текст с иллюстрациями
http://avturchin.narod.ru/anthropicshadow2.doc
Антропная тень: эффекты наблюдательной селекции и риски вымирания человечества
«Risk Analysis», forthcoming
Milan M. ;irkovi;
Astronomical Observatory of Belgrade, Volgina 7, 11160 Belgrade-74, Serbia
E-mail: mcirkovic@aob.rs
Anders Sandberg
Future of Humanity Institute, Faculty of Philosophy & James Martin 21st Century School, Oxford University, Oxford, UK
E-mail: anders.sandberg@philosophy.ox.ac.uk
Nick Bostrom
Future of Humanity Institute Faculty of Philosophy & James Martin 21st Century School, Oxford University, UK
E-mail: nick.bostrom@philosophy.ox.ac.uk
Перевод: Д.Э.Борисоглебский
dmitry.borisoglebsky@gmail.com
Редакция: А.В.Турчин
Оригинал:
http://www.nickbostrom.com/papers/anthropicshadow.pdf
Мы описываем значительные практические последствия от принятия в расчет антропного искажения (antropic bias – этот термин происходит от термина «антропный принцип» и описывает систематическую ошибку, возникающую в результате неучёта изменения числа наблюдателей в результате некоторых событий – прим.пер.) при выводе предсказаний относительно редких случайных катастрофических событий. Оценки вероятности рисков, связанных с такими катастрофическими событиями как астероидные/кометные удары, супервулканические извержения и взрывы сверхновых/гамма-всплески, основаны на наблюдении частоты, с которой они происходят. В результате систематически недооцениваются частоты катастроф, которые уничтожают наблюдателей или другим образом несовместимы с их существованием. Мы описываем последствия антропного искажения при оценке катастрофических рисков и называем некоторые темы для дальнейших исследований.
Ключевые слова: глобальные катастрофы, угрозы существованию, природные опасности, астробиология, эффекты селекции, антропный принцип, управление рисками, угрозы космических столкновений, фазовый переход вакуума.
1. Введение: угрозы существованию и эффекты наблюдательной селекции
Человечество стоит перед рядом глобальных угроз, расположенных как в близком, так и далёком будущем. Для любого человека, заинтересованного в будущем нашего биологического вида, эти угрозы представляют теоретический интерес; они также напрямую связаны с принимаемыми сейчас прикладными и стратегическими решениями. Общее понимание возможных глобальных катастроф возросло благодаря последним открытиям в геохимии, эволюции человека, астрофизики и молекулярной биологии [1-6]. Это исследование рассматривает подмножество катастроф, называемых угрозами существованию (existential risks -УС), которые могут привести либо к уничтожению разумной жизни на Земле, либо навсегда и значительно ограничат её потенциал [7]. В качестве примеров УС можно взять тотальную ядерную войну, столкновении 10-км (или большего) астероида или кометы с Землёй, международное или случайное злоупотребление био- или нано технологий, или неограниченно растущее глобальное потепление.
Существует множество таксономий УС [7]. Таксономия, основанная на причинных факторах, нам подходит больше всего. Мы различаем: (1) естественные УС (столкновения с астероидами и кометами, супервулканизм, неантропогенные изменения климата, взрывы сверхновых звёзд, гамма-всплески, случайный фазовый переход вакуума); (2) антропогенные УС (ядерная война, биологические катастрофы, искусственный интеллект, нанотехнологические риски); (3) промежуточные УС, вызываемые взаимодействием человечества и природы (новые болезни, неограниченно растущее глобальное потепление). Далее, мы в основном рассматриваем естественные УС [8].
Целью данной статьи является исследование эффектов наблюдательной селекции, влияющих на оценку вероятности некоторых УС и способных привнести антропное искажение в анализ рисков . Антропное искажение может быть объяснена через форму искажение в выборке примеров, при которой выбирается подмножество примеров, локально связанных с наблюдателем, вместо множества событий, полностью охватывающего предметную область. Мы показываем, что эффект наблюдательной селекции делает ненадёжными оценки вероятности некоторых прошлых УС. Мы утверждаем, что антропное искажение может привести к недооценке вероятностей ряда глобальных катастроф.
Мы расписываем простую «карманную» модель этих эффектов во второй части статьи, тогда как её обобщение находится в третьей части. Аргументация развивается в четвёртой части, а в пятой мы рассматриваем актуальность антропного искажения для ряда УС. В последней, шестой части мы рассматриваем вопросы применения теории эффектов наблюдательной селекции к глобальным катастрофам.
2. «Карманная» модель антропного искажения
Основой нашего подхода является Байесова формула расчета условной вероятности:
,
(1)
где является априорной вероятностью истинности гипотезы , и – условной вероятностью истинности гипотезы при свидетельстве . В качестве свидетельства мы будем рассматривать сам факт нашего существования. Факт нашего существования требует для себя множество биологических, химических и физических предпосылок. В частности, наше существование подразумевает, что цепочка земной эволюции не была прервана глобальной катастрофой. С этим условием связаны некоторые неопределённости, часть из которых мы должны обсудить далее. Гипотезы B1, B2, …, Bn обозначают произошедшие или не произошедшие катастрофы определённого типа, случившиеся за определённый промежуток времени; примерами подобных гипотез являются: «Произошло не менее пяти случаев столкновений Земли с астероидами или кометами величиной от 10 до 20 км за последние лет», или: «За промежуток от до до настоящего момента и не ближе чем 10 парсек до Солнца, не происходило ни одного взрыва сверхновой звезды».
