Ех, тези извънземни. I-ва част.

Като прочетох новината от Петър:
http://profizika.org/main/node/92
започнах да се чудя какво можем да кажем за извънземните и за живота и цивилизациите из Вселената от общи физични съображения. Но неизбежно се сблъсках с проблема как дефинираме живот, интелигентен живот, цивилизация ... Та по-долу ще се опитам да поспекулирам по въпроса.

Знам, че много техно-утописти веднага ще скочат и ще кажат, че нашата наука е врели-некипели в сравнение с това, което напредналите технологично извънземни познават. Та нали третият „закон“ на Артър Кларк гласи, че всяка напреднала технология е неразличима от магия. А магията затова е магия, защото е необяснима... И все пак технологичната магия е различна от онази другата „магия“, която ни се пробутва от псевдо-лечители и гледачки. Различна е, защото технологиите (както и всичко във Вселената) са подвластни на определени ограничения и правила, които наричаме научни закони. Ние не познаваме всички научни закони. С времето научните закони, които познаваме, са ставали все по-прецизни, и по-детайлни. Все пак има някои фундаментални научни закони, които не са мръднали и на йота столетия наред, въпреки огромния научен и технологичен напредък за този период. Пример за това са законите на Нютон, и по-специално законът за запазване на импулса (ЗЗИ), окрити преди ~320 години; законът за запазване на енергията (ЗЗЕ) открит преди ~370 години; и втория закон на термодинамиката открит преди около 200 години, който гласи, че с времето безпорядъкът (измерван количествено чрез ентропията) на една затворена система нараства или поне остава същия. Тези закони сме ги пребили от тестване (Между другото, тъкмо тествах за пореден път втория закон на термодинамиката: счупих си едно яйце за закуска, и му дадох 15-ина минути да се самосглоби ако реши. Побутвах го от време на време, за да му дам кураж. То не пожела. Втория закон на термодинамиката в действие!), и общо взето ще си позволя да кажа, че те са, ако не фундаментални, то поне ефективно верни навсякъде в познатата ни нискоенергетична вселена.

[[[Любопитно: Преди 90 години благодарение на Еми Ньотер разбрахме, че законите за запазване се дължат на точно определени симетрии на Вселената ни.]]]

Ако това е така (а последните стотици години опити, експерименти, наблюдения, и теоретични и технологични развития ни казват, че това е така), то можем да помислим какво означава това за извънземните ни съ-вселенници. Тези фундаментални ограничения под формата на законите за съхранение, например, ни казват, че всяко размножаващо се същество трябва да е смъртно. Защо? Защото ако не беше така, то след известен период от време, всичката материя във вселената щеше да отиде за създаване на нови организми. А според ЗЗЕ не можем да си създадем нова материя от нищото, т.е. организмообразуването задължително трябва да спре. Например, ако една бактерия се дели средно на всеки 20 минути, и бактериите са безсмъртни, то след около 3-4 дни броят бактерии щеше да е толкова голям, че атомите на цялата видима вселена нямаше да са достатъчни за изграждането на тези бактерии!

От тази ужасно проста сметка излиза една „ужасна“ истина: повечето размножаващи се организми всъщност трябва да умрат (или терминират, или каквото там е нужно за превръщане на организма обратно в ресурс за други организми)! Умират ако не от друго, то поради просто изчерпване на ресурсите за изграждане на нови организми. Оцеляват само „способните“ индивиди. Какво значи способни? Може би се сещате -- говоря за способни, а ла Дарвин. За това, че еволюцията ще сработи, е виновен и вторият закон на термодинамиката, който ни казва, че дори и да искат, организмите не могат да се копират идеално. Т.е. по един или друг начин ще се трупат грешки при копирането. Грешки, които обикновено в биологията наричаме мутации. И така, имаме две необходими условия за еволюцията, които директно ни ги предоставя физиката. Дали са достатъчни (след като дефинираме животът по-долу) не съм съвсем сигурен, но май са. Така че еволюцията, мисля, че би трябвало да е неизбежна.

