Бритва Оккама и структура солнечной системы.

С.А.Язев

АННОТАЦИЯ

Обсуждается очевидный тезис о том, что по мере быстрого прогресса в технике всеволновых астрономических наблюдений столь же быстро растут объем и детальность данных о Вселенной, а значит, растет вероятность того, что возможные проявления внеземного разума уже попали в сферу нашего внимания, но еще адекватно не интерпретированы. В связи с этим методические требования "бритвы Оккама" (не следует увеличивать число сущностей сверх необходимости), выражением которых в приложении к проблеме SETI является принцип "презумпции естественности", уже не выглядят столь обоснованными, как раньше. Гипотеза вмешательства внеземного разума может анализироваться наравне с прочими при изучении новых, подчас выглядящих "странными", данных. Соответствующий подход иллюстрируется на примере рассмотрения привычных "странностей" Солнечной системы, структура и некоторые закономерности которой на фоне открытий экзосолнечных планетных систем выглядят сегодня не столь естественными, как раньше.

Бритва Оккама ("не следует увеличивать число сущностей сверх необходимости") - методологическое правило, которым, сознательно или подсознательно, обычно руководствуются исследователи. Его смысл состоит в том, чтобы не тратить время на анализ маловероятных гипотез, а сразу изучать версии, наиболее вероятные с точки зрения нашего опыта.

Последняя оговорка существенна. В повседневной практике правило постоянно применяется (например, в деятельности следователя, --- заведомо фантастические версии в список первичных рабочих гипотез не включаются). Однако, если мы имеем дело с малоисследованными областями бытия, наш опыт может оказаться обманчивым, и привычные с точки зрения здравого смысла версии могут оказаться непродуктивными.

Одно из проявлений бритвы Оккама в астрофизических исследованиях - презумпция естественности. В повседневном опыте при исследованиях привычных природных явлений (понятно, что понятие привычности весьма субъективно!) этот принцип представляется вполне оправданным. С другой стороны, при визуальных наблюдениях искусственных спутников Земли, неподготовленный наблюдатель из числа местных жителей где-нибудь на островах Тихого океана может попасть впросак, если будет исходить из этого принципа.

По сути дела, бритва Оккама оправдана, когда мы имеем дело с привычными феноменами. Идея космического происхождения падающих с неба камней была маловероятным (или даже совсем невероятным) событием с точки зрения большинства исследователей, опиравшихся на имевшийся опыт науки. Сегодня же, в случае падения камня с неба, первая версия, которая приходит в голову, - это именно метеоритная гипотеза (метеориты стали знакомым явлением).

Заметим, что бритва Оккама не запрещает рассматривать никакие гипотезы - она просто предлагает перебирать их, расположив по мере априорного уменьшения вероятности. Однако всегда есть риск, что, когда мы сталкиваемся с новыми для нас, малоизвестными явлениями и процессами, изначальная оценка степени оправданности гипотез может оказаться ошибочной. Это может касаться и гипотез, относящихся к проблематике SETI.

Разумеется, мы не можем сказать, что ничего не знаем об устройстве Вселенной. Скорее наоборот, мы знаем уже удивительно много. Но несомненно, что чем дальше мы продвигаемся по пути исследования Вселенной, в том числе, и прежде всего благодаря значительному прогрессу инструментария астрономов, тем больше вероятность того, что мы наконец столкнемся с проявлениями внеземного разума. Очевидно, что вероятность этого, по мере ввода в строй новых наземных и внеатмосферных телескопов, должна возрастать. Не исключено, что проявления внеземного разума уже попали в сферу нашего внимания, однако еще не интерпретированы адекватно. С этой точки зрения степень оправданности априорного применения презумпции естественности при изучении новых открывающихся перед нами явлений и процессов, по-видимому, снижается.

Прекрасным примером нового подхода является идея Лефевра и Ефремова о возможном искусственном происхождении некоторых особенностей структуры галактики "Колесо телеги". Авторы работы [1] прекрасно отдают себе отчет в том, что существуют возможности объяснения наблюдаемых явлений без привлечения экстравагантных гипотез о вмешательстве внеземных цивилизаций (ВЦ). Однако "искусственная" гипотеза рассматривается наравне с "естественными" - пожалуй, даже несколько демонстративно, именно как пример нового взгляда.

Замечательно, что здесь мы сталкиваемся с постепенным изменением главенствующей парадигмы. Несколько десятков лет назад "сваливать" на ВЦ вмешательство в структуру галактики могли себе позволить лишь люди, не заботящиеся о своей научной репутации. Но такие вмешательства должны быть признаны неизбежными, коль скоро никогда не вызывала возражений знаменитая шкала уровней энергопотребления ВЦ по Н.С.Кардашеву! Ситуация напоминает историю с отношением астрономов к стационарной картине мира в варианте Джордано Бруно - Ньютона. Гравитационный и фотометрический парадоксы были известны уже в первой половине Х1Х века, тем не менее психологически трудно было отказаться от теории вечной и стабильной Вселенной. Вероятно, оставалась, сознательная либо подсознательная, надежда на то, что парадоксы как-нибудь разрешатся, не меняя базовой картины мира. Картина мира и противоречащие ей парадоксы сосуществовали одновременно.

