Вы не авторизовались

Научное мировоззрение изменит вашу жизнь. Почему мы изучаем Вселенную и как это помогает нам понять самих себя? бесплатное чтение

Евгений Плисов
Научное мировоззрение изменит вашу жизнь
Почему мы изучаем Вселенную и как это помогает нам понять самих себя?

Главный редактор Рамиль Фасхутдинов

Ответственный редактор Мелине Ананян

Научные редакторы Алексей Бондарев, Артем Конышев, Дмитрий Побединский

Младший редактор Юлия Клюшина

Корректоры Екатерина Комарова, Римма Болдинова, Алена Гладкова

Художественное оформлении Ольги Сапожниковой

Серия «Подпишись на науку. Книги российских популяризаторов науки»

* * *

Введение

Утро. Вы просыпаетесь в своей постели. Медленно, но верно начинает работать ваш мозг, вы встаете, и начинается новый день. Почти на автомате вы преодолеваете каждодневную утреннюю рутину: нужно почистить зубы, что-нибудь перекусить, одеться, заправить постель. Изредка вы поглядываете на часы. Так много нужно сегодня сделать! Вы спешите на работу или учебу, вас ждет автомобиль или общественный транспорт, а может, вам повезло и работа находится поблизости, так что вы решаете прогуляться. Если вы приверженец современных трендов, то вы даже можете оседлать велосипед и активно добраться до места своего ежедневного пребывания. Там, куда вы приехали, вы погружаетесь в привычную суету. Опять-таки вы периодически поглядываете на часы: сколько же времени осталось до конца этого длинного буднего дня? И вот, долгожданный момент наступает! С чувством облегчения вы собираетесь и отправляетесь домой, где вас ждет короткий вечер и ощущение того, что следующий такой же день вот-вот настанет. Единственным облегчением служит мысленный подсчет того, сколько же времени осталось до выходных, когда вы наконец будете предоставлены сами себе. Но и очередные выходные не приносят радости, они пролетают словно миг, и начинается понедельник. Утро. Вы просыпаетесь в своей постели…

А быть может, вам некуда идти? Может быть, кто-то из читателей этих строк находится в том периоде своей жизни, когда спешить некуда. Таких периодов бывает много: отпуск, каникулы, затянувшийся поиск новой работы или декрет. А может быть, вы человек творческой профессии или фрилансер. Тогда, скорее всего, ваше утро начинается немного по-другому. Вы просыпаетесь, открываете глаза, и приходит ясное, кристально четкое понимание, что вам идти некуда. Вас никто не ждет. Над вами не висит очередной дедлайн, на сегодня нет никаких встреч, и будильник тоже не готов вот-вот согнать вас с постели. Такое положение вещей кому-то может показаться сказкой, однако это не так. В тот момент, когда вы осознаете, что на сегодня дел нет, начинается апатия. Инертность. Посмотрев на часы, вы опять закрываете глаза. Зачем рано вставать, когда некуда идти? И так, просыпаясь и засыпая, вы проводите еще пару часов, пока не приходит осознание, что вы потеряли утро. С чувством бессилия вы встаете и медленно бредете в ванную комнату. Чуть приведя себя в порядок, начинаете день с проблеском надежды, что сегодня вы все измените. Наконец завершите какое-нибудь дело, уберетесь в квартире, напишете потенциальному работодателю и договоритесь о встрече, а может, возьмете новый заказ. Но, странное дело, такого не происходит. Зависнув в смартфоне, вы завтракаете и решаете немного отдохнуть. Казалось бы – какой отдых, вы только что проснулись и не успели устать! Однако чувство утомленности, как верный друг, всегда с вами. Оно с вами проснулось и с вами же заснет. Но у вас есть решение, вы знаете, как от него отвертеться. На сегодняшний день мир предоставляет вам безграничные возможности для отвлечения. Можно посмотреть сериал, поиграть в компьютерную игру, бесконечно листать ленту новостей или социальной сети. В конце концов, есть безграничный Ютуб с котятами и прочими невероятно интересными вещами. И тут наступает вечер. «Как так! – воскликнете вы. – Я опять ничего за сегодня не сделал!» На вас накатывает чувство беспомощности и жалости к себе. Вы же совсем недавно обещали себе, что сегодня уж точно горы свернете. «Но не беда, завтра это наверняка произойдет», – думаете вы и ложитесь спать. Сон не приходит, ваш мозг был разогнан весь день, и мысли продолжают вертеться в голове. Вы разбиты, но тело на физическом уровне не устало. Вы тяжело засыпаете. Но опять сквозь веки пробивается свет. Утро. Вам опять некуда идти.

Знакомые ситуации? Я думаю, вы так или иначе сталкивались как с одним, так и с другим вариантом. Часто они комбинируются: первый вариант доминирует в будни, а второй начинается в выходные. Не очень интересная жизнь. Но не расстраивайтесь, вы не одиноки. В таком режиме пребывает огромное количество людей на нашей планете. Без сомнения, есть люди, чувствующие себя бодро и весело почти всегда, они наслаждаются любой активностью, которая происходит в их жизни. С радостью идут на работу, с радостью с нее возвращаются, а их выходные похожи на приключенческий роман. Но такие люди – редкость. Есть буддистские монахи и индийские йоги, пребывающие в блаженной созерцательной медитации всю жизнь. Они счастливы. Но я не думаю, что многие из нас готовы уйти в монастырь в поисках просветления, хотя, без сомнения, этот вариант всегда остается. Но кто готов на подобное решение? Не думаю, что многие, по крайней мере, среди моих знакомых таких нет.

Но кем бы вы ни были: бизнесменом или курьером, безработным или главой крупной корпорации, монахом или офисным планктоном, художником или военным, – хотя бы раз в жизни вы зададитесь вопросами: а зачем все это? почему я здесь, в этой стране, в этом окружении? почему я родился в это время и на этой планете? И главный вопрос человечества и каждого отдельного человека – «какой в этом смысл?». Но кто из нас всерьез подолгу думает о таких вещах? Мы погружаемся обратно в суету, она захватывает нас, словно гигантская волна. Думать о таких пустяках – только время тратить. Но бывают моменты, когда этот коварный вопрос пропадает. Как, впрочем, и все другие вопросы. Что вы чувствуете, когда на затянувшейся вечеринке кто-то приносит на кухню свечу, и вы не можете оторвать взгляд от пламени? Или когда вы сидите с друзьями ночью около костра, наблюдая, как медленно горят чуть влажные дрова? Языки пламени изгибаются в своем причудливом танце, где-то в центре костра что-то шипит (наверное, одно из поленьев оказалось совсем мокрым), дым медленно поднимается вверх, подгоняемый потоками горячего воздуха, а вы сидите неподвижно и наблюдаете. И в голове нет ни единой мысли, только вы и этот костер. А может, вы сидите на берегу моря, и волны накатывают на берег и возвращаются обратно. Бесконечный цикл волн.

Такие моменты были у каждого. Но подобные ситуации лишь объединяют вас с миром, вы чувствуете покой и небольшую сонливость. Они убаюкивают, предлагают расслабиться и, как говорится, «залипнуть». Все ваши проблемы пассивно уходят на второй план, вы наслаждаетесь созерцанием постоянного процесса. Течение воды, языки пламени, шум прибоя – все это частички вечных процессов, и вы в них как будто растворяетесь. Еще можно наблюдать, как кто-то работает, без этого никуда. Это прекрасные ощущения. Однако есть еще объект, который вызывает отчасти похожие чувства и одновременно кардинально другие. Я говорю о небе.

Взгляните на ночное небо где-нибудь за городом, где его не затмевают огни мегаполиса. Что вы чувствуете? На льющийся на вас свет бесконечно далеких звезд? Некоторые из них, возможно, уже мертвы, но их свет до сих пор достигает ваших глаз. И будет идти еще тысячи лет. На нашей планете сменятся цивилизации. За это время мы, возможно, создадим лекарство от старости, победим болезни и бедность. В то же время все может сложиться иначе. Возможно, будут войны, массовый террор и геноцид, человечество изживет само себя, дав место новым, более совершенным формам. А может, и не более совершенным, кто знает. Но этот свет все будет литься в глаза тех, кто останется, пока не иссякнет, как и та звезда, что дала его тысячи лет назад.

Вы, как и в случае с водой, огнем и прибоем, ощутите, что наблюдаете за вечным процессом. Но вот только вечность в данном плане будет с большой буквы – Вечность. Сотни поколений людей до вас так же поднимали глаза на то же самое небо и чувствовали то же, что и вы. И возможно, сотни поколений после вас будут заниматься тем же. Но только вот отличие вас от людей прошлого в том, что вы знаете, что такое небо. И вы знаете, что такое звезды. И это знание может изменить очень многое.

Вдумайтесь – свет звезд доходит до нас спустя многие тысячи лет, и, глядя на звездное небо, вы на самом деле видите далекое прошлое этой Вселенной. У вас не возникло чувство удивления? Это не то удивление, что бывает, когда вы открываете сюрприз в коробочке с бантиком, а необычное чувство, что вы узнали об этом мире что-то, что не знали пару минут назад. Чувство, вызывающее лукавую улыбку человека, знающего гораздо больше интересных подробностей, нежели его собеседник. Представьте, что чувствует человек, всю жизнь изучающий космос, когда смотрит на ночное небо. Что он там видит? То, что чувствуем мы, несопоставимо с чувствами ученого, раз за разом открывающего завесу тайны. Как меняется его ощущение от мироздания, когда он знает о движении света и о том, что его скорость конечна? Он приходит домой, целует своих любимых, наблюдает за игрой детей. В этот момент ему в голову может закрасться забавная мысль: он сейчас, когда смотрит на них, видит не «настоящее», а их «прошлое», поскольку свет еще должен достигнуть его глаз. Все, что вы видите вокруг себя на расстоянии метра, находится в прошлом примерно на три наносекунды. Чтобы вы что-то увидели, свет должен отразиться от поверхности и попасть к вам в глаза. Эта задержка превращает любой настоящий момент в уже прошедший, даже с поправкой – не на нашу реакцию и перенос информации по нервам, а просто на задержку движения самого света. Чем больше расстояние, тем в более далеком прошлом от вас находится текущая действительность. Будущее иллюзорно, оно являет собой лишь наше представление о нем. Прошлого нет, есть только наша память и сохранившиеся артефакты. Вроде бы осталось только бесконечное настоящее, но, по иронии, и оно «ненатуральное», поскольку является лишь тенью прошлого, хоть и кажется нам текущим моментом. Забавно.

Что чувствует физик, когда видит результаты собственного уникального эксперимента по исследованию ядра атома? В этот самый момент, пока он не опубликовал свои результаты, он один на всей планете знает секрет. Что видит биолог в капле воды из пруда? Для нас это обычная капля, но для него – целый мир. В ней наверняка есть бактерии, перерабатывающие остатки водорослей, которые находятся в той же капле. Эти водоросли дают пищу несопоставимо огромному для них веслоногому рачку, забавно дрыгающему ножками в поиске чего-нибудь вкусненького. Мимо него проплывает колониальный организм вольвокс – шарик, состоящий из тысяч отдельных зеленых клеточек, навеки соединивших себя паутиной нитей. Возможно, миллиарды лет назад мы представляли собой что-то похожее, хотя о «нас» тогда и речи еще не шло.

У всех людей, которые знают о мире намного больше, чем кто бы то ни было, – у них всех вы найдете эту лукавую улыбку. Хитрый прищур их глаз – результат долгого труда и невообразимого терпения. Целые поколения таких людей прожили жизнь ради одной цели – приоткрыть завесы тайн мира чуть шире, чем их предшественники. Раньше, когда человек видел молнию на небосводе, он задавался вопросами «что это такое?» и «почему такое происходит?», обычно находя ответ в самом простом объяснении – это проделки высших сил. Такое рассмотрение всегда было удобно и понятно. Но не всех подобный ответ устраивал, и люди искали более аргументированное объяснение. Оказалось, что во время грозы внутри облака (весящего, кстати, пару тысяч тонн), возникают силы взаимодействия кристалликов воды. Горячий воздух с поверхности планеты поднимается вверх, ведя за собой массивы водяных кристаллов. Во время такого трения нижняя часть облака становится заряжена отрицательно, а верхняя – положительно, и возникает разность потенциалов. Напряженность электрического поля в туче достигает 1 млн В/м. Если две заряженные области подходят друг к другу, заряженные частицы начинают с огромной скоростью двигаться, создавая плазменный канал с температурой 10 000 K. Это примерно в два раза больше, чем температура поверхности Солнца. Из-за огромной температуры газ атмосферы расширяется в области канала со сверхзвуковой скоростью, и небо буквально разрывает с оглушительным треском, который мы называем громом. Каждый раз, когда вы снимаете с себя кофту и видите искры, вы видите тот же процесс, только в миниатюре.

И неужели это объяснение менее удивительно, чем рассказы о «высших силах»? Последний вариант приятен, ведь если гроза или дождь – результаты чьей-то воли, то с этим кем-то можно договориться. Парадокс заключается в том, что, какой бы ни был итоговый расклад, вы будете уверены, что как-то повлияли на результат. Если после ваших усилий пошел дождь и вы хотели этого, то вот вам явное доказательство вашего влияния и, разумеется, существования высших сил, внимающих вашим просьбам. Если же дождь не пошел, как вы того хотели? Значит, вы сложили недостаточно большой шаманский костер.

Человеку хочется думать, что он влияет на окружение, но неужели приятно быть маленьким ребенком, находящимся в игровом центре на аттракционе, в который так и не вставили жетон? Он управляет рычажками, поворачивает руль мини-мотоцикла и полностью вникает в игру, пытаясь найти закономерности в его действиях и результатах на экране. Малыш уверен, что вот-вот пройдет уровень. И лишь незаметная для его взора фраза insert coin («вставьте монету») говорит об обратном, но он еще не способен ее заметить. Так и не отлипает ребенок от монитора, пока не придет родитель и не заберет его домой. Но вот какая штука. Если мы – тот самый ребенок, то у нас нет родителя, который уведет нас от экрана. Единственные, кто может понять, что монетка не вставлена в аппарат, да и не было никогда никакой монетки, это мы сами. Но вот еще проблема. Помимо заботливого родителя, который может решить за нас и увести подальше от заманчивого аппарата домой, у нас нет и дома. Есть только мы и этот аттракцион, который мы называем миром.

Вот тут у вас будет три пути. Первый путь – можно попробовать опять поиграть без монетки. Не поверить байкам про то, что монетка не вставлена. После этого желательно убедить себя в том, что родители вот-вот придут. И, разумеется, страшно обижаться, если кто-то будет утверждать, что ждать некого. Как они смеют высказывать подобное! Тем более, вокруг вас огромное число таких же детей, ждущих родителей. Играем! Есть экран, пластиковый мотоцикл и пара кнопок. Что еще нужно для счастья?

Второй вариант – не играть в этот аттракцион. Плохая игра, тем более что монетки нет. Сяду в уголке и просижу здесь сколько смогу. Такая позиция, правда, часто требует оправдания перед самим собой. Почему ты сидишь, когда все остальные играют и веселятся? Какими могут быть ответы? «Монетки все раскупили до меня, аттракционы неинтересные, дома у меня игры куда веселее, чем здесь». Оправданий может быть много, но факт остается фактом – вы сидите на темной скамейке посреди парка аттракционов. И тем не менее это тоже выбор.

И наконец, существует третий путь, которым можно пойти лишь тогда, когда вы понимаете, что монетку в карман вам никто не положил, да и за вами никто не спешит. Вы поворачиваете голову влево и вправо и осознаете, что вы, черт возьми, в парке аттракционов! Вы не знаете, почему тут оказались, но вы сейчас здесь. У вас есть время, чтобы вовсю насладиться этим парком. Вы вертите головой и видите сотни маленьких тропинок, ведущих от стартового мотоцикла. Это дороги, проложенные до вас детьми, которые ощутили в свое время то же самое. Что мир – не этот единственный мотоцикл в центре, а весь парк. И они решили прогуляться, посмотреть, что еще есть в этом парке.

Некоторые тропинки ведут под тень деревьев. Там завершили путь те, кто решил просто насладиться своим присутствием в парке. В спокойном блаженстве они наблюдали, как веселятся остальные дети, как работают аттракционы, слушали, как шумит ветер, шелестя листвой у них над головой, и ощущали, как солнце греет пятки, выглядывающие из тени. Приятно.

Другие же тропинки ведут ко многим прочим аппаратам. Есть несчетное количество маленьких игр, работающих и без жетонов. Уж коли вы оказались в парке аттракционов, давайте веселиться! Главное – не забывать, что, во-первых, этот парк создан не для нас, судя по количеству агрегатов, в которые нельзя поиграть. А во-вторых, и это самое замечательное, вы сами выбираете игры, в которые хотите погрузиться. Нет взрослых, указывающих, во что можно играть, а во что нет. Есть только другие дети, которые подскажут вам, если вдруг вашей игрой станет размахивание придорожной палкой налево и направо, что вы мешаете другим. Напоминаю, парк не ваш, и уж коли вокруг много таких же, как вы, не будем мешать их играм. Вам же понравится, если удастся увлечь за собой друзей, помочь им отлипнуть от стартового мотоцикла. Если же они будут ни в какую – что же, это их выбор, вы никого заставлять не собираетесь.

Последние же тропинки – самые редкие. Они ведут в техническую часть этого парка, в администрацию, в систему коммуникаций. Их проложили те редкие дети, кто хотел узнать, как же устроен этот парк. Почему так много аттракционов, для которых нет монеток? Что дает электричество для аппаратов? Откуда берется вода для фонтана в центре этого парка? Их ведет интерес. Вдруг удастся разобраться? Вдруг можно будет построить свои аттракционы? Или же изобрести монетку, кто знает… Для них наслаждение парком является не просто результатом осознания своего присутствия здесь, оно возникает не только от обилия аттракционов, но и от ощущения, что они знают об этом парке больше, чем многие другие дети. Я хочу подчеркнуть этот момент. Они ЗНАЮТ, как устроена часть аттракционов. С остальными же пытаются разобраться. Их ведет не вера в то, что этот аппарат устроен так или иначе. Тропинка, по которой они шагают, проложена многими другими детьми, пытавшимися понять и узнать, как что-то работает. Не поверить, что это работает так, а проверить это! Они делают свой выбор отчасти потому, что понимание устройства этого парка оказывается куда более удивительным и прекрасным, нежели слепая вера в то, что он «удивителен и прекрасен».

Вы можете выбрать для себя любой путь. Например, первый или второй. В любом случае осознанный выбор стоит уважения. Никто не вправе говорить вам, верен он или нет. Это глупость по определению. Ваша жизнь, ваш срок и ваш маршрут. Нет ничего более ужасного, чем осознать на старости лет, что вы прожили не свою жизнь, а чужую. Жили по чужой указке, руководствовались советами, которые всегда были вам не по нраву. Всеобъемлющий ужас от осознания подобного может заглушить лишь крепкая вера в то, что вот-вот придет родитель и заберет домой. А затем будет вечная игра дома или опять поход в парк аттракционов, все зависит от вашей системы верований.

Я же предлагаю вам третий путь. Любой из вариантов третьего пути, а лучше – их комбинация. Он начинается с понимания того, что парк аттракционов построен не для нас. Впервые это осознали дети, что смогли заглянуть за забор и понять, что наш парк по сравнению с тем, что есть за забором, по размерам меньше, чем песчинка в пустыне. Значительно, уничтожающе меньше. Второе понимание, нужное для движения по этому пути, – осознание того, что никто за вами не придет. Нет взрослого, который решит все проблемы в этом парке, который отведет в новый или же даст драгоценную монетку. Нет такого взрослого и никогда не было. Есть только вы и ваш путь в парке. Третье и ключевое понимание, которое наполнит вашу жизнь красотой и магией, – ваше нахождение в этом парке не имеет смысла. Это осознание приходит из понимания первых двух.