[[[В този смисъл, еволюцията е просто ефективно макро поведение на ансамбъл от живи организми, при наличие на ограничени ресурси (Последното винаги се оказва вярно в някакъв момент от време, поради ЗЗЕ.) ]]]

[[[Има различни видове механизми, които водят до еволюцията на земята, като ествественият отбор е само един от тях. Основните два механизма са следните: От една страна имаме активен дрейф на честотата на алелите под формата на естествен отбор; а от друга -- неутрален дрейф, наречен генетичен дрейф, който няма приспособителен характер (вижте http://bg.wikipedia.org/wiki/Генетичен_дрейф и http://en.wikipedia.org/wiki/Gene_drift).
]]]

Добре де, ама тези организми можеше да са де факто безсмъртни ако не се размножаваха, нали? Да, но вторият закон на термодинамиката продължава да е валиден, и грешките (в химичния строеж на въпросните същества, да речем) са неизбежни. За да просъществуват такива организми, отново ще е нужна някаква форма на адаптация, която отново води до форма на еволюционно развитие.

Така че съм склонен да обобщя, че е много вероятно еволюцията при живите организми да е универсална във Вселената.

Сега май ще трябва да дефинираме живота, за да знаем с какво си имаме работа. Дефиниции има под път и над път (http://en.wikipedia.org/wiki/Life). Като физик, моята любима работна дефиниция е, че живият организъм е обект поддържащ ниска ентропия (т.е. висока подреденост). Тъй като е невъзможно да се изолира идеално една система (или обект) от останалата част от вселената, то (от 2-ия закон на термодинамиката) единствения начин такъв организъм да съществува е ако той функционира благодарение на поток от ентропия (или за по-физично настроените: според околните термодинамични условия, това може да бъде свободна енергия на Гибс или ексергията, например), който обикновено в биологията наричаме метаболизъм.

[[[Малко отклонение: За да ви демонстрирам, в някакъв смисъл, силата на тази дефиниция, наскоро група учени (http://www.technologyreview.com/blog/arxiv/24677/ и http://arxiv.org/abs/1001.1155) успяха да изведат няколко важни свойства на заобикалящата ни Вселена на базата на някои индикации за резултати от теорията на струните. Резултатите са неизбежно донякъде спекулативни, защото теорията на струните не е работеща теория, но все пак резулатите са любопитни. Те са, че типичните наблюдатели (без да е нужно да се слагат изисквания на това какви трябва да бъдат те точно) в една типична вселена, трябва да се намират в плоска вселена, в началото на доминацията на тъмната енергия, потопени в наскоро произведена „баня“ от релативистични кванти, които не са нито прекалено гъсти, нито прекалено разредени в пространството. За нашата вселена (с концентрация на тъмната енергия, която наблюдаваме) авторите показват, че ние трябва да сме потопени във фотони с дължина на вълната от около 100 микрона. Всички тези предвиждания се оказват верни за нашата Вселена ...]]]

При наличие на източник на ниска ентропия (слънчева светлина, светкавици и пр.), и при изобилие на суровини (атоми въглерод, азот, водород, кислород, фосфор, ...), сложни химични реакции са неизбежни. Милер и Юри (http://en.wikipedia.org/wiki/Miller%E2%80%93Urey_experiment) показват експериментално за пръв път през 1952, че при един такъв процес, образуването на органични молекули става съвсем естествено. Те пускат електричен разряд (симулирайки светкавици) в стерилна установка, пълна с вода, амоняк, метан и водород. След известно време, се синтезирали 22 аминокиселини, фундаментални за живота, който познаваме. Този резултат не е само лабораторна абстракция, защото условията на Земята преди възникването на живота са били много подобни, и защото аминокиселини и много други органични молекули са открити в огромни количества в космоса от астрономите (http://www.newscientist.com/article/dn2558-amino-acid-found-in-deep-spac... и http://www.newscientist.com/article/dn17628-first-amino-acid-on-a-comet-...).