По сути, подход Лефевра и Ефремова отрицает презумпцию естественности как крайнее проявление бритвы Оккама. При этом сама бритва Оккама не отвергается: просто, по мере накопления нашего опыта, меняется само понятие "необходимости" в формулировке этого методологического принципа. Не отвергается и научный метод: каждое утверждение должно быть доказано (принцип верификации), должно в принципе допускать проверку практикой (принцип фальсификации), не противоречить логике и полученным ранее знаниям (принцип логичности). Однако гипотезы для проверки могут выдвигаться самые разные, и оценить априори приоритеты при оценке степени их обоснованности подчас бывает трудно.

Предпримем демонстративную (методологическую) попытку посмотреть свежим взглядом не на новые факты, а на привычные и давно известные закономерности, касающиеся, например, параметров Солнечной системы. Поскольку многие параметры всем хорошо известны с детства, они обычно не вызывают вопросов, поскольку кажутся привычными и естественными. В то же время некоторые из них могут представлять интерес с точки зрения проблемы SETI. В частности, это должны быть прежде всего те свойства, которые выглядят, как проявления маловероятных случайностей. Чтобы преодолеть возможное психологическое неприятие такого подхода, лучше представить себе, что мы наблюдаем Солнечную систему со стороны, в числе десятков других известных на сегодня планетных систем.

1.Правило Тициуса-Боде. Известно, что большие полуоси орбит крупных планет подчиняются закономерности, которая называется правилом Тициуса- Боде : R_n = 0.4 + 0.3 в степени 2n-2, где R_n - большая полуось орбиты, выраженная в астрономических единицах, n - номер планеты, считая от Солнца. Для Меркурия n - минус бесконечность, для Венеры - 2, Земли - 3 и т.д. Отклонения предсказываемых правилом значений от реальных, особенно для дальних планет, значительны. Альвен и Аррениус [2] считали, что это правило - не более чем просто приблизительная мнемоническая формула, которая не отражает никакой физической закономерности. В.И.Сохань из Новосибирска указал автору на красивый "новый" вид записи правила Тициуса- Боде, который, по его словам, был опубликован в журнале "Техника-Молодежи" в конце 60-ых годов (ссылку мне найти не удалось):

Разумеется, рассчитанные значения при "новом представлении" тоже отличаются от истинных, хотя (для дальних планет) различия не так существенны, как при классическом. Но давайте представим себе реакцию непосвященного человека, которому показали приведенную таблицу.

Безусловно, могут быть предложены известные теории, объясняющие набор расстояний от Солнца до планет естественными причинами, начиная от влияния Юпитера до простой случайности. Однако вполне может быть высказано предположение о том, что набор этих чисел - продукт разумной деятельности, и значит, планетная система "сконструирована" на основе некоей математической последовательности. Цели такой деятельности обсуждать практически бессмысленно, поскольку для этого слишком мало данных. Диапазон целей может быть большим: от побочного, случайного проявления используемого масштаба (как в любой конструкции, созданной европейской цивилизацией, неизбежно проявляются используемые единицы измерения, --- сантиметры либо дюймы etc.), так и до искусственной организации структуры планетной системы в целях "выращивания" разумной жизни на одной из планет, либо просто демонстрации (произведения искусства или шутки ВЦ).

2.Последовательность "планеты-гиганты - планеты земной группы". Судя по данным о вновь открытых планетных системах, ближе к центральной звезде обычно находятся массивные планеты типа Юпитера, при этом типичны очень малые полуоси орбит и соответственно, малые периоды обращения. В этом смысле Солнечная система - странное, и возможно, редкое исключение, как указывает Л.В.Ксанфомалити [3].

Объяснению происхождения существующей структуры Солнечной системы посвящена богатая литература, где эта структура выглядит вполне закономерной, и приводятся возможные механизмы ее возникновения. Разумеется, новые открытия не отметают эти модели, хотя теперь от теории образования планетных систем мы вправе требовать объяснения ставшего явным факта: большинство известных планетных систем устроены совершенно не так, как Солнечная система. Возможно, следует даже говорить о кризисе космогонической планетной теории, - до тех пор, пока она не покажет, что наиболее вероятные решения соответствуют как раз тому, что мы наблюдаем возле ближайших звезд.

