Введение. учёные недавно высветили ряд катастрофических сценариев, которые могут уничтожить не только нашу цивилизацию

учёные недавно высветили ряд катастрофических сценариев, которые могут уничтожить не только нашу цивилизацию, но даже нашу планету или всю наблюдаемую вселенную, – как если бы нам, людям, больше не о чем было бы беспокоиться. Например, опасения, что столкновения тяжёлых ионов на ускорителе релятивистских тяжёлых ионов в Брукхавене (RHIC) могут запустить такой катастрофический процесс, привели к созданию детального технического отчёта на эту тему [2], в котором рассматривалось три категории рисков:

1. Расширение (Initiation) перехода в более низкое вакуумное состояние, которое будет распространяться от своего источника наружу со скоростью света, уничтожая известную нам вселенную [2, 3, 4].

2. Формирование чёрной дыры или гравитационной сингулярности, которая затягивает обычную материю, и возможно, уничтожает Землю. [2, 4].

3. Формирование стабильной странной материи, которая засасывает обычную материю и превращает её в странную материю, вероятно, уничтожая Землю [2, 5].

Другие сценарии катастроф ранжируются от бесспорных до весьма умозрительных:

4. Удары массивных астероидов, близкий взрыв сверхновой и/или гамма всплеск, теоретически могут стерилизовать Землю.

5. Аннигиляция враждебной расой роботов, колонизирующей пространство.

В отчёте, выполненном в Брукхавене [2], делается вывод, что если пункты 1-3 возможны, они с колоссальной вероятностью будут запущены не RHIC, а естественно происходящими высокоэнергетичеными астрофизическими событиями, такими, как столкновения космических лучей.

Все риски 1-5, вероятно, должны считаться внешними, то есть несвязанными с человеческой активностью и нашим уровнем технического развития. Цель это статьи – оценить вероятность (likelihood) за единицу времени внешних катастрофических сценариев вроде 1-5.

Можно подумать, что раз жизнь здесь, на Земле, выжила в течение примерно 4 Гигалет, такие катастрофические события должны быть исключительно редкими. К сожалению, этот аргумент несовершенен, и создаваемое им чувство безопасности – фальшиво. Он не принимает во внимание эффект избирательности наблюдения (observation selection effect) [6, 7], который не позволяет любому наблюдателю наблюдать что-нибудь ещё, кроме того, что его вид дожил до момента, когда они сделали наблюдение. Даже если бы частота космических катастроф была бы очень велика, мы по-прежнему должны ожидать обнаружить себя на планете, которая ещё не уничтожена. Тот факт, что мы всё ещё живы, не может даже исключить гипотезу, что в среднем космическое пространство вокруг стерилизуется распадом вакуума, скажем, каждые 10 000 лет, и что наша собственная планета просто была чрезвычайно удачливой до сих пор. Если бы эта гипотеза была верна, перспективы будущего были бы унылы.

Мы предлагаем способ вывести верхнюю границу частоты космических катастроф, которая неподвержена такой селекции наблюдателей. Мы доказываем, что распределение возрастов планет и звёзд ограничивает частоту многих сценариев глобальной катастрофы, и что сценарии, которые выходят за пределы этой границы (особенно распад вакуума) в свою очередь ограничены относительно поздним временем формирования Земли. Идея состоит в том, что если бы катастрофы были очень часты, почти все разумные цивилизации возникли бы гораздо раньше, чем наша.

Используя информацию о темпах формирования планет, можно вычислить распределение дат рождений разумных видов при различных предположениях о частоте космических цивилизаций. Объединение этого с информацией о нашем собственном временном местоположении позволяет нам заключить, что частота космической стерилизации для обитаемой планеты не больше, чем порядка одного раза на Гигагод.

Рис.1: Слева: когда формируетя типичная планета? Справа: Насколько вероятно, что Земля сформируется так поздно.

На левом графике показано распределение вероятностей наблюдаемого времени формирования планет, в предположении разных характерных промежутков времени между катастрофами: от бесконечности (заштриховано) до 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 и 1 млрд. лет соответственно (справа налево). Правая часть графика показывает вероятность наблюдения некого времени формирования (больше или равно 9,1 млрд. лет для Земли), то есть области справа от пунктирной линии на левой панели.