Това е една от причините поради която, според много учени (астробиолози, биолози, геофизици, химици, физици) животът е просто поредния планетарен феномен. Нещо като вятъра или вулканичната активност. Естествено за живота са нужни по-специфични условия. Това може да са: течна вода, и/или присъствие на въглерод, и/или .... И все пак, не би трябвало да го считаме за рядко явление, особено при условие, че се е появил на Земята почти веднага (на геологични скали) след като са се появили нужните условия (вероятно наличието на не-прекалено високи температури е било достатъчно); и при условие, че астрономите октриват значителни количества органични молекули из Вселената; при условие, че и екзопланетите вече ги рием с лопатата (а скоро с телескопа Кеплер, ще рием и други земеподобни планети); и при условие, че на Земята откриваме нови и нови странни гадинки, които са се пригодили и към най-откачените условия на живот (огромна или потресаващо ниска температура, огромни количества радиация, вакуум ... вижте например http://en.wikipedia.org/wiki/Extremophile); и т.н. Но вместо да пиша излишно страници по въпроса, можете да започнете с Уикипедия (http://en.wikipedia.org/wiki/Abiogenesis), посетите сайта и прочетете научните и популярни статии на Инициативата за Произхода на Живота към Харвард (http://origins.harvard.edu/Research.html), прочете някой учебник или популярна книга по биология, преговорите учебниците си по биология, завършите специалност биология, станете доктор/изследовател/професор по биология... Ако не ви се занимава, просто приемете думата ми (или пък недейте) -- Вселената много вероятно бъка от живот.

И така: имаме живот, имаме и еволюция. Сега остава да си направим интелигентни същества и после да ги подредим в технологична цивилизация. Естествено, дискусията става по-спекулативна от тук нататък.

Как да дефинираме интелигентността и цивилизацията в космически контекст? Това не е проста задача, защото и приматите използват примитивни инструменти; и птиците строят гнезда; и слоновете помнят; и кучетата сънуват; и делфините, и морските свинчета, и мравките си комуникират; и термитите и пчелите живеят в сложни общества със специализирани функции и разделение на труда; а мравките дори отглеждат други насекоми за сока, който те секретират (http://en.wikipedia.org/wiki/Aphid) ... Миналата година пък учени откриха, че някои примати дори използват наченки на синтаксис в езика си (http://www.plosone.org/article/info:doi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0007808). 
За да сложим някаква дефиниция на масата, нека първо помислим какво искаме тези интелигентни същества и тяхната технологична цивилизация да са постигнали: индустриална революция? космическа експанзия? Хм. Повечето подобни дефиниции са прекалено антропоцентрични, или изискват непрекъснати донагаждания (Например, ако вземем втората дефиниция, следва, че вид, който не пожелае да пътува из космоса не е интелигентен?!). Май ще е добре да видим какво е било нужно, за да можем ние, човечеството, да достигнем по-горните ключови моменти в развитието си. За това ще ни трябва много груб преговор на историята на човечеството. Започваме с еволюцията. Тя води до безумно разнообразие от видове. Еволюцията няма крайна цел. Напълно погрешно е мнението на много хора, че тя води задължително до усложняване на организмите, или че върхът на еволюцията е човекът. Хомо сапиенс е просто поредния стадий, на поредния клон от дървото на живота. Хомо сапиенс еволюира и в този момент (http://en.wikipedia.org/wiki/Human_evolution), а в миналото си се е кръстосвал поне с един друг близък до него вид (преди няколко дни бяха открити примеси от неандерталци в генома на Хомо сапиенс, http://www.newscientist.com/article/dn18869-neanderthal-genome-reveals-i...). Огромни периоди от време нищо или почти нищо технологично не се е откривало. Когато това е ставало, това изглежда е било доста случайно. Най-старите открити сечива са на 2.5 милиона години и предхождат видът Хомо. Огънят е бил за пръв път контролиран преди около 400 000 години. Човекът е имал сечива, които мнооого бавно е усъвършенствал, като прогресът понякога почти е спирал за десетки хиляди години. Затова някои учени спекулират, че използването на тези сечива може да е било до голяма степен интуитивно -- както птиците свиват гнезда. Преди 50-ина хиляди години, хората започнали да проявават „по-интересни“ признаци: например, започнали да погребват мъртвите и да използват по-усъвършенствани методи за лов. Това горе-долу е и моментът, когато част от хомо сапиенс е напуснал Африка и е колонизирал света (https://genographic.nationalgeographic.com/genographic/lan/en/atlas.html). Преди около 10 хиляди години първите признаци за земеделие започнали да се появяват. Не знам да има оценки кога са се появили първите опити на хората да обяснят явленията около тях. Но до появата на научния метод преди около 1000 години, обясненията са били под формата на митове и легенди или други поверия, които нямат никаква предвиждаща сила (Кога последно разгневихте Зевс, и той ви удари с гръм?). Именно затова прогресът до тогава се е базирал основно на опит-грешка, и интуиция (несъзнателната обработка на данни в мозъка от околната среда, която се е развила като адаптивен механизъм в хода на еволюцията), ... и по-късно на наченки на наука.

