Первая глава летописи Вселенной [Рудольф Константинович Баландин] (fb2) читать онлайн

Рудольф Баландин ПЕРВАЯ ГЛАВА ЛЕТОПИСИ ВСЕЛЕННОЙ

Как мир меняется! И как я сам меняюсь!

Лишь именем одним я называюсь…

Н. Заболоцкий

Когда же возникла жизнь?

У каждой книги есть начало и конец. А как обстоят дела с поисками начала великой летописи Земли? Этот вопрос занимал многие поколения. Актуален он и теперь.

«Признавая биогенез, согласно научному наблюдению, за единственную форму зарождения живого, неизбежно приходится допустить, что начала жизни в том космосе, который мы наблюдаем, не было, поскольку не было начала этого космоса. Жизнь вечна постольку, поскольку вечен космос, и передавалась всегда биогенезом. То, что верно для десятков и сотен миллионов лет, протекших от архейской эры и до наших дней, верно и для всего бесчисленного хода времени космических периодов истории Земли. Верно и для всей Вселенной» Так утверждал В. И. Вернадский. Иными словами, жизнь вечна, как сама Вселенная. Было это сказано давно.

В те времена имелось не много сведений о древнейших горных породах и об их возрасте. И космогонические взгляды с тех пор изменились: наибольшей популярностью пользуется теория первоначального «большого взрыва» с последующим расширением Вселенной (Метагалактики). Космогонисты продолжают выяснять дату этого события. Мнения расходятся. В целом цифры увеличиваются, охватывая приблизительно 10–20 миллиардов лет. Достаточно ли этого для эволюции живого вещества — последовательного усложнения организации, структуры? Или, может быть, на стадии одноклеточных организмы развивались быстрее, чем позже? Известно, как быстро приспосабливаются микробы, бактерии, одноклеточные водоросли к изменениям среды. Стремительное деление, размножение в вихревой смене поколений закрепляет новые признаки, увеличивает разнообразие. Все так. С одним принципиальным уточнением. Разнообразие микроорганизмов растет быстро, но на одном уровне сложности, организации. Эти животные и растения напоминают бегунов, соревнующихся на горизонтали. А у нас идет речь об «альпинистах», штурмующих новые и новые высоты. Увеличение разнообразия и сложности — разные показатели.

Организация и облик некоторых одноклеточных сохраняются неизменными миллиарды лет. Факты подтверждают: многоклеточные появились не менее чем через 2 млрд. лет эволюции одноклеточных.

Впрочем, следует сделать еще один шаг в прошлое и попытаться выяснить, когда все-таки могли появиться на Земле одноклеточные. В новейшей энциклопедии возникновение жизни датируется 2 млрд. лет. Однако ученые уже находят окаменелые остатки живых организмов в горных породах возрастом 2,6; 3,0; 3,3 млрд. лет. Недавно следы жизнедеятельности обнаружены в слоях еще более древних: 3.8 млрд. лет.

Академик Б. С. Соколов предполагает существование фотосинтезнрующих организмов — фундамента современной биосферы — около 4,2 млрд. лет назад. Тогда, если верить данным абсолютной геохронологии, датирующей возраст Земли в 4,5 млрд. лет, на химическую добиогенную эволюцию «преджизни» и на создание живого вещества остается катастрофически мало времени.

Драматические поиски «начала начал»

На Земле найдено и исследовано множество космических пришельцев метеоритов. Некоторые из них по деталям химического состава напоминают нас. Так, в углистых хондритах обнаружена целая серия аминокислот. Как пишет специалист по космической геологии Э. Кинг, проанализировано лишь небольшое число углистых хондритов непосредственно после падения, но даже в этих немногих образцах обнаружено значительное число различных соединений углерода… Большинство исследователей предполагает абиогенное происхождение этих органических соединений, то есть в природной лаборатории без участия организмов. Однако органическая химия развития Солнечной системы представляется гораздо более сложной, чем ожидалось.

Часами чаще всего служат радиоактивные минералы. При их распаде накапливаются устойчивые продукты. Например, уран-238. в них входящий, превращается в свинец-206 с образованием инертного газа гелия. Чем дольше идет процесс, тем меньше остается урана и больше появляется свинца и гелия.

