# Астрохимик Клара Соуза-Силва: «Жизнь неизбежна, но разум маловероятен»

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=CGAvsmokB4c
Канал: Lex Fridman
Опубликовано: 28.06.2021

---

Квантовый астрохимик Клара Соуза-Силва в беседе с Лексом Фридманом раскрывает тонкости поиска внеземной жизни через анализ атмосфер далеких планет. В центре дискуссии — загадочный и крайне токсичный газ фосфин, обнаруженный в облаках Венеры, а также масштабные вызовы вычислительной науки, пытающейся расшифровать спектральные отпечатки тысяч потенциальных биосигнатур. Этот глубокий диалог связывает квантовую механику, галактическую этику и философское осмысление места человечества во Вселенной.

## 🌌 Сага о венерианском фосфине: На стыке обнаружения и проверки
[[JUMP:2:09]]

В сентябре 2020 года группа ученых, среди которых была Клара Соуза-Силва, опубликовала сенсационную работу об обнаружении фосфина (PH3) в атмосфере Венеры. Это вызвало бурную дискуссию в научном сообществе. По словам исследовательницы, сейчас публика наблюдает за классическим развитием научного открытия. Данные собирались с двух независимых телескопов — ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) и JCMT (James Clerk Maxwell Telescope) с разницей в несколько месяцев. Однако сигнал остается очень слабым, деликатным и находится на самом пределе чувствительности приборов.

Соуза-Силва подчеркивает важное эпистемологическое различие между генерацией гипотез (hypothesis generation) и их тестированием (hypothesis testing). При тестировании гипотез в зашумленных данных исследователь рискует случайно создать ложный сигнал, если слишком усердно пытается его найти. Консервативный подход заключается в беспристрастном поиске того, что скрыто в шуме. 

Различные легитимные методы обработки данных приводят к разным результатам: в одних случаях сигнал фосфина отчетливо виден, в других — исчезает. По мнению гостьи подкаста, если этот сигнал реален и принадлежит именно фосфину, объяснить его присутствие без участия живых организмов («венерианцев») современная наука не может.

## 🔬 Архитектура спектроскопии: Как разглядеть отпечаток среди миллиардов линий
[[JUMP:7:13]]

Каждая молекула во Вселенной обладает уникальным спектроскопическим «отпечатком пальца», обусловленным тем, как именно она вращается и вибрирует на квантовом уровне. Клара Соуза-Силва лично рассчитала количество возможных квантовых переходов для фосфина — оно составляет колоссальные 16,8 миллиарда способов взаимодействия со светом. Когда чистый свет звезды проходит сквозь газ, молекулы поглощают строго определенные цвета спектра, оставляя крошечные вмятины-линии. На Венере ученым удалось обнаружить всего одну такую линию из 16,8 миллиарда.

Поиск остальных линий затруднен тем, что они расположены в крайне неблагоприятных участках электромагнитного спектра. Обнаруженная линия находится на частоте 8,904 волновых чисел. В этой узкой полосе поглощения известны лишь две молекулы: фосфин и диоксид серы (SO2). 

Чтобы исключить ошибку, астрономы проверили параллельный диапазон, где SO2 должен поглощать свет, а фосфин — нет; сигнал там отсутствовал, что укрепило уверенность команды в правильности выводов. Земная атмосфера сильно мешает таким наблюдениям, блокируя ключевые длины волн, поэтому идеальным решением, по мнению Соуза-Силвы, стало бы размещение стабильных орбитальных аппаратов вокруг Венеры и других тел Солнечной системы для постоянного мониторинга потенциальной биосферы.

## 🧬 Анатомия кошмара: Почему фосфин — идеальный маркер жизни
[[JUMP:14:10]]

Химически фосфин представляет собой простую пирамидальную структуру: один атом фосфора на вершине и три атома водорода в основании. Наряду с водой (H2O), метаном (CH4) и аммиаком (NH3), это одно из простейших гидридных соединений основных элементов Вселенной. Однако на Земле фосфин смертельно опасен для всего живого, поскольку он необратимо разрушает кислородный метаболизм. Из-за своих ужасающих свойств он применялся как химическое оружие в Первой мировой войне и, как отмечает Соуза-Силва, совсем недавно использовался террористами ИГИЛ.

С термодинамической точки зрения фосфин невероятно сложен в синтезе. Анаэробная жизнь (не использующая кислород) вынуждена тратить колоссальное количество энергии, жертвуя своими ресурсами, чтобы заставить фосфор соединиться с водородом. Вселенная не делает таких энергетически невыгодных уступок просто так — по мнению гостьи, на это способна только биология. В природе даже такие экстремальные процессы, как удары молний и извержения вулканов, способны порождать фосфин лишь в ничтожно малых, следовых количествах. 

Биохимические энзимные пути его производства до сих пор остаются абсолютно неизученными. Гостья приводит в пример индустрию трюфелей с оборотом в миллиарды долларов, где точный механизм формирования их знаменитого аромата также долго оставался загадкой из-за нехватки фундаментальных исследований. Фосфин обладает отвратительным запахом, который описывают как смесь чеснока, тухлой рыбы и, по выражению одного из коллег Клары, «протухших подгузников отродья сатаны».

## 💻 Алгоритмический прорыв RASCAL: Решение проблемы 16 000 молекул
[[JUMP:35:23]]

Моделирование спектров молекул на расстоянии опирается на сложнейшее квантовое уравнение Шрёдингера, которое приходится решать в 27 измерениях. Для вычисления 17,5 миллионов потенциальных энергетических состояний фосфина требуются огромные мощности суперкомпьютеров, способных диагонализировать гигантские разреженные квантовые матрицы. Клара Соуза-Силва подсчитала: если бы она применила столь же точный и скрупулезный подход ко всем остальным газам, поиск спектральных отпечатков занял бы у нее более 62 000 лет.