II. Верхняя граница частоты катастроф

Предположим, что планета случайным образом стерилизуется или уничтожается с некоторой частотой 1/T, которую мы сейчас определим. Это означает, что вероятность выживания планеты в течение времени t падает экспоненциально, как exp(- t/T)

Наиболее прямой путь избежать ошибки от эффекта избирательности наблюдения – это использовать только информацию об объектах, чьё уничтожение не повлияло бы на жизнь на Земле. Мы знаем, что ни одна планета в Солнечной системе от Меркурия до Нептуна не превратилась в чёрную дыру или сгусток странной материи, в течение последних 4,6 гигалет, поскольку их массы были бы по-прежнему заметны по их гравитационному влиянию на орбиты других планет. Это означает, что временная шкала разрушения должна быть соответственно большой, – кроме как в случаях, когда их уничтожение однозначно связанно с нашим, как по общей причине, так и по причине их взрыва, приводящего к разлёту частиц судного дня, вроде чёрных дыр или странных частиц, которые в свою очередь уничтожат Землю.

Эта лазейка в эффекте избирательности наблюдения сужается, если мы примем во внимание экзопланеты, которые мы наблюдали через их частичные затмения их родных звёзд [8] и потому знаем, что они не взорвались.

Частицы конца света, которые обсуждались в литературе, скорее, будут гравитационно захватываться звёздами, а не планетами, и по этой причине наблюдаемое изобилие очень старых звёзд (t больше или приблизительно равно 10 гигалет) (например, [9]) ещё больше уточнит нижнюю границу Т.

Единственный сценарий, который может воспользоваться оставшейся лазейкой систематической ошибки эффекта наблюдения (observer bias loophole) и избежать всех этих ограничений, – это распад вакуума, как спонтанный, так и запущенный неким высокоэнергетичным событием. Поскольку пузырь разрушения распространяется со скоростью света, мы не можем наблюдать разрушения других объектов: мы можем увидеть их разрушение только в тот момент, когда разрушаемся сами. В противовес этому, если сценарии 2 или 3 включают в себя излучение «частиц судного дня» и распространяется, как цепная реакция, медленнее скорости света, мы можем наблюдать сферические чёрные области, создаваемые расширяющимися фронтами разрушения, которые ещё не достигли нас.

Сейчас мы покажем, что временной масштаб вакуумного распада может быть ограничен другим аргументом. Темп формирования f(t) обитаемых планет как функция времени с момента Большого Взрыва показан на рис.1 (левая сторона, затенённое распределение). Эта оценка взята из [10], и основана на симуляциях, включающих создание тяжёлых элементов, взрывы сверхновых и гамма всплески. Если области пространства стерилизуются или разрушаются случайным образом с частотой 1/T, то вероятность того, что случайным образом взятая пространственная область останется неповрежденной, составляет exp(- t/T). Это означает, что распределение условной вероятности (conditional probability) f*(t) для времени формирования планет t с точки зрения наблюдателя – это просто затененное распределение f(t) умноженное на exp(- t/T) и отмасштабированное таким образом, чтобы давать в интеграле единицу. Оно отображено дополнительными кривыми на рис.1 слева[114]. (сноска 1). По мере того, как мы уменьшаем временной параметр (timescale) катастроф T, пик результатирующего распределения (левый график) сдвигается влево и вероятность того, что Земля сформировалась так поздно, как мы это наблюдаем (9,1 гигалет после Большого взрыва) или позже, падает (правая часть рисунка).

Пунктирные линии показывают, что мы можем исключить гипотезы, что T < 2.5 гигалет с 95% уверенностью, и соответствующие 99% и 99,9% интервалы уверенности составляют T> 1,6 и T> 1,1 Гигалет соответственно.

Риски 4-ой категории уникальны тем, что у нас есть хорошие прямые измерения частоты столкновений, взрывов суперновых и гамма всплесков, которые не зависят от эффектов избирательности наблюдения. До сих пор наш анализ использовал статистику обитаемых планет из [10], которая включала в себя (folded in) эти измерения из категории 4.

