Какие протоколы коммуникаций могут быть у продвинутых цивилизаций, кроме радиосвязи?

в 7:20, , рубрики: tess, астрономия, астрофизика, будущее здесь, внеземные цивилизации, гравитационное линзирование, гравитационные волны, Научно-популярное, парадокс Ферми, Проксима Центавра, стэнфордский тор, сфера Бернала, сфера дайсона, техносигнатуры, уравнение дрейка, физика, Фримен Дайсон, цилиндр О’Нила, шкала Кардашева

Какие протоколы коммуникаций могут быть у продвинутых цивилизаций, кроме радиосвязи? - 1
Ускорители частиц вокруг нейтронной звезды в конструкции галактического маяка. Источник: A Neutrino Beacon. A. A. Jackson, arXiv:1905.05184

Поиск внеземной жизни и установление контакта — одна из самых важных задач, которые стоят перед человечеством. Согласно известному уравнению Дрейка, крайне маловероятно, что появление разумной жизни в бесконечной Вселенной — единичное событие. То есть цивилизаций должно быть очень много, в том числе и технологически развитых.

Но при этом возникает парадокс Ферми:

С одной стороны, выдвигаются многочисленные аргументы за то, что во Вселенной должно существовать значительное количество технологически развитых цивилизаций. С другой стороны, отсутствуют какие-либо наблюдения, которые бы это подтверждали. Ситуация является парадоксальной и приводит к выводу, что или наше понимание природы, или наши наблюдения неполны и ошибочны. Как сказал Энрико Ферми: «ну, и где они в таком случае?»

Кажется, на этот вопрос есть разумный ответ.

Гипотеза

Допустим, человечество сделало только первый шаг в своём технологическом развитии. Другими словами, оно находится в зародышевой стадии. Ещё живы люди, которые участвовали в разработке первых в мире космических ракет. Это произошло буквально вчера. Человечество словно новорождённый, который только открыл глаза, смотрит вокруг и ничего не понимает.

Младенец не понимает слов, не различает объекты вокруг, не умеет складывать буквы в слова. То есть он ещё не готов к приёму информации ни по каким каналам.

Предположим, что высокоразвитые цивилизации используют для коммуникации кардинально более продвинутые технологии. Сигналы, которые мы пока не можем детектировать. А если и детектируем, то не понимаем содержания сообщений.

Что мы ищем

Что конкретно мы ищем в настоящее время?

Проекты поиска внеземных цивилизаций начался в начале 19 века, вскоре после изобретения радио. Так, в 1899 году Никола Тесла на своей экспериментальной станции в Колорадо-Спрингс обнаружил странный повторяющийся статический сигнал. В 1959 появилась идея поиска межзвёздных сигналов в микроволновом спектре (doi:10.1038/184844a0). В 1960 году начался анализ данных с радиотелескопов на наличие сигналов. Значительный вклад внесли и советские учёные. Книга астрофизика Иосифа Шкловского «Вселенная. Жизнь. Разум» (1962), возможно, вдохновила просветительскую деятельность Карла Сагана.

В 70-е годы проект поиска внеземной жизни SETI в NASA впервые получил государственное финансирование, затем лишился его. В 1995 году возродился в рамках негосударственного Института SETI (Калифорния).

Какие протоколы коммуникаций могут быть у продвинутых цивилизаций, кроме радиосвязи? - 2
Десктопная версия программы распределённых вычислений SETI@Home для анализа радиосигналов от внеземных цивилизаций, 2007 год

Техносигнатуры

В программе SETI используются данные нескольких международных радиотелескопов, в том числе LOFAR в Европе, MWA в Австралии и Lovell Telescope в Великобритании.

Какие протоколы коммуникаций могут быть у продвинутых цивилизаций, кроме радиосвязи? - 3
Микроволновое окно земной атмосферы для наземной радиоастрономии

Идея в том, что любая развитая цивилизация должна оставить большой след из электромагнитного излучения после изобретения радио и телевидения. Этот сигнал распространяется во все стороны со скоростью света. Именно его участники проекта SETI ищут в соответствующем диапазоне частот.

