Страница:
[55]Образование микроскопической черной дыры, даже если она будет устойчивой (а большинство ученых считают, что она распадется за малые доли секунды благодаря излучению Хокинга, хотя есть и несогласные
[56]), не должно привести к немедленному засасыванию в нее всего вещества Земли, так как ее размеры будут близки размеру атома, а вокруг нее будет микроскопический аккреционный диск, который будет дозировать поступление вещества. Но такая микрочерная дыра неизбежно упадет в сторону центра Земли, проскочит его и начнет совершать колебательные движения.
5) Возникновение магнитного монополя на LHC в ЦЕРН. Магнитный монополь гипотетически может ускорять распад протонов, приводя к огромному выделению энергии, однако в отчете ЦЕРН по безопасности предполагается, что даже если такой монополь возникнет, он быстро покинет Землю.
6) Инициирование нового Большого взрывапри экспериментах на ускорителях. В определенном смысле этот процесс аналогичен распаду фальшивого вакуума. Ключевым для его запуска является достижение сверхвысокой плотности энергии в 1076граммов на куб. см. Однако само количество энергии, необходимое для инициации процесса, может быть небольшим, возможно, меньше энергии взрыва водородной бомбы (Лесли [57]).
В этой связи представляет интерес гипотеза, что при возникновении разных вселенных с разными свойствами наибольшую долю вселенных составляют те, которые способны порождать новые вселенные. (Изначально такая гипотеза была высказана в связи с предположением, что такой процесс происходит в черных дырах.) Однако поскольку наша Вселенная еще и «тонко настроена» на то, чтобы быть пригодной для существования разумной жизни и способной развивать технологию, можно предположить, что именно разумные цивилизации некоторым образом способствуют повторению условий, ведущих к новому Большому взрыву, возможно, в ходе неудачных физических экспериментов.
Приведенный список наверняка неполон, так как он описывает только то, что мы знаем, тогда как в экспериментах мы сталкиваемся с тем, чего не знаем. С каждым годом вероятность опасного физического эксперимента возрастает, так как вводятся в строй все более высокоэнергетичные установки и изобретаются новые способы достижения высоких энергий, а также применения их к объектам, к которым они обычно не применяются в природе. Развитие технологий молекулярного производства и самовоспроизводящихся роботов позволит в будущем создавать гигантские установки в космосе, используя материал астероидов, по цене только первого робота-«семени», то есть практически бесплатно. Это позволит выйти на гораздо более высокие энергии экспериментов – и на новый уровень рисков.
Еще один интересный вариант нового глобального риска предложен в статье «Поведение распада фальшивого вакуума в поздние промежутки времени: возможные последствия для космологии и метастабильных инфляционных состояний», [58]в русскоязычной прессе пересказанной под броскими заголовками «Астрономы разрушат Вселенную». [59]В ней говорится, что скорость распада квантовых систем зависит от того, наблюдаются они или нет (проверенный факт), а затем это обращается на проблему наблюдения устойчивости Вселенной как целого в связи с проблемой так называемой темной энергии: «Измерив плотность темной энергии, мы вернули ее в начальное состояние, по сути, сбросив отсчет времени. А в этом начальном состоянии вакуум распадается в соответствии с “быстрым” законом, и до критического перехода к “медленному” распаду еще очень далеко. Короче говоря, мы, возможно, лишили Вселенную шансов на выживание, сделав более вероятным ее скорый распад».
Хотя вряд ли этот риск реален, сама идея иллюстрирует возможность того, что новый глобальный риск, связанный с физическими экспериментами, может прийти с самой неожиданной стороны.
Поскольку в экспериментах всегда имеет место доля риска, имело бы смысл отложить наиболее смелые из них до момента создания развитого ИИ. Часть экспериментов имеет смысл делать не на Земле, а далеко в космосе.
В ЦЕРН эта проблема частично решается через создание анонимных экспертных комиссий для оценки рисков. (Однако анонимность делает авторов такого отчета более безответственными.) И если такая комиссия говорит нам, что шанс катастрофы составляет 1 на 100 миллионов, мы можем это понимать как то, что шансы того, что эта комиссия ошибается, составляют 1 на 100 миллионов. Иначе говоря, если бы эта комиссия написала 100 миллионов отчетов по безопасности, то только один из них был бы ложным.
Очевидно, что ни один человек и никакая человеческая институция не могут быть безошибочными в такой степени. Ошибки и подлоги регулярно обнаруживаются даже в опубликованных в самых авторитетных научных журналах статьях, которые, как предполагается, прошли через руки нескольких рецензентов. Особенно этим отравлены области, где результат трудно проверить, а его коммерческое значение велико (например, медицинская статистика).
Я вовсе не утверждаю, что анализ безопасности физических экспериментов выполняется недостоверно, однако небольшую вероятность этого мы должны допускать. И она окажется значительно большей, чем вероятностная оценка, даваемая в самом исследовании. По доле отозванных или опровергнутых статей можно было бы оценить и вероятность наткнуться на достоверную статью. Хотя у меня нет точных цифр, но это никак не 1 к 100 миллионам, а скорее 1 к 1000, или, может быть, даже больше.
Из сказанного следует, что каковы бы ни были оценки безопасности, мы не должны им доверять более, чем на 99,99 процента, что автоматически делает эту величину максимально возможной оценкой безопасности.