Наши границы неприменимы в целом к катастрофам антропогенного происхождения, которые стали возможны только после того, как были развиты определённые технологии, например, ядерное уничтожение или истребление с помощью сконструированных микроорганизмов или нанотехнологии. Они так же не относятся к природным катастрофам, которые не смогут необратимо разрушить или стерилизовать планету. Другими словами, у нас до сих пор есть множество поводов для беспокойства [11, 12, 13, 14]. Вместо этого наши границы относятся к внешним катастрофам (спонтанным или вызванным космическими лучами), частота которых не связанна с человеческой активностью, при условии, что они вызывают необратимую стерилизацию.

Наши численные вычисления базируются на ряде предположений. Например, мы полагаем частоту экзогенных катастроф 1/T в качестве константы, хотя нетрудно предположить, что она изменяется в пределах 10% в порядке соответствующей временной шкалы, поскольку сама наша граница T имеет порядок 10% от возраста Вселенной[115].

Во-вторых, частота формирования обитаемых планет опирается на несколько предположений, детально обсуждаемых в [10], которые могут легко изменить результат в пределах 20%. В-третьих, риск событий, вызванных космическими лучами, будет слегка меняться от места к месту, если так же будут меняться сами космические лучи. В-четвёртых, из-за космологических флюктуаций массы, разброс масс будет отличаться на 10% от одного региона размером порядка 10**9 световых лет к другому, так что риск того, что космические лучи вызовут распад вакуума, может варьироваться в том же порядке.

В целом, хотя более детальные вычисления могут изменить количественные границы на множитель порядка единицы, наш основной результат, состоящий в том, что вероятность внешнего уничтожения невелика на человеческой и даже геологической шкале, выглядит весьма надёжным.

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы показали, что жизнь на Земле очень вряд ли будет уничтожена внешней катастрофой в ближайшие 1 млрд. лет. Это численное ограничение получается из сценария, на который мы имеем наиболее слабые ограничения: распад вакуума, ограниченный только относительно поздним формированием Земли. Этот вывод переносится так же и на ограничения на гипотетические антропогенные катастрофы, вызванные высокоэнергетичными физическими экспериментами (риски 1-3). Это следует из того, что частотность внешних катастроф, например, происходящих из столкновений космических лучей, устанавливает верхнюю границу на частоту своих антропогенных аналогов. В силу этого наш результат закрывает логическую брешь ошибки селективности наблюдения и даёт заверения, что риск глобальной катастрофы, вызванной опытами на ускорителях, чрезвычайно мал, до тех пор, пока события, эквивалентные тем, что происходят в экспериментах, случаются чаще в естественных условиях. А именно, Брукхавенский отчёт [2] предполагает, что глобальные катастрофы могут происходить гораздо более чем в 1000 раз чаще в естественных условиях, чем на ускорителях. Предполагая, что это так, наше ограничение в 1 млрд. лет переходит в консервативную верхнюю границу 10**(-12) годового риска от ускорителей, что обнадёживающе мало.

4. Благодарности:

Авторы благодарны Adrian Kent, Jordi Miralda-Escude и Frank Zimmermann за обнаружение брешей в первой версии этой статьи, авторам [10] за пользование их данными и Milan Circovic, Hunter Monroe, John Leslie, Rainer Plaga и Martin Rees за полезные комментарии и дискуссии. Спасибо Paul Davies, Charles Harper, Andrei Linde и Фонду John Templeton Foundation за организацию семинара, на котором это исследование было начато. Эта работа была поддержана NASA grant NAG5-11099, NSF CAREER grant AST-0134999, и стипендиями от David и Lucile Packard Foundation и Research Corporation.

