлений, а также даст нам материал для изучения исторического аспекта проблемы времени.
  
  

1. Взгляд в прошлое

  
   На свете есть два чуда: звездное небо над головой и нравственный закон в самой голове, - так или примерно так говорил немецкий философ Иммануил Кант. С тех пор прошло много лет, многое в устройстве Вселенной и человеческого общества стало понятным, но ощущение чуда остается по-прежнему, когда ночью открывается нашему взору "бездна звезд полна, звездам числа нет, бездне дна" (М.В. Ломоносов), и мы заворожено смотрим на эти мерцающие точки.
  
   Вывод Римского клуба о том, что технологическая цивилизация, запертая в пределах собственной планеты, обречена, абсолютно верен. Перспектива развития человеческой цивилизации может быть связана только с расширением пространства обитания путем постепенного освоения соседних космических тел и создания на них искусственных биосфер. Тенденция к расширению пространства обитания свойственна жизни вообще - как форме существования материи.
  
   Вначале жизнь зародилась в океане в простейшей форме. Произошло это событие в архейскую эру, примерно 3 миллиарда лет назад, когда поверхность Земли остыла после родовых мучений. Затем медленно, в течение 2,5 миллиардов лет, жизнь осваивалась в океане, экспериментировала методом "проб и ошибок", создавая все новые и новые формы, пока, наконец, не "изобрела" мхи и членистоногих паукообразных животных, сумевших первыми приспособиться к условиям суши. Удачной формой, способной преодолеть водную границу, оказались также позвоночные, вышедшие на сушу чуть позже. Надо заметить, что выход на сушу для жизни был не менее трудным делом, чем выход в космическое пространство, осуществленный в наши дни человеком: нужно было "сконструировать" легкие у животных, решить проблему размножения на суше, защиту от пересыхания, создать жесткие конструкции для существования в поле силы тяжести, и - многое другое. После того как эти "технологические" проблемы были решены Природой путем многочисленных мутаций и естественного отбора, суша была довольно быстро переработана жизнью и возникла биосфера всей планеты в целом.
  
   После этого жизнь "совершила ошибку", отдав предпочтение амфибиям и рептилиям в надежде на этом пути получить форму способную выйти за пределы биосферы планеты в поисках новых мест обитания. Эта надежда не оправдалась, жизнь зашла в тупик, породив безмозглых и прожорливых динозавров. Из этого "кризиса жанра" она смогла выйти только путем безжалостного уничтожения своих любимых творений - динозавров. Это было величайшее драматическое событие в истории Земли, но благодаря этой акции, жизнь получила возможность перестроить биосферу и начать экспериментировать с млекопитающими. На этом пути ее ждал успех - она создала разум, носителем которого оказались мы с вами. Именно человек оказался той формой, которая оправдала надежды жизни выйти за пределы планеты в космос, и это грандиозное по масштабам событие произошло на наших глазах. Нам есть чем гордиться!
  
   Все произошедшие на Земле события, начиная с зарождения жизни в ее простейших формах, показывают, что жизнь не стоит на месте. Анализ прошлого позволяет выделить два направления изменений в природе, связанных с жизнью:
   1. Эволюция форм жизни, выражающаяся в их последовательном изменении от простых форм к сложным, - т.е. развитие жизни.
   2. Освоение жизнью все новых и новых мест обитания - расширение жизненного пространства.
  
   Почему жизнь не стоит на месте? Зачем природе нужна эта бесконечная смена форм жизни - какова цель эволюции жизни? Логически связав два основных направления изменений в природе, можно ответить на этот вопрос так: цель эволюции жизни заключается в расширении пространства обитания живого вещества, - иными словами, эволюция жизни направлена на расширение жизненного пространства.
  
   Возможно, что это есть основной и всеобщий принцип существования живого вещества. Но если это действительно так, то та безжизненная Вселенная, которую мы наблюдаем, со временем неизбежно должна быть освоена и переработана живым веществом, как была им переработана Земля, потому что принципиальных ограничений в способности жизни адаптироваться к различным условиям, возможно, и не существует. Какое бы физическое препятствие до сих пор ни возникало на пути жизни, процесс эволюции, рано или поздно, приводил к появлению такой формы, которая преодолевала это препятствие. Создание мхов, членистоногих и позвоночных животных позволило жизни перебраться на сушу, казалось бы, совершенно не пригодную для тех форм жизни, которые первоначально населяли океан, а создание разума обеспечило жизни возможность перенестись через космическое пространство на другие планеты, и ее проводником в космическое пространство стал человек. Технический прогресс, таким образом, представляется не исчадием ада, как это пропагандируется некоторыми радикальными "защитниками" окружающей среды, а необходимой и естественной составляющей эволюции жизни. Можно не сомневаться, что дальнейшая эволюция жизни, благодаря именно техническому прогрессу, позволит ей в конечном итоге с комфортом обустроиться на других планетах и полностью преобразовать физические условия на поверхностях безжизненных ныне небесных тел. Но можно ли оценить, какими темпами будет протекать в дальнейшем этот процесс, - иными словами, предсказать наше будущее?
  
   Представим процесс развития жизни, как подъем по ступенькам одинаковой (по важности) высоты, где каждая ступенька означает качественно новый уровень развития жизни с точки зрения расширения среды обитания. Изучая важнейшие события эволюции в прошлом с помощью геохронологической таблицы, можно усмотреть четыре таких ступени, характеризующие крупнейшие завоевания жизни.
  

  

[]

   Первое завоевание жизни, - первая ступень, - это само ее зарождение в океане планеты Земля. Но это событие было не случайным, оно было подготовлено предшествующей эволюцией вещества в Галактике. Начиная с самого возникновения Галактики (по порядку величины это произошло около 20 млрд. лет назад) шел длительный процесс синтеза химических элементов, необходимых для возникновения жизни. Сначала должны были возникнуть звезды первого поколения (сферическая составляющая Галактики), затем звезды второго поколения (дисковая составляющая), тяжелые элементы, составляющие планеты земной группы и углерод - основа жизни. Поэтому мы должны рассматривать в качестве нулевой ступени весь период времени, прошедший от возникновения Галактики до возникновения жизни (около 3 млрд. лет назад), составляющий 15-17 млрд. лет.
  
   На первой ступени, в океане, жизнь находилась достаточно долго, - около 2.5 млрд. лет, - пока в Ордовике не появились формы, способные перебраться на сушу. С сушей жизнь справилась гораздо быстрее - всего за 150 млн. лет, начиная с Силурийского периода и заканчивая Каменноугольным. К началу Пермского периода, - 286 млн. лет назад, - жизнь полностью захватила планету, создав биосферу. Последующие 250 млн. лет, начиная с Пермского периода Архейской эры и заканчивая Третичным периодом Кайнозойской эры, ничего существенного, с точки зрения развития жизни, не происходило. Жизнь экспериментировала, изменяла биосферу, создавая и уничтожая все новые и новые формы. Качественный скачок в развитии произошел лишь в конце Третичного периода, когда, экспериментируя с приматами (обезьянами), жизнь натолкнулась на нечто новенькое. Она создала чрезвычайно перспективную форму - человека; она создала разум. Процесс создания разума начался с рамапитека 15 млн. лет назад, и за это время позволил жизни подняться на новую - третью ступень. За это время биосфера под влиянием человека полностью изменилась, особенно - в последние 100 лет, когда на Земле появилась, пока еще слаборазвитая, технологическая цивилизация. Это резкое изменение состояния биосферы является показателем того, что жизнь находится на пороге нового качественного скачка.
  
   Разбив на ступени процесс развития жизни в прошлом и пронумеровав их последовательно цифрами: 0, 1, 2, 3, - мы, таким образом, определили систему координат процесса. В этой системе координат по оси N откладываются последовательно номера ступеней, а по оси t - длительность соответствующей ступени. Глядя на данные хронологической таблицы о темпах развития жизни, нельзя не обратить внимания на различие длительности ступеней развития; причем, наблюдается определенная закономерность, а именно - каждый последующий шаг жизни, каждая ступень, требует все меньшего и меньшего времени. Для того чтобы узнать, какими темпами должен проходить процесс развития жизни на последующих 4 и 5 ступенях, на которых жизнь вначале обустраивается в Солнечной системе, а затем делает головокружительный прыжок к другим звездам, нужно сделать экстраполяцию фактических данных, а для этого необходимо подобрать такую функцию t(N), которая бы наилучшим образом соответствовала фактическим данным ti(Ni). Регрессионный анализ данных дает функцию:

y=ln(t)=9.9-2.4N

  
   Сведем полученные результаты в таблицу.

  

[]

   Поскольку мы уже располагаем функцией, определяющей длительность ступеней развития и представляющей собой своего рода диагноз эволюции жизни, мы можем сделать и прогноз на будущее, рассчитав длительность 4-ой и 5-ой ступеней развития жизни, т.е. говоря научным языком - сделать экстраполяцию данных. Мы получаем, таким образом, что создание развитой технологической цивилизации и колонизация планет Солнечной системы будет происходить в течение 1.3 млн. лет с вероятным отклонением 300000 лет в ту или иную сторону. Это достаточно большой промежуток времени, но нужно обратить внимание на то, что он на порядок меньше времени, которое понадобилось природе для создания разума.
  
   Следующая ступень - выход за пределы Солнечной системы и освоение соседних планетных систем будет происходить значительно быстрее и продлится всего около 120000 лет с возможным отклонением - 30000 лет. Таким образом, примерно через 1.5 миллиона лет, если следовать тенденциям развития жизни, наблюдаемым до сих пор, человечество должно превратиться в суперцивилизацию, свободно выбирающую себе место жительства в Галактике и постепенно расширяющую объем жизненного пространства. Запомним эту важную цифру - она нам еще понадобится.
  
   К сожалению, у нас нет сведений, какими темпами и в каких формах развивается жизнь в других областях Галактики. Мы располагаем только данными о темпах развития жизни на Земле. Однако данные астрономических наблюдений показывают, что законы природы едины для всей наблюдаемой Вселенной, поэтому можно предположить, что и жизнь развивается везде и всегда по единым законам. Конкретные формы, возникающие в эволюционных процессах, происходящих в различных уголках Галактики, могут различаться, но темпы развития жизни должны быть сходными, так как они непосредственно связаны с физическими условиями, подчиняющимися единым законам природы. Сформулированный выше тезис о том, что процесс эволюции жизни направлен на расширение пространства обитания, должен представлять собой общий принцип, согласно которому происходит процесс эволюции и в других очагах жизни Вселенной. Если это предположение верно, то это означает, что откуда-то из другого очага жизни в нашей Галактике, - преодолев, по-видимому, аналогичный по длительности процесс развития живого вещества, - навстречу нам постепенно движется другая технологическая цивилизация. Когда-то в будущем сферы наших жизненных пространств пересекутся, и произойдет контакт. Что это будет за контакт?
  
   Во-первых, возможен контакт цивилизаций, сферы распространения которых в космическом пространстве несопоставимы по размерам, и от такого события земляне не застрахованы уже сегодня, о чем нам настойчиво твердят уфологи, предъявляя какие-то сомнительные фотографии и свидетельства; поговаривают даже, что такие события уже происходили, и не раз, в прошлом. Честно говоря, не хотелось бы, чтобы это оказалось правдой, ибо некая суперцивилизация прошлась бы по нам как каток по муравью на асфальте, даже и не заметив, что кто-то там ползает на дороге. Во-вторых, возможен контакт, когда сферы жизненных интересов примерно одинаковы; это - контакт двух суперцивилизаций, находящихся на одной (пятой) ступени развития. Для нашей, пока еще слаборазвитой технологической цивилизации такой контакт возможен, как мы рассчитали, пользуясь хронологической таблицей, приблизительно лишь через 1.5 млн. лет.
  
   Область пересечения жизненных пространств суперцивилизаций, представляет собой экосистему, содержащую две разумные популяции, помещенные в общую среду обитания, которая может включать в себя большое количество планетных систем. В такой экосистеме, как показывает изучение экосистем живых организмов существующих на Земле, между двумя популяциями возможны различные типы взаимоотношений, все разнообразие которых нетрудно получить из комбинаторных соображений. Пусть (0) означает отсутствие каких-либо значимых взаимодействий, знак (+) - благоприятное влияние одной популяции на другую, а знак (-) - неблагоприятное влияние. Тогда, комбинируя попарно эти знаки, получим шесть основных категорий взаимодействия популяций: (00) - нейтральные взаимодействия, (-0) - односторонне невыгодные, (--) - взаимно невыгодные, (+0) - односторонне выгодные, (++) - взаимно выгодные и (+-) - антагонистические; названия им даны с учетом четырех самых общих характеристик, которые можно дать любым взаимоотношениям: нейтральные, односторонние, взаимные и антагонистические.
  

  

[]

  
   Изучая экосистемы и наблюдая за различными сообществами живых организмов населяющих Землю, экологи выделили 9 различных типов взаимоотношения популяций: нейтрализм, аменсализм, конкуренция (внутривидовая и межвидовая), хищничество (поедание как животных, так и растений), паразитизм, комменсализм, протокооперация и мутуализм (или иначе - симбиоз). Комбинаторика основных свойств взаимодействия популяций позволяет упорядочить эти типы, реально существующие в природе, по категориям и свести их в таблицу, при этом к некоторым категориям придется отнести сразу несколько типов взаимоотношений, различающихся по дополнительным, специфическим свойствам. Так, например, отношения популяций могут быть жизненно важными или неважными, популяции могут принадлежать к одному виду или же к разным видам, предметом их взаимоотношений может быть один и тот же ресурс или разные ресурсы.
  