В 2015 году был запущен проект прослушивания радиоэфира Breakthrough Listen с бюджетом $100 млн. Он предполагает использование тысяч часов на двух основных телескопах: телескоп Грин-Бэнк (США) и Parkes Observatory (Австралия). В октябре 2019 года заключено соглашение с командой космического телескопа TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Тысячи новых экзопланет, которые обнаружит TESS. Будут сканироваться на предмет техносигнатур, то есть маркеров наличия технологии.

Сигнал от инопланетян может распространяться и другими способами. Рассмотрим некоторые варианты.

Фотоны

Самый логичный вариант для космической связи — использование лазеров на частотах видимого света.

Этот вариант уже изучается. Например, в рамках проекта Breakthrough Listen телескоп Automated Planet Finder способен детектировать в том числе оптические сигналы от направленных лазеров. Телескоп сможет обнаружить лазер мощностью 100 Вт с расстояния около 4,25 светового года, то есть от ближайшей к нам звезды — Проксимы Центавра.

Какие протоколы коммуникаций могут быть у продвинутых цивилизаций, кроме радиосвязи? - 4
Проксима Центавра, ближайшая звезда к Солнечной системе. Находится на расстоянии 4,22 световых года в тройной звёздной системе Альфа Центавра

Сейчас идут научные дискуссии о том, насколько эффективен высокоэнергетический лазер в качестве маяка для межзвёздных коммуникаций. Подробнее см. результаты анализа звёздных систем на предмет лазерного излучения (A Search for Laser Emission with Megawatt Thresholds from 5600 FGKM Stars, doi: 10.3847/1538-3881/aa6d12).

Оптические наблюдения имеют важное значение ещё и потому, что позволяют обнаружить астроинженерные сооружения типа сферы Дайсона. Например, в 2015 году была опубликована работа о странном мерцании (изменении потока излучения) звезды KIC 8462852, что может быть вызвано влиянием астроинженерного сооружения, такого как рой Дайсона.

Какие протоколы коммуникаций могут быть у продвинутых цивилизаций, кроме радиосвязи? - 5
Изменение потока излучения KIC 8462852 на протяжении 12 месяцев в 2017-2018 гг

Продвинутый внеземной разум может быть найден путём поиска признаков больших искусственных структур, которые охватывают целые звёздные системы (мегаструктуры). Существование мегаструктур полностью зависит от того, как внеземная цивилизация вписывается в шкалу Кардашёва, то есть это планетарная цивилизация типа I, звёздная цивилизация типа II или галактическая цивилизация типа III.

За последнее время учёные выдвинули различные идеи относительно того, какие мегаструктуры в принципе может построить цивилизация типа III.

Нейтрино

Ещё Иосиф Шкловский выдвинул гипотезу, что пульсары — это своего рода сверхмощные «маяки» или радиопередатчики.

Эту идею развивает д-р Альберт Джексон из хьюстонской технологической компании Triton Systems. В своей научной работе он описывает конструкцию межзвёздного маяка вокруг нейтронной звезды или чёрной дыры для фокусировки пучков нейтрино (arXiv:1905/1905.05184).

Теоретически, цивилизация типа II способна окружить нейтронную звезду или чёрную дыру большой группировкой спутников, передающих нейтрино.

Какие протоколы коммуникаций могут быть у продвинутых цивилизаций, кроме радиосвязи? - 6
Конструкция передатчика на основе нейтронной звезды

Нейтрино очень хорошо подходят для коммуникаций, потому что отлично перемещаются в межзвёздной среде. По сравнению со сфокусированными пучками фотонов нейтрино расходятся почти без затухания в любом направлении. Хотя фотоны в инфракрасном диапазоне хорошо проходят через газ и пыль (поэтому космический телескоп «Джеймс Уэбб» ориентируется на инфракрасный диапазон). Однако некоторое поглощение всё равно присутствует. В отличие от фотонов, нейтрино могут перемещаться по Вселенной почти без поглощения.

Конструкция передатчика нейтрино основана на гравитационном линзировании, при котором массивный промежуточный объект фокусирует поток нейтрино от более удалённого объекта. Лучше всего подходит чёрная дыра или нейтронная звезда, потому что они очень компактные объекты.

