И родилась Жизнь
Любому инженеру любой специальности да и не специалисту в области техники или точных наук вполне ясно, что прежде чем говорить об устойчивости или ненадежности, других эксплуатационных качествах того или иного объекта необходимо досконально знать, из каких материалов он состоит, конструкцию и технологию его сооружения, чтобы определить его возможности, способности вынести предполагаемые нагрузки. И уж коли речь зашла об антропогенном влиянии на природные объекты и Природу вообще, обойтись без знания хотя бы в общих чертах строения мира, в котором мы живем и действуем, невозможно. А поскольку современный человек, даже достаточно отрешенный от техники гуманитарий, гораздо больше знает об устройстве машин и конструкции небоскребов, нежели о Природе и ее явлениях, мы прежде всего остановимся на том, что представляет собою мир в свете современных научных знаний.
В начале начал, как говорят сегодня астрофизики, все вещество Вселенной - все эти мириады и мириады галактик, состоящих из мириад звезд, радиус большинства которых превышает радиус всей нашей солнечной системы, - было сконцентрировано в одной точке. Размеры этой точки оцениваются учеными по-разному: одни говорят, что была она объемом с горошину, другие полагают, что не превышала размеров спичечной головки, третьи и вовсе утверждают, что была она не больше атома. Но как бы там ни было, даже если бы эта «точка» была величиною с нашу Солнечную систему, и то вещество Вселенной находилось бы в ней в чрезвычайно сжатом и, в сущности, для нас пока еще неизвестном состоянии.
Вопрос о размерах частицы вовсе не праздный, как может показаться на первый взгляд. Ибо от ответа на него зависит и представление о том, из чего состояла, в каком виде пребывала в то время Праматерия, из которой развивалось вещество Вселенной, а значит, и ответ на самый главный вопрос: что же такое Материя, из которой состоит весь наш мир и мы с вами? И хотя полной ясности в этом нет, кое-что мы узнать можем.
Ну хотя бы на первый случай вот что: состояла ли эта частица из того самого вещества, что и нынешняя Вселенная? Для этого прежде всего нужно выяснить, до каких пределов оно может уплотниться. Самое плотное тело на Земле - ядро атома, плотность которого в 100 000 млрд. раз больше принятой за единицу измерения плотности воды 1 г/см3. Как выяснили астрофизики, в природе Вселенной существуют и сверхплотные тела - нейтронные звезды, вещество которых сжато в 10-100 раз больше, чем протоны и нейтроны ядра атома в обычном его состоянии.
Если припомнить воровскую модель атома, станет ясно, насколько «рыхла» его структура - в любом природном теле ядра составляющих его атомов отделены друг от друга энергетической оболочкой электронов. В нейтронных же звездах под воздействием огромной гравитационной силы свободные электроны вдавливаются в протоны, а образующиеся в результате этого и уже существовавшие нейтроны тесно прижимаются один к другому без каких бы то ни было энергетических и прочих зазоров. И это - предел для плотности вещества Вселенной. Правда, предполагается, что в «черных дырах», которыми так любят жонглировать писатели-фантасты и популяризаторы, плотность еще большая, так что и свет не может вырваться за их пределы, но хоть их существование допускал еще лет 200 назад Лаплас, они, сколько ни ищут их астрономы, до сих пор так и не обнаружены. Да и существование их подвергается вполне обоснованному сомнению, хотя и возможность эта вовсе не исключается.
Если бы земной шар вдруг обрел сверхплотность нейтронной звезды, то при той же массе, или - как говорится в просторечии - весе он имел бы размеры футбольного мяча. Солнце, которое имеет массу в 330 000 раз большую, чем Земля, в «нейтронном варианте» стало бы диаметром 3 километра.
А то, что интересует нас сейчас в особенности - Вселенная - собралась бы в тело всего только 50 световых лет - 500 000 млрд. километров в поперечнике.
Говоря «всего только», мы вовсе не иронизируем. Несмотря на огромность масштабов, которые и представить, не то что преодолеть самыми современными космическими кораблями, невозможно: в сравнении с тем пространством, которое занимает сегодня Вселенная, они ничтожны. Точка, поставленная карандашом на стене стоэтажного небоскреба или пирамиды Хеопса, относительно площади стены в миллионы раз больше соотношения нейтронной и нынешней Вселенной. Вот если бы мы поставили эту карандашную точку н^ поверхности в миллион квадратных километров, то тогда соотношение было бы вполне удовлетворительным. Только как обнаружить, как разглядеть ее на такой площади?