В рамках новой парадигмы возможна и экстравагантная версия о искусственном вмешательстве. Структура Солнечной системы может рассматриваться, как подчеркнуто нетипичная последовательность. Структура "сначала 4 планеты земной группы возле центральной звезды, и уже потом 4 гиганта" может быть воспринята как демонстративно (либо функционально) искусственная.

Укажем, что может быть выдвинута и еще более экстравагантная гипотеза - все близкие к нам планетные системы сооружены искусственно, причем нарочито нетипичным образом. Неким доводом в пользу такой идеи могут служить, по-видимому, результаты численного моделирования эволюции газопылевого облака, дающие в качестве наиболее вероятного решения именно вариант (экзотический) Солнечной системы [4]. Впрочем, ясно, что скорее всего, дело в недостатках наших математических моделей. Нет сомнения, что в скором времени усовершенствованные модели смогут успешно описывать естественные пути формирования планетных систем самых различных типов.

В скобках заметим, что, вероятно, вполне возможно построение даже непротиворечивой модели естественного происхождения картофельного поля с квадратно-гнездовой структурой. Математика в этом смысле уже многократно демонстрировала свое могущество. Такое объяснение имеет право на существование, поскольку в структуре картофельного поля не нарушаются никакие физические законы.

3. Эксцентрисистеты планетных орбит. Орбиты всех крупных планет Солнечной системы имеют аномально малые (по сравнению с экзосолнечными планетами, [5]) эксцентриситеты орбит. Это обстоятельство может рассматриваться, как редкая случайность (до недавнего времени оно вообще никого не смущало, поскольку никто не предполагал, что типичной является как раз ситуация с высокой степенью эллиптичности орбит). Как упоминалось выше, ситуации, выглядящие маловероятными, мы можем относить к разряду имеющих отношение к проблеме SETI.

4. Значения наклонов осей вращения планет к плоскостям орбит

Ниже приведены значения наклонов осей вращения крупных планет (от Меркурия до Плутона) к плоскостям их орбит, выраженные в градусах:

В долях от прямого угла последовательность выглядит следующим образом
0.99 0.96 0.74 0.73 0.97 0.71 0.09 0.68 0.09

или округленно
1 -1 0.7 0.7 1 0.7 -0.1 0.7 -0.1

Учитывая, что набор значений для наклонов планетных осей мог бы содержать, строго говоря, любые величины (базовая теория утверждает, что наклоны осей отличаются от прямого благодаря соударениям планетезималей на ранней стадии формирования Солнечной системы), можно заметить, что упомянутая последовательность выглядит достаточно маловероятной. Такую последовательность значений можно рассматривать, как искусственно созданную, и даже несущую в себе либо какой-то смысл, либо какую-то функциональную нагрузку.

5. Резонансы периодов

В литературе, посвященной закономерностям Солнечной системы, указан целый ряд хорошо известных закономерностей, касающихся связи между значениями периодов обращения тел Солнечной системы. Напомним некоторые из них.

Так, например, за 2/3 своего года Меркурий совершает полный оборот вокруг своей оси (59 суток). Это два синодических лунных месяца. Период же обращения Меркурия вокруг Солнца - 88 суток, или 3 синодических лунных месяца (88.6 суток).

Орбита Меркурия находится в резонансе 115.88 земных суток относительно Земли, что близко к 4 синодическим лунным месяцам, 118 суток. Точный резонанс был 130 млн. лет назад.

Период вращения Венеры (243.02) практически совпадает с резонансным периодом системы Земля-Венера (243.16). Период повторения нижних соединений с Землей - 584 суток, это ровно 5 солнечных суток Венеры (116.8 земных суток).

Орбита Сатурна проявляет резонанс 2:5 относительно Юпитера, формула

2W_{юпитера} - 5W_{сатурна}=0

принадлежит еще Лапласу [6]. Молчанов [7] приводил следующую закономерность:

W_{юпитера} - 2W_{сатурна} - W_урана - W_{плутона}=0

Отсюда, как указывают Шугрин и Обут [6],

W_{сатурна}=1/3(W_{юпитера} + W_урана + W_{плутона})

Известно, что орбита Урана обладает резонансом 1:3 относительно Сатурна, орбита Нептуна - резонансом 1:2 относительно Урана, орбита Плутона - резонансом 1:3 относительно Нептуна

В книге Л.В.Ксанфомалити [4] указано, что структуру Солнечной системы, судя по всему, определил именно Юпитер, поскольку параметры орбит всех планет находятся в правильных с его орбитой соотношениях. Там же упоминаются работы, где утверждается, что образование Юпитера на его нынешней орбите - маловероятное явление. По-видимому, несмотря на большое количество вполне убедительных моделей, объясняющих резонансные свойства Солнечной системы, можно иметь в виду и модель искусственного вмешательства. Подчеркнем, что последнее не обязательно должно быть целенаправленным, рассматриваемая (и другие) закономерности могут быть побочными косвенными следствиями разумных действий.