Можно проиллюстрировать неприемлемость риска 1 к 100 миллионам и другим образом. Если это риск одного эксперимента, то это еще ничего. Но если бы такой эксперимент мог провести каждый из 6 миллиардов жителей Земли, то это означало бы неизбежную гибель Земли. Таким образом, эта оценка риска бессмысленна, если к ней не добавлено ограничение на число будущих опасных экспериментов.
Глава 16
В то время как одним сценариям вымирания мы можем приписать значительную вероятность, другие имеют шансы в тысячные или даже миллионные доли процента. Не проще ли пренебречь этими сценариями, так как погрешность более вероятных сценариев значительно перекрывает вклад маловероятных? Однако не только соображения «научной честности» могут побудить нас исследовать маловероятные сценарии. Нам нужны твердо обоснованные доказательства их маловероятности.
То, что кажется крайне маловероятным в одной системе описания, может выглядеть вполне реальным в другой. Например, с точки зрения статистики вероятность того, что в два небоскреба в Нью-Йорке одновременно врежутся два самолета – ничтожна. (А именно, примерно 1 раз в 20 миллионов лет, или даже еще реже, если основываться на временном промежутке примерно в 50 лет, отделяющем нас от предыдущей катастрофы такого рода, когда бомбардировщик Б-25 врезался в Эмпайр Стэйт Билдинг 28 июля 1945 года.) Даже в триллере Тома Клэнси «Долг чести» (1994), в котором, как считается, предсказаны события 11 сентября, Капитолий таранит только один самолет (правда, управляемый японцем-камикадзе из членов экипажа, а не из пассажиров).
Наконец, не трудно убедиться, что по большинству катастрофических сценариев нет научного консенсуса, и в некоторых случаях из тысяч исследователей только единицы считают некий сценарий возможным – а их коллеги вообще отказывают этим исследователям в статусе ученых и называют их рассуждения бредом (и часто бывают правы). Рассмотрим несколько гипотетических и маловероятных сценариев катастроф.
Изменение светимости Солнцаоказывает влияние на изменение климата Земли, что доказывается совпадением времени «малого» ледникового периода в XVII веке с минимумом солнечных пятен Маундера. [60]Возможно, с колебаниями светимости связаны и ледниковые периоды.
Процесс постепенного увеличения светимости солнца (на 10 процентов каждый миллиард лет [61]) приведет к выкипанию океанов – с учетом других факторов потепления – в течение миллиарда лет [62](то есть гораздо раньше, чем Солнце станет красным гигантом, и тем более белым карликом). Однако по сравнению с исследуемым нами промежутком в 100 лет этот процесс незначителен (если только он не будет проходить одовременно с другими процессами, ведущими к необратимому глобальному потеплению – см. далее).
Есть предположения, что по мере выгорания водорода в центральной части Солнца, что уже происходит, будет расти не только светимость нашей звезды (светимость растет за счет роста ее размеров, а не температуры поверхности), но и нестабильность ее «горения».
Уменьшение концентрации водорода в центре Солнца может спровоцировать конвекцию, в результате чего в ядро поступит свежий водород [63](обычно такого не происходит). Возможен ли такой процесс, будет ли он плавным или катастрофическим, займет ли годы или миллионы лет – трудно сказать. Шкловский предполагал, [64]что в результате конвекций температура Солнца падает каждые 200 миллионов лет на период порядка 10 миллионов лет и что мы живем в середине такого периода. То есть опасно завершение этого процесса, когда свежее топливо наконец поступит в ядро и светимость Солнца возрастет. (Однако это маргинальная теория, и в настоящий момент разрешена одна из основных проблем, которые ее породили, – проблема солнечных нейтрино.)
Важно, однако, подчеркнуть, что как сверхновая или новая звезда Солнце, исходя из наших физических представлений, вспыхнуть не может.
Вместе с тем, чтобы прервать разумную жизнь на Земле, Солнцу достаточно разогреться на 10 процентов за 100 лет (что повысило бы температуру на Земле на 10–20 градусов без парникового эффекта, а с учетом парникового эффекта, скорее всего, температура оказалась бы выше критического порога необратимого потепления).
Итак, один из вариантов глобальной катастрофы заключается в том, что в результате внутренних процессов светимость Солнца устойчиво возрастет на опасную величину (и мы знаем, что рано или поздно это произойдет). В настоящий момент Солнце находится на восходящем вековом тренде своей активности, но никаких особых аномалий в его поведении замечено не было. Вероятность того, что это случится именно в XXI веке, – ничтожно мала.
Второй вариант глобальной катастрофы, связанной с Солнцем, состоит в том, что одновременно произойдут два маловероятных события – очень крупная вспышка на Солнце и ее выброс в направлении Земли. Можно предположить, что в распределении вероятности такого события действует тот же эмпирический закон, что и относительно землетрясений и вулканов: 20-кратный рост энергии события приводит к 10-кратному снижению его вероятности (закон повторяемости Гутенберга – Рихтера).
В XIX веке наблюдалась вспышка, в 5 раз более сильная, чем самая сильная вспышка в XX веке. Возможно, что один раз в десятки и сотни тысяч лет на Солнце происходят вспышки, аналогичные по редкости и масштабности земным извержениям супервулканов. Но все же это крайне редкие события. Крупные солнечные вспышки, даже если они не будут направлены в сторону Земли, могут увеличить солнечную светимость и привести к дополнительному нагреву Земли. (Обычные вспышки дают вклад не более 0,1 процента.)