Наш мир, в котором мы живем, – бесконечно крохотная точка в пространстве безграничного космоса. Наше влияние на эту Вселенную ничтожно. Даже менее чем ничтожно. То, что вы родились на этот свет, – не решение этого мира, а случайность. Случайность, порожденная миллионом других случайностей. Вы, скорее всего, не повлияете значительно на этот мир, а если и повлияете, то лишь на малую его часть, и глобального смысла это иметь не будет. Во Вселенной нет смысла, нет замысла. Вселенная просто есть, и вы появились в ней. И знаете что? Это прекрасно. Когда нет смысла, никто не несет за вас ответственность. И вы никому ничего не должны. Никто не придумал для вас путь – отклонившись в сторону, вы никого не разгневаете.

Когда вы осознаёте, что по ту сторону ничего не будет, вы начинаете ценить жизнь. У вас нет второй попытки. Каждый миг в этом мире не повторится, так же, как не повторится и мир. И это наделяет вашу жизнь ценностью. На всякий случай подчеркну: не смыслом, а ценностью. Ваша жизнь бесценна, такого, как вы, не было и никогда не будет. И это утверждение делается не с позиции веры, а с позиции знания статистики и понимания числа всех возможных комбинаций ДНК и жизненного опыта читающего эту книгу человека. Число вариаций настолько огромно, что само число не поместилось бы на всей бумаге, имеющейся у человечества. Вы уникальны во всех значениях этого слова. Но это не добавляет смысла в то, что вы появились на этот свет.

И тут приходит радость. Радость от того, что вы все же есть. Наперекор всем вероятностям вы возникли в этом мире. Вы часть этого мира, такая же бессмысленная, как и сам мир. Но вот в чем прелесть – вы можете это осознавать. Возможно, никто более в этом мире не может это осознать, а вы можете. Попробуйте сжать ладонь в кулак. Это движение – проявление вашей осознанной воли в этом мире. Вы – часть Вселенной, обладающая волей и осознанием самой себя. Попробуйте сжать пальцы на ногах. Пустяк, но мы не знаем более существ в известной части космоса, способных сделать такое только ради того, чтобы просто сделать. Чтобы ощутить, что вы способны это сделать. Восхищение тем, что вы в силах шевелить пальцами на ногах, может показаться симптомом психического расстройства. Но это для тех, кто так и не отошел от стартового мотоцикла в парке аттракционов. Для тех же, кто знает, насколько мир огромен, необъятен и лишен смысла, любое проявление вашей воли в мире удивительно.

Эта книга создана для того, чтобы показать, в каком необычном мире вы живете. Пусть она подарит вам несколько приятных вечеров. В ней я попытаюсь передать ощущение, которое когда-то поймал и с тех пор стараюсь не отпускать. Чувство удивления от этого мира, восхищения его существованием и существованием нас в нем, учитывая всю бессмысленность этого процесса. Именно в такой комбинации. В этой книге мы рассмотрим множество тем, они будут пересекаться, дополнять друг друга. Не удивляйтесь, если тема, связанная с физикой, вдруг дополнится знаниями из биологии, а та – из химии, чтобы вновь вернуться к физике. Природа сама по себе не делится на категории, это уже человеческое упрощение для удобства. Эту книгу можно даже назвать философской, учитывая, что все в итоге сведется к значению этих знаний для человека.

В любом случае я надеюсь, что эта книга подарит вам приятные моменты. В ней много всего, но моя главная задача – попробовать передать вам чувство от осознания своего пребывания в столь удивительном мире. Ощущение счастья, возникающее в результате, строится исключительно на знании, изучении и бесконечной радости от того, что вам удалось появиться в этой Вселенной. Все-таки шанс родиться мыслящим существом был настолько ничтожен, что о нем и говорить неловко. Но все же мы появились. У нас есть одна жизнь, одна попытка, никто за нас свыше не определит нашу судьбу. Бессмысленная жизнь в этом бессмысленном мире, но уж коли мы оказались в парке аттракционов – давайте порадуемся этому! Мы пройдемся вместе по этому парку и посмотрим, как он образовался, где находимся непосредственно мы и какое место в нем занимаем. Начнем же наше путешествие. И может быть, эта книга изменит чью-нибудь жизнь.

Часть 1
Этот Древний мир

В начале было… ничего

Примерно 13,8 млрд лет назад, судя по современным оценкам, случилось то, что астрономы и физики называют «Большой взрыв». До этого события не было ни пространства, ни времени в известном нам понимании. Представить нечто той эпохи мы не способны в силу особенностей нашего сознания. Мы не можем вообразить отсутствие пространства. Если сейчас вы подумали о чем-то «пустом», то вы подумали о «пустом пространстве». Такие же проблемы возникают со временем – очень сложно представить себе отсутствие времени. Отсутствие, когда нет ни прошлого, ни настоящего, ни будущего, время не застыло на месте, а его просто нет. Но, по идее, так было до рокового события почти 14 млрд лет назад. В некий момент появилась точка. Настолько горячая и маленькая, что и эти величины наш мозг не может представить, но это, впрочем, не мешает нам вычислить ее размеры (хотя юридически точка не имеет размеров, для описания ранней Вселенной термин «точка» подходит лучше всего). Вселенная была размером меньше, чем одна триллионная часть точки в конце этого предложения. Вся масса и энергия обозримой Вселенной, которую мы наблюдаем сейчас, была там. Причем посмотреть на эту точку со стороны вы также не могли, поскольку там находится уже совсем «другое» пространство, вне нашего космоса. Все, что когда-либо было и будет в наблюдаемой нами Вселенной, находилось внутри этой точки^[1].

Точка начала расширяться. Быстро. Мы не знаем, откуда она взялась, это за гранью современного развития науки, но как она развивалась, мы уже можем представить. Период от начала ее появления до времени в 10^–43 секунды мы назвали планковской эрой в честь немецкого физика Макса Планка, считающегося отцом квантовой механики. В ту пору известные нам законы природы не работали. Это неудивительно, если мы еще раз вспомним, что говорим о Вселенной размером до 10^–35 метра. Бесконечно малый и бесконечно горячий котел жил какой-то своей, неизвестной нам жизнью, но все же как-то жил. Когда Вселенная преодолела эту эру вследствие своего дальнейшего расширения, начали появляться фундаментальные законы мироздания, которые мы можем изучать. Эти законы никто не писал, они просто существуют. Их нельзя преодолеть или обмануть, они вшиты в структуру нашего с вами космоса. Можно их назвать первичными законами, если хотите. Первым законом, вышедшим из-под пера молодой Вселенной, была гравитация. Не успела гравитация вступить в свои законные права, как на скрижали законов появились еще два: законы электрослабого и сильного ядерного взаимодействия (впрочем, есть основания утверждать, что они изначально были слиты с гравитацией). Еще слегка погодя электрослабое взаимодействие разделилось на электромагнитное и слабое ядерное. С тех пор четыре закона, четыре фундаментальные силы главенствуют в нашем мире: слабое ядерное взаимодействие отвечает за процессы радиоактивного распада, сильное ядерное скрепляет в единое целое атомное ядро, электромагнитное позволяет атомам взаимодействовать друг с другом, а гравитация отвечает за скопления веществ.

Вселенная имеет начало. Неправильно говорить, что она появилась в какой-то момент, поскольку время привязано к внутренностям Вселенной, но с нашей позиции она появилась «когда-то», причем довольно давно. Вселенная не вечна, она была не всегда, и уже это может навести на размышления. Что было до нее? Почему она возникла? Какие силы, если таковые были, заставили ее появиться? На эти вопросы сразу хочется дать понятный любому ответ – это чьи-то проделки. Кто-то или что-то запустили столь сложный процесс. У всего должна быть причина. Но, как показывает история, со временем подобный ответ теряет свою актуальность. Раньше люди думали, что солнце и луна поднимаются над горизонтом, потому что за это кто-то отвечает. Пантеон профессионалов, каждый – ответственный за свою работу. Кто-то поднимает солнце, кто-то помогает расти зерну на полях, кто-то вызывает приливы и отливы, а еще смертоносные штормы, губящие моряков. У этих персонажей были свои проблемы, они взаимодействовали не только друг с другом, но и с людьми, и это самое важное. На них можно было повлиять, а значит, повлиять на законы природы, что было весьма приятно. Но потом оказалось, что солнце поднимается на рассвете не вслед за несущейся огненной колесницей, а в результате вращения нашей шарообразной планеты вокруг своей оси, а приливы и отливы вызывает луна, которая движется по небосводу по своей достаточно просто вычисляемой траектории.

По мере того как развивался пытливый человеческий ум, как копились знания, все меньше места в мире оставалось на долю воздействия высших сил. Теперь же у нас остался главный вопрос – почему все возникло? Можно сказать, последний, фундаментальный вопрос. Наконец-то ребята-физики не могут на что-то ответить, а значит, там что-то есть! Так вот, то, что физики не знают чего-то, является для нас лишь причиной еще немного подождать. Я не утверждаю, что ответ будет найден, все-таки мы находимся внутри Вселенной и выйти за ее границы пока не можем. Обращаю внимание на слово «пока». То, что сейчас происходит в нашей повседневной жизни, сто лет назад посчиталось бы просто невозможным. Те приборы и устройства, которые мы используем каждый день, взорвали бы сознание любого человека из самого обозримого прошлого. Что будет через 10, 20, 30 лет, просто невозможно просчитать или представить. Какие открытия нас ждут, в том числе открытия по части устройства нашего мира? То, что мы чего-то не знаем, не повод плодить лишние сущности, так удобно объясняющие все. Они делают Вселенную просто менее удивительной, чем та, что уже нас окружает.

Один лишь свет

Возвращаемся к растущей Вселенной. Точка продолжает расширяться, с момента ее появления прошла одна триллионная секунды. В это эпоху есть лишь свет, а именно фотоны. Во Вселенной было настолько горячо, что фотоны, являясь волной и частицей одновременно, могли свободно превращаться в пары частиц вещества и антивещества, чтобы затем схлопнуться обратно в фотон. В принципе мы все являемся законсервированной энергией того первозданного начала, поскольку вещество и энергия есть по сути две стороны одной медали. Знаменитое уравнение Эйнштейна E = mc², где m – это масса объекта, а c – скорость света, показывает, сколько этой энергии в веществе есть, если его полностью пустить на энергию. У каждой частицы в мире может быть ее двойник, античастица. У кварков (слагающих протоны и нейтроны) и лептонов (например, электронов и нейтрино) есть соответственно антикварки и антилептоны^[2]. Для электрона, заряженного отрицательно, есть положительно заряженная противоположность – позитрон. Бозоны же – это частицы, обеспечивающие взаимодействие других частиц. Например, фотон – как раз такая частица.

Протон. Он состоит из двух u-кварков и одного d-кварка. Всего есть шесть типов (ароматов) кварков: верхний, нижний, очарованный, прелестный, странный и истинный. Названия такие им дали исключительно для того, чтобы было легче их различать

Забавно, что кварки, из которых состоят протоны и нейтроны в атомном ядре, не могут в нормальных условиях существовать поодиночке – они должны всегда быть либо в паре, либо в тройке. Если же вы решите специальными средствами растащить пару кварков, то чем сильнее станете тянуть, тем сильнее они будут притягиваться друг к другу. Как сейчас считается, в это время между ними появляется все больше специальных частиц, глюонов, обеспечивающих взаимодействие кварков. Но в какой-то момент Вселенной станет выгоднее просто сделать по новому кварку, вместо того чтобы тянуть старые. Глюоны исчезнут, и теперь у вас будет две пары кварков: каждый старый кварк станет держать за ручку своего нового соседа. Когда мы погружаемся в физику элементарных частиц, законы привычной нам логики перестают работать. Здесь можно сделать что-то из пустоты. В самые ранние моменты Вселенной она, судя по всему, представляла собой котел кварк-глюонной плазмы, то есть кварки не могли образовывать никаких пар, а бурлили в единой свободно перемешивающейся массе вместе с глюонами.

В нашем мироздании тем временем продолжает появляться вещество и антивещество. Но по неведомой нам пока причине на один миллиард частиц антивещества приходилась 1 млрд и одна частица вещества. Этот дисбаланс привел к тому, что вещества начало становиться все больше по сравнению с антивеществом, которое при встрече с веществом обычным аннигилировало с ним (превращалось в ничто), выделяя энергию в соответствии с уравнением E = mc². Если бы не было такого неравенства, не было бы известной нам Вселенной: все ее слагаемые проаннигилировали бы друг с другом, оставив лишь вспышку. Но такая несправедливость случилась, и теперь физики называют этот парадокс «барионная асимметрия Вселенной». На сегодня нет признанного объяснения этого феномена. Поживем – увидим. Вещество и антивещество очень бурно реагируют друг с другом. При взаимодействии 1 кг антивещества и 1 кг вещества выделится приблизительно 1,8×10¹⁷ джоулей энергии, что эквивалентно энергии, выделяемой при взрыве 42,96 мегатонны тротила. Самое мощное ядерное устройство из когда-либо взрывавшихся на планете, «Царь-бомба» (масса 26,5 т), при взрыве высвободило энергию, эквивалентную ~57–58,6 мегатонны. Поэтому, если вдруг встретите себя же, состоящего из антивещества, то есть абсолютно зеркального, не обнимайтесь с ним. Это будут воистину горячие объятия.

Кстати, если вы до сих пор считаете антивещество одним из придуманных феноменов колдунов-физиков, мне придется вас огорчить. Антивещество можно создать в лаборатории, чем некоторые физики и занимаются. Полученный продукт очень дорогой – по оценкам НАСА, один миллиграмм позитронов будет стоить 25 млрд долларов, а за один грамм антиводорода придется раскошелиться на 62,5 трлн американской валюты. Разумеется, никому в таких количествах антивещество не нужно, тем более что его очень неудобно хранить. Позитроны еще ладно, они имеют положительный заряд, а значит, их можно поймать в магнитную ловушку, чтобы они не столкнулись с обычной материей и не схлопнулись в вспышке. С антиводородом все гораздо сложнее, так как молекула сама по себе электронейтральна, и поймать ее в магнитную ловушку уже не получится. Вот и приходится сидеть физикам и гадать, как эффективно хранить антиматерию – все-таки это самая дорогая субстанция на нашей планете. Хранить как-то все же необходимо, поскольку только на большом количестве вещества можно проверить определенные свойства материи, например отношения с гравитацией. Вдруг антивещество обладает еще и свойствами антигравитации, то есть будет отталкиваться от нашей планеты, а не притягиваться! По идее, такого происходить не должно, и макроколичества антивещества должны вести себя абсолютно так же, как и обычное вещество. Может быть, во Вселенной есть целые области, состоящие из антивещества: галактики, планеты, звезды, – которые ведут себя точно так же, как и обычные, привычные нам аналоги, но мы этого не знаем. Мы можем только догадываться об их отсутствии вследствие четкого знания – если звезда из антивещества и обычная звезда столкнутся, то мощность выплеска энергии при таком столкновении должна превысить светимость всех звезд в сотне миллионов галактик. Если бы такое где-нибудь и когда-нибудь произошло, мы, скорее всего, видели бы следы подобного инцидента, но таких улик нет. Так что, если вы смотрите на небо через телескоп и видите другую галактику, она будет состоять из обычного вещества. Правда, стоит оговориться (такие оговорки в науке обычно остаются за кадром, но все про них помнят): то, что мы такого не наблюдаем, не означает, что такое неосуществимо. Может быть, где-нибудь в космосе и вправду есть гигантские залежи антивещества и в какой-то момент оно прореагирует с обычным, а мы увидим этот процесс. Великолепное зрелище, но это будет последнее, что мы увидим. Такой выброс гамма-излучения сотрет в пыль огромную область пространства вокруг реакционного центра, в том числе и нашу планету. Это будет очень красиво, но недолго.

Вселенная продолжает расширяться и остывать. Кварки начинают объединяться, появляются протоны и нейтроны, чтобы затем объединиться в ядра будущих атомов. Вселенная теперь полна вещества, большая часть из которого – водород (90 %) и гелий (10 %). Есть еще немного дейтерия, трития (тяжелые формы водорода) и лития, но их в расчет пока брать рано. Последующие 380 тысяч лет ничего интересного не происходило. Нет, разумеется, все это время было наполнено различными процессами, все-таки мы говорим о рождении Вселенной, но это был достаточно стабильный период. Электроны при еще достаточно высокой температуре свободно перемещались по пространству, то и дело натыкаясь на фотоны, раскидывая их на своем пути. Если бы вы оказались там в тот момент (представим, что у вас есть средства защиты), то вы ничего не увидели бы, кроме сверкающего непрозрачного молока космоса. Фотоны не попадали бы к вам в глаза свободно из окружающего пространства, их сбивали бы электроны.

Как только температура космоса опустилась ниже 3000 градусов (примерно вдвое ниже температуры поверхности Солнца), электроны начали попадать в ловушку атомных ядер. Вселенную залил видимый свет – период образования материи завершился успешно. Кстати, этот ослепительный период, оставивший нам так называемый космический фон, мы можем измерить по тем остаточным фотонам, что освободились от надоедливых электронов и только сейчас достигли нас. Фотоны, находившиеся тогда в видимой части спектра, спустя миллиарды лет путешествия по расширяющейся Вселенной растягивались вместе с ней и переходили в диапазон микроволн. Мы до сих пор можем регистрировать события тех времен по остаточному реликтовому космическому микроволновому излучению. Когда-нибудь физики напишут о реликтовом радиоволновом излучении, которое еще ниже по спектру, но это случится еще очень нескоро. Может, через несколько десятков миллиардов лет, но будут ли в те времена физики?

Звездная кузница

Уже миллиард лет Вселенная расширяется и остывает. Созданное из первичной энергии вещество, а это в основном водород, начинает объединяться в конгломераты, которые мы в итоге назовем галактиками. Во Вселенной галактики – главные действующие персонажи, в масштабах космоса объекты меньшего размера рассматривать не имеет смысла. Водород – главное вещество мироздания. Он самый простой. Есть один протон и один электрон, который вокруг этого протона находится. Причем выглядит атом водорода не так, как мы привыкли видеть в Интернете.

Если спросить человека, как он представляет себе атом, то, скорее всего, он расскажет про ядро и несущиеся по своим орбитам электроны вокруг этого ядра. В реальности все обстоит гораздо интереснее. Электрон является одновременно и частицей, и волной, поэтому он как бы размазан по структуре нашего пространства-времени в виде облака, окружающего атом. И когда атомы взаимодействуют между собой, они соприкасаются электронными облаками, и взаимодействие происходит именно на этом уровне. Когда вы стоите на полу у себя дома, электронные облака атомов ваших стоп или ботинок соприкасаются с электронными облаками атомов пола, но взаимодействия не происходит, поскольку в таком случае вы вросли бы в пол. Получается, когда вы стоите на чем-либо, вы на самом деле на микроуровне левитируете. И никогда вы не касались никакого объекта в нашем обывательском смысле: любое ваше внешнее воздействие будет электростатическим отталкиванием между отрицательно заряженными оболочками атомов вашего тела и электронными облаками вашего окружения, несущими такой же заряд. А проваливаться сквозь пол вам не позволяет одна из фундаментальных сил, появившихся в ранней Вселенной, а именно электромагнетизм. Элементарным переносчиком электромагнитного взаимодействия является фотон, он частица света. Получается, что все вокруг нас пропитано светом, именно свет не позволяет любой структурированной материи развалиться на части и мы отчасти тоже свет. Из знания физических законов можно сделать красивые выводы.

Во Вселенной тем временем появился большой объем газа, который начинает скапливаться из-за собственной массы. Если в нашем мире вы обладаете массой, то обладаете также и гравитацией. Когда вы смотрите на небо в дождливый день, а может, и не очень дождливый, вы видите облака. Облака есть не что иное, как водяной пар, и весить этот пар может сотни тонн. В космосе примерно такая же ситуация: любое скопление газа, если мы его видим в таких больших масштабах, обладает огромной массой, а значит, и гравитацией. В какой-то части облака газа больше, в какой-то меньше, и области с большей концентрацией газа начинают притягивать те, что более разреженны. В итоге газ начинает скапливаться вокруг одной точки, концентрируется, и получается шар. Дальше у этого шара два пути: либо его массы будет недостаточно, чтобы внутри полностью набрал силу процесс, который называется «термоядерный синтез», и тогда в итоге он остается несчастным коричневым карликом. Впрочем, если масштабы еще меньше, это скопление газа вполне может стать газовой планетой по типу Юпитера, например.

