|
|
II. Рождение и эволюция Вселенной
Поистине мир - это слишком великое дело. С самого начала, чтобы породить нас, он вел чудесную игру со слишком многими невероятностями... Мы чувствуем, что через нас проходит волна, которая образовалась не в нас самих. Она пришла к нам издалека, одновременно со светом первых звезд. Она добралась до нас, сотворив все на своем пути. Дух поисков и завоеваний - это постоянная душа эволюции. Пьер Тейяр де Шарден
В предложенном выше конспективном обзоре представлены, в основном, проблемы, которые происхождение и эволюция жизни поставили перед биологическими науками. Этим я хочу подчеркнуть то обстоятельство, что в качестве начальных условий для демонстрации проблем жизни был принят "имеющийся набор атомов при условиях, существовавших на древней Земле". Очевидно, что эволюцию химическую, в ходе которой из имеющегося набора атомов образовались предбиологические структуры, и биологическую, давшую этим структурам жизнь, развитие и усложнение, предваряла эволюция, которую можно назвать физической, или, точнее, астрофизической. Этот этап всеобщей эволюции материи Вселенной и должен был привести к образованию "имеющегося набора атомов", равно как и физических законов, определяющих существование и взаимодействие этих атомов. В рамках господствующей, самой широко распространенной и известной сегодня космологической гипотезы считается, что примерно 20 миллиардов лет назад вся Вселенная была сосредоточена в очень маленьком объеме - практически точке, - то есть Вселенная тогда представляла собой своеобразную микрочастицу сверхъядерной плотности. По каким-то причинам эта частица пришла в неустойчивое состояние и взорвалась, образовав Вселенную, которая в связи с наблюдаемым красным смещением астрономических объектов представляется как расширяющаяся. Это грандиозное явление, приведшее к рождению Вселенной, получило название Большого Взрыва. В первые несколько сот тысяч лет истории юной Вселенной происходило немало удивительных событий, но самое интересное, видимо, случилось потом. Вот что пишет И.С.Шкловский: "В столь отдаленную эпоху еще никаких галактик и звезд не было и в помине, а Вселенная представляла собой просто расширяющееся, довольно горячее облако водородно-гелиевой плазмы с плотностью в несколько частиц на кубический сантиметр. Это - простейшая астрофизическая плазма, сходная с плазмой планетарных туманностей, но только "попроще" - ведь тяжелых элементов, присутствующих в планетарных туманностях, тогда еще не было. Есть, однако, одно существенное отличие: в то время как плотность излучения в планетарных туманностях сравнительно невелика, наш "огненный шар" наполнен равновесным планковским излучением, плотность энергии которого на много порядков больше, чем плотность тепловой энергии плазмы. И вот надо представить, что закономерное развитие этого простейшего плазменного облака, наполненного равновесным излучением, привело к той невероятно богатой картине Вселенной, которую мы сейчас наблюдаем. Огромное разнообразие звезд, включая сюда и нейтронные звезды, планеты, кометы, живую материю с ее невероятной сложностью и много еще такого, о чем мы сейчас не имеем даже понятия, - все в конце концов развилось из этого примитивного плазменного облака. Невольно напрашивается аналогия с каким-то гигантским геном, в котором была закодирована вся будущая, невероятно сложная история материи во Вселенной..." В рассматриваемой здесь системе утверждений предполагается, что природа этого колоссального, необъятного плазменного сгустка позволила ему, как миллиарды лет спустя его микроскопическим подобиям - шаровым молниям, - самоорганизоваться, обрести жизнь и разум. Этот "гигантский ген", как назвал его Шкловский, стал первым и изначальным живым существом Вселенной. Родился Универсум Сапиенс - Вселенная Разумная, порождением и частицей которой является и Земля, и все живущее на ней, и мы - люди. Вернемся, однако, к эпохе эволюции Вселенной, когда произошла "отклейка" излучения от вещества... Впереди еще гигантский эволюционный путь до современного состояния Вселенной. Плазма довольно быстро становится нейтральным водородно-гелиевым газом. Этот газ, расширяясь, быстро охлаждается... Когда