В настоящий момент человечество не способно как-либо повлиять на процессы на Солнце, и это выглядит гораздо более сложным, чем воздействие на вулканы. Идеи сброса водородных бомб на Солнце для инициирования термоядерной реакции выглядят неубедительно (однако такие идеи высказывались, что говорит о неутомимых поисках человечеством оружия судного дня). Есть довольно точно просчитанный сценарий воздействия на Землю магнитной составляющей солнечной вспышки. При наихудшем сценарии (он зависит от силы магнитного импульса и его ориентации – он должен быть противоположен земному магнитному полю) эта вспышка создаст сильнейшие наводки в электрических цепях линий дальней передачи электроэнергии, что приведет к выгоранию трансформаторов на подстанциях. В нормальных условиях обновление трансформаторов занимает 20–30 лет, и если все они сгорят, то заменить их будет нечем – на производство аналогичного количества трансформаторов потребуются многие годы, что организовать без электричества будет трудно. Это вряд ли приведет к человеческому вымиранию, но такая ситуация чревата мировым глобальным экономическим кризисом и войнами, а это может запустить цепь дальнейшего ухудшения ситуации.
Предполагается, что гамма-всплески происходят при столкновениях черных дыр и нейтронных звезд или при коллапсе массивных звезд. Если бы такого рода события произошли где-то сравнительно близко, это могло бы вызвать разрушение озонового слоя и даже ионизацию атмосферы.
Однако в ближайшем окружении Земли не видно подходящих кандидатов на роль соответствующего источника гамма-излучения. (Ближайший такой кандидат, звезда Эта Киля, – достаточно далеко, порядка 7000 световых лет, и вряд ли ось ее неизбежного в будущем взрыва будет направлена на Землю: гамма-всплески распространяются в виде узконаправленных пучков-джетов. У потенциальной гиперновой звезды WR 104, находящейся на почти таком же расстоянии, ось направлена почти в сторону Земли. [66]Но эта звезда взорвется в течение ближайших нескольких сотен тысяч лет, что означает шанс катастрофы в XXI веке менее 0,1 процента, а с учетом неопределенности параметров ее вращения и наших знаний о гамма-всплесках – и еще меньше [67]). Поэтому, даже с учетом эффекта наблюдательной селекции, который увеличивает частоту катастроф в будущем по сравнению с прошлым в некоторых случаях до 10 раз (см. мою статью «Природные катастрофы и антропный принцип»), вероятность опасного гамма-всплеска в XXI веке не превышает тысячных долей процента. При этом люди смогут пережить его в бункерах.
Оценивая риск гамма-всплексов, Борис Штерн пишет: «Возьмем умеренный случай энерговыделения 1052эрг и расстояние до всплеска 3 парсека, 10 световых лет, или 1019см – в таких пределах от нас находится с десяток звезд. На таком расстоянии за считанные секунды на каждом квадратном сантиметре попавшейся на пути гамма-квантов планеты выделится 1013эрг. Это эквивалентно взрыву атомной бомбы на каждом гектаре неба! Атмосфера не помогает: хоть энергия высветится в ее верхних слоях, значительная часть мгновенно дойдет до поверхности в виде света. Ясно, что все живое на половине планеты будет истреблено мгновенно, на второй половине чуть позже за счет вторичных эффектов. Даже если мы возьмем в 100 раз большее расстояние (это уже толщина галактического диска и сотни тысяч звезд), эффект (по атомной бомбе на квадрат со стороной 10 км) будет тяжелейшим ударом, и тут уже надо серьезно оценивать – что выживет, и выживет ли вообще что-нибудь». [68]
Штерн полагает, что такого рода всплески в нашей галактике случаются в среднем один раз в миллион лет. И если что-то такое произойдет на звезде WR 104, это может вызвать интенсивное разрушение озонового слоя на половине планеты. Возможно, гамма-всплеск стал причиной Ордовикового вымирания 443 миллиона лет назад, когда погибло 60 процентов видов живых существ. По мнению Джона Скейло (John Scalo) и Крейга Уилера (Craig Wheeler), гамма-всплески оказывают существенное влияние на биосферу нашей планеты приблизительно каждые пять миллионов лет. [69]
Даже далекий гамма-всплеск или иное высокоэнергетическое космическое событие может нести опасность радиационного поражения Земли– причем не только прямым излучением, которое атмосфера в значительной мере блокирует (лавины высокоэнергетичных космических частиц достигают земной поверхности), но и за счет образования в атмосфере радиоактивных атомов, что приведет к сценарию, схожему с применением кобальтовой бомбы. Кроме того, гамма-излучение вызывает окисление азота в атмосфере, в результате чего образуется непрозрачный ядовитый газ – диоксид азота, который, находясь в верхних слоях атмосферы, может блокировать солнечный свет и вызвать новый ледниковый период. Есть гипотеза, что нейтринное излучение, возникающее при взрывах сверхновых звезд, может в некоторых случаях приводить к массовому вымиранию живых существ, так как нейтрино упруго рассеиваются тяжелыми атомами, и энергия этого рассеивания достаточна для нарушения химических связей, а поэтому нейтрино чаще будут вызывать повреждения ДНК, чем другие виды радиации, имеющие гораздо большую энергию. [70]
Опасность гамма-всплеска – в его внезапности: он начинается из невидимых источников и распространяется со скоростью света. Но в любом случае он может поразить только одно полушарие Земли, так как длится только несколько секунд, самое большее – несколько минут.
