Файл: Типлер. Физика бессмертия. Новейшая космология, Бог и воскресение из мертвых.doc

Новая реактивная технология в комбинации с нанотехнологией может быть существенно дешевле. Ключевым в реактивном движении ракеты является получение энергии для выброса газа. Самым большим источником энергии является масса, как все знают из уравнения Эйнштейна E=mc^2. Химические реакции очень неэффективны: энергия при взрыве одной мегатонны ТНТ соответствует примерно 50 граммам массы. Даже ядерные реакции преобразуют меньше 1% массы в энергию. Однако, при аннигиляции материи и антиматерии вся масса переходит в энергию. Таким образом, ракета должна использовать аннигиляцию в качестве источника энергии.

Антиматерия - это все еще экзотика, так что сначала скажем немного о ее свойствах. Согласно законам физики все материальное существует в двух формах: частиц и античастиц. Античастица в точности такая же, как соответствующая ей частица, за исключением того, что она имеет противоположный электрический заряд. Например, электрон заряжен отрицательно, а его античастица, позитрон, имеет положительный заряд, но во всем остальном он абсолютно такой же, как электрон. Протон имеет положительный заряд, и таким образом, антипротон заряжен отрицательно. Точно так же, как протон в соединении с электроном дает один атом электрически нейтрального водорода, антипротон в соединении с позитроном дает электрически нейтральный антиатом антиводорода. В принципе могут быть созданы любые антиатомы, хотя до сегодняшнего дня в лаборатории создан только антигелий. Приложив усилия мы можем создать антиуглерод, антижелезо и так далее.

Антиматерию трудно хранить, поскольку если частица приходит в контакт с античастицей они неедленно аннигилируют, превращаясь во вспышку радиации. Если смешать антиводород с воздухом, позитроны будут притягиваться к электронам атомов воздуха за счет разности в зарядах и аннигилировать. То же самое произойдет и с антипротонами. Тем не менее, существуют способы производства и хранения больших количеств антиматерии. Многие миллиарды антипротонов созданы и хранятся в ионных ловушках в лаборатории CERN в Женеве. Антипротоны сейчас можно продавать, стоимость их примерно 1 доллар за миллиард. Разработан детальный план для заводов, которые смогут производить миллиграммы антиводорода в год при стоимости в 1 миллион долларов за миллиграмм при широкомасштабном производстве.

Форвард предложил использовать обычный водород в качестве газа, выбрасываемого ракетой, разогревая его путем добавления малых количеств антиводорода. Такой ракете с полезной нагрузкой в 100 грамм потребуется всего лишь 1,6 кг жидкого водорода и 3,6 миллиграмма антиводорода в качестве источника энергии, если исходить из того, что такая ракета разгонится до скорости 0,1с, проделает путь к звезде назначения и там затормозится. Предполагая, как и выше, что стоимость зонда складывается в основном из стоимости конструкционных материалов, такой зонд обойдется всего в 4 миллиона долларов, почти вся сумма будет затрачена на антиводород. В настоящее время существует по крайней мере миллион человек, которым по силам такие затраты. И покупатель сможет держать свой межзвездный зонд фон Неймана на собственной ладони! Сейчас существуют очень детальные разработки ракеты Форварда на антиматерии, и некоторые лаборатории объявили, что они начали эксперименты по изготовлению такого аппарата. Мы сможем запустить межзвездный зонд со скоростью 0,1с уже к концу этого десятилетия, если у нас будут необходимые компьютерные технологии, универсальные конструкторы молекулярных размеров и компьютеры атомных размеров. Исходя из темпов развития нанотехнологии, я полагаю, что необходимые компьютерные технологии будут существовать к тому времени, когда мы получим компьютер, способный пройти тест Тьюринга. Как показано в предыдущей части, это должно произойти к 2030 году. Зонд фон Неймана может быть запущен в середине следующего века.

---

Такому зонду потребуется всего пять или десять лет после запуска, чтобы достичь звезд. Вопрос в том, сколько времени ему понадобится, чтобы изготовить копию самого себя? Если мы сравним зонд фон Неймана с единственной известной нам самовоспроизводящейся машиной, человеком, последнему требуется около двадцати или тридцати лет, чтобы воспроизвести себя. Если мы сравним зонд фон Неймана с целой технической цивилизацией, то ей понадобилось около трехсот лет, чтобы превратить Соединенные Штаты в индустриальную державу. Большая часть этого времени была потрачена на разработку технологических решений, а не самих машин. Владея необходимыми технологиями, Германия и Япония воссоздали свою промышленность всего за 10 лет после второй мировой войны, пользуясь при этом минимальными инвестициями извне. Уже упомянутый физик Джерард О'Нейл вычислил, что космические колонии могут быть самодостаточными и воспроизводить себя менее чем за сто лет. Я считаю, что таким образом есть все основания полагать, что зонд фон Неймана может начать изготовлять копии самого себя в течение пятидесяти лет после достижения звезды-цели. Если он разошлет эти копии к звездам в радиусе 10 световых лет вокруг себя, колонизация галактики может происходить со скоростью в 10 световых лет в 60 лет, или 1/6 светового года в год. Поскольку наша галактика имеет диаметр около 100000 световых лет, потребуется около 600000 лет, чтобы колонизовать ее. Эта колонизация может начаться уже в середине следующего столетия.

 

---

Существа, путешествующие в космосе неизбежно заселят и будут контролировать всю вселенную.

 

Ближайшая к нам крупная галактика, туманность Андромеды, находится на расстоянии в 2,7 миллиона световых лет, так что биосфера может заселить ее по прошествии 3 миллионов лет, используя зонды со скоростью 0,9с, описанные в предыдущем разделе. Ближайший кластер галактик в созвездии Девы находится на расстоянии в 70 миллионов световых лет. В обоих случаях время воспроизводства зондов мало по сравнению со временем путешествия, даже при скорости в 0,9с, так что его можно проигнорировать.

При рассмотрении еще более удаленных галактик при вычислении средней скорости зонда необходимо учитывать расширение вселенной. Закон Хаббла говорит, что чем дальше галактика от Земли, тем быстрее она от нас удаляется. Следовательно, космический аппарат, запущенный с данной скоростью относительно Земли будет иметь меньшую скорость относительно удаленной галактики, когда он ее в конце концов достигнет. Я показываю в приложении для ученых, что отношение момента количества движения космического корабля относительно Земли к моменту количества движения его в удаленной галактике равно отношению радиусов вселенной в момент достижения кораблем галактики и в момент его запуска. Я покажу в главе IV, что максимальное значение этого отношения будет около 300000 в момент достижения вселенной ее максимального размера (наименьшее значение этого отношения равно 3000). Верхняя граница в 300000 предполагает, что если корабль должен достигнуть противоположной границы вселенной в момент ее наибольшего расширения, имея при этом скорость 0,9с (скорость 0,9с означает, что общая энергия равна примерно его удвоенной массе), для этого потребуется начальная энергия в 600000 раз больше массы корабля. Я показываю в приложении для ученых, что такой корабль технически возможен, если использовать аннигиляционную ракету. Для зонда весом в 100 грамм начальная масса ракеты должна быть 10 миллиардов тонн, половину из них составляет антиматерия. Такое количество антиматерии конечно недешево. Пристоимости 1 миллион долларов за миллиграмм, миллиард тонн будет стоить 10 триллионов триллионов долларов, что примерно в миллиард раз превосходит существующий валовый национальный продукт всего человечества. Посылка такого зонда к противоположной границе вселенной потребует ресурсов целой звездной системы. Но это может быть сделано.

---

Лучшей стратегией, конечно является посылка зондов от одной галактики к другой, а не прямо к противоположной границе. Однако, это становится все более и более трудным по мере того, как вселенная расширяется и галактики удаляются друг от друга. В приложении для ученых показано, что во вселенной, размер которой будет в момент наибольшего ее расширения составлять 3000 – 300000 раз от существующего, противоположная граница будет находится на расстоянии от 1 до 10 терапарсеков (терапарсек равен 10^12 парсек). Вселенная достигнет этого состояния через 5*10^16 - 5*10^18 лет спустя (в собственном времени). За это время материальный состав вселенной существенно изменится, как показано в следующей таблице.

 

ВАЖНЕЙШИЕ МОМЕНТЫ ИСТОРИИ БУДУЩЕГО.

 

Событие Время (годы)

 

Солнце расширяется и поглощает Землю 7*10^9

 

Галактики испаряются из кластеров 10^11

 

Звезды утрачивают форму; все 10^12

массивные звезды становятся нейтронными

звездами или черными дырами

 

Наиболее долгоживущие звезды расходуют 10^14

все свое топливо и становятся белыми

карликами

 

Мертвые планет отделяются от мертвых звезд 10^15

при звездных столкновениях

 

Белые карлики остывают до 5 К и становятся 10^17

черными карликами

 

Нейтронные звезды остывают до 100 К 10^19

 

 

В данной таблице предполагается, что жизнь не будет влиять на эволюцию материи. На самом деле, конечно же она будет влиять. Например, вместо того, чтобы позволить Солнцу испарить Землю через семь миллиардов лет, наши потомки могут увести планету целиком в космическое пространство и использовать ее для экспансии биосферы. (Дайсон показал, что увести планету из солнечной системы возможно, если у вас есть несколько миллионов лет для этого). Позволив природе идти своим путем и уничтожить Землю означало бы разрушить оставшуюся на ней биосферу без всякой цели. если же наоборот, мы уведем Землю в космос, ее материалы могут быть использованы для создания колоний О'Нейла, где жизнь

будет продолжаться. В этом случае будет возможна более населенная и более разнообразная биосфера, чем если Земля останется нетронутой, потому что на Земле жизнь может использовать только атмосферу и первые несколько километров земной коры. Если же Земля будет уведена в космос, весь ее материал может быть обеспечить существование жизни. Это справедливо и в отношении других планет и даже самого Солнца. Очень много времени спустя, сначала звездная система, потом галактика, потом кластер галактик и наконец вся материальная вселенная будут использованы расширяющейся биосферой.

---

Помните, что в глобальном масштабе времени у жизни нет выбора: она должна использовать естественные ресурсы, чтобы выжить. И я полагаю, что она это сделает.

Луч света, посланный с Земли, находящейся в начале вселенной достигнет противоположной стороны последней в момент ее максимального расширения, так что космический аппарат, запущенный через несколько миллиардов лет и имеющий энергию, о которой говорилось выше, прибудет в ту же точку немногим позже светового луча, сразу после того, как вселенная начнет сокращаться. Я полагаю, что полное заселение вселенной будет технически возможно к этому времени при использовании технологий, которыми мы будем обладать в ближайшие полвека. Компьютерная симуляция биосферы, завоевывающей вселенную изображена на рис. II.3, II.4, II.5.

На первом рисунке показана вселенная через 10^16 лет. Она примерно в 3 тысячи раз больше, чем сейчас. В таком масштабе размеры вселенной в настоящее время соответствуют точке в конце этого предложения. Вселенная представлена в виде двухмерной сферы, Земля расположена на ее северном полюсе. Противоположная сторона вселенной - точка-антипод таким образом находится на южном полюсе. Черный круг на сфере показывает положение вспышки света, посланной с Земли в 1993 году. Этот свет достиг экватора сферы, то есть за 10^16 лет он покрыл только половину расстояния от Земли до точки-антипода. Зачерненная область обозначает биосферу, которая к этому времени поглотила около одной трети вселенной.

Второй рисунок показывает вселенную через 10^17 лет от настоящего времени. Она все еще расширяется, и стала больше, чем на предыдущем рисунке. Жизнь поглотила теперь около трех четвертей вселенной. Луч света, оставивший Землю 10^17 лет назад все еще не достиг точки-антипода, хотя и близок к ней. Расширяющаяся биосфера немного отстает от луча.

Третий рисунок показывает вселенную спустя 10^18 лет от настоящего времени. Вселенная продолжает расширяться, и стала больше, чем на предыдущем рисунке, но она уже очень близка к своему максимальному размеру. Жизнь поглотила около 90% вселенной. Свет, пущеный с Земли 10^18 лет назад уже достиг точки-антипода.

На четвертом рисунке показана вселенная 10^19 лет спустя. Она уже миновала стадию максимального расширения и теперь сокращается. Теперь она меньше, чем на предыдущем рисунке. Жизнь полностью завоевала вселенную. Черный круг все еще обозначен, как и на предыдущих рисунках он изображает луч света, посланный с Земли в 1993 году, но теперь он дошел до точки-антипода и отразился обратно к Земле.

---