Скорости деления радиоактивных элементов известны. Количество продуктов распада можно определить. А дальше как в задачке, где по скорости и пройденному пути вычисляется время движения, не трудно рассчитать продолжительность жизни («старения») минерала. Начальная точка отсчета тот момент, когда расплавленная (распыленная) горная порода твердеет.

Находящиеся в ней радиоактивные частички оказываются в каменном тайнике, наглухо замурованные. Здесь и накапливаются продукты деления. Скорость радиоактивного распада не меняется от внешних воздействий. Она подчиняется простому закону. Остается отбирать образцы и проводить анализ.

Надо только учесть два важных обстоятельства. Первое: как ни прочна каменная темница, однако за многие миллионы лет из нее просачиваются «на волю» по микроскопическим трещинкам продукты распада. Второе: время отмечается только с того момента, когда сформировалась горная порода, а сколько прошло до той поры, не определишь.

Любые радиоактивные геологические часы показывают возраст только данной части пространства. Скажем, конкретного кристалла. А что было до его образования, сколько прошло миллиардов лет и превращений вещества, пока он не возник? На этот вопрос ответа нет.

Однако, несмотря на это, ученые продолжают отождествлять возраст древнейших минералов и горных пород, сохранившихся поныне без принципиальных изменений, с возрастом всей земной коры и даже всей планеты.

Представьте себе ботаника, определяющего возраст луга по растущим там цветам или леса — по деревьям. Можно ли доверять таким датировкам? Луг и лес почти наверняка в десятки и сотни раз старше самых древних из обитающих там единичных, конкретных растений. Но почему же тогда мы соглашаемся с геофизиками, датирующими образование Земли по отдельным минералам и горным породам, залегающим близ земной поверхности? Даже если эти определения совершенно точные, безоговорочно верить им нельзя.

Попробуем судить о возрасте человека по отдельным клеткам его организма. Что получится? Серия разнообразных цифр. Конечно, минимальные значения заведомо не следует принимать во внимание (клетка могла только что возникнуть или в нее только-только попало соответствующее вещество, служащее нам часами). И вот, ориентируясь на максимальные из полученных датировок и предполагая увидеть младенца, мы столкнемся лицом к лицу со стариком! Подвел метод анализа или несовершенство техники? Нет, собственная оплошность. В живом организме все клетки постоянно обновляются. Человек значительно старше любой слагающей его клетки.

Горная порода — продукт многократных превращений веществ земной коры. остывания магмы, переотложения продуктов распада, метаморфизации. расплавления и т. д. Даже самая древняя из них имела очень долгую и сложную историю, прежде чем в нее попадал радиоактивный минерал, служащий нам часами. Можно ли по этой «клеточке» земной коры судить о возрасте всего организма?

Точны ли звездные часы?

Как еще можно определить возраст Земли?

Если предположить, что наша планета появилась не раньше, чем Солнце. то за ответом следует обратиться к светилу. Судя по скорости выгорания солнечной массы, возраст его очень почтенен: десятки миллиардов лет. Подсчеты времени горения Солнца начинаются с того момента, когда оно целиком состояло из водорода (одно из допущений). Но ведь водород в таком количестве не появился вдруг, из ничего. На его создание могло уйти куда больше времени, чем на сгорание. Наконец, и синтез водорода, и его горение могли на некотором этапе проходить одновременно. Так самые точные астрономические расчеты попадают в кабальную зависимость от очень неточных предпосылок.

Знаменитый английский астроном Джемс Джинс полвека назад подсчитывал теоретически устойчивые орбиты двойных звезд и сопоставлял полученные результаты с наблюдениями. Оказалось, что гравитационное взаимодействие двойных звезд в ряде случаев должно было проявляться тысячи миллиардов лет.

Сходные цифры получались при расчетах гравитационного взаимодействия звездных скоплений, из-за которого более тяжелые звезды движутся правильным строем в толчее более легких звезд; по словам Джинса, подобно стае лебедей, летящих сквозь сбившиеся толпы грачей и скворцов.