На данный момент науке хорошо известны спектры лишь около 4% из 16 000 молекул, критически важных для поиска жизни на экзопланетах (таких как вода, метан, аммиак, углекислый газ, ацетилен и цианистый водород). Чтобы преодолеть этот тупик, исследовательница разработала систему RASCAL (Rapid Approximate Spectral Calculations for All — Быстрые приближенные спектральные расчеты для всех).

Ее суть сводится к следующим шагам:

* Использование концепции функциональных групп из старых учебников по органической химии 1970-х годов.
* Создание гигантского цифрового «словаря» lego-элементов (специфических связей и кластеров атомов).
* Сборка «монстров Франкенштейна» — приближенных моделей спектров для всех 16 000 молекул.

По признанию Соуза-Силвы, этот метод сознательно делает работу «намного хуже», но выдает грубые спектральные картины, которые бесконечно лучше, чем полное отсутствие данных. Система способна указать астрономам, какие именно из сотен перекрывающихся газов могут давать сигнал в конкретном диапазоне чужой атмосферы. Следующим шагом станет внедрение машинного обучения, однако главной проблемой остается качество обучающей выборки — многие исторические данные были нарисованы от руки уставшими лаборантами полвека назад.

## 🛸 Межзвездная этика и иллюзия правительственных тайн
[[JUMP:1:00:29]]

Размышляя о возможности визитов разумных инопланетян на Землю, Клара Соуза-Силва высказывает глубокий скептицизм. Она считает, что цивилизация, способная преодолевать межзвездные расстояния, технологически находится на таком уровне, что любые попытки земных военных или правительств удержать пришельцев под замком или скрыть их от геополитических соперников выглядят жалкими и нелепыми. Пытаться содержать таких существ в камере — все равно что муравьям пытаться запереть человека. К тому же, по опыту Соуза-Силвы, ученые абсолютно не умеют хранить секреты. Даже открытие фосфина на Венере, бывшее строгой тайной до публикации, исследовательница сразу же рассказала своему отцу.

Собеседники затронули и популярные теории заговора: Лекс Фридман с иронией упомянул гипотезу полой Земли, согласно которой внутри планеты якобы прячутся мамонты и нацисты. Гостья парирует, что межзвездные путешествия энергетически настолько затратны, что развитые расы, скорее всего, давно переросли «пешеходную» потребность в физической колонизации, захвате территорий и установке флагов. По ее мнению, высокоразвитые существа инвестируют ресурсы в совершенные инструменты дистанционного наблюдения, позволяющие познавать Вселенную без грубого физического вмешательства.

## 🍂 Космический нигилизм и неизбежность жизни во Вселенной
[[JUMP:1:10:49]]

Клара Соуза-Силва делит свои ожидания от космоса на три уровня. Возникновение сложного технологического разума кажется ей событием глубоко маловероятным: на Земле из 5 миллиардов когда-либо существовавших видов лишь один развил интеллект, да и тот находится на грани самоуничтожения. Однако простая микробная жизнь, по ее мнению, неизбежна и распространена повсеместно. Прогнозы исследовательницы радикально изменятся, если признаки жизни будут подтверждены хотя бы в одной точке Солнечной системы: в облаках Венеры, подледных океанах Энцелада (луны Сатурна, извергающей гейзеры) или на Титане, куда готовится миссия Dragonfly.

Если жизнь смогла зародиться в столь радикально отличающихся средах (будь то метан Титана или серная кислота Венеры), это докажет, что биология невероятно изобретательна. Астрохимик признается, что находит огромное облегчение в «оптимистичном нигилизме» — концепции полного отсутствия универсального, абсолютного смысла во Вселенной. 

По ее словам, Вселенной глубоко плевать на человеческие запросы, а Солнце не является плохим родителем, когда через миллиарды лет расширится до красного гиганта и поглотит Землю. Смысл — это чисто человеческий конструкт и наша моральная ответственность. Осознание того, что мы не исключительны, парадоксальным образом избавляет от космического одиночества.

## 🛠️ Будни ученого: Искусство коллаборации и проклятие плохого кода
[[JUMP:1:28:42]]

Говоря о повседневной практике, Клара Соуза-Силва с юмором называет себя «ужасным программистом», что типично для академической среды. Большинство ученых учат программирование поверхностно, ровно настолько, чтобы смоделировать уравнения, из-за чего их код получается перегруженным, неоптимизированным и лишенным внятных имен переменных. В ее собственном коде до сих пор встречаются шутливые сообщения об ошибках компиляции вроде: «Зато папа тебя любит, Клара». 

Пройдя путь от Matlab, Java и Fortran (на котором написан огромный массив наследуемого научного софта), она в итоге перешла на Python. Исследовательница признается, что ей проще обучить профессионального программиста базовым концепциям астрономии, чем научить ученого писать качественный код с открытым исходным кодом на GitHub.

Экспериментальная работа в химических лабораториях (как во время ее юношеской практики в Словении) всегда пугала Клару обилием опасных газов, способных вызвать рак или взорваться, поэтому она предпочитает работать удаленно с суперкомпьютерами. Ее главный секрет продуктивности — ограничение чистой научной работы четырьмя высококачественными часами в день, после чего наступает закон убывающей отдачи (diminishing returns). 

Наконец, Соуза-Силва призывает молодых ученых навсегда отказаться от романтичного, но разрушительного мифа о «одиноком волке». Современная наука междисциплинарна; залог счастья и продуктивности — окружать себя приятными людьми и безжалостно рвать связи с токсичными коллегами, какими бы гениями они ни были.