Рассмотрим простейший пример: исключительно разрушительную и единичную глобальную катастрофу, – под эти условия подходит извержение супервулкана Тоба [9]. Свидетельство, которое мы хотим учесть с помощью Байесового подхода, – это факт нашего существования в настоящую эпоху. На Рис. 1 мы схематично отобразили эту ситуацию: P – априорная вероятность некой глобальной катастрофы, Q – вероятность выживания человечества после этой катастрофы. Мы должны предположить, что эти две вероятности: (1) являются константами, (2) должным образом нормализованы и (3) относятся к определённому интервалу в прошлом. Событие обозначает , что катастрофа происходит, а событие – что катастрофа не происходит, под E мы обозначаем информацию о нашем собственном существовании.
Рис. 1. Схематичное изображение нашей карманной модели единичного катастрофического события. P – это априорная вероятность глобальной катастрофы, Q – вероятность выживания человечества, E – факт нашего существования в настоящий момент.
Для этого примера Байесова формула принимает вид:
,
(2)
Что даёт значение постериорной вероятности:
.
(3)
Мы можем определить коэффициент самоуверенности:
,
(4)
что в данном случае приводит к:
.
(5)
Чем больше становится ; (начиная с единицы), тем наши умозаключения о прошлом становятся всё более ненадежными, и мы недооцениваем вероятность будущих катастроф. Например, возьмём Q=0.1 и P=0.5 (или произойдёт, или не произойдёт с равной вероятностью), для событий, сравнимых по размеру с извержением Тоба; также примем, что во время человеческой эволюции эти события случаются один раз в миллион лет с вероятностью выживания человечества при каждом из них равной 0.1. С этими условиями коэффициент самоуверенности , что означает – реальная вероятность превышает нашу первоначальную оценку в 5.5 раз. Значения коэффициента самоуверенности, в виде функции тяжести последствий (при вероятности вымирания 1–Q), показаны на Рис. 2.
Также учтите,
.
(6)
Рис. 2. Коэффициент самоуверенности в качестве функции от вероятности вымирания 1–Q в нашей карманной модели единичного события. К различным значениям вероятности P применено цветовое кодирование (цвета различимы в электронной версии). Мы заметили, что искажение от самоуверенности выше всего для маловероятных событий.
Коэффициент самоуверенности становится очень большим для чрезвычайно разрушительных событий. В результате, мы не должны быть уверены в исторических оценках вероятности событий, приводящих к безусловному вымиранию человечества (Q=0). Пусть этот вывод и выглядит очевидным, широкого признания он не получил. Например, широко известная аргументация Хата и Риса (Hut and Rees), работающих с гипотетическим риском квантовой неустойчивости вакуума в экспериментах физики высоких энергий, не учитывает влияния антропного искажения, из-за чего частично вводит в заблуждение [10].
Эти рассуждения также применимы к исключительно редким, но, тем не менее, возможным событиям, примером которых являются странные астрономические инциденты, способные сорвать Землю с орбиты и превратить в межзвёздную планету (см. Лаглин и Адамс (Laughlin and Adams), оценивающих вероятность подобного события на оставшееся время существования Солнечной системы [11]). Выводы о чрезвычайной малой вероятности прохождения Солнечной системы неподалёку от другой звёздной системы, нейтронной звезды или чёрной дыры, а значит и чрезвычайно малых рисков этого события, не могут быть получены только из прошлого нашей планетарной системы. Принятие дополнительной информации, основанной на понимании окружения Солнечной системы в пространстве Млечного Пути и характеристиках масс звёздных объектов, позволяет нам заключить, что по отношению к этим рискам мы находимся в безопасности, а не непредвзяты и убедительны. С другой стороны, не для всех возможных угроз собрано достаточное количество дополнительной информации.
3. Обобщение модели
Как можно обобщить эту карманную модель единичного события для серии катастроф? Мы должны начерно описать один из возможных подходов. Допустим, мы столкнулись в ситуацией из Рис. 3.
Рис. 3. Ряд потенциально летальных бедствий из прошлого наблюдателей – обобщение показанной в Рис. 1. ситуации.
Обозначим ; априорную вероятность катастрофы, а ; – вероятность того, что она приведёт к окончательному вымиранию жизни на Земле (в деталях это рассмотрено в пятой части статьи), и N – количество возможных катастроф. Пусть O обозначает факт существование наблюдателя (то есть что катастрофа не привела к окончательному вымиранию) и k – количество наблюдаемых катастроф. Пока N и ; невелики , вероятность того, что наблюдатель обнаружит k катастроф в своём прошлом, рассчитывается по формуле:
.