размеры Вселенной увеличатся в несколько десятков раз, а температура газа опустится ниже 5К, наступит следующий очень важный этап ее развития. Первоначально почти однородная газовая среда разобьется на отдельные сгустки. В чем причина такой "фрагментарности"? Ведь первоначально такие сгустки представляли собой просто области Метагалактики, где плотность вещества только незначительно превышает среднюю плотность. Как возникли эти области о избыточной плотностью в почти однородном, да к тому же быстро расширяющемся веществе Вселенной? На этот, казалось бы, такой простой вопрос современная наука не дает еще однозначного ответа. С достоверностью можно только сказать, что "зародыши" неоднородности Вселенной в ней присутствовали всегда, если угодно -изначала. Вселенная никогда не была с т р о г о однородной, она не была почти однородной даже в первые мгновения своего существования. И надо ясно понимать, если бы не эти "зародыши" неоднородности, история ее развития была бы совсем другой, и прежде всего убийственно скучной, лишенной какого бы то ни было многообразия форм и, конечно, жизни. Может быть, эти "зародыши" неоднородностей и есть тот "сверх-ген", о котором речь шла выше... Итак, из "зародышей" неоднородностей Вселенной... вполне закономерным, теоретически осмысленным путем... возникли гигантские газовые сгустки. Из этих сгустков, являющихся "протоскоплениями" галактик, путем дальнейшей фрагментации образовались меньшие сгустки. Каждый такой сгусток, характеризовавшийся определенной массой и вращательным моментом, постепенно эволюционировал в галактику", звезды которой и сегодня продолжают синтез всего спектра химических элементов, порождающих все многообразие окружающего мира. В пользу гипотезы о живой, одушевленной Вселенной говорят в том числе и многочисленные сегодня теоретические исследования альтернативных вариантов ее эволюции, недвусмысленно показывающие, что Вселенная, в которой мы живем, есть результат какого-то гигантского замысла. Все попытки создания модели Вселенной, основанной на несколько иных, чем существующие, закономерностях, приводят к удивительному результату: даже при небольших изменениях Вселенная полностью меняет свой облик. Причем лишь в одном направлении-в сторону упрощения своей структуры. Под "небольшими изменениями" обычно понимаются относительно небольшие вариации фундаментальных постоянных - массы протона, нейтрона, электрона, - при неизменности физических законов и структуры физического пространства, а под "упрощением структуры" - исчезновение одного или нескольких из основных структурных образований современной Вселенной, таких, как атомные ядра, атомы, звезды, галактики. В уже упоминавшейся монографии В.В. Рубцов и А.Д. Урсул пишут: "Действительно, не только жизнь и разум, но и "физическая Вселенная" столь сложна и законообразна (хотя законы эти могут носить и статистический характер), что она явно не является просто результатом случайных столкновений "каких-то" частиц; сталкивались определенные частицы, обладающие определенными свойствами, взаимодействовавшие по определенным законам. Это и "предрешило" образование галактик и звезд такими, какими мы их знаем". Далее: "....для того чтобы дальнейшая эволюция жизни стала возможной, необходим определенный набор внешних условий (метагалактических, галактических, звездных и планетных). Реальное существование такого набора получило название антропного принципа". Не стремясь к изложению всех полученных теоретических альтернатив эволюции Вселенной, ограничимся лишь некоторыми максимально простыми иллюстрациями, используя данные, сообщенные в книге И.