Преди около 990 години, арабският учен Ибн ал-Хайтам (http://en.wikipedia.org/wiki/Ibn_al-Haytham) поставя началото на съвремения научен метод с публикуването на Книга за Оптиката, където за пръв път се появява систематизиран съвремения научен метод. Останалата част от историята е ясна: електричество, индустриална революция, кацане на Луната, компютри, ... радио, ... . (Не случайно отделих радиото, защото то е първото нещо, което ни позволява безживно да комуникираме на дълги растояния, дори и във вакуума на космоса.)

Вероятно разбирате на къде бия: Не виждам за нужно и за широко приложимо да слагам граница между видовете според възможностите за размножаване, така както правим на Земята. Вместо това, интелигентен вид ще наречека съвкупност от живи индивиди, които са способни активно да си обменят научна информация, и които имат капацитета да прилагат научния метод (или своеобразен аналог за систематично критично добиване на знания), т.е. да овладеят науката. Да. Научният метод. Защото се оказва, че Вселената може да се опише с езика на математиката, а математиката е универсална и съществува независимо от хората, и независимо от Вселената (именно затова считаме, че теорията на струните, или нейна алтернатива, описва не само нашата Вселена, а и всички паралелни вселени, които обикновено естествено „изскачат“ от уравненията).

Възможно е даден индивид от този интелигентен вид да не владее науката, но според дефиницията, той има капацитета да я овладее (така гарантираме, че хората, живели преди развитието на научния метод, са били интелигентни). Според тази дефиниция, две интелигентни цивилизации, които влизат в контакт, са един и същи интелигентен вид, дори и по биологически стандарти, те да не са. По този начин, ако се съобразяват с тази дефиниция, то може би ще се избегнат ксенофобски изпълнения. Естествено, нашето човечество е много далеч от такъв вид „човечност“ дори и към собствения си вид. За пример, когато Кристифор Колумб пристига в Америка и се изправя пред местните хора, резултатът е 100 милиона мъртви местни жители. За стотина години от пристигането на европейците, около 95% от местното население на Америките е било унищожено. Като смъртта е била причинена както от болестите, които европейците донесли със себе си, така и от заробването и директно от ръката на колонизаторите. Издевателството над местните жители продължило столетия. „Цивилизованите“ европейци изкормвали бебетата от коремите на бременните жени, и разбивали бебешките глави върху скалите; хранели кучетата си с живи деца; изкормвали мъже; режели ръцете на хората, които не носели достатъчно злато; заравяли или изгаряли живи хора; отрязвали гърдите на жените, и използвали мъжки гениталии за торбички за тютюн; ловували индианците с кучета за спорта; заробвали местните жители в мините, където те доживявали едва няколко месеца, а когато умирали, просто ги заменяли с нови (http://www.monbiot.com/archives/2010/01/11/the-holocaust-we-will-not-see...).Та не се учудвам, че има учени, които предупреждават против контакт с друга цивилизация ...

Но май се отплеснах ... Нека да се върнем към темата.

Забележете, че използването на научния метод от живите организми по никакъв начин не е задължително за тяхното оцеляване. Научния метод не е задължителен продукт на еволюцията. Възможно е и да не е много вероятен продукт, защото, до колкото знаем, това октритие се е случило само веднъж на Земята, за около 4 милиарда години еволюция, и използването на научния метод е траело едва една 4 милионна част от историята на Земята ...

[[[Забележка: Не е невероятно еволюцията на друга планета да създаде организми, които не са стигнали до научния метод, но които въпреки това могат да пътуват из космоса (вижте например какво правят водните мечки или бавноходките -- първите ни познати животни, които успешно са оцелели вакуума и радиацията в открития космос: http://www.newscientist.com/article/dn14690) за някакви периоди от време. Само че ако те не владеят езика на науката и математиката, то шансът да се засечем из Вселената (директно или безжично) и да се разберем, силно намалява.]]]

Да речем, че се оправихме с интелигентността при живота.