(7)
Допуская равномерное априорное распределение этих параметров, , можно вычислить :
,
(8)
Что даёт общую формулу:
,
(9)
Следовательно, вероятность существования наблюдателя для значений ;, ; рассчитывается так:
,
(10)
Если рассматривать ансамбль возможных миров это означает плотность наблюдателей. Мы можем предположить, что существуют ряд землеподобных планет со следующими характеристиками: точно определённый возраст, наличие биосферы, но подверженных различным количественными и качественными угрозами [12]. Например, при N=4, уравнение (10) вычисляет вероятность выживания, далее показанную на Рис. 4. При k=0 у нас нет информации об опасности бедствия, таким образом, распределение вероятностей постоянно по отношению к оси ;. Для больших значений k уменьшается вероятностная мера высоких ;, так как катастрофы становятся достаточно обычными и потому не могут быть слишком тяжёлыми. Для частного случая, N=4, k=2, на Рис. 5. мы показали распределение вероятностей для значений (;, ;). Похоже выглядят случаи и с большими значениями N.
Рис. 4. Вероятность наблюдателей P(O|;,;) для N=4 карманной модели в качестве функции априорной вероятности глобальной катастрофы ; и вероятности вымирания ;. Для ;=;=0 мир безопасен и плотность максимальна; количество наблюдателей уменьшается при повышении значений любого из этих параметров.
Рис. 5. Вероятность P(;, ; | O, k) при N=4, k=2.
Следующим шагом по этому направлению будет разработка имитационной модели, генерирующей большое количество планет для каждого ;, ; и запуск N экспериментов, где с каждым миром может случиться катастрофа. Подобное имитационное моделирование было проведено и количественные данные будут показаны в следующей статье. Уже понятно, что распределения параметров между выжившими будут сильно предвзятыми. Учитывая, что нами уже накоплены знания эмпирических и частично-эмпирических вероятностей об определённых классах угроз и огромную прикладную важность поиска любого типа искажения в анализе угроз [13], как только мы определим, какие именно разделы знания подвержены антропному искажению, потребуется провести значительное количество исследований этой сферы.
4. Антропное искажение: недооценка естественных угроз
Учёные, анализирующие естественные угрозы, традиционно конструируют функции эмпирического распределения, используя свидетельства о событиях прошлого: геологические свидетельства о столкновениях с внеземными объектами, взрывах сверхновых и гамма-всплесков, или извержениях супервулканов. В Байесовом подходе мы можем использовать эти данные о распределении рисков в качестве функции апостериорного распределения.
Прогнозируя будущие события, мы заинтересованы в «реальных» распределениях шансов наступления событий (или их последствий), которые «предложены Природой» и не обязательно связаны с их апостериорными распределениями, зафиксированными или подразумеваемыми в архивных записях. Функция априорного распределения является основной объективной характеристикой системы. Так как априорное распределение не искажается эффектами выборочной селекции, оно играет ключевую роль в прогнозировании будущих событий. В Таблице I показана взаимосвязь между функциями априорного и апостериорного распределения для некоторых естественных катастроф. Только априорное распределение истинно описывает природу и может быть использовано для прогнозирования будущих событий. Последовательность умозаключений из прошлого в будущее для этих двух распределений показана в Рис. 6.
Тип события Априорное распределение Эмпирическое (апостериорное) распределение
Столкновение Распределение Околоземных объектов и пересекающих орбиту Земли комет Распределение кратеров от столкновений, импактитов, и т.п.
Супервулкан Распределение геофизических «горячих точек», производящих сверхизвержения Распределение кальдер, вулканической пыли, кернов льда и т.п.
Взрыв сверхновой или гамма-всплеск (см. Приложение) Распределение исходных частиц и их движения в околосолнечном пространстве Следы геомагнитных аномалий, распределение звёздных остатков
Таблица I. Примеры естественных угроз, могущих привести к глобальной катастрофе, и два типа функций распределения; только априорное распределение может служить истинным описанием природы и, соответственно, источником для предсказания будущих событий.
Рис. 6. Набросок общепринятой процедуры для предсказания будущих событий, исходя из информации о прошлом. Процедура может использоваться как для неопасных событий, так и угроз существования, но только для последних мы должны применять коррекцию, выделенную штрихованной линией. Данные выделенные шаги обычно не выполняются при стандартном анализе рисков; тем не менее, они необходимы для непредвзятых предсказаний величин естественных УС.
Катастрофы, превышающие некий порог тяжести последствий, уничтожают всех наблюдателей и все условия экологические условия для повторного возникновения наблюдателей, и таким образом, ненаблюдаемы. Некоторые типы катастроф могут уничтожить планетарные условия существования наблюдателей на временной интервал, длина которого может корелировать с силой катастрофы . Это означает, что архивные записи содержат только часть событий, лежащих внутри «границ антропной совместимости» (см. Рис. 7) и не отображают всё пространство событий. Часть пространства параметров вовне этих границ, лежит в так называемой антропной тени: скрытый эффект наблюдательной селекции не позволяет нам распознавать величину близких нам экстремальных угроз (по временным и эволюционным причинам). Эта тень является источником ошибки, которая должна быть скорректирована, когда мы стремимся вывести объективное распределение шансов на основании эмпирического распределения прошлых событий.
Рис. 7. Схема антропного искажения: мы не показали всю плоскость графика время-тяжесть последствий, а только регион, совместимый с нашим существованием в данную конкретную эпоху (все остальное находится в «антропной тени» – теневом регионе, см. в тексте). Нынешняя эпоха отмечена t0, и мы отсчитываем время с момента формирования нашей планеты.
