home    книги    переводы    статьи    форум    ресурсы    обо мне    English

Алексей Турчин

 

Природные катастрофы и антропный принцип

 

(Почему антропный принцип перестал нас защищать:

 наблюдательная селекция,  частота будущих катастроф и хрупкость окружающей среды.)

 

Предыдущая версия этой статьи опубликована в «Проблемы управления рисками и безопасностью»», Труды Института системного анализа РАН, т. 31., 2007, стр. 306-332.

Адрес документа: http://www.scribd.com/doc/8553049/-

 

 

Abstract:

 

Основная идея этой статьи состоит не только в том, что наблюдательная селекция приводит к недооценке частоты природных катастроф в будущем, но в том, что наш мир может быть гораздо более хрупок, чем это кажется, по отношению к антропогенным воздействиям (подобно сверхнадутому воздушному шарику), что особенно важно в отношении таких процессов, как глобальное потепление или глубокое бурение земной коры.

 

Антропный принцип утверждает, что наша Вселенная устроена так, чтобы в ней могли существовать наблюдатели. Это, в частности, означает, что на земле ранее не происходило природных катастроф, которые  привели бы к уничтожению на ней разумной жизни. Однако из это вовсе не следует что такого рода катастрофы не могут произойти в будущем. Поэтому данные о частоте глобальных природных катастроф в прошлом не могут быть использованы в качестве надежной основы для экстраполяции при построении прогнозов на будущее, кроме ряда случаев, когда у нас есть дополнительная информация о том, что разумная жизнь могла возникнуть и раньше, как это делают Бостром и Тегмарк [Bostrom, Tegmark, 2005].  Это, в свою очередь, означает, что вероятность природных глобальных катастроф в будущем значительно выше, чем в прошлом. Для наблюдателя это может выглядеть как одновременное, быстрое и необъяснимое ухудшение всех жизненно важных параметров и, возможно, этот процесс уже начался. Более того, поскольку возникновение разумной жизни есть, видимо, событие крайне редкое во вселенском масштабе, то оно требует стечения целого ряда маловероятных в своей последовательности обстоятельств, что, в частности, может означать, что некоторые критические параметры, являющиеся условием возникновения жизни, могут находиться около границ своей области устойчивости, и малые антропогенные воздействия могут привести к запуску катастрофических процессов уже в этом столетии.

 

Contents

Введение. 2

1. Антропный принцип. Эффект наблюдательной селекции. Результаты Бострома и Тегмарка. 3

2. Плотность наблюдателей во вселенной, частота катастроф и антропный принцип. 11

3. Природные катастрофы. 16

4. Применение антропного принципа для анализа частоты природных катастроф. 21

5. Нарушение устойчивости природных систем, находящихся на грани равновесия, в связи с человеческой деятельностью.. 33

6. Заключение. 35

Литература: 37

 

 

 

Введение

 

Данная работа была вдохновлена следующим параграфом из статьи Бострома и Тегмарка: «Можно подумать, что раз жизнь здесь, на Земле, выжила в течение примерно 4 Гигалет, такие катастрофические события должны быть исключительно редкими. К сожалению, этот аргумент несовершенен, и создаваемое им чувство безопасности – фальшиво. Он не принимает во внимание эффект наблюдательной селекции (observation selection effect), который не позволяет любому наблюдателю наблюдать что-нибудь ещё, кроме того, что его вид дожил до момента, когда он сделал наблюдение. Даже если бы частота космических катастроф была бы очень велика, мы по-прежнему должны ожидать обнаружить себя на планете, которая ещё не уничтожена. Тот факт, что мы всё ещё живы, не может даже исключить гипотезу, что в среднем космическое пространство вокруг стерилизуется распадом вакуума, скажем, каждые 10 000 лет, и что наша собственная планета просто была чрезвычайно удачливой до сих пор. Если бы эта гипотеза была верна, перспективы будущего были бы унылы».  [Bostrom, Tegmark, 2005]

 

 

 

1. Антропный принцип. Эффект наблюдательной селекции. Результаты Бострома и Тегмарка.

 

 

Нет более спорного пункта в современной космологии, чем антропный принцип. Одни считают его пустой тавтологией, другие – ключом к разгадке тайн Вселенной. Есть разные формулировки антропного принципа, например:

 

«"Наше положение во Вселенной с необходимостью является привилегированным в том смысле, что оно должно быть совместимо с нашим существованием как наблюдателей"  [Казютинский В.В., Балашов , 1989].

 

«Мы являемся свидетелями процессов определенного рода потому, что другие процессы протекают без свидетелей». [Зельманов, 1970].

 

Физическим проявлением антропного принципа является тонкое соответствие разных физических констант. Например, если бы масса электрона была бы немногим больше или немногим меньше, то стабильных атомов бы не было, и жизнь была бы невозможна. Причина этого точного соответствия часто определяется в том, что существует очень много разных Вселенных, но мы можем наблюдать только ту из них, которая позволяет сформироваться наблюдателям.

 

Однако ход рассуждений антропного принципа применим не только к космологии, но и к астрофизике – понятно, что Земля не могла бы сформироваться ни около звезды голубого гиганта, ибо они живут очень недолго, ни у вспыхивающего красного карлика, ни у большинства других звёзд, - а только у такой стабильной и долгоживущей звезды, как Солнце.

 

В самой общей форме это можно выразить так: если некое событие случилось, то из этого однозначно следует, что не было никаких событий, которые сделали бы его невозможным. Например, если самолёт прилетел в пункт назначения, это означает, что в пути с ним не случилось никакой необратимой катастрофы. Если мы видим человека живым, то это означает, что он не умер до настоящего момента.

 

Хотя такие высказывания тривиальны, важно отметить следующий факт: условия, сформулированные в них, относятся только к прошлому. И ничего не говорят о том, что будет в будущем.

 

Иначе говоря, из того, что человечество существует, следует, что солнце должно было быть спокойной звездой в первый 5 миллиардов лет своего существования, до настоящего момента. Но из этого никак не следует, сколько ещё оно будет спокойно в будущем.

 

Ник Бостром и Макс Тегмарк [Bostrom, Tegmark, 2005] применяют антропный принцип для анализа вероятной частоты космологических катастроф, вроде распада метастабильного вакуума.

 

По одной из теорий, большой Взрыв, из которого возникла наша Вселенная, произошёл в виде процесса, называемого «космологической инфляцией», который состоял в том, что выскоэнергетичное состояние первичного вакуума – называемого также ложным вакуумом - распалось, и перешло в наш низкоэнергетичный вакуум. Однако неизвестно, является ли наш вакуум состоянием с самой низшей энергией, и если нет, то он может распасться в свою очередь. Для нашей Вселенной это будет означать прекращение существования. Вакуум, который может распасться ещё раз, называется метастабильным.

 

Бостром и тегмарк отмечают, что если бы вероятная частота такого рода события была бы достаточно велика – скажем, раз в 1 млрд. лет, - то вряд ли бы современная Земля сформировалась так поздно, то есть через 13,7 млрд. лет от большого Взрыва, поскольку теоретически условия для её формирования сложились достаточно рано, чтобы она могла возникнуть на несколько миллиардов лет раньше. Поэтому относительно позднее формирование Земли говорит о том, что космологические катастрофы, приводящие к гибели вселенных, случаются достаточно редко. Бостром и Тегмарк выводят вероятностные оценки для такого рода событий. «Мы можем исключить гипотезы, что T (период между катастрофами уничтожающими вселенные) < 2.5 гигалет с 95% уверенностью, и соответствующие 99% и 99.9% интервалы уверенности составляют T> 1.6 и T> 1.1 Гигалет соответственно» [Bostrom, Tegmark, 2005].

 

График 1. (см. файл geodoom-table.doc)

На этом графике из статьи Бострома представлены графики вероятности возникновения Земли при разных частотах глобальных катастроф. Видно, что чем чаще катастрофы (то есть чем меньше их характерное время, указанное в гигагодах, то есть миллиардах лет), тем сильнее график прижимается к оси ординат слева. И тем менее вероятно то, что Земля попадает на эту кривую с учётом её позднего формирования около 10 млрд. лет назад. В правой части графика показано распределение вероятностей для разных кривых с разными характерными частотами. По оси абсцисс отложено характерное время катастроф, а по оси ординат – вероятность для интервала. Видно, что для небольших интервалов она крайне мала. Однако для интервалов более 10 млрд лет она близка к 0,5.

 

Бостром в других своих статьях [Bostrom, 2002] дает более общее наименование антропному принципу – observers selection effect, что на русский язык можно перевести, как «эффект наблюдательной селекции». Этот эффект возникает во всех экспериментах, в которых число экспериментаторов меняется. Например, в статье [Redelmeier, Tibshirani, 1999] показывается, что: «Автомобили в соседней полосе действительно едут быстрее».  Авторы доказывают это по началу кажущееся абсурдным утверждение, обращая внимание читателей на то, что число водителей, обнаруживающих себя в медленной полосе, больше числа водителей в быстрой полосе, поскольку вторые заканчивают движение быстрее.

 

эффект наблюдательной селекции относится к числу  неочевидных факторов, связанных с глобальными рисками. Он состоит в том, что в ходе некого процесса число наблюдателей изменяется, что может приводить к определённому сдвигу в оценке вероятностей событий. Если некий наблюдатель не учитывает этот сдвиг, то эффект наблюдательной селекции вносит систематическую ошибку в его результаты.

 

Предположим, в рулетку играет тысяча человек, и у одного из них два раза подряд выпадет нужное число из 36, и он выигрывает значительную сумму денег. Выигравший человек может прийти к выводу, что обладает некими особыми способностями по предвидению выпадения чисел в рулетку, и что в дальнейшем он будет также выигрывать. Исходя из этого предположения, он в очередной раз может поставить всю выигранную сумму снова на одно число, и, скорее всего, проиграет. Его проигрыш будет связан с тем, что он поддался эффекту ощущения собственной избранности, который заставил его завысить свою субъективную «везучесть». Однако, если бы игрок имел полную информацию о числе играющих и больше доверял теории вероятности, а не своим субъективным ощущениям, он бы мог вычислить, что вероятность того что у одного из тысячи игроков выпадет два раза подряд нужное число, достаточно велика, но она ничтожна для трех и более выигрышей подряд.

 

Иначе говоря, для получения достоверного прогноза этот игрок должен учитывать не только свои результаты, но и число других игроков, которые не дошли до финишной прямой.

 

Есть два класса гипотез о частоте обитаемых планет с разумной жизнью во Вселенной. Согласно первой, это достаточно частое явление, по крайней мере в нынешний этап развития вселенной (Эта точка зрения отражена, например, в работе M. Cirkovic, ‘On the Importance of SETI for Transhumanism’, Journal of Evolution and Technology, xiii (2003), ), http://www.jetpress.org/volume13/. Русский перевод: Милан Чиркович. О важности SETI для трансгуманизма http://www.proza.ru/2008/11/10/384), тогда как вторая предполагает, что обитаемый планеты возникают крайне редко. Крайние формы этих точек зрения можно выразить так:

 

1)   Обитаемые планеты с разумной жизнью возникают достаточно часто, а именно, чаще, чем 1 звезды из, скажем, 1000 (см. далее обсуждение проблемы границы между этими гипотезами).

