Стивен Хокинг: будущее человечества

Путь наш лежит туда, где никто еще не бывал. Раньше или позже, но мы двинемся к звездам! (Стивен Хокинг)

Не так давно я общался с прессой, и меня попросили поделиться своими соображениями по поводу будущего человечества, необходимости основания колоний в космосе уже при жизни нашего поколения. Я уверен, что именно так нам и следует поступить. Позвольте объяснить мою позицию по этому вопросу.

Около века назад Эйнштейн перевернул наши представления о пространстве, времени, материи и энергии. Даже сегодня мы все еще продолжаем получать свидетельства правильности его теории. Как всем нам известно, в 2016 г. эксперимент LIGO зарегистрировал первые отчетливые данные о прохождении через Землю гравитационных волн, порожденных слиянием пары черных дыр около полутора миллиардов лет назад. Гений Эйнштейна заключался в его умении зреть в корень, бросать вызов существующим устоям и выходить за рамки того, что подсказывает здравый смысл. Когда ему было 16, он представлял, что оседлал луч света, похожий на застывшую волну. Углубляясь все больше в эти размышления и отбросив бытовавшие на тот момент преставления о природе света, он следовал за выводами из своего мысленного эксперимента, которые позже привели его к формулировке Специальной теории относительности.

Современные физики знают о Вселенной намного больше, чем знал Эйнштейн. Нам доступны значительно более совершенные инструменты для изучения окружающего мира: ускорители частиц, суперкомпьютеры, космические обсерватории, позволяющие осуществлять постоянные экспериментальные проверки наших теорий. Наступило потрясающее время для того, чтобы быть ученым. Теперь мы можем прокатиться на луче света, как мечтал юный Эйнштейн.

Не изменилось одно: человеческое воображение — по-прежнему самая могущественная отличительная черта, присущая нашему виду. С его помощью мы можем отправиться куда угодно сквозь необъятное пространство и время. Мы можем представлять себе самые невообразимые и потрясающие события во Вселенной за рулем автомобиля, засыпая в своей постели, или когда притворяемся, что слушаем какого-то зануду на вечеринке. Именно так я и делаю.

Большую часть своей карьеры я посвятил изучению черных дыр — их геометрии, эволюции и печальной участи тех, кого безжалостная судьба забросила бы внутрь их горизонта событий. Черные дыры до сих пор продолжают потрясать мое воображение. В прошлом году мы с коллегами во многом пересмотрели наши представления о них, изучая энергетическое состояние вакуума и информацию, хранящуюся на их границах. Это исследование может иметь важные следствия для физики в целом. Но как же оно связано с будущим человечества?

Перед тем, как я отвечу, позвольте задать вам вопрос. Если, вооружившись данными, полученными из всех доступных современных источников, наше воображение может доставить нас в любую точку Вселенной, по пути делая новые открытия — зачем вообще отправляться куда-либо физически? Не лучше ли нам стать «космическими ленивцами», которые будут наслаждаться углубляющимися знаниями о мире, при этом нежась в комфорте родной планеты? Ответ: нет.

Земля настолько уязвима для множества угроз, что мне сложно сохранять оптимизм. Опасности слишком велики и многочисленны. Главных из них, по моему мнению, две. Во-первых, Земля становится слишком маленькой для человечества. Наши физические ресурсы исчерпываются с вызывающей беспокойство скоростью. Мы подарили своей планете катастрофический презент в виде изменения климата. Нашей реальностью стали возрастающая температура и таяние полярных ледников, вырубка лесов и вымирание многих видов животных.

Обычно, когда люди в прошлом сталкивались с подобным, появлялись новые земли, доступные для колонизации. Например, Колумб решил эту проблему, открыв Новый Свет в 1492 г. А теперь нового Нового Света не будет. За углом нас не ждет утопия. Нам не хватает пространства: единственное место, куда мы можем отправиться, не покидая планеты — это преисподняя. Пришло время расселяться по Солнечной системе. Возможно, это единственное, что может спасти нас от самих себя. Я абсолютно уверен, что человечеству необходимо выйти за пределы Земли.