Но в этом сверхплотном состоянии вещество Вселенной сможет существовать всего какой-то миг, не больше. Огромная масса порождает чудовищные гравитационные силы, которые все ускоряют и ускоряют дальнейшее сжатие. Так камень, сброшенный с высоты, чем дольше падает, тем быстрее летит. Кстати, падение его обусловлено силами гравитации. Вот точно так же и вещество нейтронной Вселенной «падает» к щентру все быстрее и быстрее и все больше и больше сдавливается. Под воздействием огромного сжатия и не менее громадной температуры - тысячи миллиардов градусов! - нейтроны распадаются н а субатомные частицы, которые от продолжающегося усиливаться сжатия и увеличения температуры в одну секунду распадаются и превращаются - во что? Согласно знаменитой формуле А. Эйнштейна Е=мс2, в чистую энергию.
В то же мгновенье прекратилось сжатие - вещества нет, значит, нет и массы и присущей только ей силы гравитации. Мгновенно исчезла и миллиардо-градусная температура (как известно из школьного курса, она возникает при столкновении частиц вещества, а их уже нет). Пропали и электромагнитные поля, поля слабых и сильных взаимодействий, которыми обмениваются атомные и субатомные частицы - не стало их носителей.
Осталась только чистая энергия невероятной мощи, способная, согласно той же формуле Эйнштейна, швырнуть все вещество Вселенной массой 1050 мегатонн так, что она летела бы со скоростью 90 млрд. километров в секунду!
Ну а каковы все же были ее размеры? Вполне возможно - с горошину. Может быть, и со спичечную головку. Вероятно также - и с атом. Ибо энергия, хоть и имеет вполне явственные физические свойства, вещественностью не обладает. А только вещественное тело не может занять в пространстве того же места, в котором находится уже другое тело. Энергия же места в пространстве не занимает. Так же, как электромагнитные и гравитационные поля, которые вполне спокойно могут накладываться одно на другое хоть до бесконечности и ничуть не мешать друг другу сосуществовать в одном и том же пространстве и времени. Так же вот и энергия может существовать в огромных количествах в каком угодно малом объеме, вовсе не чувствуя себя стесненной.
А вот что она собою представляет, нам до сих пор неизвестно, даром что пользуемся энергией- точнее, ее разнообразными видами: химической, тепловой, электрической, ядерной и т. п. - с незапамятных времен, а вообще живые существа - с тех самых пор, как появилась Жизнь на Земле.
И из чего она состоит, не знаем. И состоит ли или является той неделимой начальной субстанцией, из какой и строится весь материальный мир, не знаем, не знаем, не знаем.
А очень хотелось бы знать. В энергии - и тайна единого поля, над которой бился Эйнштейн и по сей день бьются физики, и загадка бытия всего этого необъятного и разнообразного мира, разгадать которую пытались и пытаются лучшие умы человечества, и разгадка Будущего, в которое устремляется этот мир.
И вот к тому времени, с которого начался наш рассказ - хоть и не было в ту пору времени, а царила Бесконечная Вечность, - висела она, а точнее, не висела, а пребывала, таинственная и непостижимая, среди абсолютного нуля, абсолютного мрака, абсолютного безмолвия в абсолютной неподвижности абсолютной пустоты.
И тут можно бы было услышать возражение критика-педанта:
- Пустоты в природе не существует! Великие умы XX века А. Эйнштейн, В. И. Вернадский и многие другие категорически отрицали существование пустоты!
Пустота, которую физики предпочитают именовать вакуумом - в силу того что вакуум обладает, как известно, некоторыми физическими свойствами и, значит, входит в перечень явлений, которыми физики занимаются, - не может не существовать, что бы там ни говорили великие умы. Тем более, что и Эйнштейн и Вернадский отрицали существование пустоты в существующей Вселенной, точнее, в ее межзвездной среде, которая, хоть и чрезвычайно разрежена, но все же всегда содержит и газовые, и энергетические релятивистские, и пылевые частицы, пронизана гравитационными (пусть чрезвычайно слабыми) и электромагнитными полями, словом, населена.
Мы же в данном случае говорим о той поре, когда ни частиц, ни полей еще не было и в помине. Было ничто вокруг сгустка энергии - пустота.
Физики утверждают, что в ту пору «вакуум» пустоты обладал физическими свойствами, прямо противоположными тем, которые имеет вакуум на Земле. Если у нас он стремится втянуть в себя любое доступное ему вещество, то в ту пору он отталкивал все, к чему только ни прикасался. Запомним это свойство - пригодится в будущем для объяснения некоторых неясных еще явлений. По мнению тех же физиков, когда родилась Вселенная, «вакуум» пустоты вдруг неизвестно почему потерял это свойство и ныне он, так сказать, «вакуум без свойств», если не считать его земного собрата, который в миллионы раз более населен всевозможными частицами, несмотря на все технические ухищрения людей, разрежающих атмосферный воздух в вакуумных камерах. Свойства земного вакуума демонстрируются только в условиях давления земной атмосферы; в космическом пространстве он вполне бы мог сойти за чрезвычайно густую туманность.