Литература:

[1] M. Tegmark and N. Bostrom, Nature, 438, 754 (2005)

[2] R. L. Jaffe, W. Busza, Sandweiss J, and F. Wilczek,

Rev.Mod.Phys., 72, 1125 (2000)

[3] P. Frampton, Phys. Rev. Lett., 37, 1378 (1976)

[4] P. Hut and M. J. Rees 1983, “How Stable Is Our Vac-

uum?”, Nature, 302, 508 P. Hut 1984, Nucl.Phys. A,

418, 301C

[5] A. Dar, A. De Rujula, and U. Heinz, Phys.Lett. B, 470,

142 (1999)

[6] B. Carter 1974, in IAU Symposium 63, ed. M. S. Longair

(Reidel: Dordrecht)

[7] N. Bostrom, Anthropic Bias: Observation Selection Ef-

fects in Science and Philosophy (Routledge: New York,

2002)

[8] F. Pont, astro-ph/0510846, 2005

[9] B. M. S Hansen et al., ApJ, 574, L155 (2002)

[10] C. H. Lineweaver, Y. Fenner, and B. K. Gibson, Science,

203, 59 (2004)

[11] J. Leslie, The End of the World: The Science and Ethics

of Human Extinction (Routledge: London, 1996)

[12] N. Bostrom, Journal of Evolution and Technology, 9, 1

(2002)

[13] M. J. Rees, Our Final Hour: How Terror, Error, and

Environmental Disaster Threaten Humankind’s Future in

This Century — On Earth and Beyond (Perseus: New

York, 2003)

[14] R. Posner, Catastrophe: Risk and Response (Oxford

Univ. Press: Oxford, 2004)

Ник Бостром. Рассуждение о Конце Света для начинающих

http://www.anthropic-principle.com/primer1.html

...A Primer on the Doomsday argument....

Философия редко даёт эмпирические предсказания. Рассуждение о Конце Света является важным исключением. Исходя из кажущихся очевидными предположений, оно стремится показать, что риск вымирания человечества в ближайшем будущем систематически недооценивается. Первая реакция почти каждого человека: что-то должно быть не так с таким рассуждением. Но, несмотря на тщательное исследование всё большим числом философов, ни одной простой ошибки в этом рассуждении не было обнаружено.

Это началось около пятнадцати лет назад, когда астрофизик Брэндон Картер (Brandon Carter) обнаружил прежде незамеченное следствие из одной из версий антропного принципа. Картер не опубликовал своё открытие, но идея была подхвачена философом Джоном Лесли (John Leslie), который был плодовитым авторам на эту тему и написал монографию «Конец мира» (The End of the World (Routledge, 1996).) Разные версии Рассуждения о конце света были независимо обнаружены другими авторами. В последние годы было опубликовано определённое количество статей, пытавшихся опровергнуть этот аргумент, и примерно равное количество статей, опровергающих эти опровержения.

Вот само Рассуждение о конце света. Я объясню его в три этапа.

Шаг 1

Представим себе Вселенную, которая состоит из 100 изолированных боксов. В каждом боксе один человек. 90 из боксов раскрашены синим снаружи, и оставшиеся 10 – красным. Каждого человека попросили высказать догадку, находится ли он в синем или красном боксе. (И каждый из них знает всё это.)

Далее, предположим, вы находитесь в одном из боксов. Какого цвета он, по вашему, должен быть? Поскольку 90% из всех людей находятся в голубых боксах, и поскольку вы не имеете никакой другой значимой информации, кажется, что вы должны думать, что с вероятностью в 90% вы находитесь в голубом боксе. Договоримся называть идею о том, что вы должны размышлять, как если бы вы были случайным экземпляром (random sample) из набора всех наблюдателей – предположением о собственном расположении (self-sampling assumption).

Предположим, что все принимают предположение о собственном расположении и все должны сделать ставку на то, находятся ли они в синих или красных боксах. Тогда 90% из всех людей выиграют и 10% проиграют. Представим, с другой стороны, что предположение о собственном расположении отвергнуто, и люди полагают, что шансы находится в синей комнате ничем не больше, тогда они сделают ставку, бросив монету. Тогда, в среднем, 50% людей выиграют, и 50% проиграют. – Так что рациональной моделью поведения было бы принять предположение о собственном нахождении, во всяком случае, в данном случае.

Шаг 2

Теперь мы немного модифицируем этот мысленный эксперимент. У нас по-прежнему есть 100 боксов, но в этот раз они не выкрашены в синий или красный. Вместо этого они пронумерованы от 1 до 100. Номера написаны снаружи. Затем бросается монетка (может быть, Богом). Если выпадают орлы, один человек создаётся в каждом боксе. Если выпадают решки, люди создаются в боксах с номерами с 1 по 10.