   Взаимоотношения популяций в животном и растительном мире Земли включают, разумеется, и человека. Конечно, человечество имеет специфику, отличающую его от остального животного мира, но все же человек это дитя природы, и по многим признакам - еще не вполне разумное дитя. Поэтому, рассматривая характер взаимодействия популяций в таблице, мы без труда найдем там место и для человеческой популяции - практически во всех категориях, а такие слова как конкуренция, хищничество, паразитизм не сходят со страниц наших газет как характеристика деятельности отдельных индивидов, организаций и стран. Но сейчас для нас более интересен другой вопрос: к какой из шести возможных категорий взаимодействия могут относиться две вступившие в контакт суперцивилизации? Иными словами, нужно сделать прогноз, подобный сделанному выше прогнозу темпов развития жизни.
  
   Всякий прогноз начинается с изучения того, как протекал интересующий нас процесс в прошлом. В данном случае нас интересует процесс развития взаимоотношений между популяциями, - но не всякими, а только человеческими. Природа во все времена, в принципе, использовала любые возможные типы взаимоотношений в животном и растительном мире, и какого-либо развития пристрастий природы к тому или иному типу, вообще говоря, не наблюдается. Однако все же экологи заметили некоторые эволюционные тенденции у популяций животного и растительного мира, сосуществующих длительное время:
   1. Негативные взаимодействия (-) проявляются на начальных стадиях развития сообщества или в нарушенных природных условиях;
   2. В процессе эволюции и развития экосистем обнаруживается тенденция к уменьшению роли отрицательных взаимодействий за счет положительных (+), повышающих выживание взаимодействующих видов;
   3. В недавно сформировавшихся или новых ассоциациях вероятность возникновения сильных отрицательных взаимодействий больше, чем в старых ассоциациях.
  
   Эти тенденции, наблюдаемые в живой природе, вполне можно сопоставлять с историей человечества. Однако в данном случае задача стоит более сложная, поскольку нас интересует процесс развития взаимоотношений между разными космическими цивилизациями, тогда как единственной известной нам цивилизованной формой жизни в Солнечной системе является пока только человечество. В такой ситуации не остается иного выбора, как построить прогноз, изучая опыт развития взаимоотношений между разными человеческими сообществами на Земле, полагая, что этот опыт имеет универсальный характер. Человечество во все времена было разделено на племена, народы, нации, страны, поэтому история дает богатейший материал о развитии взаимоотношений однотипных популяций, имеющих общую среду обитания.
  
   Рассматривая исторические события, можно убедиться, что человечество испытало на себе практически все типы взаимоотношений между популяциями. На заре истории отношения типа хищник-жертва были весьма распространенным явлением в межплеменных контактах. Каннибализм (людоедство) еще до сих пор практикуется некоторыми племенами, ведущими изолированный образ жизни и, вследствие этого, сохранившими типичные обычаи дикарей. Но, как общественное явление, каннибализм давно уже остался в глубоком прошлом, и в настоящее время он воспринимается в бытовом сознании как анахронизм (пережиток прошлого), находящий свое место разве что в сказках о людоедах, да в редких газетных сообщениях об отдельных выродках человеческого рода. Отказ человечества от взаимоотношений типа "хищник-жертва" в настоящее время является естественной составляющей менталитета современных людей и не нуждается в законодательном подкреплении; иными словами, он стал нравственной нормой. Этот факт представляет собой важнейший результат длительного процесса нравственного развития человеческой цивилизации. Вопрос о том, как конкретно проходил процесс становления этой нормы, о роли закона и наказания в этом процессе, это отдельный историко-юридический вопрос.
  
   Итак, маловероятно чтобы хищничество присутствовало во взаимоотношениях двух суперцивилизаций. Пойдем дальше. Внутривидовая конкуренция, начиная с глубокой древности и до нашего времени, была, по-видимому, определяющим типом взаимоотношений между разными племенами и народами. Практически вся история человечества это история войн за территорию и богатство соседей. Война всегда рассматривалась как обязательное условие контакта между народами и не воспринималась как зло. Напротив, убийство врага на поле брани считалось доблестью, и молодые люди с малолетства готовились стать воинами. Например, дворяне - служилая элита российского общества - почти все были офицерами с определенными представлениями о чести, отвечающими милитаристскому мышлению. Кстати, дуэли это тоже одна из форм внутривидовой конкуренции.
  
   Ни XIX век, ни прошедший XX век ничем не отличались в этом отношений от времен Шумеро-Аккадского царства или от времен Александра Македонского, или от Золотой орды Чингиз-хана. Действительно, в течение первой половины XX века великие мировые супердержавы выясняли отношения с помощью оружия, однако, за исключением Второй мировой войны, причиной которой были откровенные планы Германии захвата чужих ресурсов и территории, остальные войны, - и Первая мировая, и война холодная, и целая серия военных конфликтов последнего времени, - скорее были порождением привычного для человечества милитаристского мышления, чем решали задачи конкуренции. Ни одна из войн последнего времени не принесла ее участникам практически никаких выгод, в отличие от войн прошлого. Это обстоятельство указывает на то, что в новых условиях зарождающейся сегодня технологической цивилизации война как специфическая для человечества форма внутривидовой конкуренции становится невыгодным типом взаимоотношений в цивилизованном обществе.
  
   Изменение бытового сознания это длительный процесс, но он все же идет, и свидетельством тому является то, например, что современные дети в войну уже почти не играют. Еще две тысячи лет назад появились нравственные заповеди: не убий, не укради..., но можно ли сказать теперь, что человечество следовало этим заповедям? Тем не менее, сам факт их возникновения свидетельствует об определенной гуманистической направленности в изменении менталитета, и эта тенденция связана с одним из важнейших направлений развития человеческой цивилизации - становлением и развитием нравственности.
  
   Отчетливо связь гуманизации мышления людей с развитием цивилизации начала проявляться после того, как цивилизация перешла к технологической фазе развития в XIX веке. Военная конкуренция в условиях технологической цивилизации перестала способствовать развитию сосуществующих популяций человечества, как это было в старые "добрые" времена. Особенно выразительно это свойство технологической цивилизации показала гонка вооружений - "холодная война", разразившаяся во второй половине XX века, в ходе которой конкуренты создали средства уничтожения друг друга такие, что победителей в вооруженной борьбе высоких технологий уже быть не может - обе воюющие популяции просто погибнут. Огромную роль в осознании этого факта сыграло математическое моделирование. Можно сказать, что Третья мировая война произошла внутри вычислительных машин. Результаты этой войны произвели ошеломляющее впечатление на умы и породили серьезные сомнения в целесообразности старого милитаристского мышления в условиях современной технологической цивилизации. Расчеты на ЭВМ, проведенные в США и в России, показали, что после обмена ядерными ударами, смертоносное значение которых для обоих противников не требует комментариев, следуют события еще более мрачные, воссоздающие картины библейского Страшного суда. Прежде всего, возникают катастрофические самоподдерживающиеся пожары на огромных территориях, в которых сгорает все живое и неживое. Вследствие пожаров, в атмосферу выбрасывается такое количество сажи, что она сплошной пеленой обволакивает всю планету, не пропуская к ее поверхности солнечный свет, и наступает ядерная зима. Несколько лет должно пройти, прежде чем пелена сажи начнет рассеиваться, и поверхность планеты постепенно нагреется. Но эта планета будет уже, очевидно, мертвой.
  
   Все живое стремится выжить, приспосабливаясь к новым условиям, а новые условия технологического развития человечества таковы, что они требуют отказа от милитаристского мышления и внутривидовой конкуренции как приемлемого для человеческих популяций типа взаимоотношений. Мирное взаимовыгодное сосуществование, в котором один народ был бы жизненно важным для другого, слабо просматривается в исторических событиях прошлого, но в современном обществе тенденции к кооперации проявляются уже практически во всех областях человеческой деятельности - в экономике, науке, искусстве. Большинство крупнейших компаний имеют капиталовложения не только в своей стране, но и во многих других странах мира. В таких условиях, мировые войны ничего кроме вреда принести не могут, и можно ожидать, что в ближайшие столетия мышление человечества должно претерпеть радикальное изменение в направлении его гуманизации. В отношении к мировым войнам это, похоже, уже произошло, и хочется верить, что к тем же самым выводам человечество придет и по отношению к локальным войнам.
  
   В ходе процесса гуманизации в бытовом сознании должны закрепиться нравственные нормы, соответствующие современному, технологическому уровню развития человечества, которые исключают отношения выгодные для одних людей и невыгодные для других (такие, например, как аменсализм, внутривидовая конкуренция, паразитизм) - как неадекватные формы взаимоотношений между популяциями для развитой цивилизации. И дело здесь даже не в выборе между добром и злом - такие отношения становятся просто невыгодными. Любая война будет восприниматься людьми как такой же анахронизм, каким мы сегодня воспринимаем людоедство. Но до этого, однако, пока еще очень далеко (по нашим оценкам - около миллиона лет), и дети, возможно, еще будут играть в войну.
  
   XXI век, как и предсказывали эксперты Римского клуба, а также другие исследователи, готовит человечеству серьезнее испытания, связанные, прежде всего, с кризисом ресурсов и перенаселением. Как разрешится этот грядущий кризис, сказать пока трудно. Но мы видим, глядя в историческое прошлое, что наряду с технологическим развитием человечества, происходит, хотя и с некоторым опозданием, развитие нравственности, выражающееся в отказе от некоторых типов взаимоотношений между популяциями, которые по мере развития технологий становятся не выгодными для человечества. Следовательно, технологическое и нравственное развитие должны быть взаимосвязаны. Животный и растительный мир не знает что такое нравственность - это чисто человеческое эволюционное приобретение, как и технологии. При этом с точки зрения устойчивости человеческого общества, возможно, принципиальное значение имеет явление запаздывания развития нравственности по отношению к технологическому развитию, т.е. их асинхронность, ибо в период кризиса технологического развития решающее значение для выживания имеет высокий уровень нравственного развития. Возможно, что процесс развития человечества носит волнообразный характер, в котором развитие технологий и нравственности перемежаются друг с другом. Действительно, если бы технологические и нравственные циклы развития совпадали во времени, то у человечества не было бы моральных сил для преодоления кризисов. В связи с этим, говоря об охране окружающей среды и природных ресурсов, нельзя забывать и об охране нравственности. Если судить по некоторым явлениям современной массовой культуры, загрязнение в этой области происходит не менее интенсивно, чем загрязнение атмосферы или питьевой воды.
  
   Говоря о конкуренции, как об исчезающей форме взаимоотношений в технологически развитой цивилизации, мы имели в виду только внутривидовую конкуренцию, которая невыгодна обеим конкурирующим сторонам. Внутривидовая конкуренция - это когда популяции борются друг с другом за обладание уже существующими, общими для этих популяций, средствами существования - за пищу (ресурсы), за жилище (территория), и т. д. Но в природе существует и другая конкуренция - межвидовая, которая приводит к благоприятному исходу для одного вида и неблагоприятному для другого. Хотя все люди относятся к одному и тому же биологическому виду, межвидовая конкуренция внутри человеческих отношений все же существует и, более того, в технологическую эру этот тип антагонистических отношений начинает играть все большую и большую роль, поскольку внутри человеческого общества, главным образом, этот тип отношений заключается в борьбе старого с новым. Такая разновидность конкуренции реализуется, например, на рынке или на спортивной площадке, где борьба имеет характер соревнования - или за покупателя, путем предложения ему новых видов товара, или же за более высокие достижения в силе и ловкости, показывающие неограниченные возможности человека; она направлена не на захват существующих ценностей, а на созидание новых. Именно такой по своей сути является межвидовая конкуренция в человеческом обществе как основа всякого развития, поскольку в процессе ее создаются новые ценности - новые виды (машины, товары, книги, теории, все более образованные люди и т. д.), - на этом Дарвин построил свое учение о происхождении и изменении видов, а в диалектике по этому поводу сформулирован даже отдельный фундаментальный закон - отрицания отрицания, который вкупе с законом единства и борьбы противоположностей являются основными законами любого развития вообще. Межвидовая конкуренция бескомпромиссна и порой жестока, но она никогда не умрет, пока есть хоть какое-нибудь развитие, и ее присутствие в суперцивилизациях не должно вызывать сомнений.
  
   У человека огромные потенциальные возможности, которые щедро заложила природа, создав мозг несколько миллионов лет назад, и мы еще только начали их открывать. Развитие жизни имеет определенную цель - расширение жизненного пространства. Ради этой цели в процессе эволюции был создан разум и человеческая цивилизация. Ради этой цели в человеческом обществе тысячелетия шел процесс нравственного развития вслед за развитием навыков и умений. И теперь, когда жизнь вышла на стадию технологической цивилизации, практически готовая к выходу в космос и распространению на другие планеты, маловероятно чтобы она отступила от своей цели. Более вероятно, что в процессе дальнейшей эволюции человеческого общества не только отношения типа "хищник-жертва", но и внутривидовая конкуренция, как общественные явления, уйдут в прошлое. Современная экономика с международным разделением труда и капитала уже сегодня требуют этого. Таким образом, мы приходим к выводу, что само существование суперцивилизации может быть основано только на межвидовой конкуренции и взаимно выгодных отношениях с другими суперцивилизациями, или в современной политической терминологии - на принципе мирного сосуществования. Это означает, что контакт двух суперцивилизаций не предполагает "звездных войн". Война за общие ресурсы - это возвращение к дотехнологическим типам внутривидовых взаимоотношений и, следовательно, она означает катастрофический кризис нравственного развития, который может привести впоследствии к общему ее кризису, включая технологический, а значит - она невозможна на четвертой и пятой ступенях развития жизни. Таким образом, войнам нет места в технологическом будущем. В области пересечения сфер обитания двух суперцивилизаций должна формироваться экосистема, основанная на взаимовыгодном сосуществовании контактирующих цивилизаций, при котором существование одной, будет жизненно важным и для другой.
  