2)   Обитаемые планеты с разумной жизнью возникают крайне редко, и Земля является единственной обитаемой планетой в наблюдаемой Вселенной.

 

В этой статье мы будем исходить из предположения, что реальная ситуация ближе ко второй точке зрения. (Если верна первая точка зрения, то возникает ситуация, описываемая в моей статье «О возможных рисках программы SETI» http://www.proza.ru/texts/2007/12/04/38.html, где описывается возможность, когда межзвёздные каналы радиопередачи могут использоваться для рассылки описаний враждебного искусственного интеллекта.)

 

Вопрос о том, где проходит граница (по числу обитаемых планет) между двумя этими гипотезами, пока оставим открытым. Возможно даже, что одна не исключает другую: например, если обитаемый планеты встречаются 1 раз на миллиард звёзд, то давление частоты катастроф на их будущую продолжительность жизни будет значительным, но при этом они смогут получать сигналы от других цивилизаций, находящихся в той же галактике.)

 

 

Подобный эффект может быть обнаружен и относительно человечества. Чтобы на Земле возникла разумная жизнь, должно было сложиться множество обстоятельств, включающих правильную величину массы земли, её химический состав, наличие луны, характеристики Солнца, место Солнца в Галактике и много других, список которых до сих пор не завершён. (И о многих событиях, отсутствие которых позволило разумной жизни возникнуть, люди даже не догадываются, потому что ни разу их не наблюдали.) Шанс такого сложения обстоятельств – не больше, чем при игре в рулетку, и у большинства звёзд обитаемых планет не появилось. Подробнее о теории «редкой Земли» см. [Ward, Brownlee, 2000].

 

В 2007 году вышла статья сербского астронома Милана Чирковича «Эволюционные катастрофы и проблема точной настройки параметров пригодной для жизни планеты. (Проблема Голдилокс)», где он исследует воздействие наблюдательной селекции на нашу способность извлекать знания о прошлой частоте катастроф. Он применяет формулу Байса для оценки влияния прошлых катастроф на наше предоставление об их частоте и получает следующий вывод: «Сверхуверенность становится очень большой относительно очень деструктивных событий! Очевидным следствием является то, что вероятность абсолютно деструктивных событий, которые человечество не имеет шансов пережить вообще (Q = 0), полностью разрушает надёжность наших предсказании на основании прошлых данных. Это почти тривиальное заключение, однако, не является общепринятым. Напротив, довольно известный аргумент Хата и Риса (Hut and Rees 1983) о вакуумном фазовом переходе содержит весьма нетривиальную ошибку – непринятие в расчёт эффекта наблюдательной селекции. Разумеется, гораздо более сложная модель, включающая серии случайных катастрофических событий должна быть развита, но основная философская посылка ясна: мы не должны рассуждать так, как если бы наша прошлая эволюция абсолютно типична для землеподобной планеты, не принимая в расчет наше нынешнее существование».  Однако основной вывод Чирковича состоит в том, что мы не должны использовать данные о прошлом числе катастроф для подтверждения теории о «редкой Земле», а должны полагаться на данные астробиологических исследований в этом вопросе.

 

 

А.С.Щербаков в своей статье «Антропный принцип в космологии и геологии» [Щербаков, 1999] подробно разбирает действие антропного принципа на примере исторической динамики земной атмосферы. Он пишет: «Известно, что геологическая эволюция протекает в рамках колебательного режима. Его экстремальным точкам соответствуют два состояния, получивших название "горячая планета" и "белая планета"… Ситуация "горячей планеты" возникает в случае поступления из мантии Земли большого объема газовых компонентов и прежде всего углекислого газа… Как показывают расчеты, постепенное испарение воды океана толщиной 10 метров способно создать такие парниковые условия, при которых начинается кипение воды. Оно продолжается уже без дополнительного притока тепла. Конечная точка процесса — выкипание океанов, рост приповерхностной температуры и давления до сотен атмосфер и градусов… Геологический материал говорит о том, что в своей истории Земля четырежды вплотную подходила к ситуации тотального обледенения. Не меньшее число раз она останавливалась перед состоянием выкипания океанов. Почему же ни того, ни другого не случилось? Общей и единой спасительной причины как будто бы нет. Вместо этого каждый раз обнаруживается единственное и всегда уникальное обстоятельство. Именно при попытках их объяснения в геологических текстах начинает мелькать знакомое "... крайне малая вероятность", "если бы данный геологический фактор на малую долю" и т.д… В фундаментальной монографии "История атмосферы" [Будыко, 1985] речь идет о неизъяснимой корреляции трех явлений: ритмов солнечной активности, этапов дегазации мантии и эволюции живого. "Объяснить соответствие колебаний физико-химического режима атмосферы потребностями развития биосферы можно только случайным согласованием направления и скорости развития не связанных друг с другом процессов эволюции Солнца и эволюции Земли. Так как вероятность такого согласования исключительно мала, то из этого следует вывод об исключительной редкости жизни (и особенно ее высших форм) во Вселенной».

 

Дальше щербаков, однако, не делает очевидного вывода о том, что поскольку во Вселенной существуют миллиарды землеподобных планет, то среди них наверняка должна была бы найтись такая, где циклы дегазации мантии совпали бы нужным для устойчивого развития многоклеточной жизни образом. Вместо этого он анализирует философские проблемы телеологии эволюции. Ничего он также не говорит об очевидном следствии того, что развитие Земли было результатом совпадения очень большого количества случайностей – а именно о том, что из этого следует, что в будущем они перестанут совпадать.

 

Однако большинство людей склонно полагать, что такое везение продлится и в будущем, используя для этого умозаключения индукцию. Математическим выражением такого рода индукции так же может считаться формула Готта:

 

                                                       (1)

 

 

Где T – возраст системы в момент её наблюдения, t – ожидаемое время её существования, а f – заданный уровень достоверности, в данном случае f = 0.5, то есть 50 процентов, что t попадёт в данный интервал. Формула действует только в том случае, если T – случайная величина. Иначе говоря, если наблюдение системы производится в случайный момент времени.

 

Из формулы следует, что если мы наблюдаем некий объект в случайный момент времени, то до конца существования этого объекта осталось с вероятностью в 50 процентов не менее одной трети и не более трёх периодов времени, равных времени существования объекта до момента наблюдения.) [Gott, 1993].

 

В нашей Галактике более 100 миллиардов звёзд, и никаких следов деятельности внеземных цивилизаций люди не обнаружили. Это позволяет предполагать, что Человечество – первая цивилизация в нашей Галактике (или же большинство цивилизаций не сумели технологически продвинуться настолько, чтобы суметь установить контакт с человечеством), а возможно, даже и в Местной группе галактик. Это позволяет выдвинуть гипотезу о том, что существует некий фактор, делающий формирование разумной и технологически высокопродвинутой жизни крайне редким явлением. Можно сказать, что на сегодняшний день человечество выглядит цивилизацией, которая выиграла в лотерею, где только один билет на 100 млрд. является выигрышным. Это примерно равносильно везению в 36 выбросов подряд монетки правильной стороной вверх. Если бы эта игра происходила бы во времени равномерно, то, исходя из возраста земли в 4,5 млрд. лет, каждое «бросание монетки» происходило бы раз в 125 миллионов лет. Иначе говоря, это означало бы, что математическое ожидание сохранения Земли как пригодной для разумной жизни планеты составляло бы 125 миллионов лет.

 

Однако распространены и другие способы оценки будущего времени пригодности Земли для жизни. Популярно мнение, состоящее в том, что раз земля и жизнь на ней просуществовали 4 миллиарда лет, то и в будущем она просуществует примерно столько же, то есть ещё 4 млрд. лет. Это мнение математически выражается формулой Готта, которая дает возможность прийти к выводу, что если мы наблюдаем некий объект в случайный момент времени его существования, то, скорее всего, мы находимся где-то в середине его жизненного пути. Для земли формула Готта даёт интервал достоверности в 50 процентов, что земля просуществует от 1,3 млрд. до 12 млрд. лет с настоящего момента.

 

Однако формулу Готта нельзя применять в случае предсказания будущего возраста Земли, потому что мы, люди, наблюдаем землю не в случайный момент времени её существования (А формула Готта работает, только если момент наблюдение распределён совершенно случайно.). Наоборот, мы наблюдаем Землю в тот момент, когда на ней завершились все процессы, необходимые для возникновения разумной жизни – и Земля не единственная планета, где такие процессы начались. Это означает, что мы, скорее всего, наблюдаем её в относительно поздний момент её существования. Точно также выигравший два раза подряд игрок в рулетку из предыдущего примера является всего лишь случайным временным  «везунчиком» среди других игроков.

 

При всей уязвимости этого умозаключения, основанного на самых предварительных оценках и ряде произвольных допущений, оно не может не вызывать тревогу. Потому что по формуле Готта (которая не учитывает неслучайность, вносимую эффектом наблюдательной селекции) до уменьшения вероятности выживания до 50 процентов у нас не 125 миллионов лет, а порядка 4 миллиардов. Сравнивая эти два числа, получаем уменьшение ожидаемого благополучного будущего в 32 раза.

 

Иначе говоря, учёт эффекта наблюдательной селекции снижает в данном случае предварительную оценку ожидаемого будущего в 32 раза. И хотя эта цифра зависит от ряда предположений, масштаб эффекта заставляет нас уделить ему значительное внимание. 

 

Конечно, можно сказать: «Какая разница, случится ли космическая катастрофа через 4 миллиарда лет или через 125 миллионов лет?» Однако здесь важно проиллюстрировать сам принцип рассуждения, который мы затем применим к более близким материям.

 

Другой иллюстрацией заблуждений, связанных с проекцией прошлого на будущее, являются распространённые среди людей представления, что Солнце через 5 млрд. лет погаснет. Однако с точки зрения науки излучение Солнца постепенно и непрерывно растёт, что связано с увеличением его радиуса. Этот рост составляет 10 процентов в миллиард лет, что кажется немного, если забыть, что это означает рост средней температуры земли примерно на 30 градусов – без учёта возможности необратимого парникового эффекта (см. далее), улетучивания воды океанов в космос и других мало приятных факторов, сопутствующих потеплению – что уже на грани выживания млекопитающих современного типа.   А с их учётом оценка в миллиард лет будет казаться весьма оптимистичной. Эта оценка также дана без учёта того, что из стабильности горения солнечного ядра в прошлом не следует стабильность его горения в будущем, тем более, что чем меньше водорода в ядре, тем больше возможностей для так называемой конвекции (перемешивания слоёв в ядре звезды в данном случае) [Шкловский, 1984]. Если бы такая конвекция произошла, это бы привело к значительному изменению светимости Солнца – событие рядовое для других звёзд, но фатальное для человечества. Медленного (настолько медленно, что мы просто не заметили таких процессов у других звёзд, которые мы можем точно наблюдать только около ста лет) изменения солнечной светимости на несколько десятков процентов уже достаточно для закипания океанов или глобального оледенения, а это вовсе не тоже, что вспышка новой звезды.  Кроме того, есть звёзды, во многом похожие на Солнце, но производящие хромосферные вспышки в миллион раз сильнее. Итак, вопреки распространённому мнению, мы, скорее всего, наблюдаем не середину, а заключительный этап существования солнца в качестве звезды, подходящей для поддержания приемлемой температуры на земле. Это согласуется с предположением о том, что благодаря антропному принципу мы находимся близко к концу периодов устойчивости жизненно важных для нас процессов.

