До конца времен. Сознание, материя и поиск смысла в меняющейся Вселенной - Брайан Грин

Так родилось Солнце.

В следующие несколько миллионов лет обломки, оставшиеся от формирования Солнца и суммарно составлявшие всего лишь несколько десятых долей процента от первоначального вращающегося диска, образовали множество гравитационных «снежных комьев» и соединились затем в планеты Солнечной системы. Более легкие и летучие вещества (такие как водород и гелий, а также метан, аммиак и вода, которые были бы разрушены интенсивным излучением Солнца) аккумулировались преимущественно в более прохладных внешних областях Солнечной системы, где образовали газовые гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Более тяжелые и устойчивые компоненты (такие как железо, никель и алюминий, способные лучше противостоять более горячей среде ближе к Солнцу) соединились в менее крупные силикатные, то есть каменные, внутренние планеты — Меркурий, Венеру, Землю и Марс. Будучи куда меньше и легче Солнца, планеты способны удерживать собственный скромный вес за счет изначально свойственного их атомам сопротивления сжатию. Температура ядра и давление внутри планет поднялись, но нигде даже близко не подошли к уровню, необходимому для запуска ядерного синтеза, в результате чего на планетах возникла относительно умеренная среда, за которую жизнь — наверняка наша форма жизни и, возможно, вся жизнь во Вселенной — должна быть Вселенной очень и очень благодарна.

Юная Земля

Первые полмиллиарда лет существования Земли называют гадейским эоном16 в честь греческого бога подземного царства, ассоциируя Аида (Гадеса) с адской эпохой беснующихся вулканов, потоков расплавленных горных пород и густых токсичных паров серы и цианида. Но теперь некоторые ученые подозревают, что в качестве законодателя мод для юной Земли Посейдон, вполне возможно, подошел бы лучше. Аргументом в пользу этого радикального и пока довольно спорного пересмотра служат всего лишь крохотные пылинки. Хотя образцов горных пород с тех давних времен у нас нет, исследователи сумели распознать древние прозрачные пылинки — цирконовые кристаллы, которые сформировались, когда расплавленная лава юной Земли остыла и затвердела. Цирконовые кристаллы, как выясняется, играют решающую роль в понимании раннего развития Земли, потому что они не только практически неуничтожимы и способны выдержать миллиарды лет геологических пертурбаций, но и работают как миниатюрные капсулы времени. При формировании цирконовые кристаллы захватывают из окружающей среды образцы молекул, которые мы можем датировать стандартным методом по радиоактивным изотопам. Тщательный анализ посторонних примесей в цирконовых кристаллах позволяет представить условия на архаичной Земле.

В Западной Австралии обнаружены цирконовые кристаллы, возраст которых составляет 4,4 млрд лет, всего на пару сотен миллионов лет меньше возраста самой Земли и Солнечной системы. Проанализировав подробно их состав, исследователи высказали предположение, что условия в этой немыслимой древности, возможно, были намного более умеренными, чем считалось ранее. Вполне возможно, что ранняя Земля представляла собой относительно спокойный водный мир, где небольшие участки суши усеивали в основном покрытую океаном поверхность17.

Все это ни в коем случае не означает, что история Земли была совершенно лишена драматических и яростных моментов. Примерно через 50-100 млн лет после рождения Земля, скорее всего, столкнулась с планетой размером с Марс, которую мы называем Тейя; подобное столкновение должно было испарить земную кору, уничтожить Тейю и выбросить облако пыли и газа на тысячи километров в космос. Со временем этому облаку предстояло сжаться под действием гравитации и образовать Луну — один из крупнейших спутников планет в Солнечной системе и еженощное напоминание об этой неистовой встрече. Еще одно напоминание о ней — времена года. У нас жаркое лето и холодная зима потому, что из-за наклона оси вращения угол падения солнечного света на Землю меняется; лето — это период более прямого падения лучей, а зима — косого падения. А вероятная причина наклона Земли — столкновение с Тейей. Кроме того, хотя, конечно, эти события не были столь впечатляющими, и Земля, и Луна переживали периоды серьезной бомбардировки не такими большими метеоритами. На Луне нет ветров, вызывающих эрозию, поэтому ее неподвижная кора сохранила эти шрамы, но на самом деле бомбардировка Земли, не так заметная сегодня, была не менее суровой. Возможно, некоторые ранние столкновения частично или даже полностью испаряли всю воду на поверхности Земли. Несмотря на это, «цирконовый архив» свидетельствует о том, что за несколько сотен миллионов лет после образования Земля, скорее всего, остыла в достаточной степени, чтобы атмосферный пар выпал на поверхность дождями, наполнил океаны и образовал ландшафт, который не так уж сильно отличается от той Земли, что мы знаем сегодня. Таков по крайней мере один из выводов, основанных на изучении этих кристаллов.

Время, которое потребовалось, чтобы Земля остыла и покрылась большим количеством воды (сотни миллионов лет или намного больше), служит предметом нескончаемых споров, поскольку это имеет непосредственное отношение к вопросу о том, в какой момент геологической истории Земли на ней впервые появилась жизнь. Утверждение, что где жидкая вода — там жизнь, было бы слишком сильным, но мы можем сказать с достаточной долей уверенности, что там, где нет жидкой воды, нет и жизни — по крайней мере, такой жизни, с которой мы знакомы.

Давайте разберемся почему.

Жизнь, квантовая физика и вода

Вода входит в число самых знакомых нам и при этом наиболее значимых веществ в природе. Ее молекулярная формула H2O стала для химии тем, чем эйнштейновская формула E = mc2 является для физики, — самой знаменитой формулой в соответствующей области науки. Отталкиваясь от этой формулы, мы получили представление об отличительных свойствах воды и выработали кое-какие ключевые идеи по выполнению программы Шредингера по изучению жизни на уровне физики и химии.

К середине 1920-х гг. многие ведущие физики мира почувствовали, что общепринятый порядок оказался на грани радикальных перемен. Ньютоновы идеи, предсказательные возможности которых в отношении движения планет по орбитам и летающих камней столетиями задавали золотой стандарт точности в физике, отказывались служить, когда речь заходила о крохотных частицах, таких как электроны. По мере того как из микромира поступали новые странные факты, спокойные воды Ньютоновых представлений становились все менее надежными. Уже вскоре физикам пришлось изо всех сил бороться, чтобы только оставаться на плаву. Жалоба Вернера Г ейзенберга, которую он пробормотал про себя, когда бесцельно гулял по пустому парку в Копенгагене после тяжелой ночи интенсивных расчетов в компании Нильса Бора, хорошо описывает ситуацию: «… действительно ли природа может быть такой абсурдной, какой она предстает перед нами в этих атомных экспериментах?» 18Ответ — решительное «да» — пришел в 1926 г. от скромного немецкого физика Макса Борна, который, чтобы преодолеть концептуальный затор, ввел принципиально новую квантовую парадигму. Он заявил, что электрон (или любую другую частицу) можно описать только в терминах вероятности того, что она будет обнаружена в какой-то заданной точке. В одно мгновение знакомый Ньютонов мир, в котором объекты всегда занимают определенное положение, уступил квантовой реальности, в которой частица может быть здесь, или там, или еще где-то. И вместо того чтобы все испортить, неопределенность, свойственная вероятностной схеме, вскрыла одно неотъемлемое свойство квантовой реальности, которое долгое время не замечала глубокая, но очевидным образом грубоватая теория Ньютона. Ньютон основывал свои уравнения на мире, который видел вокруг. Мы же через пару сотен лет узнали, что за пределами нашего хрупкого человеческого восприятия существует иная, неожиданная реальность.