Физики: инопланетные цивилизации могут использовать чёрные дыры в качестве квантовых компьютеров

Фото из открытых источников
Если жизнь распространена в нашей Вселенной, и у нас есть все основания подозревать ее, почему мы не видим доказательств ее существования повсюду? В этом суть парадокса Ферми - вопроса, который мучает астрономов и космологов почти с момента зарождения современной астрономии. Это также лежит в основе гипотезы Харта-Типлера, одной из многих предложенных резолюций, в которой утверждается, что, если бы в нашей галактике когда-то в прошлом возникла развитая жизнь, мы видели бы признаки их активности везде, куда бы мы ни посмотрели. Возможные признаки включают самовоспроизводящиеся зонды, мегаструктуры и другую активность.
 
С другой стороны, несколько предложенных резолюций бросают вызов представлению о том, что развитая жизнь может действовать в таких огромных масштабах. Другие предполагают, что развитые внеземные цивилизации будут заниматься деятельностью и местами, которые сделают их менее заметными. В недавнем исследовании немецко-грузинская группа исследователей предположила, что развитые внеземные цивилизации (ETC) могут использовать черные дыры в качестве квантовых компьютеров. Это имеет смысл с вычислительной точки зрения и предлагает объяснение очевидного отсутствия активности, которое мы наблюдаем, когда смотрим на космос.
 
Исследование провели Гия Двали, физик-теоретик Института физики им. Макса Планка и заведующий кафедрой физики Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене, и Заза Османов, профессор физики Свободного университета Тбилиси. Статья, описывающая их открытия, недавно появилась в сети и находится на рассмотрении для публикации в Международном журнале астробиологии.
 
Первое исследование SETI (проект Ozma) было проведено в 1960 году под руководством знаменитого астрофизика доктора Фрэнка Дрейка (предложившего уравнение Дрейка). Это исследование опиралось на 26-метровый радиотелескоп обсерватории Грин-Бэнк для прослушивания радиопередач от близлежащих звездных систем Тау Кита и Эпсилон Эридана. С тех пор подавляющее большинство проектов SETI было направлено на поиск радиотехносигнатур из -за способности радиоволн распространяться в межзвездном пространстве. 
 
«В настоящее время мы в основном ищем радиосообщения, и было несколько попыток изучить небо для поиска так называемых кандидатов в сферы Дайсона — мегаструктур, построенных вокруг звезд. С другой стороны, проблема SETI настолько сложна, что нужно тестировать все возможные каналы.
 
Весь «спектр» техносигнатур может быть гораздо шире: например, инфракрасное или оптическое излучение мегаструктур, также построенных вокруг пульсаров, белых карликов и черных дыр. Совершенно новым «направлением» должен стать поиск аномальной спектральной изменчивости этих техносигнатур, которая могла бы отличить их от обычных астрофизических объектов», - объяснили исследователи.
 
Для многих исследователей этот ограниченный фокус является одной из основных причин, по которой SETI не удалось найти никаких свидетельств техносигнатур. В последние годы астрономы и астрофизики рекомендовали расширить поиск, поискав другие техносигнатуры и методы, такие как обмен сообщениями с внеземным разумом (METI). К ним относятся направленная энергия (лазеры), нейтринное излучение, квантовая связь и гравитационные волны.
 
Для своего исследования Двали и Османов предлагают искать что-то совершенно другое: доказательства крупномасштабных квантовых вычислений. Преимущества квантовых вычислений хорошо задокументированы, в том числе способность обрабатывать информацию экспоненциально быстрее, чем цифровые вычисления, и невосприимчивость к расшифровке. Учитывая скорость, с которой сегодня развиваются квантовые вычисления, вполне логично предположить, что развитая цивилизация могла бы адаптировать эту технологию в гораздо более широком масштабе. 
 
«Независимо от того, насколько развита цивилизация или насколько отличается их состав частиц и химия от нашей, нас объединяют законы квантовой физики и гравитации. Эти законы говорят нам, что наиболее эффективными носителями квантовой информации являются черные дыры. 
 
Хотя наши недавние исследования показывают, что теоретически могут существовать устройства, созданные за счет негравитационных взаимодействий, которые также насыщают емкость хранилища информации (так называемые «сатуроны»), черные дыры являются явными чемпионами. Соответственно, ожидается, что любой достаточно продвинутый ETI будет использовать их для хранения и обработки информации», - объяснили ученые.
 
Эта идея основана на работе лауреата Нобелевской премии Роджера Пенроуза, который, как известно, предположил, что безграничную энергию можно извлечь из черной дыры, подключившись к эргосфере. Это пространство находится сразу за горизонтом событий, где падающая материя образует диск, который разгоняется почти до скорости света и испускает огромное количество радиации. Несколько исследователей предположили, что это может быть окончательный источник энергии для продвинутых ETI, либо путем подачи вещества на сверхмассивную ЧД (и использования полученного излучения), либо просто использования энергии, которую они уже произвели.
 
