В.Г. Гурзадян, Р. Пенроуз Конформная циклическая космология (ССС) и парадокс Ферми CCC and the Fermi paradox V. G. Gurzadyan1;2 and R. Penrose3 1 SIA, Sapienza University of Rome, Rome, Italy 2 Center for Cosmology and Astrophysics, Alikhanian National Laboratory and Yerevan State University, Yerevan, Armenia 3 Mathematical Institute, Oxford OX2 6GG, U.K.

Введение

Так называемый парадокс Ферми [1] представляет собой загадку, возникающую из предположения, что наша цивилизация не может быть первой, возникшей в нашей галактической окрестности. Если это так, то фактор случайности ведет к тому, что могут существовать и тысячи других цивилизаций, находящихся на нашем уровне развития. Возможно, такие далеко продвинутые цивилизации могли бы, например, посещать нас или, по крайней мере, посылать нам сигналы, которые можно было бы расшифровать. Программа SETI, которая проводится уже много лет с целью детектирования таких сигналов, к успеху пока не привела. Загадка этого молчания («Где же они?») продолжает привлекать внимание, причем объясняют этот феномен самыми разными причинами [2] – от локальной уникальности нашей цивилизации до многочисленных схем ненаблюдаемости. Это отражает, с одной стороны, необычайную широту темы кажущегося парадокса, а с другой, существенный недостаток наших знаний о многих рассматриваемых параметрах. В предлагаемой заметке мы привлекаем внимание к совершенно другому аспекту этой проблемы, происходящему из схемы конформной циклической космологии (ССС) [3], предлагающей новый взгляд на проблему происхождения и эволюции Вселенной. Хотя ССС была впервые рассмотрена десять лет назад [4], лишь сравнительно недавно было получено наблюдательное доказательство [5-7], подтверждающее некоторые из теоретических выводов ССС, которые трудно включить в стандартную инфляционную модель АСDМ. Согласно ССС, рассматривающей всю историю нашей Вселенной от ее происхождения в результате Большого взрыва до бесконечного экспоненциального расширения в отдаленном будущем, наша Вселенная является лишь одним из эонов в бесконечной последовательности аналогичных эонов. Согласно ССС, нынешний эон очень похож на картину, которую дает модель АСDМ, но отличается от нее в том, что ранняя инфляционная фаза АСDМ (продолжавшаяся от 10-36 до 10-32 сек после Большого взрыва) не является особенностью нашего нынешнего эона, но является эффектом, возникшим после экспоненциального расширения эона, предшествовавшего нашему [3, 5]. В ССС нет фазы сжатия, но существует переход от экспоненциального расширения одного эона к Большому взрыву следующего эона. Этот переход содержит промежуточную фазу, когда материальное содержание Вселенной состоит исключительно из безмассовых частиц, удовлетворяющих конформно-инвариантной динамике. Это ведет к отсутствию эффективного масштабирования (как в пространственных, так и во временной размерностях) в переходной фазе с сохранением причинно-следственной структуры (хорошо определенные нулевые конусы), позволяющей соединить бесконечно отдаленное будущее предшествовавшего эона с Большим взрывом последующего. Хорошо определенные динамические уравнения позволяют осуществить этот переход детерминированным образом (хотя в этой динамической эволюции остаются некоторые нерешенные вопросы [3, 5]). 1. Сигналы от взаимодействующих черных дыр предшествующего эона. Важной особенностью ССС является вывод о том, что события, имевшие место в предшествовавшем эоне, могут вызывать наблюдательные следствия в нашем эоне. В ранней работе [3, 5] (см. также [6]) мы сконцентрировались на наиболее бурных процессах, которые могли происходить в предшествовавшем эоне, а именно на взаимодействии между сверхмассивными черными дырами. Гравитационные волны, возникающие в ходе таких взаимодействий, производят огромное количество энергии в течение длительного времени и, согласно ССС, могут создавать круговые особенности в микроволновом фоне нашего неба, вокруг которых дисперсия температуры должна быть существенно меньше, чем в среднем [5], а температура существенно больше или существенно меньше, чем в среднем, в зависимости от того, является ли источник экстремально далеким или относительно близким. Угловой радиус таких колец на небе микроволнового фона может достигать 20о или около того, при толщине колец, в основном, около 4о, с минимумом около 2о. Более того, поскольку взаимодействия сверхмассивных черных дыр могут быть повторяющимися феноменами в пределах одного скопления галактик, несколько таких колец могут оказаться концентрическими. Подробности см. в [5], где мы также показали, что существуют некоторые доказательства реального присутствия таких колец в данных WMAР. Стоит отметить, что в независимом исследовании [10] недавно было подтверждено наличие существенных особенностей в данных WMAР, изначально отмеченных в [5], хотя авторы утверждают, что такие особенности могут возникнуть и в рамках обычной АСDМ. В [5] мы также показали, однако, что эти особенности критически зависят от их круговой формы (как предсказывает ССС), и что, если тот же анализ применить к поискам колец не круговой, а эллиптической формы, то число таких образований резко падает до нуля с увеличением эллиптичности (особенность, также отмеченная в [7]). Особенно поражающим результатом этого анализа стало обнаружение сильного отклонения от однородности, когда центры колец заметно сконцентрированы в некоторых областях микроволнового фона неба (СМВ). Должно быть понятно, что, хотя этот результат и не был предсказан в ССС, он очень хорошо соответствует этой схеме, так как в эоне, предшествовавшем нашему, могли быть области с крупными сверхскоплениями галактик, причем в галактиках могли находиться сверхмассивные черные дыры. В конвенциональной картине АСDМ, с другой стороны, очень трудно создать такие большие отклонения от однородности, поскольку для этого требуются случайные квантовые эффекты в первичном поле инфляции. Мы повторили наш анализ, используя более поздние данные, полученные от спутника «Планк» [11], и обнаружили такую же картину неоднородностей, как в данных WМАР, однако теперь даже более выраженную, чем прежде. На рис. 1 приведены карты наборов кругов низко-температурных дисперсий СМВ, основанные на анализе данных «Планк-2015» на частоте 70 Ггц [11]. Результаты согласуются с нашим первичным анализом данных WМАР в [5] и [10], хотя, как отмечалось выше, эти авторы утверждают, что их анализ совместим со стандартной картиной АСDМ, несмотря на наблюдаемое очень неоднородное распределение, как можно видеть из рис. 1 и 2. Отметим, что исключены центры, расположенные в пределах 40о от галактической плоскости. На рис. 1а показаны