Чтение онлайн

Сразу же может возникнуть вопрос: не является ли этот взрыв началом всего, другой интерпретацией сотворения мира? Нет, конечно. Просто у науки нет пока никаких оснований, чтобы судить о том, как происходила эволюция Вселенной до взрыва. А она, конечно, происходила. Кроме того, не следует забывать, что под словом Вселенная понимается часть мира, доступная нашему наблюдению и изучению.

Всего лишь через одну сотую секунды после взрыва Вселенная имела температуру порядка 100 000 миллионов К (1011 К). При такой высокой температуре (выше температуры центра самой горячей звезды) молекулы, атомы и даже ядра атомов существовать не могут. Вещество Вселенной пребывало в виде элементарных частиц, среди которых преобладали электроны, позитроны, нейтрино, фотоны, а также в относительно малом количестве протоны и нейтроны. Плотность вещества Вселенной, спустя 0,01 с после взрыва, несмотря на очень высокую температуру, была огромной — в 4000 миллионов раз (4·109 раз) больше, чем у воды.

В конце первых трех минут после взрыва температура вещества Вселенной, непрерывно снижаясь, достигла 1 млрд, градусов (109 К). Плотность вещества также снизилась, но еще была близкой к плотности воды. При этой, хотя еще очень высокой, температуре начали образовываться ядра атомов, в частности ядра тяжелого водорода (дейтерия) и ядра гелия. Однако вещество Вселенной в конце первых трех минут состояло в основном из фотонов, нейтрино и антинейтрино.

Только по истечении нескольких сотен тысяч лет начали образовываться атомы, главным образом водорода и гелия. Силы гравитации превращали газ в сгустки, ставшие материалом для возникновения галактик и звезд.

Конечно, обрисованную очень краткими словами стандартную модель происхождения Вселенной нельзя еще считать имеющей достаточно прочное основание. «Мы предпочли бы, — пишет Вайнберг, — теорию, логическая неизбежность которой была бы более очевидной» [335] .

Следует заметить, что американский физик-теоретик (родившийся в России) Георгий Антонович Гамов (1904–1968) разработал теорию, согласно которой Вселенная вначале была очень горячей.

Как следует из сказанного, за последние примерно 30 лет достигнуты весьма значительные результаты в отношении изучения звезд, галактик и даже Вселенной и их эволюции. Напротив, в изучении происхождения Солнечной системы результаты значительно скромнее. И это не должно вызывать удивления. Действительно, астрономы, обладающие очень хорошей техникой наблюдения (оптическими и радиотелескопами, а за последнее время средствами наблюдения космических аппаратов), имеют возможность исследовать многочисленные небесные тела, находящиеся на разных стадиях эволюции. Что касается планетных систем, то астрономы вынуждены ограничиться наблюдениями нашей собственной Солнечной системы, находящейся на определенной ступени своей эволюции. Более того, хотя астрономы полагают, по крайней мере большинство из них, что во Вселенной, кроме Солнечной системы, существуют другие планетные системы, но прямыми опытными доказательствами этого они не располагают.

Попытки определить происхождение Солнечной системы предпринимались очень давно. Не заглядывая очень далеко в глубь времен, скажем кратко о некоторых из них. Мы хотим вместе с читателем вспомнить уже называвшихся ранее выдающихся ученых — Канта и Лапласа. Согласно теории Канта, Солнце и планеты Солнечной системы образовались из холодной пылевой туманности, причем сначала возникло Солнце, а вслед за тем планеты. В отличие от теории Канта Лаплас считал (Лаплас создал свою теорию позднее Канта и независимо от пего), что Солнечная система образовалась из горячей газовой, быстро вращающейся туманности, причем сначала появились планеты, а затем Солнце. Нет необходимости на страницах этой книги сколько-нибудь подробно останавливаться на этих теориях, объединенных позднее общим названием гипотезы Канта — Лапласа. Дело в том, что эта гипотеза не может объяснить установленного впоследствии факта — оказалось, что около 98 % момента количества движения Солнечной системы сосредоточено в планетах, в то время как на долю Солнца приходится всего лишь 2 %, хотя масса всех планет Солнечной системы, вместе взятых, составляет только 0,15 % от массы собственно Солнца.