Вторая угроза — это неистовая и враждебная природа Вселенной. Звезды поглощают планеты, сверхновые сметают все вокруг себя колоссальными взрывами, сливаются черные дыры, астероиды грозят столкновением на скорости в десятки километров в секунду. Неудивительно, что все эти события не добавляют космосу гостеприимности. Но именно они и есть те самые весомые аргументы в пользу того, что нам стоит отправиться дальше, а не оставаться пришвартованными в родной гавани. Ведь если мы будем дожидаться их тут, то рано или поздно дождемся. И это — не научная фантастика, а факт, основанный на законах физики и теории вероятности.

Но есть и еще одна причина, почему мы должны двигаться в космос — наша врожденная жажда открытий. Эта черта, основанная на присущей нам любознательности — отличительная особенность человека. Именно любопытство заставило исследователей отправиться в путешествие, чтобы доказать, что Земля — не плоская. Теперь тот же инстинкт уносит нас к звездам со скоростью мысли и подогревает наше желание отправиться туда физически. В тот момент, когда мы совершим очередной огромный скачок для человечества, подобный высадке людей на Луну, мы достигнем нового уровня самосознания и успешно объединим усилия разных народов во имя новых открытий и создания новых технологий. Чтобы покинуть Землю, нам потребуется совершенно новый глобальный поход, и все должны принять в этом посильное участие. Необходимо возродить дух космической эйфории, витавший в 1960-е годы в преддверии покорения космоса. Нужный уровень технологического развития уже в пределах досягаемости.

Основание колоний в космосе кардинально изменит перспективы будущего человечества. Вполне возможно, что их наличие и вовсе определит, будет ли у нас вообще хоть какое-то будущее. Это не решит всех наших земных проблем, но позволит взглянуть на них под другим углом с позиции открытости и не оставаться внутри замкнутой на саму себя системы. Я уверен, что освоение и колонизация космоса станут поводом для объединения усилий народов, ранее соперничавших друг с другом, чтобы ответить на вызовы, стоящие перед всем нашим видом. Мы уже отправляли людей на Луну и исследовательские модули на Марс, осуществили посадку аппарата на поверхность Титана, а команды астронавтов и космонавтов из разных стран в течение многих месяцев работают на Международной космической станции.2 Однако для того, чтобы двигаться дальше, нам следует строить планы на долгосрочную перспективу. Под долгосрочной я подразумеваю сотни и тысячи лет. И это будет нелегко.

Куда бы мы ни отправились, нам нужно будет воссоздать там свою цивилизацию. Колонизаторам придется обеспечить наличие всех необходимых материалов для создания новой экосистемы, способной самоподдерживаться в условиях окружающей среды, о которых нам почти ничего не известно. И, конечно же, нам предстоит разработать способы транспортировки тысяч людей, животных, растений, грибов, бактерий и насекомых. Возможно, мы обнаружим, что нам не хватает жизненно важных ресурсов, когда уже отправимся в путешествие в один конец.

Так где же нам сосредоточить основной потенциал? Самое очевидное место назначения — Луна. Основать поселение там можно уже в течение ближайших 30 лет. Она находится недалеко и дорога к ней относительно проста. Мы уже летали туда и изучали ее с помощью луноходов. С другой стороны, размер Луны невелик; в отличие от Земли, у нее нет атмосферы или магнитного поля, способных защитить нас от смертоносной солнечной радиации. Там нет жидкой воды, однако предположительно в кратерах у южного и северного полюсов существуют запасы водяного льда. Поселенцы могли бы использовать его для добычи кислорода, а энергию для своих потребностей получать, например, с помощью ядерного реактора или солнечных батарей. Можно сказать с уверенностью, что Луна имеет все шансы стать трамплином на пути к другим объектам Солнечной системы.

Следующая достижимая цель для колонизации — Марс. Мы могли бы основать там поселение в течение ближайших 50 лет. Около 4 млрд лет назад у Красной планеты, очевидно, тоже было магнитное поле, но потом оно иссякло, оставив ее беззащитной перед частицами солнечного ветра, которые, в свою очередь, сорвали с нее почти всю атмосферу, и теперь ее плотность составляет всего 1% земной. Поэтому, несмотря на то, что сейчас жидкой воды на Марсе нет, мы наблюдаем многочисленные остатки высохших озер и пустые русла некогда текших по его поверхности рек.5 Кроме того, на соседней планете обнаружены пещеры с залежами твердой углекислоты, накапливавшимися многие годы.

