Скорость света как логический предел скорости передачи информации

Вопреки тому, что Вы могли прочитать в научной фантастике, скорость света является предельной скоростью, с которой может распространяться информация в нашей Вселенной. Этот предел обусловлен вовсе не тем, что наши технологии несовершенны. Этот предел носит фундаментальный, не столько даже физический, сколько логический характер. Из теории относительности следует, что предмет, движущийся со скоростью выше скорости света, оказался бы способен переместиться в прошлое и нарушить порядок следования причины и следствия со всеми вытекающими отсюда логическими парадоксами. Например, «парадоксом дедушки», когда путешественник во времени перемещается в прошлое, убивает своего деда, когда тот ещё находится в младенчестве, в результате сам путешественник впоследствии не появляется на свет. Возникает естественный вопрос: а кто же тогда убил дедушку?

К счастью, природа не допускает подобных парадоксов и всегда следует принципу причинности (подробнее см. статью в Википедии ).

Перемещение информации со скоростью выше скорости света столь же логически невозможно, как температура ниже абсолютного нуля.

Правда, здесь необходимо сделать две оговорки:

1) Принцип причинности не накладывает никаких ограничений на скорость перемещения материи и энергии, не несущих в себе никакой информации. Именно поэтому я и пишу в повести, что из туннелей в пространстве времени, призванных обеспечивать перемещение со скоростями выше скорости света, на выходе всегда вылезала непонятная «каша» из элементарных частиц, не несущая никакой информации.

2) Если быть совсем точным, перемещение информации выше скорости света логически невозможно только в такой вселенной, в которой логически невозможна машина времени. Те, кто читал книжку Девида Дойча «Структура Реальности» (, возможно, помнят, что в гипотезе мультиверса машина времени оказывается логически допустима, но, во-первых, справедливость этой гипотезы ещё надлежит доказать, во вторых, логическая возможность не обязательно означает физическую реализуемость, и в третьих, даже если это физически реализуемо в мультиверсе, в результате движения со скоростью выше скорости света Вы неизбежно окажетесь в другой параллельной вселенной — движение со скоростью, превышающей скорость света в пределах лишь одной из параллельных вселенных, по-прежнему будет вызывать логические парадоксы и, следовательно, по-прежнему остаётся логически невозможным.

Поэтому для системы, описываемой в повести, т. е. системы, стремящейся распространить своё влияние именно на Нашу (а не параллельную) Вселенную, скорость света является фундаментальным пределом, исходя из которого и строится вся система.

 

Существует ли на самом деле обмен кометами между звёздными системами?

Буду цитировать статью: «Происхождение комет: новый взгляд на старую проблему», автор А. Цицин: . Подзаголовок статьи: «Концепция реликтового резервуара кометных тел как унитарного источника комет Солнечной системы». Обратите внимание на слова «унитарный источник». Автор пытается доказать, что все кометы, наблюдаемые в нашей солнечной системе, образовались вместе с нашей солнечной системой, т. е. чужих комет у нас нет. Но даже если предположить, что автор этой статьи прав абсолютно во всём, из неё всё равно не следует, что в нашей солнечной системе нет ни одной кометы «инородного» происхождения.

Судите сами. Он пишет:

«Оценочно, современный эффективный радиус диффузионного роя кометных тел — реликтовых диссипантов из Солнечной системы, видимо, не превосходит максимум 20–30 пс < 100 св. лет».

Позволю себе напомнить, что в радиусе всего лишь 4 парсек от Солнца находится более двадцати звёзд, а в радиусе 20–30 парсек их уже сотни! Как показывают последние исследования, планетные системы вокруг звёзд — не такая уж большая редкость, а значит, не могут быть большой редкостью и диффузионные рои кометных тел вокруг них. Десятки диффузионных роёв кометных тел, накладывающихся друг на друга, внутри которых плавают сотни звёзд.

Правда, тут есть один тонкий момент: звёзды движутся относительно друг друга с довольно большой скоростью, и кометы оказываются «привязаны» к «родной» звезде тем обстоятельством, что их скорости мало отличаются от скорости «родной» звезды.

Как пишет автор статьи:

«Почему мы не видим „чужие“ (с эксцентриситетом е>>1) кометы?

Ввиду больших, сравнительно с межзвёздными расстояниями, размеров диффузионных роёв, видимо, в любом таком рое количество „чужих“ кометных тел может быть много больше, чем своих. Почему же мы не видим их?!

Ответ прост. Поскольку чужие кометные тела, вместе с их звёздами, имеют относительно Солнца скорости в среднем =20 км/с, а свои, судя по энергии Е приходящих гиперболических комет, — v=0.1 км/с, то чужие — почти не испытывают гравитационной фокусировки к Солнцу. Свои же в полной мере подвержены ей».