Антропная тень складывается с «классическим» эффектом селекции, применимым к любым типам событий (исчезновение следов старых событий из-за их эрозии или других видов увеличения естественной энтропии). Даже после коррекции классических эффектов селекции путём конструирования эмпирических (апостериорных) распределений, для получения правильной функции априорного распределения, необходима дополнительная коррекция, исправляющая антропное искажение.
Безусловно, схема на Рис. 7. значительно упрощена. Граница антропной совместимости не должна быть прямой линией, но мы сохранили обобщённую диагональную границу на диаграмме времени-тяжести последствий. На Рис.8. мы наблюдаем возможную иллюстрацию этого эффекта в эмпирических данных об образовании импактных кратеров на Земле. В качестве данных о последствиях столкновений, мы используем базу данных земных столкновений 2010 (Earth Impact Database) [14]. Несмотря на недостаточную информацию о возрасте многих кратеров, видно сходство по тренду с Рис. 7. Например, очевидным является то, что мы не сможем обнаружить следы 100 км астероида или кометы за последний миллион лет (или, несомненно, в течении всего Фанерозойского эона, см. Приложение). Означает ли это, что подобные события обладают вероятностью, стремящейся к нулю? Нет, это означает то, что подобные события находятся в запретной зоне, эмпирические данные из которой не могут быть наблюдаемы. Любое прямолинейное расширение функции эмпирического распределения в этот регион будет занижено при сравнении с объективным распределением вероятностей импакторов по размеру. Другими словами, гигантские астероиды могут существовать и представлять угрозу для будущего, но они не оставляют следов в прошлом наблюдателей . Симметрия прошлого-будущего сломана антропными тенями.
Рис. 8. Эта диаграмма показывает размер известных кратеров как функцию от их возраста, используются данных база данных земных столкновений. Заметно отсутствие точек на верхней правой части диаграммы; единственных чётким следом, отражающем кратер Чиксулуб 65 Myr назад – подтверждённый случай глобальной катастрофы.
5. Какие угрозы существованию подвержены антропной тени?
Искажениеь от антропных теней влияет на оценку вероятности угроз (по нисходящей): (1) которые могут уничтожить наш вид или их предков, (2) которые в достаточной мере неопределенны и (3) для которых вычисление частоты большей частью основано на наземных данных. Этим критериям удовлетворяют множество угроз, включая:
(i) Столкновения с астероидами или кометами (калибрация тяжести последствий проведена по Туринской шкале астероидной опасности или по размеру оставшегося после столкновения кратера).
(ii) Извержения супервулканов (калибрация тяжести последствий произведена по шкале вулканических извержений или схожим методом).
(iii) Взрыв сверхновой звезды или гамма-всплеск (калибрация тяжести последствий произведена по расстоянию до источника и мощности этого события).
(iv) Сверхмощные солнечные вспышки (калибрация тяжести последствий произведена по мощности электромагнитной и корпускулярной эмиссии).
Множество угроз может обнаружено на основании этих критериев. Например, теоретически, историю столкновений с астероидами и кометами в Солнечной системе проще всего изучить на примере Луны, где эрозия на несколько порядков слабее земной . В действительности, точные данные о столкновениях пока нельзя получить, в основном потому что: (1) получение точных данных о большом количестве лунных кратеров пока находятся за пределами наших возможностей и (2) множество известных больших лунных кратеров относится к очень специфичной эпохе, называемой поздней тяжёлой бомбардировкой [15, 16], длившейся примерно 4.0 – 3.8 миллиардов лет назад, что сильно мешает любым попыткам графически отобразить функцию эмпирического распределения для «нормального» времени. В действительности, в нынешних дебатах о частоте столкновений с кометами или астероидами, обычно приводят распределение кратеров на Земле в качества аргументов «за» или «против» существования скрытых импакторов [17-21], и таким образом являются хорошим примером, на котором, по крайней мере потенциально, может быть проверена модель антропной искажениеи . В принципе, мера искажения информации о кратерах может быть уменьшена через экстраполяцию числа кратеров меньших размеров и сравнения результатов экстраполяции с распределением размера-частоты на других телах Солнечной системы, которые могут быть получены без технически невыполнимых анализов возраста кратеров. В реальности, начальная точка экстраполяции не только не определена – так как мало известно о случайных событиях биологической эволюции, которые привели к появлению наблюдателей, – но эти распределения размера-частоты отражают только временные усреднения важных взаимосвязей (между частотами, углами, размерами, плотностью агентов столкновений и сравнивая с размером кратера). Потеря информации при усреднении является важной, если астероидная популяция может значительно изменяться с течением времени.
Распределение частоты больших космических взрывов (сверхновые звёзды или гамма-всплески), хотя и с меньшей степенью достоверности, берутся из наблюдений за отдалёнными регионами: похожими на Млечный Путь галактиками. Эта внешняя проверка уменьшает антропное искажение, которое влияет на вычисление вероятностей значительных, способных привести к вымиранию, взрывов сверхновых звёзд и гамма-всплесков. Степень важности этих взрывов для процессов зарождения и эволюции жизни была предметом значительного количества исследований последних десятилетий [22-32]. Фрагментарные геохимические следы прошлых событий могут быть найдены в наземных записях, особенно кернах льда [33]. Это же, пусть и в меньшей степени, применимо к гигантским солнечным вспышкам [34].
