Александр Никонов - Венец творения в интерьере мироздания
Считается, что в первое мгновение существования мира, когда размер Вселенной составлял несколько микрон, четыре мировых взаимодействия были неотличимы друг от друга и представляли собой одно Великое Взаимодействие. Все усилия физиков сейчас направлены на разработку теории, которая объединила бы четыре взаимодействия в одно — суперсимметричное — взаимодействие. Это было бы здорово и многое объяснило бы в мире, но пока что удалось разработать только модель электрослабого взаимодействия, объединив в одно электромагнитное и слабое…
Но вернемся к нашему миру, которому 10-35 секунды от роду. Температура мира в этот момент составляла 1014 ГэВ, а плотность его была 1080 г/см3. Чтобы вы имели представление о том, что такое 1014 ГэВ, я скажу, что это 1027 градусов Кельвина.
То есть температура мира на тот момент была 1000 000 000 000 000 000 000 000 000 градусов по Кельвину. Или по Цельсию, тут уж без разницы.
А возраст мира составлял
1 / 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000
долю секунды.
При этом диаметр Вселенной равнялся 10 сантиметрам. Немногим больше теннисного мяча.
Именно в этот миг гравитационное взаимодействие отделилось от Великого, повысив разнообразие мира «на единичку». Это и было первым шагом эволюции. Что вообще такое эволюция? Эволюция — это процесс усложнения материальных систем.
Дальше Вселенная стремительно раздувалась, «обменивая» температуру на пространство. Энергия (температура) Вселенной быстро падала, а сцена для будущих действий (пространство) стремительно расширялась. (Позже знаменитый физик Александр Линде назовет это стремительное расширение инфляцией.) Механизм эволюции запустился.
В первые мгновения не было никакой разницы между веществом и излучением — они были симметричны, неразличимы. В многочисленных столкновениях вещество превращалось в поле, а поле — в вещество. Позже вещество и излучение разделились. Отделилось сильное взаимодействие, и их стало уже три — гравитационное, сильное и электрослабое.
В момент времени 10-12 секунды наконец слабое взаимодействие отделилось от электромагнитного. Плотность мира тогда составляла 1020 г/см3, температура — 1016 К, а размер приближался к миллиарду километров.
Шло время. И в момент, когда Вселенной стукнуло 10-6 секунды, а ее температура упала до величин совсем уже неприличных — 1013 К, бедняжку раздуло до 100 миллиардов километров, а кварки начали слипаться и формировать нейтроны и протоны. Здесь необходимо маленькое пояснение. Как известно, практически все вещество, которое мы видим вокруг себя, «сделано» из трех элементарных частиц — протона, нейтрона и электрона. Сейчас физики, которые занимаются элементарными частицами, предполагают, что протоны и нейтроны строятся из более мелких частичек — кварков. На этом предположении они даже построили новую теоретическую науку — квантовую хромодинамику. Наука хорошая получилась, вот только проверить ее на практике никак невозможно: чтобы разбить протон на кварки, необходимо приложить совершенно невообразимую энергию, которая существовала в первые мгновения жизни Вселенной. Тогда энергии горячей Вселенной хватало для того, чтобы отрывать кварки друг от друга. Теперь настали иные времена.
Это очень важный момент в понимании механизмов эволюции! Тех самых механизмов, которые действуют на всех природных уровнях. Запомните первое правило эволюции: как только энергия связи между частичками становится выше шальной энергии среды, так появляются первые структуры, которые среда уже не может разрушить: силенок не хватает. Почему не растворяется и не рассыпается камень? Потому что энергия окружающего его воздуха недостаточна для того, чтобы разорвать связи внутри камня. Но если мы начнем повышать энергию среды, камень рано или поздно расплавится и растечется.
Брак — это совместное сожительство двух человеческих частичек. Но если мы начнем повышать агрессивную энергию среды, создавать людям невыносимые трудности в жизни, их брак распадется. Энергия среды превысит энергию брачной связи.