Активизация ядра Галактики(где находится огромная черная дыра) – тоже очень маловероятное событие. В далеких молодых галактиках такие ядра активно поглощают вещество, которое закручивается при падении в аккреционный диск и интенсивно продуцирует очень мощное излучение, которое может препятствовать возникновению жизни на планетах. Однако ядро нашей Галактики очень велико, и поэтому может поглощать звезды почти сразу, не разрывая их на части, а значит, с меньшим излучением. Кроме того, оно вполне наблюдаемо в инфракрасных лучах (источник Стрелец А), но закрыто толстым слоем пыли в оптическом диапазоне, и рядом с черной дырой нет большого количества вещества, готового к поглощению, – только одна звезда на орбите с периодом в 5 лет, но и она может летать еще очень долго. И главное, ядро очень далеко от Солнечной системы.
Кроме дальних гамма-всплесков бывают мягкие гамма-всплески, связанные с катастрофическими процессами на особых нейтронных звездах – магнитарах. Так, 27 августа 1998 года вспышка на магнитаре привела к мгновенному снижению высоты ионосферы Земли на 30 км, однако этот магнитар находился на расстоянии 20 000 световых лет. Магнитары в окрестностях Земли неизвестны, но и обнаружить их может оказаться непросто.
Наша оценка вероятности опасных гамма-всплесков может быть серьезно искажена действием эффекта наблюдательной селекции в духе антропного принципа; более того, может сказаться эффект «отложенного спроса» – то есть те звезды, которые «отложили» свой гамма-всплеск (точнее, мы их наблюдаем таковыми в силу антропного принципа), чтобы разумная жизнь на Земле могла сформироваться, теперь могут его осуществить. (Есть предположения, что жизнь во Вселенной крайне редка именно потому, что подавляющее большинство планет стерилизуются гамма-всплесками. Подробнее см. мою статью «Природные катастрофы и антропный принцип». [71])
Итак, очень маловероятно, что гигантское цунами уничтожит всех людей – тем более что уцелеют подводные лодки, многие корабли и самолеты. Однако гигантское цунами может уничтожить значительную часть населения Земли, переведя человечество в постапокалиптическую стадию. Это вполне возможно, так как:
1) энергия цунами как поверхностной волны убывает пропорционально 1/R, если цунами вызвано точечным источником, и почти не убывает, если источник линейный (как при землетрясении на разломе);
2) потери на передачу энергии волной малы;
3) значительная доля населения Земли и огромная доля ее научного, промышленного и сельскохозяйственного потенциала находится непосредственно на побережье;
4) все океаны и моря связаны.
Именно в силу таких разрушительных свойств цунами идея использовать их как оружие уже возникала в СССР в связи с планами создания гигатонных бомб. При этом следует отметить, что, к счастью, наиболее опасные цунами порождаются линейными источниками – движениями геологических разломов, а наиболее доступные для использования людьми – точечные (например, взрывы бомб).
• взрыв супервулкана;
• падение астероида(ов);
• взрыв сверхбомбы;
• растрескивание Земли по линии океанических хребтов;
• неизвестные процессы в ядре Земли.
При равной энергии сверхземлетрясение будет менее опасным, чем сверхцунами, так как его энергия будет распределена по объему.
Выдвигалось маргинальное предположение, что при землетрясениях могут возникать не только сдвиговые деформации, но и сверхзвуковые ударные волны.
Одним словом, магнитное поле убывает достаточно медленно (хотя скорость процесса нарастает), так что вряд ли оно обнулится в ближайшие несколько десятков лет.
Другой сценарий, уже явно катастрофический, возможен, если изменение магнитного поля связано с изменениями потоков магмы в ядре, что может оказать влияние на глобальную вулканическую активность (есть данные по корреляции периодов активности и периодов смены полюсов).
5) Возникновение магнитного монополя на LHC в ЦЕРН. Магнитный монополь гипотетически может ускорять распад протонов, приводя к огромному выделению энергии, однако в отчете ЦЕРН по безопасности предполагается, что даже если такой монополь возникнет, он быстро покинет Землю.
6) Инициирование нового Большого взрывапри экспериментах на ускорителях. В определенном смысле этот процесс аналогичен распаду фальшивого вакуума. Ключевым для его запуска является достижение сверхвысокой плотности энергии в 1076граммов на куб. см. Однако само количество энергии, необходимое для инициации процесса, может быть небольшим, возможно, меньше энергии взрыва водородной бомбы (Лесли [57]).
В этой связи представляет интерес гипотеза, что при возникновении разных вселенных с разными свойствами наибольшую долю вселенных составляют те, которые способны порождать новые вселенные. (Изначально такая гипотеза была высказана в связи с предположением, что такой процесс происходит в черных дырах.) Однако поскольку наша Вселенная еще и «тонко настроена» на то, чтобы быть пригодной для существования разумной жизни и способной развивать технологию, можно предположить, что именно разумные цивилизации некоторым образом способствуют повторению условий, ведущих к новому Большому взрыву, возможно, в ходе неудачных физических экспериментов.