Представление о том, что электрон вращается вокруг ядра по орбите словно спутник, не соответствует действительности

Электрон формирует так называемое электронное облако. Он размазан по пространству-времени вокруг ядра атома

Если же массы достаточно, а давление внутри настолько огромное, что атомы водорода начинают активно сливаться друг с другом, образуя атомы гелия, то загорается звезда. Так, кстати, примерно 4,5 млрд лет назад возникло и наше Солнце. Звезда светит не потому, что внутри нее происходит химическая реакция или реакция ядерного распада – там происходит термоядерный синтез. Через множество превращений четыре ядра атомов водорода соединяются друг с другом. В процессе этого взаимодействия происходит превращение части протонов в нейтроны, выделяется много побочных продуктов и энергия, и получается гелий. Потихоньку звезда исчерпывает энергию, запасенную в той массе водорода, из которой она и состоит. Одним из побочных продуктов этого необычного процесса являются неуловимые частички, названные человеком «нейтрино».

Упрощенная схема термоядерного синтеза внутри звезды

Чуть-чуть истории, чтобы понимать, с чем мы имеем дело. Специалисты предположили существование нейтрино еще в 1930 году, когда озаботились проблемой радиоактивного распада. В 1914 году Джеймс Чедвик обнаружил, что во время бета-распада, то есть потери атомом одного электрона, все потерянные электроны имеют разную энергию. А этого быть не должно, если работает закон сохранения энергии, – электроны должны вылетать одинаковой энергии, если только у них кто-то эту энергию не забирает. Для спасения закона сохранения энергии Вольфгангом Паули была предложена новая частица, которая играла бы роль воришки в этом процессе. Так было впервые предсказано существование новой, неизвестной ранее скромной частицы.

«…я предпринял отчаянную попытку спасти “обменную статистику” и закон сохранения энергии. Именно – имеется возможность того, что в ядрах существуют электрически нейтральные частицы, которые я буду называть “нейтронами” и которые обладают спином 1/2… Непрерывный β-спектр тогда стал бы понятным, если предположить, что при β-распаде вместе с электроном испускается еще и “нейтрон” – таким образом, что сумма энергий “нейтрона” и электрона остается постоянной.

Я признаю, что такой выход может показаться на первый взгляд маловероятным… Однако, не рискнув, не выиграешь».

Обращу внимание, в итоге нейтроном назвали другую частицу, которую вскоре открыли. Нейтроны образуют вместе с протонами ядра атомов. Предсказанная же Паули частица в работах 1933–1934 годов итальянца Энрико Ферми на итальянский манер была названа «нейтрино», то есть «нейтрончик».

Осталось только найти эти частицы. Каждую секунду через участок на Земле площадью в 1 см² проходит около 60 млрд нейтрино, однако обнаружить их невероятно сложно, поскольку они практически не взаимодействуют с веществом. Чтобы их все-таки поймать, начали строить громадные сооружения. Исследовательская станция IceCube, построенная совсем близко к Южному полюсу, пытается уловить нейтрино, летящие к Земле от Солнца. Все такие станции строят глубоко под землей или подо льдом, чтобы не мешали помехи от космических лучей. Нейтрино этих глубин достигают без труда, и более того, они чаще всего проходят сквозь планету, не задев ни единого атома.

Масштабы проектов по поиску нейтрино поражают. Глубина нейтринной обсерватории «Ледяной куб» почти 3 км. Пять с лишним тысяч датчиков погружены в многовековой лед, где на глубине из-за высокого давления вытесняются все, даже мельчайшие пузырьки воздуха, и лед становится кристально чистым. Когда нейтрино от Солнца с малой вероятностью все-таки сталкивается с каким-то атомом в толще льда, то датчики улавливают крохотную вспышку света, которая сопровождает этот процесс. Зачастую таких вспышек может быть лишь несколько в год.

Похожие сооружения помещают в глубокие шахты – такова, например, лаборатория SNOLAB, которая располагается на глубине 2 км в никелевом руднике. Туда исследователи спускаются вместе с шахтерами, только последние выходят из лифта раньше, а ученые спускаются еще глубже. Потом идут 1,5 км по грязному туннелю, чтобы попасть в научный комплекс (очень напоминает фильм «Обитель зла»). Затем после такого путешествия они входят в стерильную зону, где предварительно принимают душ, переодеваются, и с них сдувают все лишние частицы вплоть до последней пылинки. Как пример таких сооружений можно упомянуть нейтринный детектор Super-Kamiokande в Японии, где на глубине одного километра в цинковой шахте регистрируют нейтрино после взрывов далеких сверхновых. Каждую секунду через ваше тело проносится несчетное множество крохотных частиц, образовавшихся во время взрыва звезд. Вы их не чувствуете, они и через ваше тело пройдут, не столкнувшись ни с единым атомом. Но все же они есть. Как говорится, «Видишь суслика? И я не вижу. А он есть».

Вернемся в нашу Вселенную. Скопления звезд в космосе образуют галактики, у которых тоже насыщенная жизнь. Они бывают разных форм и размеров, и, по приблизительным подсчетам, в наблюдаемой Вселенной порядка 2 трлн галактик (цифры разнятся от 100 млрд до 2 трлн галактик), в каждой в среднем по 100 млрд звезд. Маленькие галактики вертятся вокруг больших в ожидании, пока бо́льший собрат их сожрет. Наша галактика называется Млечный Путь, поскольку, с нашей точки зрения, она похожа на разлитое по небосводу молоко. Она тоже участвовала когда-то в акте каннибализма – поглотила маленького соседа, остатки которого до сих пор видны в виде потока звезд в районе созвездия Стрельца. Стоит заметить, на этом приключения нашей галактики только начинаются. Она и всем известная галактика Андромеды сближаются друг с другом на 100–140 км каждую секунду. Соответственно, столкновение двух галактических систем произойдет приблизительно через 3–4 млрд лет. Когда это случится, скорее всего, будет образована одна большая галактика. Не исключено, что наша Солнечная система при этом окажется выброшенной в межгалактическое пространство мощными гравитационными возмущениями. Однако разрушения Солнца и планет, вероятнее всего, при этом процессе не произойдет. Интересно, будет ли на тот момент в нашей галактике разумная жизнь, которая проследит за этим процессом? Или, может, такая жизнь окажется в галактике Андромеды, кто знает.

Поскольку галактики являются главными действующими персонажами в космосе, физики решили подсчитать суммарную гравитацию, которую они создают. И оказалось, что подсчитанная гравитация не может быть объяснена наблюдаемой видимой материей галактик. Это заметно по движению звезд-одиночек, находящихся на отшибе своих галактик или во внегалактическом пространстве. Что-то их тянет, что-то обеспечивает высокую скорость их движения. Согласно наиболее распространенной на сегодня концепции, 85 % всей гравитации Вселенной обеспечивает не видимая материя, а темное вещество, субстанция, никак не участвующая в электромагнитном взаимодействии. Все, что мы знаем, все, что мы видим, – это огромное число галактик и звезд внутри них вносят вклад в наблюдаемую гравитацию лишь на 15 %. Огромный космический океан по большей части состоит из чего-то, что для нас выглядит как ничто, но при этом обладает гравитацией. Тут возникает множество фантастических теорий. Что это за темное вещество? Может быть, это и не вещество вовсе, а некоторое давление сил из параллельных измерений? Впрочем, может оказаться, что все намного прозаичнее, тем более что обнаружены галактики без темной материи, но вдумайтесь: мы дошли до того, что физики всерьез обсуждают вероятность существования параллельных реальностей. Причем законы физики это позволяют! На мой личный взгляд, это фантастика.

Но и это еще не все. Вселенная постоянно расширяется. Она это делает, как мы заметили, с самого своего появления и останавливаться не собирается. Частность этого феномена обнаружил еще в далеком 1929 году Эдвин Хаббл, в честь которого назвали всем известный телескоп – главный поставщик обоев на рабочий стол. Он заметил, что чем дальше от нашей галактики находится другая, тем быстрее она от нас удаляется. Вселенная расширяется во всех направлениях, словно вы надуваете воздушный шарик, и его поверхность растягивается. При этом какая-то сила делает так, что Вселенная расширяется с ускорением. Эту силу сейчас называют «темная энергия». Темная материя и темная энергия названы так не потому, что они темные в буквальном смысле, а потому, что непонятные и таинственные. Придает им темную окраску тень нашего невежества по отношению к ним. Мы не знаем, что это такое. Темная энергия вносит еще больший вклад в состав нашей Вселенной, чем все остальные ее аспекты: 68 % всей массы-энергии в космосе принадлежат ей, 27 % занимает темное вещество и лишь 5 % – привычное нам вещество.

Для того чтобы оценить скорость движения какого-либо объекта, приходится прибегать к хитростям. Например, одной из таких хитростей является эффект Доплера, открытый австрийским физиком Кристианом Доплером в 1842 году. Если тело движется и испускает свет, то сам факт движения в нашу сторону должен повышать частоту волн, испускаемых телом, а также уменьшать их длину. Если же объект движется от нас, то, наоборот, длина волны должна увеличиваться, а частота снижаться. Это работает для любых волн, будь то световые, звуковые или любая вибрация. Если вы знаете, во́лны какой частоты должен испускать объект, а он испускает волны другой частоты, то, вероятно, он движется к вам или от вас. Забавно, как Доплер сперва проверял этот эффект. В 1845 году он оценивал смещение по шкале частот звука от оркестра, играющего на платформе, прикрепленной к паровозу, а его помощники, обладатели идеального слуха, оценивали тональность мелодии в зависимости от того, приближается паровоз с оркестром или удаляется. Научные эксперименты бывают разные. Но в космосе из-за огромных расстояний этот эффект меняется на похожий, и называется он «космологическое красное смещение». Благодаря ему мы видим, как Вселенная пытается куда-то убежать. Где бы вы ни находились во Вселенной, остальная ее часть будет удаляться от вас. То есть, как бы вы ни провели свои наблюдения, вы обнаружите, что мир разбегается аккурат от вас, а вы будто бы в его центре. Очень приятно, без сомнений, ощущать себя центром мироздания, пусть даже остальное мироздание пытается убежать от вас и при этом постоянно ускоряется. Однако, как бы странно это ни звучало, подобный феномен будет наблюдаться в любой точке космоса. Все точки на плоскости координат разбегаются друг от друга, при этом каждая точка пространства считает себя сердцевиной. Не потому что точки двигаются, просто растет сама плоскость координат.

Все, что не является частью галактики Млечный Путь, рано или поздно удалится от нее настолько, что пропадет из поля зрения. Более того, в какой-то момент, поскольку расширение идет с ускорением, внешние объекты относительно нашей галактики будут удаляться от нее быстрее скорости света, а значит, свет от них никогда больше не достигнет нас. Законы физики запрещают движение выше скорости света, однако эти законы работают в статичном пространстве-времени. Когда сама ткань пространства расширяется, то возможно движение с большими скоростями. Если мы представим гипотетическую планету в составе нашей галактики в эти далекие времена, то местные жители, взглянув на небо, не увидят ничего, кроме остатков от того, что раньше называлось «разлитое молоко галактики Млечный Путь». Больше на небе не будет ничего, никаких звезд, кроме звезд малой массы (менее 0,2 от солнечной массы). Более массивные звезды на тот момент уже завершат свою жизнь и погаснут. А о звездах в составе других галактик эти существа никогда не узнают, поскольку даже свет этих звезд, самая быстрая штука в нашем мире, не успевает добраться до их планеты. Это случится примерно через триллион лет. Безграничная пустота. Тьма на поверхности бездны. Они никогда не узнают, что же было раньше, как появилась их Вселенная и что есть еще 2 трлн таких же одиноких галактик, как они. Но вдумайтесь: а вдруг мы и есть те самые существа, живущие в эпоху, когда некий феномен, какая-то разгадка нашего с вами мира уже не может нас достичь, потому что уже слишком поздно? Мы так и не найдем ответ, потому что результаты ключевого события уже слишком далеко и «давно»? Впрочем, не будем о грустном. С такой же вероятностью мы можем существовать в ту самую бесконечно счастливую эпоху, когда у нас есть возможность открыть все ларцы с секретами нашего мира и понять все, что наш разум способен понять. Разумеется, стоит сделать поправку на наш до сих пор несовершенный мозг, привыкший к трехмерному пространству, но все же… сама возможность постичь таинства мира, пока они еще доступны, будоражит воображение.

Безопасное место

Мы живем на крохотной каменной планете, вращающейся вокруг заурядной, средней по размеру звезды. Наше Солнце – лишь одна из ~250 трлн звезд, входящих в галактику Млечный Путь, а та, в свою очередь, – одна из 2 трлн галактик, входящих в состав космоса. Наша звезда находится ближе к краю галактики, нежели к ее центру, где-то между двух ее рукавов, и вместе с другими звездами Солнце вращается вокруг центра галактики со скоростью 220–240 км/с, делая один оборот примерно за 200 млн лет. Если мы основываемся на этих данных, а они имеют свойство меняться год от года, то получается, что за все время существования Земля облетела центр галактики не более 30 раз. Нам повезло находиться между двух рукавов, которым мы дали названия «рукав Стрельца» и «рукав Персея», и двигаться аккурат с той же скоростью, что и рукава. Такая зона одинаковых скоростей звезд и рукавов называется «коротационный круг», и это самое безопасное место в галактике. Если вы находитесь вне этого круга, то вы двигаетесь либо быстрее, либо медленнее рукавов и, значит, порой их пересекаете. Галактические рукава – не самые приятные места для непосредственного пребывания: они полны жесткого излучения и космической пыли, и бурные процессы, происходящие там, с легкостью убивают все живое. Поэтому, можно сказать, нам и нашей звезде повезло находиться в такой «зоне безопасности» галактики Млечный Путь.

Ваше местоположение в галактике Млечный Путь

В принципе, если посмотреть в космос с точки зрения, будто бы он для кого-то создан, то этот «кто-то» явно не мы. Вселенная – страшно опасная штука, для нас смертельны примерно 99,99999999999… % ее пространства. Если бы наша звезда изначально сформировалась не в коротационном круге, наша планета не смогла бы протянуть настолько долго, чтобы на ней сформировалась разумная жизнь. Про жизнь вообще я не говорю, поскольку как само явление жизнь появилась на планете достаточно быстро, но вот появление сложных форм органической материи, скорее всего, было бы недостижимой задачей.

В космосе куча смертельных мест. Если вы смотрите на фотографии красивых туманностей или скоплений газа, знайте, что они быстро уничтожают все то, что им не принадлежит. Только в фильмах бывает, что космический корабль несется сквозь такие облака невредимым – сделать подобное достаточно сложно. В космосе обширный букет всевозможных излучений: радиоизлучение, микроволновое, инфракрасное, ультрафиолет, рентген, гамма-излучение, – и ни одно из них человеческий глаз не способен уловить. Нет, глаз их ловит, но в другом смысле. Поймает их – и все тело почти в любом случае облучится либо поджарится.

Сам по себе вакуум не так опасен, как то, что в нем может находиться. Космическое «пустое» пространство на самом деле пронизывает колоссальное количество частиц. Относительно общего объема их мало, но и этого окажется достаточно, особенно если вспомнить, что они проносятся с огромными скоростями. Солнечный ветер состоит как раз из них. Любая звезда испускает поток частиц и излучения, который распространяется по Вселенной на неограниченное расстояние, только если ни с кем не столкнется. Например, с вами. Звезд тем временем огромное число, и многие из них гораздо больше Солнца. Полярная звезда, которая, вопреки распространенному заблуждению, не самая яркая на небе, больше Солнца в 37,5 раза. А вот самым ярким является Сириус, и хотя его размер больше солнечного всего в 1,7 раза, светит он в 25 раз ярче. Денеб в созвездии Лебедя больше Солнца в 210 раз. Гигантская звезда Бетельгейзе, находящаяся в созвездии Ориона, радиусом примерно в 1000 раз больше, чем наша звезда. Ну и конечно, UY Щита, находящаяся, как можно догадаться, в созвездии Щита, радиусом в 2100 раз больше солнечного. Для наглядности представьте себе объект меньше миллиметра. По сравнению с вами он примерно настолько же мал, как и Солнце по сравнению с UY Щита. То есть ничтожно мал. Если наша звезда столкнется со звездой такого размера, то вторая ничего не почувствует. Абсолютно.

Звезда Денеб (слева) в сравнении с Солнцем

Оказавшись в космосе 10 млрд лет назад, вы наблюдали бы воистину прекрасную картину – нестерпимо яркий свет тысяч горящих квазаров. Сейчас их почти не осталось, они формируются обычно на ранних этапах развития галактик. «Квазар» переводится как «квазизвездный источник радиоизлучения» (quasi-stellar radiosource), или же просто похожий на звезду радиоисточник. Это забавно, ведь он он излучает практически во всех диапазонах излучения, но поскольку квазары зарегистрировали впервые именно радиотелескопы, назвали их так. А похожими на звезду их называют из-за размеров – обычно диаметр такого объекта не сильно превышает диаметр нашей Солнечной системы. Квазар светит подобно звезде, если регистрировать его с Земли, но загвоздка в том, что они сейчас находятся на огромном расстоянии от нас. Настолько огромном, что ни одна звезда не могла бы светить так ярко, чтобы ее свет нас достиг, а квазары могут. Из-за гигантского расстояния до нашей планеты их можно использовать как своеобразные маяки, поскольку относительно неба они почти не двигаются. Самый яркий известный нам квазар светит как 600 трлн Солнц, а расстояние до него – примерно 12,8 млрд световых лет. Когда его свет достигает ваших глаз, хотя вы его не увидите, знайте, что этот свет был испущен, когда Вселенная только-только вышла из колыбели.

Итак, квазар – объект космоса, способный испускать свет ярче, чем вся галактика Млечный Путь вместе с ее 250 млрд звезд, и при этом занимать по космическим меркам крохотные размеры. По современным представлениям, квазары являются активными ядрами галактик на начальном этапе развития, в которых сверхмассивная черная дыра поглощает окружающее вещество, формируя так называемый аккреционный диск. Все начинается с того, что в центре галактики появляется черная дыра (или, наоборот, галактика вокруг черной дыры), о которых мы еще поговорим, и все вещество вокруг нее начинает к ней стремиться под действием огромной гравитации. Попасть непосредственно в черную дыру не так просто, если только не падать в нее под прямым углом. Вещество, падая по касательной, будет описывать вокруг черной дыры круги, а точнее спираль, но чем ближе к черной дыре окажется вещество, тем быстрее оно начнет ускоряться. Во время этого бега вокруг черной дыры газ и пыль трутся сами о себя, нагреваясь до немыслимых температур. Скорость такого вращения ограничена лишь скоростью света, к которой и будет приближаться все вокруг абсолютно черной бездны. В итоге в космос станет распространяться свет сверхнагретого вещества, пока оно таки не упадет в черную дыру. В какой-то момент вещества не останется, и квазар перестанет светить, став просто центром уже взрослой галактики. Внутри нашей галактики тоже есть черная дыра, но галактика уже «взрослая» и так не светит. Квазары также могут повторно зажечься, когда обычные галактики сливаются и окрестности черной дыры наполняются свежим источником вещества. Высказано предположение, что квазар может образоваться после столкновения соседней галактики Андромеды с нашей собственной галактикой Млечный Путь примерно через 3–5 млрд лет.