 

В исследованиях будущего влияния Солнца на Землю утверждается, что нагрев Солнца сделает Землю непригодной для жизни в период от 200 млн. до 1 млрд лет от настоящего момента. Эта оценка соответствует полученной нам на основании учёта эффекта наблюдательной селекции,  и не соответствует интуитивному результату, даваемому формулой Готта.

 

В области финансов рассматриваемая нами тема известна под названием «Survivorship bias», что буквально переводится как «предубеждение, связанное с выживанием». Оно проявляется в том, что в статистике учитываются только те паевые фонды, которые дожили до конца отчётного периода, а значит, имеют хорошие результаты, а те, которые имели плохие результаты и разорились, не учитываются. Это позволяет фондам завышать свою эффективность, так как потенциальному клиенту неизвестно, из какого начального числа фондов выжил данный фонд, и какова в этом роль случайности и закономерности. Чем большее число фондов погибло, тем больше шанс, что данный фонд выжил случайно, а не за счёт качественного менеджмента. Этон, Груббер и Блэйк [Elton, Gruber, & Blake, 1996] вычислили, что суммарный вклад этой ошибки в оценку всех фондов США составляет 0,9 процента в год, что немало, если сравнивать это не со 100 процентами, а доходностью акций или ценных бумаг, равной сейчас примерно 4-6 процентов.

 

Можно попробовать выразить предлагаемую идею с помощью следующей метафоры. Представим себе, что необходимым условием возникновения разумной жизни является то, что несколько капель дождя случайно оказываются на одной линии. Если речь идёт только о двух каплях, то они всегда на одной линии. Если о трёх – то только доли секунды, а если четырёх, пяти иди шести – то ещё меньшие доли времени. То есть чем уникальнее условия, сложившиеся в результате взаимодействия нескольких случайных параметров, тем короче во времени они сосуществуют. Однако развитие разумной жизни тем вероятнее, чем дольше планета находилась в благоприятных для этого условиях. Отсюда мы делаем вывод о том, что Земля, скорее всего, находится в конце периода устойчивости благоприятных факторов. Однако существенным здесь является предположение о том, насколько невероятным совпадением является возникновение жизни на Земле.

Некоторые соображения, почему именно теория «редкой земли» может быть верной, обозначены в приложении А в конце этой статьи. Свои дальнейшие рассуждения мы продолжим на основании гипотезы, что так оно и есть.

 

Отметим особую роль логарифмической шкалы в оценки времени будущего выживания, которая состоит в том, что она нивелирует разброс оценок. Если степень уникальности нашей планеты составляет 10**50, то ожидаемое время ее будущего существования - 200 млн лет, а если 10**150, то только 50 млн лет. То есть изменение доли обитаемых планет в 10**100 раз, то есть в миллиард миллиард миллиард миллиард миллиард миллиард миллиард миллиард миллиард миллиард миллиард раз приводит к изменению оценки времени будущего существования Земли только в 4 раза!

 

Такая малая чувствительность окончательного результата к исходным данным даёт возможность фактически пренебречь исходными (и неизвестными нам данными) о доли обитаемых планет во вселенной, и сделать вывод, что время будущего существования Земли в пригодной для разумной жизни форме имеет порядок 100 млн. лет. Эта величина всё равно имеет большую неопределённость, так как опирается на заведомо неверное в отношении геологических процессов предположение о том, что катастрофы в них распределены равномерно во времени и не зависят друг от друга. Таким образом, оценка в 100 млн. лет - это скорее верхняя граница, но не нижняя, и неопределённость в ней около одного порядка.

 

 

2. Природные катастрофы

 

Как мы уже говорили, применение эффекта наблюдательной селекции к космологическим катастрофам рассмотрено в статье Бострома и Тегмарка. Они изучали катастрофы, вероятность которых равномерно распределена на огромном промежутке времени от возникновения вселенной до настоящего момента. Благодаря этому они получили оценки, что такого рода  катастрофа вряд ли произойдёт в ближайший миллиард лет. (Однако их вывод не является 100 процентной гарантией, поскольку базируется на ряде достоверных, но не 100 процентно точных данных, полученных крайне косвенным образом – а именно, о частоте распределения потенциально обитаемых планет в галактике и предположении равномерности распределения во времени частоты космологических катастроф – судя по всему, ложном, хотя бы потому что интенсивность излучения квазаров и частота гамма-всплесков со временем падает.)   Однако в это статье мы рассмотрим катастрофы, которые относятся к гораздо более краткому промежутку времени, а именно – к времени существованию обитаемой Земли, и которые имеют не равномерное, а нелинейное распределение вероятности.

 

Эти природные катастрофы не являются внешними по отношению к Земле и Солнечной системе, и поэтому не попадают, если говорить точно, под определение космологических катастроф, но они также и не созданы руками человека.

 

При этом приходится полагаться на теоретические экспертные заключения о возможности тех или иных катастроф, которые носят вероятностный или спорный характер, поскольку речь идёт о событиях, которых никогда не случалось. В данной статье мы оставим в стороне сложный вопрос о том, как определять степень достоверности того или иного сценария на основании более или менее авторитетных экспертных заключений. Отметим только следующие общие правила описания рисков:

 

·        Полезнее считать некий риск возможным до тех пор, пока строго не доказана его невозможность.

 

·        Если эксперт считает нечто невозможным, он скорее ошибается, чем другой эксперт, который считает нечто возможным. Потому что суждение о невозможности гораздо сильнее и достаточно одного исключения, чтобы его опровергнуть.

 

·        Субъективные оценки, не подкреплённые точными вычислениями, обычно ошибочны по примерно логарифмической шкале, например, если некто утверждает, что событие имеет шанс один к десяти, то он прав в 60 процентах случаев, а если он утверждает, что шансы составляют один к миллиону, то он прав с вероятностью в 90 процентов. См. подробнее об ошибках экспертов в оценке рисков статью Юдковского [Yudkowsky, 2007].

 

Отметим принципиальное различие в терминах. Есть «крупные катастрофы» - это события, которые приносят неисчислимые бедствия, но не прекращают развития человечества, например грипп «испанка» или «цунами в Юго-Восточной Азии». И есть «глобальные катастрофы» - «угрозы существованию» (existential risks), то есть события, которые могут необратимо прервать существование разумной жизни на Земле. Только последние рассматриваются в данной статье.

 

Список возможных глобальных природных катастроф велик. Одним из таких событий может стать извержение супервулкана. Извержение супервулкана Тоба в Индонезии 74 000 лет назад вызвало всемирную вулканическую зиму, продолжавшуюся 6 лет. Количество предков современного человека, живших в Африке, сократилось до нескольких тысяч – фактически, они были на грани вымирания. Это извержение не было самым сильным из возможных, его величина – 7 баллов по 8 бальной шкале вулканических землетрясений. Извержение вулкана Йеллоустоун 2 миллиона лет назад было 8 балльным. Горные породы в Сибири и Индии хранят следы о ещё более масштабных площадных извержениях, произошедших десятки и сотни миллионов лет назад. [Биндеман, 2006]

 

Глобальная опасность вулканических событий состоит не только в вулканической зиме, аналогичной «ядерной зиме», но и связанных с вулканизмом процессах дегазации земного ядра. Некоторые авторы утверждают, что выделение из земного ядра небиогенного кислорода сделает земную атмосферу непригодной для жизни через 600 миллионов лет [Соротихин, 2002].

 

 

Взрыв гиперновой (сверхновой максимальной силы), приводящий к образованию гамма-всплеска, направленного на землю, может привести к уничтожению озонового слоя на несколько лет и мощному радиоактивному заражению, даже если расстояние до гиперновой будет 500 (а по некоторым данным – 3000) световых лет, хотя, вероятно, для нашей галактики это крайне редкое явление. «Наилучший кандидат» в опасные гиперновые – это звезда Эта Киля (Eta Carinae) массой более 100 солнечных, находящаяся на расстоянии 7500-8000 световых лет от нас.  Взорваться, хотя и слабее, в ближайшие тысячи лет может также Бетельгейзе (427 св. лет от Земли). Однако подсчёты показывают, что для взрыва обычной сверхновой, без гамма-всплеска, безопасны расстояния до 8 световых лет. Такие события случаются в среднем раз 1,5 млрд. лет [Gehrels, 2003].

 

Шкловский [Шкловский, 1984] выдвинул гипотезу о том, что периодические конвекции в солнечном ядре с периодом в 200 млн. лет ответственны за глобальные вымирания и ледниковые периоды, а также объясняют проблему солнечных нейтрино. Сейчас проблема недостатка солнечных нейтрино разрешена – обнаружена осцилляция нейтрино из одного типа в другой. Однако есть ряд гипотез о разных длительных циклах Солнечной активности. В любом случае, светимость солнца по современным моделям постоянно растёт, а количество водорода в его центре убывает, что может сделать его горение нестабильным. Важно отметить, что для глобальной катастрофы на Земле Солнцу не нужно становиться ни новой, и ни сверхновой звездой, а достаточно изменить свою светимость на 10-20 процентов в течение 100 лет. Нам также неизвестно, каков верхний предел энергии вспышек на Солнце, связанных с пятнами и магнитными полями. При этом особенно мощная вспышка может быть очень опасной или безопасной в зависимости от того, направлен ли выброс заряженных частиц в сторону Земли или нет.

 

В каждой галактике есть центральная чёрная дыра. И в некоторых галактиках они являются мощнейшими источниками излучения, что связано с аккрецией вещества на чёрную дыру. В нашей Галактике тоже есть центральная чёрная дыра, однако она спит. Это связано с тем, что в настоящий момент на неё не падает много вещества, и с тем, что она уже достигла такого большого размера, что вещество при падении проходит горизонт событий гораздо более плавно и меньше излучает. Тем не менее, активизация центральной чёрной дыры была бы неприятным сюрпризом для человечества, способным поставить его на грань существования.

 

Столкновение с астероидом было бы особенно опасным, если бы он упал в океан, так как океан бы почти без потерь перенёс большую часть его энергии в виде цунами на континенты на огромные расстояния. Кроме того, столкновение с крупным астероидом вызвало бы всеобщее сверхземлетрясение, которое бы разрушило все города и запыление атмосферы, аналогичное «вулканической зиме». Однако важно правильно оценивать масштаб разрушений от астероидов разных размеров. Одна тонна астероидного вещества по энергии примерно соответствует 100 тоннам тротила. Небесные тела размером до километра встречаются гораздо чаще, чем более крупные, но разрушения от них не приведут к вымиранию человечества. Более опасны кометы. Кометы приходят неожиданно и на большой скорости из облака Оорта, кроме того, возможно, что на кометы не распространяется линейный закон, связывающий размеры астероида и средние время его выпадения – чем больше астероид, тем реже он падает, - поскольку самые мелкие кометы, будучи кусками льда, уже испарились. Критическим для выживания человечества является размер падающих небесных тел порядка нескольких километров, а для всей биосферы – в десятки и даже сотни километров. Возмущения Солнечной системы от проходящих рядом звёзд могут вызывать кометные дожди.