Приведенный список наверняка неполон, так как он описывает только то, что мы знаем, тогда как в экспериментах мы сталкиваемся с тем, чего не знаем. С каждым годом вероятность опасного физического эксперимента возрастает, так как вводятся в строй все более высокоэнергетичные установки и изобретаются новые способы достижения высоких энергий, а также применения их к объектам, к которым они обычно не применяются в природе. Развитие технологий молекулярного производства и самовоспроизводящихся роботов позволит в будущем создавать гигантские установки в космосе, используя материал астероидов, по цене только первого робота-«семени», то есть практически бесплатно. Это позволит выйти на гораздо более высокие энергии экспериментов – и на новый уровень рисков.
Еще один интересный вариант нового глобального риска предложен в статье «Поведение распада фальшивого вакуума в поздние промежутки времени: возможные последствия для космологии и метастабильных инфляционных состояний», [58]в русскоязычной прессе пересказанной под броскими заголовками «Астрономы разрушат Вселенную». [59]В ней говорится, что скорость распада квантовых систем зависит от того, наблюдаются они или нет (проверенный факт), а затем это обращается на проблему наблюдения устойчивости Вселенной как целого в связи с проблемой так называемой темной энергии: «Измерив плотность темной энергии, мы вернули ее в начальное состояние, по сути, сбросив отсчет времени. А в этом начальном состоянии вакуум распадается в соответствии с “быстрым” законом, и до критического перехода к “медленному” распаду еще очень далеко. Короче говоря, мы, возможно, лишили Вселенную шансов на выживание, сделав более вероятным ее скорый распад».
Хотя вряд ли этот риск реален, сама идея иллюстрирует возможность того, что новый глобальный риск, связанный с физическими экспериментами, может прийти с самой неожиданной стороны.
Поскольку в экспериментах всегда имеет место доля риска, имело бы смысл отложить наиболее смелые из них до момента создания развитого ИИ. Часть экспериментов имеет смысл делать не на Земле, а далеко в космосе.
Оценки риска: ошибки и подтасовки
В связи с физическими экспериментами встает вопрос о том, в какой мере мы можем доверять ученым, крайне заинтересованным в продолжении своих экспериментов, самостоятельно устанавливать допустимые границы рисков.В ЦЕРН эта проблема частично решается через создание анонимных экспертных комиссий для оценки рисков. (Однако анонимность делает авторов такого отчета более безответственными.) И если такая комиссия говорит нам, что шанс катастрофы составляет 1 на 100 миллионов, мы можем это понимать как то, что шансы того, что эта комиссия ошибается, составляют 1 на 100 миллионов. Иначе говоря, если бы эта комиссия написала 100 миллионов отчетов по безопасности, то только один из них был бы ложным.
Очевидно, что ни один человек и никакая человеческая институция не могут быть безошибочными в такой степени. Ошибки и подлоги регулярно обнаруживаются даже в опубликованных в самых авторитетных научных журналах статьях, которые, как предполагается, прошли через руки нескольких рецензентов. Особенно этим отравлены области, где результат трудно проверить, а его коммерческое значение велико (например, медицинская статистика).
Я вовсе не утверждаю, что анализ безопасности физических экспериментов выполняется недостоверно, однако небольшую вероятность этого мы должны допускать. И она окажется значительно большей, чем вероятностная оценка, даваемая в самом исследовании. По доле отозванных или опровергнутых статей можно было бы оценить и вероятность наткнуться на достоверную статью. Хотя у меня нет точных цифр, но это никак не 1 к 100 миллионам, а скорее 1 к 1000, или, может быть, даже больше.
Из сказанного следует, что каковы бы ни были оценки безопасности, мы не должны им доверять более, чем на 99,99 процента, что автоматически делает эту величину максимально возможной оценкой безопасности.
Можно проиллюстрировать неприемлемость риска 1 к 100 миллионам и другим образом. Если это риск одного эксперимента, то это еще ничего. Но если бы такой эксперимент мог провести каждый из 6 миллиардов жителей Земли, то это означало бы неизбежную гибель Земли. Таким образом, эта оценка риска бессмысленна, если к ней не добавлено ограничение на число будущих опасных экспериментов.
Глава 16
Маловероятные сценарии человеческого вымирания
То, что кажется крайне маловероятным в одной системе описания, может выглядеть вполне реальным в другой. Например, с точки зрения статистики вероятность того, что в два небоскреба в Нью-Йорке одновременно врежутся два самолета – ничтожна. (А именно, примерно 1 раз в 20 миллионов лет, или даже еще реже, если основываться на временном промежутке примерно в 50 лет, отделяющем нас от предыдущей катастрофы такого рода, когда бомбардировщик Б-25 врезался в Эмпайр Стэйт Билдинг 28 июля 1945 года.) Даже в триллере Тома Клэнси «Долг чести» (1994), в котором, как считается, предсказаны события 11 сентября, Капитолий таранит только один самолет (правда, управляемый японцем-камикадзе из членов экипажа, а не из пассажиров).
Наконец, не трудно убедиться, что по большинству катастрофических сценариев нет научного консенсуса, и в некоторых случаях из тысяч исследователей только единицы считают некий сценарий возможным – а их коллеги вообще отказывают этим исследователям в статусе ученых и называют их рассуждения бредом (и часто бывают правы). Рассмотрим несколько гипотетических и маловероятных сценариев катастроф.