Еще один способ небесной хронологии: при достаточно долгом гравитационном взаимодействии звезды обмениваются энергией до установления полного равновесия, подобно молекулам газа, находящимся в замкнутом объеме. В результате энергия движения звезд должна быть примерно одинаковой вне зависимости от их масс. Как показывают наблюдения и расчеты, это состояние приблизительно достигнуто для звезд почти всех спектральных классов. Исключение — только самые массивные светила, у которых средняя энергия движения несколько пониже (это может свидетельствовать об их относительной молодости). И вновь, произведя сложные вычисления, Джинс получил цифры порядка нескольких тысяч миллиардолетий, необходимых для установления подобного «звездного равновесия».

Наконец, известный астроном Эддингтон рассчитал время «сгорания звезд». Он исходил из того, что масса звезды приблизительно (за редким исключением) пропорциональна ее светимости. Предполагается, что звезды проходят сходные этапы развития. Тогда для наиболее древних, учитывая скорость их «старения-сгорания», получаются вновь многие тысячи миллиардов лет. Скажем, у Солнца, по Джинсу, вдвое большая масса была 5,7·10¹¹ лет назад, а за гранью 7,7·10¹¹ лет она получается слишком большой, так что этот срок можно считать для него предельным. Анализируя зависимость между массами звезд и их светимостью, Эддингтон подсчитал возраст звезд и получил цифры, достигающие десятков миллиардов лет.

Д. Джинс на основе тех же фактов пришел к заключению, что возраст звезд в сотни раз больше.

Как утверждают многие современные астрофизики, мы живем в эволюционирующей и притом расширяющейся Вселенной. Красное смещение спектральных линий света, приходящего к нам от далеких галактик, считается следствием доплер-эффекта, связанного с тем, что эти галактики удаляются от нас. Господствует мнение о том, что возраст нашей доступной научным наблюдениям Вселенной… точную цифру назвать трудно: за последние годы она менялась в сторону увеличения по мере того, как обнаруживались все более и более «старые» объекты (например квазары). Правда, изменения были в принципе несущественными: от 10 до 20 млрд. лет.

Учтем, что такие определения ведутся по звездам, занимающим ничтожную долю объема Вселенной. Данные о возрасте звезд совершенно не обязательно свидетельствуют о возрасте других объектов. Тем более — самой Вселенной.

Логически все как будто верно. Световой сигнал от удаляющегося объекта испытывает красное смещение спектральных линий пропорционально скорости движения. И наблюдаемое красное смещение спектров звезд также пропорционально меняется в зависимости от расстояния до объекта. Следовательно, чем дальше от нас объект, тем быстрее он движется (от нас, естественно).

Столь простой вывод вызвал в свое время волну скептицизма. Не споря о самом факте красного смещения, объяснить его пробовали по-разному. Не могут ли световые «пакеты» — фотоны, странствуя в межзвездном пространстве миллионы лет, испытывать изменения («стареть»), что и отражает их «покраснение»? И тогда красное смещение указывает на возраст фотонов, а не звезд или тем более Вселенной. Эту гипотезу оспорили: старение фотонов должно было бы сопровождаться «размыванием» изображений звезд и т. д. Проблема окончательно не решена. Однако вряд ли можно говорить, что обычное объяснение красного смещения доплер-эффектом стало более сомнительным.

Другую гипотезу высказывал английский астроном Э. Милн. По его мнению, «старели» не фотоны, а звездная материя. Когда звезды излучали свет, который мы сейчас принимаем, тогда — миллиарды лет назад — они были иными. Мы как бы читаем письма от адресатов, сильно изменившихся, пока шло письмо. Подобные доводы кажутся вполне резонными. Но принять их не менее трудно, чем опровергнуть.

В поисках утраченного времени

Сравнительно недавно в межзвездной середе были изучены спектры молекул, состоящих из водорода, углерода, кислорода, азота (водяной пар, окись углерода, аммиак, синильная кислота). Есть даже семиатомные молекулы! Эти сообщения стали поступать еще несколько десятилетий назад. Однако мало кто принимал их тогда всерьез: слишком невероятным представлялась возможность встречи в сверхразряженной космической среде двух атомов или тем более трех, четырех, пяти! Если образование в космосе молекул принять за своеобразные «молекулярные часы», то показывают они совсем не то время, что часы световые.