Л. Розенталя, Вот простой пример "небольшого изменения". Если увеличить массу электрона более чем в три раза - это с неизбежностью приводит к коллапсу водорода, то есть пары электрон-протон, с образованием при этом нейтрона и нейтрино. Казалось бы, ничего страшного - во Вселенной, или Метагалактике, не было бы одного из элементов - водорода. Однако водород, помимо того, что он играет весьма существенную роль в земной биологии, - на определенной фазе эволюции Метагалактики является единственно необходимым элементом для образования галактик и звезд. Это означает, что если бы водород был нестабильным элементом, то галактики и звезды состояли бы исключительно из нейтронов. Не было бы никаких химических элементов, и вместо "буйного многоцветья", многообразия Вселенной, она "характеризовалась бы унылым серым цветом", лишенная какого-либо разнообразия. Другой пример. Ядро тяжелого изотопа водорода - дейтон - состоит из протона и нейтрона и является абсолютно стабильной конструкцией, хотя нейтрон в свободном состоянии распадается на протон, электрон и нейтрино. В связанной же системе нейтрон-протон стабильность нейтрона обеспечивается энергией связи, которая превышает очень небольшую разность масс нейтрона и протона. Если бы эта разность масс была вдвое больше, то дейтон был бы нестабильным ядром. Отсутствие экзотического и к тому же довольно редко встречающегося изотопа водорода вроде бы не должно нанести большого урона Мирозданию. Однако дейтон является обязательным звеном нуклеосинтеза - образования ядер тяжелых элементов в недрах звезд, - и его выпадение из этой цепи также не позволило бы появиться элементному "многоцветью" Вселенной. Можно было бы привести еще множество примеров, показывающих влияние незначительных изменений численных значений фундаментальных постоянных на структуру Метагалактики, но литература по этому вопросу весьма обширна, соответствует практически любому уровню подготовки и желающие могут найти более подробный анализ этой проблемы. Не менее удивительные результаты дают оценки вероятностей реализации имеющихся констант. Изучая статистическое распределение тех величин, которые определяют структуру Метагалактики, можно прийти к неожиданному и очень важному результату: фундаментальные постоянные, определяющие существование сложных структур, есть флуктуации-отклонения в распределении соответствующих параметров (например, масс) у родственных объектов. Спектр масс элементарных частиц, например, показывает, что несколько сот известных и изученных элементарных частиц распределены в пределах четырех порядков, и примерно 90% из них имеет массу, совпадающую с массой протона с точностью до коэффициента 2. "Из анализа этого распределения легко заключить, насколько мала, по сравнению с другими значениями масс, масса электрона и насколько ничтожно нужно ее увеличить, чтобы произошла "нейтронизация". Проведенная количественная оценка вероятности появления частицы с массой, близкой к массе электрона, в реальном распределении частиц показывает, что она составляет менее 10Е-5. "Мы ранее убедились, что небольшое увеличение значения массы электрона привело бы к кардинальному изменению структуры Метагалактики. Однако само реальное значение массы электрона - порядка 10Е-27 г - есть большая флуктуация в распределении частиц по массам. Если допустить существование внеметагалактических объектов, во всем тождественных Метагалактике, кроме значения массы электрона, полагая, что оно примерно равно среднему значению масс частиц, то можно сказать, что Метагалактика - флуктуация в ряду себе подобных". Таким же образом можно показать, что малая величина разницы масс нейтрона и протона, обеспечивающая, о чем говорилось выше, стабильность дейтона, также является флуктуацией. Здесь уже, видимо, можно соотнести свойства Вселенной с синтезированным определением сущности жизни, сформулированным в третьей главе: "Живой может считаться способная эволюционно самоорганизовываться, адаптивно и агрессивно взаимодействующая с окружающей средой и повышающая свою структурную негэнтропию система, внутренние процессы в которой протекают кооперативно, а сочетание элементов подчиняется правилу сверхаддитивного нелинейного сложения". Гипотетическая эволюция Вселенной, берущей свое начало от Большого Взрыва, а также ее современный астрофизический облик; как кажется, отражают соответствие этой формулировке, за исключением некоторых частностей, среди которых требование агрессивности и адаптации к окружающей среде. Вопрос об отношениях с окружающей средой, видимо, останется открытым еще неопределенное время, поскольку нет почти никаких теоретических моделей того, что представляют собой внеметагалактические объекты и среда за пределами Метагалактики, то есть каковы свойства Метавселенной.
|