Возможно, извержения сверхвулканов являются наилучшими примерами земных глобальных катастроф. Они интересны по двум недавно обнаруженным причинам: (1) сверхвулканизм, предположительно, вызвал массовое Пермское вымирание (251.4 ± 0.7 Myr назад), убившее 96% от всех земных видов многоклеточных [35, 36]. (2) Супервулканизм, пожалуй, единственная катастрофа, практически приведшая к вымиранию человечества: суперизвержение Тоба (Суматра, Индонезия, 74000 лет назад), предположительно уменьшила человеческую популяцию до ~1000 индивидов [9, 37]. В свете чего мы должны серьёзно подойти к исследованию этой угрозы, которая, несмотря на широко известные катастрофы, наподобие извержений в Санторини, Помпеи и Тамбора, только недавно стала объектом интереса [38, 39, 3].
Ещё одна редка катастрофа может быть вызвана прохождением неподалёку от Земли обычных звёзд [11] или экзотических объектов, наподобие нейтронных звёзд или чёрных дыр. Даже если бы мы обладали всей полнотой знаний о земной истории, но ничего бы не знали об астрономии, мы бы не смогли точно рассчитать вероятность уничтожения Земли при столкновении с чёрной дырой. Но из-за того, что мы обладаем некоторыми знаниями об окружении Солнечной системы в Млечном Пути и знаем распределение масс звёзд, и поскольку это знание не основано на земной истории, наши предсказания этих рисков не будет искажены антропным искажением.
В отличие от некоторых естественных угроз, информацию об антропогенных угрозах трудно получить с помощью статистического анализа доисторических событий. Единственным исключением является возможность катастрофических процессов в квантовом поле, которая может (спекулятивно) произойти по естественным причинам, но гораздо вероятней произойдёт из-за экспериментов в области физики высоких энергий, наподобие проводимых в ускорителях частиц. Эта угроза рассмотрена ниже.
6. Антропные тени и риски физических экспериментов
Примерами par excellence событий Q=0 являются фазовый переход вакуума или распад квантового поля. Подобные события приведут не только к исчезновению человечества, но также полностью и навсегда уничтожат земную биосферу. Колман и Де Лусиа (Coleman and De Luccia) впервые упомянули возможность того, что ускорители элементарных частиц, используемых в физических экспериментах, могут привести к такой катастрофе. [40]. Эта возможность была широко рассмотрена [10, 41-46] и инициировала протест против использования ускорителей частиц, включая недавний Большой Адронный Коллайдер [46, 47].
Важны три конкретные угрозы: (1) запуск фазового перехода вакуума через создание расширяющегося пузыря «нового» вакуумного состояния, (2) случайное создание страпельки, способной трансформировать всю земную массу в странную материю и (3) случайное создание мини-чёрной дыры, которая, просочившись в центр Земли, постепенно уничтожит нашу планету. Несмотря на научную фантастику, истрепавшую эти идеи, они были серьёзно восприняты даже высшей администрацией современных лабораторий ускорителей частиц [48]. Это является не только эсхатологической проблемой человечества: фазовый переход вакуума также уничтожит условия для существования всех возможных наблюдателей в будущем нашего светового конуса. Даже если шанс этого события невелик, его катастрофическое влияние будет настолько велико, что оно достойно близкого рассмотрения.
Хат и Рис (Hut and Rees) провели важное новаторское исследование проблемы угроз физики высоких энергий, предложив, что нет рациональных причин к беспокойству насчёт ускорителей частиц: столкновения высокоэнергетических частиц встречаются в естественной среде, например, столкновения космических лучей и атмосферы Земли или твёрдой массы Луны, более того, энергия этих столкновений на порядки превышает те, что можно получить в лабораторных условиях в ближайшем будущем [10]. Принимая правдоподобные предположения об оценке поперечного сечения важных реакций, Хат и Рис заключили, что факт выживания Земли (и Луны) после бомбардировки космическими лучами в течении 4.5 млрд. лет подразумевает, что в предвидимом будущем мы находимся в безопасности. Например, если вероятность катастрофы из-за экспериментов физики высоких энергий равна 10-50, то удвоение или даже удесятирение риска, из-за активизации человеческих действий, весьма ничтожно.
Аргументация Хата-Риса не должна нас успокаивать, ибо в ней нескорректировано антропное искажение. Фазовый переход вакуума является событием, при котором Q=0. Таким образом, оценки, основанные на существовании Земли или Луны, полностью недостоверны. Более того, недостоверность этих предсказаний основана на естественных и вызванных человеком фазовых переходах вакуума (Хат и Рис также справедливо заключают, что количество потенциально опасных событий в любых доступных человечеству ускорителях, гораздо меньше, чем в естественных космических лучах). К сожалению, схожая ошибка повторяется в исследовании безопасности Большого Адронного Коллайдера, при котором, в качестве аргументации безопасности ускорителя, было использовано существование Солнечной системы [46].