   Как отмечено выше, возможен еще один тип контакта инопланетных цивилизаций, когда сфера распространения одной из них много больше другой. В этом случае более молодая и менее развитая цивилизация неизбежно становится анклавом суперцивилизации. Если отнестись серьезно к многочисленным сообщениям о "летающих тарелках" и о других неопознанных объектах, то такой тип контакта представляется для нас актуальным уже сегодня, причем, в роли анклава оказывается Земля или Солнечная система в целом. По причинам, изложенным выше, агрессивные действия со стороны суперцивилизации маловероятны. Но как поведет себя менее развитая цивилизация в контакте с инопланетянами? Этот вопрос не может не волновать суперцивилизацию, в сферу распространения которой попадают малые цивилизации, подобные нашей, технологический опыт которой едва превышает 100 лет. Если такая цивилизация-анклав находится на более низкой ступени нравственного развития, - т.е. использует внутривидовую конкуренцию или хищничество, - то для суперцивилизации контакт с нею нежелателен по двум причинам. Во-первых, такой контакт небезопасен для представителей суперцивилизации, а во-вторых, он может разрушить естественный процесс развития малой цивилизации, что влечет возникновение болезненных для обеих сторон контакта проблем. В истории человеческого общества можно найти много примеров контактов больших и малых народов и убедиться, что оба указанных явления в этих контактах имели место. Это интересная историческая тема, но мы не будем на этом подробно останавливаться, тем более что она всесторонне рассмотрена в известной песне В. С. Высоцкого "Ну почему аборигены съели Кука". Наиболее вероятным решением суперцивилизации при контактах анклавного типа является изоляция анклава и невмешательство в процесс развития малой цивилизации. Прямой контакт цивилизаций такого рода маловероятен. Вполне возможно, что именно с этим и связана неуловимость НЛО.
  

2. Живая вселенная

  
   Удивительная вещь - воображение, благодаря которому человек способен создавать новую реальность - не похожую на то, что он видел раньше. Эта новая реальность создается непрерывно в головах людей и фиксируется в книгах, кинофильмах, компьютерах, домах, машинах и т. д. - в делах рук человеческих, в том, что называется культурой человека. По способности к воображению человек стоит особняком в животном и растительном царствах, и эта обособленность человека, отсутствие аналогов на Земле, а также в ближнем космосе создает труднопреодолимое препятствие для научного решения вопроса, к которому мы приступаем: какова вероятность возникновения жизни во Вселенной?
  
   Наличие жизни среди 100 миллиардов звезд Млечного пути представляет собой свойство, которое пока еще непосредственно не наблюдалось ни в одном из существующих телескопов, несмотря на все усилия астрономов по поиску внеземных цивилизаций. За время действия международной научной программы SETI (английская аббревиатура названия программы "Поиск внеземных технологических цивилизаций") обследованы радиосигналы звездных объектов в радиусе более 50 св. лет, и не обнаружено никаких следов разумной жизни. Наблюдаемая Вселенная по-прежнему выглядит безжизненной.
  
   Однако отрицательный результат в науке это - тоже результат. Именно так расценил результаты программы SETI выдающийся российский астрофизик И. Шкловский. Те, кто найдет в библиотеках первое издание его книги "Вселенная, жизнь, разум" и сравнит его с последними изданиями этой книги, тот сможет оценить, насколько радикально изменились взгляды ученого, - от представления о множественности обитаемых миров до убеждения, что наша цивилизация, если не единственное, то чрезвычайно редкое явление природы. Но как трудно смириться с мыслью об одиночестве в космосе! Человеческое воображение давно уже населило космос разнообразными существами, не похожими на нас, а фантасты создали на страницах книг почти осязаемые инопланетные миры и даже развязали межзвездные войны. Неужели все это не имеет отношения к реальности? Какова же тогда реальность?
  
   Рассматривая развитие жизни на Земле, мы смогли убедиться, что жизнь обладает колоссальным потенциалом развития. Создается впечатление, что если жизнь зародилась и достаточно окрепла, то ее уже очень трудно остановить, и что характер эволюции жизни на Земле подчиняется каким-то могущественным законам природы, общим для всей Вселенной. И если, несмотря на это, жизнь все-таки представляет собой редкое явление, то не остается ничего другого как признать, что само зарождение жизни требует редчайшего сочетания физико-химических условий, которые, очевидно, как раз и сложились на Земле. Этот логический вывод может служить примером того, как отрицательный результат опыта все-таки служит науке, давая ей важнейший эвристический принцип, позволяющий справиться, казалось бы, с безнадежной задачей: оценить вероятность наличия во Вселенной свойства, которое мы пока можем наблюдать только в единственном числе.
  
   Принцип - это утверждение лежащее в основе теории, которое формулируется на основе совокупности всех наблюдаемых фактов. Если хотя бы один достоверный факт противоречит принципу, то этот принцип отвергается и заменяется новым, учитывающим строптивый факт. Мы сформулировали принцип, который условно назовем антропным (от греческого слова означающего в переводе "человек"), исходя из наблюдаемой закономерности развития жизни на Земле, а также из отрицательных результатов программы радиопоиска внеземных цивилизаций. Все это, конечно, - веские факты, но для того чтобы убедиться в достоверности антропного принципа, необходимо рассмотреть все имеющиеся в нашем распоряжении факты. При этом мы будем пользоваться известным методом доказательства - рассуждение от обратного.
  
   Предположим, что утверждение о том, что зарождение жизни требует редкого сочетания физико-химических условий, имеющих место на Земле, неверен. Это означает, что диапазон возможных условий для возникновения жизни очень широк. Воспользуемся воображением и представим себе, с помощью фантаста Клиффорда Саймака, ощущения некого инопланетного существа, выросшего в условиях, совершенно не похожих на наши, и прилетевшего на Землю из неведомых глубин космоса.
  
   "Существо заскулило в страхе и тревоге.
   Этот мир был чересчур жарким и влажным, а тьма - слишком густой. И было тут слишком много буйной растительности. Атмосфера неистовствала, и растения стонали от боли... И здесь была жизнь, - гораздо больше жизни, чем пристало иметь какой бы то ни было планете, - но жизнь низшая, тупая, частично состоящая просто из биологической каши, маленьких сгустков гноя способных лишь вяло отзываться на определенные раздражители...
   Существо льнуло к земле и скулило.
   Каким образом в одном месте может оказаться столько воды? И так много растительности, и такой неистовый ералаш стихий? Как вообще на планете - на любой планете - может царить такой кавардак, такое бесвкусно-цветистое изобилие? В таком количестве воды - лезущей на глаза, ручьем бегущей под уклон, стоящей в мутных лужицах на земле - было нечто святотатственное. Мало того, вода присутствовала и в атмосфере, воздух был полон быстро несущихся капелек...
   Существо напрягло память, и у него возникло смутное видение какой-то хрустальной земли, где был холодный сухой воздух со снежной и песчаной пылью, где небо полыхало множеством звезд, а ночь, озаренная мягким золотистым светом лун, была такой же яркой как день..."
   (Клиффорд Саймак "Принцип оборотня")
  
   Выпишем из этого отрывка те физические условия на Земле, которые инопланетное существо считает непригодными для жизни:
   - мир чересчур жаркий и влажный;
   - тьма слишком густая;
   - слишком много растительности;
   - атмосфера неистовствует;
   - слишком много воды на земле и в воздухе;
   - жизни гораздо больше, чем пристало иметь на планете;
   - жизнь - в основном, низшая, способная лишь отзываться на определенные раздражители.
  
   Из этого списка, а также из воспоминаний инопланетянина следует, что на планете, с которой он прилетел условия таковы:
   - холодный сухой воздух;
   - светлые ночи;
   - атмосфера неподвижна;
   - нет растительности или очень мало;
   - отсутствует разнообразие видов живых организмов;
   - жизнь представлена, в основном, высшими формами.
  
   Исходя из этого описания, можно представить себе безводную планету с высокой отражательной способностью, имеющую множество спутников и находящуюся далеко от светила, а поэтому - холодную и безветренную. Отрицание антропного принципа означает, что мы допускаем возможность возникновения жизни в таких условиях. Верно это или нет? Чтобы ответить на этот вопрос совсем необязательно лететь к далеким звездам, достаточно внимательно изучить физические условия на планетах Солнечной системы.

Планеты земной группы

   1. Поверхность - твердая (литосфера), среди элементов самые распространенные - тяжелые: железо, кремний, магний.
   2. Атмосфера имеется у Венеры, Земли и Марса, а у Меркурия - отсутствует. Основные газовые компоненты: азот и углекислый газ - на Венере и Марсе, кислород и азот - на Земле.
   3. Гидросфера - только на Земле. На Марсе наблюдаются следы наличия гидросферы в прошлом, - извилистые долины, русла рек (каналы), - но в настоящее время есть только лед в полярных шапках, да и то лед сухой, углекислотный. На Венере воды также нет - жидкая фаза отсутствует из-за высокой температуры, а содержание водяного пара в атмосфере эквивалентно слою воды толщиной всего один сантиметр.
   4. Температура: на Меркурии +480С днем и 180С ночью; на Венере +450С; на Земле +15С; на Марсе +25С днем и -125С ночью.
   5. Давление: на Меркурии его нет; 90 атм. - на Венере; 1 атм. - на Земле; 0.006 атм. - на Марсе.
   6. Рельеф: основные крупномасштабные элементы это континентальные блоки и океанические впадины - есть на Земле, Венере, Марсе, а также и на Луне.
  

Планеты-гиганты

   Все планеты-гиганты имеют твердые ядра. У Юпитера и Сатурна ядра составляют 4% и 25%, соответственно, а у Урана и Нептуна - 90% массы планеты. За ядром следует ледяная оболочка, состоящая из воды, метана и аммиака, затем - жидкая и газовая оболочки, состоящие из водорода, гелия, метана и аммиака, причем, резких границ между литосферой, гидросферой и атмосферой, как на планетах земной группы, не существует. Химический состав близок к солнечному. Планеты-гиганты это несостоявшиеся звезды. Из спутников планет-гигантов наиболее интересен Титан - спутник Сатурна, по массе близкий к Земле, с мощной атмосферой (давление 1.6 атм.), состоящей из 90% азота, 9% аргона и 1% метана. На Титане есть облака, состоящие из капелек метана.
  
   Из этого, далеко не полного, обзора физических условий, имеющихся на планетах Солнечной системы, видно, что диапазон сочетаний условий на планетах и спутниках чрезвычайно широк. Кроме того, нельзя забывать, что Солнечная система эволюционирует, физико-химические условия на планетах не раз и навсегда заданы, а изменяются с течением времени (например, на Марсе раньше была вода). Следовательно, диапазон возможных физико-химических условий в Солнечной системе бесконечно широк, и для любого сочетания условий, по-видимому, существует или существовал в прошлом аналог. В частности, условия на гипотетической планете - родине оборотня Клиффорда Саймака - напоминают Марс или какой-нибудь спутник планет-гигантов, например, Титан. Однако на Марсе жизни нет, и вообще нигде кроме Земли, ни при каких иных условиях, за 4.5 миллиарда лет эволюции Солнечной системы жизнь не возникла. Во всяком случае, несмотря на уже достаточно большую космическую историю человечества, жизнь нигде пока что не обнаружена в более или менее развитых формах. Ученые говорят лишь об аминокислотах космического происхождения, белках или даже грибах, но все это трудно назвать жизнью в полном смысле этого слова, - все эта жизнь латентная, не получившая возможностей для своего развития, как это произошло на Земле. Следовательно, наше предположение о том, что диапазон условий, пригодных для возникновения и дальнейшего развития жизни, широк, оказалось неверным, - это можно считать эмпирическим фактом. Тогда единственной приемлемой альтернативой будет антропный принцип, - что и требовалось доказать.
  
   Сформулируем окончательные выводы, которые позволят нам продвинуться дальше по пути изучения невидимой пока еще живой вселенной.
   1. В процессе эволюции Солнечной системы, на ее планетах и их спутниках рано или поздно возникают любые возможные сочетания физико-химических условий (эргодическая гипотеза), и тот факт, что за 3-4 миллиарда лет, прошедших с момента зарождения жизни (а это достаточно большой срок), она имеется только на Земле, означает, что существует лишь очень узкий диапазон физико-химических условий, при которых может развиваться жизнь, и эти условия должны быть подобны земным (антропный принцип).
   2. Законы возникновения и развития жизни являются частью единых для наблюдаемой вселенной законов природы, следовательно, те законы, которым подчиняется жизнь на Земле, типичны (принцип единства законов природы). Это не означает, что везде во вселенной носителем разума является человек, хотя подобие формы весьма вероятно (наличие свободных от ходьбы конечностей, например), но темпы эволюции жизни, многообразие видов, наличие воды и углерода, температурные условия должны быть, по-видимому, одинаковыми.
  
   Наша задача теперь состоит в том, чтобы определить самые существенные свойства Солнечной системы, которые мы будем искать на звездном небе как критерии существования жизни в космосе. Используем вначале знания о Солнечной системе.
   1. Солнце - нормальная звезда желтого цвета, имеющая температуру 60000С и массу 2"1030 кг. Звезды с массой больше земной очень мало "живут", а эволюция жизни до более или менее развитых форм это - длительный процесс, продолжающийся не менее 3 млрд. лет. Звезды же с малой массой и низкой температурой не могут обеспечить достаточное количество тепла. Кроме нормальных звезд, в Галактике существуют еще "спящие красавицы" - белые карлики, очень плотные звезды с низкой светимостью, и "бодрствующие уроды" - красные гиганты, находящиеся в очень беспокойном состоянии. Маловероятно чтобы такие светила могли создать условия подходящие для возникновения жизни.
   2. Солнце - одиночная звезда. Существуют и другие звездные системы - двойные и тройные, взаимное движение звезд в которых очень сложно, и если в таких системах есть планеты, то их положение на орбите должно быть весьма нестабильным, что неблагоприятно для возникновения жизни, так как постоянство физических условий есть важнейшее условие развития жизни.
   3. Солнце имеет планетную систему. Далеко не все звезды могут иметь планетные системы. Исследования ученых показали, что предпочтение в этом отношении имеют как раз одиночные звезды. Астрономы не могут пока наблюдать отдельные планеты, но газопылевые облака вокруг звезд, являющиеся компонентом планетной системы, сейчас доступны для инфракрасных телескопов. Наличие таких облаков зафиксировано примерно у 10% звезд. Такую же, примерно, долю от всех звезд составляют одиночные звезды.
   4. Солнце имеет только одну планету из девяти, на которой сформировались условия пригодные для возникновения жизни.
  