Летя по просторам космоса, вы можете наткнуться на еще один необычный объект, а именно на нейтронную звезду. В результате взрыва и последующего гравитационного коллапса материнской звезды ее внутреннее пространство может очень сильно сжаться, и в результате с малой вероятностью получится то, что мы называем «нейтронная звезда». Масса таких объектов обычно сравнима с массой Солнца, только вот их диаметр составляет 10–20 км. Еще раз, вдумайтесь: этот объект – все равно что Солнце сжать до шарика диаметром 10 км. По сути своей, нейтронная звезда – это гигантское атомное ядро, обладающее невообразимым магнитным полем, в тысячу триллионов раз превышающим магнитное поле Земли. Состоит она преимущественно из нейтронов, упакованных настолько плотно, насколько вообще позволяют законы этого мира. Эти объекты очень плотные: если вы возьмете чайную ложку вещества нейтронной звезды, то весить такая ложка будет от сотен миллионов до нескольких миллиардов тонн. Для сравнения, саванный слон весит в среднем 6 т. Упакуйте сто миллионов слонов в объем чайной ложки – у вас получится вещество нейтронной звезды. Еще они очень быстро крутятся, и скорость их вращения может достигать нескольких сотен оборотов в секунду, что делает некоторые из них пульсарами. Пульсары – объекты в космосе, регулярно и с равной периодичностью посылающие излучение, – очередные кандидаты в маяки Вселенной. Из-за массы нейтронных звезд свет над их поверхностью искривляется, поскольку искривляется сама ткань пространства-времени. В результате вы можете видеть больше чем половину поверхности такого шарика. Просто свет искривляет свой бег.

Если произойдет взрыв массивной звезды или масса нейтронной звезды превысит определенный порог, то может получиться объект, который мы называем «черная дыра». Черная дыра – это не совсем объект. Скорее это область пространства-времени, из которой что угодно, даже свет, не знает выхода. То есть в центре этого пространства есть что-то настолько массивное, что и свет не может выйти из зоны гравитации этого объекта. Собственно, поэтому они и называются черными – это пространство имеет максимально черный цвет, поскольку не излучает света вовсе. Это действительно дырки в самой ткани пространства. Чтобы из нее выбраться, вы должны развить скорость выше скорости света, а это, согласно современным моделям, невозможно. Поэтому падение в черную дыру – необратимый процесс, если он уже начался.

Если же вы все-таки начнете падать в черную дыру, то вас ждет череда воистину замечательных событий. Вы испытаете на себе действие приливных сил. Такие же силы притягивают воду под действием Луны, вот только черная дыра намного более сильна в этом плане. Чем ближе вы будете к черной дыре, тем сильнее станет различие между приливными силами, действующими на ваши ноги, и теми, что действуют на вашу голову. Разумеется, если мы допустим, что вы падаете солдатиком. В итоге, поскольку структура вашего тела имеет предел прочности и эластичности, вы начнете разделяться, примерно наполовину каждый раз. Теперь ваша нижняя половина движется отдельно и быстрее, чем верхняя, и приливные силы уже ее поделят пополам. Потом еще раз, и еще раз. В итоге даже атомы ваших ботинок, как и атомы всего вашего тела, будут поделены пополам до субатомных частиц. Уже в этом виде вы пополните массу черной дыры. Красиво. Такой итог вас ждет независимо от размеров черной дыры, но есть нюансы. Чем меньше черная дыра, тем на более раннем сроке при подлете к ней вы почувствуете, что ваши ноги и голова по-разному притягиваются. Считайте эту необычную смерть бесконечным уполовиниванием – или же, если вы все-таки эластичный, «спагеттификацией», как любит напоминать всем Нил Деграсс Тайсон.

Если же черная дыра массивна, то приливные силы будут действовать на все ваше тело единовременно, и вас не поделит раньше срока. Но не волнуйтесь, тогда события окажутся еще интереснее. Допустим, вы наблюдаете этот процесс – ускоряетесь под действием гравитации и особо ничего не чувствуете. Для стороннего же наблюдателя вы начнете скукоживаться, укорачиваться, поскольку так работает материя при приближении к скорости света. Если вы решите посветить фонариком на зевак, стоящих на трибунах и созерцающих сие зрелище, свет фонарика сперва будет смещаться в красную область спектра (вы быстро удаляетесь, эффект Доплера), а затем, если вы решите фонариком помигать, наблюдатели заметят, что периодичность ваших сигналов станет снижаться. Для вас все будет нормально, но, находясь в зоне такой гравитации, сама ткань времени начнет искривляться, и вы окажетесь в замедленном поле. Чем дольше падение, тем сильнее будет смещаться сигнал в сторону длинных волн (до радиоволн, а потом до низкочастотных электромагнитных колебаний), а частота мерцаний фонарика станет все меньше. Стороннему наблюдателю покажется, будто вы замедляетесь, пока совсем не «остановитесь» рядом с горизонтом событий.

Горизонт событий – красивое название края черной дыры, за этим горизонтом даже свет не способен покинуть ловушку. С этой точки зрения ваше падение будет вечным. Относительно вас же, возможно, вы увидите, как время вне черной дыры начнет ускоряться, как все быстрее уходят зрители с трибун, уставшие от зрелища вас, навеки зависшего для них около горизонта событий. Как разрушаются уже никому не нужные трибуны, как вспыхивают, завершая свой цикл, звезды. Вы увидите рождение новых звезд в облаках газа, но радость ваша окажется недолгой, поскольку минута для вас – это теперь миллиарды лет для Вселенной. Лампочки звезд станут зажигаться и гаснуть, все ускоряясь, новые галактики с квазарами в центре будут взрослеть, сталкиваться, стареть, все дальше разлетаясь в стороны от вас из-за расширения Вселенной. Пройдут триллионы лет, все звезды на небе догорят, вспыхнут последней вспышкой сверхновых, галактики разлетятся во всех направлениях, оставив лишь бесконечно черную тьму черной дыры впереди вас, такую же тьму уже мертвого космоса позади вас и этот злосчастный фонарик в руках. А может, все произойдет иначе и вы не успеете все это заметить, поскольку точно нельзя понять, насколько быстро вы будете падать. Может, с вашей точки зрения, это случится слишком быстро, и последние кадры все более взрослеющей и стареющей Вселенной для вас станут лишь вспышкой. Вся история Вселенной от 13,8 млрд лет текущего момента до смерти через еще миллиарды и триллионы лет пройдут для вас в секунду, ваш мозг не успеет даже осознать, что произошло, как вы пересечете горизонт событий, и окружающая темнота заберет атомы вашего тела, пополнив свой бездонный запас.

Что может быть страшнее подобного исхода? Осознания того, что все, что вы знали, любили, все, что было для вас знакомо, теперь исчезает у вас на глазах. Время для вас остановилось, и вы теперь лишь пассивный наблюдатель смерти Вселенной. Все, что когда-либо было, есть или будет, ушло. А вы нет. Вы теперь одни. В самом страшном понимании этого слова. Вы одни, и больше ничего нет. И не будет. И, учитывая, как давно вы падаете, считайте, что и не было. Остался лишь абсолютный ужас от осознания того, что произошло.

А теперь сделайте паузу. Вдохните. Выдохните. Вернитесь из этой фантазии, вернитесь в реальный мир. Ощутите радость текущего момента. Вы есть, и все вокруг вас тоже есть. Вселенная живет своей размеренной жизнью, вы читаете эту книгу на крохотной уютной синей планетке под названием Земля. Вы живете, вы – мыслящая часть этой беспощадной бессмысленной Вселенной, в которой возможен любой исход, но он нам, живущим в это время, явно не светит. Насладитесь теплом окружающего пространства. Вдохните еще раз поглубже воздух, дающий вам жизнь. Вы в безопасности, насколько безопасным может быть пространство для человека по астрономическим меркам. У вас есть время, и само время «есть». Вы можете влиять на жизнь вокруг. Вы можете проецировать свою волю в реальные действия. У вас есть силы, у вас есть время и пространство для реализации. И даже если вы не хотите никак влиять на свое окружение, это тоже ваш выбор. Если же вас постигнет ощущение уныния, безысходности собственной жизни и невозможности на что-либо повлиять, вспомните, что такое смерть в черной дыре. И никогда не забывайте.

Знаете, часто говорят, что наука оперирует лишь сухими фактами, что из нее нельзя вынести ничего, что влияло бы на вашу повседневную жизнь. Разумеется, кроме всех устройств вокруг, электричества, лекарств и т. д., но это считается «материальными благами цивилизации». Утверждается, что поиск смыслов, мотиваций, мироощущения лежит в рамках философии и прочих интеллектуальных придумок человечества. Я считаю иначе. Наука позволяет расширить горизонты сознания. Позволяет понять, как может быть, а может быть очень по-разному. Она позволяет увидеть мир таким, какой он в реальности есть, насколько это доступно нашему пониманию. Каким он был и каким, вероятно, будет. Чем больше изучаешь, тем обширнее становится твой взгляд на мир. Насколько он удивителен. Насколько он прекрасен. Насколько он ужасен в каких-то своих проявлениях, но без тьмы, как говорится, нет и света. Насколько он непостижим и насколько огромно твое невежество по отношению к нему. Приходит осознание, что за твою жизнь ты не сможешь его понять, но это не повод останавливаться. Есть физика, химия, биология, другие науки. Все это не просто названия дисциплин, это грани призмы, через которую ты смотришь вокруг. Чем больше граней этой призмы, тем четче твой взгляд, тем острее скальпель сознания, единственной ценности в преходящем теле. Смысла жизни нет. И смысла Вселенной нет и не было. Само понятие смысла, если такая штука и есть во Вселенной, делает ее менее удивительной, а мне вовсе не хочется так ее принижать из-за своего эгоистичного желания сжульничать и понять, как все устроено. Однако четкое осознание того, что Вселенная, скорее всего, непостижима, не останавливает меня. Нет-нет, я знаю, что умру и в какой-то момент атомы моего тела вернутся в этот бесконечный поток мироздания, и срок человеческой жизни недолог. Но пока он длится и пока я живу, я собираюсь по максимуму осознать этот процесс. Если «о, великий случай» дал мне родиться в человеческом теле, дал мне глаза, чтобы видеть, дал уши, чтобы слышать, дал мозг, чтобы осознавать то, что ему доступно, – я воспользуюсь этой возможностью. А еще постараюсь делиться тем ощущением, что испытываю, с другими. И с вами, дорогой читатель. Зачем мне это? Затем, что, когда вы делитесь своей радостью, она не убывает, а лишь удваивает счастье на нашей планете. И мне это нравится. Это самое важное.

Добро пожаловать домой

Наше странствие начинается примерно 4,6 млрд лет назад, когда из облака космического газа возникла звезда по имени Солнце. Забавно, но для рождения такого горячего тела, как звезда, само облако должно остыть. Нагретый до высоких температур газ не может взаимодействовать сам с собой, слишком большая энергия препятствует этому. Когда он остывает, то начинает конденсироваться в местах, где, как правило, газа больше. Более плотные части газа притягивают окружающие облака, затягивают их в себя и все более уплотняются. В итоге внутри из-за огромного давления начинается процесс термоядерного синтеза, звезда зажигается и начинает поддерживать свой объем.

Внутри звезды постоянно борются два процесса: сжатие под действием собственной массы и расширение из-за выделения энергии. Цикл звезды обычно представляет собой череду фаз, обусловленных сменой топлива, на котором она горит. Сперва звезда перерабатывает водород и превращает его в гелий. Затем, когда водорода не остается, следует миг, в который источники энергии звезды временно отключаются, и сила расширения отступает перед силой сжатия. Внутренние области звезды начинают схлопываться, что приводит к повышению температуры ее недр и уплотнению. Звезде повезло, так как повышение температуры позволяет ей перейти на новый вид топлива, гелий, и создавать из него углерод. Затем из углерода она будет производить кислород, кислород когда-то пойдет на синтез неона – и далее по цепочке вплоть до железа. С железом начинаются проблемы, поскольку термоядерный синтез железа не вырабатывает энергию, а поглощает ее. Далее судьба звезды зависит от массы, но самый драматичный сценарий предполагает, что топлива у нее не осталось, сила сжатия начинает свой штурм, и звезда коллапсирует под собственной массой. Сжатие происходит так стремительно, что внутри образуется гигантская температура, приводящая к взрыву и выплескиванию содержимого звезды в космос. В этот момент яркость звезды возрастает в миллионы раз, и мы называем это «взрыв сверхновой».

Благодаря этому процессу мы все с вами и живем. Взрыв сверхновых – главный поставщик химических элементов во Вселенной. Водород вашего тела, а его много, образовался в результате Большого взрыва 13,8 млрд лет назад. Часть гелия образовалась тогда же, поэтому в шарике с гелием, так и норовящем улететь в небеса, есть частичка материи Большого взрыва. Все элементы таблицы Менделеева до железа, а это и углерод (главный структурный элемент любой органики), и азот, и кислород, – все они образовались в результате горения звезд. Еще раз вдумайтесь в это: ваше тело состоит буквально из звездной пыли, мы все фактически и есть звездная пыль. Атомы железа и более тяжелые элементы образуются в результате взрыва сверхновых. Чтобы образовалась такая планета, как наша, чтобы на ней зародилась жизнь, чтобы вы могли в итоге читать эти строки, было необходимо несчетное количество взрывов далеких звезд, раскидавших свои внутренности по космосу. Все, к чему вы можете притронуться и чем будете всю жизнь оперировать, как и наша планета, – лишь звездная пыль.

И наше Солнце отчасти тоже. Точнее, если мы будем создавать аналогию с костром, то в костре Солнца есть пепел других звезд. Одна из распространенных теорий возникновения Солнца гласит, что его формирование вызвано взрывом одной или нескольких сверхновых неподалеку. На это намекает аномально большое количество золота и урана в его недрах, которые появляются лишь в результате подобных взрывов.

Кстати, сейчас Солнце находится в середине своего жизненного цикла: по современным оценкам, оно прожило 4,5 млрд лет из отведенных для звезд с такой массой 10 млрд. Каждую секунду 4 млн тонн водорода идут на выработку гелия, образование энергии в виде излучения и потока неуловимых нейтрино. По мере того как Солнце постепенно расходует запасы своего водородного горючего, оно становится всё горячее, а его светимость медленно, но неуклонно увеличивается. К возрасту 5,6 млрд лет, через 1,1 млрд лет от настоящего времени, наше дневное светило будет на 11 % ярче. Для жизни на нашей планете это не очень хорошие новости, поскольку повышение солнечной активности на 11 %, а это температура на поверхности звезды в 5800 К (максимальная температура, которой достигнет поверхность Солнца за свою жизнь), приведет к серьезному изменению климата, повышению темпов испарения воды и, соответственно, серьезному парниковому эффекту. Вероятно, таким парником, как Венера, где температура на поверхности 464 °C, наша планета не станет, но жизнь на ней сильно изменится.

К возрасту 8 млрд лет (через 3,5 млрд лет от настоящего времени) яркость Солнца возрастет на 40 %. Вот тут уже начнутся серьезные проблемы для нашей планеты, поскольку большая часть воды испарится: часть улетучится в космос, часть покроет атмосферу раскаленным газом. Скорее всего, это приведет к окончательному уничтожению всех наземных форм жизни. В то же время водородное топливо в солнечном ядре заканчивается, внешняя оболочка расширяется, поскольку силы гравитации ее перестают удерживать, а ядро сжимается и все более нагревается.

Когда Солнце достигнет возраста 10,9 млрд лет (6,4 млрд лет от настоящего времени), начнется самое интересное. Водород кончился, гелий пока не пошел в топку, внутренности звезды начинают уплотняться. Горение водорода продолжится только в тонком внешнем слое ядра. Дальнейшее переключение на другие виды топлива будет приводить к тому, что структура ядра начнет напоминать луковицу. Однако, хоть внутри звезда и уплотняется, внешне она расширяется, и Солнце станет в полтора раза больше, чем сейчас, и в 2,2 раза ярче. В следующие 0,7 млрд лет Солнце еще сильнее расширится, до 2,3 раза от современного радиуса, сохраняя почти постоянную светимость, а вот температура упадет с 5500 до 4900 K. В конце этой фазы, достигнув возраста 11,6 млрд лет (через 7 млрд лет от настоящего времени), Солнце станет субгигантом.

Приблизительно через 7,6–7,8 млрд лет, к возрасту 12,2 млрд лет, ядро Солнца разогреется настолько, что повлечет за собой бурное расширение внешних оболочек светила. В результате Солнце станет красным гигантом. В этой фазе радиус Солнца увеличится в 256 раз по сравнению с современным. Расширение звезды приведет к сильному увеличению ее светимости (в 2700 раз) и охлаждению поверхности (до 2650 К). Для Земли это еще более печальные новости. Расширение Солнца в 250 раз означает, что его внешние оболочки достигнут нашей орбиты и поглотят нас. Однако есть исследования, которые пророчат другой сценарий: из-за резкого расширения оболочек Солнце более чем на четверть потеряет в своей массе, выбросив собственное вещество в виде солнечного ветра. Это, а также уменьшившаяся из-за потери массы солнечная гравитация может отодвинуть орбиту Земли дальше и не дать поглотить нашу планету звездой. Впрочем, ветер такой силы в любом случае сорвет атмосферу планеты, оставив лишь раскаленную поверхность. Существуют еще модели, предсказывающие, что из-за замедления вращения Солнца мы упадем на светило гораздо раньше. Даже не знаю, что лучше.

Данная фаза существования Солнца продлится около десяти миллионов лет. Когда температура в ядре достигнет 100 млн К, произойдет гелиевая вспышка и начнется термоядерная реакция синтеза углерода и кислорода из гелия. Солнце, получившее новый источник энергии, уменьшится в размере до 9,5 современного значения, то есть сожмется в 25 раз относительно своего расширенного состояния. Спустя 100–110 млн лет запасы гелия подойдут к концу, и Солнце опять станет красным гигантом. Этот период существования Солнца будет сопровождаться мощными вспышками, временами его светимость станет превышать современный уровень в 5200 раз, поскольку пара дров в виде гелия все же завалялись в закромах. В таком состоянии Солнце просуществует около 20 млн лет.

Масса Солнца недостаточна для того, чтобы его эволюция завершилась взрывом сверхновой. После того как Солнце пройдет фазу красного гиганта, термические пульсации приведут к тому, что его внешняя оболочка окажется сорванной, и из нее образуется планетарная туманность. В центре этой туманности останется сформированный из ядра Солнца белый карлик, очень горячий и плотный объект, по размерам сопоставимый с планетой Земля. Изначально этот белый карлик будет иметь температуру поверхности 120 000 К и светимость 3500 солнечных, но в течение многих миллионов и миллиардов лет станет остывать и угасать. Таким образом закончится жизнь нашей звезды, дав начало новым элементам, новым звездам и новым читателям всяких книжек.

Все это случится через миллиарды лет. Мы сейчас находимся в середине цикла и наслаждаемся зрелым состоянием звезды, но давайте вернемся в прошлое и посмотрим, как все развивалось. Наше Солнце только появилось. Вокруг звезды до сих пор есть облако из газа и пыли, которое вращается на солнечной орбите. Вообще после Большого взрыва первая твердая материя представляла собой пыль – крошечные кристаллики вещества. Скорее всего, первая пыль состояла из кристаллитов углерода – графита или алмаза. Частицы были очень мелкие, но, возможно, достаточно большие, чтобы сверкнуть в космосе бриллиантовым блеском. Затем появились другие соединения, например магния, кальция, кислорода и алюминия, которые радуют нас теперь в рубинах и сапфирах.

Итак, газ и пыль вращаются вокруг Солнца, сохраняя единый вращательный момент. Все планеты Солнечной системы вращаются вокруг звезды в едином направлении, так же, как крутилось и облако. Воспламенение Солнца 4,6 млрд лет назад привело к тому, что большая часть пыли вокруг начала нагреваться и спекаться сама с собой. Такая своеобразная доменная печь образовывала вязкие капли, которые мы теперь называем хондры (от греческого «зерно» или «гранула»). До сих пор основная часть летающих булыжников Солнечной системы, порой падающих на нашу планету в виде метеоритов, представляет собой хондриты, пестрые камушки, запечатлевшие в своей структуре период от рождения Солнца до формирования планет. Хондриты, разумеется, обладают массой, а значит, и гравитацией. Более крупные камни притягивают малые, сплавляясь с ними во все более массивные структуры. В итоге появляются совсем крупные тела – планетезимали, растущие как на дрожжах.