Тегмарк и Бостром (Tegmark and Bostrom) смогли перехитрить эффект наблюдательной селекции использованием данных о распределении планетарного возраста и относительно недавней датой образования Земли [12], для того, чтобы вывести априорное распределение вероятности событий, которые могут уничтожить или полностью стерилизовать планету [49]. На основании их результатов, вероятность фазового перехода вакуума для всего Млечного Пути меньше 10-9 в год. Это показывает, что осведомлённость об эффектах антропной тени может привести к более достоверной оценке рисков катастроф.
7. Заключение
Ли Смолин, в числе других, заявил, что антропному принципу не хватает предсказательной силы и прикладной важности [50]. Но наши результаты позволяют предположить, что коррекция искажения от антропной тени может значительно изменить оценку вероятности катастроф, например, извержения супервулкана или столкновения с астероидом. Более того, определение этой искажениеи может нам помочь избегать ловушек и ошибок анализа угроз, подобных аргументам Хата-Риса или Группы оценки безопасности Большого Адронного Коллайдера (Large Hadron Collider Safety Assessment Group) при оценке риска столкновений частиц. По этой причине, главный урок лежит в направлении большей осмотрительности, которую мы должны принять при работе со спектром глобальных катастроф и УС. Количество исследований искажениеи в УС прискорбно, особенно учитывая рассматриваемые здесь естественные и возможные антропогенные угрозы, возникающие при появлении мощных технологий. Вряд ли нужно подчёркивать, что улучшение методов численной оценки рисков наверняка приведут к улучшению практик снижения и управления угрозами [6].
Необходимы дальнейшие исследования форм антропных теней и величин влияния антропного искажения, особенно по отношению к изменению вероятности выживания со временем, к смешению различных механизмов УС и к вековой эволюции функций априорных распределений. За исключением событий с Q=0, наподобие фазовых переходов вакуума, необходимы более сложные и реалистичные модели коррекции антропного искажения. Различные по величине катастрофы могут повлиять на эволюционную цепочку и во многих случаях могут привести к нашему исчезновению в качестве наблюдателей. Вычерчивание графиков подобных влияний является сложной задачей, особенно учитывая, что эволюционное воздействие даже единичных событий, например падения астероида в Чиксулуб, привело к вездесущим и непредвиденным биологическим обстоятельствам [5-54]. Для различных этапов эволюционного развития, отделённых друг от друга случайными катастрофами, может быть необходимо использование весьма сложного формализма моделирования, например, вероятностных клеточных автоматов, чтобы учесть все факторы, которые могут приводить к антропному искажению. [55].
Приложение: словарь
УС – угрозы существованию, подмножество глобальных катастроф, вред от которых может либо уничтожить разумную жизнь на Земле, либо полностью и радикально сократить её потенциал [7].
ГВ – гамма-всплески, вспышки гамма-лучей, длящиеся несколько секунд и ассоциирующиеся с высоко-энергетическим космическим излучением. Все замеченные гамма-всплески пришли извне Млечного Пути, но тем не менее, связанный класс феноменов, мягкие повторяющиеся гамма-всплески, относятся к магнетарам из нашей галактики. Было предположено, что гамма-всплески внутри Млечного Пути могут вызвать на Земле массовое вымирание [30].
БАК – Большой Адронный Коллайдер, крупнейший ускоритель частиц, расположенный в 27 км туннеле на 175 метров ниже уровня земли на границы между Францией и Швейцарией, неподалёку от Женевы, Швейцария. БАК был построен по заказу Европейского совета ядерных исследований и начал свою работу в конце 2009 года.
Myr – миллион (106) лет, главнейшая единица измерения геологической и эволюционной преистории.
ОЗО – околоземной объект, объект Солнечной системы, обычно астероид или комета, орбита которого проводит его недалеко от Земли, таким образом создавая возможную угрозу. (Очень маленькие объекты, размером до 50 метров, обычно называются метеорными телами и могут быть объектами антропогенного происхождения, наподобие космического аппарата, расположенного на солнечной орбите).
пс – парсек (от «параллакса угловой секунды»), главная единица измерения, используемая в астрономии и связанных областях. 1 пс = 3.085668 ; 1016 метров = 3.262 световых года. Близлежащая к Солнечной системе звезда находится на расстоянии ~1 пс.
СН – сверхновая звезда, взрыв либо крупной звезды (более девяти Солнечных масс), либо белого карлика в бинарной системе.
Фанерозой (эон) – продолжающийся в наше время эон, характеризуется обилием растительной и животной жизни. Считается, что кембрийский период является началом этого эона (порядка 545 Myr назад).
Благодарности
Мы благодарим трёх анонимных рецензентов журнала Risk Analysis за вдумчивые комментарии и уместную критику предыдущей версии статьи. Выражаем особую благодарность Gaverick Jason Matheny и Rebecca Roache за их внимательное прочтение это статьи, приведшее к значительному улучшению. За беседы над тематикой статьи мы также признательны Jelena Andreji;, Fred C. Adams, Bill Napier, and Zoran Kne;evi;. We thank Richard B. Cathcart, Aleksandar Zorki;, Maja Bulatovi;, Du;an In;i;, Srdjan Samurovi;, Branislav K. Nikoli;, Samir Salim, Nikola Milutinovi;, а также консорциуму библиотек KoBSON за их внимательную техническую помощь. Один из авторов (M.M.;) получил частичную поддержку от Ministry of Science and Technological Development of the Republic of Serbia, грант ON146012, и благодарит Future of Humanity Institute at Oxford University за их гостеприимство при работе над проектом.
