Жизнь Вселенной и кризисы

Жизнь Вселенной и кризисы

Как правило, все мы боимся кризисов. Связываем с этим понятием обесценивание наших зарплат, потерю социальной защищенности, готовимся «затянуть пояса» и вообще замереть и переждать – ничего не покупать, ничего не продавать. Считаем, что кризис – это плохо, связываем с ними катастрофы, в которых исчезает что-то привычное и удобное, и мечтаем о том, чтобы их не было, а все бы так плавно развивалось «от хорошего к лучшему».

А между тем крюк; в переводе с греческого – «решение, поворотный пункт». Это этап в развитии системы, в котором прежние, привычные способы продвижения вперед оказываются устаревшими и требуют замены. Это время поисков новых решений, новых моделей развития, более соответствующих настоящему моменту. И в этом смысле кризисы оказываются непременным условием эволюции.

Обычно кризисы связывают с переломными моментами жизни общества и человека. Мы говорим о кризисах политических и экономических, экологических и биосферных, о кризисах научных представлений, возрастных и т. п. Однако история Вселенной тоже может рассматриваться как череда кризисов, связанных с крупными перестройками форм жизни, и эти перестройки изменяют характер, направленность и скорость эволюции Вселенной.

Рождение Вселенной. Это один из самых загадочных моментов истории Вселенной. На основании наблюдений за космосом был сделан вывод, что около 13 миллиардов лет тому назад произошло событие, давшее начало всему, что мы сейчас называем Вселенной, – галактикам, туманностям, звездам и межзвездному веществу, планетам, и в том числе Земле, и жизни, развившейся на ней. И хотя о причинах этого события, называемого «Большим Взрывом», сейчас существует несколько гипотез, ясно одно: в этот момент возникло новое состояние, не существовавшее прежде, возникло пространство и время Вселенной, появилась энергия в невообразимом количестве – ее было достаточно, чтобы потом образовалась все вещество Вселенной. Рождение Вселенной – явление катастрофическое, хотя и происходящее в очень малой пространственной области, порядка 10^-33 см. Оно привело к перестройке реальности и может быть названо первым кризисом в истории Вселенной.

Интересно, что в результате Большого Взрыва родилась Вселенная с такими параметрами, при которых ее развитие привело к возникновению нашей Солнечной системы, планеты Земля и жизни на ее поверхности. Этот факт весьма примечателен, так как теоретические расчеты показывают, что незначительное изменение параметров Вселенной, таких как константы взаимодействий, размерность пространства-времени и др., делают невозможным возникновение разумной жизни. А значит, в начальный момент Вселенной удалось пройти сквозь «угольное ушко» возможностей так, чтобы породить жизнь и разум.

Однако жизни и разуму предстояло пройти еще множество испытаний, прежде чем получить те формы, которые мы имеем сейчас на нашей планете.

Барионная асимметрия. Сейчас мы знаем, что встреча частицы и античастицы порождает энергию, пропорциональную массам встречающихся частиц. Обратный процесс шел при рождении Вселенной: энергия, выделившаяся в момент Большого Взрыва, превращалась в частицы вещества – причем так, что количество (масса) рожденного вещества равнялось количеству (массе) антивещества. Однако сейчас изученная часть Вселенной состоит из вещества, что позволяет предположить, что в какой-то момент по не ясным до конца причинам произошел сбой в этом балансе, иначе взаимные превращения вещества (массы) в энергию шли бы бесконечно. «Кризис», благодаря которому возникли кирпичики вещества Вселенной, был успешно преодолен.

Почему зажигаются звезды. В окружающем нас мире сложные структуры, предоставленные самим себе, постепенно разрушаются, температуры выравниваются и все движется к равновесию, покою – «смерти». По схожему сценарию шло развитие рожденного вещества. После серии превращений, связанных с расширением и остыванием Вселенной, примерно через 100 миллионов лет после Большого Взрыва, ее вещество остыло до 80 градусов по шкале Кельвина и состояло в основном из нейтральных атомов водорода и гелия, которые заполняли возникшее пространство. Однако равномерное распределение вещества не могло долго существовать: каждый атом по законам гравитации притягивает к себе окружающие и сам притягивается к ним. Материя за счет сил тяготения стала стягиваться в более плотные сгустки, которые все более уплотнялись, сжимались, разогревались: температура в их центре достигла таких значений, при которых стал возможен термоядерный синтез. Так зажглись первые звезды, в недрах которых шел синтез более сложных ядер (однако не тяжелее железа), в том числе углерода, ставшего позднее основой биологической жизни на Земле.

Взрывы сверхновых. Жизнь звезды не вечна, и в зависимости от ее массы рано или поздно заканчивается. Звезды массой менее половины массы Солнца постепенно угасают, сжимаются и превращаются в красных карликов. Звезды среднего размера (до 3,5 массы Солнца) свою жизнь заканчивают образованием газового облака, в состав которого входят, в частности, кислород и углерод, синтезированные звездой. Иногда жизнь звезды заканчивается образованием планетарной туманности, в центре которой имеется ядро звезды, в котором термоядерные реакции уже не идут, и оно превращается в гелиевый белый карлик.

Более тяжелые звезды могут закончить свой век взрывом колоссальной силы – они называются взрывами сверхновых звезд. Энергии взрыва достаточно для синтеза химических элементов тяжелее железа – они разносятся в межзвездном пространстве и могут стать материалом для формирования новых звезд и их планет.

