Кубрин Михаил Сергеевич
Космическая экспансия человечества с точки зрения современной науки

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:
Школа кожевенного мастерства: сумки, ремни своими руками Типография Новый формат: Издать свою книгу
Оценка: 1.00*4  Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Как будущее освоение людьми космоса выглядит с точки зрения современных ученых? Данные (да и текст частично) взяты из новейшей научно-популярной литературы (не более чем двухлетней давности). Особой фантастики не будет, те, кто верят в скорое изобретение гиперпространственного двигателя, напротив, будут разочарованы медлительностью прогресса. Зато все достаточно реалистично.
  Нанотехнологии и искусственный интеллект
  
  По всей видимости, всерьез освоение солнечной системы начнется только веке в 22-м, когда появятся новые материалы и технологии. До того, конечно, можно создавать на Луне и Марсе силами космонавтов и уже имеющихся технологий небольшие исследовательские базы, но всерьез колонизировать другие планеты таким образом будет маловозможно и слишком дорого.
  Ожидается, что к концу 21-го века развитие нанотехнологий даст возможность производить в больших количествах такие сверхлегкие и при этом сверхпрочные материалы, как графен и углеродные нанотрубки. Их применение вызовет революцию в строительстве, в том числе резко снизится стоимость строительства в открытом космосе. Легкий графен можно будет в достаточных количествах доставлять в колонии на иных планетах или производить сразу там, на месте, строя из этого углеродного материала целые города.
  Вторым крупнейшим и необходимым для освоения космоса достижением станет развитие робототехники и искусственного интеллекта.
  Ожидается, что вслед за созданием современных дистанционно управляемых роботов будут разработаны и роботы, способные сами принимать решения при минимальном вмешательстве человека. Их задачей станут исследование и колонизация внешних планет Солнечной системы, связь с которыми занимает длительное время. А затем будут созданы самовоспроизводящиеся роботы. На протяжении еще многих десятков лет население всех наших инопланетных колоний вряд ли превысит несколько сотен человек, так что строить инопланетные города будут машины.
  
  Создание колоний
  
  К примеру, создание марсианского поселения будет проходить приблизительно так. Топографическая и геологическая разведка пустыни и подготовка проекта завода. Создание ровной площадки для постройки путем взрывов заложенных в грунт и скалы зарядов. Уборка машинами (бульдозерами и экскаваторами) обломков и мусора. Измельчение камней и загрузка их в плавильную микроволновую печь. Плавка грунта в печи, выделение и извлечение из него жидких металлов, из которых после разделения, очистки и отливки в слитки будут делать проволоку, кабели, балки и пр. Так на Марсе будет выстроен первый завод по производству роботов. Первые выпущенные им роботы смогут взять на себя управление заводом и продолжат выпуск новых роботов.
  Труднее всего построить на Марсе первого самовоспроизводящегося робота. Для этого туда понадобится отправить огромное количество оборудования. Но как только первый робот будет построен и начнет действовать, его можно оставить в покое - он сам построит свою копию. Роботы будут добывать грунт, строить заводы и дешево производить неограниченное число собственных копий. Они смогут создать обширное сельскохозяйственное производство и серьезно способствовать развитию современной цивилизации не только на Марсе, но повсюду в космосе, добывать полезные ископаемые в поясе астероидов, собирать большие межзвездные корабли на орбите и готовить базу для колоний на далеких планетах других звездных систем...
  Еще проще, чем Марс, будет колонизировать таким образом Луну. Мы пошлем туда стартовую команду автоматов: одни будут добывать реголит, другие - строить завод, третьи - сортировать, измельчать и выплавлять сырье, чтобы получить металлы, из которых будут делать новых самопроизводящихся роботов...
  Если поначалу на Луну и Марс необходимо будет отправить большое количество припасов и оборудования, то затем можно перейти к добыче полезных ископаемых на месте. Если первые базы для людей на Луне и Марсе будут, по всей видимости, строиться под поверхностью (например в старых лавовых трубках потухших вулканов), чтобы обеспечить колонистам надежную защиту, то впоследствии возможно будет провести терраформирование Марса и полностью перевести марсианскую колонию на самообеспечение.
  Из марсианских песков можно добыть железо и сталь. Электричество будут вырабатывать большие солнечные станции, собирающие энергию Солнца. Углекислый газ из атмосферы можно будет использовать для выращивания растений. Постепенно марсианское поселение станет самодостаточным и устойчивым.
  В конце концов нужно будет найти способ медленно нагреть атмосферу Марса, чтобы обеспечить появление жидкой воды. После этого станет возможным сельское хозяйство и возникновение крупных городов.
  Но, вероятно, на терраформирование этой планеты уйдет не одно десятилетие, а возможно - и не одно столетие...
  
