Почему мы, возможно, никогда не покинем Солнечную

19 января 2006 года с мыса Канаверал стартовала ракета Atlas V.
На борту — зонд New Horizons, самый быстрый объект, когда-либо созданный людьми.
Через девять лет он пролетел мимо Плутона, передал снимки — и продолжил путь в межзвёздное пространство.
Сейчас он летит со скоростью 58 000 километров в час. Уже двадцать лет в пути.
До ближайшей к нам звезды — Проксимы Центавра — New Horizons доберётся примерно через 78 000 лет.
Это не опечатка. Семьдесят восемь тысяч лет. Самый быстрый наш корабль, лучшее, что мы сделали — и он физически не доживёт до цели. Металл рассыплется раньше.
Вот ваша стена. Она прозрачная, сделана из физических констант, и о неё разбивается любая романтика межзвёздных перелётов.
Вопрос не в том, хотим ли мы к звёздам.
Вопрос в том, позволяет ли нам это Вселенная. И если нет — что это означает для нас как цивилизации.

Три цепи, которые держат нас здесь
Роберт Зубрин — инженер и главный идеолог марсианской колонизации, основатель Mars Society —
всю жизнь борется за то, чтобы человечество стало мультипланетарным видом. Его расчёты для полёта на Марс убедительны, его энтузиазм заразителен.  Но даже Зубрин, когда его спрашивают о межзвёздных перелётах, делает паузу.
Потому что Марс — это совсем другая задача, чем Проксима.
Марс в 225 миллионов километров от нас.
Проксима — в 40 триллионах.
Разница в масштабе такая же, как между шагом и кругосветным путешествием. Только хуже.
Три барьера. Каждый сам по себе почти непреодолим. Вместе — они стена.
• Первый — биология. Мы созданы для Земли. Гравитация 1g, магнитное поле, атмосфера с конкретным составом — наше тело заточено под этот набор параметров за миллиарды лет эволюции. Космос убивает нас методично: радиация разрывает ДНК, невесомость за полгода превращает кости в губку, изоляция ломает психику. На МКС это решается кое-как — потому что станция в получасе от Земли. На межзвёздном корабле не решается никак.
• Второй — энергия. Физик Кэтрин Хаймо из Университета Буффало подсчитала: чтобы разогнать корабль массой хотя бы в тысячу тонн до одного процента скорости света — нужна энергия, сопоставимая с годовым потреблением всей современной цивилизации. Это один процент. Для сорокалетнего полёта нужно десять. «Мы говорим не о технической проблеме, которую можно решить лучшим двигателем. Мы говорим о фундаментальном энергетическом барьере», — писала она в обзоре межзвёздных двигательных концепций.
• Третий — время. Даже если мы всё это решим и полетим со скоростью в десять процентов от световой — полёт займёт сорок два года в один конец. Сорок два года в капсуле. Потом сто лет, пока сигнал об открытиях дойдёт обратно. К тому моменту цивилизация, которая запустила экспедицию, изменится до неузнаваемости. Это не исследование. Это монолог в бездну.
•
Фильтр, которого не видно

Ник Бостром — философ из Оксфорда, автор концепции «Великого фильтра» — сформулировал её жёстко: где-то на пути от простой химии до галактической цивилизации существует барьер, который почти никто не преодолевает. Иначе галактика давно была бы заселена.

Обычно Великий фильтр рисуют как катастрофу. Ядерная война. Климатический коллапс.
Вышедший из-под контроля ИИ.
Но Бостром допускает и другое: «Фильтр может быть не событием, а осознанием. Цивилизация достигает точки, когда понимает масштаб барьеров — и останавливается».