   Итак, объекты, - звезды и планеты, - а также свойства, которыми они должны обладать как наиболее вероятные кандидаты на роль центров развития жизни во Вселенной, определены исходя из условий, имеющихся в единственном известном нам очаге жизни - Солнечной системе. Остается только найти на звездном небе подходящие объекты, пользуясь достижениями астрономии.
  
   Ограничим интересующую нас область Галактики только коротационной зоной, в которой находится Солнце. В зоне коротации угловая скорость движения звезд и спиральных газопылевых облаков примерно одинакова. Время движения звезды в этой зоне между рукавами превышает 10 млрд. лет, а вероятность взрывов звезд и других звездных катастроф пренебрежимо мала на протяжении длительного времени, достаточного для развития жизни. В нашей Галактике коротационная зона представляет собой тор с малым радиусом около 250 пк и плотностью звездного населения (т.е. количество звезд в единице объема) порядка 0.1 (1/пк3.)
  
   Количество звезд n, похожих на Солнце, известно астрономам - оно составляет долю примерно 0,06 от всех звезд N. Доля звезд m, имеющих планетные системы, среди нормальных звезд M также оценена учеными: m/M=0.1. Долю планет k, на которых есть жизнь, оценить не составит труда, зная, что из планет Солнечной системы (K=9) только на одной возникла жизнь: k/K=1/9. Перемножая частоты типичных для развития жизни свойств, получаем численную оценку вероятности ее возникновения в космосе:

P=P1P2P3=(n/N)(m/M)(k/K)=(6/100)(1/10)(1/9)=5"10-4

  
   Такой точности результата вполне достаточно, так как мы оцениваем сами перемножаемые величины с точностью до порядка величины (т.е. в пределах 10) и, следовательно результат должны округлить до половины масштаба, использованного для оценки сомножителей.
  
   Полученная оценка вероятности встретить жизнь в космосе относится к ограниченной области Галактики - коротационной зоне, в которой вероятность звездных катастроф пренебрежимо мала. В принципе, этого достаточно, так как практический интерес представляет жизнь в окрестности Солнца. Если же понадобится вычислить вероятность возникновения жизни в других областях Галактики, то необходимо будет ввести в формулу еще один множитель (1-P0) где P0 - вероятность звездных катастроф, которую можно оценить отношением времени нахождения звезды между рукавами в данном месте Галактики к соответствующему времени в коротационной зоне. В окрестности Солнца этот множитель стремится к единице, а за пределами зоны коротации - уменьшается, так как вероятность звездных катастроф там возрастает в связи с тем, что звезды часто попадают в спиральные рукава, где обстановка буквально взрывоопасна. При приближении к центру Галактики этот множитель стремится к нулю, так что наличие жизни в ядре становится совершенно невозможным явлением.
  
   Подобный способ подсчета вероятности жизни во вселенной носит название формулы Дрейка. Вероятность в данном случае представляет собой отношение количества планетных систем a, в которых есть жизнь, к общему количеству звезд A, содержащихся в некотором объеме V, т.е. P=a/A. Общее количество звезд в объеме V легко определить, зная количество звезд в единице объема (плотность) ρ=A/V. Плотность звездного населения в ближайшей окрестности Галактики известна и составляет 0.1 пк-1 (см. выше). Если мысленно разбить весь объем V в окрестности Солнца на одинаковые кубики с объемом V0 каждый, причем таким образом, чтобы в каждом кубике оказалась только одна планетная система с жизнью, и составить тождество: a/ρV=1/ρV0, - то, подставив в него ρV=A из выражения для плотности звездного населения, получим P=1/ρV0. Далее, воспользовавшись формулой для вычисления объема куба: V0=l3 - и разрешая последнее уравнение относительно l, находим ребро куба, в котором содержится одна звезда, населенная жизнью, равное вероятному расстоянию между центрами развития жизни в парсеках (1 пк = 3.26 св. года):

l=(1/ρP)1/3=(0.15 10-4)-1/3=30 пк=100 св. лет.

  
   Полученное число вполне объясняет отрицательный результат международной программы радиопоиска внеземных цивилизаций: расстояния до вероятных центров развития жизни действительно очень велики, - они находятся за пределами той области пространства (50 св. лет), которая была обследована в рамках этой программы. Если при этом иметь в виду, что в данный момент времени далеко не в каждом из вероятных центров возникновения жизни развитие уже привело к технологической цивилизации, то становится ясно, что вероятное расстояние до наших братьев по разуму будет еще больше. Численную оценку этого расстояния мы сделаем чуть позже, а сейчас рассмотрим такой немаловажный вопрос: в какой степени теоретической оценке вероятности возникновения жизни можно доверять?
  
   Любой новый результат, полученный в научном исследовании, лишь тогда имеет цену, когда доказана его достоверность. Соответствие вычисленного расстояния до ближайшего центра возникновения жизни отрицательным результатам радиопоиска внеземных цивилизаций по программе SETI, является одним из аргументов в пользу достоверности полученного результата (без претензий на авторство, разумеется). Но этот аргумент - скорее качественного характера, чем количественного, а этого совершенно недостаточно чтобы относиться с доверием к чисто теоретическому численному значению P=5"10-4. Для того чтобы количественно подтвердить теоретическую оценку, необходимо установить ее связь с каким-либо наблюдаемым процессом, например, с процессом развития жизни на Земле, темпы которого были рассмотрены выше количественно.
  
   Мы говорили о том, что жизнь обладает огромным потенциалом развития, и если она возникла в океане, то ее уже трудно остановить, - ни суша, ни космос ей не помеха. Развитие жизни направлено на расширение пространства обитания, и как только жизнь захватывает всю планету, она изобретает форму, - разум и технологическую цивилизацию, - способную покинуть материнскую планету и идти дальше. Таким образом, если где-то возникает жизнь, то с необходимостью, по истечению определенного времени, там возникает и технологическая цивилизация. Иными словами, возникновение жизни и развитие технологической цивилизации это два эквивалентных свойства, разделенных некоторым промежутком времени. Математически это означает, что вероятность возникновения жизни P должна быть равна вероятности возникновения технологической цивилизации PC. Это очень важное предположение, позволяющее осуществить проверку численных величин, полученных нами, и оценить вероятное расстояние не только до ближайшего центра развития жизни, но и до ближайшей технологической цивилизации.
  
   Вероятность возникновения технологической цивилизации можно определить двумя способами, исчисляя ее:
   1) в пространстве - как отношение фактического количества развитых технологических цивилизаций f (которое нам неизвестно) к количеству планетных систем a в некотором объеме пространства, на которых имеется жизнь в данный момент времени: PC=f/a;
   2) во времени - как отношение времени фактического развития технологической цивилизации Tf к времени, прошедшем с момента возникновения жизни до момента возникновения технологической цивилизации T в данной точке пространства: PC= Tf /T.
  
   Эти определения позволяют получить две важные формулы. Из пропорции PC=f/a= Tf /T, с учетом a=PA, получаем уравнение: f= P"A"Tf /T. Далее, приравнивая PC и P, согласно тезису об эквивалентности таких событий как возникновение жизни и существование технологической цивилизации, получаем формулу для вычисления количества развитых цивилизаций существующих одновременно с нами f=P2A и формулу для вычисления времени развития технологической цивилизации на планете имеющей биосферу Tf =PT.
  
   Наша планета имеет биосферу, и мы знаем из геохронологической таблицы, что время развития жизни до уровня технологической цивилизации T составляет примерно 3 млрд. лет = 3"109 лет, поэтому последняя формула дает количественную связь вероятности P=5"10-4, рассчитанной по астрономическим данным, с процессом развития жизни на Земле, уже изученным количественно. Подставляя соответствующие значения в правую часть, находим Tf =5"10-4"3"109=1.5 млн. лет. Сравните это значение с тем прогнозом, который мы сделали, пользуясь данными геохронологической таблицы. Согласно нашему прогнозу, как раз через полтора миллиона лет человечество должно стать суперцивилизацией свободно перемещающейся среди звезд. Таким образом, мы получаем важное подтверждение того, что значению вероятности возникновения жизни P=5"10-4 действительно можно доверять.
  
   Но почему мы должны доверять величине 1.5 млн. лет? Ведь мы еще не имели возможности наблюдать, как развивается технологическая цивилизация, и то, что мы получили из геохронологической таблицы, это - еще не факт, а всего лишь прогноз. Неизвестно еще как он оправдается в будущем. Поэтому проверим значение Tf =1.5 млн. лет следующим образом. Расстояние до ближайших звезд составляет примерно 5 св. лет. Согласно геохронологической таблице, через 1.5 млн. лет человечество будет способно осуществить полеты к соседним звездам, следовательно, можно оценить среднюю скорость, с которой технологическая цивилизация расширяет пространство обитания в космосе:

u=(5 св. лет/1.5 млн. лет)=(5"300000 км/с 3"107 с)/(1.5"106"3"107 с)=1 км/с

  
   Технологическая история Земли еще очень молода, она не превышает 200 лет. Однако за это время человечество обеспечило условия для выхода жизни в космическое пространство, и сегодня искусственные летательные аппараты достигли периферийных планет Солнечной системы, а некоторые даже покинули ее. Оценивая современный радиус распространения технических средств человечества в космосе расстоянием до планеты Плутон - 6 млрд. км, получим, что фактическая скорость распространения человека в космосе составляет: uф=6 млрд км/200 лет = 6"109 км/(200"3"107 с)=1 км/с. Таким образом, средняя скорость u, с которой технологическая цивилизация расширяет пространство обитания в космосе, во всяком случае, по порядку величины совпадает с фактической скоростью распространения в космосе технических средств человеческой цивилизации uф. Этот факт является подтверждением тому, что вычисленному значению вероятности возникновения жизни P (равному вероятности возникновения технологической цивилизации PC), вместе со значением вероятного расстояния до ближайшего центра развития жизни (l=100 св. лет), а также со временем развития технологической цивилизации до уровня суперцивилизации (Tf =1.5 млн. лет) и скоростью расширения пространства обитания технологической цивилизации (u=1 км/с) - можно доверять, поскольку к одним и тем же результатам приводят три совершенно разных подхода, независимых друг от друга.
  
   Мы оценили, проверили и перепроверили вероятное расстояние до ближайшего центра развития жизни l, но это вовсе не означает, что в данный момент времени жизнь в этом центре достигла высокого уровня развития. Вполне возможно, что там она представлена лишь одноклеточными. Следовательно, вероятное расстояние до ближайшей технологической цивилизации должно быть больше 100 св. лет. Количественно оценить это расстояние помогает полученная выше формула, дающая возможность вычислить количество развитых технологических цивилизаций f, существующих одновременно с нами в ближайшей окрестности. Для определения вероятного расстояния до ближайшей цивилизации L, разбиваем рассматриваемое космическое пространство также на кубики, содержащие только одну технологическую цивилизацию, - аналогично тому, как это делалось раньше при оценке вероятного расстояния до ближайшего очага развития жизни, - и составляем тождество: 1/ρV0=f/ρV=P2. Записывая для данного случая объем в виде V0=L3, разрешаем тождество относительно L:

L=(1/ρP2)1/3=(0.15 10-8)-1/3=300 пк=1000 св. лет.

  
   Насколько же изолированы братья по разуму в космосе! На первый взгляд средняя скорость распространения технологической цивилизации, u=1 км/с, может показаться большой, - ведь она по порядку величины близка к космической скорости, развиваемой ракетоносителями, - однако если считать ее постоянной величиной, то для того чтобы освоить только нашу галактику - Млечный Путь, имеющую диаметр 100000 св. лет, человечеству понадобится 30 млрд. лет! При таких "черепашьих" темпах говорить о покорении других галактик, похоже, вообще не приходится.
  
   Можно возразить, что в будущем человечество придумает более быстрые способы перемещения в пространстве. Наверняка так оно и будет, но заметим, что значение u было получено не только исходя из темпов технического развития человечества, но и с использованием других, не связанных с техническим прогрессом и независимых друг от друга исходных данных (астрономические данные о звездах, геохронологическая таблица), которые позволили оценить вероятность возникновения жизни в космосе и темпы ее эволюции на Земле. Это свидетельствует о том, что экспансия жизни в космосе зависит не только от степени технического развития цивилизации, но и регулируется какими-то общими, едиными для всех цивилизаций естественными законами развития жизни, преодолеть которые благодаря нуль-переходам, о которых толкуют фантасты, или же каким-либо другим сверхсветовым скачкам через космическое пространство, все равно не получится. Похоже на то, что всякое ускорение естественных темпов развития цивилизации подавляется многократным увеличением сопутствующих этому трудностей ее адаптации к новым условиям.
  
   Возьмем для примера заявление представителя NASA о свертывании программы освоения Луны в США, сделанное в 1990-х годах, и параллельное заявление главы Роскосмоса о несвоевременности реализации в России программы полета на Марс. О чем свидетельствуют эти заявления? О том, что проблемы общественно-социального характера, с которыми столкнулись США и Россия в XXI веке, экономически не позволяют реализовать высокие помыслы о космической экспансии, хотя технологические предпосылки для этого были созданы еще в XX веке. И действительно, сегодня возникло необозримое количество проблем здесь, на Земле, которые нужно решить безотлагательно, направив на это все наличные ресурсы. Если этого не делать, то общественному устройству грозит саморазрушение. Цивилизация может просто погибнуть от собственной неадекватности новым условиям, стремительно созданным благодаря ускорению технического прогресса. Можно констатировать, что к плодам прогресса человечество оказалось еще внутренне не готовым, и ему понадобится длительное время, чтобы их переварить. Скорее всего, для решения проблем обустройства на Земле и адаптации человечества к новым технологическим условиям понадобится весь XXI век, да и последующие несколько веков - в придачу. Если же теперь попытаться представить себе, исходя из этого примера, с какими трудностями будет иметь дело суперцивилизация, расселившаяся по всей Солнечной системе, то срок в 1.5 миллиона лет не покажется таким уж большим для их разрешения. Против природы не попрешь, - похоже на то, что она всем инопланетным цивилизациям предоставила сугубо изолированные квартиры для изначального проживания. Возможно, в этом и есть ее великая мудрость, - неизвестно как складывалось бы все в квартире коммунальной. Житейский опыт подсказывает, что было бы хуже.
  