6. Равенство угловых размеров Солнца и Луны при наблюдениях с Земли, привычное с детства и обеспечивающее нам возможность наблюдать полные (не кольцеобразные) солнечные затмения, может также интерпретироваться в рамках проблемы SETI.

7. Равенство отношений диаметра Солнца к диаметру Земли и расстояния от Солнца до Земли к диаметру Солнца с точностью до 1% также может вызвать определенный интерес. При выражении в километрах это выглядит следующим образом:

1390000 : 12751 = 109

149600000 : 1390000 = 108

8. Равенство периода обращения Луны вокруг Земли периоду ее вращения вокруг оси (сидерический лунный месяц, 27.32 сут.) и кэррингтоновскому периоду вращения Солнца (27.28 сут.) также выглядит любопытным. Шугрин и Обут [6, с.16] указывают, что 600-650 млн. лет назад синодический лунный месяц был равен 27 современным суткам, т.е. был точный резонанс с Солнцем.

9. "Солнечный квадрат". Интересное свойство периодичности солнечной активности я обнаружил в неопубликованной рукописи моего деда, И.Н.Язева, датированную 1943 годом. Здесь приводились среднее значение продолжительности цикла солнечной активности за 17 циклов (S.128 лет), среднее значение для послемаксов (период максимум-минимум солнечного цикла ) Р=6.52 лет, а также среднее значение для передмаксов (период минимум-максимум солнечного цикла) N=4.61 года. При этом продемонстрирована следующая закономерность, которую И.Н.Язев назвал "солнечным квадратом": квадрат послемакса, деленный на квадрат передмакса, равняется 2: (6.52)²/(4.61)²=42.51/21.25=2 или P/N=√2

Разумеется, закономерность упоминалась в рукописи вне контекста SETI.

ОБСУЖДЕНИЕ

Очевидно, что перечень "странных" закономерностей может быть продолжен. Очевидно, что некоторые из них вовсе не для всех читателей выглядят "странными". Очевидно, что давно предложены альтернативные "естественные" объяснения большинства упомянутых закономерностей, многие из которых хорошо известны автору. С точки зрения бритвы Оккама, искать в этих закономерностях сознательные или побочные проявления разумной деятельности имеет смысл, только если в этом есть необходимость. Другими словами - если нет других, более удовлетворительных, объяснений.

В данном случае естественные физические объяснения в некоторых случаях есть, в некоторых случаях мы говорим о случайности, в некоторых случаях вообще не видим смысла искать какие-то объяснения, поскольку не видим необходимости объяснять привычный порядок вещей. Весьма вероятно, что это временное явление, и вскоре мы будем располагать исчерпывающими теориями, убедительно объясняющими происхождение перечисленных и иных "странностей".

Однако, если допустить, что пока у нас нет четко обоснованных критериев, что именно следует считать удовлетворительным объяснением, и когда надлежит искать объяснения дополнительные, а когда можно обойтись существующими, по-видимому, можно иметь в виду и гипотезу искусственного вмешательства в структуру нашей планетной системы. Как указано выше, цель и технологии такого вмешательства обсуждать практически бессмысленно, - хотя, конечно, можно предположить, что Солнечная система создавалась (либо "подправлялась") с целью "выращивания" (земной) цивилизации. В рамках новых концепций о роли жизни в эволюции Вселенной [8], такая гипотеза может оказаться жизнеспособной.

Сам автор не очень серьезно относится к возможности того, что гипотеза окажется в конечном итоге верной, хотя допускает ненулевую вероятность такого поворота событий. В любом случае, обсуждение такой гипотезы представляется автору полезным методическим упражнением, опыт которого может неожиданно пригодиться в будущем исследователям проблемы SETI.

Литература.

1. Лефевр В.А., Ефремов Ю.Н., Космический разум и черные дыры: от гипотезы к научной фантастике. Земля и Вселенная, 2000, N5,, С.69-83.

2. Альвен Х., Аррениус Г. Эволюция Солнечной системы.М., Мир, 1979, 511 с.

3. Ксанфомалити Л.В. Открытие первых экзопланет. Бюллетень НКЦ SETI , М., 1999, N14, С.8-28.

4. Ксанфомалити Л.В. Парад планет. М.: Наука. Физматлит, 1997. 256 с.

5. Planetary Report, N5, 2000.

6. Шугрин С.М., Обут А.М. Солнечная активность и биосфера. Новосибирск: Наука, 1986, 127 с.

7. Молчанов А.М. О резонансной структуре Солнечной системы. В кн.: Современные проблемы небесной механики и астродинамики. М.: Наука, 1973, С. 32-42.

8. Дойч Д. Структура реальности. Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2001, 400 с.