Ссылки
1. Leslie J. The End of the World: The Ethics and Science of Human Extinction. London: Routledge, 1996.
2. Huggett R. Catastrophism. London: Verso, 1997.
3. McGuire B. A Guide to the End of the World: Everything You Never Wanted to Know. Oxford: Oxford University Press, 2002.
4. Rees MJ. Our Final Hour. New York: Basic Books, 2003.
5. Palmer T. Perilous Planet Earth: Catastrophes and Catastrophism Through the Ages. Cambridge: Cambridge University Press, 2003.
6. Bostrom N, C; irkovic; MM (eds). Global Catastrophic Risks. Oxford: Oxford University Press, 2008.
7. Bostrom N. Existential risks. Journal of Evolution and Technology, 9, 2002 (http://www.jetpress.org/volume9/risks.html).
8. Bostrom N. Unpublished data, 2010.
9. Rampino MR, Self S. Volcanic winter and accelerated glaciation following the Toba super-eruption. Nature, 1992; 359:50–52.
10. Hut P, Rees MJ. How stable is our vacuum? Nature, 1983; 302:508–509.
11. Laughlin G, Adams FC. The frozen earth: Binary scattering events and the fate of the solar system. Icarus, 2000; 145: 614–627.
12. Lineweaver CH. An estimate of the age distribution of terrestrial planets in the universe: Quantifying metallicity as a selection effect. Icarus, 2001; 151: 307–313.
13. Woo G. The Mathematics of Natural Catastrophes. London: Imperial College Press, 1999.
14. Earth Impact Database, 2010. Available at: http://www.unb.ca/passc/ImpactDatabase/.
15. Kring DA, Cohen BA. Cataclysmic bombardment throughout the inner solar system 3.9–4.0 Ga. Journal of Geophysical Research—Planets, 2002; 107: 4–10.
16. Gomes R, Levison HF, Tsiganis K, Morbidelli A. Origin of the cataclysmic late heavy bombardment period of the terrestrial planets. Nature, 2005; 435, 466–469.
17. Nurmi P, ValtonenMJ, Zheng JQ. Periodic variation of Oort Cloud flux and cometary impacts on the Earth and Jupiter. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2001; 327: 1367–1376.
18. Napier WM, Wickramasinghe JT, Wickramasinghe NC. Extreme albedo comets and the impact hazard. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2004; 355:191–195.
19. Napier WM. Evidence for cometary bombardment episodes. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2006; 366: 977–982.
20. Fern;andez JA, Morbidelli A. The population of faint Jupiter family comets near the Earth. Icarus, 2006; 185: 211–222.
21. Baillie M. The case for significant numbers of extraterrestrial impacts through the late Holocene. Journal of Quaternary Science, 2007; 22:101–109.
22. Schindewolf O. Neokatastrophismus? Deutsch Geologische Gesellschaft Zeitschrift Jahrgang, 1962; 114: 430–445.
23. Ruderman MA. Possible consequences of nearby supernova explosions for atmospheric ozone and terrestrial life. Science, 1974; 184: 1079–1081.
24. Hunt GE. Possible climatic and biological impact of nearby supernovae. Nature, 1978; 271: 430–431.
25. Brakenridge GR. Terrestrial paleoenvironmental effects of a late quaternary-age supernova. Icarus, 1981; 46: 81–93.
26. Thorsett SE. Terrestrial implications of cosmological gamma-ray burst models. Astrophysical Journal, 1995; 444: L53–L55.
27. Annis J. An astrophysical explanation for the great silence. Journal of the British Interplanetary Society, 1999; 52:19–22 (preprint astro-ph/9901322).
28. Dar A, De R; ujula A. The threat to life from Eta Carinae and gamma-ray bursts. Pp. 513–523 in Morselli A, Picozza P (eds). Astrophysics andGamma Ray Physics in Space. Rome: Frascati Physics Series Vol. XXIV, 2002.
29. Scalo J,Wheeler JC. Astrophysical and astrobiological implications of gamma-ray burst properties. Astrophysical Journal, 2002; 566: 723–737.
30. Melott AL, Lieberman BS, Laird CM, Martin LD, Medvedev MV, Thomas BC et al.Did a gamma-ray burst initiate the late Ordovician mass extinction? International Journal of Astrobiology, 2004; 3: 55–61.
31. Vukotic; B, C; irkovic; MM. Neocatastrophism and the Milky Way astrobiological landscape. Serbian Astronomical Journal, 2008; 176: 71–79.
32. C; irkovic; MM, Vukotic; B. Astrobiological phase transition: Towards resolution of Fermi’s paradox. Origin of Life and Evolution of the Biosphere, 2008; 38: 535–547.
33. Dreschhoff GAM, Laird CM. Evidence for a stratigraphic record of supernovae in polar ice. Advances in Space Research, 2006; 38: 1307–1311.
34. Stothers R. Giant solar flares in Antarctic ice. Nature, 1980; 287: 365.
35. White RV. Earth’s biggest “whodunnit”: Unravelling the clues in the case of the end-Permian mass extinction. Philosophical Transactions of the Royal Society A, 2002; 360: 2963–2985.