   Однако это не повод для того, чтобы оставить мечты о космической эре - рано или поздно она непременно наступит. Человечество преодолеет все проблемы сопутствующие ускорению технического прогресса, имевшему место в XX веке; пусть для этого ему понадобятся даже тысячи лет, но время для воплощения временно отложенной мечты обязательно настанет, потому что эта мечта отвечает целеустремленности самой жизни к расширению пространства обитания. А жизнь остановить невозможно.
  

3. Взгляд в будущее

  
   Недооценка освоения космоса как важнейшего фактора развития технологической цивилизации - это распространенный недостаток многих научных футурологических моделей, в том числе и разработанных по заказу Римского клуба. Чтобы увидеть перспективы будущего развития технологической цивилизации, необходимо рассматривать не только фактическое изменение во времени таких параметров как численность населения, скорость использования природных ресурсов, загрязнение окружающей среды и т. д., но и тенденции в изменении пространства обитания живых организмов - объема биосферы, которые уже начали проявляться в наше время после того, как человечество вступило в космическую эру. Включение дополнительного параметра - скорости космической экспансии u=1 км/с - в модель мировой системы, дает возможность устранить этот недостаток, выйти из методологического тупика и сделать прогноз того, что ожидает человечество в космическую эру.
  
   Конечно, сейчас трудно даже приблизительно представить, как именно будет выглядеть будущий мир космической эры, - какие будут сделаны научные открытия, с какими техническими достижениями будут иметь дело наши потомки, - и без сомнения, он будет таким, что нам и не снилось. Современная наука здесь бессильна - это монопольная область фантастики. Научному прогнозу подлежат лишь самые общие черты космической эры человечества, выражаемые заданными параметрами модели. Ограничим любопытство четырьмя параметрами: численность населения, радиус биосферы, энергопотребление и масса используемых ресурсов; само собой разумеется, что к этим параметрам нужно добавить и время.
  
   По сравнению с параметрами, рассматриваемыми в модели Римского клуба, принципиально новым параметром является радиус биосферы, который будем считать переменной величиной; такие параметры, как загрязнение окружающей среды и обеспеченность населения питанием, целесообразно исключить, считая, что они важны лишь в переходные периоды адаптации технологической цивилизации к изменяющимся условиям. Такие периоды неизбежны, потому что развитие представляет собой волнообразный процесс подъемов и кризисов подобно тому, как река, отклоняясь то вправо, то влево, все же несет свои воды в открытое море. Развитая технологическая цивилизация обязана, в любом случае, научиться преодолевать подобные кризисы, иначе ее нельзя называть развитой, при этом масштаб будет таков, что все эти колебания мы уловить не сможем, а попытаемся спрогнозировать лишь общие тенденции или, иначе говоря, тренд будущего развития человеческой цивилизации, полагая, что у нее будет достаточно разума, чтобы стать развитой.
  
   Рассмотрим расширяющуюся в космос технологическую цивилизацию как динамическую систему вида

dXi/dt=fi(X1, X2, X3, X4, t)

   где i=1, 2, 3, 4. В левой части дифференциальных уравнений системы символом dXi/dt обозначена скорость изменения параметра Xi; в правой части - символом fi обозначены некоторые неизвестные пока функции всех выбранных параметров и времени, описывающие причины изменения скорости, - т.е. внешние факторы, действующие на систему (силы). Именно потому, что уравнения связывают скорости с силами, система называется динамической. Нам предстоит определить конкретный вид функций в правых частях уравнений. Только после этого можно считать, что система динамических уравнений определена. Фазовое пространство этой системы составляют выбранные параметры технологической цивилизации: численность населения X1=n, скорость потребления (производства) энергии X2=E, масса используемых ресурсов X3=m и радиус биосферы X4=R. Любая точка в фазовом пространстве (n, E, m, R) представляет собой состояние динамической системы, а геометрическое место точек - всех возможных состояний системы - образует фазовую траекторию.
  
   Фазовая траектория характеризует динамическую систему в целом, - это всевременной портрет системы, подобный портретам в Эрмитаже: проходит время, а они - все те же. У динамических систем могут быть различные портреты. Например, замкнутая фазовая траектория технологической цивилизации означала бы, что никакого прогресса нет, а есть лишь цикличное изменение состояния системы: развитие сменяется кризисом, а кризис развитием, - и ничего в этом портрете не меняется, сколько бы времени не прошло. Вообще говоря, это не самый плохой сценарий для человечества, но он скучный и вряд ли реалистичный, так как в природе нет ничего застывшего, - все изменяется, даже циклические процессы. Бывает и так, что динамическая система "сходит с ума", и никакой фазовой траектории построить невозможно: любое последующее состояние системы представляет собой случайную точку, которая может оказаться в любом месте фазового пространства. Вряд ли такой вариант технологической цивилизации для нас приемлем; жить в непредсказуемом обществе не хотелось бы. Случается и так, что фазовая траектория в какой-то точке вдруг разветвляется - как на распутье двух дорог. Состояние системы вблизи такой точки ветвления очень неопределенно, так как оно неустойчиво, и любой мелкий случайный фактор может повлиять на то, по какому пути пойдет дальнейшая эволюция системы.
  
   Все физические величины являются размерными, потому что для их определения нужно установить масштаб - т.е. размер, - сравнивая с которым мы получаем числовую характеристику физической величины, показывающую во сколько раз физическая величина превышает масштаб измерения. Принятые нами величины (параметры) для исследования развитой цивилизации - размерные: численность населения n имеет размерность "человек", а масштаб характеризующий все человечество - по меньшей мере "миллион человек"; затраты энергии E имеют размерность "джоуль", а масштаб изменения энергии, характерный для всей Земли, выражается в "тоннах нефтяного эквивалента" (тнэ), составляющих 41,868 ГДж (гигаджоуль=109 Дж) или 11,63 МВт"ч (мегаватт час); радиус биосферы R измеряется в "метрах", но имеет характерные масштабы не менее чем радиус Земли - 1013 км. Именно в таких масштабах мы беремся предсказать будущее цивилизации на основе закономерностей, проявившихся в прошлом. Явления меньшего масштаба при изучении цивилизации настолько сложны, что вряд ли могут быть описаны причинно-следственными связями, для установления которых мы избрали модель динамической системы. В меньших масштабах об изменениях ничего нельзя сказать наверняка, а лишь с некоторой вероятностью, и нужно применять совсем другой математический аппарат - теорию вероятностей.
  
   Числовые значения физических величин без указания масштаба измерения (размерности) не имеют смысла, потому что в разные времена разные народы использовали различные масштабы измерений: локти, футы, бушели, версты и т.д., и одно и то же число может выражать различные физические величины в зависимости от того, какой используется масштаб. Таким образом, размерность физической величины содержит важную информацию о ней, и этим обстоятельством можно воспользоваться для установления закономерностей, связывающих физические величины.
  
   Действительно, правая и левая части динамических уравнений содержат размерные величины. Это налагает жесткие ограничения на связи величин между собой - они должны быть связаны таким образом, чтобы размерности левых и правых частей уравнений совпадали, и этой информацией можно воспользоваться с помощью, так называемой, П-теоремы, гласящей, что если имеется N параметров, из которых K - с независимыми размерностями, то зависимость между параметрами можно выразить с помощью N-K безразмерных комплексов. Эта теорема при всей своей незатейливости дает в руки мощный инструмент предварительного анализа разнородных эмпирических данных. Во-первых, она сокращает количество параметров, с которыми приходится иметь дело. Во-вторых, безразмерные комплексы физических величин заключают в себе информацию об основных закономерностях, которые должны присутствовать в отношениях между физическими величинами, - просто в силу того, что они имеют определенные физические размерности. И зачастую этой информации оказывается достаточно, чтобы определить вид закономерности, исходя лишь из совокупности образующих ее физических величин.
  
   Рассмотрим для примера решение простейшей задачи: определить скорость v, с которой свободно падающее тело массой m упадет с высоты h на землю. Для школьника XX века такая задача не представляет никакой сложности, так как он знает закон сохранения энергии, согласно которому в момент удара о землю кинетическая энергия свободно падающего тела mv2/2 в точности равна потенциальной энергии mgh, которой оно обладало на высоте h в поле силы тяжести g. Отсюда сразу же следует известная формула v=(2gh)1/2, причем оказывается, что масса тела не влияет на скорость падения, - этот факт экспериментально проверил еще Галилей, бросая с башни предметы различной массы.
  
   Но предположим, что мы живем не XXI веке, а, скажем, в ХIY веке - еще до Галилея, и ровным счетом ничего не знаем ни о законе сохранения энергии, ни о законах механики, ни о законе всемирного тяготения. Именно в таких случаях, когда мы ничего не знаем, неоценимую услугу оказывает П-теорема. Из условия задачи мы знаем, что параметрами, определяющими скорость свободно падающего тела, являются масса тела m и высота падения h. Кроме того, сюда нужно добавить параметр, характеризующий поле силы тяжести - ускорение свободного падения g. Зависимость скорости от определяющих параметров запишем в виде функциональной зависимости v=f(h,m,g), которая нам пока неизвестна. Но мы знаем, что все четыре параметра, входящие в эту зависимость, размерные, и их размерность можно выразить через основные единицы измерения физических величин (массы - M, длины - L, и времени - T) с помощью формул размерностей: [h]=L, [m]=M, [g]=L/T2, [v]=L/T, где квадратными скобками обозначен символ размерности данной величины. Из этих четырех параметров только три имеют независимые размерности, так как они содержат три заведомо независимые основные единицы измерения. Следовательно, согласно П-теореме, неизвестную функциональную зависимость можно представить в виде зависимости 4-3=1 безразмерных комплексов - т.е. единственного безразмерного комплекса вида v/(hambgd)=П, где П - безразмерная величина, т. е. просто какое-то число.
  
   Определить показатели степени a, b, d очень легко, так как безразмерное число может получиться в результате деления только в том случае, если размерности числителя и знаменателя совпадают. Уравнивая размерности числителя и знаменателя, и составляя уравнение размерностей: LT-1=LaMb(LT-2)d, - из сопоставления левой и правой частей сразу получим: a+d=1, b=0, -2d=-1, - откуда находим a=0.5, b=0, d=0.5. Подставив найденные таким образом значения показателей степени в формулу, получим вид функциональной зависимости, требуемой размерностями физических величин v=П"(gh)1/2, с точностью до неизвестного числового множителя П, который можно определить из опыта, бросив несколько раз тело с разных высот (только - не свое!) и замеряя при этом скорость тела в конце пути. Можно не сомневаться, что постоянная величина будет близка к 21/2. Обратите внимание, что мы получили конкретную физическую закономерность, не имея каких-либо определенных знаний о законах механики! Это означает, что анализ размерностей и П-теорема могут служить источником новых знаний о природе и позволяет делать удивительные и порой неожиданные открытия. В связи с этим интересен следующий пример.
  
   Это было в те времена, когда проводились испытания первых ядерных бомб, и информация об энергии, выделяющейся при ядерном взрыве, была строго засекречена. Крупнейший американский ученый Тейлор, никак не связанный с работами по созданию ядерной бомбы, как-то посмотрел фильм, снятый во время американских ядерных испытаний на полигоне штата Невада. Фильм секретным не был и показывался публике открыто. В фильме было очень хорошо видно, с какой скоростью распространяется ударная волна, и Тейлор без труда смог определить величину радиуса фронта ударной волны в различные моменты времени. Дальше он рассуждал примерно так. При атомном взрыве мгновенно, практически в одной точке, выделяется энергия. От центра взрыва распространяется мощная ударная волна, радиус которой должен как-то зависеть от энергии взрыва E, времени t, прошедшего с момента взрыва, ну и, конечно, от физического параметра, характеризующего воздух - его плотности ρ: Далее, проделав анализ размерностей, он получил формулу E~ρr5/t2 и опубликовал найденную оценку энергии ядерного взрыва в открытой печати: E=10-14 Дж, - чем поверг в шок все секретные службы, которые, наверное, очень сожалели, что у них нет возможности засекретить П-теорему.
  
   Воспользуемся анализом размерностей и возьмем вначале первое уравнение системы - чтобы определить вид функции f1. Из шести размерных параметров, входящих в уравнение (dE/dt, E, n, R, m, t), четыре имеют независимые размерности. Согласно П-теореме, функциональная зависимость, связывающая размерные параметры, может быть записана в виде зависимости двух безразмерных комплексов, составленных из размерных величин: П=f(П1). Выбрав в качестве величин с зависимыми размерностями dE/dt и R, и применив вышеописанную процедуру анализа размерностей, получим уравнение:

dE/dt=(E/t) Ф1[R/t, (E/m)1/2].

  
   В таком виде уравнение дает уже более определенную информацию о характере скорости потребления энергии технологической цивилизацией, чем физически безликое изначальное уравнение. Мы видим, в частности, что скорость потребления энергии должна меняться пропорционально самой энергии и обратно пропорционально времени; кроме того, эта скорость содержит дополнительный фактор в виде некоторой функции Ф1(z) от безразмерной переменной z=[R/t, (E/m)1/2]. Если ввести внутренний масштаб сферы обитания цивилизации, определяемый только параметрами цивилизации r=t"[(E/m)1/2], то безразмерный аргумент z можно записать в виде z=R/r, что дает не только информацию о том, какой физический смысл имеет аргумент функции, но и наводит на далеко идущие предположения относительно возможного характера будущей экспансии космического пространства.
  
   Из общих соображений можно предположить, что размер пространства обитания любой цивилизации, в том числе и технологической R, должен соответствовать ее возможностям, определяемым энергией E и материальными ресурсами m, которые выражены в виде внутреннего масштаба r. Тогда величины r и R должны быть пропорциональны, следовательно, их отношение должно быть равно некой постоянной величине. Поскольку функция от постоянной величины также имеет постоянное значение, то в таком случае, исходя из уравнения, скорость потребления энергии можно определить с точностью до некоторого постоянного множителя: dE/dt=C1E/t. Выполнив аналогичный анализ размерностей для остальных уравнений динамической системы, получим:

dn/dt=(n/t) Ф2(z), dm/dt=(m/t) Ф3(z), dR/dt=(E/m)1/2Ф4(z),

  
   Если считать z постоянной величиной, то функции в правых частях всех этих уравнений, как и в уравнении для энергии E, превращаются в константы, которые, однако, могут различаться между собой по численной величине. В таком случае говорят о свойстве автомодельности, смысл которого заключается в том, что изменение масштабов не влияет на характер процесса. Действительно, в левых частях уравнений стоят отношения бесконечно малых величин, а в правых - отношения конечных приращений. Пропорциональность их означает масштабную инвариантность изменений - т.е. система остается подобной самой себе при любых ее масштабах.
  
   Возьмем для примера явление пространственной перспективы: мы видим, что железная дорога, уходящая к горизонту сужается, но нам и в голову не приходит беспокоиться о безопасности пассажиров, так как удаляющийся от нас поезд тоже уменьшается в размерах. Все предметы по мере удаления от наблюдателя становятся меньше, но по отношению друг к другу - все остается как всегда. Нечто подобное возможно и для изменений во времени.
  
   На этом возможности методики анализа размерностей исчерпываются. Всю полезную информацию о конкретном виде правых частей динамических уравнений, скрытую от посторонних глаз в размерностях величин, мы извлекли и, надо сказать, неплохо продвинулись вперед - по меньшей мере, наполовину. Чтобы пройти вторую половину пути, необходима дополнительная информация. И она у нас есть! - вспомним, что анализ вероятной обитаемости космоса привел к значению скорости расширения пространства обитания технологической цивилизации: u = 1 км/с. Более того, научная дотошность заставила нас дважды подтвердить это значение на независимом материале: один раз при исследовании геохронологической таблицы, а другой - при подсчете фактической скорости распространения человека в космосе. Это позволяет рассматривать вычисленное значение скорости распространения технологической цивилизации, во-первых, как достоверную и, во-вторых, как постоянную величину.
  
   Постоянство скорости космической экспансии цивилизации u=dR/dt имеет ключевое значение для построения модели. Действительно, равенство dR/dt=(E/m)1/2Ф4(z)=u, где u - постоянная величина, при постоянстве z означает, что отношение энергии к массе используемых ресурсов также является постоянной величиной, при этом функцию Ф4(z) можно положить равной единице, так как это допущение не вносит никаких дополнительных ограничений, ибо все сводится к простому переопределению постоянной величины u=u/Ф4(z). В таком случае можно записать формулу

E=mu2,

   которая весьма напоминает знаменитую формулу Эйнштейна для энергии массы покоя вещества: E=mC2, где C - скорость света в вакууме, являющаяся, кстати говоря, тоже постоянной величиной. Эта параллель с результатами исследований великого физика внушает некоторую долю уважения и к нашим скромным изысканиям, так как природа при всем ее разнообразии, на самом деле очень экономна по части фундаментальных законов, и многие явления, относящиеся к разным областям знания, подчиняются схожим закономерностям. Формула Эйнштейна показывает, сколько всего энергии заключено в некоторой покоящейся массе - т.е. во всех ее атомных и ядерных связях, благодаря которым эта масса существует как таковая. Но технологическая цивилизация представляет собой цельную структуру, состоящую из массы всех используемых ресурсов, и существование цивилизации как таковой требует определенной энергии для поддержания всех ее внутренних связей. Именно эту энергию и выражает наша формула. Таким образом, обе формулы действительно оказываются близкими по смыслу. Скорость космической экспансии цивилизации меньше скорости света в 300000 раз, следовательно, любая технологическая цивилизация, в том числе и космическая, должна использовать около 10-11 от энергии массы используемых ею ресурсов для поддержания внутренних связей - такова взаимосвязь между этими двумя формулами в количественном выражении.
  
   Замечательно, что, не решая первого уравнения системы, мы все же ухитрились найти выражение для используемой цивилизацией энергии, и оно оказалось весьма элегантным и близким по смыслу к формуле Эйнштейна. Однако не стоит обольщаться, так как зависимость энергии от времени в полученной формуле выражена неявно - через массу используемых ресурсов, о которой мы пока что ровным счетом ничего не знаем. Попросту говоря, мы "переложили ответственность" за энергию на массу используемых ресурсов, воспользовавшись тем, что уравнения, описывающие изменения того и другого параметров, подобны друг другу. В этом есть свои плюсы, так как, благодаря такому "фокусу" мы уменьшили количество уравнений, подлежащих решению, на единицу. Теперь нет необходимости рассматривать отдельно уравнения для энергии и массы, а достаточно будет изучить, например, рост энергии для развивающейся цивилизации в зависимости от времени, тогда массу используемых ресурсов можно определить по формуле m=E/u2.
  
   Кроме параметрического решения второго уравнения, мы теперь имеем возможность решить и четвертое уравнение системы, которое при сделанном нами выше и вполне обоснованном предположении о постоянстве скорости экспансии принимает простейший вид dR/dt=u. Интегрирование этого уравнения при начальных условиях: t=0, R=0 - дает линейную функцию R=ut, которую несложно приспособить к любым другим начальным условиям. Если, например, мы выбираем начало отсчета времени для развитой цивилизации t=T от нулевой точки, то должны положить в этот момент времени начальный радиус биосферы равным R0=T"(E/m)1/2=uT и записать уравнение линейного роста радиуса среды обитания цивилизации в виде R-R0=u"(t-T). Но этот закон роста будет действовать только после того, как развивающаяся цивилизация достигает начальных условий развитой технологической цивилизации и начинает расширять свою среду обитания, а до этого момента пространство ее обитания можно считать неизменным и ограниченным радиусом R0, не превышающим размеров материнской планетной системы.
  
   Таким образом, динамическая система из четырех уравнений свелась всего к двум дифференциальным уравнениям - для энергии и численности населения цивилизации. Но они похожи друг на друга как братья-близнецы, так что достаточно будет решить только одно из них, чтобы получить одновременно и общий вид решения для второго. В том, что эти уравнения подобны друг другу, нет ничего удивительного для развивающейся цивилизации, так как увеличение народонаселения требует и увеличения потребляемой энергии, и, наоборот, при уменьшении населения уменьшается и его энергопотребление.
  
   Об изменениях численности народонаселения, происходивших в прошлом, имеется значительно больше информации, чем об энергопотреблении, поэтому в качестве первого объекта исследований лучше взять именно это уравнение. Полагая в нем Ф2(z)=x - постоянной величиной, мы приходим к уравнению с разделяющимися переменными, интегрируя которое с начальными условиями при t0 -t=Δt0, n=n0, где t0 и Δt0 - отсчетная точка и рассматриваемый период времени, получаем степенную зависимость для вычисления численности всего человечества в любой момент времени t<t0:

n=n0[Δt0/(t0-t)]x

  
   Полученную формулу необходимо проверить, и такие возможности есть, так как изменение численности населения Земли исследовалось многими учеными. Например, американский ученый Джей Форестер, - один из научных экспертов Римского клуба, - обработав демографические данные от Рождества Христова до 1960 года, получил следующую эмпирическую формулу:

n= 179"109/(2027-t)]. "

  
   Сравнивая эту формулу с нашим решением, можно убедиться, что оба выражения совпадают при x=1, t0=2027 год, и n0Δt0=179"109 чел"год. Это не может не вселять уверенности, что мы находимся на правильном пути, выбрав для изучения технологической цивилизации модель динамической системы и полагая, что развитие жизни на Земле и в космосе подчиняется единым закономерностям, имеющим физическую основу.

  

[]

  
   Однако с 1960 года прошло уже полвека, и за это время численность населения существенно изменилась, поэтому лучше не довольствоваться устаревшей формулой Форстера, а уточнить числовые постоянные степенной зависимости.
  
   Будем считать, что гиперболическая зависимость численности населения от времени остается в силе до сих пор, т.е. x=1, и определим новые постоянные, используя более современные данные ООН о численности населения Земли (см. таблицу). Уточненная формула Форстера n=195"109/(2026-t) более или менее соответствует данным о численности населения вплоть до 2000 года.
  
   Но уже в начале XXI века гиперболическая зависимость приводит к катастрофическому сценарию: население стремительно растет и достигает к 2020 году почти 40 млн. чел. Ясно, что такой сценарий на будущее не может быть реалистичным. Значит, наша динамическая модель народонаселения не учитывает каких-то очень важных обстоятельств, которые мы, вместе с Форстером, упустили из внимания. В частности, не учтена ограниченность радиуса биосферы развивающейся цивилизации. Развитие человечества происходило пока что в пределах только биосферы Земли, имеющей ограниченные ресурсы, и этот лимитирующий фактор не может не сказываться на росте народонаселения. Следовательно, он должен каким-то образом присутствовать в модели.
  
   Многолетний ведущий телевизионной программы "Очевидное-невероятное" профессор С.П. Капица предложил ввести для этой цели в модель роста численности населения управляющий параметр τ:

dn/dt=n0Δt0/[(t0-t)2+τ2]

  
   который представляет собой, по сути дела, разрешение временной шкалы. При обработке эмпирического материала с использованием гиперболического закона определяется только произведение n0"Δt0=n"Δt= const, налагающее определенное ограничение на эволюцию параметра состояния n≤nτ, так как рассматриваемый период времени Δt=t0-t не может быть бесконечно малой величиной. Вторжение наблюдателя за эти пределы приводит к беспредельному увеличению значения параметра n за счет беспредельного уменьшения рассматриваемого периода времени Δt≤τ, что не имеет никакого физического смысла в силу ограниченности измерительных возможностей наблюдателя, определяемых используемой временной шкалой. С меньшим разрешением, чем это предусмотрено используемыми средствами измерения, наблюдатель с формальной точки зрения не имеет права задавать время для фиксации (определения) параметра состояния системы.
  
   Введем в гиперболический закон область неопределенности времени (ошибку) τ в явном виде, полагая, что значение t0 не может быть определено точнее, чем t0+τ, а значение t - точнее, чем t-τ. При арифметическом сложении или вычитании величин, содержащих ошибки, как известно, последние складываются геометрически (по теореме Пифагора): [(t0+τ)2-(t-τ)2]=(t0-τ)2+τ2, - и мы получаем закон роста народонаселения Капицы, в котором особая точка исчезает сама собой. При t=t0 скорость изменения численности населения становится равной не бесконечности, как в исходной гиперболе, а конечной постоянной величине n0"Δt0/τ2, после чего скорость начинает убывать.
  

Рост народонаселения на Земле

  

[]

   Такого рода функции называются дельта-функциями, и замечательно, что введение единственного управляющего параметра позволило прийти к такой функции, так как этот параметр устанавливает предел роста народонаселения, который обязательно должен присутствовать в математической модели развивающейся цивилизации, среда обитания которой пока что ограничена пределами планеты Земля. В связи с тем, что в знаменателе стоят квадраты слагаемых его величин, перемена знака в области t>t0 никак не влияет на знак правой части уравнения, следовательно, численность населения после перехода через t0 будет продолжать расти, но все меньшими и меньшими темпами. Мы получили, таким образом, не катастрофу в момент t=t0, а плавный переход к другому режиму роста численности населения, - т. е. к новому равновесному состоянию рассматриваемой динамической системы.
  
   Решение модифицированного дифференциального уравнения для скорости роста народонаселения имеет вид

n=(2nτ/π)arcctg[(t0-t)/τ]

  
   где nτ=πh/2τ - численность в точке перегиба функции t0; h=n0Δt0 - константа, n0 - начальная численность населения. Ввиду симметричности дельта-функции, n→2nτ при t→∞. Наглядно эту формулу можно представить в графическом виде:
  

  

[]

   Здесь Δt0 - начальный период, который следует отнести к моменту времени появления человека и его экологического обособления, α=πn/(2nτ) - угол, характеризующий параметр системы n. Из рисунка видно, что если задавать изменение угла в виде натурального ряда чисел n=α/Δα, где Δα - единица измерения угла, и сопоставить с каждым членом ряда время по часам наблюдателя, моделируя тем самым равномерность хода естественного процесса роста народонаселения, то наблюдаемое время протекания этих процессов будет не равномерным, а ускоряющимся определенным образом с течением времени.
  
   Анализ, сделанный С. П. Капицей, показывает, что имеющимся демографическим данным наилучшим образом соответствуют следующие константы: h =186"109 чел"год, t0=2007 год, τ=42 года, nτ =7 млрд. чел, - при которых предел роста населения Земли составляет 14 млрд. чел. Численность населения в начале нашей эры t=0 составляла h/t0 = 93 млн. чел., а первые, еще нецивилизованные люди, но - вполне современного вида (т.е. - человеческий геном), появились на планете не ранее 50 тыс. лет назад. Значение разрешения шкалы времени в 42 года свидетельствует о том, что мы не можем рассматривать изменение численности народонаселения, как физически обоснованное, с дискретностью времени меньше величины, соответствующей среднему репродуктивному периоду человека (одно поколение).
  