Обратите внимание на слова: «в среднем =20 км/с». Это всё равно, что средняя температура по больнице. Среди тех двадцати звёзд, которые находятся на расстоянии менее 4 парсек от Солнца, есть одна звезда, которая движется относительно солнца со скоростью 240 км/сек. Но есть также и звёзды, которые движутся со скоростью 4, 3, а одна даже 1 км/с.

А теперь вспомним такое явление, как эффект «гравитационной пращи», с помощью которого американские межпланетные станции «Вояджер» смогли разогнаться в гравитационном поле Юпитера до скоростей, позволивших им вырваться за пределы солнечной системы. Вспомните, как много среди вновь открытых планетных систем планет-гигантов, гораздо более крупных, чем наш Юпитер. Как много, в конце концов, просто двойных звёзд, ещё более массивных, чем планеты-гиганты. Конечно, никто в глубинах космоса специально не рассчитывает траектории комет таким образом, чтобы они испытали эффект «гравитационной пращи». (Хотя как знать. Но об этом .)

Просто при хаотическом движении миллионов комет какая-то из них случайно (но при этом неизбежно) должна пройти мимо тяжёлого небесного тела, которое изменит её скорость таким образом, что комета перейдёт из одного кометного роя в другой.

Мы не можем априори утверждать, что все кометы, движущиеся относительно солнца с относительными скоростями не более 0.1 км/с, не являются пришельцами из других кометных роёв — они могли приобрести такую скорость в результате гравитационных возмущений от других звёзд и их планет, и после этого они уже неизбежно оказываются захвачены Солнцем.

Мысли вдогонку.

Когда, уже после написания повести, я поглубже вдумался в содержание упоминаемой выше статьи «Происхождение комет: новый взгляд на старую проблему» ), мне стало ясно, что описанный в повести сценарий «засева» двух звёзд подряд одной кометой крайне маловероятен из-за эффекта гравитационной фокусировки кометных роёв их звёздами. Переход одной кометы из одного роя в другой — событие хоть и маловероятное, но возможное в силу различных гравитационных возмущений. Но вероятность того, что такой переход совершит дважды одна и та же комета, неизмеримо меньше в силу того, что для одной кометы малые вероятности этих двух событий надо умножать друг на друга и в результате получается совсем уж малое число.

Гораздо более правдоподобным представляется сценарий, когда одна комета засевает чужую звёздную систему, и эта чужая звёздная система сама становится источником, засевающим кометы из своего роя. Раньше или позже комета из этого роя переходит в следующий рой, засевает ещё одну звёздную систему, и так далее. При этом, если какой-то звёздной системе удаётся засеять в среднем более одной новой звёздной системы, начнётся цепная реакция засеивания.

Будут ли это управляемые кометы (зонды, изготовленные из кометных ядер, ) или неуправляемые (обычные кометы), в принципе не так уж важно, разница только во временны́х характеристиках этого процесса. Возможны также смешанные стратегии, при которых используются как управляемые кометы (для достижения заранее выбранных наиболее желательных целей), так и неуправляемые кометы для обеспечения serendipity (способности находить то, чего специально не искал, но что пришлось очень кстати).

Случай с использованием только неуправляемых комет очень важен с естественнонаучной точки зрения, поскольку позволяет объяснить парадокс неожиданно быстрого возникновения достаточно сложной одноклеточной жизни на Земле сразу же, как только планета достаточно остыла для того, чтобы поддерживать жизнь. Попытки объяснить возникновение сложных одноклеточных организмов процессом эволюции, произошедшим на Земле, упираются в острую нехватку времени для этого процесса. Если же предположить, что этот процесс эволюции прошёл не на Земле, а очень далеко отсюда, проблема нехватки времени снимается. Для засеивания звёздных систем одноклеточными организмами с помощью процесса диффузии неуправляемых комет из одного звёздного роя к другому не требуется вмешательства никакой разумной силы. Это естественный стихийный процесс.

То обстоятельство, что засев двух звёзд одной кометой маловероятен, позволяет дать грубую оценку распространённости жизни в Галактике. Расстояние между двумя источниками засеивания не должно превышать радиуса кометного роя, т. е. порядка 20–30 парсек. Иными словами, возможно, мы нашли значение одного из коэффициентов в формуле Дрейка.

 

Зачем использовать кометы, когда можно было бы использовать звездолёт? Не лучше ли предположить целенаправленные механизмы распространения объектов сверхмалых размеров между звёздами?

Целенаправленные механизмы всегда лучше слепого случая.

Но надо ясно понимать, что для путешествий в межзвёздном пространстве необходима очень серьёзная защита от радиации, гораздо более серьёзная, чем при путешествиях внутри солнечной системы под прикрытием магнитного поля Солнца.