  Терраформирование Марса
  
  Для запуска процесса терраформирования можно ввести в атмосферу Марса метан и водяной пар, которые вызовут парниковый эффект. Температура ледовых шапок Марса поднимется, а тающий лед также будет насыщать атмосферу водяным паром и углекислым газом.
  Еще один способ - вывести на орбиту Марса спутники-отражатели, которые направят концентрированный солнечный свет прямо на ледовые шапки. Для этого марсианские солнечные спутники должны будут развернуть многокилометровые полотнища, на которых поместится огромное количество зеркал или солнечных панелей. Солнечный свет можно будет либо фокусировать и затем направлять на ледовые шапки, либо превращать в другой вид энергии при помощи солнечных элементов и направлять вниз в виде микроволн.
  Еще один метод терраформирования предусматривает использование оказавшихся неподалеку комет, в основном состоящих изо льда, или астероидов, в составе которых имеется аммиак. Пролетающие мимо кометы и астероиды потребуется слегка отклонить от их обычных орбит, чтобы вывести на орбиту вокруг Марса, а затем заставить падать на планету по очень медленной спирали. При входе в марсианскую атмосферу трение нагреет их и в конце концов разрушит, высвободив водяной пар или аммиак.
  Если температуру марсианской атмосферы удастся поднять на 6 градусов Цельсия, процесс станет самоподдерживающимся - парниковые газы, высвободившиеся из ледовых шапок, и углекислый газ, высвободившийся из почвы, разогреют атмосферу, все больше усиливая эффект, и разогрев Марса будет продолжаться уже без дальнейшего вмешательства человека. Чем теплее станет на планете, тем больше водяного пара и углекислого газа высвободится в атмосферу - а это, в свою очередь, еще сильнее разогреет ее.
  Когда на поверхности появится жидкая вода, колонисты смогут всерьез развивать масштабное сельское хозяйство, возможно, используя при этом и новые генно-модифицированные растения, созданные специально для марсианских условий. Растения поглощают углекислый газ, так что первые урожаи, возможно, смогут вырастить прямо в открытом грунте. Отходы растений можно будет использовать для формирования почвенного слоя. Также они начнут вырабатывать кислород.
  
  Пояс астероидов
  
  Одновременно будет идти освоение пояса астероидов.
  Они невелики, так что вряд ли на них будут выстроены города с постоянным населением из колонистов, вероятнее превращение их во временные перевалочные базы для шахтеров и роботов.
  Церера - крупнейший астероид - может стать идеальной операционной базой благодаря своему слабому тяготению - на нее смогут без труда садиться и взлетать ракеты.
  
  Планеты-гиганты
  
  Следом за астероидами человечество перейдет к колонизации спутников планет-гигантов.
  Спутник Сатурна Титан сможет стать заправочной станцией и хранилищем запасов, хотя большого постоянного населения на этой холодной луне, скорее всего, никогда не будет. Метан из атмосферы Титана можно будет собирать и отправлять на Марс, чтобы ускорить терраформирование, или использовать на месте для производства неограниченного количества ракетного топлива для экспедиций в глубокий космос. Лед Титана можно будет очищать до питьевой воды или получать из него кислород. Слабое тяготение сделает полеты на Титан и с Титана относительно несложными и эффективными, таким образом, Титан сможет стать форпостом и заправочной станцией в космосе.
  