Образованию планетезималей также могло способствовать то, что из-за последующего понижения температуры ранее расплавленное железо стало приобретать магнитные свойства. Возможно, хондриты начали налипать на уже сформированные железные или железокаменные образования, набравшие свою массу из-за куда более сильных, чем гравитационные, магнитных сил. В итоге миллиарды таких тел вращались вокруг нашего светила, конкурируя между собой, кто кого раньше съест. Такую же картину вы увидите, если поглядите в очень сильный телескоп в область, называемую Великая туманность Ориона. Ее можно найти, если посмотреть чуть ниже пояса Ориона. Там в гигантском скоплении газа, словно в утробе матери, рождаются новые звезды, и каждая, в свою очередь, укутана в протопланетарный диск из пыли и прочих частиц, словно в пеленки. Каждый такой диск станет когда-то солнечной системой. Может, какие-нибудь существа в далеком космосе видели, как формировался наш протопланетарный диск, и размышляли так же? А может, они до сих пор могут это видеть, если находятся очень далеко, например на расстоянии в 4,5 млрд световых лет, и свет этого процесса только начинает до них доходить? В таком случае они так и не узнают о нашем существовании, свету наших спутников и сигналам радиоисточников слишком долго до них идти. Мы слишком далеко и, соответственно, слишком «давно», как бы странно это ни звучало.

Рано или поздно планетезимали становятся настолько большими, что мы с гордостью сможем называть их планетами. Главное условие такого определения – отсутствие соперников на орбите. Планета должна быть одна, доминантой, победителем. В войне выжило восемь планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Первые четыре планеты – каменные, остальные состоят из газа. Так получилось из-за того, что еще совсем новенькое Солнце начало своим излучением двигать прилежащий газ на дальние рубежи окружающей его области. То есть холодные газовые гиганты, состоящие почти полностью из водорода и гелия, могли войти в состав Солнца, если бы оно не зажглось раньше. Кстати, почему мы назвали их именно «планеты»? Еще в те времена, когда люди только начали профессионально изучать небо, а делали это в основном древние греки, они обнаружили, что есть небесные тела, которые движутся. Поэтому их и прозвали «блуждающими», то есть планетами в переводе. Правда, тогда считалось, что эти вечные странники тоже вращаются вокруг нашей планеты, как и Солнце, да и весь космос.

Как быстро образовалась Земля, мы можем только догадываться. В любом случае, согласно различным гипотезам, счет идет на миллионы лет. В этот беспокойный период наша планета представляла собой шар, то расплавленный, то остывший и почерневший. Каждый раз планета нагревалась и краснела из-за столкновения с очередным космическим объектом, находящимся на ее орбите, но затем достаточно быстро остывала и покрывалась черной коркой. То есть она не была беспрерывно лавовым сгустком, как часто пишут в учебниках. Скорее бескрайней черной холодной пустыней. Подобная относительная стабильность продолжалась долго, пока не настал черед возникновения Луны.

Вы все видели Луну, как ее не заметить. Диаметр нашего спутника составляет более четверти земного, а масса всего лишь в 80 раз меньше. Для спутника это необычно, дюжины спутников вокруг газовых гигантов нашей Солнечной системы выглядят куда более крохотными относительно своих планет. Ранее было три гипотезы возникновения Луны, если не брать во внимание обширнейший фольклор. Первая гипотеза предполагала, что еще на стадии формирования расплавленная Земля вращалась настолько быстро, что часть ее горячей материи из-за центробежной силы оторвалась и вылетела на орбиту. Эту гипотезу предложил сын знаменитого Чарльза Дарвина – Джордж Говард Дарвин в 1878 году. Впадина Тихого океана, как предполагалось, является шрамом планеты после отрыва спутника. Вторая гипотеза гласила, что на нашей орбите был независимый объект, попавший под влияние гравитации Земли, прицепившийся и оставшийся навеки в ловушке. Например, многие каменистые спутники Марса притянуты этой красной планетой. Третья гипотеза утверждала, что Луна появилась из тучи обломков, кусков материи, оставшихся после формирования Земли на ее орбите. Это было бы похоже на то, как вокруг звезды формируются планеты.

Разгадку истории Луны удалось прояснить, когда первые лунные миссии начали привозить образцы грунта со спутника Земли. На тот момент этот материал обладал самой дорогой коллекционной ценностью, поэтому к исследователям-геологам приставили несколько людей из спецслужб. Мало ли, камушек в кармане ученого затеряется, а потом окажется проданным в частную коллекцию за миллионы долларов. За этими учеными нужен глаз да глаз. В любом случае первые же анализы показали, что соотношение изотопов кислорода-16 и кислорода-18 указывает на то, что Луна сформировалась на одном расстоянии от Солнца, как и Земля. Изотопы – это атомы одного и того же вещества, но обладающие разной массой из-за отличных количеств нейтронов в их ядрах. У кислорода-18 их на две штуки больше, чем у обычного кислорода-16. В нашей повседневной практике мы не увидим различий, но оказалось, что соотношение этих изотопов на разных планетах меняется по мере их удаления от Солнца. То есть, поскольку соотношение в образцах Земли и Луны одинаково, Луна появилась на том же расстоянии от Солнца, что и Земля.

Вернемся к нашим гипотезам. Предположение о совместном образовании Земли и Луны из единого протопланетарного сгустка почти сразу было поставлено под сомнение, так как химические коктейли, составляющие нашу планету и ее спутник, неодинаковы. Например, различно содержание железа и летучих веществ. Гипотеза захвата также страдает. Если Луна была независимым объектом на орбите с Землей, тогда она должна быть по химическому составу похожа на нашу планету, поскольку сформировалась из такого же протопланетарного диска, а это не так. Если она сформировалась из каких-то внешних областей, а потом приблизилась, то в таком случае она должна обладать большей скоростью относительно Земли, чем мы можем наблюдать сейчас или оценивая прошлое. Гипотеза отрыва части Земли могла бы объяснить все различия: Земля и Луна обладают схожим соотношением изотопов, поскольку являлись частью целого, а разное содержание железа было обусловлено отрывом именно верхней части земного содержимого, тогда как уже сформировавшееся железное ядро не поделилось своей частью для спутника. Если упрощать, эта гипотеза не работает, потому что в таком случае Земля должна была бы вращаться очень быстро. Крайне быстро. Компьютерные модели показывают, что Земля должна была бы делать полный оборот за час, а система Земля-Луна просто не обладает таким моментом импульса.

В итоге прижилась четвертая гипотеза, которая в дополнение объясняет не только специфический наклон земной оси, но и равную скорость вращения Земли и Луны. В середине 1970-х годов была предложена ударная гипотеза. Вероятно, на орбите вместе с Землей находилась похожая планета, которую назвали Тейя. Ее масса составляла примерно треть массы Земли. Две планеты не могут находиться на одной орбите, и в какой-то момент Тейя врезалась в Землю по касательной. Это столкновение слегка отклонило Землю, часть Тейи срослась с Землей, а куча обломков этого события вместе с обломками Тейи вылетели на орбиту, образовав облако пыли вокруг еще более потяжелевшей Земли. Постепенно пыль срослась в Луну, а теперь она вращается с равной нам скоростью, поскольку пыль после касательного столкновения приобрела скорость вновь получившегося объекта.

Когда мы смотрим на Луну сейчас, нам кажется, что она близко. По астрономическим меркам она и правда близко, ее орбита находится на расстоянии в 382 000 км от нашей планеты. Забавно, но как раз такое расстояние позволяет поместить все планеты Солнечной системы между Землей и Луной, и даже для Плутона места хватит.

Но когда Луна только сформировалась, она находилась гораздо ближе, примерно на расстоянии 24 000 км над Землей. Стоит напомнить, что в астрономии есть так называемый предел Роша – орбита, ближе которой гравитация наиболее массивного тела разорвет малое. Если бы Луна образовалась на расстоянии в 10 000 км, то приливные силы Земли разорвали бы ее в клочья, и мы лишились бы спутника. Однако нам повезло, Луна оказалась дальше и теперь с каждым годом удаляется от нас со скоростью 4 см в год. Когда-нибудь Луна по своей спиральной орбите улетит за пределы влияния гравитации планеты и отправится уже своей дорогой в далекий космос.

Между Землей и Луной можно вписать все планеты солнечной системы

Посмотрев на Луну в прошлом, вы обнаружили бы гигант, висящий в небе. Его диск закрывал на небе площадь в 250 раз бо́льшую, чем сейчас (примерно в 16 раз больше, чем видимый нам солнечный диск). Это был необычный мир. Сутки длились 5 часов, то есть солнце поднималось и заходило за горизонт с бешеной скоростью. Луна часто ее закрывала, будучи куда большим объектом на небе, поэтому солнечные затмения были скорее вариацией нормы. Сейчас ни для кого не секрет, что на нашей планете есть приливы и отливы. Они возникают потому, что лунная гравитация притягивает водяной горб на поверхности планеты и тащит его за собой. Где этот горб, там прилив, такая же ситуация на противоположной стороне планеты, а на боках – отливы. В те времена не было воды, да и Луна была гораздо ближе, поэтому существовало явление «приливных землетрясений». Гигантские волны из магмы высотой больше километра перемещались по планете, все сильнее ее разогревая. Постепенно такие явления сошли на нет из-за отдаления Луны, а сутки стали длиннее вследствие замедления вращения планеты. Это же явление можно наблюдать, если посмотреть на фигуриста, разводящего руки при вращении, – он замедлится. Но странствующие раскаленные горы – наверняка это было потрясающее зрелище.

Наша планета разогрелась и представляет собой раскаленный шар. Вращаясь в холодном космическом пространстве, она отдает энергию в виде вещества, выбрасываемого в космос и сносимого солнечным ветром, а также в виде излучения. Горячие недра, словно нагретое дно кастрюли с супом, поднимают магму к поверхности, где она остывает, а затем возвращается. Первая корочка на поверхности планеты, скорее всего, возникла в зоне полюсов, наименее затрагиваемых приливными силами Луны. Сразу после столкновения Земли и Тейи температура на поверхности была в районе 5000 °C, а твердь, если ее можно в то время так назвать, покрывал силикатный пар. По мере остывания планеты с неба начал идти магматический дождь, а при еще большем остывании на поверхности начали расти первые кристаллы. В принципе в нашем распоряжении очень мало свидетельств тех прекрасных и смертоносных времен. Постоянное перемешивание раскаленного вещества, огненные штормы и ливни из магмы – все это было настолько давно, что можно было бы опустить руки и не заниматься поиском крупиц тех времен, но человеческое любопытство не знает границ. По мере развития технологий у людей появились устройства, способные воссоздать условия ранней Земли, так называемого катархейского эона. Огромные прессы, создающие давление в 12 тысяч атмосфер, давят в одну точку с рудной пылью и позволяют посмотреть, какие именно породы образуются при таких условиях. В те времена, когда температура опустилась до 1500 °C, в тонкую корку остывающей магмы на поверхности начали врастать зеленые кристаллы оливина, минерала, близкого по составу к форстериту. Эти кристаллики становились все больше, приближаясь размерами к виноградине, но чем крупнее они становились, тем тяжелее им было удерживаться на раскаленной поверхности. Они тонули и скапливались вместе, образуя множество пород. Одна из них, дунит, – одна из самых редких пород, обнаруживаемая сейчас на поверхности только в результате горообразования, когда глубинные пласты показывают себя миру.

Земля активно жила с точки зрения геологии. У нее образовалось железное ядро, вязкая мантия и твердая корочка сверху. Ядро по большей части состоит из железа по одной простой причине – оно тяжелое и стекает вниз, к центру планеты. Внешнее ядро образовано из жидкого металла, а вот внутреннее содержимое постепенно начало твердеть. Там настолько большое давление, что железо возвращается в кристаллическое состояние, и это очень хорошие новости. Разность скорости вращения внутреннего твердого ядра относительно внешнего, а также постоянные потоки вещества в них образуют магнитное поле нашей планеты. Благодаря этому полю мы защищены от солнечного ветра – потока заряженных смертоносных частиц, не позволивших бы образоваться жизни в том виде и многообразии, что мы наблюдаем сейчас.

По поводу мантии также стоит уточнить, что она не «вязкая» в нашем понимании. Вязким веществом можно назвать один из ее слоев – астеносферу. Большая же часть мантии, если представить ее агрегатное состояние, станет напоминать битум. То есть она в конкретный момент будет твердой, как и при давлении на нее, но со временем она медленно течет.

Как понять, что у нашей планеты твердая оболочка, вязкая мантия, жидкое внешнее ядро и твердое внутреннее? Напрямую добуриться невозможно, самая глубокая скважина, Кольская сверхглубокая, достигает отметки чуть больше 12 км, при этом радиус Земли – около 6400 км. Так вот, не обязательно бурить – достаточно прислушаться, и тут на помощь приходят сейсмологи. Когда на планете случается взрыв, землетрясение – что угодно, вызывающее вибрации, – эти вибрации волнами проникают в толщу планеты и пронизывают ее содержимое. Существует два типа таких волн: P-волны и S-волны. P-волна – это волна упругого сжатия. Представьте себе игрушку-пружинку, которая может спускаться по лестнице, если ее слегка подтолкнуть. Если вы положите ее на горизонтальную поверхность и подтолкнете, то она разожмется, сожмется, разожмётся и т. д. Это будет P-волна, и у нее есть свойство – она проходит сквозь жидкость неизменной, если попала туда под прямым углом, и преломляется, если попала туда по касательной. S-волны более похожи по свойствам на обычную, привычную всем волну. Она не проходит сквозь жидкость, растворяясь в ней.

Итак, когда где-то на планете происходит землетрясение или контролируемый взрыв, вы ставите датчики и прислушиваетесь к эху. На другом конце планеты, прямо с противоположной стороны, вы зарегистрируете P-волну, прошедшую и сквозь вязкую мантию, и сквозь жидкое внешнее ядро с твердым внутренним железным кристаллом. P-волны, попавшие во внешнее ядро под углом, преломятся, и вы сможете рассчитать, какой радиус это внешнее ядро занимает. S-волны не пройдут сквозь жидкость, и вы их поймаете только вне зоны внешнего ядра. Если вы ученый, вам не обязательно видеть явление непосредственно своими глазами, вы можете прислушаться к его эху.

Схема распространения S-волн и P-волн внутри планеты

Вернемся в ад. На поверхности планеты пытается образоваться корочка. Считается, что первичной корой была порода с названием «анортозит» – легкая и плавучая, она образовывала на поверхности магмы что-то похожее на шугу на поверхности воды. Затем первичная кора была уничтожена, и на сцену вышли базальты. Черный базальт также мог оставаться на поверхности магмы, и до сих пор 70 % земной поверхности выстилаются базальтовой корой. Так происходило не только на нашей планете: почти весь верхний слой Меркурия состоит из базальта, как и темные пятна на Луне. Эти лунные «моря» – остатки древних озер расплавленного базальта, остающегося на поверхности и поныне.

Базальт позволил корочке оформиться в более-менее внятную конструкцию. Наконец появляется рельеф – ранее тонкая прослойка из расплавленной, постоянно перетекающей каши не могла удерживать крупные образования, а вот базальт справился с этой работой. Если бы вы взглянули на Землю из космоса в этот период, она была бы черной с красноватыми прожилками, местами открывающей вам свое раскаленное содержимое, с алыми пятнами от падения метеоритов, с хрустом пробивающих тонкую корочку. Такой ей остается быть совсем недолго, ведь скоро пойдет дождь.

Первый дождь

Если бы инопланетяне описывали краткие характеристики нашей планеты, без сомнений, они упомянули бы о воде. Вода занимает 70 % всей поверхности Земли, даруя ей название «голубая планета», тоннами перемещается в виде облаков и входит в состав всех живых организмов. Нужно помнить, что, хотя вода и формирует облик планеты, ее «внешние» запасы составляют лишь 0,02 % от всей массы Земли. Большая часть воды на поверхности содержится в океанах – 97,5 %, остальная часть размазана в виде пресных водоемов, ледников, а также в атмосфере, где ее масса – лишь 0,001 % от общей. Наше пристальное внимание к этой субстанции обусловлено лишь тем, что мы без нее жить не можем.

Вода начала копиться на планете после Великого столкновения: все, что накопилось до этого события, мы в расчет не берем, так как, если на планете и была вода, после столкновения с Тейей ее унесло в космос, как и все летучие соединения. Существует две принципиальные теории, как вода могла появиться на планете, причем они не исключают друг друга. Первая гипотеза предполагает, что вода прилетела к нам из космоса. В космосе очень много воды: например, она входит в состав комет. На окраинах Солнечной системы гипотетически есть так называемое облако Оорта, как раз богатое кометами. Они периодически залетают к нам и по сей день. В эпоху хаоса и ранней Солнечной системы такие походы в гости были не редкостью, и на Землю падали тысячи комет и астероидов, состоящие преимущественно из воды. Возможно, этому процессу отчасти помогал Юпитер. В какой-то момент он своей гравитацией захватил часть находящихся поблизости к нему комет и ледяных астероидов и пустил в сторону Земли, разогнав их словно из пращи. Теорию космического происхождения воды подтверждает и изотопный состав океанов – соотношение дейтерия (тяжелого водорода) к обычному водороду близко к тому, что встречается на астероидах. Впрочем, это, как всегда, дискуссионный вопрос. Мы не можем знать точно, что происходило в те далекие времена. Возможно, на Земле сохранилась вода и после столкновения с Тейей, поскольку она могла находиться глубоко в силикатных расплавах под давлением, и испариться из них мгновенно для нее проблематично. Также вызывает вопрос, точно ли из облака Оорта вода могла быть занесена на Землю или же из других мест Солнечной системы. Луна тоже вносит свои поправки – она очень «сухая» по сравнению с Землей и почему-то не получила свою порцию комет. Работы у геологов по установлению точных данных еще много.

Кстати, на всякий случай следует напомнить, что хвост кометы в процессе ее движения по орбите Солнца, если она к нам залетела, направлен от нее не по ходу движения, а от Солнца. Хвост кометы состоит из газа и пыли, испаряемой и сносимой солнечным ветром с ее поверхности, поэтому не верьте всяким киношникам, показывающим обратное. Если комета очень долго будет летать вокруг горячего объекта, она испарится, возможно, оставив какие-то каменные или железные фрагменты.

Альтернативная гипотеза происхождения воды на Земле предполагает, что вода содержалась в планетарных недрах, а в процессе их плавления вышла на поверхность. Она была там с самого начала: минералы мантии при крайне высокой температуре и давлении способны удерживать до 3 % воды в своем составе. Это вроде бы немного, но если пересчитать на объемы земных недр, то в них до сих пор могут содержаться запасы воды, в 80 раз превышающие объем современного Мирового океана. Более того, возможно, вода способна образовываться de novo. Это теория на данный момент считается экзотичной, но если смоделировать условия, близкие к условиям недр Земли (температура около 1400 °C и давление, в 20 тыс. раз превышающее атмосферное), то окажется, что содержащийся в мантии диоксид кремния может реагировать с водородом, что приводит к образованию жидкой воды и гидрида кремния. Такие процессы происходят на глубине от 40 до 400 км от поверхности Земли.

Эти две гипотезы не исключают друг друга и заслуживают права на существование. Вы, как и я, по большей части состоите из воды. Вода наполняет вас, циркулирует по вашим венам, позволяет работать мозгу. Причем молекулы воды, занимающиеся сейчас этой работой, возникли в сотнях километрах под толщей земной поверхности. Или же они образовались из пепла мертвых звезд где-то на границе Солнечной системы. Обе гипотезы удивительны.

Пошел дождь. Первые капли падали на раскаленный базальт, шипели, тут же испарялись, но их становилось все больше. Планету заполнило шипение, оглушительное, всепоглощающее шипение. Кора темнела, остывала, горячий туман заволакивал все видимое пространство, проникая в самые труднодоступные места. Вулканический пепел смешивался с водой, впитывал ее, превращаясь в пасту, многометровую грязь, потоками стекая в низины, где встречался с еще горячей магмой. Вода и грязь моментально вскипали, взрывались, выбрасывая собственное содержимое на десятки метров вокруг, и снова стекали вниз, пока не иссякала вся тепловая энергия разогретых трещин. Грязные тучи заволокли небо, дождь усиливался, превращаясь в шторм, тяжелая атмосфера заряжалась сама от себя. Молнии, масштабы которых трудно представить, сверкали каждую секунду. Дождь не собирался прекращаться, он все лил и лил, забирая из атмосферы все, что только мог: пепел, углекислый газ, аммиак. Кислота лилась с небес, растворяя кристаллы на поверхности, образуя сперва лужи, затем озера и, наконец, океаны. Трудно определить, как долго шел этот дождь – тысячи, а может, и миллионы лет непрерывно.

