05. 06.2023
Уроки 59, 60
Тема 1. Існування життя на інших планетах. Унікальність нашого Всесвіту
Завдання:
- Опрацювати теоретичний матеріал, знизу за посиланням
- Записати коротко конспект в зошит
- Переглянути відео, знизу за посиланням
- Виконати завдання (4, 5 посилання)
Унікальність нашого Всесвіту полягає в тому, що він єдиний і неповторний. Наш Всесвіт має свої властивості, які відрізняють його від інших Всесвітів. Наприклад, він має свою структуру, склад, кількість та розташування галактик, зірок, планет і інших об’єктів. Також, унікальність нашого Всесвіту полягає в тому, що він має свою історію розвитку, яка є результатом взаємодії фізичних законів, властивостей матерії та енергії, а також впливу різноманітних факторів, таких як гравітаційні взаємодії, електромагнітні поля, космічне випромінювання та інших чинників.
Сучасна наука визначає позаземні цивілізації як гіпотетичні суспільства розумних істот, які можуть виникнути й існувати поза Землею. Для оцінки числа позаземних цивілізацій у Галактиці американський радіоастроном Френсіс Дрейк запропонував таку формулу: N = RfnkdqL, де N — число позаземних цивілізацій у Галактиці; R — швидкість утворення зір у Галактиці (близько 10 зір за рік); f — частина зір, що мають планетні системи; n — середнє число планет, що входять у планетні системи й екологічно придатні для життя; k — частина планет, на яких дійсно виникло життя; d — частина планет, на яких після виникнення життя розвинулися розумні форми; q — частина планет, на яких розумне життя досягло фази, що забезпечує можливість зв’язку з іншими світами, цивілізаціями; L — середня тривалість існування таких неземних (космічних, технічних) цивілізацій. У цій формулі всі величини, крім першої, мають дуже невизначений характер і визначаються на основі експертних оцінок учених. Тому створюється значна невизначеність в оцінці загальної величини N. Одні підрахунки показують, що в цей час лише кілька геоподібних цивілізацій Галактики (у яких 1011 зір) готові до контакту з нами. Згідно з іншими, більш оптимістичними, — таких цивілізацій може бути значно більше. Як один з аргументів на користь того, що позаземні цивілізації — явище досить рідкісне, висувається відсутність видимих проявів їхньої діяльності.
Перші роботи з пошуку сигналів позаземних цивілізацій провів у 1960 р. Дрейк. Він досліджував радіовипромінювання найближчих зір (τ Кита й ε Еридана) на хвилі 21 см. Штучні сигнали виявити не вдалося. У наш час космічний простір прослуховується одночасно на багатьох частотах. Прийняті радіотелескопом сигнали обробляються комп’ютерами.
У 1967 р. вперше зареєстрували періодичні сигнали, які надходили з міжзоряного простору, і їх назвали пульсарами. Аналіз сигналів показав, що пульсари жодного стосунку до інопланетних цивілізацій не мають, бо періодичні сигнали випромінюють нейтронні зорі.
Паралельно ведеться робота з повідомлення позаземним цивілізаціям інформації про нашу земну цивілізацію. У 1974 р. з радіоастрономічної обсерваторії в Аресібо в бік кульового скупчення М31 (сузір’я Геркулес), що перебуває від Землі на відстані 24 тис. світлових років, було спрямоване послання, що містить закодований текст про життя й цивілізацію на Землі.