Не взрыв. Тишина.
Цивилизация смотрит на цифры — 78 000 лет, энергия всей планеты, сорок два года в капсуле — и понимает: в нынешней форме мы туда не попадём. Никогда. И это понимание либо убивает желание пробовать, либо меняет сам вопрос.
Фримен Дайсон — физик, придумавший концепцию сферы Дайсона и всерьёз занимавшийся межзвёздными перелётами — говорил об этом без сентиментальности: «Межзвёздные путешествия возможны. Но не для биологических существ, которыми мы являемся сейчас. Это задача для наших очень далёких потомков — или для того, во что мы превратимся».

Ключевое слово — превратимся.
Что объединяет все барьеры
При всей разнице — биология, энергия, время — все три барьера говорят одно.
Человек в нынешней форме — не межзвёздное существо. Эволюция создала нас для саванны, потом мы адаптировались к городам, потом — к орбитальным станциям. Но межзвёздный перелёт — качественный скачок, сравнимый с выходом жизни из океана на сушу. Рыба не может просто «постараться сильнее» и пойти по берегу. Ей нужно стать другой.
Это не поражение. Это диагноз.
И из диагноза следуют два совершенно разных пути.
Первый — потратить ресурсы цивилизации на попытку пробить стену в нынешней форме. История физики говорит: иногда стены пробиваются. Но иногда они оказываются законами природы, а не техническими ограничениями.
• Второй — пересмотреть сам вопрос.
Кокон, а не клетка

Солнечная система огромна. Это звучит как утешение — но это факт с числами.
Только в поясе Койпера — триллионы объектов. Облако Оорта простирается почти на световой год от Солнца. Энергия нашей звезды — 3,8 ; 10;; ватт — не используется нами даже на одну миллиардную долю. По шкале Кардашёва мы едва дотягиваем до единицы из трёх. До потолка нашей системы — как пешком до горизонта.
Астрофизик Адам Фрэнк формулирует это без романтики: «Прежде чем думать о звёздах, неплохо бы научиться жить в собственном доме. У нас есть система с ресурсами на миллиарды лет развития — и мы используем её как черновик».

Гусеница не может летать. Она могла бы злиться на это всю жизнь. Вместо этого она превращается в бабочку — но для этого нужно сначала стать коконом.
Солнечная система — возможно, и есть наш кокон. Не тюрьма, из которой нужно бежать.
Место, где происходит превращение.
Какое превращение — другой вопрос. Может быть, мы научимся переносить сознание в небиологические носители. Может быть, создадим зонды с искусственным интеллектом, которые полетят к звёздам вместо нас и станут нашими «преемниками». Может быть, просто проживём здесь достаточно долго, чтобы физика подбросила решение, которого мы сейчас не видим.
Дайсон верил в последнее: «У цивилизации с горизонтом в тысячу лет возможностей несравнимо больше, чем у цивилизации с горизонтом в сто. Время — это не враг. Это ресурс, которого у нас достаточно».

• Три возражения — и честные ответы
А Илон Маск? Марс — это первый шаг к звёздам.

Марс — замечательная цель. Но от Марса до Проксимы — те же 40 триллионов километров, что и от Земли. Мультипланетарность внутри системы и межзвёздные перелёты — это не одна задача разного масштаба. Это принципиально разные задачи. Зубрин это понимает лучше всех.

Через тысячу лет технологии изменятся — и стена рухнет.
Возможно. Но ни одна из известных нам физических концепций не указывает на способ обойти скорость света или радикально снизить энергозатраты на разгон. Варп-двигатели и червоточины существуют в уравнениях, но требуют экзотической материи с отрицательной энергией — которую никто никогда не наблюдал. Это не аргумент против — это честная картина того, где мы сейчас.