Самой опасной компонентой галактического излучения, в значительной степени экранируемой магнитным полем Солнца, являются потоки тяжёлых заряженных частиц (heavy charged particles — на тот случай, если Вы сами захотите поискать на англоязычной части интернета). Во вселенной полно естественных «синхрофазотронов», гораздо более мощных, чем земные. Ядро тяжёлого элемента, единожды разогнанное, может пролететь в космическом вакууме гигантские расстояния, не потеряв своей кинетической энергии. И энергия эта гораздо выше, чем у лёгких одиночных протонов и нейтронов, вылетающих из земных ускорителей. Эти частицы способны произвести очень серьёзные разрушения в биологических клетках и в электронных микросхемах. И защита от них требуется более серьёзная, чем толстые стенки из свинца, используемые на земных ускорителях.

И чтобы объекты сверхмалых размеров не оказались разрушены жёстким галактическим излучением за время путешествия, которое может продлиться миллионы лет, их необходимо спрятать в многокилометровую толщу воды или льда.

В ходе строительства звездолёта вы, конечно, можете таскать по одному ведру эти миллиарды тонн воды с Земли, раз за разом преодолевая все трудности, связанные с выходом из гравитационного колодца, но существует гораздо более элегантное решение. В конце концов, вся вода на Земле происходит из упавших когда-то на неё комет. Так не лучше ли просто взять ещё не упавшую на землю комету и переоборудовать её в звездолёт?

Такая комета может двигаться меж звёзд случайным образом, как описано в повести. Но, в принципе, ничто не мешает нам слегка помочь случаю — заставить наномашины построить на поверхности кометы корректирующий двигатель, использующий в качестве рабочего тела водяной пар, получаемый из самой кометы. Источником энергии для такого двигателя может послужить водород, добываемый на комете в качестве топлива для термоядерного реактора. Наномашины смогут также построить систему навигации, которая будет прокладывать траекторию кометы таким образом, чтобы в максимальной степени использовать эффект гравитационной пращи при прохождении каждого из посещаемых объектов. Тогда скорость развёртывания  технокосма по галактике ускорится на много порядков. Но даже тот простейший вариант, который, чтобы не усложнять сюжет, описан в повести (без двигателей и навигации), всё равно будет работать, только очень медленно (а куда, собственно говоря, спешить бессмертным?).

Надо не забывать, что как только цивилизация, строящая Технокосм, войдёт в контакт с другими цивилизациями, на неё буквально польётся ежедневный дождь гигантских объёмов информации, наработанной другими цивилизациями за весь срок их существования, и всю эту информацию необходимо будет как-то хранить и перерабатывать. Не исключено, что уже по этой причине строители Технокосма захотят ограничить скорость его распространения.

Я хотел бы особо остановиться на этом моменте. Некоторым читателям кажется, что если скорость передачи информации ограничена скоростью света, то и информация в Технокосме будет капать от узла к узлу «по чайной ложке», и видят в этом главный недостаток Технокосма, мешающий его быстрому прогрессу. Эти читатели путают два понятия: «скорость передачи информации» и «пропускная способность канала связи». Это две совершенно разные вещи, мало связанные между собой.

Технокосм — это как раз и есть способ обойти проблему конечности скорости света и её потенциально удушающее влияние на темпы прогресса цивилизации. Чтобы понять, каким образом Технокосм решает эту проблему, воспользуемся аналогией из земной жизни. На земле есть два способа перевозки грузов на дальние расстояния: быстрый, но дорогой — самолётом, и медленный, но дешёвый — морем. В случае очень больших и тяжёлых грузов цены на авиаперевозки оказываются абсурдно большими, и про перевозку самолётом можно забыть. Приходится использовать морские перевозки, когда грузы путешествуют через океан неделями, а то и месяцами. Но означает ли это, что грузы в морской порт прибывают всего лишь раз в месяц, а остальное время получатели грузов сидят на берегу без дела и ждут прибытия парохода? Ничуть не бывало. Суда заходят в порт каждый день, и получатели едва успевают разгружать грузы. Почему? Потому что отправители не ждут от получателя подтверждения прибытия первой партии товара. На следующий же день после отбытия первого судна из пункта A в пункт B отправители грузят товар на второй корабль, тоже выходящий из пункта A в пункт B. И так каждый день. По всей ширине огромного океана образуется непрерывный караван, одна большая цепочка кораблей, движущаяся из пункта A в пункт B. И если товар не скоропортящийся, то не очень важно, с какой скоростью она движется, важно лишь, чтобы она никогда не прерывалась. Количество товара, прибывающего в сутки, гораздо больше зависит от водоизмещения судна, чем от его скорости.