О тех временах нам могут поведать лишь кристаллы циркона, благо они способны существовать практически вечно. Миллиарды лет после их возникновения из вулканического вещества они становились частью все новых пород, выветривались из них, затем снова попадали в ловушку, пока их не взял в руки человек и на мгновенье не остановил бесконечный цикл. По кристаллам циркона можно определить геологический возраст породы, поскольку цирконы включают в свой состав уран – радиоактивный элемент с периодом полураспада порядка 4,5 млрд лет. Когда образуется кристалл, уран в его структуре, словно секундомер, начинает распадаться с образованием атомов свинца. Каждые 4,5 млрд лет примерно половина всех атомов урана должны превратиться в свинец, а еще через 4,5 млрд лет оставшаяся половина также поделит себя пополам на свинец, и т. д. По этим часам можно с точностью определить возраст кристалла и, соответственно, время, когда он образовался из вулканической породы, и при каких условиях. Кристаллы, едва заметные глазу, рассеянные словно пыль в древнейших горных породах, могут рассказать о них практически все: возраст, температура образования и даже – при определенных условиях – контактировала ли с ними вода. Мне кажется, геология – очень романтичная наука. Каково это – разглядывать в микроскоп песчинку, зная, что она пережила все, что было связано с этой планетой? Она находилась здесь с самого начала, плавала в первородной магме, лежала на дне океана, врастала в самые твердые скалы. Сверху начинала бурлить жизнь, развивались и умирали самые разнообразные существа, а она спала своим мирным кристаллическим сном. Когда-нибудь ее найдут, вставят в женскую сережку существа, в этот период доминирующего на планете, потому что им нравится, как она отражает излучение, доступное их глазу. Затем сделают еще какую-нибудь побрякушку, а затем еще, пока она не затеряется и не вернется в свое естественное состояние – в толщу породы. Для циркона это все будет неважно – мирно тикают урановые часы где-то внутри, кристалл медленно превращается в свинец, а история все идет. В конце концов атомы, слагающие кристалл, вернутся в космос из-за расширения местной звезды и рассеются в безграничном пространстве Вселенной, чтобы вновь где-нибудь образовать кристалл, может быть, все тот же циркон, если повезет. И возможно, внутри опять окажется немного урана, и часики вновь запустят свой ход на далекой, никому не известной планете.

А вода все льет. Скорее всего, за срок в 100 млн лет после Великого столкновения Земля уже покрылась океаном километровой глубины. Еще нет какого бы то ни было обширного пространства суши, и над толщей безграничной воды лишь изредка показывались маленькие вулканические острова с кипящим жерлом посередине, постепенно увеличиваясь в размерах из-за застывающей при контакте с водой лавы. Из космоса или с Луны Земля выглядела как зеленоватый шар. Вода, вероятно, была не синяя, а зеленовато-грязная из-за большого содержания соединений железа, а также из-за массы других растворенных солей. Этот мелкий океан должен быть очень соленым, хотя гипотезы на этот счет очень сильно разнятся. Согласно распространенной версии, большинство солей, находившихся «на поверхности» планеты, вымывал из пород кислый океан, поскольку он поглотил значительное количество углекислоты из атмосферы и приобрел по меньшей мере pH 5,5. К тому же он был горячий. Со временем этот кипящий соленый бульон остывал, и излишки соли начали оседать и консервироваться там, где мы их сейчас и находим, – в соляных пластах под толщей земли.

Тем временем образование коры не стоит на месте. Базальтовая магма выплавляется в недрах планеты, а поверх нее, словно пенопласт в воде, начинают скапливаться менее плотные породы. Одни из них называются «гранитоиды» (гранитоиды получаются из плавления гнейсов, метаморфической горной породы, главными минералами которой являются плагиоклаз, кварц и калиевый полевой шпат) Благодаря «всплыванию» гранитоидов образование суши ускорилось, а та с тех пор всегда находится в процессе изменения из-за движения литосферных плит.

Сейчас нам известно, что современные материки находятся в постоянном движении и раньше карта мира выглядела совсем иначе. Однако не далее чем полвека назад главенствовала другая гипотеза, по-другому объясняющая изменение земной поверхности, – теория геосинклиналей. Согласно ей, толща коры может опускаться и подниматься в разных местах, совершать своеобразные колебательные движения вверх и вниз. В результате колебательного движения появляются горы, впадины, а при отсутствии недавних колебаний – равнины. При этом такое явное соответствие западной части Африки и восточного побережья Южной Америки объяснялось не более чем совпадением. Только с развитием эхолокации, подстегнутым Второй мировой войной, удалось найти зоны в океане, в которых образуется новая кора и приводит в движение все вокруг себя, и, соответственно, разработать теорию тектоники литосферных плит. В океане есть так называемая зона спрединга – место с высокой вулканической активностью, где содержимое мантии поднимается к поверхности, остывает и становится частью земной коры. Этот процесс производит новую кору со скоростью до 10 см в год. Но если площадь поверхности коры увеличивается, а диаметр планеты тем временем остается неизменным, излишки нужно куда-то девать. Так и происходит около материков, а именно в зоне субдукции. Океаническая кора заходит под континентальную кору и погружается все глубже обратно в родные объятия мантии. Таким образом работает бесконечная конвекция содержимого планеты: часть мантии выходит к поверхности, остывает, превращается в корку и двигается по нескольку сантиметров в год в сторону материка, где она снова нырнет в мантию. Зоны субдукции – это самые сейсмоактивные зоны нашей планеты, поскольку заход океанической коры под континентальную сопровождается вибрацией и деформацией каждой из них. Одна из самых известных таких зон – Японско-Курило-Камчатская. Вообще, можно поразиться стойкости японской нации. Жить там, где в принципе жить противопоказано (максимальное количество землетрясений, активный вулканизм, цунами), где почти нет природных ресурсов, на крохотном по меркам других стран пространстве, да при этом еще и процветать – подвиг, достойный уважения.

Изучение океанической коры дает массу интересных открытий. В частности, по ней можно отследить, как менялось магнитное поле Земли в прошлом. Базальт, выходящий на поверхность, содержит крупицы магнетита. При охлаждении пород крупицы выстраиваются согласно магнитным полюсам Земли, а затем застывают, превращаясь в древний компас. Мы можем понять, как менялось магнитное поле планеты – ориентацию силовых линий и смещение магнитных полюсов, – потому что все это записано на постоянно обновляющемся пергаменте океанической коры. По ней видно, что магнитное поле Земли способно разворачиваться на 180 градусов, причем эта инверсия происходит стохастически, то есть случайно. По современным моделям, это происходит из-за постоянных хаотических изменений во внешнем ядре. Вращение Земли создает сложные конвекционные потоки во внутренних областях, поэтому в обозримом будущем Полярная звезда станет указывать совсем не на север. Кстати, Полярная звезда – это не одна звезда, а тройная звездная система. Одну из звезд спутников можно разглядеть даже с поверхности Земли. А еще она молодая, ей по разным оценкам 55–65 млн лет. То есть в век динозавров, когда они еще доминировали на планете, Полярной звезды еще не было, и не могли гигантские ящеры выстраивать долгосрочные маршруты, ориентируясь на север по этому небесному телу. Приходилось называть Полярной другую звезду, ведущую на север. Ну или на юг, соответственно, в зависимости от того, куда было повернуто магнитное поле в тот момент.

На нашей планете тем временем уже появились материки. Проходят десятки миллионов лет, дождь продолжает накрапывать, но уже не так сильно, а суша все увеличивается в размерах. Наша планета вновь меняет свой облик. Выйдя на этот раз из машины времени, вы увидите бескрайнюю серую пустошь без единого намека на растительность – до нее еще далеко. Глубокие ущелья, равнины и каньоны, многие из которых имеют беловато-серый цвет кварца, даже на белоснежном песке пляжа полежать можно – кварцевые зерна выветриваются из гранита. Искупаться, правда, не суждено – кислый и суперсоленый океан не принесет вам удовольствия, зато можно полюбоваться облаками, из-за которых иногда выглядывает солнце. Или не выглядывает, так как содержащийся в воздухе метан мог давать плотную дымку, окрашивая все окружение в оранжевый цвет. Если окажетесь в тех временах, обязательно расскажите по возвращении, какого цвета были облака или же непроглядный туман.

Звезда светила не так сильно, как сейчас, и этот факт стал одним из парадоксов для исследователей – как все не замерзло при светимости Солнца на 25 % меньше, чем сейчас. Одним из решений этой загадки станет предположение, что было больше эндогенного тепла: энергия поступает от распада радиоактивных элементов, происходит бурная дифференциация вещества планеты – железо еще продолжает падать в ядро. За счет перемещения в центр масс возникает тепловая энергия, продуцированная трением. Также существовал феномен парникового эффекта – высокое содержание углекислого газа, воды и метана в атмосфере создавало ловушку для солнечного излучения, которое обогревало планету в то непростое время. Именно из-за этого, лежа на пляже в те замечательные годы, не снимайте маску с лица – вдыхать смесь из парниковых газов никому не пожелаешь. И раздеваться не стоит: озонового слоя еще нет, и жесткий ультрафиолет ничто не сдерживает. Новую странную родинку еще некому будет показать ближайшие несколько миллиардов лет. Наша же планета почти завершает период своего геологического формирования, катархей, ей всего 600 млн лет от роду, впереди ее ждет масса приключений, а именно архей – время появления жизни.

Оно живое!

Кто бы мог подумать, что нашу планету ждет такое необычное развитие! Попадая в архей, мы наблюдаем не очень приятные, с нашей точки зрения, условия: кислый океан омывает серую безжизненную пустыню, похожую на накипь внутри чайника, которую к тому же выжигает солнечная радиация. В воздухе циркулирует метан, аммиак, угарный газ, углекислый газ, сероводород, сернистый газ, местами вулканы накачивают атмосферу еще более едкими соединениями. И все же где-то в тех условиях появляется первый организм. Теорий возникновения жизни масса, но в принципе их можно разделить на две большие категории. Первая, самая простая гипотеза, способная прийти на ум обывателю: «А кто вообще сказал, что жизнь возникла? Она была всегда». Этот тезис называется гипотезой стационарного состояния и предполагает, что наша планета существовала всегда, и жизнь на ней тоже была вечно, а изменения с течением времени незначительны. Такая концепция имеет право на существование, пока у вас нет каких-либо данных и научного подхода. Чем больше вы начинаете разбираться в вопросе, чем больше появляется людей, называющих себя геологами, биологами, химиками, физиками, астрофизиками, тем меньше у вас доверия к таким простым ответам. На данный момент теория стационарного состояния является не более чем интересным предположением людей прошлого, не накопивших достаточно данных о своем мире.

Вторая категория гипотез предполагает, что жизнь все же как-то возникла и также делится на две подгруппы: либо жизнь возникла сама по себе, либо ей кто-то помог. Начнем со второй подгруппы, а именно с вмешательства сторонних сил. Теория креационизма постулирует, что наш мир сотворен высшей сущностью, как и все живые организмы в нем. Вариаций на эту тему бывает множество: и монотеистические объяснения авраамических религий, где есть одно начало, и именно оно запустило все необходимые процессы, и пантеоны божеств Древней Греции и Рима, и египетские Осирисы и Ра.

Существуют и куда более интересные предположения, например исконные верования китайского народа. Легенды начинаются с того, что из Хаоса (почти всегда в начале есть Хаос) появились две силы – Свет и Тьма, которые дали начало небу и земле. В этом пустынном мире родился великан Пань-гу, который вскоре скончался, и из его огромного и сильного тела образовалась природа: ветром и облаками стало дыхание, громом разразился его голос. Левый глаз Пань-гу улетел на небо солнцем, а правый недолго думая решил стать луной. Руки, ноги и туловище превратились в четыре стороны света и пять священных гор. Пот с его тела испарился и стал дождем, а кровь потекла реками. Мускулы стали почвой, волосы – травой и деревьями. Зубы и кости Пань-гу превратились в камни и металлы, мозги стали драгоценными камнями. Ну а какая же часть тела великого Пань-гу стала людьми, спросите вы? Людьми стали черви на теле великана, которые и заселили новый мир. Красиво.

Индусы начинали свои легенды с бесконечного океана. Было бы даже интересно, если бы в древних текстах прописывали условия позднекатархейской эпохи, но, увы, как и везде, нет ни Земли, ни звезд, ни Солнца, ни Луны. Не могли люди раньше представить, что в акте творения наш мир в виде земного диска или Солнечной системы появился не первым. Разумеется, первое, что породил космос после стабильного вечного состояния, – это наша с вами планета и ее окружение. У индусов легенды начинаются с того, что океан породил огонь, а из него появилось Золотое Яйцо. Через какое-то время из Золотого Зародыша внутри Яйца возник Прародитель всего на земле – Брахма. Брахма силой мысли расколол Яйцо на две половины: верхняя стала Небом, а нижняя – Землей. Выдох Брахмы стал, разумеется, воздухом. Через какое-то время ему наскучило быть одному, и из частей своего тела он создал шестерых сыновей – началась человеческая история.

Есть еще множество версий: и японская, и многочисленные скандинавские, африканские и шумерские. Каждый народ придумывал свою, и это было, без сомнения, правильно – фольклор и мифы объединяют, они создают общность, культуру, позволяют эффективно взаимодействовать большим группам людей, считайте, почти неограниченно большим, а еще отделять чужака от своего. Однако каким бы красивым миф ни был, в мире, по разным подсчетам, от 400 до 5 тыс. религий и верований, и каждая объясняет происхождение всего по-своему. Разбираться, какое объяснение в итоге верно, не имеет смысла – как только вы принимаете правильность одной из этих моделей, учитывая их доказательную базу, вы должны принять правильность всех. Только тогда вы будете по-настоящему честны в этом споре, но если все ответы правильны, то это какая-то странная задачка. Мне же кажется более интересным разобраться, как все происходило на самом деле. Разобраться настолько, насколько это возможно с нашим мозгом и имеющимися данными, а не придумывать от 400 до 5 тыс. объяснений, ограниченных лишь фантазией придумывающего.

Если брать во внимание именно теории происхождения жизни, то куда менее фантастические, но более интересные с точки зрения логики предположения мы найдем у древних греков. Вообще, античные философы оставили значительный вклад не только по своей основной специальности, философии, но и по другим разнообразным наукам: физике, геометрии, астрономии, медицине в ее зачаточном состоянии. Античные философы были очень хорошими математиками и пытались понять, каков наш мир, как он работает и устроен. Анаксимандр Милетский и его ученик Пифагор предполагали, что Земля имеет форму шара. Через 200 лет после них Аристотель заявлял о том же, ссылаясь на простой факт: во время лунных затмений тень Земли на Луне всегда круглая. Если бы Земля имела плоскую форму, то на Луну падала бы либо полоса (если Солнце светит прямо на ребро), либо эллипс (если под углом). Такое простое наблюдение, а сколько из него можно сделать выводов. Живший за 200 лет до нашей эры Эратосфен вообще высчитал земной радиус, и у него получилось от 6 тыс. до 8 тыс. км. Причем такая неточность – это уже наша вина. В своих расчетах он пользовался стадиями, и мы не знаем, какими именно. В разных районах Греции один стадий составлял от 150 до 200 современных метров, поэтому цифры настолько разнятся. Но все равно более 2 тыс. лет назад просчитать земной радиус и, если брать в расчет популярный стадий в размере 157,2 м, получить радиус нашей планеты в 6302 км (радиус Земли равен 6371 км) – невообразимо. И просчитал Эратосфен все это с помощью палки, воткнутой в землю. Только вдумайтесь в это! Более 2 тыс. лет назад любой человек мог удостовериться, что Земля круглая, и, более того, высчитать ее радиус с погрешностью менее 100 км с помощью палки. Втыкаете палку в землю, знаете расстояние между двумя городами, смотрите на тень от палки, ловите Солнце в зените – конец. Вам не нужно никаких сказок о диске, слонах на китах и черепахах, крае мира, заговоре властей, пытающихся скрыть от вас правду о реальной форме планеты. Вам ничего этого не нужно, у вас есть величайший на сегодня известный нам инструмент познания – мозг, и вы умеете им пользоваться. Ну и, разумеется, есть палка, куда же без нее.

Демокрит в V веке до н. э. предположил, что вся материя состоит из неделимых единиц – атомов. Перспективное предположение, учитывая, что так и окажется через пару тысяч лет. Эмпедокл предложил концепцию естественного отбора. Его вариация, правда, была достаточно забавна. Он утверждал, что раньше был мир органов: пальчики бегали отдельно от рук, легкие порхали с ветку на ветку, печень пряталась в траве, глаза катались где им вздумается. Затем органы начали сливаться в причудливые формы, химеры, и выжили самые приспособленные из них. Формулировка о выживании наиболее приспособленных – это самая настоящая теория естественного отбора Дарвина, все же остальное – полный бред. Как же так получилось, что еще задолго до нас философы смогли все предугадать? Секрет прост: за небольшим исключением, как это было с Эратосфеном, они ничего не доказывали, ибо доказательство есть низшая форма проверки. Когда мы говорим, что еще древние философы все открыли, мы совершаем логическую ошибку. Не то чтобы греческие философы были гениальными предсказателями – просто было очень много философов, и у них было очень много времени на размышления. Если каждый житель современной Греции предскажет, что будет через тысячу лет, гарантирую, кто-то из них угадает. Не потому, что этот человек – великий предсказатель, нет, просто было много греков и много попыток.

Считалось, что настоящий философ должен дойти до всего силой логики и мысли, а не эксперименты ставить. Так, в частности, случилось с Аристотелем: он заявлял, что скорость падения тел на землю зависит от самой массы тел, и это было постулатом на следующие двадцать веков, пока Галилео Галилей не вздумал это проверить. Он взял мушкетную пулю и пушечное ядро и скинул их с Пизанской башни. К изумлению публики, наблюдавшей этот невообразимый по сложности эксперимент, оба объекта упали на землю почти одновременно, хотя их вес различался в десятки раз. Так был опровергнут постулат, который все воспринимали как разумеющуюся данность со времен Античности. Некоторые считают, что Галилей не делал этого эксперимента, так как в его дневниках он не описан, а подробности можно найти только в биографии ученого, составленной его учеником Винченцо Вивиани. Споры насчет этого до сих пор ведутся, но это не отменяет факта – возьмите два объекта разной массы, скиньте с одной высоты, и они упадут на землю одновременно. Оговоримся: это работает с одной поправкой – на них должно действовать одинаковое сопротивление воздуха, зависящее от многих параметров. Без сомнения, гиря и утиное перо упадут на землю в воздушной среде в разное время. Но это случится не потому, что перо легче, а потому, что перо «пушистее» и более подвержено взаимодействию с воздухом, нежели гиря. Поместите два этих объекта в гигантскую вакуумную камеру, сбросьте с высоты в десяток метров, и вы увидите, что они упадут на пол одинаково быстро. Найдите подобные ролики в Интернете – они завораживают.