36. Benton MJ. When Life Nearly Died: The Greatest Mass Extinction of All Time. London: Thames and Hudson, 2003.
37. Ambrose SH. Late Pleistocene human population bottlenecks, volcanic winter, and differentiation of modern humans. Journal of Human Evolution, 1998; 34: 623–651.
38. Roscoe HK. The risk of large volcanic eruptions and the impact of this risk on future ozone depletion. Natural Hazards, 2001; 23: 231–246.
39. Rampino MR. Supereruptions as a threat to civilizations on Earth-like planets. Icarus, 2002; 156: 562–569.
40. Coleman S, De Luccia F. Gravitational effects on and of vacuum decay. Physical Review D, 1980; 21: 3305–3315.
41. Turner MS, Wilczek F. Is our vacuum metastable? Nature, 1982; 298: 633–634.
42. Sher M, Zaglauer HW. Cosmic-ray induced vacuum decay in the standard model. Physics Letters B, 1988; 206: 527–532.
43. Crone MM, Sher M. The environmental impact of vacuum decay. American Journal of Physics, 1991; 59: 25–32.
44. Dar A, De R; ujula A, Heinz U. Will relativistic heavy-ion colliders destroy our planet? Physics Letters B, 1999; 470: 142–148.
45. Kent A. A critical look at risk assessments for global catastrophes. Risk Analysis, 2004; 24:157–168.
46. Ellis J., Giudice G, Mangano M, Tkachev I, Wiedemann U. Review of the Safety of LHC Collisions, 2008. Available at: http://lsag.web.cern.ch/lsag/LSAG-Report.pdf (LHC Safety Assessment Group).
47. Ord T, Hillerbrand R, Sandberg A. Probing the improbable: Methodological challenges for risks with low probabilities and high stakes. Journal of Risk Research, 2010; 13:191– 205.
48. Jaffe L, Busza W, Wilczek F, Sandweiss J. Review of speculative “disaster scenarios” at RHIC. Reviews of Modern Physics, 2000; 72: 1125–1140.
49. Tegmark M, Bostrom N. Is a doomsday catastrophe likely? Nature, 2005; 438: 754.
50. Smolin L. Scientific alternatives to the anthropic principle. Pp. 323–366 in Carr B (ed). Universe or Multiverse. Cambridge: Cambridge University Press, 2005.
51. Gould SJ. The paradox of the first tier: An agenda for paleobiology. Paleobiology, 1985; 11: 2–12.
52. Gould SJ. Wonderful Life. New York: W. W. Norton, 1989.
53. Gould SJ. Full House: The Spread of Excellence from Plato to Darwin. New York: Three Rivers Press, 1996.
54. McShea DW. Possible largest-scale trends in organismal evolution: Eight “live hypotheses.” Annual Review of Ecology and Systematics, 1998; 29: 293–318.
55. Kaneko K, Akutsu Y. Phase transitions in two-dimensional stochastic cellular automata. Journal of Physics A, 1986; 19: L69–L75.
56. Barrow JD, Tipler FJ. The Anthropic Cosmological Principle. New York: Oxford University Press, 1986.
57. Balashov YV. Resource letter: AP-1: The anthropic principle. American Journal of Physics, 1991; 59: 1069–1076.
58. Bostrom N. Anthropic Bias: Observation Selection Effects in Science and Philosophy. New York: Routledge, 2002.
59. C; irkovic; MM. Evolutionary catastrophes and the Goldilocks problem. International Journal ofAstrobiology, 2007; 6: 325–329.
60. McKay CP. Time for intelligence on other planets. Pp. 405–419 in Doyle LR (ed). Circumstellar Habitable Zones, Proceedings of the First International Conference. Menlo Park, CA: Travis House Publications, 1996.
61. Russell DA. Speculations on the evolution of intelligence in multicellular organisms. Pp. 259–275 in Billingham J (ed). Life in the Universe. Cambridge: MIT Press, 1981.
62. Sahney S, Benton MJ. Recovery from the most profound mass extinction of all time. Procedings of the Royal Society B, 2008; 275: 759–765.
63. Bowring SA, Erwin DH, Isozaki Y. The tempo of mass extinction and recovery: The end-Permian example. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 1999; 96: 8827–8828.
64. Binzel RP, Rivkin AS, Stuart JS, Harris AW, Bus SJ, Burbine TH. Observed spectral properties of near-Earth objects: Results for population distribution, source regions, and space weathering processes. Icarus, 2004; 170: 259–294.
65. Stuart JS, Binzel RP. Bias-corrected population, size distribution, and impact hazard for the near-Earth objects. Icarus, 2004; 170: 295–311.
66. Szab ;o GyM, Cs;ak B, S;arneczky K, Kiss LL. Photometric observations of 9 near-Earth objects. Astronomy and Astrophysics, 2001; 375: 285–292.
67. Emel’Yanenko VV, Bailey ME. Capture of Halley-type comets from the near-parabolic flux. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 1998; 298: 212–222.
68. Schultz PH, Z;arate M, Hames B, Koeberl C, Bunch T, Storzer D et al. The quaternary impact record from the Pampas, Argentina. Earth and Planetary Science Letters, 2004; 219: 221–238.