Інформаційні повідомлення про земну цивілізацію було запущено в космос на борту 4 автоматичних станцій: «Піонер-10» (старт 3.03.1972), «Піонер-11» (6.04.1973), «Вояджер-2» (20.08.1977) і «Вояджер-1» (5.09.1977). На борту «Піонерів» були прикріплені позолочені таблички з даними про землян (координати щодо пульсарів і щодо планет, зовнішній вигляд чоловіків, жінок, дітей тощо). «Вояджери» крім того несли пластинку з сотнями кольорових і чорно-білих зображень Землі, тварин, людей, міст, техніки, звукозаписами привітань на багатьох мовах планети, пісень, голосів тварин та природних шумів (мал. 5.5). Інформація про нас звичайно не повна, але загальні подання отримати можна. Шкода, що ці зонди летітимуть мільйони років, і малоймовірно, що їх взагалі коли-небудь знайдуть представники іншого розуму.
https://learningapps.org/view24410735
https://learningapps.org/view12331088
Мал. 5.5
Створено міжнародну організацію SETI (англ. Searchof Extra Terrestrial Intelligence — пошуки позаземного розуму), яка розробила широку програму пошуків життя у Всесвіті.
Якщо інша цивілізація за інтелектом набагато випередила землян, то вона може вже здійснювати міжзоряні перельоти. Контакти між цивілізаціями можуть призвести до міжзоряних конфліктів, і ми маємо бути готовими до цього.
Останнім часом серед учених і філософів дедалі більше стверджується думка, що людство самотнє, якщо не у всьому Всесвіті, то принаймні в нашій Галактиці. Із цього випливає найважливіший висновок про значення, цінність й унікальність нашої цивілізації. Отже, людство несе величезну відповідальність не тільки за нашу планету, але й за Всесвіт у цілому.
А що загрожує нашій цивілізації й планеті? Екологічна катастрофа, яка може виникнути внаслідок забруднення довколишнього середовища промисловими відходами наших підприємств. Зміна клімату на Землі через збільшення кількості вуглекислого газу в атмосфері, збільшення парникового ефекту та підвищення температури. Збільшення озонових дір в атмосфері може спричинити підвищення частки ультрафіолетового випромінювання Сонця, унаслідок чого можуть загинути флора й фауна нашої планети. Катастрофічне зіткнення з астероїдом або кометою може призвести до різкого зниження температури та виникнення нового льодовикового періоду. Цивілізація може закінчити життя самогубством через атомну війну. Події останніх років показують, що така загроза існує, поки атомна зброя поширюється серед держав, які не в змозі її належно контролювати.
Отже, Земля, на якій є не просто життя, а життя розумне, є унікальним витвором природи і чи не єдиним носієм того дивовижного збігу космічних обставин, що забезпечили появу життя й розуму. І якщо Чумацький Шлях справді позбавлений присутності інших представників розумного життя, то важливо робити все, щоб зберегти його бодай на Землі.
У нашому Всесвіті, з нашим комплексом фізичних явищ, зв’язків і фундаментальних фізичних сталих, його стабільність забезпечується саме тими законами природи, які реалізувалися в довколишньому світі. Але можуть існувати й інші, незвичні для нас комплекси явищ, стабільність яких забезпечується іншими законами. Можна припустити існування всесвітів з іншими законами, іншими властивостями простору-часу й світовими константами, не менш організованих, ніж наш, і навіть таких, що забезпечують існування негуманоїдних форм життя й розуму. Отже, ми існуємо в тому Всесвіті, властивості якого сприяють формуванню живих організмів; можуть існувати інші всесвіти, де діють інші фундаментальні закони, і можливе існування принципово інших форм життя.
«Мультивсесвіт», «Великий Всесвіт», «Мультіверс», «Гіпервсесвіт», «Надвсесвіт» — різні переклади англійського терміна multiverse.
Питання про нескінченну кількість можливих мультивсесвітів у фізиці та космології стикається з непорозуміннями. Якщо інші мультивсесвіти існують, то їхнє існування підкоряється принципово іншим законам, ніж існування нашого Всесвіту. А це означає, що ми не можемо отримати від них інформацію, адже фізичний зв’язок між різними об’єктами можливий тоді, коли вони живуть за подібними законами.
Як здійснити зв’язок з тим, що принципово не схоже на наш світ? Окремі вчені припускають, що каналами зв’язку можуть слугувати чорні діри. Можливо, що бар’єри простору-часу, які відокремлюють наш Всесвіт від інших всесвітів, не такі вже й неприступні. Можливо, із часом наука подолає ці бар’єри і виведе наші уявлення про космос на якісно новий рівень.
ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО
- 1. У чому полягає сутність антропного принципу?
- 2. На яких планетах Сонячної системи вчені передбачають можливість існування життя?
- 3. Як можна оцінити кількість позаземних цивілізацій у нашій Галактиці?
- 4. Чому формула Дрейка дає значну невизначеність в оцінці кількості цивілізацій у Галактиці, готових до контакту з нами?
- 5. Як людство намагається встановити контакти з неземними цивілізаціями?
- 6. Що таке Мультивсесвіт?
Покажіть, чим відрізняються поняття: Всесвіт, космос, Метагалактика.
РОЗВ’ЯЗУЄМО РАЗОМ
Деякі теорії космологічних моделей передбачають, що повний Всесвіт має розмір набагато більший, ніж спостережуваний. Які висновки із цього можна зробити?
Розв’язання
Теоретично межа спостережуваного Всесвіту доходить до самої космологічної сингулярності, однак на практиці межею спостережень є реліктове випромінювання (космічне електромагнітне випромінювання з високим ступенем ізотропності та спектром). Саме воно (точніше, поверхня останнього розсіювання) є найвіддаленішим об’єктом Всесвіту, які спостерігаються сучасною наукою. На сьогодні спостережувана поверхня останнього розсіювання збільшується в розмірах так, що межі Метагалактики збільшуються і збільшується маса спостережуваної речовини у Всесвіті.
Спостережуваний Всесвіт можна уявити як кулю зі спостерігачем у центрі. Розмір спостережуваного Всесвіту, виражений у світлових роках, відповідає віку рівномірного розширення простору і дорівнює радіусу від 13 до 18 млрд світлових років. Причому останні визнані оцінки відповідають значенню 13,4-15 млрд світлових років.
Тема 2. Питання існування інших світів
Імовірність життя на інших планетах. Формула Дрейка
Імовірність існування життя на інших тілах Сонячної системи досить низька, тому пошуки позаземних цивілізацій зараз ведуться поблизу інших зір. Недавно виявлено понад тисячу темних супутників зір, що свідчить про існування інших планетних систем, де можуть бути досі невідомі цивілізації (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Виявлено понад тисячу темних супутників зір, що свідчить про існування інших планетних систем, де можуть бути досі невідомі цивілізації
Рівняння Дрейка — математична формула, за допомогою якої можна визначити число цивілізацій в нашій Галактиці Чумацький Шлях, з якими у людства є шанс вступити в контакт. Рівняння застосовується в таких галузях, як ксенобіологія, астросоціобіологія та пошук позаземного розуму.
Рівняння було запропоноване радіоастрономом Ф. Дрейком (США) як спроба оцінити кількість позаземних цивілізацій у нашій Галактиці, які можуть вступити з нами в контакт. Головне призначення рівняння: дати вченим змогу кількісно оцінити параметри, що визначають кількість позаземних цивілізацій. Також воно тісно пов'язане із парадоксом Фермі.
Рівняння Дрейка виглядає таким чином:
N = R • f • n • k • d • q • L,
де:
• N — кількість позаземних цивілізацій в нашій Галактиці;
• R — швидкість утворення зір у Галактиці, усереднена протягом усього часу її існування (близько 10 зір на рік);
• f — частка зір, що мають планетні системи;
• n — середня кількість планет, що входять до планетних систем та екологічно придатні до життя;
• k — частка планет, на яких дійсно виникло життя;
• d — частка планет, на яких після виникнення життя розвинулись його розумні форми;
• q — частка планет, на яких розумне життя досягло фази, що забезпечує можливість зв'язку з іншими світами, цивілізаціями;
• L — середня тривалість існування таких позаземних (космічних) цивілізацій.
Контрольні запитання
- 1. Чи висока імовірність життя на інших планетах?
- 2. Як обчислюється рівняння Дрейка?