  "Кометная дорога" к звездам.
  
  Так как расстояние даже до ближайших звезд слишком велико, есть предположение, что лучшей стратегией станет движение маленькими "прыжками", через промежуточные колонии на кометах.
  Кометное Облако Оорта по предположениям ученых может тянуться на три световых года от Солнечной системы - больше половины пути до системы альфы Центавра. А если система альфы Центавра тоже окружена сферой комет, то есть возможность создать к ней непрерывную "дорогу" из комет. Возможно, когда-нибудь на этой дороге будет создана серия заправок, форпостов и станций связи.
  Все те же роботы смогут опуститься на комету в облаке Оорта, вбуриться в ее поверхность, добыть минералы и лед, построить из них космическую станцию и выработать питьевую воду, кислород и ракетное топливо.
  
  Звездные нанокорабли
  
  Первые действительно "звездные" корабли, вероятно, не будут пилотируемыми. Очень может быть, что они будут размером с почтовую марку, представляя собой хитроумные микросхемы. Их понесут в дальний космос солнечные паруса, приводимые в движение с Земли при помощи мощных лазеров. Каждая такая микросхема сможет весить не более 20 грамм и при этом состоять из миллиардов транзисторов и заключать в себе целую научную лабораторию, содержать камеры, датчики, наборы химических веществ и солнечные элементы, достаточные для подробного анализа далеких планет и отправки радиосообщений на Землю.
  100 000 МВт лазерной энергии будет достаточно, чтобы разогнать их до одной пятой скорости света, и тогда путешествие до ближайшей к нам звездной системы альфы Центавра займет 20 лет.
  Нанокорабль со скоростью в 20 % скорости света пролетит мимо системы Альфы Центавра за несколько часов, но за это время он сможет обнаружить в этой звездной системе землеподобные планеты, быстро сфотографировать и проанализировать полученные данные, чтобы определить характеристики поверхности, температуру и состав атмосферы, обращая особое внимание на наличие воды и кислорода. Кроме того, он должен будет просканировать систему в поисках радиоизлучений, которые могли бы указывать на существование там инопланетного разума.
  Самопроизводящиеся роботы будут строить солнечные электростанции и лазерные батареи на Луне, Марсе и других объектах Солнечной системы, со временем создав активную сеть передающих станций от Луны до самого облака Оорта - и дальше, на кометах "кометной дороги". Эти лазерные батареи смогут дополнительно разгонять нанокорабли на пути к соседней звездной системе. При проходе очередного нанокорабля мимо одной из станций лазеры на ней автоматически сработают и дадут кораблю дополнительный импульс в его движении к звездам.
  
  Земная цивилизация 1 типа
  
  К этому времени земная цивилизация, возможно, уже перейдет от нулевого к первому типу по шкале Кардашева.
  Генетические и кибернетические модификации человеческих тел, вероятно, станут реальной возможностью. Механические способы улучшения возможностей организма, такие как экзоскелеты, специальные очки, хранилища воспоминаний, которые можно будет загружать в мозг, и импланты для обострения чувств. В генетике - устранение смертельно опасных генов, усиление врожденных способностей, повышение интеллектуальной мощи.
  В 22 веке основными источниками энергии для земной цивилизации 1 типа могут стать термоядерный синтез и энергия Солнца, собираемая спутниками (что позволит избежать ее потерь, возникающих при прохождении атмосферы).
  Космическая энергосистема могла бы включать в себя множество громадных зеркал, обращающихся вокруг Земли по геостационарной орбите и собирающих солнечный свет. Затем эту энергию можно будет передавать в виде микроволнового излучения на наземную принимающую станцию и распределять по обычной электрической сети.
  В пределах Солнечной системы земляне смогут передвигаться с помощью ионных двигателей, а автоматические зонды цивилизации 1 типа начнут исследование ближайших звездных систем, и, может быть, первые пилотируемые экспедиции отправятся к ближайшей звезде, такой как Проксима Центавра, на звездолетах с солнечными парусами, термоядерными двигателями или двигателями на антиматерии. Но технологически и экономически такие цивилизации еще недостаточно развиты, чтобы начать систематическую колонизацию десятков близлежащих звездных систем.
  