Вы обнаруживаете себя в одном из боксов, и вам предлагается догадаться, имеется ли в боксах 10 или 100 человек. Поскольку это число определяется бросанием монетки, и поскольку вы не видели, как монетка выпала, и вы не имеете никакой другой значимой информации, кажется, что вам следует предполагать, что с 50% вероятностью выпали орлы (и в силу этого имеется 100 человек)

Более того, вы можете использовать предположение о собственном расположении, чтобы определить условную вероятность (conditional probability) того, что на вашем боксе написан номер от 1 до 10, в зависимости от того, как выпала монетка. Например, при условии орлов вероятность того, что номер вашего бокса лежит между 1 и 10 составляет 1/10, поскольку в них будет находиться одна десятая людей. При условии решек вероятность того, что ваш номер лежит от 1 до 10 равна 1; в этом случае вам известно, что все находятся в этих боксах.

Предположим, что вы открываете дверь, и обнаруживаете, что вы находитесь в боксе 7. Затем вас снова спрашивают, как выпала монета? Но теперь вероятность того, что выпала решка, больше 50%. Поскольку то, что вы наблюдаете, даёт большую вероятность этой гипотезе, чем гипотезе, что выпали орлы. Точная новая вероятность выпадения решки может быть вычислена на основании теоремы Байса. Это примерно 91%. Таким образом, после обнаружения того, что вы находитесь в боксе номер 7, вам следует думать, что с вероятностью в 91% здесь находится только 10 людей.

Шаг 3

Последний шаг состоит в переносе этих результатов на нашу текущую ситуацию здесь, на Земле. Давайте сформулируем две конкурирующие гипотезы. Ранняя Гибель: человечество вымирает в следующем столетии и суммарное число людей, которое существовало за всё время, составляет, скажем, 200 миллиардов. Поздняя Гибель: человечество переживает следующий век и отправляется колонизировать галактику; суммарное число людей составляет, скажем, 200 триллионов. Для упрощения изложения мы рассмотрим только эти две гипотезы. (Использование дробного деления пространства гипотез не изменяет принцип, хотя даёт более точные численные значения.)

Ранняя гибель соответствует здесь тому, что есть только 10 человек в мысленном эксперименте Шага 2. Поздняя Гибель соответствует здесь тому, что было 100 человек. Номерам боксов мы сопоставим «ранги рождения» (birth ranks) человеческих существ – их позицию в человеческой расе. Изначальной вероятности (50%) того, что монета упадёт орлом или решкой, мы сопоставим некоторую изначальную вероятность Ранней Гибели и Поздней Гибели. Эта оценка будет выполнена на основе наших обычных эмпирических оценок потенциальных угроз человеческому выживанию, таких как ядерная или биологическая война, взрывающий завод метеорит, неограниченно растущий парниковый эффект, вышедшие из-под контроля саморазмножающиеся наномашины, распад метастабильного вакуума в результате высокоэнергетичных экспериментов с элементарными частицами и так далее (вероятно, есть много опасностей, о которых мы даже не думали). Скажем, что на основе таких размышлений, вы полагаете, что вероятность Ранней Гибели составляет 5%. Точное число не важно для структуры рассуждения.

Наконец, тому факту, что вы обнаруживаете себя в боксе 7, соответствует тот факт, что вы обнаруживаете, что ваш ранг рождения составляет примерно 60 миллиардов (что примерно соответствует числу людей, которое жило до вас). И подобно тому, как обнаружение себя в боксе 7 увеличивает вероятность того, что монетка выпала решкой, обнаружение себя человеком номер 60 миллиардов даёт вам основания полагать, что Ранняя Гибель более вероятна, чем вы думали раньше. В данном случае апостериорная вероятность Ранней Гибели очень близка к 1. Вы почти наверняка можете исключить Позднюю Гибель.

***

Таково Рассуждение о Конце Света в двух словах. Услышав его, многие люди думают, что они знают, что неправильно в нём. Но эти возражения имеют тенденцию быть взаимно несовместимыми, и часто они держатся на неких простых непониманиях. Обязательно прочтите имеющуюся литературу до того, как чувствовать себя достаточно уверенным в том, что у вас есть опровержение.

