Наука и теории в трилогии Лю Цысиня «В память о прошлом Земли»

В своей трилогии Лю Цысинь использовал несколько фантастических допущений, которые основываются на известных научных изысканиях и теориях. И хотя многие из его допущений в итоге получились чересчур оторванными от реальности — порой в сюжете наукообразность вытесняет любую научность, — фантасту удалось представить идеи в любопытном ключе. Например, одна из подобных концепций — задача трёх тел — стала центральной в первом томе цикла и дала ему названием.

Рассказываем о ключевых научных теориях и концепциях, описанных Лю Цысинем в книгах, и описываем, что они на самом деле из себя представляют. Но, прежде чем перейти к деталям, предупредим, что в тексте содержатся спойлеры из книг трилогии.

Область: астрономия, физика

Цивилизация Трисоляриса живёт на планете, которая находится на неустойчивой орбите в тройной звёздной системе в созвездии Центавра. В то время, как орбита Земли по отношению к Солнцу всегда стабильна и предсказуема, орбиту Трисоляриса высчитать невозможно, поскольку из-за взаимодействия трёх звёзд для планеты в каждый момент времени получается новый радиус-вектор.

Это приводит к крайне изменчивому климату, который зависит от расположения Трисоляриса относительно звёзд. Если планета слишком далеко, то цивилизация погибает от холода, а если слишком близко — то он невыносимо высокой температуры. Местные владыки много эпох искали способ рассчитать орбиту, чтобы предсказывать даты катастроф, но это оказалось невозможно. Поэтому пришельцы обратили свой взор на Землю, которая подходит им для проживания.

Задачу трёх тел сформулировали вскоре после того, как Ньютон открыл закон всемирного тяготения. В конце XIX века математик Генрих Брунс доказал, что у задачи нет общего решения, поэтому учёным и исследователям приходится искать частные решения — то есть при заданных начальных условиях. И хотя проблема трёх тел носит теоретический характер, исследования могут помочь астрономам предсказать движение небесных тел в различных космических системах.

Лю Цысинь написал свой роман в 2006 году, а уже в 2013 сербские учёные Милован Шуваков и Велько Дмитрашинович нашли ещё 13 частных решений задачи трёх тел. Правда, для инопланетян с Трисоляриса ни одно из них всё равно не подходит.

Область: астрономия

В первой книге главную героиню Е Вэньцзе китайское правительство привлекает к секретному проекту «Красный берег». Главная цель организации — поиски внеземных цивилизаций при помощи огромного радиотелескопа, который отправляет в космос радиосигналы. Эти сигналы слишком слабы, но девушка случайно находит способ усилить их — она использует солнце как ретранслятор, и теперь «голос с Земли» становится слышен намного лучше. И вскоре жители далёких звёзд прислали ей ответ.

Учёные и исследователи по всему миру занимаются передачей посланий межзвёздных цивилизациям (общее название METI) и поиском посланий межзвёздных цивилизаций (SETI). Первое направление развивается не очень активно — с 1974 по 2009 год земляне отправили радиопослания только к 19 различным звёздам. У этих сообщений было совершенно различное содержание: от слов «Ленин, Мир, СССР» и краткой энциклопедии и до записи с электромузыкального инструмента Терменвокса. Отдельно стоит отметить материальные послания вроде золотой пластинки «Вояджера», на которую записаны приветствия на 55 языках, а также множество изображений и музыкальных композиций. Правда, до ближайшей звезды «Вояджеру» предстоит лететь ещё десятки тысяч лет.

SETI объединяет несколько проектов, а контролирует организацию специалисты NASA. Учёные, как и героиня Е Вэньцзе, при помощи радиотелескопов ищут и анализируют сигналы с ближайших звёзд, похожих на Солнце. Главная нетривиальная задача — отделить естественный шум от вероятных неслучайных записей. К настоящему времени нет убедительных доказательств, что исследователи смогли уловить послания инопланетян — даже к известным сигналам вроде «WoW!» 1977 года и сигналу 2012-го с экзопланеты KOI 817 относятся с большим скепсисом.

Впрочем, программа SETI активно развивается, и в этом ей помогают пользователи со всего мира — благодаря проекту распределённых вычислений. Его участники со устанавливают специальный софт, который в фоновом режиме расшифровывает полученные исследователями сигналы. SETI@home считается самым крупным коллективным компьютерным проектом в истории.