Может, другие цивилизации справились — и мы тоже справимся.
Парадокс Ферми говорит об обратном. Если межзвёздная экспансия возможна и естественна для развитых цивилизаций — галактика давно была бы заселена. Она не заселена. Тишина — это тоже данные.
Финал
New Horizons всё ещё летит.
Прямо сейчас, пока вы читаете это, он движется сквозь межзвёздное пространство со скоростью
58 000 километров в час — и никуда не успевает. Через тысячу лет он будет примерно там же, где сейчас, в масштабах расстояния до Проксимы.
Это не повод для отчаяния. Это повод для честности.
Мы не межзвёздный вид. Пока. Может быть, никогда — в нынешней форме. Может быть, будем — в какой-то другой.
А пока у нас есть система с восемью планетами, двумястами спутниками, триллионами малых тел и звездой, которая будет светить ещё пять миллиардов лет. Этого достаточно для любой цивилизации, которая умеет смотреть не только вдаль, но и вглубь.
Звёзды на небе — не цели для захвата. Может быть, это просто маяки. Напоминание о том, как велика Вселенная — и как много мы ещё не поняли о собственном доме.
New Horizons летит. И это красиво — даже если он никуда не долетит.
------
Я пишу о физике, космосе и границах человеческого знания — без формул, но с уважением к интеллекту читателя. Все материалы серии доступны на канале.



Есть ли пространственная грань, которую человеку не суждено преодолеть? Места, которые мы не сможем посетить, как бы сильно ни хотели этого? Конечно, есть. Даже если
человек изобретет сверхмощные космолеты, ему суждено будет остаться на небольшом пространстве Вселенной. Как такое может быть? Насколько далеко мы можем передвигаться в космическом пространстве?


Земля находится на довольно умиротворенном участке Млечного Пути. Протяженность Галактики огромна — 100000 световых лет. В ней находится бесчисленное количество звезд и облаков звездной пыли, а также темной материи, черных дыр и планет. Из далека наша галактика кажется плотной, но на самом деле она большей частью состоит из пустоты.
На том уровне развития, на котором сейчас находится человечество, полет к ближайшим звездам займет тысячи лет. Так что наша галактика довольно большая.


Но млечный путь не одинок. Вместе с галактикой Андромеда и карликовыми галактиками, мы находимся в "местной группе" галактик. Это область Вселенной, диаметром 10 миллионов световых лет и это всего одна из сотен галактических групп в сверхскоплении Ланиакея, которое в свою очередь является одним из миллионов сверхскоплении в наблюдаемой Вселенной.
Итак, давайте предположим, что человечество сможет понять законы природы и разработать транспорт, отвечающий законам физики, способный путешествовать в соседние галактики. На какое расстояние в этом случае может улететь человек?


Гипотетически, космолет максимально доберется только до границы местной группы галактик. Но это ничтожно малая частица Вселенной. Ее часть составляет одну миллиардную процента от всего космического пространства видимой Вселенной. Сам факт того, что вокруг нас так много расстояния, которое мы никогда не сможем преодолеть, немного удручает. Но почему же человек не сможет преодолеть этот барьер?


Если бы Вселенная была статичной, постоянной и вечно неизменной, тогда все, что требовалось бы, - это время, чтобы достичь даже самого далекого объекта космического пространства. Но наша Вселенная не похожа ни на что из этого; она расширяется, охлаждается и покидает изначально горячее плотное состояние, известное как Большой взрыв.
Там, где мы находимся сегодня, всё еще можно увидеть сотни миллиардов галактик, каждая из которых полна миллиардов звезд, простираясь на миллиарды световых лет во всех направлениях, а за ними все еще видны остатки горячего Большого взрыва.


Это свечение когда-то было таким горячим, что ионизировало атомы, расщепляло ядра и даже спонтанно создавало материю и антивещество благодаря расширяющейся Вселенной. После Большого взрыва это излучение двигалось со скоростью света, но энергия упала.
Гравитация замедляла это расширение, и какое-то время скорость самых далеких галактик действительно замедлялась. Со временем более плотные области или островки во Вселенной скомпоновались в группы галактик как наша. Но есть ли шанс добраться до другого галактического скопления? К сожалению… нет.