Несомненно, условия на Марсе можно назвать потенциально пригодными для поддержания жизни. И если однажды мы обнаружим признаки того, что она некогда там существовала, это станет основанием считать, что вероятность ее зарождения на планетах с соответствующими условиями достаточно высока.

Конечно, Луна и Марс вполне могли бы стать объектами колонизации, но что, если мы сразу отправимся за пределы Солнечной Системы? Например, возьмите недавно открытую планету у ближайшей к нам звезды — Проксиму b. Эта экзопланета, хоть и находится к нам ближе всех, но все же удалена почти на 4,5 световых года, обращаясь вокруг звезды Проксимы Центавра. Последние исследования подтвердили ее схожесть с Землей по некоторым параметрам. Наши самые совершенные инструменты предоставляют основания считать, что планеты имеются на орбитах вокруг значительного количества звезд. Пока мы можем уверенно определить присутствие только гигантских планет, сопоставимых по размеру с Юпитером и Сатурном, но логично предположить, что по соседству с ними могут обращаться и меньшие каменистые землеподобные тела. Некоторые из них наверняка будут располагаться в «зоне жизни» — на расстоянии от материнского светила, допускающем существование на поверхности жидкой воды.

В пределах 30 световых лет от Солнца находится около тысячи звезд. Даже если только 1% из них имеют в своих системах землеподобные планеты, это уже дает нам 10 потенциальных новых миров. При нынешнем уровне технологического развития, к сожалению, мы не можем отправиться с ним иначе, как с помощью нашего вездесущего воображения. Однако при желании в течение ближайших 200-500 лет эта цель может стать досягаемой.

Скорость, доступная нашим ракетам, определяется двумя факторами: скоростью реактивной струи и относительной долей массы, которую ракета теряет по мере разгона. Скорость истечения продуктов сгорания двигателей на химическом топливе — таких, какие мы до сих пор используем — составляет около 3 км/сек. Избавившись от 30% своей массы, аппараты с реактивными двигателями могут разогнаться до скорости в полкилометра в секунду, а потом снова замедлиться. По словам специалистов NASA, на полет к Марсу им потребуется около 260, а возможно — всего 130 дней. Однако при такой скорости путь до ближайшей звездной системы займет три миллиона лет. Для того, чтобы добраться туда быстрее, потребуется скорость истечения, намного превосходящая возможности химических ракет, в идеале — близкая к скорости света.

Для разгона космического корабля можно было бы использовать световой поток, излучаемый лазером огромной мощности. Термоядерный синтез позволил бы достичь примерно 1/10 скорости света. Чтобы лететь еще быстрее, нам потребуется двигатель, использующий энергию аннигиляции материи и антиматерии, или же вовсе какой-то новый, неизвестный пока вид энергии.

На самом деле даже ближайшая звездная система — α Центавра — так далека от нас, что, пожелай мы добраться туда в течение одной человеческой жизни, химического топлива для нашего корабля потребовалось бы ненамного меньше, чем весят все звезды Галактики. Иными словами, при существующих технологиях межзвездные перелеты не представляются возможными. К сожалению, α Центавра вряд ли скоро станет популярным туристическим объектом, но мы можем изменить это с помощью своего воображения и силы мысли.

В прошлом году я объединил усилия с бизнесменом Юрием Мильнером для работы над проектом Breakthrough Starshot — долгосрочной программой научных разработок, призванных сделать межзвездные перелеты реальностью. Если проект будет успешным, он обеспечит возможность отправить исследовательские аппараты к α Центавра уже при жизни некоторых из нас. Но я вернусь к этому позже.

Так с чего же начнется наше путешествие? До сих пор все, что мы исследовали, располагалось в пределах наших ближайших космических окрестностей. За почти 40 лет с момента запуска наш самый удаленный аппарат — Voyager 1 — едва успел выйти в межзвездное пространство. Учитывая его скорость в 11 миль в секунду, подобному аппарату потребовалось бы около 70 тыс. лет, чтобы достичь α Центавра. Эта двойная система удалена от нас на 4,37 световых года, или 25 триллионов миль. Если на одной из планет системы есть живые существа, они все еще пребывают в счастливом неведеньи по поводу прихода к власти Дональда Трампа.

Президент Кеннеди объявил о подготовке высадки человека на Луну до конца 60-х годов прошлого века, и многие из присутствующих помнят эйфорию, витавшую в воздухе во время этого исторического события, которое состоялось в 1969 г. Новая пилотируемая космическая миссия могла бы подстегнуть аналогичный энтузиазм у нынешнего молодого поколения, не понаслышке знакомого с последними достижениями научного прогресса и пользой, принесенной им человечеству. Нет сомнений в том, что светлое будущее цивилизации неразрывно связано с пилотируемыми космическими полетами.

Я всегда хотел отправиться в космос. Однако в то же время я понимал, что из-за моих ограниченных физических возможностей это навсегда останется мечтой, и я никогда не смогу прикоснуться к космическим чудесам иначе, кроме как благодаря своей работе в теоретической физике и воображению. Но я недооценил предприимчивость и энтузиазм тех, кто решительно настроен вывести человечество за рамки существования в пределах родной планеты. В 2007 г. мне посчастливилось испытать 4 минуты полной невесомости. Довольно часто можно встретить мою цитату десятилетней давности о том, что у людей не может быть будущего без полетов в космос. Я думал так раньше, и до сих пор уверен в этом. Надеюсь, тогда мне удалось продемонстрировать, что отправиться в космическое путешествие может кто угодно.

По моему мнению, задача таких ученых, как я, заключается в том, чтобы совместными усилиями с частными предпринимателями делать все возможное для возрождения атмосферы восторга и предвкушения новых межпланетных миссий. Один из таких предпринимателей — Ричард Брэнсон. У него достаточно настойчивости и рвения, чтобы открыть дорогу в космос для каждого жителя Земли. Однажды я признался ему: моей самой большой мечтой был космический полет. Я боялся, что никто не воспримет всерьез такую затею. Не колеблясь ни секунды, он предложил мне место — и я, также не колеблясь, согласился. С тех пор я ни разу не сомневался в правильности своего решения.

Очевидно, что мы входим в новую космическую эру. Первые астронавты, работающие с коммерческими предприятиями, станут первопроходцами, а стоимость полетов поначалу будет огромной. Но я надеюсь, что со временем она снизится настолько, что большинство населения сможет позволить себе такое удовольствие. Чем больше людей побывает за пределами атмосферы, тем шире будет распространяться новое видение смысла нашего существования на Земле и ощущение ответственности за судьбу родной планеты. Это поможет нам понять свое место в космосе — ведь наша судьба, по моему убеждению, неотъемлемо связана с космическими путешествиями.

Наверняка многие станут возражать и отстаивать другую позицию: вместо того, чтобы тратить средства на потенциально безуспешный поиск другой планеты, лучше было бы расходовать их на решение более насущных земных проблем. Я абсолютно не отрицаю необходимости бороться с климатическим сдвигом и глобальным потеплением, в отличие от президента Трампа, не так давно принявшего решение по вопросу изменения климата, последствия которого могут стать куда серьезнее и печальнее, чем когда-либо видывал мир. Я выступаю за выработку и следование долгосрочной стратегии развития человечества. Планы строительства лунной базы к 2020 г. и высадки людей на Марсе к 2025-му обеспечили бы прилив интереса и энтузиазма, аналогичный захлестнувшему широкую общественность в 60-е годы прошлого века после заявления Кеннеди.

Одним из закономерных следствий стало бы возросшее общественное признание значения науки как таковой. Похоже, мы живем в век, когда ученые и наука находятся под угрозой снижения их значимости в глазах широкой публики. Это может привести к плачевным последствиям. Наше общество все сильнее полагается на достижения науки и техники, но в то же время все меньше молодых людей стремится стать учеными. Амбициозная космическая программа помогла бы вызвать у них живой интерес к таким областям, как астрофизика и космология.

Конечно, существуют и риски. Что мы обнаружим, отправившись в космос? Имеются ли там иные формы жизни, или же мы совсем одни во Вселенной? Если жизнь на Земле зародилась вследствие случайных процессов, это означает ненулевую вероятность аналогичного ее возникновения на других подходящих планетах. Но даже если эта вероятность исчезающе мала — в бескрайней Вселенной достаточно миров, чтобы она непременно возникла где-нибудь еще. Однако пока мы не имеем полного представления о том, как появилась жизнь на нашей планете. Возможно, это произошло вследствие случайного столкновения макромолекул, приведшего к образованию ДНК, или же благодаря панспермии — переносу простейших живых организмов от одной планеты к другой в результате обмена метеоритами.

Я настоятельно всем рекомендую быть аккуратными, встретив пришельца. Никто не знает, где он уже побывал. Если серьезно, по моему мнению, есть три причины, объясняющие, почему мы до сих пор не встретили инопланетян. Во-первых, вполне возможно, что вероятность зарождения даже примитивных форм жизни очень мала. Во-вторых, даже если эта вероятность сравнительно высока, низкой может быть вероятность развития таких организмов до уровня интеллекта, сопоставимого с нашим. И наконец, не исключено, что вскоре после достижения достаточного уровня технологического развития разумная жизнь, как правило, сама уничтожает свою цивилизацию войнами, болезнями и оружием массового поражения. Подозреваю, что именно по этой траектории мы и движемся.

Лично мне бы хотелось, чтобы правильным вариантом ответа оказался второй: жизнь как таковая была бы достаточно распространена, но развитие интеллекта происходило бы только в исключительных случаях. Некоторые даже считают, что и на Земле этого еще не произошло.

Еще одна преграда на пути к колонизации космоса человеком — отсутствие знаний о том, как долго мы сможем выжить вне привычных земных условий. Исследования на МКС показывают, что люди могут жить вдали от Земли в течение примерно полугода, однако длительное пребывание в условиях микрогравитации приводит к нежелательным физиологическим последствиям: истощению костной ткани, сбоям в работе печени и так далее. Стоит помнить о том, что колонисты отправятся в путешествие в один конец. Возврата на Землю после нескольких лет или даже месяцев не будет. Тем не менее, возможные выходы есть.

Как я уже упоминал ранее, в стадии разработки находится проект Breakthrough Starshot, который сможет подготовить почву для дальнейшей колонизации космоса человеком, отправив миниатюрные исследовательские аппараты к далеким космическим объектам, представляющим особый интерес. Это испытательный проект для экспериментальной проверки трех основных концепций: релевантности космических нанозондов, возможности использования давления света для их разгона и пригодности синхронизированных лазеров для этой цели.

Предполагается, что в рамках проекта полноценный исследовательский модуль размером в несколько сантиметров будет прикреплен к световому парусу. Изготовленный из метаматериалов, этот парус должен весить не более нескольких грамм. Ожидается, что на орбиту выведут около тысячи таких аппаратов со сверхлегкими парусами. В то же время на Земле установят батарею лазеров длиной почти в километр, и потоки излучения от них объединят в один мощнейший лазерный луч. Этот луч мощностью в десятки гигаватт направят сквозь атмосферу на световые паруса. Главная идея проекта заключается в том, чтобы отправить мини-аппараты в путешествие так, как воображал юный Эйнштейн — верхом на луче света.

Конечно, развить околосветовую скорость им не удастся, но предполагается, что они смогут разогнаться до одной пятой абсолютного скоростного лимита, преодолевая около сотни миллионов миль в час. Такая система зондов могла бы долететь до Марса всего за полчаса, до Плутона — за считанные дни, менее чем за неделю обогнать аппарат Voyager и прибыть к системе α Центавра уже через 20 лет после старта. Добравшись до места назначения, мини-зонды сделали бы снимки и передали бы их на Землю вместе с другими данными о планетах системы, проведя исследование магнитных полей и поиск органических молекул. Эта информация могла бы быть принята той же установкой, которая обеспечивала изначальный лазерный «толчок» при запуске аппаратов.