Точно так же протокол связи, используемый в каждом узле Технокосма, не ждёт квитирования получения сообщения от следующего узла. Он отправляет сообщения одно за другим, не дожидаясь получения подтверждения от следующего узла, он только оставляет у себя резервные копии всех сообщений. Если приходит подтверждение о получении, он эти копии стирает, но если по истечении срока, равного удвоенному числу световых лет до соседнего узла, подтверждения оттуда так и не пришло, он повторяет посылку сообщения — и так до тех пор, пока не получит квитанцию.

Это было небольшое отступление, а теперь возвращаюсь к вопросу об использовании комет для строительства Технокосма.

Я полагаю, что если кто-то во Вселенной уже начал строить технокосм, то скорее всего они используют смешанную тактику: используют как немногочисленные целенаправленные зонды (возможно, даже переоборудованные из тех же самых комет добавлением к ним реактивных двигателей), так и многочисленные неуправляемые кометы. Например, на каждый миллион неуправляемых комет они могут запускать один целенаправленный зонд. Самая большая проблема здесь — в определении цели. Вы должны знать, куда и зачем Вы посылаете дорогой зонд. А он будет дорогим уже в силу того, что он нуждается в управлении. Управление нуждается в знании, а добыча знания — это всегда самый дорогой процесс, известный разумным существам.

С другой стороны, практически бесплатные неуправляемые кометы обеспечивают то, что называется serendipity — способность находить то, что специально не искал, но что в конце концов оказалось очень кстати.

 

Почему вода в качестве радиационной защиты?

Возможно, вещество астероида подошло бы для защиты от тяжёлых заряженных частиц лучше, но его труднее использовать в качестве рабочего тела и тем более невозможно использовать в качестве топлива для термоядерного реактора.

Вода хорошо защищает от лёгких заряженных частиц (протонов и альфа-частиц), содержащихся в излучении солнца (от которого тоже надо как то защищаться). Чтобы прикинуть, какой должна быть толщина защиты, можно вспомнить некоторые проекты пилотируемой экспедиции к Марсу, в которых предлагалось окружить жилой модуль резервуаром с водой толщиной порядка метра. Это — для защиты космонавтов, то есть многоклеточных существ, способных на ходу ремонтировать повреждённые клетки своего организма. При этом защита эта — в основном от излучения солнца (предполагается организовать экспедицию в год активного солнца, когда магнитосфера солнца раздувается и лучше защищает Марс от галактической радиации).

Если нам необходимо защитить не только от солнечной, но и от галактической радиации устройства размером с одноклеточные организмы, которые будут лежать замороженными и неспособными к саморемонту, и не на пару лет, а на сотни тысяч лет, то очевидно, что толщина защиты должна быть на порядки больше чем несколько метров. Короче говоря, чем глубже они сумеют зарыться в ядро кометы, тем больше шансов, что некоторые из них сумеют достигнуть пункта назначения.

 

Симбиоз

Советую войти в любую машину поиска и провести поиск по ключевым словам «симбиоз» и «эволюция». Вот первая ссылка, которая попалась мне при таком поиске (обратите внимание на заголовок статьи — «Симбиоз является более мощным двигателем эволюции, чем конкуренция»):

 

Молибден

По поводу молибдена я могу повторить цитату из книги И. С. Шкловского «Вселенная, жизнь, разум» (глава 17, стр. 227 в пятом издании):

«Крик и Оргелл приводят два чисто биологических аргумента в пользу гипотезы «направленной панспермии». Они полагают, что химический состав живых организмов в какой-то степени должен отражать химический состав среды, в которой проходила их эволюция. Поэтому присутствие в составе организмов элементов, исключительно редких на Земле, может служить намёком на то, что жизнь зародилась далеко за пределами нашей планеты, где химический состав среды совсем иной. Почему, например, довольно важное место в жизнедеятельности клеток занимает молибден, в то время как гораздо более обильные и химически сходные с ними хром и никель заметной роли в биохимических процессах не играют? Между тем, известны очень редкие звёзды с аномально высоким содержанием молибдена. Может быть, они окружены богатыми молибденом планетами?»

Глава в книге «Вселенная, жизнь, разум», где упоминается гипотеза Крика-Оргелла:

И. С. Шкловский. «Вселенная, жизнь, разум». Начало книги расположено по адресу:

(Тем, кто читает по-английски, могу посоветовать более подробное описание гипотезы Крика-Оргелла в Internet Encyclopedia of Science, статья «directed panspermia» . Подробнее о роли молибдена в земной биологии см статью по адресу , раздел «Biological role», расположенный ближе концу этой очень длинной статьи.)

 

Прионы

Что такое прионы (статья из Википедии):

О связи между людоедством и прионными заболеваниями: