Загадка ферми что это



Что такое парадокс Ферми и что нам с ним делать

С середины XX века астрономы искали признаки разумных внеземных цивилизаций. Но Вселенная до сих пор молчит. Попробуем разобраться почему.

Энрико Ферми — один из «отцов» атомной бомбы, радиоактивных исследований, а также лауреат Нобелевской премии. Его вклад в развитие квантовой механики и теоретической физики сложно переоценить. Однако чаще всего его имя ассоциируется с простым вопросом, который изначально был своего рода шуткой среди ученых, обсуждавших НЛО в Лос-Аламос в 1950 году: где все?

Ферми не был первым человеком, задавшим вопрос о внеземном разуме. Но именно с ним его чаще всего связывают, поэтому в итоге это стало называться парадоксом Ферми. Его можно суммировать так: Вселенная непостижимо огромна, существование разумной инопланетной жизни практически неоспоримо, однако Вселенной уже почти 14 миллиардов лет и у других существ было предостаточно времени для того, чтобы явить себя человечеству, так где же все?

Для начала задумайтесь о космических достижениях человека. Вполне возможно, что в ближайшие десятилетия мы уже отправим первые межзвездные зонды — к системе альфа Центавра. А ведь не прошло еще и века с полета первого человека в космос. На что мы будем способны через сотни, тысячи или даже миллионы лет?

Ферми и его коллеги задавались этим вопросом еще за 11 лет до того, как Юрий Гагарин воскликнул: «Поехали!» По идее, технологически развитой инопланетной расе не должно было составить труда колонизировать Галактику, особенно если у нее на это было много миллионов лет.

Но чтобы с уверенностью заявить о том, что мы не одиноки во Вселенной, ученым нужны доказательства. Этих доказательств, мягко говоря, мало, если не сказать, что их нет вообще. А оговорки о том, что законы физики не позволяют космическим кораблям двигаться выше определенной скорости, устраивают далеко не всех.

Возьмем, к примеру, проксиму Центавра. Даже если отправиться к ней на 0,25% от скорости света, туда получится добраться не раньше чем через 16 лет. До системы TRAPPIST-1 — около 160 лет. Долго, но это капля в море по сравнению с возрастом Вселенной, да и Млечного Пути.

Уравнение Дрейка

Прежде всего следует рассмотреть уравнение Дрейка. Это простая математическая формула, изначально предложенная астрономом Фрэнком Дрейком в 1961 году. В двух словах: посредством нее мы пытаемся вычислить количество технологически развитых цивилизаций и сообщающихся сообществ в Галактике. Выглядит уравнение Дрейка так:

Многие астрофизики долго пытались вычислить каждое значение, но на сегодя уравнение не имеет окончательного решения. R может быть и числом звезд в Галактике — считается, в Млечном Пути их 100 миллиардов. Даже если брать по минимуму, часть звезд с планетными системами составляет около 20%, и у каждой из этих звезд должна быть хотя бы одна пригодная для жизни планета. Предположим, что только на 10% из них смогли развиться разумные формы жизни, способные к общению. Так мы избавляемся от немалых вероятностей, ведь у нас в итоге 10% от 10% от 10%.

L — это время, на протяжении которого на планете существует жизнь, способная установить связь. Предположим, некая раса существовала на своей планете столько же, сколько мы на своей: получится 10^-8 (одна стомиллионная). Итог довольно пессимистичный: результат — два.

При таком результате, учитывая то, что одна из этих рас — мы, которые провели расчеты, в Галактике есть еще одна цивилизация. Но стоит обратить внимание, что речь идет о технологически развитых цивилизациях. Уравнение Дрейка не берет в расчет дотехнологические сообщества.

Шкала Кардашева

К рассуждению о парадоксе Ферми можно смело добавить шкалу Кардашева. Это метод технологического развития цивилизации, разработанный советским астрофизиком Николаем Кардашевым, классифицирующий цивилизации по количеству полезной энергии, которую они могут использовать. Шкала разделяет цивилизации так:

Тип 1. Цивилизация, способная использовать всю энергию, доступную на ее планете.

Тип 2. Цивилизация, способная использовать всю энергию, излучаемую ее звездой.

Тип 3. Цивилизация, способная использовать энергию всей Галактики.

Астроном Карл Саган считал, что мы находимся где-то на 70% пути к цивилизации первого типа и сможем достичь этого уровня через один-два века. Современные вычисления предполагают, что мы сможем стать цивилизацией второй типа в течение нескольких тысяч лет, а чтобы стать цивилизацией третьего типа, понадобится от 100 тысяч до миллиона лет.

Будучи цивилизацией второго или третьего типа, существа должны быть способны перемещаться по Галактике на скорости, близкой к световой (или быстрее, если они научатся нарушать известные законы физики).

Учитывая возраст Вселенной и Млечного Пути, а также пример развития нашей собственной цивилизации, похоже, вопросов гораздо больше, чем ответов.

Возможные решения парадокса Ферми

Решение 1. Никого другого нет и не было

Один из возможных ответов гласит: инопланетян нет и никогда не было. Такой сценарий можно легко представить во вселенной Аристотеля и Птолемея — маленьком скоплении сфер, вращающихся вокруг Земли. Но мы живем не в такой Вселенной. После многовековых поисков землеподобных планет за последние два десятилетия космологи будто разбили космическую пиньяту. С каждым годом обнаруживается все больше и больше звезд с планетными системами, примерно в каждой пятой из которых есть землеподобные планеты. Чем больше мы узнаем о Вселенной, тем более абсурдным кажется утверждение, что только на одной из таких планет может существовать жизнь. Астрофизики и астробиологи — вроде Адама Франка, занимающегося поиском и изучением биосфер у экзопланет — считают, что это наименее вероятное решение парадокса Ферми.

Еще:  Загадки для 20 лет с отгадками

Решение 2. Жизнь есть, но не разумная

Некоторые предполагают, что в ближайшие 10-30 лет мы обнаружим следы простейших форм жизни на Марсе или одном из спутников газовых гигантов вроде Европы или Энцелада. Конечно, речь идет о микробах или водорослях. Такое решение меняет вопрос о том, где же все, на более сложный его вариант: что именно мешает бесконечному числу молекул собраться в форму разумной жизни?

Тут можно поразмыслить обо всех факторах, поспособствовавших появлению человека. Сначала — искра жизни, за которой последовало образование простых клеток, после чего — сложных многоклеточных организмов, а затем — формирование органов, например мозга. Если человекоподобный разум — редкость, то один из этих шагов может быть очень сложным для преодоления. Например, известно, что на Земле есть несколько миллионов видов живых организмов, но только один из них произвел цивилизацию (по крайней мере, известную нам). Относительное молчание Вселенной предполагает наличие некого «великого фильтра», ограничивающего развитие большего числа разумных существ. Некоторые ученые также полагают, что мы не преодолели этот «великий фильтр» в далеком прошлом, а что он ожидает нас в будущем. То есть дело не в том, что разумная жизнь — редкость, а в том, что она появляется на несколько тысяч лет, прежде чем исчезнуть по неизвестным причинам.

Решение 3. Разумной жизни много, но она молчит

Эта вероятность, также известная как «гипотеза зоопарка», предлагает несколько странных объяснений. Возможно, человечество все еще настолько примитивно, что продвинутые цивилизации не считают нас достойными внимания или общения. Или, возможно, другие цивилизации выяснили, что обнаружение себя приведет к уничтожению со стороны жестоких межгалактических колонизаторов. Или же Солнечная система просто расположена в тихом и спокойном уголке Вселенной — чисто по случайности. Но, пожалуй, одно из самых экзотических объяснений заключается в том, что наша Вселенная — огромная компьютерная симуляция.

Причин для вселенского молчания множество, и нельзя сказать, что какая-либо из гипотез стопроцентно правдива. В любом случае пока что человечеству не удалось обнаружить ни одной внеземной цивилизации. И пока у нас не появится точного объяснения, парадокс Ферми не будет давать астрофизикам спать по ночам, мучая их вопросом о том, где же все.

Источник

Метод Ферми: как научиться измерять неизвестное

Теперь вы сможете легко посчитать, сколько кусочков попкорна нужно, чтобы заполнить комнату, и найти ответы на другие нестандартные вопросы.

В чём заключается метод

По мнению Энрико Ферми, известного физика и мастера догадок, каждый человек способен за 60 секунд оценить что угодно. Найти ответ можно на самый необычный вопрос. Например, каков размер рынка бритв в Китае или сколько мячей для гольфа заполнят школьный автобус.

Суть его метода решения подобных задач состоит в том, чтобы за очень короткое время провести быстрые приблизительные расчёты, не имея при этом никаких точных данных. Его способ вычисления предполагает не проведение новых измерений, а работу с тем, что уже известно о проблеме.

В основе метода лежит убеждение, что все знания, которыми мы обладаем, взаимосвязаны и на самом деле не существует вопроса, по которому бы у нас не было вообще никакой информации. Поэтому, располагая всего несколькими фактами и имея способность к логическому мышлению, можно найти ответ на любую, даже на первый взгляд совершенно нерешаемую задачу.

Как это работает на практике

Сколько настройщиков пианино в Чикаго — самый известный вопрос, который Ферми часто задавал своим студентам.

Поначалу кажется, что ответить на него невозможно. Но метод Ферми и не предполагает получения точного результата. Самое большее, что можно и нужно сделать, — дать разумную оценку на основе рациональных предположений. То есть указать примерное значение или диапазон значений, обозначив при этом возможные погрешности и отклонения.

Вот решение задачи, приведённой выше.

  • Оцениваем население Чикаго: это около 2,7 миллиона человек.
  • Прикидываем, сколько всего семей живёт в городе. Для этого грубо предположим, что в каждой семье 2–3 человека. Тогда делим всё население на среднее 2,5 и в итоге получаем около миллиона семей.
  • Как узнать, у скольких из них есть пианино? Это самые сложные цифры, определить их точно без исследования невозможно. Поэтому остаётся лишь предположить, руководствуясь здравым смыслом и жизненным опытом. Возьмём пять процентов от всех семей — это будет около 50 000.
  • Допустим, что в среднем пианино настраивают раз в год — получается, что за год в Чикаго нужно обслужить 50 000 инструментов.
  • Сколько дней в году работает настройщик? Из 365 дней вычтем 52 субботы, 52 воскресенья и несколько дней праздников. Выходит около 250 рабочих дней.
  • За день настройщик может приехать к четырём семьям — это тоже примерное число. Оно зависит от времени, затраченного на дорогу, и каждого конкретного случая. Зато оно говорит нам о том, что в год один человек может произвести около 1 000 настроек: мы умножили четыре инструмента в день на 250 рабочих дней.
  • Разделив 50 000 настроек в год на 1 000 настроек, производимых за этот год одним человеком, получаем 50 настройщиков в Чикаго.
Еще:  Загадка чем больше от меня берут тем больше я становлюсь

Понятно, что в итоге мы имеем приблизительное число. Но это сужает интервал значений, в рамках которых предстоит работать. По мнению Ферми, величину, которая кажется наиболее неопределённой (например, у скольких семей может стоять дома пианино), нужно измерить в первую очередь, чтобы получить более точные данные.

Единого алгоритма для решения всех задач Ферми не существует, но есть несколько правил, которым нужно следовать:

  • Даже если кажется, что вы абсолютно не смыслите в тематике вопроса, поверьте, что нужно просто найти свой подход. Вы наверняка обладаете информацией, которая так или иначе приблизит вас к верному ответу.
  • Задействуйте имеющиеся у вас знания из различных сфер и областей, чтобы найти собственный алгоритм решения.
  • Проведите все необходимые оценки и предварительные расчёты.
  • Назовите конкретный ответ, расскажите, какие отклонения от реального результата могут быть и почему.
  • Не прибегайте к помощи сторонних источников.
  • Не бойтесь ошибиться.

Зачем вообще нужен метод

Метод Ферми применим в тех случаях, когда нужно быстро дать приблизительный ответ и уже потом решить, целесообразно ли проводить дальнейшие вычисления для нахождения точных данных.

С его помощью можно опровергнуть полученную информацию, быстро принять решение, понять, в каком направлении двигаться и каких данных недостаточно.

Главное, чему учит метод Ферми, — лучше получить приблизительные результаты, чем вообще ничего.

Например, бизнесмен хочет вывести на рынок новый продукт, но сомневается, будет ли на него спрос. Провести дорогостоящее исследование? А что, если деньги, потраченные на него, уйдут впустую, и товар окажется никому не нужен? В итоге человек может долго колебаться, теряя время, или вообще отказаться от своей идеи, боясь неизвестности.

Используя метод Ферми, предприниматель может самостоятельно оценить, например, изменения в покупательской способности, популярных трендах, провести быстрый анализ потребностей населения и грубые расчёты.

На основе приблизительных результатов он уже сможет решить, стоит ли инвестировать в дальнейшее исследование. И в конечном итоге даже небольшое снижение неопределённости может принести компании миллионы или сохранить их.

Умение использовать метод может пригодиться и тем людям, которым не приходится принимать сложные решения, связанные с большими затратами и рисками.

Вопросы Ферми могут встретиться на собеседовании в крупной компании.

Специалисты по подбору персонала используют задачи, решаемые методом Ферми, для того чтобы узнать, как соискатель сможет применить свои знания на практике. При этом для них не так важно услышать правильный ответ, как проследить за ходом размышлений.

А ещё у вопросов Ферми есть важное преимущество: их можно очень легко изобретать в разных вариациях, а знать при этом верное решение совсем не обязательно.

  • Сколько кусочков попкорна нужно, чтобы заполнить ими комнату?
  • Какова площадь поверхности тела всех людей на Земле?
  • Сколько нужно написать страниц текста, чтобы читать его вслух в течение одного часа?
  • Оцените количество такси в вашем городе.
  • Сколько книг печатается в год в мире?

Подобные задачи помогают объективно оценить реальные знания. Поэтому придётся напрячь мозги и задействовать логическое мышление.

Источник

Где все? Парадокс Ферми и одиночество землян

Некоторые исследования указывают, что в близлежащем космическом пространстве рядом с Землей должны быть прочие цивилизации с развитой технологической сферой. Но мы не видим никого. Почему так происходит, и как можно их найти?

Загадка Ферми: одиночество землян во Вселенной

Теория Ферми – невероятное заявление, в котором ученый описывает свои сомнения насчет существования инопланетного разума, в то же время он сам длительное время подвергался сомнению. Никто четко не знает, каким дословно было утверждение ученого, которое в дальнейшем приобрело форму парадокса. М. Ферми данную фразу сказал в кафе при университете, она не предназначалась для записывания.

Чтобы выяснить, какова была загадка Ферми, в середине 80-х даже провели журналистское расследование. В целом удалось выяснить, что Ферми спрашивал: не задумываются ли люди над тем, где все? После он дополнил, что для того, чтобы доказать существование прочих цивилизаций, требуется предоставить 3 «улики»: корабли, зонды и радиопередачи. По истечению десятков лет так и не удалось найти ни одной улики.

Гипотеза уникальной Земли

Приверженцы данной гипотезы об уникальности нашей планеты считают, что земляне одиноки во Вселенной. Они обращаются к одному схождению природных факторов, которые предоставляют возможность для появления разумной жизни на планете Земля.

Еще:  Загадка зимой бело весной черно

При этом гипотеза предусматривает очень низкий процент вероятности, что во Вселенной существует другая разумная жизнь. Часто сторонники данной теории обвиняются в углеродном шовинизме, то есть в том, что они считают водно-углеродную жизнь универсальной. По заявлениям противников данной гипотезы также может быть азотно-фосфорная, кремние-кислородная и азотно-борная формы жизни.

Молчание Вселенной: каждый ищет, но не исследует

Можно ли отыскать обитаемую планету, если она расположена очень и очень далеко? Современный технологический прогресс не дает возможности посмотреть в телескоп на миллиарды километров вперед, отправить на эту планету зонд или целую экспедицию. На данный момент единственным способом изучения пространства является исследование радиоволн. Но с данной стороны в космосе довольно пустынно.

Радиоволны заменяет нейтрино

То, что мы одни во Вселенной также может объясняться тем, что ученые ищут в космосе сообщения в виде радиоволн, тогда как инопланетяне вполне вероятно могут использовать иные средства для связи – нейтрино, лазер и прочие варианты. Есть гипотезы, что инопланетный разум может достичь такого высокого уровня научного и технологического прогресса, что мы просто его не понимаем. Сигналы существования данных цивилизаций могут сравниваться с природными явлениями, поэтому мы их не видим.

Более того, в вопросе поиска инопланетного разума мы в любом случае сталкиваемся со свойствами собственного мозга. Проблема в том, что в основе нашего сознания находится принцип интерпретации исходящих сигналов от рецепторов посредством нейронных связей. В этом случае нельзя распознать образы без специального обучения. Чтобы население Земли было в состоянии распознать определенные явления как сигналы присутствия инопланетных существ, на это требуется указать прямо. В данной ситуации также появляются определенные трудности, ведь когда образы относятся к традиционной культуре, данное значение еще требуется побороть, изменив привычную установку на новую и, снеся границы устоявшегося порядка восприятия культуры, истории и даже принципа самоидентификации человека. В любом случае высокий уровень развития мозга позволяет открывать новое и неизведанное. А развивать мозг и интеллектуальные способности легко с тренажерами Викиум.

Источник

Решение нестандартных задач Ферми

Решение нестандартных задач Ферми

Задачи Ферми являются весьма действенным способом тренировки реальной применимости знаний человека на практике, а также способности быстро находить способы решения любой жизненной задачи. Современное образование часто предлагает знания, имеющие общий или абстрактный характер. Студенты и школьники часто способны решать сложные типовые задачи, совершая множество операций, а когда речь заходит о том, чтобы решить элементарную, но нестандартную задачу, они впадают в ступор.

Так один из пробных тестов ЕГЭ в 2012 году показал, что учащиеся 11-го класса не смогли решить простейшую арифметическую задачу по математике на подсчет потраченной электроэнергии. Это произошло потому, что они не смогли найти алгоритм решения. Получается, что этих школьников, а скорее всего и многих других школьников в нашей стране, учат решать стандартные типовые задачи по уже «вызубренному» алгоритму. Задачи Ферми существуют как раз для того, чтобы этот алгоритм человек сумел найти самостоятельно, используя логику, общие знания разных дисциплин, а также креативное мышление.

Примеры задач Ферми

Для того, чтобы понять что такое задачи Ферми, просто посмотрите несколько примеров:

Задача 1. Найдите, сколько вам потребуется написать страниц текста, для того, чтобы читать его вслух в течение одного часа.

Задача 2. Сколько потребуется бензина, чтобы проехать от Калининграда до Владивостока на Ладе Калина.

Задача 3. Сколько коробок с пиццей может поместиться в Daewoo Matiz с водителем.

Чтобы решить эти и подобные нестандартные задачи по математике, физике, химии или информатике, вам потребуется не просто посчитать, но понять, что и как считать. Начать следует с поиска метода решения нестандартной задачи (алгоритма), а затем переходить к расчетам и оценкам. Кроме того, важно правильно использовать примерные расчеты и делать вероятностные оценки. В большинстве задач ответ может получиться примерным или находиться в диапазоне.

Применение задач Ферми. Так как часто ответ задач Ферми представляет сомнительный практический интерес, главный акцент делается именно на метод решения. Поэтому задачи Ферми нашли свое применение на различных собеседованиях в крупные компании, конкурсах, интеллектуальных играх, олимпиадах по физике или по информатике. Суть использования задач сводится к тому, чтобы увидеть способность человека к поиску нестандартных решений. Кроме того, задачи Ферми часто используются изощренными учителями и преподавателями, которые стремятся развивать интеллектуальные способности своих учеников.

Методы решения нестандартных задач Ферми

Для решения задач, нельзя назвать единственный алгоритм, однако некоторые рекомендации существуют:

  1. Даже, если задача показалась вам сложной, а тематика далекой – старайтесь найти подход и вспомнить необходимую информацию.
  2. Найдите нужный алгоритм решения, используя различные стороны ваших знаний, стараясь не прибегать к помощи сторонних источников.
  3. Сделать все необходимые оценки и предварительные расчеты.
  4. Продемонстрируйте ваше решение, назовите конкретный ответ, а также расскажите о возможных отклонениях.

Еще некоторые примеры нестандартных задач (или задач Ферми) смотрите в данной статье.

Источник