Пять возрастов Вселенной

Адамс Фред

В некоторых аспектах сценарий для жизни на белом карлике смутно напоминает жизнь на Земле. Белый карлик имеет приблизительно такой же радиальный размер, что и Земля. Как земные формы жизни ограничиваются областями, расположенными вблизи поверхности нашей планеты, так и любые возможные формы жизни в атмосфере белого карлика тоже будут находиться во внешних слоях звезды. Внутренняя часть звезды состоит из вырожденного вещества, и химические реакции в недрах звезды не происходят. Интересная химия может быть связана только с внешним слоем. Источником энергии для белого карлика служит поле излучения, нагревающее поверхностные слои изнутри, тогда как Земля получает тепло сверху — от Солнца. Самое важное

различие состоит в том, что жизнь на Земле основана на наличии жидкой воды, тогда как в атмосфере белого карлика жидкой воды практически не будет. В окружающей среде белого карлика самое большее, на что можно надеяться, — это существование химических реакций какого-нибудь типа.

Первым требованием для существования жизни является надлежащая смесь химических элементов. Белые карлики с более высокой массой естественно содержат большие количества двух самых важных для земных организмов элементов — углерода и кислорода. Самые маленькие белые карлики, масса которых не превышает и половины солнечной, напротив, состоят практически из одного гелия. Гелий практически абсолютно химически инертен, а потому не желателен для окружающей среды, в отношении которой мы питаем надежду на возникновение жизни. Таким образом, у более крупных белых карликов шансы приютить на себе биосферу значительно выше.

На протяжении долгого промежутка времени температура поверхности белого карлика равна примерно 63 градусам Кельвина, что очень близко к температуре жидкого азота. В недрах звезды несколько погорячее, хотя и ненамного. Основная часть внутренних областей белого карлика заполнена вырожденным веществом, в силу чего тепло легко распространяется из внутренних областей к наружным. Благодаря этому относительно легкому переносу тепла, звезда достигает почти постоянной температуры на протяжении практически всей своей внутренней области. Однако внешние слои звезды, близкие к ее поверхности, состоят не из вырожденного, а из обычного вещества.

Самый верхний слой звезды, в принципе, способен поддерживать химические реакции и имеет доступ к обширному диапазону энергий фотонов, которые эти реакции запускают. Аннигиляция темной материи, которая происходит в ядре звезды, производит высокоэнергетическое излучение — гамма-лучи, энергия которых достигает миллиардов электрон вольт. Пока это излучение добирается до верхних слоев звезды, его волны становятся длиннее, а энергия фотонов, соответственно, уменьшается. На внешней поверхности звезды энергия фотонов, в среднем, составляет некоторую долю электронвольта. Для сравнения скажем, что в химических реакциях типичные значения энергии на частицу составляют несколько электронвольт. Таким образом, в атмосфере белого карлика имеется именно тот диапазон энергий фотонов, который необходим для запуска химических реакций.

А как насчет совокупного энергетического запаса такой звезды? Белый карлик, существующий за счет аннигиляции темной материи, вырабатывает энергию, равную порядка 10 ¹⁵ватт. Эта мощность излучения мала по сравнению со светимостью современного Солнца, но достаточно велика по сравнению с совокупной мощностью, которую вырабатывает вся человеческая цивилизация. В качестве другого сравнения отметим, что доля солнечной энергии, которую воспринимает Земля, составляет около 10 ¹⁷ватт. Другими словами, мощность, необходимая для запуска биологической эволюции в атмосфере белого карлика, составляет один процент от полной мощности, доступной земной биосфере в наши дни.

Зайдем в этом мысленном эксперименте еще дальше, приблизительно оценив вероятность существования в атмосферах белых карликов каких-либо форм жизни. Следуя примеру Фримена Дайсона, предположим, что жизнь подчиняется

некой разновидности закона соответствия масштабов, что, в свою очередь, означает, что субъективное время, которое ощущает живое существо, зависит от температуры, при которой оно функционирует. В случае более низких температур жизнь течет медленнее, поэтому на ощущение того же числа мгновений сознания у такого существа будет уходить больше времени.

Что касается нашей гипотетической биоты, развивающейся вблизи поверхности белого карлика, ее окружающая температура должна быть около 63 градусов Кельвина, что примерно в пять раз меньше, чем температура млекопитающих. Гипотеза соответствия масштабов гласит, что такому существу требуется в пять раз больше реального (физического) времени, чтобы пережить такое же фактическое «количество» жизни. Таким образом, по сравнению с жизнью на Земле, жизнь в атмосфере белого карлика теряет коэффициент пять в силу того, что имеет меньшую скорость метаболизма, а также коэффициент сто в силу того, что имеет меньшую мощность. Эта потеря коэффициента 500 более чем компенсируется имеющимся в наличии временем, которое в сто миллиардов раз длиннее. Объединяя эти два конкурирующие действия, мы полагаем, что жизнь в атмосфере белого карлика имеет численное преимущество примерно в сто миллионов. Даже если эволюция жизни в атмосфере белого карлика в сто миллионов раз менее эффективна, чем биологическая эволюция на Земле, эта звезда все равно располагает такими временем и энергией, которых достаточно, чтобы породить целую сеть различных форм жизни, по своему масштабу сравнимую с биосферой сегодняшней Земли.

Однако наше понимание жизни и эволюции далеко от полного. Данная линия экстраполяции- служит не строгим предсказанием, а скорее интересной возможностью. Атмосферы белых карликов располагают достаточно большим источником энергии и воистину огромным количеством времени. В такой среде возникновение интересной химии, в принципе, возможно. Хотя, вообще, мы не можем гарантировать, что время, энергия и химия являются достаточными условиями для появления биологии. Однако в единственном известном нам примере интересная химия привела к эволюции жизни. Реализуется ли такая возможность в будущем — нам не известно.

Жизнь за пределами атмосферы белого карлика

Можно представить и более традиционную точку зрения на существование жизни в будущем. Белые карлики, живущие за счет захвата и аннигиляции частиц темной материи, обеспечивают фактическую светимость в 10 ¹⁵ватт. Этот достаточно большой объем мощности испускает поверхность звезды, по размеру сравнимой с Землей. Пожелай какая-нибудь будущая цивилизация использовать эту энергию, она могла бы окружить эту звезду сферической оболочкой, которая улавливала бы излучаемую ею энергию. Такое предприятие, потребовало бы развертывания строительства планетарного масштаба — дорогая, но вполне осуществимая для высокоразвитой цивилизации цель.

В подобных системах белых карликов полная имеющаяся мощность значительно превышает ту мощность, которая в настоящее время вырабатывается и расходуется нашей цивилизацией на Земле. Эту номинальную мощность белых карликов можно включить в перспективу еще одним способом. Предположим, что цивилизация, живущая вблизи белого карлика, насчитывает миллиард граждан. Тогда каждый член этого общества имел бы доступ к одному полному мегаватту мощности: этого достаточно, чтобы на полную громкость работали десять тысяч стереомагнитофонов. Более того, такая поставка энергии может продолжаться двадцать космологических декад (сто миллиардов миллиардов лет) — значительно больше тех двухсот лет, за которые мы полностью исчерпаем запасы ископаемого топлива на нашей Земле.