Солнечные вспышки и увеличение светимости
То, что нам известно о Солнце, не дает оснований для беспокойства. Солнце не может взорваться. Только наличие неизвестных нам или крайне маловероятных процессов может привести к вспышке (коронарному выбросу), которая сильно опалит Землю в XXI веке.Изменение светимости Солнцаоказывает влияние на изменение климата Земли, что доказывается совпадением времени «малого» ледникового периода в XVII веке с минимумом солнечных пятен Маундера. [60]Возможно, с колебаниями светимости связаны и ледниковые периоды.
Процесс постепенного увеличения светимости солнца (на 10 процентов каждый миллиард лет [61]) приведет к выкипанию океанов – с учетом других факторов потепления – в течение миллиарда лет [62](то есть гораздо раньше, чем Солнце станет красным гигантом, и тем более белым карликом). Однако по сравнению с исследуемым нами промежутком в 100 лет этот процесс незначителен (если только он не будет проходить одовременно с другими процессами, ведущими к необратимому глобальному потеплению – см. далее).
Есть предположения, что по мере выгорания водорода в центральной части Солнца, что уже происходит, будет расти не только светимость нашей звезды (светимость растет за счет роста ее размеров, а не температуры поверхности), но и нестабильность ее «горения».
Уменьшение концентрации водорода в центре Солнца может спровоцировать конвекцию, в результате чего в ядро поступит свежий водород [63](обычно такого не происходит). Возможен ли такой процесс, будет ли он плавным или катастрофическим, займет ли годы или миллионы лет – трудно сказать. Шкловский предполагал, [64]что в результате конвекций температура Солнца падает каждые 200 миллионов лет на период порядка 10 миллионов лет и что мы живем в середине такого периода. То есть опасно завершение этого процесса, когда свежее топливо наконец поступит в ядро и светимость Солнца возрастет. (Однако это маргинальная теория, и в настоящий момент разрешена одна из основных проблем, которые ее породили, – проблема солнечных нейтрино.)
Важно, однако, подчеркнуть, что как сверхновая или новая звезда Солнце, исходя из наших физических представлений, вспыхнуть не может.
Вместе с тем, чтобы прервать разумную жизнь на Земле, Солнцу достаточно разогреться на 10 процентов за 100 лет (что повысило бы температуру на Земле на 10–20 градусов без парникового эффекта, а с учетом парникового эффекта, скорее всего, температура оказалась бы выше критического порога необратимого потепления).
Итак, один из вариантов глобальной катастрофы заключается в том, что в результате внутренних процессов светимость Солнца устойчиво возрастет на опасную величину (и мы знаем, что рано или поздно это произойдет). В настоящий момент Солнце находится на восходящем вековом тренде своей активности, но никаких особых аномалий в его поведении замечено не было. Вероятность того, что это случится именно в XXI веке, – ничтожно мала.
Второй вариант глобальной катастрофы, связанной с Солнцем, состоит в том, что одновременно произойдут два маловероятных события – очень крупная вспышка на Солнце и ее выброс в направлении Земли. Можно предположить, что в распределении вероятности такого события действует тот же эмпирический закон, что и относительно землетрясений и вулканов: 20-кратный рост энергии события приводит к 10-кратному снижению его вероятности (закон повторяемости Гутенберга – Рихтера).
В XIX веке наблюдалась вспышка, в 5 раз более сильная, чем самая сильная вспышка в XX веке. Возможно, что один раз в десятки и сотни тысяч лет на Солнце происходят вспышки, аналогичные по редкости и масштабности земным извержениям супервулканов. Но все же это крайне редкие события. Крупные солнечные вспышки, даже если они не будут направлены в сторону Земли, могут увеличить солнечную светимость и привести к дополнительному нагреву Земли. (Обычные вспышки дают вклад не более 0,1 процента.)
В настоящий момент человечество не способно как-либо повлиять на процессы на Солнце, и это выглядит гораздо более сложным, чем воздействие на вулканы. Идеи сброса водородных бомб на Солнце для инициирования термоядерной реакции выглядят неубедительно (однако такие идеи высказывались, что говорит о неутомимых поисках человечеством оружия судного дня). Есть довольно точно просчитанный сценарий воздействия на Землю магнитной составляющей солнечной вспышки. При наихудшем сценарии (он зависит от силы магнитного импульса и его ориентации – он должен быть противоположен земному магнитному полю) эта вспышка создаст сильнейшие наводки в электрических цепях линий дальней передачи электроэнергии, что приведет к выгоранию трансформаторов на подстанциях. В нормальных условиях обновление трансформаторов занимает 20–30 лет, и если все они сгорят, то заменить их будет нечем – на производство аналогичного количества трансформаторов потребуются многие годы, что организовать без электричества будет трудно. Это вряд ли приведет к человеческому вымиранию, но такая ситуация чревата мировым глобальным экономическим кризисом и войнами, а это может запустить цепь дальнейшего ухудшения ситуации.
Гамма-всплески
Гамма-всплески – это интенсивные короткие потоки гамма-излучения, приходящие из далекого космоса. Гамма-всплески, по-видимому, излучаются в виде узких пучков, и поэтому их энергия более концентрированна, чем при обычных взрывах звезд. Возможно, сильные потоки излучения от близких источников послужили причиной вымирания некоторых видов живых существ десятки и сотни миллионов лет назад. [65]Предполагается, что гамма-всплески происходят при столкновениях черных дыр и нейтронных звезд или при коллапсе массивных звезд. Если бы такого рода события произошли где-то сравнительно близко, это могло бы вызвать разрушение озонового слоя и даже ионизацию атмосферы.