   Человек представляет собой один из видов живых организмов, и предел численности для этого вида устанавливается природными ресурсами Земли и экологическим законами, что, по-видимому, и отражает полученный на эмпирическом материале закон роста народонаселения. Для других видов, населяющих планету, пределы численности, очевидно, должны быть другими. Если бы у нас, например, были данные о том, как изменялась численность комаров в прошлом, то мы бы смогли определить и предел роста для этих кровососов. Но вряд ли это имеет большой смысл с точки зрения будущего, - тем более, что комариное племя вряд ли можно считать экологически обособленной популяцией. Полезнее будет заняться энергией, производимой человеком.
  
   Для различных видов энергии также должны существовать свои пределы роста, представляющие собой своего рода ступеньки, по которым человек, открывая и осваивая новые виды энергии, поднимается все выше и выше. Этот подъем не должен ограничиваться ничем, - ведь если бы действительно существовал непреодолимый энергетический барьер для человека, то с мечтами о космосе можно было бы распрощаться. Посмотрим, как происходит рост производства энергии в пределах одной ступеньки.
  
   Рост энергии описывается уравнением с разделяющимися переменными, аналогичным уравнению для народонаселения, поэтому можно, заменяя переменные, по аналогии сразу записать общее решение в виде

E=E0[Δt0/(t0-t)]x

  
   Для развивающейся и для развитой цивилизации константы этой функции различны, и их нужно определить, используя измеренные данные и научные принципы. Но прежде чем заняться данными о количестве энергии, потребляемой развивающейся цивилизацией, зададимся вопросом: чем отличается развивающаяся цивилизация от развитой с точки зрения производства и потребления энергии? Ответ на этот вопрос дает закон сохранения энергии.
  
   Представьте, что внутри сферы радиусом R0 выделяется энергия. Понятно, что если эта энергия не выходит за пределы сферы, а накапливается внутри нее, то рано или поздно шар перегреется и взорвется. Именно по этой причине цивилизация, которая открыла секрет ядерной энергии и научилась сама производить энергию из вещества нарастающими темпами, обречена стать космической, - рано или поздно энергия начнет покидать пределы сферы в виде излучения, космических кораблей и других технических средств цивилизации. Часть выделяемой энергии поглощается внутри сферы, величина которой зависит от свойств ее вещества. В рассматриваемом нами случае эти свойства определяются потребностями людей - в еде, в питье, в комфорте и т.д. Пока скорость производства энергии не превышает скорости ее внутреннего поглощения, ни один квант энергии не покинет пределов сферы. Но потребности людей ограничены, а энергии выделяется все больше и больше и, в конце концов, наступает такой момент, когда скорость производства энергии начинает превышать скорость ее поглощения внутри сферы. В таком случае часть энергии будет покидать пределы сферы.
  
   Обозначим скорость производства энергии как Pup, скорость ее поглощения внутри сферы как Pdown, а скорость ее убегания за пределы сферы ("излучения") как Pesc, и запишем баланс приходов и расходов, - точно также как это делает любой бухгалтер: Pup=Pdown+Pesc. Величина скорости поглощения энергии внутри сферы имеет определенный предел насыщения. Этот предел определяется свойствами вещества сферы, и когда он достигается, - т.е. все внутренние потребности цивилизации удовлетворяются полностью, - можно считать Pdown постоянной величиной, равной предельному значению max(Pdown). Дальнейшее увеличение скорости выделения энергии внутри сферы будет приводить к соответствующему увеличению потока энергии через границу сферы Pesc, и в конце-концов значения Pup и Pesc станут настолько большими, что величина max(Pdown) - поглощение энергии внутри сферы - будет незначительной по сравнению с производимой энергией Pup. В такой ситуации можно пренебречь величиной Pdown и записать закон сохранения энергии с достаточной степенью точности в асимптотическом виде: Pup=Pesc. Именно такую цивилизацию будем называть космической или развитой, ибо практически вся производимая ею энергия уходит в космос - за пределы материнской сферы радиусом R0 - и расходуется на обустройство для жизни на других планетах. Соответственно, развивающейся цивилизацией будем называть такую, у которой вся производимая энергия потребляется, в основном, внутри сферы ее обитания, т.е. Pup=Pdown.
  
   Энергетика развивающейся цивилизации направлена, прежде всего, на удовлетворение потребностей населения. Следовательно, для того чтобы удовлетворялся баланс энергии, закономерности роста энергии должны определяться закономерностью роста народонаселения. Это означает, что показатель степени x=С1 в общем решении дифференциального уравнения для энергии в случае развивающейся цивилизации, по всей вероятности, должен быть таким же, как и для роста народонаселения, x=1. Иными словами, энергия должна меняться по гиперболическому закону.
  
   Введем управляющий параметр, ограничивающий гиперболический рост энергии, по аналогии с тем, как это делалось для ограничения народонаселения:

dE/dt=h/[(t0-t)2+τ2],

   где h=E0Δt0. Интегрируя уравнение, находим общее выражение для энергии вида

E=(h/τ)arcctg[(t0-t)/τ],

   эквивалентное выражению для роста народонаселения, с тем отличием, что константы в нем будут, конечно, совсем другие, и их необходимо определить на основе фактических данных о росте энергии которые показаны в таблице и на рисунке.

Производство энергии

  

[]

  

Рост потребления энергии развивающейся технологической цивилизации

  

[]

  
   Для определения констант воспользуемся докладом академика Е. П. Велихова "Энергетика: вчера, сегодня, завтра" на 3-ей международной конференции "Энергетический диалог Россия - Европейский союз: газовый аспект", состоявшейся 20 мая 2008 года в Берлине, Германия. В докладе был проанализирован рост глобального потребления энергии в XX веке и сделаны два прогноза на XXI век: один - при использовании только современных технологий, а второй - на тот случай, если человечество не будет довольствоваться достигнутым, а начнет активно осваивать инновационные технологии, включая разработку нефтяных запасов на шельфе, биоорганическое топливо и другие возобновляемые источники энергии и, наконец, - термоядерную энергетику.
  
   Из рисунка, где фактические данные таблицы представлены точками, а прогнозы академика Велихова - пунктирными кривыми, видно, что рост потребления энергии человечеством, в отличие от роста народонаселения, происходил до сих пор не монотонно. Ускоренный рост в первой половине XX века к 70-м годам сначала замедляется, а затем вновь скорость роста энергии (касательная к кривой) увеличилась. Поэтому одной дельта-функцией здесь не обойтись, а придется разбивать рассматриваемый период на отрезки, так что на каждом отрезке времени будет своя дельта-функция, описывающая освоение человечеством определенного вида энергии, имеющего свои пределы роста.
  
   Первым из таких отрезков является период времени до 70-х годов, когда основными видами энергии являлись первичные энергоресурсы: уголь, нефть, газ, а также гидроэнергетика. Рост энергии в этот период наилучшим образом описывает функция E=6"arcctg[(1965-t)/12]. Первичные ресурсы ограничены уровнем энергии в 6π =18,4 (млрд. тнэ), и к началу XXI века человечество уже приблизилось к их исчерпанию.
  
   Вместе с тем, после 1965 года начинается рост энергии, значительно превышающий первичные энергоресурсы, который связан с освоением атомной энергии, появлением технологии получения энергии за счет ядерной реакции и строительством атомных реакторов и электростанций. Данным за этот период соответствует кривая: E=23"arcctg[(2030-t)/36]. Эта кривая роста энергии проходит как раз посредине между двумя прогнозами академика Велихова - пессимистическим и оптимистическим - и ясно показывает, что ресурсы атомной энергетики также ограничены, хотя планка ограничений поднимается в три раза по сравнению с первичными энергоресурсами. После 2030 года скорость производства энергии начнет вновь падать, и в последующем уровень производства энергии, в лучшем случае, не превысит 23π=72,2;(млрд.тнэ), а в худшем случае будет падать во второй половине XXI века - в соответствии с пессимистическим прогнозом.
  
   Отсюда с необходимостью следует вывод: человечество не может останавливаться в своем развитии, во всяком случае, на нынешнем этапе - развивающейся цивилизации, потому что всякая остановка развития, в конечном итоге, неизбежно приводит к упадку - нужно подниматься на третью ступеньку. Это означает, что в наших прогнозах на отдаленное будущее мы обязаны последовать за оптимистическим сценарием академика Велихова, и подобрать на будущее такую кривую, чтобы скорость роста энергии соответствовала инновационному прогнозу, с одной стороны, а с другой - нужно чтобы она касалась в некоторой точке предыдущей (современной) кривой роста. Эти два требования приведут нас к инновационной кривой роста энергии вида E=61"arcctg[(2083-t)/36].
  
   Таким образом, с помощью математического анализа фактических и прогностических научных данных мы выявили три энергетических формации, следующие друг за другом в ходе технологической революции с 1800 года по 2100 год; они достигают своих максимальных скоростей роста энергии в 1965, 2030 и 2083 годах, причем обнаруживается периодичность в смене формаций, равная примерно 60 годам, близкая к циклам Кондратьева, которые генерируются, как известно, фундаментальными научными открытиями и важнейшими техническими нововведениями в производство.
  
   Наличие третьей формации предполагает освоение термоядерной энергии, и мы можем даже сказать, когда произойдет этот технологический прорыв. Скорость роста потребления энергии во второй формации начинает падать после 2050 года, но при этом уже начинают сказываться энергетические ресурсы будущих инновационных технологий, обеспечивающие дальнейший рост производства энергии. Вряд ли такой рост смогут обеспечить только биоорганические технологии и шельфовые нефтяные запасы. Следовательно, на рубеже 50-х годов XXI века можно ожидать появления первых термоядерных реакторов и таких технологий производства энергии, которые к 2100 году уже смогут, в принципе, обеспечить рост производства энергии до 100 млрд тнэ и выше.
  
   Это - гигантские масштабы производства энергии, превышающие современные на порядок величины! Зачем же нужна такая энергия? К тому времени, когда развивающаяся цивилизация создаст технологические возможности такого роста производства энергии, численность населения увеличится не более чем в два раза по сравнению с современной; наверное, при этом возрастет и качество жизни населения, что также потребует энергии. Но все равно энергия, необходимая для внутреннего потребления, оказывается в несколько раз меньше энергии, потенциально доступной на исходе третьего этапа технологической революции. Согласно закону сохранения энергии, излишек должен уходить в космическое пространство. Следовательно, к XXII веку наша развивающаяся технологическая цивилизация должна стоять уже на пороге развитой космической цивилизации, необходимым условием существования которой должен быть уровень производства энергии, на порядок превышающий уровень ее внутреннего потребления, так чтобы вся производимая энергия тратилась в основном на цели, лежащие за пределами Земли: Pup=Pesc.
  
   Что собой представляют левая и правая части этого немудреного баланса энергии, характерного для космической цивилизации? Определим de/dt как скорость производства энергии E в единице объема V. Тогда чтобы подсчитать, сколько энергии Pup выделяется в единицу времени во всем объеме сферы V, нужно взять интеграл по объему: Pup=∫(de/dt)dV. Подсчитаем теперь правую часть баланса. По определению, плотность энергии e это количество энергии E в единице объема V. Используя исчисление бесконечно малых величин, можно записать это определение в виде e=dE/dV. Энергия определяется работой некоторой силы F на расстоянии dR т.е., dE=FdR. Дифференцируя выражение для объема сферы V=(4/3)πR3, получим для бесконечно малых приращений: dV=4πR2dR=SdR, где S=4πR2 - площадь поверхности сферы. Подставляя далее выражения для бесконечно малых величин dE и dV в выражение для плотности энергии, получаем: e=dE/dV=(FdR)/SdR=F/S - т.е. плотность энергии численно равна силе, действующей на единицу поверхности, называемой в физике давлением. Именно эта сила давления обеспечивает расширение сферы обитания цивилизации, начиная с некоторого момента времени, когда цивилизация превратится космическую, выйдя за пределы начального радиуса размером R0. Если теперь умножить левую и правую части последнего уравнения на dR и разделить на dt, то получим уравнение:

e dR/dt=(FdR)/(Sdt)

  
   Посмотрим, какой физический смысл имеет правая часть этого уравнения. Числитель представляет собой, по определению, бесконечно малое количество энергии dE=FdR. Эта энергия приходится на промежуток времени dt и площадь поверхности S. Такая величина называется в физике потоком энергии через поверхность. Но именно эта величина нам и нужна, чтобы определить правую часть уравнения сохранения энергии Pesc, - т.е. вычислить, сколько энергии пересекает границу сферы радиуса R0. Для этого нужно всего лишь суммировать поток энергии e"(dR/dt) по всей площади поверхности сферы, т.е. взять интеграл по поверхности: Pesc=∫e"(dR/dt)dS, и наш бухгалтерский баланс приобретает теперь уже конкретный физический смысл - закона сохранения энергии для космической цивилизации:

∫de/dt"dV =∫e"(dR/dt)dS

  
   Уравнение, которое содержит интегралы, называется интегральным, но в данном случае можно легко избавиться от интегралов, записывая dV=4πR2dR и dS=8πRdR. Мы теперь имеем полное право приравнять друг другу подынтегральные выражения в левой и правой частях, используя известные свойства интегралов, и записать закон сохранения энергии для развитой цивилизации в виде 2Rde/dt=edR/dt. Для сравнения скорости производства энергии развитой и развивающейся цивилизаций, удобнее при записи этого уравнения перейти от плотности энергии к самой энергии. Тогда уравнение баланса энергии для развитой цивилизации примет вид

dE/Vdt-(EdV)/(V2dt)=(EdR)/(2VRdt)

  
   Сделав сокращения одноименных величин в левой и правой частях и перейдя от объема к радиусу сферы, с учетом того, что скорость космической экспансии u нам известна, получаем уравнение

dE/dt=3uE/R+uE/2R=(7/2)uE/R

  
   Мы нашли важнейшую характеристику цивилизации, которой еще никогда не было на Земле, но в которую предстоит превратиться нашей стремительно развивающейся цивилизации. Такова сила закона сохранения энергии! Располагая этой выведенной на кончике пера характеристикой, мы теперь можем сопоставлять скорости производства энергии для развивающейся цивилизации и развитой. Вблизи начала отсчета космической эры T0 можно рассматривать экспансию в линейном приближении R=u"(t-T0) и записать полученную асимптотику в виде

dE/dt=(7/2)E/(t-T0)

  
   Это уже совершенно иной закон роста, нежели в условиях развивающейся цивилизации, где показатель степени в зависимости энергии от времени был отрицательным, а закон роста - соответственно, гиперболическим, что было чревато математическими катастрофами. При гиперболическом законе роста нам пришлось вводить управляющий параметр - как для народонаселения, так и для энергии. При положительном показателе степени ничего подобного не предвидится - ни в ближайшее время, ни на далекую перспективу. Иными словами, рост всех параметров развитой цивилизации не имеет никаких ограничений. В этом состоит ее принципиальное отличие от развивающейся цивилизации, что, безусловно, вселяет уверенность в завтрашнем дне.
  