Так, через кризисы, разделяющие «жизнь» и «смерть» звезд, рождается материал для новых объектов Вселенной, в том числе планет, несущих биологическую и разумную жизнь.

Рождение жизни. Биологи считают, что о возникновении жизни и начале ее эволюции можно говорить с того момента, как органические молекулы собрались в структуры, которые стали воспроизводить самих себя. Однако на вопросы, как и почему возникли эти молекулы, почему они смогли собираться в структуры, давшие начало живым организмам, какие условия нужны для этого, до сих пор нет однозначного ответа. Нет даже общепринятого определения жизни, так что и сама жизнь, и ее происхождение остаются таинством, то есть тем вопросом, исчерпывающий ответ на который, видимо, никогда не будет получен. И тем не менее это поразительное по своей сложности явление – живые организмы и их сообщества – существует вокруг нас, живет и развивается.

Устройство органической жизни чрезвычайно сложно. Чтобы проиллюстрировать это, Фред Хойл, британский астроном и популяризатор науки, вычислил вероятность случайного возникновения простейшего одноклеточного организма, модели, не существующей в природе. Воображаемая модель Хойла обладала ДНК, способной создавать 400 протеинов, реальная же бактерия может производить тысячи. Эта вероятность по его расчетам оказалась равной 10^-57800! Столь малое число невозможно даже вообразить. Чтобы получить хоть какое-то представление о невероятности такого случайного события, заметим, что число протонов (мельчайших кирпичиков атомных ядер) во Вселенной оценивается числом 10⁸⁰. То есть вероятность случайного выбора какого-либо заранее отмеченного протона – всего лишь 10^-80, но она больше вероятности случайной сборки живой клетки в 10⁵⁷⁷²⁰ раз.

Рождение живой клетки является важнейшим рубежом, разделяющим две эпохи существования нашей планеты – «добиологическую» и «биологическую». В «биологической» эпохе возникают новые, не существовавшие прежде модели и правила поведения материи – правила жизни. Материя как будто учится существовать в новых формах, нащупывая наиболее эффективные пути эволюции и закрепляя свой опыт в механизмах наследования.

Интересно, что жизнь возникла практически сразу же после того, как наша планета остыла до такой температуры, в которой смогла появиться и поддерживаться органическая жизнь. По оценкам ученых, возраст Земли около 4,5 миллиардов лет, а следы жизни в виде сложных клеточных структур находят в древнейших осадочных породах в юго-западной части Гренландии, возраст которых оценивается в 3,86 миллиарда лет.

Жизнь. Эволюция и революции. История живых организмов тоже может быть рассмотрена как череда кризисов, за три с половиной миллиарда лет изменившая облик живых существ от простейших одноклеточных до человека. Причем в этих кризисах одинаково важная роль принадлежит как внутреннему состоянию живой материи, ее готовности к изменениям, так и внешним причинам, обусловленным состоянием планеты в целом и идущих на ней геологических процессов. Первый такой кризис произошел еще на самом раннем периоде зарождения жизни. Изменение газового состава атмосферы заставило первые протоорганизмы, еще обитавшие в воде, приспосабливаться к новой среде обитания и учиться осваивать энергию Солнца через фотосинтез. Благодаря фотосинтезу постепенно накапливался свободный кислород. Когда его содержания в атмосфере оказалось достаточно для образования озонового экрана, защищавшего поверхность Земли от губительного ультрафиолетового излучения, растительная жизнь вышла на сушу. Вслед за растительностью здесь появился и животный мир. Серьезную опасность для живых организмов представляли метеоритные атаки и вулканизм. Падение метеоритов и выбросы вулканов засоряли атмосферу огромным количеством пыли, она становилась менее прозрачной, поверхность планеты охлаждалась на 5–10 °C. Небесные тела, пролетая через атмосферу, вдобавок разрушали озоновый слой. Все это приводило к исчезновению целых видов организмов. Не менее опасными были и оледенения. Чередования периодов похолоданий и потеплений разрушали прежние и создавали новые экосистемы.

Новые испытания всему живому на Земле начались в эпоху неолита (примерно 10 тыс. лет назад) и связаны были с деятельностью человека, причем тяжесть этих испытаний с течением времени все растет. Именно человек становится в последнее время основной причиной изменения облика нашей планеты. Исчезновение лесов, истощение минеральных запасов, загрязнение атмосферы и поверхности земли – далеко не полный перечень сегодняшних экологических проблем, и вполне возможно, что живое на нашей планете закончит свою историю, насчитывающую уже три с половиной миллиарда лет, не преодолев тяжести нагрузки, которую на нее обрушил человек. Однако более возможным выглядит сценарий, при котором жизнь на планете сохранится, но исчезнут лишь некоторые виды – в том числе и человек.

Будем, однако, надеяться на разумность людей, которая позволяет предвидеть последствия представлений о природе как бездонной кладовой, из которой можно черпать ресурсы, не заботясь о будущем.

Рассуждая таким образом, мы видим историю Вселенной как чередование периодов спокойного развития и резких переходов (кризисов), в результате которых наш мир приобрел современный вид. Кризис – это своего рода экзамен, на котором проверяется способность форм жизни к дальнейшему существованию, их перестройка в соответствии с их внутренним состоянием и внешней обстановкой. И нет оснований считать, что череда этих экзаменов уже закончилась.

Алексей Чуличков, д-р физ. – мат. наук, МГУ

Данный текст является ознакомительным фрагментом.