Однако в ближайшем окружении Земли не видно подходящих кандидатов на роль соответствующего источника гамма-излучения. (Ближайший такой кандидат, звезда Эта Киля, – достаточно далеко, порядка 7000 световых лет, и вряд ли ось ее неизбежного в будущем взрыва будет направлена на Землю: гамма-всплески распространяются в виде узконаправленных пучков-джетов. У потенциальной гиперновой звезды WR 104, находящейся на почти таком же расстоянии, ось направлена почти в сторону Земли. [66]Но эта звезда взорвется в течение ближайших нескольких сотен тысяч лет, что означает шанс катастрофы в XXI веке менее 0,1 процента, а с учетом неопределенности параметров ее вращения и наших знаний о гамма-всплесках – и еще меньше [67]). Поэтому, даже с учетом эффекта наблюдательной селекции, который увеличивает частоту катастроф в будущем по сравнению с прошлым в некоторых случаях до 10 раз (см. мою статью «Природные катастрофы и антропный принцип»), вероятность опасного гамма-всплеска в XXI веке не превышает тысячных долей процента. При этом люди смогут пережить его в бункерах.
Оценивая риск гамма-всплексов, Борис Штерн пишет: «Возьмем умеренный случай энерговыделения 1052эрг и расстояние до всплеска 3 парсека, 10 световых лет, или 1019см – в таких пределах от нас находится с десяток звезд. На таком расстоянии за считанные секунды на каждом квадратном сантиметре попавшейся на пути гамма-квантов планеты выделится 1013эрг. Это эквивалентно взрыву атомной бомбы на каждом гектаре неба! Атмосфера не помогает: хоть энергия высветится в ее верхних слоях, значительная часть мгновенно дойдет до поверхности в виде света. Ясно, что все живое на половине планеты будет истреблено мгновенно, на второй половине чуть позже за счет вторичных эффектов. Даже если мы возьмем в 100 раз большее расстояние (это уже толщина галактического диска и сотни тысяч звезд), эффект (по атомной бомбе на квадрат со стороной 10 км) будет тяжелейшим ударом, и тут уже надо серьезно оценивать – что выживет, и выживет ли вообще что-нибудь». [68]
Штерн полагает, что такого рода всплески в нашей галактике случаются в среднем один раз в миллион лет. И если что-то такое произойдет на звезде WR 104, это может вызвать интенсивное разрушение озонового слоя на половине планеты. Возможно, гамма-всплеск стал причиной Ордовикового вымирания 443 миллиона лет назад, когда погибло 60 процентов видов живых существ. По мнению Джона Скейло (John Scalo) и Крейга Уилера (Craig Wheeler), гамма-всплески оказывают существенное влияние на биосферу нашей планеты приблизительно каждые пять миллионов лет. [69]
Даже далекий гамма-всплеск или иное высокоэнергетическое космическое событие может нести опасность радиационного поражения Земли– причем не только прямым излучением, которое атмосфера в значительной мере блокирует (лавины высокоэнергетичных космических частиц достигают земной поверхности), но и за счет образования в атмосфере радиоактивных атомов, что приведет к сценарию, схожему с применением кобальтовой бомбы. Кроме того, гамма-излучение вызывает окисление азота в атмосфере, в результате чего образуется непрозрачный ядовитый газ – диоксид азота, который, находясь в верхних слоях атмосферы, может блокировать солнечный свет и вызвать новый ледниковый период. Есть гипотеза, что нейтринное излучение, возникающее при взрывах сверхновых звезд, может в некоторых случаях приводить к массовому вымиранию живых существ, так как нейтрино упруго рассеиваются тяжелыми атомами, и энергия этого рассеивания достаточна для нарушения химических связей, а поэтому нейтрино чаще будут вызывать повреждения ДНК, чем другие виды радиации, имеющие гораздо большую энергию. [70]
Опасность гамма-всплеска – в его внезапности: он начинается из невидимых источников и распространяется со скоростью света. Но в любом случае он может поразить только одно полушарие Земли, так как длится только несколько секунд, самое большее – несколько минут.
Активизация ядра Галактики(где находится огромная черная дыра) – тоже очень маловероятное событие. В далеких молодых галактиках такие ядра активно поглощают вещество, которое закручивается при падении в аккреционный диск и интенсивно продуцирует очень мощное излучение, которое может препятствовать возникновению жизни на планетах. Однако ядро нашей Галактики очень велико, и поэтому может поглощать звезды почти сразу, не разрывая их на части, а значит, с меньшим излучением. Кроме того, оно вполне наблюдаемо в инфракрасных лучах (источник Стрелец А), но закрыто толстым слоем пыли в оптическом диапазоне, и рядом с черной дырой нет большого количества вещества, готового к поглощению, – только одна звезда на орбите с периодом в 5 лет, но и она может летать еще очень долго. И главное, ядро очень далеко от Солнечной системы.
Кроме дальних гамма-всплесков бывают мягкие гамма-всплески, связанные с катастрофическими процессами на особых нейтронных звездах – магнитарах. Так, 27 августа 1998 года вспышка на магнитаре привела к мгновенному снижению высоты ионосферы Земли на 30 км, однако этот магнитар находился на расстоянии 20 000 световых лет. Магнитары в окрестностях Земли неизвестны, но и обнаружить их может оказаться непросто.