Обе программы в своё время критиковали учёные Дэвид Брин и Стивен Хокинг — они считают, что передачи посланий в космос могут привести к тому, что на Землю обратят внимание враждебные инопланетные цивилизации. Организаторы программ отвергают обвинения. Они уверены, что «злые инопланетяне» и так бы заметили нашу планету — уж слишком много радиосигналов жители посылают друг другу.

Область: квантовая физика

В «Задаче трёх тел» пришельцы отправили на Землю софон — элементарную составную частицу субатомного размера, которая способна перемещаться со скоростью света. По сути, благодаря такой скорости, она может находиться практически в любой точке на Земле в любой момент времени.

В конце первого тома выясняется, что у пришельцев есть технология, позволяющая «раскрывать» субатомные частицы. Трисоляриане развернули таким образом протон, запрограммировали его на определённые действия, вновь свернули до размеров протона, синхронизировали с другим софоном и отправили на Землю шпионить. Лю Цысинь объяснил синхронизацию эффектом квантовой запутанности — то, что софон «узнал» на нашей планете, передалось и софону на Трисолярисе. Благодаря этим частицам пришельцы в том числе могли увидеть и услышать практически любой разговор или событие на Земле.

В квантовой физике действительно существует такое понятие как квантовая телепортация. К фантастической телепортации и переносу энергии или вещества на расстоянии это явление отношение не имеет. В данном случае передаётся лишь состояние одной частицы другой, но для этого они должны быть «сцеплены» (ещё такое состояние называют «запутанным»).

Запутанные частицы нарушают так называемый принцип локальности, согласно которому информация о событии из точки А должна быть передана в точку B — например, за счёт электромагнитных волн. В случае с квантовой телепортацией изменение состояния одной частицы мгновенно меняет состояние и другой — даже если они находятся на расстоянии.

Учёные активно исследуют это явление — в июне 2017 года китайским специалистам удалось при помощи квантового спутника связи передать сообщение на расстояние в 1200 километров. В опыте запутанные частицы вновь нарушали принцип локальности. Пока что учёные не знают, какой предел расстояния у квантовой телепортации и есть ли он вообще. В планах исследователей применить это явление для создание протокола защищённой квантовой связи.

Область: астрономия/философия

В конце второго тома Ло Цзи, один из персонажей, выводит теорию тёмного леса, которая опирается на две аксиомы: «выживание — это основная потребность любой цивилизации» и «цивилизация непрерывно растёт и расширяется, но общий объём вещества во вселенной остаётся неизменным». По версии учёного, даже если две космические цивилизации знают о существовании друг друга, то они не могут знать на самом деле, друг это или враг. Согласно первой аксиоме, цивилизации необходимо выживать, и тогда сработает инстинкт нападения — если не уничтожить соседа, то велик шанс, что он уничтожить тебя.

Ло Цзи считает, что весь космос представляет собой огромный тёмный лес, в котором затаились тысячи охотников, не знающих о расположении друг друга. . Но всякий раз, как один охотник встречает другого, то это без исключений рано или поздно приводит к тому, что один убьёт другого. Охотники не выдают своё местоположение, но если кто-то позволяет себя обнаружить, то он наверняка будет убит. «Любая жизнь представляет собой смертельную угрозу для остальных и будет уничтожена при первой возможности».

Так учёный объяснил знаменитый парадокс Ферми.

Парадокс Ферми заключается в следующем наблюдении. С одной стороны, за миллиарды лет существования и развития Вселенной в ней должно было появиться множество цивилизаций, вероятно даже высокотехнологичных. С другой стороны, до настоящего времени человечество так и не зафиксировало ни одного признака существования внеземного разума.

Вероятно, допускает физик Эрнесто Ферми, ошибочны или наши наблюдения, или наше понимание природы. Быть может, все исследователи SETI ищут, но не там? Один из вариантов для поисков в своё время предложил физик-теоретик Фримен Дайсон. Он пришёл к выводу, что любая высокоразвитая цивилизация рано или поздно захочет максимально полно использовать энергетический потенциал ближайшей звезды. Для этого она создаст гигантскую сферу (или, как вариант, кольцо) вокруг звезды радиусом порядка одной астрономической единицы (среднее расстояние от Земли до Солнца), которая будет поглощать энергию и расходовать на благо жителей.