Определенным этапом в развитии взглядов на образование Солнечной системы была гипотеза английского астрофизика Джеймса Хопвуда Джинса (1877–1946). Он считал, что планеты образовались в результате катастрофы: какая-то относительно большая звезда прошла совсем близко от уже существовавшего Солнца, следствием чего явился выброс из поверхностных слоев Солнца струи газа, из которого впоследствии образовались планеты. Но гипотеза Джинса, так же как и гипотеза Канта-Лапласа, не может объяснить несоответствие в распределении момента количества движения между планетами и Солнцем. Кроме того, столкновение Солнца с какой-либо звездой является чрезвычайно маловероятным событием.

Из наблюдений астрономов следует, что звезды вращаются вокруг своей оси с весьма различной скоростью. Так, например, наше Солнце очень «тихоходное», оно вращается с экваториальной скоростью 2 км/с. Многие же другие звезды вращаются с экваториальной скоростью, в 200 раз большей. Быстрее других звезд вращаются массивные горячие звезды, а желтые и красные карлики, наоборот, вращаются очень медленно.

Известный шведский астрофизик, основоположник магнитной гидродинамики Ханнес Алъфвен (р. 1908) выдвинул идею о том, что в передаче количества движения от звезд к планетам важную роль играет магнитное поле. В 1958 г. английский астрофизик Фред Хойл (р. 1915) выдвинул планетную космогоническую гипотезу, в которой были использованы идеи Альфвена.

Хотя некоторые гипотезы о происхождении Солнзчной планетной системы, по-видимому, разделяются большинством астрономов (например, гипотезы о резком снижении момента количества движения звезды на определенном этапе ее развития; о возможности взаимосвязанности этого явления с возникновением планет; об участии магнитного поля в передаче момента количества движения от звезды к планетам; о последующем после возникновения разогреве планет за счет радиоактивного распада некоторых веществ внутри планеты [336] и др.), тем не менее пока еще не существует достаточно убедительной гипотезы происхождения планетных систем. В существующих по этому вопросу гипотезах имеются противоречия и недостаточно ясные места.

Последним вопросом, который мы кратко рассмотрим в настоящем разделе книги будет: как возникла жизнь на Земле и на других планетах?

Читатель может возразить: как можно обсуждать вопрос о происхождении жизни на других планетах, когда отсутствуют вполне определенные данные о существовании других планетных систем, кроме нашей Солнечной системы, а Земля является, по всем данным, единственной планетой Солнечной системы, на которой существует жизнь?

Действительно, бесспорные данные о существовании других планетных систем пока отсутствуют. Тем не менее большинство астрономов считают, что, по всей вероятности, другие планетные системы существуют, что Солнечная система не является единственной не только во Вселенной, но и в нашей Галактике. Более того, можно думать, что в нашей Галактике, в которую входит приблизительно 150 млрд, звезд, имеется порядка 1 млрд, планетных систем. А раз имеются другие планетные системы, то возможно и существование жизни на них (или на некоторых из них).

Появление и развитие жизни на планете требует известных условий, среди которых наиболее важным, но всей вероятности, является приемлемая и стабильно существующая температура среды. Из этого следует, что орбита планеты не должна находиться ни слишком близко к центральной звезде системы, ни слишком далеко от нее. Наша Земля как раз движется на такого рода орбите, в то время как Меркурий, например, находящийся ближе всех других планет к Солнцу, имеет на поверхности слишком высокую температуру (свыше 300 °C), а на Уране, Нептуне и Плутоне, движущихся по самым далеким от Солнца орбитам, наоборот, температура поверхности для возникновения жизни слишком низкая (приблизительно —200 °C).

Конечно, кроме температуры поверхности планеты, существуют и другие условия, способствующие возникновению жизни, в частности наличие на планете сложных молекул, которые вступают в различные реакции. Впрочем, это тоже в большой мере зависит от температуры и ее стабильности.

Возникновение жизни на Земле произошло в тот период времени, когда физико-химические условия на поверхности нашей планеты благоприятствовали этому. Сначала появились простейшие организмы. В процессе их развития они становились все более сложными. Наконец, появилось мыслящее существо — человек. Процесс эволюции живого мира относится к биологии, и мы еще к нему вернемся.

К настоящему времени химия — наука, рассматривающая в основном превращения веществ и, следовательно, изучающая элементы (простейшие вещества, образуемые одинаковыми атомами) и сложные вещества, состоящие из молекул (сочетаний различных атомов), — настолько развилась, а химическая промышленность стала такой огромной и многообразной, что основы химии трудно уместить даже в самостоятельной большой книге [337] . В настоящей книге необходимо основные этапы развития химии изложить в кратком разделе.