  Цивилизация 2 типа
  
  Вероятно, со временем цивилизации 1 типа истощат источники энергии, доступные на родной планете, и начнут искать способ использовать громадную энергию, источником которой является центральное светило их звездной системы - переходя таким образом к цивилизации 2 типа.
  Чтобы обеспечить свою цивилизацию энергией, они могут построить сферу Дайсона и собирать бОльшую часть энергии Солнца. (Поскольку диаметр Солнца больше диаметра Земли в 109 раз, то строить такую мегаструктуру, вероятно, придется с использованием нанотехнологий - иначе на Земле просто не хватит на нее материалов. А если сделать мегасооружение толщиной всего лишь несколько молекул, это сильно снизит потребности в веществе для строительства)
  Вероятно, строить сферу Дайсона будет огромное количество самопроизводящихся космических роботов - если на Луне будет работать нанофабрика, изготовляющая панели для сферы, то собирать их можно будет прямо в космосе.
  Чтобы планета цивилизации 2 типа не перегрелась от инфракрасного теплового излучения, создаваемого ее машинами, большая часть техники будет выведена в открытый космос, так, чтобы родная планета цивилизации 2 типа превратилась в парк. Это означает, что все вырабатывающее тепло оборудование будет производиться вне планеты. Техника станет потреблять энергию светила, но вырабатываемое ею избыточное тепло будет уходить в открытый космос и рассеиваться без вреда.
  Со временем и сама сфера Дайсона начнет нагреваться. Это означает, что она обязательно должна излучать в инфракрасном диапазоне.
  Впрочем, возможен и иной путь - цивилизация 2 типа может создать сверхэффективные технологии, выделяющие сравнительно немного избыточного тепла.
  Цивилизация 2 типа опережает цивилизацию 1 типа на несколько веков или тысячелетий и уже вполне способна колонизировать ближайший сектор Млечного Пути. Но даже цивилизацию 2 типа ограничивает световой барьер. Если считать, что сверхсветовые скорости ей недоступны, то на колонизацию сектора Галактики могут уйти многие столетия.
  А так как перелет из одной звездной системы в другую занимает сотни лет, то постепенно планеты потеряют связь с другими мирами, где, возможно, со временем возникнут новые ветви человечества, сумевшие приспособиться к разнообразным местным условиям. Кроме того, колонисты, возможно, и сами будут генетически и кибернетически менять себя, чтобы лучше адаптироваться к среде.
  Впрочем, при условии отсутствия серьезных искусственных изменений в геноме, даже при потере связи между переселенцами и другими ветвями человечества оно в своей основе останется единым. Даже через 100 000 лет различные популяции людей будут различаться не больше, чем сегодня различаются между собой земляне разных рас.
  
  Цивилизация 3 типа
  
  Возможно, со временем цивилизации 2 типа станет не хватать и запасов энергии своей звезды и близлежащих звезд - тогда она начнет переход к цивилизации 3 типа - галактической цивилизации.
  Цивилизация 3 типа умеет не только собирать энергию миллиардов звезд, она может также использовать энергию черных дыр, таких, как сверхмассивная черная дыра в центре нашей галактики. Для галактической связи такая цивилизация могла бы использовать недавно обнаруженные гравитационные волны. Гравитационные волны не поглощаются, не рассеиваются и не отклоняться от своего пути, как лазерные лучи, а расходятся по всей галактике, не обращая внимания на звезды и планеты, так что окажутся надежнее для связи на больших расстояниях.
  Так как до сих пор не установлено точно, возможны ли сверхсветовые путешествия, то может быть два варианта развития цивилизации 3 типа.
  