Если Рассуждение о Конце Света верно, что именно оно показывает? Оно не говорит, что нет смысла пытаться уменьшить угрозы человеческому выживанию, потому что «мы обречены в любом случае». Наоборот, Рассуждение о Конце Света может сделать такие усилия выглядящими даже более срочными. Работы по уменьшению риска того, что нанотехнологии будут употреблены во вред, чтобы уничтожить разумную жизнь, например, уменьшат начальную вероятность Ранней Гибели, и это уменьшит также её апостериорную вероятность после принятия в расчет Рассуждения о Конце Света; так что ожидаемая продолжительность жизни человечества вырастет.

Есть также определённое количество «брешей» или альтернативных интерпретаций того, что именно говорит Рассуждение о Конце Света. Например, оказывается, что если существует множество внеземных цивилизаций, и вы интерпретируете предположение о собственном местоположении как применимое в равное мере ко всем разумным существам, а не только к людям, то тогда происходит другой сдвиг вероятности, который точно уравновешивает и отменяет сдвиг вероятности, следующий из Рассуждения о Конце Света. Другая возможная брешь – это если в будущем будет бесконечно много людей; неясно, как применять предположения о собственном расположение в бесконечном случае. Далее, если люди разовьются в значительно более продвинутый вид довольно скоро (за век или два), может быть, посредством использования продвинутых технологий, тогда не ясно, будут ли эти пост-люди в том же референетном классе, что и мы, так что тогда не понятно, как в этом случае должно применяться Рассуждение о Конце Света.

Другой возможностью является то, что если размер популяции значительно уменьшится – то тогда потребуется гораздо больше времени, до того как достаточное людей родится, чтобы ваш ранг рождения начал казаться удивительно малым. И, наконец, может быть так, что референтные классы должны быть сделаны относительными, так что не все наблюдатели, даже не все люди, будут принадлежать к одному и тому же референетному классу.

Оправдание введения относительности референтных классов могло бы придти из общей теории эффектов избирательности наблюдения, в которой предположение о собственном расположении будет только одним из элементов. Теория эффектов селективности наблюдения – теория о том, как корректировать систематические ошибки (bias), которые вводятся тем фактом, что наши свидетельства отфильтрованы предусловием, что подходящим образом расположенный наблюдатель существует, «чтобы» получить эти свидетельства – будет иметь приложения во множестве областей науки, включая космологию и эволюционную биологию.

Так что хотя Рассуждение о Конце Света содержит интересную идею, оно должно быть соединено с дополнительными предположениями и принципами (некоторые из которых ещё предстоит выработать) до того, как она может быть применено к реальному миру. По всей вероятности, даже когда будут заполнены все детали, будет набор возможных вариантов относительно нашего будущего. Тем не менее, лучшее понимание эффектов избирательности наблюдения исключит определённые типы гипотез и установит неожиданные ограничения на любые самосогласованные теоретические построения о будущем нашего вида и о распределении наблюдателей во вселенной.

Ник Бостром. Doomsday Argument жив и брыкается

Текст перевода:

http://www.proza.ru/texts/2007/05/20-267.html

(c) Nick Bostrom

Dept. of Philosophy, Logic and Scientific method

London School of Economics; Houghton St.; WC2A AE; London; UK

Email: n.bostrom@lse.ac.uk

Homepage: http://www.hedweb.com/nickb

[Более поздняя версия этой статьи выходит в Mind. Сноски опущены в HTML версии.]

The Doomsday Argument is Alive and Kicking

http://www.anthropic-principle.com/preprints/ali/alive.html

Перевод: А.В. Турчин.

Корб и Оливер (Korb and Oliver) в недавней статье в этом журнале пытаются опровергнуть Doomsday Argument (DA – Рассуждение о конце света) Картера-Лесли. Я объединил их замечания в 5 возражений, и показал, что все они терпят провал. Необходимы дальнейшие усилия, чтобы выяснить, что не так – если оно есть – с беспокоящими рассуждениями Картера и Лесли. Будучи в конечном счёте безуспешными, возражения Корба и Оливера заставляют нас, в некоторых случаях, прояснить свои позиции по поводу того, что DA означает, и что оно не означает.