   Но когда же наступит этот долгожданный день Х, - когда революционный период развития цивилизации прекратится, и она начнет поступательно осваивать космическое пространство уже в ранге развитой цивилизации? Попробуем вычислить этот начальный момент точно с использованием еще одного эффективного математического инструмента - метода оптимизации. Такие методы широко используются во всех областях знания, а также в инженерных расчетах, и основаны они на отыскании различного рода экстремумов - минимумов или максимумов, или же постоянных величин - инвариантов. Подобные решения, как правило, соответствуют природным явлениям, так как природа экономна в средствах и следует принципу наименьших затрат. Так, например, свет следует по кратчайшему пути, или точнее - выбирает такой путь, который требует наименьших затрат времени. Этот принцип - наименьшего времени - открыл еще Пьер Ферма, и на нем построена вся геометрическая оптика. Классическая механика построена на принципе наименьшего действия, а теория относительности зиждется на отыскании инвариантных уравнений. Воспользуемся этими многообещающими возможностями методов оптимизации.
  
   Инновационная кривая роста энергии (t0=2083, τ=36, h/τ=61) должна в некоторый момент времени tx выйти на кривую роста энергии развитой цивилизации по касательной, поэтому скорость производимой энергии и саму энергию в момент перехода от развивающейся цивилизации к развитой можно записать с использованием закона роста развивающейся цивилизации:

dE/dt=h/[(t0-tx)2+τ2],

E=(h/τ)arcctg[(t0-tx)/τ],

  
   Подставив эти выражения в уравнение для скорости роста энергии развитой цивилизации, требуемой законом сохранения энергии, после сокращения одноименных величин в левой и правой частях получим уравнение с двумя неизвестными tx и T0:

τ/[(t0-tx)2+τ2]=(7/2){arcctg[(t0-tx)/τ]/(tx-T0)}

  
   Именно в таких случаях, когда количество уравнений меньше количества неизвестных, - т.е. когда система недоопределена, - как раз и помогают найти решение методы оптимизации. Делается это следующим образом. Построим из полученного уравнения функцию

T0(tx)=tx-(7/2)[(t0-tx)2+τ2] arcctg[(t0-tx)/τ]/τ,

   определяющую в годах от рождества Христова начало отсчета времени T0(tx) для космической цивилизации, в зависимости от расположения на оси времени возможных точек пересечения кривых роста энергии развивающейся и развитой цивилизаций tx. Далее, варьируя независимой переменной, вычислим соответствующие значения функции при значениях констант: t0=2083, τ=42, h/τ=61, - и построим график, отложив по оси абсцисс годы от РХ, а по оси ординат - начало отсчета шкалы времени развитой цивилизации T0(tx).
  
   Оказывается, эта функция имеет единственный максимум при tx=2075, обеспечивающий однозначную точку отсчета шкалы времени для космической цивилизации T0=1896 год. Слева и справа от точки максимума возникает неоднозначность, так как одному и тому же значению функции соответствуют два различных значения независимой переменной. Поскольку речь идет о шкале времени, такая неоднозначность ничего хорошего не сулит, ибо в любых сравнениях, измерениях и прогнозах необходимо пользоваться единой шкалой. Однозначная шкала времени для развитой цивилизации существует лишь в единственной точке максимума, приходящуюся на самый конец XIX века (см. рисунок), предваряющего разразившуюся в XX веке научно-техническую революцию, которую можно считать уже свершившимся эмпирическим фактом, явно свидетельствующим о стремительном переходе человечества от развивающейся цивилизации к развитой. Следовательно, кривая роста энергии, полученная исходя из квантового закона эволюции равновесных систем на основе инновационного прогноза академика Велихова, получает веское количественное подтверждение со стороны закона сохранения энергии.
  

График функции T0(tx)

  

[]

   Когда система, будучи выведенной из состояния равновесия, с течением времени возвращается к равновесию, говорят, что такая система устойчива. Если же выведенная из состояния равновесия система никогда уже не вернется в это состояние, то такую систему называют неустойчивой. Простейшим примером таких систем является шарик на горке и во впадине; с горки он просто скатится при малейшем дуновении ветра и никогда уже самостоятельно не поднимется, а во впадине шарик, если его толкнуть, будет колебаться возле точки равновесия, приближаясь к ней. Будем надеяться, что человеческая цивилизация устойчива как динамическая система.
  
   Вообще говоря, если система устойчива, то быстрые переходы из одного режима в другой неизбежно сопровождаются колебательными процессами - как в технических устройствах, так и в социальных системах. Не избежит таких колебаний, по-видимому, и энергетическая система человеческой цивилизации при выходе из экстремального режима научно-технической революции XIX-XXI веков на штатный режим производства энергии развитой цивилизации. С какими явлениями - политическими кризисами, социальными противоречиями или даже военными акциями - будут связаны чередования подъема и спада производства энергии в конце XXI и в последующие ближайшие века, предсказать сейчас невозможно, ибо эти "подсеточные" явления выходят за рамки нашей модели. Но вот то, что они непременно будут, можно сказать определенно - просто в силу общих свойств динамических систем.
  
   Тем не менее, у развивающейся человеческой цивилизации имеются все возможности стать к концу XXI века развитой космической цивилизацией, расширяющей свою среду обитания R по мере роста производства энергии:

R=Rx(E/Ex)2/7

   где Ex=E(2075)=84.0 млрд. тнэ - согласно инновационной кривой, Rx - начальный радиус среды обитания, который следует приравнять астрономической единице, ограничив его орбитой Земли.
  
   Человеческой популяции для полного освоения всей планеты понадобилось порядка 10 млн. лет. Как показано выше на треугольной диаграмме закона роста Капицы, с течением времени происходит ускорение эволюции, так что каждый последующий период эволюционной лестницы на порядок меньше предыдущего. Исходя из этого, следует ожидать, что масштаб времени освоения Солнечной системы с радиусом 30 а.е., начиная с 2075 года, составит по порядку величины миллион лет, так что скорость экспансии можно оценить значением 0,15 м/с. Тогда на освоение Солнечной системы потребуется энергии

E=Ex(R/Rx)7/2= 1.24"107 млрд. тнэ =5.2"1017 ГДж,

   - т.е. почти в 150000 раз больше, чем в 2075 году, согласно инновационной кривой роста энергии. Увеличение численности народонаселения при этом можно оценить десятичным логарифмом от роста энергии, что не превышает пятикратного значения численности населения в 2075 году - т.е. 45 млрд. чел. Данная оценка вытекает из определения развитой цивилизации, сделанного выше на основе закона сохранения энергии, а именно: уровень производства энергии цивилизации космического масштаба должен на порядок превышать внутренние потребности ее населения. Это определение наводит на мысль, что рост народонаселения на единицу величины в далеком будущем должен сопровождаться ростом энергии на порядок величины. Таким свойством обладает как раз функция десятичного логарифма. Скорость производства энергии при этом составит

dE/dt=7uE/2R=4.0"1014 Вт,

   - т.е. 400 тыс. ГВт, что более чем в 100000 раз больше, чем прогнозируется в 2075 году. В масштабе миллиона лет такие показатели вполне достижимы для человечества.
  
   Попробуем заглянуть еще дальше - в межзвездные масштабы. Расстояние до ближайшей звезды α-Центавра составляет R=270000 а.е. Для освоения пространства такого масштаба человеческая цивилизация межпланетного масштаба должна осуществить фазовый переход в следующее равновесное состояние, подобный тому, который происходит сейчас. Масштаб времени перехода при этом должен уменьшиться по сравнению с предыдущей фазой развития человечества на порядок величины и составлять 100000 лет. Тогда скорость экспансии должна быть порядка 10 км/с - т.е. сопоставимой с космической скоростью для Солнечной системы. Необходимая энергия для экспансии межзвездного масштаба при начальной энергии Ex=5.2"1017 ГДж и начальном радиусе среды обитания соответствующем радиусу Солнечной системы в 30 а.е, составляет 8.6"1029тнэ = 3.6"1031 ГДж.
  
   Скорость производства энергии (3.12"1019 ГВт) при этом значительно превысит светимость Солнца (3,846"1017 ГВт), поэтому ее следует рассматривать как верхнюю оценку необходимой скорости производства энергии, которая вряд ли достижима, - во всяком случае, для человеческой популяции. Нижняя оценка, при скорости экспансии 0,15 м/с, соответствующей скорости освоения Солнечной системы, составляет 4.7"1014 ГВт, что более реалистично, однако период освоения межзвездного пространства в таком случае растягивается до масштаба времени самой вселенной - 10 млрд. лет. Отсюда можно сделать вывод, что с энергетической точки зрения существование цивилизаций межзвездного масштаба, вообще говоря, маловероятно. Возможно, этим малоутешительным обстоятельством объясняется глухое радиомолчание космоса по критериям программы SETI.
  
   В такой ситуации целесообразно сделать оптимальные оценки между двумя обозначенными крайностями. Можно ограничить скорость производства энергии светимостью Солнца 3.846"1017 ГВт - в предположении, что развитая цивилизация способна, в принципе, утилизовать всю энергию своего светила. Тогда скорость межзвездной космической экспансии при необходимом уровне энергии 3.6"1031 ГДж должна составлять в среднем 0.12 км/с, при этом цивилизации понадобится не менее 10 млн. лет, чтобы достичь и освоить окрестности ближайшей звезды, - примерно столько же времени, сколько понадобилось человеческой популяции для полного освоения (экспансии) собственной планеты. Если же исходить из оценки скорости экспансии в 1 км/с, полученной выше из анализа вероятности возникновения жизни во Вселенной и проверенной по данным геохронологической таблицы, то скорость производства энергии составит 3.12"1018 ГВт и будет на порядок превышать светимость Солнца, что вполне достижимо, так как кроме полной утилизации энергии светила, энергия может производиться многочисленными реакторами со скоростью, сопоставимой с энергетической производительностью Солнца. Период времени, требуемый для освоения цивилизацией межзвездных масштабов, уменьшается при этом до 1 млн. лет.
  
   В связи с требованием неуклонного уменьшения масштабов времени последовательных фаз развития одной и той же популяции, первая из этих оценок (скорость экспансии 0.12 км/с) означает, что пределом среды обитания для человечества является Солнечная система, которую оно в состоянии освоить в ближайшие миллион лет. Между уровнем производства энергии 191.5 млрд. тнэ = 8.0"1012 ГДж, максимально достижимым в ближайшие два-три столетия, и уровнем энергии в 5.2"1017 ГДж, необходимым для цивилизации межпланетного масштаба, пролегает бездонная энергетическая пропасть, которая должна быть заполнена чередой фазовых переходов человеческой цивилизации, все более ускоряющихся с течением времени. Три рассмотренных выше этапа развития современной энергетической системы, выявленные посредством закона эволюции Капицы, примененного к энергетической системе, вселяют надежду, что прогрессивное развитие человечества будет и в будущем происходить так же, как и до сих пор - во всяком случае, в пределах Солнечной системы. Но космическую экспансию межзвездного масштаба, если это вообще возможно, будет осуществлять уже другая популяция, которая должна будет пройти от современного человека эволюционный путь генетических изменений в межпланетной среде обитания примерно такой же (порядка 10 млн. лет), какой прошел сам человек от гоминид. Вторая оценка (скорость экспансии 1 км/с) дает человеческой популяции некоторый шанс шагнуть к звездам примерно в том виде, какой она сейчас собой представляет, при этом численность народонаселения должна возрасти приблизительно в lg(3.6"1031/5.2"1017)=14 раз по сравнению с численностью населения в 2075 году и составить около 125 млрд. чел.
  
   Много это или мало - 45 млрд человек для проживания в Солнечной системе, и 125 млрд чел. для цивилизации межзвездного масштаба? Если исходить из предельной численности населения для Земли в 14 млрд человек, то формально это означает, что должно быть полностью заселено, по меньшей мере, три небесных тела сравнимого с Землей. Это, прежде всего, планеты земной группы, затем - галилеевы спутники Юпитера, за исключением Ио, где чрезвычайно велика тектоническая активность, а также спутник Сатурна - Титан. Итого, наберется с десяток более или менее стабильных по условиям на поверхности крупных небесных тел, которые могут быть, в принципе, адаптированы для проживания при масштабах производства энергии, достижимых для человечества через миллион лет.
  
   Возможно также, что более выгодным будет не заселение небесных тел, условия на которых малопригодны для жизни, а построение крупных и надежных "эфирных поселений" на орбитах с использованием материальных ресурсов этих тел. В любом случае, при тех энергетических возможностях, которые закон сохранения энергии предсказывает для человечества, даже верхняя оценка численности населения в 125 млрд человек не выглядит чрезмерно большой через миллион лет. При этом необходимо отметить, что масса материальных ресурсов, используемых человечеством при средней скорости космической экспансии 1 км/с, достигнет m=E/u2=5.2 1017 тонн, - т.е. будет составлять 150-ю часть массы Луны. При наличии таких внешних ресурсов будущие технологии могут увеличить предельный порог плотности населения на самой Земле и обеспечить вполне комфортное проживание на ней 45 млрд чел.
  

Так это будет или нет, поживем-увидим (шутка).

  
 Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"