 

Одной из довольно маргинальных, но принимаемой несколькими исследователями (Лавлок, Карнаухов) возможностью глобальной катастрофы является убегающий парниковая катастрофа (runaway greenhouse effect). В отличие от продвигаемой средствами массовой информации концепции парникового эффекта, которая утверждает, что при худшем сценарии температура земли возрастёт на 2 градуса и уровень океана повысится на несколько метров, эти исследователи утверждают, что парниковый эффект находится на пороге необратимости, пройдя который, он войдёт в фазу положительной обратной связи и температура Земли возрастёт на десятки и сотни градусов, делая жизнь на земле невозможной. Это связано с тем, что водяной пар (не в форме облаков, а растворённый в воздухе) является сильнейшим парниковым газом – а запасы готовой испаряться воды на земле неограниченны. Кроме того, постепенное увеличение светимости Солнца, увеличение длины земных суток, накопление углекислого газа и снижение растворимости углекислого газа в океанах с ростом температуры работают на то, чтобы сделать парниковый эффект более сильным. Но ещё один фактор чреват резким увеличением парникового эффекта – разрушение огромных запасов газовых гидратов на дне моря, которое приведёт к выделению в атмосферу больших количеств метана – сильнейшего парникового газа. Разрушение газовых гидратов может принять характер цепной реакции, что уже однажды произошло несколько десятков миллионов лет назад, когда температура Земли повысилась на несколько тысяч лет примерно на 10 градусов. Однако тогда гидратов было гораздо меньше. Возможно, что понимание рисков необратимой катастрофы уже в этом веке стоит за усилиями правительств по снижению выбросов парниковых газов. Этот сценарий можно назвать Венерианским, потому что именно благодаря парниковому эффекту на поверхности Венеры температуры составляет более 400 С. Глобальное потепление является системным риском, поскольку в нём увязано множество разных факторов: Солнце, земные недра, океаны, человек, политика, вулканизм.

 

Обратный сценарий можно было назвать марсианским – полное вымораживание планеты в результате глобального похолодания, которое превратит всю Землю в «заморожённый шарик», настолько успешно отражающий солнечные лучи, что он не может разогреться. Несколько раз в истории земли это уже случалось, но затем земля была разморожена  мощным извержением вулканов.

 

На примере соседних планет мы можем видеть, что катастрофы планетарного масштаба уже случались - Марс (улетучивание атмосферы и замораживание), Венера (возможно, дегазация недр и определённо парниковый эффект). То есть речь не идёт о гипотетически редких событиях; наоборот, именно земля – исключение из правил. Вместе с тем частота разных рисков колеблется от сотен лет до миллиардов.

 

Вот ещё одно свидетельство того, что реальная частота глобальных катастроф, как мы и предсказывали, составляет 100 млн, лет:

 

«Звезда-супергигант, превращаясь в конце жизни в черную дыру, посылает в космос разрушительное гамма-излучение, которое стерилизует все планеты на своем пути, полагает Арнон Дар. Вероятность оказаться на пути такого излучения для планеты из нашей галактики выпадает раз в 100 миллионов лет.» http://www.podrobnosti.ua/technologies/2002/05/09/24250.html

 

Другое свидетельство того, что условия нашего существования уже начали ухудшатся, состоит в том, что мы живём сейчас в период интенсивной кометной бомбардировки, при которой частота импактов в 100 раз выше средней.

 

«Такие модели использовались для предположений, что импакты 10-мегатонного класса и более сильные случаются на Земле раз в 2000-3000 лет (Stuart and Binzel, 2004), однако Тунгусский импакт имел место только 100 лет назад. Точно также импакты с энергией в 1000 мегатонн предсказываются раз в 60 000 лет (Morbidelli et al., 2002), и тем не менее, в течение двух лет после этого предсказания был обнаружен 1000 мегатонный астероид, который пройдёт на расстоянии 6 земных радиусов в 2029 год. Точно также, оценка частоты столкновения Земли с активными кометами в 7 км диаметром оценивается иногда как 1 раз в 3 миллиарда лет, и тем не менее низкоактивная комета такого размера IRAS-Araki-Alcock прошла на расстоянии 750 радиусов Земли в 1983 году, что более согласуется с частотой импактов в 200 раз большей. Hughes (2003) исследовал распределение близких пролётов известных NEO, пролетающих мимо Земли, использовав для своих исследований все известные сближения в 2002 году. Он обнаружил, что импакты класса Тунгуски должны случаться раз в 300 лет, а для 1000-мегатонного класса разброс сроков составляет 500-5000 лет. Эта «наземная проверка» основана на небольшом количестве недавних сближений, но показывает, что всё ещё имеется значительная неопределённость в оценках частоты импактов (Asher et al., 2005).

Окончательная «наземная проверка» должна быть, конечно, найдена на земле. Courty et al. (2005), в серии детальных седименталогических исследований обнаружили свидетельства широкого распространения горячих, мелкодисперсных выбросов по всей тропической Африке, Ближнему Востоку и Западной Азии, которые она датирует 2600-2300 до н.э. и связывает резкими изменениями природной среды в этот период. Abbott et al. (2005), исследовавшие керны льда из Западной Антарктиды, получили множество данных, которые они нашли согласующимися с импактным выбросом из 24 километрового кратера Mahuika на южном шельфе Новой Зеландии. Эти последние аномалии датируются около 1443 года н.э.,  и большой импакт в столь недавнее время кажется очень маловероятным, поскольку его эффекты должны были бы повсеместно ощущаться; с другой стороны, депозиты мегацунами высотой 130 метров в Jervis Bay в Австралии датируются 1450±50 годом нашей эры. Эти направления исследований являются довольно новыми, и всё ещё должны быть повергнуты тщательному критическому анализу; и если они его выдержат, может быть сделан вывод о том, что мы живём в период высокого риска.»

Уильям Нейпьер. Опасность комет и астероидов

http://www.scribd.com/doc/9726345/-

 

 

«Таким образом, средняя частота гамма-всплесков, направленных на нас в нашей галактике равна примерно Jgrb/(1 + z)4 ~ 0-75 x 10~8 в год, или один раз в 130 млн. лет. Если большинство этих гамма-всплесков имеет место не намного дальше чем на расстоянии до галактического центра, то их эффект является летальным, и их частота согласуется с частотой массовых вымираний на нашей планете за последние 500 млн.лет.» Арнон Дар. «Влияние сверхновых, гамма-всплесков, солнечных вспышек и космических лучей на земную окружающую среду.»

 

 

3. Применение антропного принципа для анализа частоты природных катастроф.

 

 

Для начала важно отметить разницу между прямым и непрямым методом исследования. Прямой метод состоит в непосредственном вычислении вероятностей для каждого источника риска на основе его научных моделей и экспериментальных данных. Однако мы никогда не можем быть уверены в точности и завершённости списка природных рисков и правильности вычислений. Непрямой состоит в оценке порядка величины на основе того факта, что эти риски всё ещё не реализовались. Например, когда говорят, что у некого водителя миллион километров безаварийной езды, это пример непрямой оценки его надёжности. Тогда как для прямой оценки нам нужно знать его возраст, вредные привычки, состояние сердца, и ещё множество довольно неопределённых параметров, которые могут быть настолько неопределёнными, что после длительных вычислений мы, возможно, получим результат с погрешностью, превышающей погрешность непрямого метода оценки. Однако, если результаты непрямой и прямой оценки сходны, это хороший знак достоверности вычислений. Очевидно, что применение антропного принципа или формулы Готта относится к непрямым методам.

 

Антропный принцип применительно к локальным природным катастрофам будет звучать следующим образом:

За всю историю земли ещё ни разу не случилось такой катастрофы, которая сделала бы невозможным возникновение разумной жизни на Земле. (При этом мы не рассматриваем здесь минимально необходимый уровень катастроф, который был нужен для продвижения эволюционного процесса, например, для свержения динозавров и расцвета млекопитающих,– подробнее об этом см. у Чирковича)

 

Можно сформулировать его и более узко:

За время существования нашей цивилизации ни разу не случалось такой катастрофы, которая бы прервала нашу историческую память, то есть прервала бы письменную традицию.

 

Понятно, что в этих двух формулировках речь идёт о катастрофах разного масштаба. Наша письменная традиция имеет возраст в 5 тысяч лет. Возможно, что до этого были и другие виды письменности, но они не сохранились, и непрерывная связь с ними была утрачена. Если бы действительно имело место нечто вроде Великого потопа или мегацунами, то выжили бы только безграмотные высокогорные пастухи. Из того, что наша письменность существует 5 тысяч лет, мы можем заключить, что такое событие в течение этого времени не происходило. Легенды о Великом потопе могут быть свидетельствами о катастрофе такого рода. Но о «предпоследнем потопе» мы ничего не помним – непрерывность нашей исторической памяти разрушена. Вопрос в том, как часто случаются события, прерывающие письменность цивилизации?

 

Антропный принцип применительно к природным катастрофам означает, что все условия должны были сложиться так, чтобы окончательных катастроф не произошло вплоть до настоящего момента, однако он вовсе не означает, что их не должно происходить и дальше.

 

Хорошим примером процесса, подобного описываемой динамике глобальных катастроф, является статистика человеческой смертности. Этот процесс характеризуется возрастающей «интенсивностью смертности», называемой в демографии мю(t), а в теории надёжности – «интенсивностью отказов». Количественной его мерой является отношение плотности вероятности к самой вероятности или математическое ожидание числа лет, которое проживёт человек, после достижения некоторого возраста. Данные по статистике США  [Health…, 2007]:

 

 

 

 

Таб.1.

 

Возраст:

Мат. ожидание оставшихся лет жизни:

0-1

73,88

05

70

10,4

65

15-16

60,19

20-21

55,46

25-26

50,81

30-31

46,12

35-36

41,43

40-41

36,79

45-46

32,27

50-51

27,94

55-56

23,85

60-61

20,02

65-66

16,51

70-71

13,32

75-76

10,48

80-81

7,98

85-86

5,96

90-91

4,43

95-96

3,34

100-101

2,73

105-106

2,38

109-110

2,2

Дальше информации нет.

 

 

По этой таблице для нас важно следующее.

 

- Геофизические катастрофы – это катастрофы сложных неравновесных систем, и к ним применимы аналогии из теории надёжности и старения.

 

- После возраста в 100 лет математическое ожидание будущих лет жизни почти не меняется и медленно убывает в районе 2,5 лет. Это не мешает некоторым подтверждённым долгожителям доживать до 115 лет. (При этом имеются в виду долгожители США, откуда эта статистика. В других странах и народах может быть другая статистика, более растянутая во времени, за счёт местных генетических и экологических особенностей, но менее надёжная как источник данных)

 

Чтобы яснее связать сказанное с темой влияния эффекта наблюдательной селекции, представим себе, что было бы, если бы супервулкан Тоба, который поставил человечество на грань гибели своим извержением, не замолк бы на 75,000 лет, а извергался бы каждые 10,000 лет, каждый раз сокращая число людей до нескольких тысяч. В таких условиях, вероятно, непрерывно развивающаяся и, в конце концов, осознающая себя цивилизация не могла бы сформироваться, и, значит, некому было бы исследовать вопрос об антропном принципе и глобальных рисках.