  Досветовые путешествия
  
  Если возможны только досветовые путешествия, то, скорее всего, исследования галактики будут вестись при помощи самокопирующихся зондов (машин фон Неймана), летящих к звездам на досветовой скорости. После прилета в другую звездную систему зонд разместится на одной из лун ее планет - со слабым притяжением и отсутствием атмосферы. Затем зонд, получая энергию от солнечных батарей, сможет бесконечно сканировать эту систему и передавать по радиосвязи полезную информацию.
  Находясь на этой луне, зонд построит из лунных материалов завод для производства тысячи собственных копий, каждая из которых затем полетит колонизировать другие отдаленные луны. Если позже каждый из них построит на своей луне еще тысячу роботов, их станет уже миллион - и так далее.
  Машины фон Неймана, возможно, окажутся для цивилизации 3 типа самым эффективным способом получать информацию о состоянии галактики. Другим способом исследования галактики будет лазерный перенос.
  Если можно будет создать цифровую копию человеческого сознания (что выглядит вполне возможным через сотню-две лет), то можно будет и отправить эту запись лазерным лучом в открытый космос. Луч донесет в нужное место всю информацию, необходимую для создания там новой копии. По прибытии на отдаленную планету информация с лазерного луча будет загружена в мощный компьютер, после чего цифровое сознание сможет управлять роботизированным аватаром. Затем это цифровое сознание можно снова скопировать, послав копию назад в отправную точку, где вся информация и воспоминания из нее будут вновь загружены в мозг человека.
  Так как цивилизации 2 и 3 типов, скорее всего, будут располагать колонизированными далекими планетами с самокопирующимися роботами на них, то лазерный перенос, наверное, окажется для них самым удобным способом передвижения по Галактике. Цивилизация 3 типа даже может построить для связи между звездами Млечного Пути своеобразное лазерное "шоссе", по которому будут одновременно передвигаться в разных направлениях и на разные расстояния триллионы копий сознаний.
  Главная проблема при этом - создать вдоль маршрута сеть передающих станций, которые будут принимать, усиливать и отправлять сигнал дальше, на следующую станцию.
  Но чтобы построить передающие станции, на место придется по-прежнему добираться на досветовой скорости.
  
  Сверхсветовые путешествия
  
  Вторая возможность - то, что цивилизации 3 типа доступны путешествия на сверхсветовых скоростях. Но для этого она должна овладеть энергией Планка - уровнем энергии, при котором могут перестать действовать ограничения Теории Относительности Эйнштейна.
  Энергия Планка составляет 10 в 19 степени млрд эВ, что в квадриллион раз больше энергии, получаемой в самом мощном ускорителе частиц на Земле - Большом адронном коллайдере в ЦЕРН.
  Но так как цивилизация 3 типа, обладает более чем в 10 в 20 степени раз большей энергией, чем цивилизация 1 типа, то для нее это вполне возможно, и цивилизация 3 типа, возможно, сможет по своему желанию искривлять пространство-время.
  Такая цивилизация могла бы построить ускоритель частиц размером с пояс астероидов, состоящий из гигантских магнитных станций, которые формируют кольцевую траекторию для протонного пучка (на Земле частицы движутся внутри большой кольцевой трубки с вакуумом внутри. Но, так как вакуум открытого космоса лучше любого земного вакуума, такому ускорителю трубка вовсе не понадобится).
  Всякий раз, когда протоны проходят мимо очередной станции, электрический импульс запитывает магниты и они подталкивают протонный пучок так, что он движется к следующей станции под нужным углом. Всякий раз, когда протонный пучок проходит мимо станции, в него закачивается новая порция энергии в виде лазерной энергии, и это происходит до тех пор, пока протоны постепенно не достигнут планковской энергии.
  Достигнув этой энергии, ускоритель сможет сфокусировать ее в одной точке. По идее, там должна открыться кротовая нора. В нее можно будет впрыснуть достаточно отрицательной энергии, чтобы стабилизировать ее и не дать схлопнуться.
  Помимо строительства гигантских ускорителей есть еще несколько способов использования кротовых нор, возможных с точки зрения физики. Один из сценариев предполагает, что Большой взрыв проходил настолько стремительно, что мог запустить механизм расширения микроскопических кротовых нор, существовавших в новорожденной Вселенной 13,8 млрд лет назад. Когда Вселенная начала расширяться экспоненциально, эти кротовые норы, возможно, стали расширяться вместе с ней. Значит, хотя никто пока не видел ничего подобного, кротовые норы могут существовать во Вселенной естественным образом и их можно отыскать и использовать.
  Еще одна возможность состоит в том, чтобы найти микроскопическую кротовую нору в вакууме и расширить ее.
  Однако у всех этих сценариев есть одна проблема. Кротовая нора окружена частицами гравитации - гравитонами. Перед прохождением сквозь кротовую нору вам встретятся квантовые поправки в форме гравитационного излучения. В обычных условиях квантовые поправки малы и их можно не принимать во внимание. Но расчеты показывают, что при проходе сквозь кротовую нору данные поправки бесконечны, так что это излучение, скорее всего, окажется смертельным. Кроме того, уровень излучения может оказаться настолько высоким, что кротовая нора закроется, сделав проход невозможным. А еще путешественников может разорвать приливными силами... Физики все еще спорят о том, насколько опасным может быть путешествие сквозь кротовую нору.
  Точно ответить на вопрос, возможны ли кротовые норы (а также путешествия во времени и в параллельные миры), сможет лишь ожидаемая в будущем "теория всего", которая объединит теорию Эйнштейна и квантовую теорию. Лучшим кандидатом на такую теорию является теория струн, но в настоящее время из-за сложности ее математического аппарата физики не могут применить ее к решению этого вопроса. Нам придется подождать, пока эта теория будет в достаточной степени осмыслена, прежде чем пытаться разрешить этот вопрос.
  