Пошук життя за межами Землі. Питання існування інших всесвітів. Мультивсесвіт
Контакти між цивілізаціями перш за все означають обмін інформацією. Якщо у Всесвіті існують інші цивілізації і вони мають певний обсяг інформації щодо своєї частини Галактики, то обмін інформацією між ними може привести до загального зростання інформації, тому такий процес, згідно з теорією біологічної еволюції, можна вважати прогресивним.
Контакти з іншими цивілізаціями можуть бути трьох типів:
- 1. Обмін інформацією за допомогою електромагнітних хвиль або іншого випромінювання, яке може бути носієм інформації (рис. 3.1).
- 2. Обмін інформацією за допомогою автоматичних систем, керувати якими будуть комп'ютери і роботи.
- 3. Зустріч живих представників інопланетних цивілізацій.
Рис. 3.1. Радіотелескопи, за допомогою яких можна приймати радіосигнали від позаземних цивілізацій
На даному етапі розвитку земної цивілізації ми можемо здійснити контакти першого типу — сучасні радіотелескопи, спроможні передавати та приймати інформацію від цивілізації нашого інтелектуального рівня з відстані 1000 св. років. На такій відстані існують мільйони зір, тому відшукати відповідний об'єкт для спостереження дуже складно.
У 1967 р. вперше зареєстрували періодичні сигнали, які надходили з міжзоряного простору, їх назвали пульсарами. Аналіз сигналів показав, що пульсари ніякого відношення до інопланетних цивілізацій не мають, адже періодичні сигнали випромінюють нейтронні зорі. Від Землі поширюється своєрідна інтелектуальна хвиля, яку випромінюють земні радіостанції (рис. 3.2). Якщо врахувати, що перші радіостанції почали передавати інформацію у космос 100 років тому, то ці «розумні» сигнали поширилися тільки на відстань 100 св. років від Землі. Якщо на такій відстані розташовується цивілізація нашого інтелектуального рівня, що отримала наші сигнали, то відповідь дійде до нас не раніше ніж через 200 р. Тобто встановлення контактів між цивілізаціями за допомогою електромагнітних хвиль може відбуватися досить тривалий час.
Рис. 3.2. Від Землі поширюється своєрідна інтелектуальна хвиля, яку випромінюють земні радіостанції
Налагодження контактів другого типу за допомогою автоматичних систем теж вимагає тривалого часу. Наприклад, космічні апарати «Піонер-10», «Піонер-11» (рис. 3.3) і «Вояджер-1», «Вояджер-2» через мільйони років вийдуть за межі Сонячної системи і будуть самостійно обертатися навколо центру Галактики. Не виключена можливість, що ці апарати стануть супутниками якоїсь зорі. Якщо АМС не згорять болідом в атмосфері планети, то інопланетяни зможуть прочитати інформацію, яку несуть ці апарати.
Рис. 3.3. «Піонер-10» пролітає повз Юпітер
У ХХ ст. було започатковано проект SETI (англ. Search of Extra Terrestrial Intelligence — пошуки позаземного розуму). Цей проект передбачав відправити в космос ретельно зашифроване повідомлення для представників інших цивілізацій. Виникає запитання: для чого ми ведемо пошуки інопланетних цивілізацій? Чи може контакт із позаземним розумом принести нам якусь додаткову інформацію і допоможе людству вижити в цьому світі? Справа в тому, що наша цивілізація зараз перебуває у своєрідній ізоляції, тому що Земля за багатьма параметрами є також закритою системою. Згідно із законами еволюції складних систем у закритій системі зростає безлад і знищується інформація, тому закрита система приречена на смерть. Прикладом такої своєрідної деградації закритої системи є звичайні теплові процеси — в ізольованій колбі вирівнюються температура і густина.
Цікаво, що цей закон зростання безладу в закритій системі діє і в людському суспільстві, тільки в цьому випадку мірилом служить не температура, а інформація. Людина є істотою суспільною, і вона може залишатись людиною, тільки спілкуючись з іншими людьми.