И чтобы не путаться, мы будем называть кошку кошкой, а пустоту пустотой.
Большой взрыв нарушил мирное и спокойное пребывание энергии в dolce far niente (дольче фар ниенте (в сладком ничегонеделании (прим. ред.))), как говорят итальянцы. Как, почему это вдруг случилось, что потревожило равновесие и потому самое удобное, бесконечное и самое приемлемое состояние ее, об этом предстоит еще догадываться. Распирающая ли ее самое собственная мощь, ищущая выхода, действия, тому виною, отталкивающее ли, а потому сжимающее все больше и больше до какого-то наиминимальнейшего предела, за которым грозит полное исчезновение и как следствие возникшая необходимость ему противостоять, воздействие пустоты, а может быть, и то и другое сразу вывело сгусток чистой энергии из состояния покоя?
И - опять же вопрос совсем не праздный. От ответа на него зависит и ответ на животрепещущий «детский» вопрос: вечно ли будет существовать Вселенная, а вместе с нею, конечно, и человечество, или когда-нибудь все же наступит «конец света»? Ибо от предположения, что он наступит хотя бы даже через миллиарды лет, сердце сжимается от безысходности и становится скучно и вроде бы незачем жить.
Если Большой взрыв произошел по причинам, которые мы предположили, то это означает, что материя мира периодически пульсирует между какими-то крайними пределами. Сжатая до отказа энергия, достигнув критического состояния, «взбунтовавшись», разрывает сдерживающие ее оковы пустоты, распрямляется как пружина, мгновенно распространяясь в пространстве и преобразовываясь в вещество Вселенной. Первоначальный импульс заставляет разлетаться это вещество, но со временем, за десятки или сотни миллиардов лет, он ослабевает, силы гравитации - ньютоновского всемирного тяготения - берут верх, вещество начинает собираться в одно место и дальше все идет по сценарию, представленному в начале раздела. Вещество Вселенной вновь превращается в сгусток чистой энергии, он снова достигает определенного критического состояния, опять происходит Большой взрыв и т. д. их. п.
В этом случае материя мира будет, как ей и полагается, существовать бесконечно, но вот Вселенная и человечество увы! - нет. Более оптимистично для нас предположение, что первоначальный сгусток энергии потерял равновесное состояние не в резуль тате неизбежного кризиса, а совершенно случайно. Однако случай - всегда результат взаимодействия нескольких перекрещивающихся в одной точке явлений или сил и, хотим мы этого или не хотим, в данной ситуации нам снова придется вернуться к тому же самому взаимодействию сгустка энергии и пустоты, с которого начался разговор о причине Большого взрыва. Ибо ни плотно обжимающая сгусток пустота, ни сам сгусток энергии, находящийся в равновесном состоянии хоть какое-то самое малое время, не говоря уж о бесконечности, случайному изменению своих состояний не подвластны, Для того чтобы их изменить, требуется третья, сторонняя сила или вмешательство, а по условиям нашей задачи, принятой сегодняшней наукой, их в ту пору существовало только две: пустота и энергия - два противоположных, противопоставленных друг другу явления.
Есть еще, правда, сверхоптимистичное мнение, что Вселенная в том виде, который мы наблюдаем сейчас, существовала бесконечно изначально, точнее, и начала ее никогда не было, как не будет никогда конца, но это предположение противоречит наблюдаемой учеными эволюции вещества Вселенной. А сейчас мы расскажем о том, что же произошло, по мнению ученых, после Большого взрыва.
Сотворение мира, по мнению всех астро- и просто физиков произошло, в сущности, одномоментно. А вот каким образом это происходило, тут мнения расходятся.
Одна из гипотез, разработанная в свое время советским физиком Р. М. Мурадяном, предполагает, что в начале начал была частица, которую он назвал суперадроном, с массой, равной массе вещества нынешней Вселенной - 1056 г. Большой взрыв разнес этот сверхмассивный суперадрон на части, образовавшие протогалактические скопления. В свою очередь эти части распались на галактики. Представление об этом может дать праздничный фейерверк типа фонтан. В небо взлетает патрон и на определенной высоте выбрасывает заложенные в нем меньшие заряды, которые и рассыпают в ночном небе звезды содержащихся в них десятков ракет.
Гипотеза эта, довольно хорошо объясняя появление галактик и их скоплений, которые наблюдают астрономы, противоречит, однако, фундаментальным физическим законам поведения вещества. Огромная масса суперадрона исключает его распадение на отдельные куски - даже при вспышке сверхновой звезды ее вещество не отваливается кусками, а истекает сплошным облаком. А ведь любая сверхновая в сравнении с гипотетическим суперадроном все равно, что атом в сравнении с Солнцем (в данном случае мы берем массу, а не размеры и физическое состояние). И поэтому частицы, составляющие вещество звезды, гораздо крупнее, нежели частицы суперадрона. Представить же, что при столь чудовищном сжатии, его вещество было неоднородно и по границам этих неоднородностей распалось, попросту невозможно.
