Чтение онлайн

Зададимся мы и еще рядом вопросов: например, смогли бы мы распознать жизнь в таких существах, если бы увидели их? Восприняли бы мы формы жизни на основе кремния как живых существ, или сочли бы их простыми булыжниками? Чем дальше от привычных форм жизни мы отходим, тем сложнее становится отвечать на такие вопросы: ведь жизнь могла бы основываться в числе прочего на элементах, редко встречающихся на Земле, но широко распространенных за ее пределами. К такому выводу ученые пришли совсем недавно, опубликовав труд, в котором каталогизированы встречающиеся в составе других звезд (а значит, по всей вероятности, и в составе планет, обращающихся вокруг них) различные химические соединения. И если дать волю воображению, мы сможем представить себе самые разные формы жизни, совершенно непохожей на привычные нам, – жизнь нехимическую, жизнь, не следующую законам естественного отбора. В конечном счете главный вопрос, интересующий нас, мы можем сформулировать так: при всей невероятной сложности и разнообразии, уже открытых и гипотетически возможных экзопланет, обнаружим ли мы такие же сложность и разнообразие среди живых существ на этих планетах?

Наше исследование потенциального возникновения жизни где-нибудь еще в Галактике, за пределами Земли, возможно благодаря двум общим принципам, и они же определяют границы такого исследования. Вот эти принципы:

1. Физическая Вселенная управляется относительно малым числом общих законов.

2. Физические законы, которые действуют сейчас на Земле, применимы к любой точке Вселенной во все времена.

Эти идеи являются основой мышления любого ученого. Они с самого начала были значимой частью образования авторов этой книги. По сути, эти идеи – пример того, что антропологи называют «базовыми убеждениями». Эти убеждения настолько важны для племени или другой группы людей, что их даже не принято лишний раз проговаривать. Их просто принимают на веру и разделяют всей группой безо всяких вопросов.

Авторы, однако, постепенно осознали, что эти два базовых убеждения не так уж хорошо известны широкой публике и уж тем более не являются для нее какими-то аксиомами. Не то чтобы большинство людей считало их неверными – просто, когда люди задумываются о глобальных вопросах, таких как существование внеземной жизни, эти правила просто не приходят им в голову. Поэтому, вероятно, следует уделить немного времени обсуждению базовых принципов – чему и посвящена данная глава. Ниже мы поговорим об основных законах физики и химии, которыми мы и будем руководствоваться на всем протяжении этой книги, размышляя о гипотетической внеземной жизни.

Начнем с тех аспектов науки, которые описывают окружающий нас привычный мир: мир объектов нормальных размеров, движущихся с нормальной скоростью. Законы, которые управляют нашим привычным миром, часто называют «классической физикой». Их можно представить себе как три гигантских столпа, на которых держатся все наши знания о мире. Давайте же взглянем на эти законы, прежде чем двинуться в более сокровенные области познания.

Первая система законов, которые управляют нашей повседневной жизнью, была сформулирована английским ученым Исааком Ньютоном (1643–1727). Эти законы описывают движение материальных объектов, а соответствующая им область науки называется механикой. Возможно, это один из древнейших предметов интереса физиков. Со времен Древней Греции мыслители пытались дать исчерпывающее описание движения, но не слишком-то в этом преуспели. Ньютон же разработал новый математический аппарат, который мы теперь называем дифференциальным и интегральным исчислением, и при его помощи наконец-то сумел вывести законы движения летящих тел (то есть объектов, брошенных или как-то иначе запущенных в воздух). Сформулированные им правила – мы называем их законами движения Ньютона – довольно просты:

1. Объект сохраняет свое состояние движения или покоя, пока на него не подействует сила.

2. Ускорение объекта пропорционально действующей на него силе и обратно пропорционально его массе.

3. Всякое действие вызывает равное ему по силе противодействие.