Вся трудность — в существовании темной энергии. Около 6 миллиардов лет назад Вселенная расширилась до такого большого объема, а плотность «вещества» упала до такого небольшого значения, что стала важной новая форма энергии: темная энергия или энергия, присущая пустоте.


Пустота или свободное пространство не свободное и не пустое, а имеет свойственную ему энергию, так называемую квантовую флуктуацию. В малом масштабе происходит постоянное взаимодействие частиц и античастиц, которые рождаются и уничтожают сами себя. Науке пока неизвестно, за счет чего существует темная энергия.


Когда она взяла верх, это привело к ускорению расширения Вселенной, и далекие галактики начали удаляться друг от друга все быстрее и быстрее.
Это не отменило мощное влияние гравитации, объединяющее атомы, планеты, звезды, галактики или даже группы и скопления галактик. Наша местная группа, включающая Млечный Путь, Андромеду, Треугольник и около 50 других, меньших галактик, была связана вместе задолго до того, как темная энергия стала важной, и она ничего не может сделать, чтобы разорвать эти уже связанные структуры.


Со всех сторон нашей местной группы расположено бесконечное количество других галактик. Но все они никак не привязаны к нашей группе, так что чем больше вселенная расширяется, тем дальше от нас становятся другие островки. Сейчас ближайшая из них уже в миллионах световых лет от нас.


Все эти скопления двигаются с такой скоростью, что мы просто никогда не сможем их догнать. Мы могли бы покинуть местную группу и попасть в межгалактическое пространство, но мы просто никуда и никогда не прибудем.


В то время как мы будем отдаляться, все галактики в нашей местной группе сольются вместе, создавая гигантскую эллиптическую галактику, известную как Милкдромеда. Примерно через 4 миллиарда лет произойдет слияние Млечного Пути и Андромеды, в результате чего будет создано самое захватывающее ночное небо, которое Земля когда-либо знала, если к этому времени она еще будет существовать.


Но за пределами нашей местной группы все остальные галактики, группы и скопления будут удаляться друг от друга с ускорением. По прошествии достаточного времени даже ближайшие галактики за пределами нашей местной группы ускользнут от нас так далеко, что станут невидимыми для нас. А некоторые фотоны, которым будет суждено долететь до нас, будут настолько деформированы, что мы никогда не сумеем их распознать.


Вселенная исчезнет, но только из нашего вида. Существа из далекого будущего рожденные в Милкдромеде будут думать, что кроме их галактики ничего не существует. Они взглянут в космическое пространство и увидят только бесконечную пустоту и всеобъемлющую темноту, они не увидят космическое излучение и не узнают о Большом взрыве. У них просто не будет возможности иметь те знания которые есть у нас: природу расширяющейся Вселенной, как все начиналось и как все закончится. Они будут думать, что Вселенная статична и бесконечна. Милкдромеда будет островком в темноте, медленно погружаясь во тьму.


Тем не менее местная группа не такая и маленькая. В ней есть триллионы звезд и этого хватит для нашей цивилизации. Но мы всё еще не знаем как покинуть нашу солнечную систему и у нас есть еще миллиарды лет для изучения нашей галактики. Нам безумно повезло, ведь мы существуем в идеальное время и можем созерцать не только будущее, но и наше отдаленное прошлое. И не смотря на отдаленность местной группы, мы всё-таки можем наблюдать за всей Вселенной, величественной и захватывающей прямо здесь и сейчас.


------
Источники:
1. Зубрин Р. The Case for Mars. Free Press, 1996 — энергетика и логистика межпланетных перелётов
2. Дайсон Ф. Infinite in All Directions. Harper & Row, 1988 — физические пределы межзвёздной экспансии
3. Hein A., Matloff G. Interstellar Travel: A Review // JBIS. 2020 — современный обзор двигательных концепций
4. Frank A. Light of the Stars. Norton, 2018 — энергетика цивилизаций и пределы роста
5. Bostrom N. Where Are They? // MIT Technology Review. 2008 — Великий фильтр и тихое осознание