Другая гипотеза, изложенная в книге известного американского физика С. Вайнберга, полагает, что Большой взрыв был не таким, к которому мы привыкли - из определенного центра разлетается во все стороны вещество,- а сразу по всему полю, занимаемому в ту пору материей пространства. Вроде того, как на всей площади фотобумаги появляется сразу все изображение в быстродействующем проявителе. И разбегалось не вещество, а пространство, увлекая за собою, удаляя друг от друга его частицы.
Похоже на то, как если бы детский воздушный шарик внесли в вакуумную камеру. Разница давлений внутри его и снаружи мгновенно раздула бы шарик до гигантских размеров и между молекулами содержащегося в нем воздуха появились бы большие расстояния - они разбежались вместе с внутренним пространством шарика. Так что технически подобный процесс вполне возможен. Но вот физически...
Даже если допустить, что пространство может растягивать материю, как школьник резинку рогатки, то и в этом случае возникает множество сомнений в справедливости гипотезы. Подобное растяжение происходило бы одинаково в любой точке и пространства, и материи. Однородные частицы всегда находились бы на равном расстоянии одна от другой, и поэтому тех сгустков вещества Вселенной, которые мы видим в галактиках и звездах, образоваться попросту бы не смогло. И до сих пор пространство разносило бы эти мельчайшие частицы размером в атом, а то и еще меньше, по необъятным своим просторам, однообразно заполненным (а точнее, не заполненным) этими частицами, разбежавшимися бы к нашему времени на расстояния в миллиарды километров одна от другой. Потребовалось бы вмешательство сторонней, третьей силы, которая могла бы согнать эти частицы в сферы звезд и их скоплений - галактики. Да и на том этапе, когда расстояния между частицами были незначительны, для разделения их на отдельные, скажем, облака необходима бы была сторонняя, третья сила.
Но такой силы, как мы знаем сегодня, в физическом мире нет.
Противоречит эта гипотеза и общепринятому нынче представлению, что начало Вселенной было «горячим». Тепло возникает при столкновении частиц вещества, а не при их удалении друг от друга в пространстве.
Третья гипотеза, которую поддерживают многие ученые, и в частности выдающийся итальянский физик Т. Редже, похожа на кинофильм, снятый по сценарию, данному в начале раздела - о сжатии вещества Вселенной в одной точке, - только прокрученному в обратную сторону. Правда, о том, в каком состоянии находилась материя до Большого взрыва и даже во время него, осторожно умалчивается. «Никто не может гарантировать, что законы физики остаются справедливыми для такого состояния вещества, при котором весь Космос оказывается сжатым до размеров спичечной головки, - пишет Т. Редже. - Нам придется удовлетвориться тем, что отправной точкой мы будем считать десятитысячную долю секунды после самого начала» (Редже Т. Этюды о Вселенной. М., 1985, с. 55.).
Большой взрыв, полагает эта гипотеза, свершился обычным образом: из одной точки во все стороны начала мгновенно с огромной скоростью истекать материя. Специальные вычисления показали, что к мо менту, о котором говорит Т. Редже, ее радиус составлял 1/30 светового года - 300 млрд. километров. Впечатляющая для нас эта цифра по космическим масштабам ничтожна - в 500 миллиардов раз меньше радиуса наблюдаемой ныне Вселенной. И разместить стадо в миллион слонов в спичечной коробке покажется детской задачей в сравнении с тем, сколько было втиснуто в этом объеме вещества.
Да, вещества, ибо к этому моменту образовались и первые частицы, которые, как и полагается каждой уважающей себя частице, стали расталкивать друг друга в эдакой чудовищной тесноте и толчее и потому нагрели все и вся, и прежде всего себя, до 1000 млрд. градусов. Считается, впрочем, что образовалось не только вещество, но и антивещество, и потому частицы - мюоны и электрон-позитроны - появлялись парами. А вот почему эти пары не аннигилировали, не уничтожили тут же взаимно друг друга, не ясно.
Огромная скорость расширения разносит частицы все дальше одну от другой, становится все менее тесно, частицы все меньше сталкиваются и температура падает. Всего через секунду после Большого взрыва пропадают мюоны, начинается образование протонов и нейтронов, а из них атомных ядер в основном гелия. Этот нуклеосинтез заканчивается в течение первых трех минут.
Расчеты показали, что в этом случае во временном интервале, скажем, от одной до четырех секунд, радиус расширения у