Наша оценка вероятности опасных гамма-всплесков может быть серьезно искажена действием эффекта наблюдательной селекции в духе антропного принципа; более того, может сказаться эффект «отложенного спроса» – то есть те звезды, которые «отложили» свой гамма-всплеск (точнее, мы их наблюдаем таковыми в силу антропного принципа), чтобы разумная жизнь на Земле могла сформироваться, теперь могут его осуществить. (Есть предположения, что жизнь во Вселенной крайне редка именно потому, что подавляющее большинство планет стерилизуются гамма-всплесками. Подробнее см. мою статью «Природные катастрофы и антропный принцип». [71])
Сверхновые звезды
Реальную опасность для Земли представлял бы близкий взрыв сверхновой звезды на расстоянии до 25 световых лет или даже меньше. [72]Но в окрестностях Солнца нет звезд, которые могли бы стать опасными сверхновыми. (Ближайшие кандидаты – Мира и Бетельгейзе – находятся на расстоянии сотен световых лет.) Кроме того, излучение сверхновой звезды является относительно медленным процессом (длится месяцы), и люди могут успеть спрятаться в бункеры. Наконец, опасная сверхновая звезда сможет облучить всю земную поверхность, только если будет находиться строго в экваториальной плоскости Земли (что маловероятно), в противном случае один из полюсов уцелеет. (См. обзор Майкла Ричмонда «Угрожает ли близкая сверхновая жизни на Земле?» [73]) Относительно близкие сверхновые звезды могут быть источниками космических лучей, что приведет к резкому увеличению облачности на Земле вследствие увеличения числа центров конденсации воды. А это может привести к резкому охлаждению климата на длительный период. [74]Сверхцунами
Человеческая история в качестве самой страшной катастрофы доносит воспоминания о колоссальном наводнении. Однако на земле нет такого количества воды, чтобы уровень океана поднялся выше гор. (Сообщения о недавнем открытии подземных океанов несколько преувеличены – в действительности речь идет лишь о горных породах с повышенным содержанием воды. [75]) Средняя глубина Мирового океана – около 4 км. И предельная максимальная высота волны будет такого же размера – если обсуждать саму возможность волны, а не то, возможны ли причины, которые создадут волну такой высоты. Это меньше, чем высота высокогорных плато в Гималаях, где тоже есть люди. Варианты, когда подобная волна возможна, – это гигантская приливная волна, возникшая в результате пролета в непосредственной близости к Земле очень массивного тела или смещение оси вращения Земли и изменение скорости ее вращения. Все эти варианты, хотя и встречаются в разных «страшилках» о конце света, выглядят невозможными или маловероятными.Итак, очень маловероятно, что гигантское цунами уничтожит всех людей – тем более что уцелеют подводные лодки, многие корабли и самолеты. Однако гигантское цунами может уничтожить значительную часть населения Земли, переведя человечество в постапокалиптическую стадию. Это вполне возможно, так как:
1) энергия цунами как поверхностной волны убывает пропорционально 1/R, если цунами вызвано точечным источником, и почти не убывает, если источник линейный (как при землетрясении на разломе);
2) потери на передачу энергии волной малы;
3) значительная доля населения Земли и огромная доля ее научного, промышленного и сельскохозяйственного потенциала находится непосредственно на побережье;
4) все океаны и моря связаны.
Именно в силу таких разрушительных свойств цунами идея использовать их как оружие уже возникала в СССР в связи с планами создания гигатонных бомб. При этом следует отметить, что, к счастью, наиболее опасные цунами порождаются линейными источниками – движениями геологических разломов, а наиболее доступные для использования людьми – точечные (например, взрывы бомб).
Сверхземлетрясение
Назовем сверхземлетрясением колебания поверхности, приводящие к полным разрушениям и охватывающие всю поверхность Земли. Такое событие не могло бы убить всех людей, так как остались бы корабли, самолеты и люди на природе. Но оно однозначно разрушило бы всю техногенную цивилизацию. Источником такого сверхземлетрясения могут стать:• взрыв супервулкана;
• падение астероида(ов);
• взрыв сверхбомбы;
• растрескивание Земли по линии океанических хребтов;
• неизвестные процессы в ядре Земли.
При равной энергии сверхземлетрясение будет менее опасным, чем сверхцунами, так как его энергия будет распределена по объему.
Выдвигалось маргинальное предположение, что при землетрясениях могут возникать не только сдвиговые деформации, но и сверхзвуковые ударные волны.
Переполюсовка магнитного поля Земли
Мы живем в период ослабления магнитного поля Земли и, вероятно, последующей его переполюсовки. Сама по себе инверсия магнитного поля не приведет к вымиранию людей, так как переполюсовка уже многократно происходила в прошлом без заметного вреда. Однако одновременное сочетание трех факторов – падения до нуля магнитного поля Земли, истощение озонового слоя и сильная солнечная вспышка приведут к краху всех электрических систем, что чревато падением технологической цивилизации. И страшен даже не сам крах, а то, что в его процессе будет происходить с ядерным оружием и всеми прочими технологиями.Одним словом, магнитное поле убывает достаточно медленно (хотя скорость процесса нарастает), так что вряд ли оно обнулится в ближайшие несколько десятков лет.
Другой сценарий, уже явно катастрофический, возможен, если изменение магнитного поля связано с изменениями потоков магмы в ядре, что может оказать влияние на глобальную вулканическую активность (есть данные по корреляции периодов активности и периодов смены полюсов).