Виникають і застереження щодо можливих наслідків контактів із цивілізацією, яка перебуває на вищому ступені розвитку. Якщо чужа цивілізація за інтелектом набагато випередила землян, то вона вже може здійснювати міжзоряні перельоти. Тобто контакти третього типу можуть відбутися і на Землі, якщо до нас прилетять чужі космічні кораблі. У цьому випадку виникне головна проблема: чи захочуть розумні істоти з інших світів спілкуватися з нами, адже між нами і ними може бути інтелектуальна «прірва». Контакти між цивілізаціями можуть призвести до конфліктів — своєрідних «зоряних війн», і ми маємо бути готові до цього.
Мультивсесвіт, багатосвіт — гіпотетична множина всіх можливих паралельних Всесвітів (включно з тим, в якому існуємо ми).
Мультивсесвіт. Гіпотези щодо існування мультивсесвіту висловлювали фахівці з космології та астрономіїї, фізики, філософи. Які припущення висуває сучасна наука?
Уявіть, що земна цивілізація розвинулася настільки, що ми можемо спостерігати Всесвіт від краю до краю. Але він — усього лише крапля в космічному океані, і за межами нашого поля зору існують інші галактики, зорі, планети, віддалені від нас на численні мільярди світлових років. І хоча наш Всесвіт величезний, разом із ним існує ще незліченна кількість інших Всесвітів. Вони простягнулися на величезних просторах простору-часу. І хоча ці Всесвіти розширюються неминуче і швидко, простір-час, який їх вміщує, розширюється ще швидше, розводячи їх далі один від одного, гарантуючи, що вони ніколи не зустрінуться. Саме так формулює наука ідею мультивсесвіту (рис. 3.4).
Рис. 3.4. Комп'ютерна модель однієї з гіпотез щодо мультивсесвіту
Але якщо це припущення виявиться правдивим, то воно буде не просто чіткою гіпотезою, а підтвердженою послідовністю фундаментальних законів світобудови.
Ідея мультивсесвіту виникає з фізики, необхідної для опису Всесвіту, який ми нині спостерігаємо і в якому мешкаємо. Чим далі ми зазираємо в космос, тим далі ми бачимо в часі. Більш віддалені галактики ми бачимо молодими, тому менше розвиненими. У їхніх зорях менше важких елементів, їх видимий розмір менший, оскільки вони зазнали менше злиттів, там більше спіральних і менше еліптичних галактик. Тож якщо ми дійдемо до меж нашої здатності бачити, виявимо найперші зорі Всесвіту, а за ним — царину тьми, у якій єдиним світлом буде залишкове світіння Великого Вибуху.
Життя є однією з великих таємниць Всесвіту
Висуваючи ідею мультивсесвіту, науковці пропонують зробити крок ще далі, уявити, що простір, де відбувся Великий Вибух, нескінченно розширюється. У ньому постійно народжується з вибухів і віддаляється один від одного незчисленна кількість Всесвітів.
Таке уявлення світобудови здається фантастичним, але воно може стати першим метафізичним явищем, що витікає із законів фізики. Прийнявши його, людина вперше зрозуміє обмеженість того, чого може навчити її світ, в якому вона живе. Існує необхідна нам інформація, але ми ніколи не зможемо її отримати, щоб підняти ідею до рівня наукового факту. До тих пір учені здатні лише припускати, але ані підтвердити, ані спростувати той факт, що наш Всесвіт — лише дрібна частинка грандіозного мультивсесвіту, неможливо.
Контрольні запитання
- 1. Які можуть бути типи контактів з іншими цивілізаціями?
- 2. Яким чином можна оцінити кількість позаземних цивілізацій в нашій Галактиці?
- 3. У який спосіб людство намагається установити контакти з позаземними цивілізаціями?
- 4. Чим загрожує зустріч з позаземними цивілізаціями?
Висновки. Життя — це складна відкрита система хімічних і біологічних сполук із високим ступенем упорядкованості, яка зберігає величезний об'єм інформації про себе і навколишній світ. Земля за багатьма параметрами є закритою системою, тому проблема виживання людства пов'язана з освоєнням космосу.
Галактики і обмін інформацією між ними можуть привести до загального зростання інформації, тому такий процес, згідно з теорією біологічної еволюції, можна вважати прогресивним. Контакти з іншими цивілізаціями можуть бути трьох типів.
Приклади розв'язання задач
1. Зоря Вега розташована на відстані 26,4 св. року від Землі. Скільки років летіла б до неї ракета з постійною швидкістю 30 км/с?
2. Опівдні ваша тінь у два рази менша, ніж ваш зріст. Визначте висоту Сонця над горизонтом.
а) За допомогою третього закону Кеплера визначаємо велику піввісь орбіти астероїда:
a1 = a2 (T1/T2)2/3,
де a2 = 1 а. о. — велика піввісь орбіти Землі; T2 = 1 рік — період обертання Землі навколо Сонця.
a = c + rmin;
c = ea;
rmin = a (1 - e);
rmin = 1,09 а. о.
Відповідь. Астероїд Амур не перетне орбіту Землі, тому не може зіткнутися із Землею.
4. На якій висоті над поверхнею Землі має обертатися геостаціонарний супутник, який висить над однією точкою Землі?
де a2 = 380 000 км — велика піввісь орбіти Місяця; T1 = 1 доба — період обертання супутника навколо Землі; T2 = 27,3 доби — період обертання Місяця навколо Землі.
a1 = 41 900 км.
б) H = a1 - R⊕ = 35 500 км.
Відповідь. Геостаціонарні супутники обертаються із заходу на схід у площині екватора на висоті 35 500 км.
5. Чи можуть космонавти з поверхні Місяця неозброєним оком побачити Чорне море?
Відповідь. Якщо в Україні день, то з Місяця Чорне море можна побачити, бо його кутовий діаметр більший від роздільної здатності ока.
6. На поверхні якої планети земної групи вага космонавтів буде найменшою?
Розв'язання:
P = mg; g = GM/R2,
де G — гравітаційна стала; M — маса планети, R — радіус планети. Найменша вага буде на поверхні тієї планети, де менше прискорення вільного падіння. З формули g= GM/R2 визначаємо, що на Меркурії g = 3,78 м/с2, на Венері g = 8,6 м/с2, на Марсі g = 3,72 м/с2, на Землі g = 9,78 м/с2.
Відповідь. Вага буде найменшою на Марсі — у 2,6 разу меншою, ніж на Землі.
7. Коли, взимку чи влітку, у вікно вашої квартири опівдні потрапляє більше сонячної енергії? Розгляньте випадки: А. Вікно виходить на південь; Б. Вікно виходить на схід.
Розв'язання:
А. Кількість сонячної енергії, яку отримує одиниця поверхні за одиницю часу, можна обчислити за допомогою такої формули:
E= qcos i ,
де q — сонячна стала; i — кут падіння сонячних променів.
Стіна розташована перпендикулярно до горизонту, тому взимку кут падіння сонячних променів буде меншим. Отже, як це не дивно, взимку у вікно вашої квартири від Сонця надходить більше енергії, ніж улітку.
Б. Якщо вікно виходить на схід, то сонячні промені опівдні ніколи не освітлюють вашу кімнату.
де R⊕ = 695 202 км — радіус Сонця; T⊕ = 6000 °C — температура поверхні Сонця.
Відповідь. Зоря Вега має радіус у 2 рази більший, ніж у Сонця, тому на нашому небі вона мала б вигляд синього диска з кутовим діаметром 1°. Якби Вега світила замість Сонця, то Земля отримувала б у 55 разів більше енергії, ніж тепер, і температура на її поверхні була б вищою за 1000 °С. Таким чином, умови на нашій планеті стали б непридатними для будь-яких форм життя.
Немає коментарів:
Дописати коментар