Две возможности для этого последнего сценария включают использование углового момента их аккреционных дисков («процесс Пенроуза») или улавливание тепла и энергии, генерируемых их сверхскоростными струями (возможно, в форме сферы Дайсона). В своей более поздней статье Двали и Османов предполагают, что черные дыры могут быть основным источником вычислений. Это основано на представлениях о том, что: а) прогресс цивилизации напрямую связан с уровнем ее вычислительной производительности и б) что существуют определенные универсальные маркеры вычислительного прогресса, которые можно использовать в качестве потенциальных техносигнатур для SETI.
 
Используя принципы квантовой механики, Двали и Османов объяснили, какими будут наиболее эффективные конденсаторы для квантовой информации. Эти черные дыры, скорее всего, будут искусственными по своей природе и микроразмерами, а не большими и естественными (ради вычислительной эффективности). В результате, утверждают они, эти черные дыры будут более энергичными, чем естественные: «Анализируя простые свойства масштабирования времени поиска информации, мы показали, что оптимизация объема информации и времени обработки предполагает, что для ETI максимально выгодно вкладывать энергию в создание множества микроскопических черных дыр, а не нескольких крупных. Во-первых, микрочерные дыры излучают с гораздо большей интенсивностью и в более высоком энергетическом спектре излучения Хокинга. Во-вторых, такие черные дыры должны создаваться с помощью столкновений частиц высоких энергий в ускорителях. Это производство обязательно обеспечивает сопутствующую сигнатуру высокоэнергетического излучения».
 
Излучение Хокинга, названное в честь покойного и великого Стивена Хокинга, предполагается, что оно высвобождается сразу за горизонтом событий черной дыры из-за релятивистских квантовых эффектов. Излучение этого излучения уменьшает массу и энергию вращения черных дыр, что теоретически приводит к их возможному испарению. Полученное в результате излучение Хокинга, по словам Двали и Осоманова, будет «демократическим» по своей природе, а это означает, что оно будет производить множество различных видов субатомных частиц, которые можно обнаружить с помощью современных приборов: «Самое замечательное в излучении Хокинга то, что оно универсально для всех существующих видов частиц. Таким образом, квантовые компьютеры ETI должны излучать «обычные» частицы, такие как нейтрино и фотоны. Нейтрино, в частности, являются отличными передатчиками благодаря своей необычайной проникающей способности, что позволяет избежать возможности экранирования.
 
Это, в частности, предлагает новые отпечатки внеземных цивилизаций в виде потока нейтрино очень высоких энергий, исходящих как от излучения Хокинга хранящих информацию микрочерных дыр, так и от столкновительных «фабрик», которые их производят. Ожидается, что компонент излучения Хокинга будет суперпозицией спектров черного тела очень высоких энергий. В статье мы показали, что обсерватория IceCube потенциально может наблюдать такие техносигнатуры. Однако это всего лишь один потенциальный пример очень интересного нового направления для SETI».
 
Во многом эта теория перекликается с логикой Шкалы Барроу, предложенной астрофизиком и математиком Джоном Д. Барроу в 1998 году. Пересмотренная Шкала Кардашева, Шкала Барроу предполагает, что цивилизации должны характеризоваться не их физическим освоением космического пространства. (т. е. планеты, солнечной системы, галактики и т. д.), а внутреннего пространства — т. е. молекулярного, атомного и квантового царств. Эта шкала занимает центральное место в гипотезе трансцендентности, предлагаемом разрешении парадокса Ферми, который предполагает, что внеземные цивилизации «преодолели» все, что мы могли бы признать.
 
В этом заключается еще один захватывающий аспект этой теории, который предлагает еще одно возможное решение парадокса Ферми. 
 
«До сих пор мы полностью упускали из виду естественное направление SETI в виде нейтрино высоких энергий и других частиц, создаваемых излучением Хокинга искусственных черных дыр. Таким образом, различные экспериментальные поиски таких частиц высокой энергии потенциально могут пролить чрезвычайно важный свет на наличие продвинутых внеземных цивилизаций в наблюдаемой части Вселенной», - объяснили ученые.
 
Короче говоря, может случиться так, что мы видим «Великое безмолвие», когда смотрим в космос, потому что мы искали неправильные техносигнатуры. В конце концов, если внеземная жизнь совершила скачок по человечеству (что кажется разумным, учитывая возраст Вселенной), то само собой разумеется, что они давно переросли бы радиосвязь и цифровые вычисления. Еще одно преимущество этой теории заключается в том, что ее не нужно применять ко всем внеземным цивилизациям, чтобы объяснить, почему мы до сих пор не получали известий ни от одной цивилизации.
 
Учитывая экспоненциальную скорость, с которой развиваются вычисления (используя человечество в качестве шаблона), у развитых цивилизаций может быть короткое окно, в течение которого они вещают в радиодиапазоне. Это ключевая часть уравнения Дрейка: параметр L, который относится к продолжительности времени, в течение которого цивилизации должны выпускать обнаруживаемые сигналы в космос. Между тем, это исследование предлагает еще одну потенциальную техносигнатуру для опросов SETI, которую нужно искать в ближайшие годы. Парадокс сохраняется, но нам нужно найти только один признак развитой жизни, чтобы разрешить его.