Эти законы верны для любого движущегося объекта, в любом месте Вселенной – важный пункт, к которому мы скоро вернемся. По сути, первый закон объясняет нам, как понять, что на объект действует сила, а второй – что именно происходит, когда она действует. Однако в таком виде эти законы ничего не говорят нам о том, какие силы вообще могут существовать в природе; только объясняют, как именно силы влияют на движение объектов. Поэтому дальше мы рассмотрим те силы, которые управляют поведением планет.

Закон всемирного тяготения – возможно, самый прославленный вклад Ньютона в науку. Этот закон гласит, что между любыми двумя объектами во Вселенной существует сила притяжения – мы называем ее тяготением или гравитацией, – пропорциональная массам этих двух объектов и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. (Другими словами, если вы удвоите массу одного из объектов, вы удвоите и действующую между этими объектами силу; удвойте расстояние между объектами, и сила притяжения между ними уменьшится вчетверо.)

Вот и все, именно настолько просто. Но Ньютон даже не предполагал, что, пользуясь его законами, мы сможем определять массы планет, обращающихся вокруг звезд за много триллионов миль от Земли. Например, как мы будем говорить в главе 5, один из самых эффективных способов регистрации экзопланет состоит в том, что мы наблюдаем слабое потускнение звезды, когда экзопланета проходит между своей звездой и нами. Мы называем это явление прохождением. Определив время между последовательными прохождениями, мы можем на основании законов Ньютона рассчитать, насколько далеко от материнской звезды располагается планета. Объединив эту информацию с известной нам температурой поверхности звезды, мы получим ответы на такой вопрос, как «Может ли на поверхности этой планеты существовать жидкая вода?» А на основании этого мы сможем говорить о гипотетически возможной жизни в других мирах.

Такого применения законов Ньютона его современники не могли себе даже представить! При этом, однако, мы должны подчеркнуть: значение ньютоновской картины Вселенной гораздо больше решения прикладной задачи поиска экзопланет. Можно, по сути, утверждать, что появление и развитие ньютоновской механики заложило основы самой современной науки, определило границы ее возможностей: от теоретических предсказаний эффектов, которые еще только предстоит открыть и изучить, до проверки этих предсказаний на практике, в суровых условиях реального мира. В каком-то смысле все технические достижения современной цивилизации есть прямое следствие ньютоновского подхода к изучению природы.

Можно пойти и еще дальше. Ньютоновскую картину Солнечной системы мы можем уподобить точным часам. Движение планет похоже на движение часовых стрелок, законы, которым подчиняется это движение, – на слаженную работу шестеренок часового механизма. Если же мы приложим эту мысленную схему ко всей Вселенной, перед нами предстанет мир упорядоченный, правильный и предсказуемый. Ньютоновский мир напоминает огромный часовой механизм, в котором попросту невозможны неожиданности, непредвиденные события и внезапные повороты. К примеру, летающие драконы, которых мы описали в предыдущей главе, смогли бы держаться в воздухе, только если бы подъемная сила их модифицированных плавательных пузырей оказалась бы больше силы тяготения планеты. А их способность управлять собственным полетом зависела бы одновременно от подъемной силы их крыльев и от собственной массы наших драконов. Даже волшебные сказки – и те подчиняются законам Ньютона!

Взгляд на мироздание как на высокоточный механизм распространился далеко за пределы естественных наук, да и науки в целом. Некоторые ученые даже заявляют, что своей конституцией Соединенные Штаты Америки тоже обязаны Исааку Ньютону! Согласно их концепции, отцы-основатели верили, что если Ньютон сумел открыть законы, которым неукоснительно подчиняется вся Вселенная, то и они смогут понять и сформулировать законы, на основании которых можно будет построить идеальное общество. Увы! Очень скоро увидим, что XX век не пощадил представление о царящем в природе порядке и предсказуемости. Но прежде, чем ученые с сожалениями отказались от этого тезиса, на основе идеи концепции Вселенной – часового механизма успели развиться еще две крупнейших области науки – остальные два столпа, на которые мы будем опираться, продолжая разговор о жизни на экзопланетах.