С предположением учёного согласились его коллеги, и поэтому в программу SETI добавили также поиск сфер Дайсона. Гипотетически, считают исследователи, их найти не очень сложно, благодаря инфракрасному излучению с нетипичным спектральным распределением.

Область: физика

В конце «Тёмного леса» флот землян столкнулся с космическим кораблём Трисоляриса, который из-за формы назвали «каплей» (это она изображена на обложке книги). Этот зонд оказался прочнее любого объекта, с которым ранее встречались люди — «капля» могла пробить Землю насквозь и не получить ни царапины.

Как выяснилось, дело в материале — пришельцам удалось уплотнить все атомы вещества, что придало объекту фантастическую прочность. Это стало возможным благодаря контролю над сильным ядерным взаимодействием, которое обычно «работает» лишь на макроуровне. Тем не менее Трисолярису удалось распространить это воздействие на весь материал и сделать зонд практически неуязвимым.

Сильное ядерное взаимодействие — это одно из четырёх фундаментальных физических взаимодействий, к которым также относятся гравитационное, электромагнитное и слабое ядерное. Сильным оно называется, потому что среди прочих — самое мощное, взаимодействие между частицами в нём в тысячу раз сильнее электромагнитного взаимодействия.

Если кратко, то именно сильное взаимодействие (его также называют адронным или цветовым) удерживает вместе протоны и нейтроны, а также кварки, из которых они состоят. Примечательно, что прочие взаимодействия ослабевают при удалении частиц друг от друга — чем дальше от Земли, тем слабее гравитация. При этом в адронном взаимодействии эффект тем сильнее, чем расстояние между частицами больше — что-то вроде невероятно мощной пружины размером с ядро атома или даже меньше.

Область: физика частиц

Ещё одна продвинутая технология Трисоляриса, при помощи которой инопланетяне передавали сообщения на колоссальные расстояния. Благодаря политике Устрашения, человечество переняло эту технологию у пришельцев и создало собственную гравитационную антенну.

В её основе — длинная и тончайшая струна диаметром в один нанометр из вырожденного и очень плотного вещества, сопоставимого с веществом в нейтронных звёздах. Поскольку земляне добыли вырожденное вещество искусственным способом, то у него был свой «срок годности», равный 50 годам — таков период полураспада, после которого вырожденное вещество превращается в обычное.

Эффект гравитационных волн больше ста лет предсказал и описал Альберт Эйнштейн. Он утверждал, что гравитация вызвана деформацией самого пространства-времени под влиянием массы планет, звёзд и галактик. Исследователям понадобился почти век, чтобы подтвердить идеи Эйнштейна.

Лишь в феврале 2016 года учёные из международного проекта LIGO Scientific Collaboration сообщили, что им удалось официально зарегистрировать гравитационные волны при помощи гравитационно-волновых обсерваторий. Эти волны образовались в результате столкновения двух черных дыр, которое произошло 1,3 миллиарда лет назад.

Пока что люди очень далеки от того, чтобы обуздать гравитационные волны — как минимум потому, что речь идёт о веществе с невообразимой массой, которое невозможно добыть на Земле. Впрочем, других феноменальных прорывов открытие тоже не принесло — во многом оно лишь подтверждает идеи вековой давности.

Хотя в своей трилогии Лю Цысинь описывает по-настоящему фантастические технологии, он старается придерживаться существующих научных теорий и концепций. Да, в его истории всемогущие пришельцы умеют программировать протоны, создавать материал на основе сильного ядерного взаимодействия и использовать гравитационную связь. Но во многом эти допущения рассматриваются писателем в том числе как предсказание для самого человечества — быть может через сотни лет земляне сами начнут общаться при помощи гравитационных волн.

Пожалуй, главное, чем подкупают романы Лю Цысиня это — заразительной увлекательностью. После прочтения цикла хочется глубже изучить отдельные идеи и самостоятельно разобраться в том, как на самом деле работают те или иные явления. Вдобавок, в романах есть над чем подумать — кто знает, насколько верной окажется «теория тёмного леса»?