Древние греки не смогли объяснить, откуда возникла жизнь, как и люди Средних веков. До эпохи Просвещения была популярна концепция витализма, или жизненной силы, которая пропитывает пространство вокруг и вдувает жизнь в неживую материю. Суть концепции заключалась в том, что, если вы возьмете грязные человеческие рубашки, горсть пшеницы и положите все это дело в темный шкаф на три недели, – можете не сомневаться, из подобных ингредиентов родятся мыши. Из болотного ила рождаются змеи, из тухлого мяса родятся мухи. Даже человека пытались таким образом вырастить с помощью куриного яйца и конского навоза и назвать эту штуку гомункулом. Гомункулов никто не видел, но все знали, что они есть и помогают своим хозяевам по дому и в других начинаниях. Было бы здорово иметь такого помощника или устроить целую ферму мышей при наличии лишь пары грязных рубашек, но итальянский натуралист Франческо Реди опроверг все эти бредни с помощью изящного эксперимента с мухами. Он взял кусок мяса, положил его в горшок и закрыл крышкой. Прошли недели, мясо стухло, и никаких личинок мух не появилось. Если взять такой же горшок, такое же мясо, но не закрывать его, то личинки мух там появятся. Это произойдет не потому, что они там зародились, – просто мухи прилетели и отложили яйца. За этим можно понаблюдать, если вам нечем заняться. Нужно только целый день сидеть и смотреть на горшок с мясом, и точно поймаете этот момент. «Мухи родятся только от мух, как и другое живое существо», – заявил Франческо, тем самым заложив основу наших представлений о современной жизни как феномене. Виталисты же на этом не успокоились: их не устроили результаты такого эксперимента, хотя они могли его повторить и убедиться. Виталисты заявили, что, когда закрываешь горшок крышкой, жизненная сила, проникающая с воздухом, уже не достигает мяса, поэтому и личинки не появляются. Замечательно спорить с оппонентами, которые на ходу могут придумывать новые условия, не так ли? Франческо не растерялся, взял еще горшок, еще мяса и на этот раз закрыл горшок не плотной крышкой, а марлей. Воздух проникал, «витал» проникал, а опарыши не рождались в мясе, поскольку мухи не могли через марлю проникнуть в горшок. Виталисты потерпели поражение в этой схватке, но не в войне, ведь совсем скоро на весь мир прогремит открытие микроорганизмов Антони ван Левенгуком.

Живший в XVII–XVIII веках нидерландский натуралист, микроскопист, суконщик, плейбой и филантроп Антони ван Левенгук открыл миру неведомое раньше измерение – вселенную микроорганизмов. Текстильщики издавна использовали в своей работе простые увеличительные приборы, но Левенгук, движимый своим неукротимым любопытством, усовершенствовал один из них, создав микроскоп, способный достичь увеличения в 500 крат. Оговоримся: о таком микроскопе гласят легенды. Сохранившиеся микроскопы дают увеличение в 250–300 раз, но это все равно гигантское значение, если вспомнить, что допустимое полезное увеличение светового микроскопа в принципе не может быть больше 1500–2000 крат из-за ограничений длин волн видимого света. Над вопросом, каким образом Левенгук достиг такого совершенства линз, ходят споры: то ли он неделями вручную шлифовал их до умопомрачения, то ли нагревал стеклянную нить, которая в результате плавилась, превращалась в шарик, а затем он ее разрезал, и получалась плоско-выпуклая линза. Хотя Антони ван Левенгук не первый изобрел микроскоп, но подобный труд достоин восхищения, как и рвение, с которым он подошел к разглядыванию всего вокруг. Он изучил человеческую кровь, кожу, сперму, глаза и крылья насекомых, коловраток, простейших, дрожжи, бактерии – в общем, все, до чего могли дотянуться его руки. Любой объект он зарисовывал и в какой-то момент начал отправлять рисунки в Лондонское королевское общество. Сперва ему не поверили. Это было сродни заявлению в современном мире, что вы открыли призраков – и мало того что открыли, так вы их еще и начали классифицировать, систематизировать, присылать способы наблюдения за ними и устройство приборов, позволяющих это делать. В общем, бред какой-то. Но рисунков было настолько много, и они были настолько подробные, что к нему прислали делегацию, которая собственноручно убедилась, что его заявления – не плод больной фантазии спятившего текстильщика, а неопровержимый факт. Так появилась наука микробиология, к которой я имею непосредственное отношение.

Какое же отношение имел факт открытия микроорганизмов к возможности самозарождения жизни? Виталисты уже совсем отчаялись после экспериментов с горшками и мухами, но теперь появился новый, ранее неизвестный, простой и вездесущий объект, который уж точно самозарождается, – микробы. Но как доказать, что микробы не возникают самопроизвольно из воздуха? С этой задачей смог справиться Луи Пастер, один из гигантов микробиологии XIX века. Как в физике есть Ньютон, Фарадей, Тесла, Эдисон, Эйнштейн, так и в микробиологии есть ключевые фигуры, кумиры, так сказать: Левенгук, Пастер, Кох, Мечников, Виноградский и другие. Жизнь Пастера была насыщена открытиями: он показал микробиологическую сущность брожения и многих болезней животных и человека, создал научные основы вакцинации, разработал вакцины против сибирской язвы, куриной холеры и бешенства. Его работы в области строения кристаллов и явления поляризации легли в основу стереохимии. Вы найдете имя Пастера на любом жидком пищевом продукте, поскольку почти все они проходят процедуру пастеризации. Пастеризация – это кратковременное нагревание продукта для того, чтобы убить в нем все вегетативные формы микроорганизмов (которые сейчас активны и размножаются). Пастеризация не убивает споры, но, чтобы спора проросла, часто нужно время или воздействие, например нагревание или доступ кислорода. Чтобы убить споры, продукт нужно стерилизовать (обычно это делают кипячением), но при этом теряются как вкусовые качества продукта, так и полезные. Пастеризация представляет собой компромисс между сроком хранения продукта и пользой.

Луи Пастер не просто так разрабатывал разные технологии – обычно это были бизнес-заказы. Он являлся гениальным и жестким управленцем, бескомпромиссным, но с потрясающим предпринимательским чутьем. Когда к нему обратились за помощью французские производители вина, он не упустил свой шанс. Один из основных товаров на экспорт во Франции XIX века – это вино. Впрочем, в современности мало что изменилось. С вином есть проблемы – со временем оно портится и превращается в уксус, а еще «болеет» при длительных транспортировках, поэтому нужен был способ обезопасить вино от таких последствий. Пастер разработал пастеризацию, как бы каламбурно это ни звучало, и до сих пор все вино пастеризуется, что даже улучшает его вкус.

Остается одна проблема – заявления виталистов, что микроорганизмы повсюду самозарождаются. Нет никакого смысла в пастеризации как в методе обеззараживания, если вскоре новые микробы появятся в вине и опять его испортят. Нужно было придумать способ опровергнуть этот фарс раз и навсегда. Пастер сделал это, проведя простой и в то же время гениальный эксперимент. Он взял стеклянную колбу, налил туда дрожжевого экстракта (который по составу похож на мясной бульон), хорошенько прокипятил, а затем, пока бульон горячий, запаял горлышко колбы, чтобы воздух вместе с микробами не попал в бульон. Шли недели, бульон оставался кристально прозрачным, что означало, что микробная жизнь в нем не присутствует. Хитрые виталисты уже знали, что на это ответить: «Луи, мы уже Франческо объясняли, что витал проникает с воздухом! Ты воздух не пустил в колбу, вот и нет микробов». Пастер не растерялся и взял другую колбу, а именно колбу с S-образным горлом. Горло этой колбы похоже на лебединую шею, то есть сперва идет вверх, затем искривляется вниз, чтобы затем снова изогнуться наверх. Таким же образом идут трубы под раковиной, чтобы получился водный замок. Пастер наливал бульон в колбу, кипятил, затем нагревал ее горлышко и горячими щипцами вытягивал его в такую трубку. Такая конструкция позволяет пропускать воздух в бульон с жизненной силой, если она там имеется, а вот микробы оседают на стенках горла и не попадают в бульон. Их, конечно, может задуть в нее с сильным потоком воздуха, но в таких точных экспериментах Патер сквозняков не допускал. Бульон опять стоял прозрачным неограниченное количество времени, что означало, что витал с воздухом никак себя не проявили. После чего Пастер откалывал горлышко колбы или переворачивал ее, чтобы бульон смочил стенки горла с микробами на ней, и в результате бульон благополучно мутнел, пах и подавал все прочие признаки жизни. Так Пастер доказал, что никакой жизненной силы в воздухе нет и даже микробы появляются в этом мире не самопроизвольно, а от материнского микроба. Он даже убедился, что воздух в Альпах чище, чем в Париже: если вы откупорите стерильную колбу с питательным раствором в горах, в нее залетит меньше бактерий, и бульон будет зарастать медленнее, нежели если вы это сделаете на грязных улицах крупного города.

Эксперимент Пастера. 1 – колба с S-образным горлом сохраняет стерильность; 2– горло отколото, стерильность нарушена

Красивый, элегантный эксперимент. Его противники пытались повторить подобное, но у них бульон зарастал при любых обстоятельствах, что наводило на мысль о подлоге Пастера. На самом деле никакого подлога не было – его оппоненты вместо дрожжевого экстракта в качестве потенциальной питательной среды для бактерий брали отвар сена, что приводило к маленькой проблеме. В сене есть сенная палочка, она же Bacillus subtilis, споры которой способны переживать до нескольких часов кипячения, то есть противники Пастера просто недостаточно стерилизовали бульон. Забавно: если бы Пастер повторил эксперимент так, как требовали его оппоненты, то с получением противоречивых результатов опровержение теории о самозарождении могло затянуться. Однако он не стал менять условия эксперимента – у него было достаточно власти и авторитета, чтобы не поддаваться на провокации. Постановление комиссии Академии наук от 20 февраля 1865 года было сформулировано чрезвычайно корректно: Пастер добился заявленных результатов и доказал возможность создания стерильной среды, а его оппоненты – нет. Так с теорией самозарождения жизни при современных условиях было покончено.

Остается самый важный вопрос: как жизнь появилась в те архейские годы? Первое, что нужно для жизни, – органика. С этим нет проблем, как показали еще в середине XX века Стэнли Миллер и Герольд Юри. Они собрали сложную конструкцию, симулирующую атмосферу и другие условия архейской эпохи. В гигантскую колбу накачали разные газы: водород, угарный газ, аммиак, метан, водяной пар – то есть тот самый замечательный воздух архея. Колбу соединили с сосудом с водой, которую нагревали, то есть пар постоянно циркулировал через систему. В качестве источника энергии для возможных реакций в колбу подвели электроды, через которые разрядами подавали электрический ток. Таким образом симулировали постоянно бьющие в океан в ту непростую эпоху молнии. Они сверкали в колбе, и вся органика, если она появлялась, попадала в ловушку с холодной водой, оседая на дне конструкции. Оставшаяся вода возвращалась в нагревательною колбу, и цикл замыкался. В результате вся колба покрывается черной вязкой пленкой органики, в которой есть и липиды, и сахара, и предшественники нуклеиновых кислот, и, главное, аминокислоты. В 1950-х исследователям удалось выявить только пять аминокислот из полученной каши. Сейчас же при перепроверке становится понятно, что их там, оказывается, 22, то есть все кирпичики жизни. Такая же органика возникает и в космосе: поверхности многих метеоритов покрыты пленкой из органики, что делает возможным зарождение жизни и на теплом астероиде, хотя вероятность, что это случилось именно там, крайне мала. Эксперимент Миллера-Юри стал еще одним шагом в познании происхождения жизни.

Первичным источником энергии могли быть не только молнии: солнечная радиация, падение метеоритов, геотермальная энергия также могли работать на этот процесс. Возможно, основное накопление органики происходило на океанических берегах, где вулканическая тепловая энергия кипятила воду, ультрафиолет облучал водяной пар, который поднимался выше, а затем проливался дождем, все более наполняя океан органическими молекулами. Жизнь могла зародиться и в океане, в кипящей кислотной воде, и это не должно нас смущать. Ныне живущие микроорганизмы способны выживать практически в любых условиях при наличии жидкой воды: и в кислотных едких стоках рудников, насыщенных солями тяжелых металлов, и в кипящих озерах рядом с вулканами, и в ледяных толщах Антарктиды. Они вылетают в стратосферу с частицами пыли, где могут находиться достаточно долго, лишь затем, чтобы вернуться на поверхность планеты вместе с дождем. Это, кстати, один из факторов, позволяющих дождю возникнуть. Чтобы капля сконденсировалась в облаке, ей необходима точка кристаллизации, например пылинка. Если пылинки нет, вместо нее может сгодиться и бактерия, оказавшаяся рядом. То есть в современном дожде, идущем над океаном, в каждой капельке может быть по бактерии.

Гигантская часть бактерий находится глубоко в толще Земли и составляет чуть ли не половину всей биомассы нашей планеты. Просто вдумайтесь: половина всей жизни как феномена находится не на поверхности планеты, доступная нашему глазу, а в ее толще. Все растения, грибы, животные, включая нас с вами, – все это биоразнообразие ничтожно по сравнению с тем, что происходит где-то там, внизу. Неисчислимое множество самых разнообразных форм жизни обитает в глубинах, спокойно грызя минералы пород испокон веков, и будут это делать до конца истории. Земная кора пропитана жизнью – настолько вездесущим оказался первый организм, возникший несколько миллиардов лет назад.

Все-таки жизнь где-то возникла – мы можем говорить об этом с полной уверенностью, поскольку мы живем. Где это случилось – вопрос сложный. Может быть, это были насыщенные солями минеральные воды гейзеров. Возможно, это были места в глубинах океана в области черных курильщиков – там, где горячая вода под давлением выходит из-под толщи коры, неся с собой почти всю таблицу Менделеева, и первичным источником энергии служит температура недр планеты и химические соединения. Может, жизнь возникла и не в океане вовсе, а в мелком наземном водоеме с преобладанием ионов K⁺ или даже в грязевых вулканах. Исследователи не дремлют, поиски следов первой жизни продолжаются, как и эксперименты по созданию той самой жизни. Недолог срок, в какой-нибудь лаборатории удастся создать первую полностью искусственную клетку и, более того, сделать это в условиях, приближенных к реалиям тех времен. Поживем – увидим, а пока существует масса теорий вплоть до экзотических типа панспермии.

Теория панспермии предполагает, что жизнь возникла где-то за пределами нашей планеты и затем была занесена на нее либо случайно, либо специально. Органики в космосе очень много, она образуется и на астероидах, и на спутниках планет нашей Солнечной системы, и на самих планетах. Бактерии в виде спор могут выживать в условиях космического вакуума, если будут в тени, защищенные от испепеляющего излучения. Как бы ни была романтична теория, в которой жизнь заносится случайным метеоритом, она не объясняет самой сути – при каких именно процессах жизнь зародилась в космосе или на другой планете, после чего ее разорвало, и ошметки с семенами жизни долетели до нас. Лично мне более вероятным представляется вариант с зарождением жизни именно у нас дома. Все-таки все условия для этого были, а занести жизнь на другие планеты – уже наша задача. Впрочем, если вдруг какой-нибудь наш аппарат спустится на чужую стерильную планету, споры бактерий на его оболочке попадут в свободную для них почву, миллиарды лет будут эволюционировать и дадут разумных существ – эти существа будут думать точно так же, как и мы, что куда вероятнее вариант, при котором жизнь возникла изначально на их планете, а не была занесена древней высшей расой. И все же приятно думать, что мы сами справились.

Где именно накопленные органические молекулы организовали первый протоорганизм, до сих пор остается загадкой. Оно и неудивительно: мы имеем дело с процессами, происходившими очень давно, и точно сказать, как было на самом деле, мы не можем и не сможем. Единственный способ узнать, как именно все было, – это построить машину времени и увидеть произошедшее собственными глазами, но, к сожалению, это невозможно. Время неумолимо течет вперед, и все, что вы можете с ним сделать, – либо замедлить, либо ускорить. Симулировать прошлое вы тоже не можете, для этого вам придется поместить каждый атом мироздания на то место, на котором он находился тогда, – чересчур сложная задача.

Единственный способ напрямую заглянуть в прошлое – построить машину, способную перемещать вас в пространстве мгновенно, то есть разрывать ткань пространства-времени и переносить вас в нужную точку с абсолютной скоростью. Простым языком – портал. И переместиться на расстояние в 4 млрд световых лет от нашей планеты, взглянуть в телескоп и посмотреть на свет, только дошедший до точки, в которой вы сейчас находитесь. К сожалению, взять пробирку с пробой воды вы в такой ситуации не сможете, но пофилософствовать, глядя на бледное пятнышко в бескрайнем космосе, – пожалуйста. Возможно, где-то сейчас есть существа, смотрящие в тот самый телескоп и видящие нашу планету, на которой пока ничего нет, кроме воды и накопленных в каком-то месте органических молекул, вот-вот готовых стать жизнью. Если их технологии позволяют ее разглядеть, конечно, потому что на таком расстоянии это затруднительно. Если говорить о дальности обнаружения, то мы в данный момент способны регистрировать несверхновые звезды, удаленные от нас вплоть до 9 млрд световых лет, например голубой гигант Икар. Свет этой звезды был искривлен и усилен гравитацией скоплением галактик MACS J1149+2223 (оно находится на расстоянии в 5 млрд световых лет), словно линзой, и послан в нашу сторону. С планетами все сложнее.

Максимально удаленная обнаруженная на данный момент экзопланета находится на расстоянии 27 710 световых лет от нас. По сравнению со звездами, галактиками и пульсарами не очень впечатляет. Планеты намного тусклее, чем звезды, и светятся только благодаря отражению света материнского светила. Мы их обнаруживаем в основном не по их собственному свету, а по потускнению звезды, если планета проходит между нами и этой звездой. Если вдруг звезда теряет в светимости на доли процента, это означает, что часть ее света чем-то поглощается, и зачастую это будет планета на ее орбите. По периодичности поглощения и по степени этого поглощения мы можем высчитать диаметр планеты и радиус ее орбиты. Более того, по свету звезды, прошедшему через атмосферу планеты, мы можем судить о составе той самой атмосферы. По той же причине мы можем рассуждать о массе планеты, поскольку, когда планета крутится вокруг звезды, она ее притягивает. Звучит странно, но, когда планета крутится вокруг звезды, звезда также вертится вокруг планеты, просто масса звезды намного больше, и мы этого не замечаем. Точка их суммарного вращения находится на небольшом расстоянии от центра звезды, поэтому она будет колебаться. По этому колебанию мы и можем высчитать, во-первых, что вокруг звезды что-то вертится и, во-вторых, какой массой это что-то обладает. Примерно, разумеется.

Остается главный вопрос – что собой представляла первая жизнь? Что было первичным: обмен веществ и энергии, к которому в дальнейшем подключилась информация в виде молекул РНК (рибонуклеиновой кислоты) и ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), либо же наоборот? Теории, основывающиеся на возникновении жизни в черных курильщиках или грязевых вулканах, предполагают первый вариант. Концепция «железо-серного мира» гласит, что сперва были циклические процессы, основанные на соединениях серы и железа для получения энергии. Вариация в виде «цинкового мира» рассматривает грязевые вулканы как колыбель биологии, где катализаторами химических реакций были сульфид цинка (ZnS) и сероводород (H₂S), а энергия для реакций поступала из ультрафиолетового излучения. В пользу гипотезы цинкового мира также говорит тот факт, что в известных РНК-структурах встречается цинк и марганец, ведущий себя подобно цинку, а железо отсутствует. Многие рибозимы, то есть РНК, обладающие каталитическим действием, для своей работы требуют ионов металлов, а именно магния, цинка и марганца, а железа – нет. Возможно, когда-то в грязевом вулкане, обогащенном калием, фосфором, ионами цинка и марганца, где всегда тепло и уютно, где есть пористые минералы, в которые можно забраться и спокойно развиваться, появился первый живой организм.

Первые молекулы информации, РНК, постоянно попадали под ультрафиолетовое излучение Солнца, и среди них происходил естественный отбор по способности противостоять этому разрушительному влиянию света. Чем вы больше и крепче, чем меньше у вас проблем с хиральностью (это когда ваша молекула имеет зеркального брата), чем сложнее ваша структура, тем больше у вас шансов выжить. Осталась последняя маленькая проблема – научиться копировать самих себя и ускорять это копирование, с чем, судя по всему, крохотные молекулы справились. Начинается мир РНК.

Сперва поясню, что такое РНК и зачем она нужна. Представьте, что живая клетка – это крупный промышленный завод. Завод обязательно должен располагаться на определенной ограниченной территории. У клетки тоже есть такое ограничение, своеобразный забор – мембрана. Мембрана может быть окружена разными слоями в зависимости от того, насколько прочный и высокий забор вашему заводу нужен, но в любом случае мембрана есть. Внутри клетки имеются многочисленные структуры, ответственные за определенные функции. Если мы говорим о клетке с ядром, то есть об эукариоте (например, о нас с вами), то у нее есть различные органеллы. Митохондрия словно электростанция обеспечивает нашу клетку энергией, лизосомы похожи на столовые, эндоплазматический ретикулум работает как сборочный конвейер для товаров, аппарат Гольджи схож с цехом упаковки. Центром управления заводом будет ядро – там хранится вся информация о работе всего сложного сооружения.