кольца, концентрирующиеся по меньшей мере в 3 набора (1134 центра), а на рис. 2b показаны кольца, концентрирующиеся по меньшей мере в 4 набора (457 центров). Эта экстремальная неоднородность частично доказана на рис. 2, где изображены сами центры (в случае рис. 1а, центры, содержащие ≥ 3 колец). Центры теплых колец показаны красным цветом, а центры холодных – голубым. Специально отмечено, в соответствии с ССС, что существует сильная корреляция между средними температурами колец и скоплением центров. Как было замечено ранее, ССС-интерпретация заключается в том, что теплые кольца имеют голубое смещение (парадоксально показанное традиционным красным цветом на рисунке), а холодные кольца (показанные голубым цветом) имеют красное смещение. В ССС более далекие источники (опять же, парадоксально) создают сигналы, смещенные в голубую сторону, поскольку импульсы гравитационных волн направлены к нам, как показано красным цветом на рисунке, в то время как относительно близкие источники предстают сигналами, смещенными в красную сторону, поскольку импульсы гравитационных волн направлены от нас, как показано голубым цветом на рисунке. В каждом случае мы не видим непосредственно гравитационные волны, но уравнения ССС говорят нам, что энергия гравитационного импульса переходит в движение распределения ранней темной материи; следовательно, корреляция с температурой лишь упоминается. 2. Где можно увидеть сигналы цивилизаций предыдущего эона? В соответствии с этой интерпретацией, мы заключаем, что, согласно ССС, существовала экстремально большая и очень далекая концентрация источников, показанная красным цветом на рис. 2 справа, ниже исключенной экваториальной области. Есть также относительно тесная и большая концентрация источников выше экватора в направлении северного галактического полюса, также в правой части рисунка. Если мы обсуждаем сигналы от цивилизаций из предшествовавшего эона, то эти области могут быть наиболее перспективными местами для поиска, так как, согласно ССС-интерпретации, именно там могло располагаться подавляющее число очень больших галактик, и, следовательно, существует большая вероятность развития и долгой стабильности высокоразвитых технических сообществ. Рис. 1. Области низкодисперсных кругов, содержащие 3 и более кругов (а, верхняя карта) и 4 и более кругов (b, снизу) с глубиной вариаций более 15 μК (для деталей см. [5]) по данным «Планк-2015» на 70 Ггц, Nside = 1024. Какой тип сигналов цивилизации могли бы предположительно посылать? Выглядит чрезвычайно маловероятным, чтобы манипуляция со сверхмассивными черными дырами оказалась эффективным способом сигнализации внутри собственного эона даже для сверхразвитых цивилизаций задолго до того, как эон вступит в негостеприимную терминальную стадию развития. Из нашего собственного ограниченного и относительно экстремально примитивного опыта, значительно более предпочтительной является посылка электромагнитных сигналов (хотя нейтрино сейчас представляет также и другую возможность). Конформная инвариантность уравнений Максвелла дает нам возможность отправлять сигналы, способные выжить от одного эона до следующего при условии, что длина волны достаточно велика, чтобы избежать чрезмерного рассеяния на заряженных частицах на ранних стадиях эволюции последующего эона. С какой целью цивилизации эона могут передавать сигналы в последующий эон, зная, что двухсторонняя связь в этом случае невозможна? Может, это желание предохранить цивилизации следующего эона от неприятностей судьбы, от которых их можно избавить? В таком случае целью может быть просто передача информации от их эона нашему. Существует альтернативная идея панспермии информации [12], так называемое «двадцать третье решение парадокса Ферми» в [2], то есть распространение «кодов жизни» с использованием таких сигналов, как битовые строки генома человека и других видов земной жизни. Рис. 2. Центры наборов из рис. 1а с установленной средней температурой наборов. В первом случае информация передается с возможностью будущего декодирования – видимо, с альтруистическими целями. Второй случай может быть рассмотрен как способ перемещения цивилизации от одного эона к следующему или в пределах одного эона. Это может быть примером того, что мы называем «информационной панспермией» [12], основанной на факте, что геном человека (или других земных видов, имеющих существенно общие части геномов, чья эволюция началась от бактерии) имеет низкую колмогоровскую сложность. (См., напр. [13] относительно декодирования генома человека.) Колмогоровская сложность определяется как минимальная длина двоичного кода (в битах), требуемая для описания системы х, т.е. достаточно сложна, чтобы можно было полностью восстановить начальную систему [14]: К (φ(р), х) = minp: φ=xl(p) (1) где φ(р, х) – рекурсивная функция, рассчитываемая алгоритмически машиной Тьюринга, а l(p) – длина программы р. Соответствующие битовые строки могут быть представлены как переданные, например, внутри одного эона, на галактические расстояния с помощью антенны типа Аресибо. Можно предположить, что переданная таким образом информация, если ее декодируют автоматы фон Неймана или другие подобные устройства, может быть эквивалентна путешествию цивилизации внутри эона или, возможно, даже от одного эона ССС к другому. Может, с помощью сигналов, полученных из предыдущего эона, можно воссоздать цивилизацию предыдущего эона? Идея может показаться надуманной, но не следует исключать ее, не обсудив. Без сомнения, могут быть и другие многочисленные возможности, которые мы не представляем. Наконец следует задуматься о том, какой интенсивности сигнал должен быть послан из предыдущего эона, чтобы мы могли его наблюдать. Если мы говорим о современном уровне нашей технологии, которая может быть использована для наблюдений, и если предположить, что сигналы были посланы изотропно по всем направлениям, то речь идет об энергиях, сравнимых с энергией магнитного поля целой галактики. Это представляется весьма чрезмерным, и можно предположить, что цивилизация предыдущего эона в целях экономии отправляла сигнал по направлениям, которые выглядят обещающими, соответственно с их расчетами областей, способных дожить до нашего эона, и где могла бы возникнуть разумная жизнь. Кроме того, нашей нынешней технологии недостаточно, чтобы анализировать сигналы, возникшие ранее Большого взрыва. Значительно большие технологические возможности можно ожидать в будущем, и это позволит исследовать предполагаемые сигналы от предыдущего эона (ССС) со значительно бóльшим разрешением, чем это возможно сегодня – независимо от того, отправлены ли эти сигналы цивилизациями, описанными выше!