Важно отметить, что траекторию «межзвездных парусников» можно проложить таким образом, чтобы обеспечить пролет мимо недавно открытой планеты Проксимы b — землеподобного каменистого тела в «зоне жизни» своей родительской звезды. Уже в этом году проект Breakthrough Starshot объединит усилия с Европейской Южной обсерваторией для поиска новых потенциально обитаемых планет в системе α Центавра.

У проекта есть и второстепенные задачи. По пути к соседним звездам зонды будут изучать Солнечную систему — в частности, заниматься поиском астероидов, представляющих потенциальную угрозу для нашей планеты. Кроме того, наши коллеги из Германии предложили использовать эту технологию для обнаружения биосфер, состоящих из одноклеточных организмов или вирусов, на поверхностях далеких экзопланет. Все эти цели в данный момент кажутся вполне достижимыми.

Тем не менее, в ходе реализации проекта предстоит преодолеть немало серьезных препятствий. Лазер мощностью в гигаватт сможет дать лишь небольшой толчок мини-зонду, но за счет малого веса последнего это придаст ему заметное ускорение. Проект представляет собой инженерную задачу колоссальной сложности. Флот мини-парусников должен выдержать суровые условия перелета: быстрое ускорение, холод и вакуум космоса, столкновения с протонами солнечного ветра и частицами космической пыли. Кроме того, из-за турбулентности земной атмосферы сфокусировать множество лазерных лучей общей мощностью 100 гигаватт в направлении световых парусов будет невообразимо трудно. Как же нам объединить лучи сотен лазеров и преодолеть атмосферные неоднородности? Как заставить аппараты развить огромную скорость, не разрушив их при этом? Как направить модули в нужную сторону? Справившись с этими испытаниями, нам придется придумать способ, как поддерживать работоспособность зондов в течение 20 лет и обеспечить отправку ими данных с расстояния в 4 световых года. Однако все это — лишь инженерные проблемы, которые, как правило, рано или поздно становятся решаемыми.

Когда необходимые для этого проекта технологии станут доступными, появится возможность реализации новых потрясающих воображение миссий. Используя лазерную батарею, сооруженную для запуска мини-зондов, можно значительно сократить время, требуемое для полетов к объектам внутренней и внешней Солнечной Системы, а также к местам назначения в межзвездном пространстве. Конечно, таким способом едва ли можно осуществить пилотируемый межзвездный перелет. Даже если представить себе некий тип космического корабля, разгоняемого с помощью этого метода, то остановить его потом явно не получится. Тем не менее, успешная отправка исследовательских модулей к другой звезде станет моментом, с которого начнется наше освоение Галактики. Кроме того, если проекту Breakthrough Starshot удастся получить первые фотографии и данные о потенциально пригодных для жизни планетах на орбитах вокруг соседних звезд, это принесет огромную пользу космическому будущему человечества.

В заключение я хочу вернуться к Эйнштейну. Если хотя бы один из аппаратов упомянутого проекта сможет сделать фотографии экзопланет в системе α Центавра на одной пятой скорости света, изображения окажутся слегка искаженным из-за релятивистских эффектов. Но это станет первым в истории моментом, когда созданный человеком объект разгонится до скорости, позволяющей наблюдать эффекты ОТО. На самом деле эта теория лежит в самом сердце всей миссии. Без нее у нас не было бы ни лазеров, ни возможности произвести расчеты, необходимые для навигации, получения изображений и передачи данных на расстояние более 25 трлн миль на скорости 1/5 световой. Теперь нам становится очевидной связь между мечтой того шестнадцатилетнего подростка, представлявшего себя верхом на луче света, и нашей собственной, вполне реализуемой мечтой верхом на луче отправиться к звездам.

Мы стоим на рубеже новой эры. Колонизация других планет людьми — больше не научная фантастика. Она вполне может стать реальным фактом. Человек как отдельный вид существует почти 2 млн лет. Первые цивилизации появились около 10 тыс. лет назад, и темпы технологического развития с тех пор неуклонно возрастают. И если человечеству суждено просуществовать еще миллион лет — нет сомнений, что путь наш ведет туда, где никто не бывал. Я надеюсь на лучшее. Кроме того, у нас просто нет другого выбора. Спасибо за внимание!

Стивен Хокинг. Доклад прочитан 20 июня 2017 г.