  Если все же средства для сверхсветовых перелетов будут созданы, что произойдет тогда?
  Если ранее цивилизация 2 типа, ограниченная скоростью света, организовывала космические колонии, которые со временем отдалились от материнской цивилизации, то, когда цивилизация 3 типа овладеет энергией Планка, она начнет вновь налаживать контакты с отделившимися когда-то ветвями человечества и будет способна объединить колонии цивилизации 2 типа, распространившиеся по галактике. Учитывая общее человеческое происхождение, такое объединение, возможно, приведет к созданию галактической цивилизации.
  
  Однако даже для существования цивилизации 3 типа есть угроза и это... гибель всей Вселенной.
  Для того, чтобы избежать этого, цивилизация должна перейти к 4 типу - использованию внегалактических источников энергии.
  Возможно, внегалактическим источником энергии может служить темная энергия, которая является крупнейшим источником вещества/энергии во Вселенной. Цивилизация 4 типа могла бы использовать темную энергию и обратить вспять Большой разрыв. Она может воспользоваться некоторыми дополнительными измерениями, о которых говорит теория струн, и построить сферу, в которой темная энергия меняет полярность на обратную, так что космическое расширение обращается вспять. Вне этой сферы Вселенная может и дальше расширяться экспоненциально. Но внутри сферы галактики будут и дальше развиваться нормально. Таким способом цивилизация 4 типа могла бы, в принципе, выжить, даже если Вселенная вокруг будет умирать.
  Эта сфера будет несколько походить на сферу Дайсона, только ее целью будет не удержание внутри нее солнечного света, а удержание темной энергии, чтобы сдержать расширение.
  Другой возможный вариант - создать кротовую нору в пространстве и времени. Если Вселенная умирает, один из вариантов спасения состоит в том, чтобы покинуть ее и перебраться в другую, более молодую вселенную.
  Высшие измерения могут стать источником отрицательной энергии. Они послужат двум целям: с их помощью можно изменить значение темной энергии, предотвратив Большой разрыв, или создать отрицательную энергию для стабилизации кротовой норы.
Оценка: 1.00*4  Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список

Кожевенное мастерство | Сайт "Художники" | Доска об'явлений "Книги"