Литература

  1. Davies, P.C.W. The Eerie Silence: Searching for Ourselves in the Universe, Houghton Mi_in Harcourt, 2011.

  2. Webb, S., If the Universe Is Teeming with Aliens ... Where is Everybody?: Seventy-Five Solutions to the Fermi Paradox and the Problem of Extraterrestrial Life, Springer, 2015.

  3. Penrose, R., Cycles of Time: An Extraordinary New View of the Universe. (Bodley Head, London, 2010).

  4. Penrose, R., Before the big bang: an outrageous new perspective and its implications for particle physics. In EPAC 2006 - Proceedings, Edinburgh, Scotland, pp.2759-62 ed. C.R.Prior (European Physical Society Accelerator Group, EPS-AG), 2006.

  5. Gurzadyan, V.G. and Penrose, R., Eur. Phys. J. Plus, 128, 22 (2013)

  6. Meissner, K.A., Nurowski, P. and Ruszczycki, B., Proc. Roy. Soc. A469, 2155 (2013).

  7. An, D., Meissner, K.A. and Nurowski, P.I. arXiv:1510.06537 (2015).

  8. Tod, K.P., Gen. Relativ. Gravit, 44, 2933 (2012).

  9. Nelson, W. and Wilson-Ewing, E., Phys.Rev., D84, 043508 (2011).

  10. DeAbreu, A., Contreras, C., Scott, D., arXiv:1508.05158 (2015).

  11. Planck Collaboration I, A&A submitted; arXiv:1502.01582 (2015).

  12. Gurzadyan, V.G., Observatory, 125, 352 (2005).

  13. Gurzadyan, V.G., Yan H., Vlahovic G., et al, Roy. Soc. Open Sci. 2, 150143 (2015).

  14. Kolmogorov, A.N., Probl. Information Transfer, 1, 3 (1965).

Перевод П.Р.Амнуэля

Поступила 31.01.16