 

Можно провести параллель между ситуацией гибели всего человечества и статистикой человеческой смертности.

 

Средний возраст произвольного человека будет равен примерно половине среднего возраста – по нашей таблице это немного менее 40 лет. (Дальний хвост таблицы, в котором находятся долгожители, почти не влияет на выбор середины, так как там очень мало людей) Для него ожидаемая продолжительность остатка жизни составит порядка 36 лет.

 

Теперь возьмём множество всех людей, которые достаточно взрослые, чтобы начать исследовать вопрос об антропном принципе, и выберем из него произвольного человека. Скорее всего, он будет старше 15 лет. Средний возраст людей старше 15 будет примерно 47 лет, и ожидаемая продолжительность остатка жизни для них около 30 лет. То есть на 6 лет меньше, чем для человека вообще. Поскольку все читающие эту статью относятся ко второй группе, то среднее математическое ожидание будущей жизни для них будет на 6 лет меньше, чем для людей вообще.

 

Этот временной сдвиг невелик в данном примере, но существенно зависит от соотношения двух параметров – времени интеллектуального созревания и средней продолжительности жизни, которые, вообще говоря, не связаны. Иначе говоря, можно представить себе некое сообщество людей, где для достижения мудрости нужно прожить 100 лет. Достигнув 100 лет, человек задаётся вопросом, на сколько лет жизни ещё он может рассчитывать? Если он не может пользоваться примером других людей, он мог бы предположить, что будущее его время примерно равно прошлому, и у него есть в запасе ещё, примерно 100 лет. Вместе с тем таблица показывает, что средняя вероятная продолжительность остатка жизни человека столетнего возраста – 2-3 года.

 

Этот временной сдвиг и есть тот сдвиг, который я имею в виду под эффектом наблюдательной селекции применительно к природным катастрофам.

 

Иначе говоря, количество «мудрецов» возрастает к концу возрастной таблице, а количество людей с большим показателем ожидаемого остатка жизни – к началу. Обнаружив себя «мудрецом», человек вынужден предполагать, что он, скорее всего, находится ближе к концу своей возрастной таблицы, а не к середине.

 

Точно такая же ситуация и с цивилизациями: ожидаемая продолжительность существования цивилизации, уже открывшей математику, может быть сильно меньше ожидаемой продолжительности существования цивилизации вообще. Однако это зависит от неизвестного нам параметра средней периодичности катастроф.

 

Здесь важно сказать следующее: имеется принципиальная разница между строго периодическими катастрофами и псевдопериодическими событиями. Например, равноденствия – это (почти) строго периодические события. Если бы мы не знали, какой сейчас день года, то могли бы сказать, что среднее ожидание равноденствия составит 365\2 = 183.5 дней. Однако если бы мы узнали, плюс к тому, что равноденствия не было уже 50 дней, то моя оценка бы сократилась до 133.5 дней.

 

С другой стороны, если бы мы наблюдали радиоактивный атом с периодом полураспада 365 дней, то информация о том, что он уже 50 дней как не распался, никак бы не изменила наше ожидание срока его существования.

 

Отсюда видно, что катастрофы со строгой периодичностью гораздо опаснее катастроф со случайной периодичностью, потому что мы знаем, что, раз мы существуем, то их не было в промежуток времени с последнего их появления.

 

Составим таблицу средней периодичности извержений супервулкана Тоба, и ожидаемой продолжительности существования цивилизации, исходя из того, что последнее катастрофическое извержение супервулкана было 75000 лет назад. Будем учитывать три типа периодичности: строгую, как для астрономических событий, вероятностную, как для радиоактивного распада и смешанную, в качестве модели для которой возьмём данные из таблицы человеческой смертности (табл. 1.) (Эти данные затем приведены таким образом, что для каждой строки таблицы периодичность приравнена к средней продолжительности жизни в 80 лет, и отсюда выведено значение «года», и по таблице смертности взято ожидаемое время жизни для этого возраста, и обратно конвертировано числа временной шкалы табл.2.)

В каждом столбце таблице жирным выделены те ячейки, которые дают наиболее опасный прогноз.

 

 

Периодичность Извержений, лет

Тип периодичности: строгий, время до следующего извержения, лет

Тип периодичности:

Вероятностный, время до следующего извержения, лет

Тип периодичности: смешанный, подобный человеческому старению, лет

10,000

Прямо сейчас

10,000

Прямо сейчас (аналог возраста человека в 560 лет, ожидаемая продолжительность жизни – меньше года)

50,000

Прямо сейчас

50,000

Около 1000 (аналог возраст человека 120 лет, ожидаемая продолжительность жизни – 2 года)

75,000

Прямо сейчас

75,000

7000 (80 лет, 8 лет)

100,000

25,000

100,000

20 000 (60 лет, 20 лет)

150,000

75,000

150,000

80. 000 (40 лет, 40 лет)

 

В этой таблице мы можем отвергнуть данные тех ячеек, которые говорят о немедленном извержении, ибо сейчас его не происходит. И теперь выберем те ячейки, которые дают наименьшие сроки, чтобы определить наиболее опасные сценарии. Сразу видно, что самые малые значения дольше всего появляются в третьем столбце таблицы, соответствующем смешанному распределению, подобному человеческой смертности.

Иначе говоря, это можно сформулировать так: наиболее опасны природные катастрофы с неточным критическим порогом.

Очевидно, что для разных классов природных катастроф будут верны разные виды распределений, но наверняка найдутся такие классы катастроф, для которых верны самые опасные распределения.

 

Это связано с тем, что разумная жизнь на земле – крайне редкое явление в Космосе, если исходить из отсутствия её видимых проявлений среди звёзд (парадокс Ферми). И, вероятно, для её возникновения требовались крайние значения некоторых параметров устойчивости. Например, Солнце вращается таким образом вокруг центра галактики, что никогда не попадает в галактические ветви.

 

Однако крайние значения любых параметров устойчивости находятся рядом с границей неустойчивости. Например, если взять самого старого человека в стране, то его ожидаемая продолжительность жизни будет мала. Если надуть воздушный шарик до максимально возможного размера, то следующего приращения объёма он уже не выдержит.

 

При этом мы можем иметь теоретически две следующие ситуации:

 

1. Геологические катастрофы происходят очень часто, но поскольку человечество могло сформироваться только в период относительного затишья, то мы наблюдаем как раз такое случайное затишье.

 

1а) При этом хотя бы некоторые из катастроф носят строго периодический характер. Тогда наше затишье похоже на ситуацию, когда сразу несколько разнопериодичных  маятников отклонились в одну сторону. Очевидно, что в этом случае очень скоро многие из этих маятников пойдут в другую сторону. Это – наихудший для нас сценарий. Он может выглядеть как внезапное, необъяснимое, одновременное ухудшение всех жизненно важных факторов риска – связанных с Солнцем, вулканами, метеоритами. Более того, возможно, мы его уже начинаем его наблюдать – поскольку те крупные катастрофы, которые угрожали бы человечеству в древности, вроде вулканической зимы, теперь не могут привести гибели всего человечества, и поэтому ничего не мешает им стать наблюдаемыми.

 

1б) Все катастрофы носят случайный характер. В этом случае конец затишья будет более плавным. Однако мы можем наблюдать то, как некоторые параметры уже начали ухудшаться, но ещё не вышли за пределы допустимых границ – например, на Земле началась эпоха оледенений или что светимость Солнца выросла.

 

1в) Хотя бы некоторые катастрофы имеют периодичность с неточным критическим порогом. Из них опаснее всего те, в отношении которых мы уже вошли по времени в область критического порога. Такие катастрофы готовы разразиться в ближайшем будущем.

 

2. Все геологические катастрофы происходят достаточно редко, чтобы эффект наблюдательной селекции не проявился.

 

При этом важно отметить, что характерное время разных классов геологических катастроф различно, поскольку различна та глубина, с которой они прерывают человеческое развитие. Например, время между вулканическими извержениями класса Йеллоустоуна, которые могут привести к вулканической зиме, губящей всё человечество, составляет около 600 000 лет, но оно угрожает только одному виду приматов.

 

Время между гигантскими цунами в области средиземноморья может быть около 10 000 лет, но оно угрожает только непрерывности письменности у молодых культур в этом районе.

 

А характерное время супервспышек на Солнце или столкновения с суперкометами в сотни километров диаметров, которые могли бы уничтожить всю жизнь на земле, может быть порядка миллиардов лет.

 

Теперь интересно задаться вопросом, какие геологические катастрофы можно отнести к периодическим или квази-периодическим. Сразу отметим, что здесь очень распространена ситуация, когда постепенное нарастание некоторого параметра (скажем, напряжения в коре) достигает некоторого порогового значения, которое «размазано» на некотором промежутке. Эта ситуация сочетает в себе качества строго периодических и случайных процессов. А именно, если нарастание параметра строго линейно, а критический порог строго определён, мы имеем периодический процесс.

 

1. Супервулканы. Периодичность их извержений обусловлена физикой их работы, в чём-то похожей на работу гейзера. Магма поступает по плюму от горячей точки на границе земного ядра в течение многих миллионов лет более-менее равномерно и накапливается в огромной камере под земной поверхностью. Когда давление в камере превышает критический порог, крышка камеры разрушается и происходит огромное извержение. После этого требуются сотни тысяч лет, чтобы камера восстановилась и снова заполнилась. Такие процессы называют квазипериодическими.

 

2. Периодичность свойственна процессам, происходящим на Солнце. А также движению Солнца относительно галактической плоскости.

 

3. периодичность свойственна движению небесных тел, в частности, астероидов. И хотя прохождение одного астероида около Земли дело случайное, в некоторых случаях это может проявляться. Например, если действительно существует гипотетическая Немезида – звезда-спутник Солнца на далёкой орбите, - то её периодические сближения с Солнцем могут вызывать шквал выпадения комет из облака Оорта.

 

4. определённая периодичность присуща землетрясениям и связана с постепенностью накопления напряжения в земной коре вплоть до некоторого порога срабатывания. И хотя считается, что землетрясения в зонах субдукции (погружении плит одна под другую) имеют некоторый предел по энергии порядка 10-11 баллов (порядка 100 гигатонн тротилового эквивалента энергии), есть маргинальная теория о том, что более редкие, но более сильные события могут происходить в зонах спреддинга в центре океанов, где плиты порождаются и расходятся. Энергия разрыва, как мы знаем на примере воздушного шарика, гораздо больше энергии деформации. Такие разрывы могут создавать цунами километровой высоты, которые уже могут приводить к утрате непрерывности цивилизации.

 

5. Периодичность, возможно, присуща и ледниковым периодам.

 

6. Земная атмосфера находится в метастабильном состоянии между полным замерзанием по модели марса и необратимым парниковым эффектом, по типу Венеры. Несколько факторов работают на то, что она перекинется в состояние Венеры, и наихудший сценарий, который называют эксперты, требует всего лишь нескольких сот лет времени. Этот сценарий связан с тем, что водяной пар сам по себе – мощнейший парниковый газ, поэтому возможна положительная обратная связь: нагревание воды в океане – испарение – парниковый эффект – ещё большее нагревание. Быстрое вращение Земли, в отличие от медленного Венеры, не даёт этому эффекту сработать в полную силу, поскольку на ночной стороне вода остывает. Однако вращение земли замедляется за счёт приливного действия Луны со скоростью порядка часа суток в несколько сот миллионов лет. На это накладывается ещё несколько факторов потепления: выделение углекислого газа при сжигании человеком ископаемого топлива, дегазация запасов метана в вечной мерзлоте Сибири, распад газовых гидратов в океанах и рост светимости Солнца. Хотя вклад этих факторов по отдельности невелик, вместе они могут перейти критическую границу самоусиления.

 

7. В некотором смысле к геологической катастрофе можно отнести и глобальную ядерную войну, поскольку относительно неё действуют те же вероятностные законы. Первая и единственная ядерная война была в 1945 году в Японии, с тех пор ядерной войны не было уже 63 года. Этот большой срок сам собой внушает людям успокоение. Однако даже ядерная война запускает эффект наблюдательной селекции – а именно, даже если бы средняя периодичность гибели цивилизации от ядерной войны была бы только 20 лет, то мы бы всё равно этого не заметили. Однако, если применить методологию Бострома из статьи «Насколько невероятна катастрофа судного дня», то с учётом того, что данный анализ мог бы быть проведён в произвольный момент после осознания ядерной опасности, а я провожу его через 62 года, - следует, что было бы маловероятно его проводить так поздно, если бы война случалась достаточно часто, что исключает частоту войны в 20 лет с достоверностью порядка 90 процентов, и в 10 лет – в 98 процентов. Но только при условии того, что вероятность войны распределена равномерно, и эта война означает полную гибель людей. Что в целом не верно.

 

Накопление количества плутония в мире и увеличение количества ядерных держав можно сравнить с ростом напряжения (как в земной коре перед землетрясением) и снижением критического порога срабатывания. С учётом этого снижения устойчивости можно сказать, что наихудшая оценка периодичности ядерной войны на данный момент – не менее 5 лет. Разумеется, это не означает, что её не будет в ближайшем году. И это гораздо хуже предварительной оценки в 60 лет, с которой мы начали.

 

8. Возможно, существует некий периодический природный процесс, который приводит к вымираниям живых существ раз в  65 миллионов лет (а также в 200 млн. лет). Природа этого процесса, величина периода и сама его реальность вызывает у учёных споры. Подозревают конвекции в солнечном ядре, прохождение Солнца через рукав Галактики, пики активности земного ядра, волны выпадения комет, вызванные пролётами Немезиды или другими причинами. Почему-то не вызывает удивления, что оба срока уже подошли, и, может быть, даже просрочены.

 

Примером одновременного расползания жизненно важных параметров является человеческое старение, если рассматривать его не как результат генетической программы самоуничтожения, а как результат естественного отбора в ходе эволюции всех органов по времени службы, которое должно быть не менее некоторой величины – но не обязано её превышать. (Точно также все детали машины Лада отобраны так, чтобы средний срок службы их был не меньше, допустим, чем 50 000 км пробега, а Мерседеса – не менее 200 000 км. )

 

Ещё пример эффекта наблюдательной селекции: каждый человек был настолько везуч, что именно его сперматозоид - один из 100 миллиардов - оплодотворил яйцеклетку. Но из этого не следует, что он наверняка выиграет хотя бы 100 рублей в рулетку. То есть сегодня "везучесть" закончилась. Точно так же наша цивилизация была настолько удачлива, что ей удалось прожить 75 000 лет без извержений сверхвулканов и других прерывающих событий. Дальше наше «везение» ничто не гарантирует. А вулканы, плюс к тому, всё это время копили силу.

 

Есть ли геологические процессы, о которых мы знаем, что они могут быть близки к катастрофическому завершению?

 

1) вулкан Йеллоустоун. Три извержения с двумя промежутками между ними примерно в 600 тысяч и с тех пор ещё 600 тысяч прошло. Если так, то мы можем ожидать его взрыв в течение ближайших 100 000 лет. (При этом данный вулкан не угрожает нынешней цивилизации в той степени, в которой он угрожал ей несколько сот лет назад, когда техника была слабее.) Но если его извержение как бы «оттягивалось» эффектом наблюдательной селекции (а именно, во всех альтернативных мирах, где он бы извергся, человеческая цивилизация бы сформировалась гораздо позже – или бы вообще не возникла) – то степень его зрелости, готовности к извержению, может быть гораздо большей.

 

2) Процесс разогрева солнца. Не зная о нём, можно было бы сказать, что раз Солнце светит миллиарды лет, то оно и будет светить миллиарды лет. Но на самом деле Солнце сожжёт жизнь на Земле в течение ближайших 200млн – 1 млрд лет. Об этом мы уже говорили.

 

3) Процесс  смены магнитных полюсов планеты, который, возможно, всё более ускоряется. Есть предположение, что в момент переполюсовки на землю обрушится мощный поток космической радиации. Такие события уже бывали в прошлом (последний раз 700 000 лет назад), но неизвестно, каковы будут его последствия для цивилизации.

 

4) Есть гипотеза, что разрушение озонового слоя связано с выделениями водорода и других газов в ходе процесса дегазации земли [Сывороткин, 2001]. И что пики дегазации происходят циклически и связаны со смещением твёрдого земного ядра внутри жидкого, которое в свою очередь вызывается, по мнению Сывороткина, гравитационными нарушениями земной орбиты из-за близких пролётов небесных тел.

 

5) Необратимый парниковый эффект. Солнце никогда ещё не было столь ярко, а земля не вращалась столь медленно. Плюс выделение парниковых газов, как человеком, так и из природы.

 

6) Развитие технологической цивилизации возможно только при наличии длинных сетей электропередачи, однако такие сети могут быть разрушены интенсивной вспышкой на Солнце за счёт наведённых токов. Последняя сверхмощная вспышка в 1859 году привела к искрению существовавших тогда линий телеграфной связи.

 

Наихудшим возможным следствием того, что антропный принцип нас «защищал» столь долго, может быть эффект «оттягивания резинки» - чем дольше её оттягиваешь, тем сильнее она затем стукнет. Этот эффект имел место в отношении природных катастроф в Йеллоустоунском национальном парке в США, когда там в течение многих десятилетий предотвращали естественно возникающие с определённой периодичностью лесные пожары. Это привело к накоплению огромного количества сухой древесины в лесах, что кончилось колоссальным пожаром, который невозможно было бы остановить и ущерб от которого превышал многократно ущерб от обычных пожаров. Тоже верно и для землетрясений: чем дольше его не было в определённой местности, тем большее напряжение коры накопилось. Тоже верно и для супервулканов - чем дольше накапливалась магма в котле, тем больше её накопилось. И если в силу неких случайных обстоятельств некий очень опасный для всей земли процесс сдерживался и накапливал свою силу, то скорость его обратного разворачивания может быть устрашающей.

 

Иными словами, ещё один фактор, который следует учесть для оценки будущей частоты катастроф, состоит в том, что для некоторых систем длительная стабильность является предвестником перехода в катастрофический режим. Например, упрощённо говоря, в случае накопления напряжения в земной коре при движении плит, это напряжение может сбрасываться в двух режимах: в виде частых слабых землетрясений, и в виде редких, но сильных. В этом случае период длительного отсутствия землетрясений является предвестником сильного землетрясения в будущем. Если бы возникновение человечества зависело бы от отсутствия каких-либо землетрясений, то человечество бы с большей вероятностью возникло бы в период затишья – а значит, перед особенно сильным землетрясением. Например, сельское хозяйство могло развиться только в период голоцена с относительно устойчивым климатом, а не в период предшествующий Молодого Дриаса с его климатическими скачками. С другой стороны, периоды оледенений способствуют накоплению метана, высвобождение которого может приводить к мощному парниковому эффекту.

 

Таким образом, если некая система может находится в двух режимах – с частыми и слабыми катастрофами или с редкими, но сильными, то цивилизация скорее обнаружит себя во втором случае, причём в конце периода устойчивости.

 

 

Неожиданным следствием рассуждений об усилении числа природных катастроф в будущем является то, что это даёт довольно призрачную надежду сделать наконец антропный принцип фальсифицируемым – то есть верифицировать его научный статус.

 

Важно обратить внимание и на следующее: миллионы людей погибли в прошедшем столетии от различных геологических катастроф, тогда как от падения метеоритов и других космических событий – максимум единицы. Это говорит о том, что Земля, находящаяся у нас под ногами, в миллионы раз опаснее, чем небо над головой. И хотя обобщение этого наблюдения на угрозы существованию не вполне корректно, всё же это заставляет предположить, что риск гибели человечества от неких процессов внутри земли гораздо выше, чем риск вымирания от космических событий.

 

Крайней формой приведённого мировоззрения было бы то, что мир погиб бы сразу после того, как был бы открыт антропный принцип. И это может быть так, если принять ту формулировку Doomsday argument Картера-Лесли, где в качестве референтного класса выступает всё множество людей, которые знают про DA. А это множество крайне мало.

 

 

 

 

4. Нарушение устойчивости природных систем, находящихся на грани равновесия, в связи с человеческой деятельностью

 

Полученный результат может показаться незначительным – снижение ожидаемого потолка пригодности Земли для жизни с 5 млрд. лет до примерно 100 миллионов ничего не меняет для судеб человечества, так как за 100 миллионов лет человечество или вымрет, или найдёт способы противостоять вновь появляющимся рискам. Фактически, как я стараюсь показать в своей работе «Структура глобальной катастрофы», шансы вымирания человечества в XXI веке составляют несколько десятков процентов. Этой же точки зрения придерживаются и другие исследователи глобальных рисков – М.Рис и Н. Бостром.

 

Однако не всё так просто. Если верно, что мы находимся в области маловероятного снижения частоты природных катастроф, то можно предположить, что многие катастрофы такого рода уже назрели. Например, в магматической камере супервулкана уже скопилось большое количество расплава.

 

Конкретный момент извержения зависит от множества случайных факторов, однако чем в большей мере извержение назрело, тем более слабое внешнее воздействие может его пробудить. Например, упрощённо говоря, если толщина крышки магматической камеры 5 км, а давление в камере таково, что способно разрушить 4 900 метров крышки, то бурение скважины глубиной всего в 100 метров приведёт к нарушению целостности магматической камеры.

 

Рост технологической цивилизации сопровождается непрерывным ростом воздействий человека на природу. Мы изменяем состав атмосферы, бурим всё более глубокие скважины и т. д. При этом мы предполагаем, что литосфера и атмосфера находятся в устойчивом состоянии, поскольку они существуют уже миллиарды лет. Однако если мы учтём эффекты наблюдательной селекции, то мы должны допустить, что они со значительной вероятностью находятся в неустойчивом состоянии на грани катастрофической бифуркации и наши воздействия могут превысить критический порог, который приведёт к их решительным изменениям.

 

Из процессов, которые вероятнее всего находятся на грани катастрофического изменения, следует в первую очередь отметить глобальное потепление. Мы не можем оценивать степень неустойчивости земной атмосферы, исходя из прошлых данных. И если эта неустойчивость велика, то даже малейшие вмешательства человека могут ее запустить. Последние данные показывают, что так оно и есть – а именно началось выделение метана со дня Ледовитого океана, что может привести к цепной реакции разогрева Земли по венерианскому сценарию. (В Арктике обнаружены массированные выбросы метана.  http://www.strf.ru/science.aspx?CatalogId=222&d_no=15599)

 

Во-вторых, сама земная литосфера может быть неустойчива. Например, литосфера Венеры, по некоторым данным, полностью обновилась полмиллиарда лет назад. Глубокое бурение и попытки отправить зонд к центру Земли могут привести к катастрофической дегазации земных недр, которая, возможно, давно уже запоздала. Это всё равно, что трогать иголкой чрезмерно надутый воздушный шарик. Милан Чиркович обратил внимание на этот риск в статье: «Гео-инженерия, пошедшая насмарку: новое частное решение парадокса Ферми». http://www.proza.ru/texts/2007/11/10/290.html)

 

Гораздо более гипотетической является возможность того, что воздействие человека приведёт к разрушению каких-либо небесных тел в Солнечной системе. Среди возможных вариантов – детонация термоядерного горючего (дейтерия) в планетах-гигантах, взрывы ионизированного льда в их спутниках, нарушение отлаженного равновесия орбит астероидов. Подробный обзор этих гипотетических сценариев я даю в статье «О возможности искусственной инициации взрыва планет-гигантов и других объектов Солнечной системы».

http://www.proza.ru/texts/2008/07/19/466.html)

 

 Наблюдательная селекция может приводить к существенной недооценки рисков Большого адронного коллайдера, а также множества других менее известных экспериментов, об опасности которых мы можем даже не подозревать.

 

 

 

5. Заключение

 

Консервативная позиция с точки зрения безопасности – это рассмотрение наихудшего возможного исхода. Для нас им было бы то, что наша цивилизация существует в промежутке затишья между несколькими периодическими процессами, угрожающими её существованию, при этом длина этого затишья сопоставима с характерным временем периодичности этих процессов, что означает, что они уже начали завершаться. Особенно угрожают среди таких процессов ядерная война, необратимый парниковый эффект и супервулканы, однако могут быть и совершенно неизвестные нам процессы, проявление которых раньше было несовместимо с существованием наблюдателей.

И хотя, по мнению автора, эффект наблюдательной селекции не так страшен, как развитие биологического оружия, распространение ядерного и неконтролируемый искусственный интеллект, нельзя сбрасывать со счёта тот факт, что он вносит поправку в любые наши вычисления о будущем.

Хотелось бы закончить цитатой из Ника Бострома: «Однако мы не должны слишком спешить отбрасывать риски существованию, которые не созданы человеком, как незначительные. Это правда, что наш вид выжил в течение долгого времени, несмотря на присутствие таких рисков. Но здесь может играть роль эффект наблюдательной селекции. Вопрос, который нам следует задать, состоит в следующем: в теоретическом случае, если природные катастрофы стерилизуют землеподобные планеты с большой частотой, что мы должны ожидать обнаружить? Очевидно, не то, что мы живём на стерилизованной планете. Но может быть, мы должны быть более примитивными людьми, чем мы являемся? Чтобы ответить на этот вопрос, мы нуждаемся решении вопроса о референтных классах в теории селекции наблюдателей. Но эта часть методологии ещё не существует». [Bostrom, Existential Risks, 2002]

 

Пугающим подтверждением гипотезы о том, что мы, скорее всего, живём в конце периода устойчивости природных процессов, является статья «Циклы разнообразия палеонтологических остатков» Р.Рода и Р. Мюллера в Nature (Rohde Robert A. & Muller Richard A. Cycles in fossil diversity. NATURE, VOL 434, 10 MARCH 2005 http://muller.lbl.gov/papers/Rohde-Muller-Nature.pdf )  об обнаружении цикла вымираний живых существ с периодом 62 (+/- 3 млн.лет) – поскольку от последнего вымирания прошло как раз 65 млн.лет. То есть время очередного циклического события вымирания уже давно настало. Отметим также, что если предлагаемая гипотеза о роли наблюдательной селекции в недооценки частоты глобальных катастроф верна, то она означает, что разумная жизнь на Земле – крайне редкое явление во Вселенной, и мы – одни в наблюдаемой Вселенной с большой вероятностью. В этом случае мы можем не опасаться инопланетного вторжения, а также не можем делать никаких выводов о частоте самоуничтожения продвинутых цивилизаций в связи с парадоксом Ферми (молчание космоса). В результате нетто вклад данной гипотезы в нашу оценку вероятности человеческого выживания может быть положительным.

 

Р. Познер в книге «Катастрофа. Риск и реакция» приводит следующий пример, который, как мне кажется, подтверждает, что мы живём в атипичном островке стабильности, являющемся статистической аномалией в непрерывно меняющемся мире. «Оптимисты могут указать на то, что климат Земли был  относительно неизменным на протяжении последних 10 000 лет, и это внушает им надежды, что  он и дальше будет устойчивым. Этот оптимизм не обоснован. Эра стабильности (называемая Голоцен) является аптипичной в земной истории.  Предшествовавший период, называемый «Молодой Дриас” (Younger Dryas) был эпохой резких климатических изменений, которые, случись они сегодня, имели бы катастрофические последствия. Этот период начался с падения температур до уровня ледниковых, и а закончился резким ростом температур на 8 градусов в течение десятилетия».

 

Поскольку, вероятно, успешное развитие сельского хозяйства требовало устойчивого климата, то сельскохозяйственная цивилизация, а затем и традиция письменности могли сформироваться только в период атипично повышенной устойчивости климата.

 

Наконец, определённое число природных катастроф в точно отмеренный промежутки времени было необходимо, чтобы разрушить господство одних видов и дать возможность свободно эволюционировать более прогрессивным. Возможно, если бы не астероид, то на Земле до сих пор царствовали бы динозавры, и гоминидов бы не было. Разумная жизнь не могла бы сформироваться в слишком стабильных условиях. Это значит, что в нашем мире должна присутствовать определённая катастрофичность, и неизвестно, как она проявит себя в будущем.

 

 

Приложение A. Плотность наблюдателей во вселенной, частота катастроф и антропный принцип

 

 

В этом разделе я предлагаю довольно спекулятивное и предварительное рассуждение, которое не изменяет основных выводов статьи, однако стремится их подтвердить, показав, что теория «редкой Земли» верна, и звёзды с обитаемыми планетами встречаются в видимой вселенной крайне редко, что в частности, может означать высокий уровень катастрофизма, который нами недооценивается. (См. также на эту тему Милан Чикрович. «Эволюционные катастрофы и проблема точной настройки параметров пригодной для жизни планеты. (Проблема Голдилокс)»

http://www.scribd.com/doc/8527974/-)

 

Основная мысль этой главы: если наша вселенная является крайне редкой среди всех возможных вселенных, то и наша планета является крайне редкой среди всех планет в нашей вселенной, и эти величины по порядку совпадают.

 

Исследователи антропного принципа обнаружили, что физические константы нашей Вселенной подобраны таким образом, что для этого потребовалось бы 10**500 попыток, чтобы случайно создать такую вселенную. С шансами 10**500 к 1 это означает, что такое количество вселенных с разными свойствами существует актуально (по теореме Байеса для двух гипотез). Из этого количества только некая очень малая доля типов Вселенных годится для возникновения разумной жизни. Обозначим X – долю всех пригодных для жизни и разума вселенных (равную, допустим, 10**50). Будем считать подходящими все вселенные, в которых есть разумное существо, способное задаться вопросом об антропном принципе (хотя тут есть ряд тонких моментов, связанных с тем, что именно означает «понимание»).

 

Среди всего этого множества есть такие вселенные, которые годятся для возникновения двух (или более) принципиально разных видов жизни и разума, например, основанных на углероде, и основанных на магнитных полях в коронах звёзд. Понятно, что такие «мультижизненные» вселенные требуют гораздо более тонкого подбора параметров (если вообще возможны). Следовательно, доля мультижизненных вселенных меньше доли вселенных с одним типом возможной жизни примерно во столько же раз, во сколько само Х меньше числа всех возможных вселенных. То есть на несколько десятков порядков. Отсюда мы можем заключить, что любая разумная жизнь в нашей вселенной начнётся с живой материи, основанной на углероде, с вероятность 100…000 к 1. То есть можно не рассчитывать встретить разумные звёзды, существ на фторе и т д.

 

Более интересен следующий вопрос. Если считать, что каждая звезда – это попытка создания планеты с жизнью, то сколько в среднем неудачных попыток приходится на одну удачную, иначе говоря, как часто разумная жизнь распространена в нашей Вселенной? Можно предположить, что среди всех 10**500 вселенных есть вселенные, где у каждой звезды возникает разум, есть те, у которых у каждой из 10 звёзд, из 100, из  10**100 и так далее. Вопрос в том, где вероятнее себя обнаружит наблюдатель – во вселенной с большой плотностью наблюдателей или с малой. В этих рассуждениях мы пользуемся так называемым Предположением о собственном местоположении (Self-sampling assumption), которое состоит в том, что каждый наблюдатель должен считать себя случайным представителем своего класса наблюдателей. (Подробнее об этом см. в работах Бострома.)

 

С одной стороны, кажется разумным обнаружить себя во вселенной с большой плотностью наблюдателей, так же, как я сейчас себя обнаруживаю в городе, а не на Северном полюсе. С другой стороны, доля вселенных с малой плотностью наблюдателей может быть гораздо-гораздо больше, чем доля вселенных с высокой плотностью наблюдателей.

 

Предположим, что каждая вселенная определяется 100 параметрами, вроде массы электрона, размерности и т д. Тогда каждую вселенную можно обозначить точкой в фазовом пространстве. Тогда мы получим область, в центре которой находятся абсолютно пригодные для жизни вселенные, в которых плотность наблюдателей максимальна, а по краям – частично пригодные, в которых наблюдатели возникают только после большого числа попыток внутреннего характера, иначе говоря, только у малого числа звёзд.

 

Кроме того, будет в этой области две зоны вселенных – те, в которых число звёзд мало, и те, в которых оно велико. Можно смело отбросить все те вселенные, в которых число звёзд мало, так как они перекрываются по вкладу вселенными, в которых число звёзд велико. И действительно, в наблюдаемой нами вселенной число звёзд может быть неограниченно велико за счёт процесса космологической инфляции.

 

Теперь сравним центральную в нашем фазовом пространстве область оптимума, где у всех звёзд есть планеты с разумом, и окружающую её область «почти подходящих» вселенных. Если считать, что радиус области оптимума R, а области почти подходящих вселенных 2R, то разница их объёмов будет 2**100 раз - примерно равно 10**30. Иначе говоря, число вселенных, в которых планеты со звёздами разбросаны редко, очень много раз больше числа вселенных с плотным расположением планет с разумом. (Точно также можно сравнить множество людей с абсолютно исправном геномом со множеством людей, у которых в генах есть некоторые незначительные ошибки – последнее будет гораздо больше, хотя средняя продолжительность жизни у людей из него будет немного меньше.)