«При концентрации 100 атомов в 1 кубическом сантиметре каждый атом испытывает столкновение примерно раз в сто лет, — пишет астрохимик В. С. Стрельницкий. — Но нужно иметь в виду, что для образования большинства молекул необходимо одновременное столкновение трех частиц: третья частица берет на себя избыток энергии столкновения и тем самым дает возможность двум другим частицам слиться в молекулу, а не разлететься, как после столкновения упругих шариков. Такие тройные соударения при малых концентрациях случаются крайне редко: при концентрации 100 атомов в 1 кубическом сантиметре — раз в 10²⁰ лет, что в 10¹⁰ (десять миллиардов! — Р.Б.) раз превосходит принимаемый сейчас возраст Галактики! Можно понять пессимизм астрономов, не веривших в существование межзвездных молекул…»

Какие непомерные цифры возраста Вселенной должны давать межзвездные молекулы, составленные из семи атомов! Как не вспомнить грандиознейшие космические циклы древнеиндийской космогонии, длящиеся десятки, сотни, миллиарды миллиардов лет.

Недавно открытые эффекты «молекулярного туннелирования» позволяют надеяться, что образование сложных молекул в межзвездной среде в результате квантовых процессов может происходить гораздо интенсивнее, чем предполагалось. Однако даже если скорости химических реакций в космосе в миллиарды раз превышают те, о которых писал В. С. Стрельницкий, время Вселенной оказывается очень и очень значительным. Возможно, большинство видимых нами звезд живут не дольше 10¹⁰ лет (некоторые квазары старше; более древними могут оказаться и неяркие космические тела). А возраст межзвездной среды — еще в миллионы раз больше.

О возрасте Вселенной и вовсе нельзя ничего сказать определенно, так как нет соответствующих космических часов. Вдобавок можно предположить еще один вариант объяснения эффекта красного смещения спектров звезд. Скорость света зависит от среды, в которой он распространяется. Для космических объектов имеется в виду скорость света в вакууме. И почему-то не уточняется, что речь идет о современном вакууме. Какая гарантия того, что миллиард лет назад свойства космоса были точно такие, как ныне?

Проблема космической эволюции вакуума (энергоемкого состояния, откуда как бы выныривают частицы, сгустки энергии) нова. Космологи не учитывают ее. А зря!

Луч света, путешествующий в космосе миллиарды лет, побывал в вакууме различной «плотности». Красное смещение, возможно, сообщает об этом. Чем дальше от нас объект в пространстве, тем дольше шел от него сигнал и тем более раннюю стадию эволюции вакуума он отражает. Поиски «утраченного» в геологии и астрономии времени заводят очень далеко, ставя под сомнение некоторые привычные представления.

Вселенная изменяется. Если признать расширение Вселенной — изменяются ее объем, радиус, плотность вещества и т. д. — что неизменно в этом вихре вечных изменений? Может быть, суммарная энергия вещества (частиц, имеющих массу покоя, и фотонов) и вакуума? Но если это равные величины с противоположными знаками, то сумма их равна нулю. Тогда энергетический нуль нашей Вселенной и остается константой. Все остальное — изменчиво. Иначе некоторые константы будут вне времени, сохраняя вечно свою первозданную сущность.

По идее «горячего рождения», взрыва, первоначальный сгусток энергии включал в себя все ныне существующие микрокомпоненты мира. Вариант «холодного рождения» предполагает последовательное появление, «выныривание» элементарных частиц из первичного вакуума. Их как бы рождает «ничто». Но эта тема заслуживает особого внимания и приводит к неожиданным результатам. Пока согласимся с тем, что общепризнанные сейчас даты рождения Земли, жизни и Вселенной если не абсурдны, то во всяком случае сомнительны.

Оглавление

Когда же возникла жизнь?

Драматические поиски «начала начал»

Точны ли звездные часы?

В поисках утраченного времени