Какие протоколы коммуникаций могут быть у продвинутых цивилизаций, кроме радиосвязи? - 7
Одна из гравитационных линз, которые нашла обученная нейросеть на фотографиях с телескопа «Хаббл», doi: 10.3847/1538-4357/ab7ffb

Чёрная дыра или нейтронная звезда — это гравитационная линза, которая фокусирует нейтрино в интенсивный пучок. Пучок настолько плотный, что вокруг гравитационной линзы можно разместить много нейтринных передатчиков. В работе Джексона указано количество передатчиков 1018, что примерно в миллиард раз больше числа звёзд в галактике Млечный путь.

Такое инженерное предприятие возможно только в цивилизации типа II, которая использует энергию собственной звезды, по Кардашёву это энергия около ~4×1033 эрг/с (или 4×1026 Вт) — в несколько триллионов раз больше, чем потребляет человечество в настоящее время. Конкретно от Солнца такая цивилизация получит 3,828×1026 Вт.

Для детектирования нейтрино у человечества уже есть инструменты. Например, лаборатория IceCube в Антарктиде. Это множество оптических детекторов во льду на глубине от 1450 до 2450 м.

Какие протоколы коммуникаций могут быть у продвинутых цивилизаций, кроме радиосвязи? - 8
Сравнение размеров IceCube и Эйфелевой башни

Каждый детектор состоит из 60 фотосенсоров, собранных в километровую цепочку. Фотосенсоры регистрируют редкие столкновения нейтрино с молекулами воды, при которых выделяются мюоны, вызывающие слабые световые вспышки.

Какие протоколы коммуникаций могут быть у продвинутых цивилизаций, кроме радиосвязи? - 9

Теория струн предсказывает существование стерильных нейтрино, которые приходят к нам из других измерений со скоростью, якобы (для наблюдателя) превышающей световой барьер (также как скорость распространения гравитации для наблюдателей тоже якобы превышает световой барьер). Собственно, именно эти стерильные нейтрино будет искать детектор IceCube.

Сейчас учёные рассматривают возможность добавить сфокусированные пучки нейтрино в список тех самых техносигнатур внеземных цивилизаций, которые ищет SETI.

Гравитационные волны

Теоретически, продвинутая цивилизация может использовать маленькую чёрную дыру в качестве гравитационной линзы, чтобы рассылать не только нейтроны, но и гравитационные волны.

Эта концепция основана на недавней работе исследователей, которые предположили, что гравитационные волны могут использоваться для передачи информации. Как и нейтрино, они отлично распространяются в космической среде, поэтому хорошо подходят в качестве носителя сигнала.

Какие протоколы коммуникаций могут быть у продвинутых цивилизаций, кроме радиосвязи? - 10
Искривление пространства-времени во время слияния чёрных дыр. Рендер: Aaron M. Geller, Northwestern University/CIERA

Какие протоколы коммуникаций могут быть у продвинутых цивилизаций, кроме радиосвязи? - 11
Сигнал, зарегистрированный 14 сентября 2015 года двумя детекторами LIGO, с возрастающей частотой от 35 Гц до 250 Гц и амплитудой деформации метрики в 1x10-21, совпадает с предсказаниями ОТО для слияния двух чёрных дыр массами 36 и 29 солнечной, doi: 10.1103/PhysRevLett.116.061102

Гравитационные волны стали объектом значительных исследований с тех пор, как были впервые обнаружены в 2016 году. А ведь сколько физических явлений ещё неизвестны человечеству!

Продвинутые цивилизации могут передавать информацию через такие носители, которые мы пока не можем себе представить. Гравитоны? Стерильные нейтрино? Тёмная материя? Возмущения поля? Туннели из квантовой запутанности, которая сформировалась в момент Большого взрыва? Пока можно только фантазировать. Наверное, это задачи для науки на ближайшие миллионы лет по мере перехода нашей цивилизации к типу II, а затем к типу III.

«Когда мы ищем во Вселенной признаки искусственной деятельности, мы должны искать именно технологию, а не интеллект. Было бы гораздо полезнее искать непосредственно интеллект, но технология — это единственное, что у нас есть шанс увидеть». — Фримен Дайсон, «Поиск внеземной технологии»

Поиск продолжается…


На правах рекламы

Недорогие VDS на базе новейших процессоров AMD EPYC и NVMe хранилища для размещения проектов любой сложности, от корпоративных сетей и игровых проектов до лендингов и VPN.

Автор: Mikhail

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js