 

Для того чтобы число наблюдателей в области 2R было бы больше, чем в области R, необходимо, чтобы наблюдатели там встречались чаще, чем у одной из 10**30 звёзд. Наоборот, область 3R, где наблюдатели встречаются значительно реже, чем  1 к 10**30 звёзд, можно смело выкинуть из рассмотрения, так как там находится наименьшая доля наблюдателей. Отсюда можно сделать вывод, что разумная жизнь в нашей вселенной возникает, не менее чем у одной из 10**30 звёзд. Эта величина гораздо больше числа звёзд в видимой вселенной, равного примерно 10**23. Однако это только минимальная оценка, которая ничего не говорит нам о реальной плотности.

 

Однако эту же величину можно выбрать и в качестве самого значения ожидаемой плотности цивилизаций, если рассмотреть слой в рассматриваемой нами сферической области фазового пространства вселенных с толщиной, соответствующей концентрации цивилизаций в 1 к 10е28-10е30. Этот слой будет многократно превосходить по количеству цивилизаций как внутреннюю область сферы, так и внешнюю.

 

Пример: В центре Солнца его плотность в 100 раз больше, чем средняя плотность Солнца, однако на центр Солнца приходится только 1% его массы. Большая часть массы Солнца находится не в его центре, и не в его атмосфере, а в его среднем слое.

 

Второй пример: Человек возник на Земле не мгновенно, а путём долгого отбора из разных форм. Чтобы я мог писать эти строки, триллионы триллион живых существ должны были отсеяться. То есть я являюсь одним из 10**20 существ, которые не стали разумными. Точно также и Солнце является одной на 10**20-10**30 звёзд, у которой развилась разумная жизнь в этой Вселенной, а остальные отселись.

 

Вывод: то, что наша вселенная является одной 10**500 возможных, и определяется 100 основными параметрами, означает, что и внутри вселенной число попыток создать разумную жизнь (то есть число звёзд) имеет такой же порядок величины. Следовательно, внутри видимой нами вселенной других цивилизаций нет. А если они и есть, то базируются на тех же фундаментальных принципах.

 

Зная среднюю плотность возникновения разумных цивилизаций, оцененную здесь в 1 на 10**25 = 2**75 и возраст Вселенной (13 млрд лет) можно оценить время уменьшения вдвое числа звёзд, подходящих для возникновения разумной жизни. Он бы составило около 200 млн. лет. Это означает, что космические условия будут подходить для земного существования ещё примерно 200 млн. лет (эта оценка совпадает с минимальным ожидаемым временем закипания океанов от солнца). Это означает, что если у нас есть некий промежуток времени (те же 200 млн. лет), то вероятность оказаться в конце его в тысячи раз больше, чем в начале.

 

Рассуждения Бострома о том, что вселенские катастрофы редки, базируется на посылке, что Земля  могла бы возникнуть гораздо раньше. Она трудно проверяема, потому что мы не знаем всех факторов. Но в отношении вероятности геологических катастроф встаёт аналогичный вопрос о том, могла ли жизнь на Земле развиться значительно быстрее?

 

Однако эти вычисления сделаны в предположении, что время «созревания» от возникновения жизни до возникновения разума, способного понять антропный принцип, одинаково для всех возможных цивилизаций, что, конечно, неверно. Скорее, это время описывается некой кривой в форме колокола (нормальным распределением) относительно среднего времени. Особенность его в том, что края колокола убывают и возрастают крайне быстро. То есть по краям колокола период удвоения (dx, за который функция удваивается) быстро уменьшается. А именно, для нормального распределения эта величина пропорциональна 1/ х.

 

Мы можем получить общее распределение для числа всех пригодных для разумной жизни планет, если умножим функцию числа подходящих звёзд exp (- x/0.1) (где x – время в миллиардах лет. А 0,1 – гипотетический период сокращения числа звёзд в е раз).  На функцию нормального распределения времени, необходимого для возникновения цивилизации на совершенно устойчивой планете. Exp (- (x-10)**2). (Здесь мы произвольно взяли, что среднее время – 10 млрд. лет) Поскольку обе функции - экспоненты, мы объединяем их степени, и получаем новую экспоненту с квадартичной степенью, то есть тоже нормальное распределение, но сдвинутое влево и уменьшенное по высоте во много раз, а именно Exp (- (x-10)**2 - 10*х). максимум этой функции – при x=5. За следующий миллиард лет она падает в 2 раза, а затем всё быстрее. Это означает, что учёт распределения не выводит нас за пределы оценки времени расхождения - более ста миллионов лет.

 

С другой стороны, расхождение параметров среды обитания – это постепенный процесс. И если мы можем уже сейчас видеть некоторые признаки начала этого процесса, то до его завершения ещё далеко.

 

Далее, мы пока не учли в наших выкладках тот факт, что чем дольше период стабильности, тем сильнее последующая нестабильность. Например, по закону Гука мы знаем, что сила, необходимая для растяжения пружинки, растёт линейно, а энергия её – пропорционально квадрату растяжения. И эта энергия выделится, если пружинка порвётся. Следовательно, период, который был слишком спокойный в отношении природных катастроф, может закончиться очень большой катастрофой.

 

В истории Земли нам следует выделить те периоды, когда развитие происходило особенно быстро, не позволяя себя ни одной отсрочки – это именно те периоды, когда они не могло бы происходить медленно,  так как иначе бы ему помешали катастрофы. Таких периодов я вижу два – это само зарождение жизни, и это последние 500 млн. лет, от возникновения многоклеточных животных и кембрийского взрыва.

 

 

 

Литература:

 

1.       Анисичкин В. О взрывах планет. // 1998. Труды V Забабахинских чтений, Снежинск.

2.       Биндеман И. тайная жизнь супервулканов // 2006. В мире науки. N 10. (http://www.sciam.ru/2006/10/nauka1.shtml)

3.       Будыко М.М., Ранов А.Б., Яншин В. История атмосферы. Л., 1985

4.       Еськов К.Ю. История Земли и жизни на ней. – М., НЦ ЭНАС, 2004.

5.       Дробышевский Э.М. Опасность взрыва Каллисто и приоритетность космических миссий // 1999. Журнал технической физики, том 69, вып. 9.

6.       Зельманов А.Л. Некоторые философские аспекты современной космологии и смежных областей физики // Диалектика и современное естествознание, М., 1970.

7.       Казютинский В.В., Балашов Ю. антропный принцип. История и современность // 1989. Природа. N 1. (http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/NATURE/OLD/ANTROP.HTM)

8.       Линде А.Д. Раздувающаяся Вселенная // Успехи физ. наук. 1984. Т. 144, вып. 2.

9.       Новиков И.Д., Полнарев А.Г., Розенталь И.Л. Числовые значения фундаментальных постоянных и антропный принцип // Изв. АН ЭССР. 1982. Т. 31, N 3.

10.    Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Развитие Земли. - М: Изд-во МГУ,  2002.

11.     Сывороткин В.Л.. Экологические аспекты дегазации Земли. - Диссертация на соискание степени доктора геологических наук, - М. 2001. – 302 С.

12.     Турчин А.В. Глобальные риски, связанные с программой SETI. http://www.proza.ru/texts/2007/12/04/38.html

13.      Турчин А.В. О возможности искусственной инициации взрыва планет-гигантов и других объектов Солнечной системы. http://www.proza.ru/texts/2008/07/19/466.html

14.      Турчин А.В. Структура глобальной катастрофы. В печати. http://www.scribd.com/doc/7529531/-

15.    Турчин А.В. Война и ещё 25 сценариев конца света. М., Европа, 2008.

16.    Хаин. В. Е. Разгадка, возможно, близка. О причинах великих вымираний и обновлений органического мира // 2004. Природа N 6.

17.    Шкловский и.с. звёзды. Их рождение, жизнь и смерть. - М., Наука, 1984.

18.    Щербаков А.С. антропный принцип в космологии и геологии. // Вестник Московского университета. Серия 7. Философия.  Номера журнала  №3/1999 С. 58-70

19.    Bostrom N. and Tegmark M. How Unlikely is a Doomsday Catastrophe? // Nature, Vol. 438, No. 7069, C. 754, 2005. (пер. с англ. А.В.Турчина: Макс Тегмарк и Ник Бостром. Насколько невероятна катастрофа судного дня?     http://www.proza.ru/texts/2007/04/11-348.html )

20.     Bostrom N. Anthropic Bias: Observation Selection Effects in Science and Philosophy - New York: Routledge, 2002.

21.     Bostrom N. Existential Risks: Analyzing Human Extinction Scenarios and Related Hazards. Journal of Evolution and Technology, Vol. 9, March 2002. Ник Бостром. Угрозы существованию. Анализ сценариев человеческого вымирания и подобных опасностей.
http://www.proza.ru/texts/2007/04/04-210.html

22.    Cirkoviс Milan M. The Anthropic Principle And The Duration Of The Cosmological Past. // Astronomical and Astrophysical Transactions, Vol. 23, No. 6, pp. 567–597, 2004.

23.    Ćirković Milan M. Evolutionary Catastrophes and the Goldilocks Problem. // International Journal of Astrobiology, vol. 6, pp. 325-329 (2007) русский перевод: Милан Чирокович. Эволюционные катастрофы и проблема точной настройки параметров пригодной для жизни планеты. (Проблема Голдилокс) http://www.scribd.com/doc/8527974/-

24.    Cirkovic Milan M., On the Importance of SETI for Transhumanism. //Journal of Evolution and Technology, xiii (2003), Милан Чиркович. О важности SETI для трансгуманизма. http://www.proza.ru/2008/11/10/384

25.    Elton, Gruber, & Blake. Survivorship Bias and Mutual Fund Performance, // The Review of Financial Studies, volume 9, number 4. 1996.

26.    Gehrels Neil, Claude M. Laird, Charles H. Jackman, John K. Cannizzo, Barbara J. Mattson, Wan Chen. Ozone Depletion from Nearby Supernovae. // The Astrophysical Journal, March 10, vol. 585. 2003.

27.    Gott J. Richard. Implications of the Copernican principle for our future prospects // Nature. 1993. Vol. 363, С. 315 – 319.

28.     Health, United States, 2006. – National Centre for health statistic, 2007.

29.    Redelmeier D. A., Tibshirani R. J.  Why cars in the next lane seem to go faster. // Nature 1999;401:35-36. 1999.

30.    Ward, P. D., Brownlee, D. Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe. – NY, 2000.

31.    Yudkowsky E. Cognitive biases potentially affecting judgment of global risks. Forthcoming in Global Catastrophic Risks, eds. Nick Bostrom and Milan Cirkovic, - UK, Oxford University Press, to appear 2007 (русский перевод: Э.Юдковский. Систематические ошибки в рассуждениях, потенциально влияющие на оценку глобальных рисков. http://www.proza.ru/texts/2007/03/08-62.html )

32.    Knobe Joshua, Olum Ken D., Vilenkin Alexander. Philosophical Implications of Inflationary Cosmology. // British Journal for the Philosophy of Science