Физика и жизнь. Законы природы: от кухни до космоса - Элен Черски

Размышляя над тем, что представляет собой жизнь на Земле, не перестаешь удивляться отсутствию единого определения того, что же это такое. Когда мы видим то или иное проявление жизни, мы это понимаем, но живой мир всегда готов предъявить нам какое-либо исключение из любого простого правила. Одно из определений гласит, что жизнь – это поддержание неравновесного состояния и использование этой ситуации для строительства сложных молекулярных фабрик, способных воспроизводить себя и развиваться. Жизнь – это то, что может управлять скоростью прохождения энергии по соответствующей системе, манипулируя этим потоком для самоподдержания. Ничто из пребывающего в равновесии не может быть живым. А это означает, что концепция неравновесности фундаментальна для двух величайших загадок нашего времени. Как зародилась жизнь? И есть ли она еще где-либо во Вселенной?

В настоящее время ученые полагают, что жизнь могла зародиться в морских расселинах 3,7 миллиарда лет тому назад. Внутри расселин находилась теплая щелочная вода. Снаружи океанская вода была более холодной и слабокислой. Когда они смешивались между собой на поверхности расселины, достигалось состояние равновесия. Складывается впечатление, что ранняя форма жизни, возможно, зародилась, остановившись на середине пути к равновесию и исполняя роль привратника. Поток в сторону равновесия был направлен на строительство первых биологических молекул. Эта первая застава могла впоследствии превратиться в клеточную мембрану – городскую стену вокруг каждой клетки, отделяющую ее внутреннюю часть, где протекает жизнь, от окружающего мира, где жизни нет. Первая клетка оказалась успешной, поскольку ей удалось сдержать равновесие и стать порталом в восхитительную сложность нашего живого мира. То же, наверное, справедливо и для других миров.

Не исключено, что где-то во Вселенной еще есть жизнь. Ведь на небе столько звезд, других планет и так много разных условий для ее зарождения, что насколько бы сложными они ни были, они вполне могли сложиться в других местах Вселенной. Но то, что представители внеземных цивилизаций решат сообщить нам о своем существовании, отправив в сторону Земли радиосигнал, маловероятно. Не говоря уже обо всем остальном. Космос настолько необъятен, что к моменту, когда какой-либо радиосигнал достигнет нашей планеты, цивилизация, которая его отправила, наверняка уже прекратит свое существование. Однако вполне возможно, что само по себе наличие жизни на какой-то планете может обусловливать передачу сигналов в космос – совершенно непреднамеренно. На вершине горы Мауна-Кеа на Гавайях построена целая система телескопов. Их пара огромных белых сферических куполов, стоящих рядом друг с другом, напомнила мне глаза гигантской лягушки, пристально всматривающейся в космос. Это знаменитая обсерватория Кека. Возможно, именно эти гигантские «глаза» заметят первые признаки жизни за пределами нашей Солнечной системы. Когда планеты других солнечных систем пересекают обращенные к нам стороны далеких звезд, вокруг которых эти планеты вращаются, свет звезды проникает сквозь атмосферу планеты и атмосферные газы оставляют на нем свой отпечаток. Телескопы обсерватории Кека фиксируют эти отпечатки и вскоре, возможно, им удастся обнаружить атмосферы, не пребывающие в равновесии. Наличие определенного количества кислорода, соответствующего количества метана… Их присутствие может указывать на существование жизни на планете и изменять баланс ее мира, когда он пытается выскользнуть из смертельных объятий равновесия. Такая информация еще не дает нам полной уверенности, что на далекой планете есть жизнь, но по крайней мере мы располагаем свидетельствами существования чего-то такого, что способно управлять скоростью движения в сторону равновесия, формируя при этом живые организмы, которые нам не дано никогда увидеть.

Находясь на берегу моря, почти невозможно долгое время стоять спиной к воде, иначе возникает ощущение какой-то противоестественности. И объясняется это не только тем, что вы упускаете возможность насладиться величественным зрелищем, но и тем, что, отвернувшись от моря, вы можете не заметить сюрпризов (в том числе и неприятных), которые оно готовит для вас. Я подметила, что чувствуешь себя гораздо спокойнее и увереннее, когда наблюдаешь границу между морем и землей, которая непрерывно обновляется и трансформируется. Когда я проживала в городе Ла-Холья (или Ла-Хойя – в зависимости от того, на английский или испанский манер произносится это название) в Калифорнии, я любила прогуляться под вечер к океану, посидеть на каком-нибудь валуне и понаблюдать за волнами на фоне солнечного заката. В каких-нибудь ста метрах от берега они были длинными и низкими, и увидеть их было нелегко. Но по мере приближения к берегу они становились круче и заметнее и разбивались в конце концов о берег. Я могла часами сидеть на берегу, наслаждаясь видом все новых и новых волн.

Волна – это то, что каждый из нас распознает без труда, но описать ее довольно сложно. Волны у морского побережья представляют собой бесконечную последовательность водных гребней, волнистую форму на водной поверхности, которая перемещается откуда-то оттуда куда-то сюда. Мы можем измерить их, оценив расстояние между следующими друг за другом пиками волн и высоту самих пиков. Водяная волна может быть такой же маленькой, как мелкая рябь, возникающая на поверхности чая, когда вы дуете на него, чтобы охладить, или настолько большой, что способна накрыть корабль средних размеров.

Но у волн есть одна весьма необычная особенность, заметить которую мне помогли пеликаны, живущие в Ла-Холья. Коричневые пеликаны селятся вдоль побережья и имеют такой допотопный вид, как будто проникли в наше время сквозь пространственно-временные туннели из далекой эпохи, отделенной от нас несколькими миллионами лет. У них смешные длинные клювы, которые они обычно прижимают к телу. Можно часто наблюдать, как небольшие группы этих любопытных птиц величаво парят над волнами параллельно берегу. Время от времени они бесцеремонно плюхаются на водную поверхность. И после этого происходит самое интересное: волны, на которых покачиваются пеликаны, движутся в сторону берега, но птицы остаются на месте.

Оказавшись в следующий раз на берегу моря, понаблюдайте за волнами, которые катятся в вашу сторону, и за птицами, усевшимися на водную поверхность[47]. У них совершенно безмятежный вид. Они сидят на волнах, катящихся под ними, то поднимаясь, то опускаясь, но их положение по отношению к берегу не меняется[48]. О чем это говорит? Что вода как таковая остается на месте. Волны движутся, но среда, на которой они образуются – то есть вода, – неподвижна. Волна не может быть статичной: механизм ее создания работает, только если эта форма движется. Таким образом, волны всегда движутся. Они переносят энергию (поскольку ее нужно затратить, чтобы придать воде форму волны и вернуть ее в исходное состояние), но не «материю». Волна – это регулярная подвижная форма, переносящая энергию. Полагаю, именно поэтому (по крайней мере частично), сидя на берегу и всматриваясь в морскую даль, человек успокаивается, отдыхая душой и телом. Я могла видеть, как волны непрерывно доставляют энергию к берегу, а сама по себе вода остается на месте.