Рабочие руки на нашем импровизированном заводе – белки. Белки ускоряют реакции и делают это благодаря своей форме, своей структуре. Представьте, что на завод попадает новая партия сырья и срочно нужны новые руки для разгребания неожиданно свалившегося счастья. Клетка не может дать объявление о найме новых работников, она должна все делать сама, и для этого у нее есть специалисты – рибосомы. Рибосома готова сделать нового работника, лишь бы у нее была информация о нем: сколько рук, ног, насколько он пузатый и какого цвета кепка на его голове. Представим, что бригадир-рибосома отправляет запрос в командный центр, мол, срочно дайте инструкцию для изготовления новых работников. Боссы в ядре вам так просто информацию не дадут. Информация хранится в виде ДНК – устойчивой сложной структуры, и чаще всего – в единственном числе. Оригинал инструкции о новом работнике вы бригадиру не дадите, мало ли что он с ним сделает: потеряет, порвет, испачкает, пропьет, в конце концов. Нельзя, не положено. Зато можно сделать недолговечную копию на дешевой бумаге – в нашем случае это будет молекула РНК – и послать нетерпеливой рибосоме. РНК через какое-то время сама разрушится или ей в этом помогут, ее не жалко. Рибосома захватит ее, считает информацию, сделает новые белки, сырье будет переработано, а драгоценная ДНК останется в безопасности. Фишка в том, что молекула РНК может быть не только информацией – она сама может стать и бригадиром, и работником. Такие молекулы называются «рибозимы» – РНК, обладающие ферментативной активностью. Мало того, что они могут выполнять простые функции вместо белков, они еще и способны копировать сами себя. То есть и хранить информацию, и ускорять собственный же синтез.

С рибозимами интересно ставить занимательные эксперименты. Если вы возьмете пробирку с рибозимами, обладающими способностью к самокопированию, и будете потихоньку добавлять ядовитое для них вещество (бромистый этидий), то они начнут к нему адаптироваться. Все молекулы чуть-чуть разные, копирование часто происходит с ошибками, и в этой неидеальности копирования скрыта сила всей нам известной жизни – сила изменчивости. В нашем эксперименте молекулы начнут пытаться копировать сами себя, при этом им мешает яд, но есть некоторые из них, кому этот яд мешает чуть меньше. Это происходит из-за того, что во время рождения они словили мутацию, чуть-чуть изменившую их структуру. Пока все делятся медленно, они делятся быстрее и быстрее заполняют свободное пространство. Перенесем небольшой объем среды пробирки из первой пробирки в новую, со свежей средой. Опять добавим немного бромистого этидия и понаблюдаем. Цикл приспособленности пойдет на новый виток, и так можно делать до посинения, пока у вас не останутся абсолютно устойчивые к яду молекулы. Они эволюционировали.

Если вы упростите эксперимент, уберете яд и просто будете наблюдать, как молекулы борются за выживание, вы поразитесь. Исследователи из Института Скриппса в Калифорнии смоделировали цикличные условия, где есть ограниченные ресурсы для построения молекул, они постепенно расходуются, а затем новые ресурсы появляются извне для поддержания гонки вооружений, и оставили молекулы сражаться на три дня. За трое суток некоторые молекулы смогли словить 11 мутаций, которые повысили их каталитическую активность в 90 раз! В 90 раз они ускорили собственный рост, пытаясь выжить в этом мире и как можно быстрее заполнить пространство вокруг. На ранних этапах жизни, возможно, происходили именно эти события. В циклических условиях, где периодически заканчивались ресурсы и затем появлялись вновь, где главенствуют суровые законы «размножайся или исчезнешь», где были компоненты для построения собственной молекулы – первые РНК начали процесс эволюции, длящийся до сих пор. Со временем они отдали заботу о хранении информации более стабильной молекуле ДНК, заботу об ускорении реакций белкам, а сами остались посредником между двумя этими процессами. Пористые породы, возможно, подарили им первый уютный домик и помогли облачиться в жировую мембрану. Так началась эра живой планеты.

Эти далекие процессы наводят на интересные мысли, отлично сформулированные профессором Ричардом Докинзом в его бестселлере «Эгоистичный ген». Жизнь на нашей планете, судя по всему, зародилась единожды. Все существа в мире, которых мы до сих пор открывали, – все они функционируют благодаря молекуле информации, ДНК (кроме РНК-содержащих вирусов, но вирусы юридически не живые). Собственно, любой живой организм – это проявление ДНК в этом мире. Вы родились человеком, потому что внутри вас есть гены человека, несущие информацию о вашей структуре и функциях. Кошечке повезло родиться с генами кошечек, а рыбке – с генами рыбок. В каждой клетке есть информация о том, кто она такая и что ей нужно делать. По сути, вся жизнь есть форма существования тех самых первых молекул РНК, а затем и ДНК, боровшихся за место под солнцем. Вся жизнь едина в своем проявлении, все связаны родственными узами с той самой первой реплицирующейся молекулой. У жизни как таковой нет цели и смысла, просто так устроено наше мироздание, что остаются в истории те, кто может приспособиться и дать продолжение. У той молекулы не было никакого смысла делиться, она не обладала разумом или чем-то в этом роде, нет, просто так получилось. У нее не имелось целей, она просто могла копировать себя, это было ее свойство, так же как плюс обладает свойством притягивать минус. Теперь наша планета пропитана жизнью, жизнь вросла в нее неискоренимо. Где бы вы ни оказались, вы везде найдете отголоски того самого первого процесса, начавшегося где-то в теплом местечке около 4 млрд лет назад. Коснитесь дерева, котика, бабочки, кого угодно и почувствуйте, что вы связаны единым давним процессом развития и изменения. Не стоит думать, что мы являемся вершиной природы, нет, мы лишь одно из бесчисленных проявлений тех самых генов, прятавшихся от солнечного ультрафиолета в порах горных пород. Ощутите радость, что вам удалось поучаствовать в столь древнем и прекрасном процессе и, более того, быть способным осознавать его. Пусть это знание помогает вам во времена тоски и одиночества. Вы никому ничего не должны, в вашем появлении на этот свет не было глобального смысла, так же, как не будет глобальных потрясений, когда вы покинете его. Вам просто выпал шанс родиться в теле существа, способного не только искать пропитание для поддержания своих генов, а еще размножаться для копирования тех самых генов – способного на большее. Пусть это смысла не имеет, но вы способны любить, творить, познавать – наш мир прекрасен, и возможности вашего проявления в нем настолько многообразны, насколько это допустимо, тем более по сравнению с другими обитателями планеты. И всегда помните, что мы – часть целого в абсолютно физическом понимании этого выражения. Пусть это знание согревает вас в трудные минуты.

От первых организмов мало что осталось, и это неудивительно – все-таки мы говорим о мельчайших созданиях, живших 4 млрд лет назад. Возможно, изначальным источником энергии для своей жизнедеятельности они выбрали химические реакции с минералами, но достаточно быстро осознали, что гигантский источник энергии висит прямо над головой – Солнце. Вероятно, фотосинтез придумали археи (похожие на бактерии организмы с отличной от них биохимией), причем фотосинтез бесхлорофильный. При нем не происходит фиксации углекислого газа из атмосферы, зато можно консервировать солнечную энергию в виде энергии химических связей молекул АТФ (аденозинтрифосфат, молекула-батарейка). Затем появились зеленые, пурпурные бактерии и другие группы бактерий, способные осуществлять аноксигенный фотосинтез – без выделения кислорода. Самыми продуктивными с точки зрения получения энергии от солнца стали цианобактерии, способные использовать привычный нам оксигенный фотосинтез. Они размножались, поглощая солнечный свет и переводя его в компоненты собственных клеток, и образовывали так называемые цианобактериальные маты.

Цианобактериальные маты – образования, представляющие собой сложные слоистые конструкции, в которых каждый слой отвечает за свои функции. Верхний слой фотосинтезирует, находится в кислородной среде, копит энергию и активно делится. Промежуточные слои также пытаются поймать немного света, что остался после верхнего слоя, а еще перерабатывают отмирающую органику верхних отделов. Промежуточный слой постоянно адаптируется: днем он находится в кислородной среде, солнечный свет позволяет фотосинтезировать и выделять кислород, ночью же наступает бескислородное время, и пора переключаться на альтернативные источники энергии. Нижний слой всегда находится в бескислородной среде и перерабатывает то, что на него сыплется сверху. По мере роста цианобактериального мата он прессуется под собственным весом и постепенно минерализуется, навеки оставляя после себя скелет – строматолит. Самые древние на сегодня известные строматолиты имеют возраст в 3,7–3,8 млрд лет. Сейчас невозможно точно сказать, когда именно появилась жизнь: 3,8 или 4 млрд лет назад, а может, и все 4,4 млрд лет назад, то есть через 150 млн лет после рождения планеты, но одно мы знаем точно: от рождения планеты прошло совсем немного времени, а на ней уже начала бурлить жизнь. В любом случае менее 1 млрд лет понадобилось заурядному каменному шарику, вращающемуся вокруг заурядной звезды, чтобы создать жизнь на своей поверхности.

Интересно, много ли таких случаев было во Вселенной? Лично я считаю, что где-то там есть жизнь, и даже не одна. Неизвестно, построена ли она на углероде, или же это экзотические вариации кремния, а может, еще есть принципы, до которых мы пока не додумались, но, как только увидим, сразу ударим ладонью по лбу и скажем: «Ну конечно!» Вселенная настолько большая, что категорично заявлять: жизнь есть только на нашей крохотной планетке – эгоцентрично. Если вы выйдете из дома в безлунную ночь, на небе не будет ни облачка, вам не станет мешать свет близлежащих городов. Более того, если вы будете стоять на вершине горы и смотреть на небо, то увидите около 3 тыс. звезд. Если вас спросит ребенок, сколько звезд на небе, не надо говорить глупости вроде «несчетное количество». Это количество вполне подсчитываемо. Находясь в городе, на небе вы увидите не более 200 звезд из-за светового загрязнения. Все звезды, видимые невооруженным глазом, находятся от нас на расстоянии не более 17 тыс. световых лет. Диаметр галактики Млечный Путь, в который мы и находимся, составляет 105 тыс. световых лет. При идеальных условиях посмотрите на звездное небо, и вы увидите не более 1/6 пространства нашей галактики. Тем временем галактик два триллиона, по последним оценкам. Два триллиона! Весь «бескрайний космос звездного неба» – лишь пара тысяч звезд, и то в лучшем случае, обычно мы видим штук 200 и даже этому удивляемся. Я убежден, во Вселенной есть жизнь помимо нашей, и ее много, просто космос настолько велик, что мы не можем ее обнаружить. Пока, разумеется.

Завершаем тему с первой жизнью. Строматолиты – самые древние органические сооружения. Вы можете приехать в Австралию и полюбоваться ими, они выглядят как каменные грибы, торчащие из воды на мелководье. Как же мы поступаем с такими артефактами древности? Вы не поверите, но мы делаем из них блестящие шары. Строматолит – хорошо полируемый материал с необычной слоистой текстурой, поэтому если вы видите в сувенирном или ювелирном магазине красивый блестящий шарик на деревянной подставке – скорее всего, это он. Древние бактерии, давшие нам жизнь, начавшие вырабатывать кислород, которым мы дышим до сих пор, изменившие в итоге облик планеты до неузнаваемости, теперь стоят на наших полках в виде шариков на подставке, потому что мы считаем это прикольным. Без сомнения, мы необычные создания.

Когда идет речь об изменении облика планеты, говорится в прямом смысле. Цианобактерии научились вырабатывать кислород во время своей жизнедеятельности, а кислород – крайне реакционно-активное вещество. Выделяемый из толщ цианобактериальных матов, он начал окислять все вокруг, и в первую очередь минералы. Углекислый газ атмосферы шел на питание цианобактерий, они выделяли кислород, а чем меньше углекислого газа, тем меньше парниковый эффект. Угарный газ окислялся кислородом до углекислого и тоже шел на ужин цианобактериям. Метан также окислялся кислородом до углекислого газа и поглощался цианобактериями. Это приводило к еще большему антипарниковому эффекту. Кислород, накапливаясь в воздухе, поднимался все выше, пока не доходил до стратосферы, где под действием ультрафиолета звезды превращался в озон (O₂→ O₃). Планета была абсолютно не готова к тому, что к возрасту в 2 млрд лет в ее атмосфере накопится более 1 % кислорода и ее облик вновь начнет меняться. Кислород ускоряет выветривание горных пород, приводя к коррозии, и разрушает железосодержащие породы, превращая их в нечто ржаво-красное. Земля сменила свою окраску с темно-серой на ярко-красный цвет ржавчины и, как мы увидим в дальнейшем, большую часть своей истории представляла собой смесь синего океана с красной марсианской коркой. Правда, в отличие от современного Марса на ней было куда больше контрастов: белые облака странствовали в атмосфере, красная почва заканчивалась зелеными и бурыми водорослями на берегах водоемов, в недрах появилась большая часть известных 4500 минералов. Вдохните поглубже, и вы насытите свое тело живительным кислородом, тем самым, что начал копиться 2,5 млрд лет назад. Сядьте на песчаном пляже, и под вами будут сотни тонн кислорода, выделившегося в те далекие времена. Песок под вами представляет собой оксид кремния, SiO₂, и на один атом кремния приходится по два атома кислорода. Наша планета на треть состоит из кислорода, она пропитана кислородом – крайне едким соединением, позволяющим земной фауне активно жить.

Кто бы мог подумать, что, вдыхая каждые несколько секунд воздух, мы обновляем свое тело газом, выделенным теми созданиями, кто в итоге стал блестящим полированным шариком, стоящим у кого-то на полке в гостиной. Организмам пришлось приспособиться к такому количеству кислорода. Теперь в большинстве клеток работают многочисленные ферменты, направленные на уничтожение лишнего опасного кислорода и его разнообразных активных форм. Популярные сегодня антиоксиданты работают как раз на нейтрализацию подобных соединений. Некоторые организмы решили не делать такую защиту и остались там, где кислороду нет места: в глубинах океана, толще ила, на дне болот, в кипящих гейзерах. Для них свободный кислород смертельно опасен, и называются они анаэробы, то есть бескислородные. А тем временем планета вступает в свой самый долгий период, протерозой, и занимается она этим, когда крохотные бактерии, решившие не прятаться от кислорода, делают свой первый вдох.

Снежный шар

На отметке в 2,4 млрд лет назад произошла кислородная катастрофа. До сих пор всеми любимый кислород окислял все подряд и уносил с собой в виде осадка большинство химических соединений. Железо в океане почти 1,5 млрд лет поглощало большую часть кислорода, оседая в виде форм оксида железа, а именно магнетита (FeO•Fe₂O₃) и гематита (Fe₂O₃). Когда железо полностью осело, кислород начал копиться в атмосфере и проявлять свои агрессивные свойства. До сих пор существовавшая жизнь была на развилке трех дорог: приспособиться к кислороду, сбежать от него либо безвестно погибнуть. В любом случае туго пришлось всем, так как температура на планете начала стремительно снижаться, несмотря на все более активное Солнце. Набирает силу антипарниковый эффект, что приводит к крайне необычному явлению – снегопаду. Приходит Гуронское оледенение.

Согласно современным данным, протерозой начался с массового похолодания. Гуронским это оледенение назвали в честь озера Гурон в южной части Канады, где обнажившиеся горные породы раскрывают события тех морозных времен. Пласты породы, насыщенные гематитом, пришли на смену осадочным толщам пирита (FeS₂), копившимся в условиях бескислородной среды, а между этими пластами залегает слой ледниковых отложений. Похолодание длилось около 300 млн лет, затем планета немного оттаяла. Подобные похолодания и потепления будут еще не раз, но в конце протерозоя планета вновь вернется в статус гигантской морозилки. Об «Антарктиде» на территории в�

Скачать книгу

Главный редактор Рамиль Фасхутдинов

Ответственный редактор Мелине Ананян

Научные редакторы Алексей Бондарев, Артем Конышев, Дмитрий Побединский

Младший редактор Юлия Клюшина

Корректоры Екатерина Комарова, Римма Болдинова, Алена Гладкова

Художественное оформлении Ольги Сапожниковой

Серия «Подпишись на науку. Книги российских популяризаторов науки»

* * *

Введение

Часть 1
Этот Древний мир

В начале было… ничего

Один лишь свет

Возвращаемся к растущей Вселенной. Точка продолжает расширяться, с момента ее появления прошла одна триллионная секунды. В это эпоху есть лишь свет, а именно фотоны. Во Вселенной было настолько горячо, что фотоны, являясь волной и частицей одновременно, могли свободно превращаться в пары частиц вещества и антивещества, чтобы затем схлопнуться обратно в фотон. В принципе мы все являемся законсервированной энергией того первозданного начала, поскольку вещество и энергия есть по сути две стороны одной медали. Знаменитое уравнение Эйнштейна E = mc², где m – это масса объекта, а c – скорость света, показывает, сколько этой энергии в веществе есть, если его полностью пустить на энергию. У каждой частицы в мире может быть ее двойник, античастица. У кварков (слагающих протоны и нейтроны) и лептонов (например, электронов и нейтрино) есть соответственно антикварки и антилептоны[2]. Для электрона, заряженного отрицательно, есть положительно заряженная противоположность – позитрон. Бозоны же – это частицы, обеспечивающие взаимодействие других частиц. Например, фотон – как раз такая частица.

Звездная кузница

Упрощенная схема термоядерного синтеза внутри звезды

Чуть-чуть истории, чтобы понимать, с чем мы имеем дело. Специалисты предположили существование нейтрино еще в 1930 году, когда озаботились проблемой радиоактивного распада. В 1914 году Джеймс Чедвик обнаружил, что во время бета-распада, то есть потери атомом одного электрона, все потерянные электроны имеют разную энергию. А этого быть не должно, если работает закон сохранения энергии, – электроны должны вылетать одинаковой энергии, если только у них кто-то эту энергию не забирает. Для спасения закона сохранения энергии Вольфгангом Паули была предложена новая частица, которая играла бы роль воришки в этом процессе. Так было впервые предсказано существование новой, неизвестной ранее скромной частицы.

«…я предпринял отчаянную попытку спасти “обменную статистику” и закон сохранения энергии. Именно – имеется возможность того, что в ядрах существуют электрически нейтральные частицы, которые я буду называть “нейтронами” и которые обладают спином 1/2… Непрерывный β-спектр тогда стал бы понятным, если предположить, что при β-распаде вместе с электроном испускается еще и “нейтрон” – таким образом, что сумма энергий “нейтрона” и электрона остается постоянной.
Я признаю, что такой выход может показаться на первый взгляд маловероятным… Однако, не рискнув, не выиграешь».

1 Здесь и далее я буду говорить именно о наблюдаемой Вселенной. Кто знает, что находится за наблюдаемыми нами пределами. Чтобы не повторяться, далее опускаю слово «наблюдаемая», но о нем всегда стоит помнить.

2 Кстати, кварки и лептоны называются вместе фермионами и выполняют роль кирпичиков, из которых состоит все, что мы наблюдаем.

Скачать книгу

Научное мировоззрение изменит вашу жизнь. Почему мы изучаем Вселенную и как это помогает нам понять самих себя? бесплатное чтение

Евгений Плисов Научное мировоззрение изменит вашу жизнь Почему мы изучаем Вселенную и как это помогает нам понять самих себя?

* * *

Введение

Часть 1 Этот Древний мир

В начале было… ничего

Один лишь свет

Звездная кузница

Безопасное место

Добро пожаловать домой

Первый дождь

Оно живое!

Снежный шар

Введение

Часть 1Этот Древний мир

В начале было… ничего

Один лишь свет

Звездная кузница

Евгений Плисов
Научное мировоззрение изменит вашу жизнь
Почему мы изучаем Вселенную и как это помогает нам понять самих себя?

Часть 1
Этот Древний мир

Часть 1
Этот Древний мир