Впрочем, до браков нам еще далеко, у нас пока что прошло только 10-6 секунд. Вселенная представляла собой кашу из лептонов, излучения, протонов и нейтронов. Посмотрим, что стало с этой кашей дальше.
Поскольку взорвавшаяся Вселенная расширяется, ее температура падает — и вещественные структуры еще больше усложняются. Когда с момента рождения мира прошла одна десятая доля секунды, температура мира упала до 30 миллиардов градусов. В это время начали формироваться первые ядра гелия (два протона, два нейтрона) и дейтона (тяжелого водорода).
Важный момент — практически все частицы новорожденной Вселенной к этому моменту уже проаннигилировали со своими античастицами, то есть взаимоуничтожились, превратившись во вспышки света. В «живых» остался мизер — одна миллиардная часть того, что было. Дело в том, что частиц оказалось на одну миллиардную долю больше, чем античастиц. Вот из этой одной миллиардной и состоит теперь весь наш мир. Лишь одна миллиардная часть того, что было, осталась! Я говорю это затем, чтобы вы поняли второе эволюционное правило — количество неудачных попыток на много порядков превышает количество удачных. Природа действует без плана. Природа действует вслепую. Методом проб и ошибок. Поэтому ей приходится работать с большим запасом. Например, чтобы получился мир, ей «пришлось» создать вещества в миллиард раз больше необходимого.
И сразу третье правило эволюции: с течением времени число удачных попыток растет! Из миллионов семян одуванчика выживает одно-два. Из 1 145 000 устриц-мальков выживает одна. Поэтому, чтобы продолжить вид, устрица откладывает 150 000 000 икринок. Космические цифры, правда?… Но с повышением уровня организации материи число удачных попыток возрастает. Чтобы выжил десяток мальков осетра, природе уже не нужны миллиарды икринок, достаточно тысяч. Полвека — век назад в крестьянских семьях выживало до половины родившихся детей. Сейчас у современных горожан выживают почти все. Это наглядное действие эволюции. К этому действию мы еще вернемся не раз.
… Итак, минула тысяча лет. Вселенную раздуло еще больше, ее температура упала до 30 000 градусов (1эВ), и стало возможным появление первых атомов. Дело в том, что энергия связи электрона с ядром атома равна 1эВ. И как только энергия среды упала ниже этой отметки, электроны перестали отрываться от ядра.
Прошло 200 миллионов лет. Температура Вселенной упала примерно до 300 К. Начали формироваться более сложные структуры — звезды. Они конденсировались из межзвездного газа, который состоял, в основном, из водорода с примесью гелия. (Еще несколько лет назад считалось, что первые звезды зажглись только через миллиард лет после начала мира, однако последние астрономические данные сократили этот срок впятеро.)
Дальнейшая эволюция вещества шла уже в недрах звездных топок. Все, что стоит в периодической системе химических элементов правее и ниже гелия, то есть практически вся таблица Менделеева, — это продукт «звездных фабрик». В результате ядерных реакций, которые я сейчас не буду приводить, чтобы совсем не распугать читателей, в недрах первого поколения звезд было произведено то вещество, из которого состоим мы с вами — все эти углероды, магнии, кислороды, железо… в общем, все, кроме трансурановых. Химические элементы, расположенные в таблице Менделеева правее железа, вырабатываются при взрывах сверхновых звезд.
В зависимости от массы звезда может либо тихо угаснуть, либо взорваться. Некоторые звезды взрывались, раскидывая по галактике наработанный материал. Межзвездная пыль под воздействием гравитации конденсировалась в пылевые облака, из которых формировалось второе поколение звезд — уже с планетными системами. Из этих веществ сформировались и мы. Так что кто-то из астрономов был совершенно прав, когда сказал, что люди состоят из пепла умерших звезд. Это не поэтическая фраза, это простая констатация факта.
Вообще процесс формирования и горения звезд весьма интересен, и я обязательно уделил бы ему побольше места, но боюсь уже злоупотреблять вниманием читателя. Упомяну лишь, что эволюция вещества в межзвездных просторах доходит до органических соединений. То есть органические вещества впервые появляются не на планетах, как думают многие, а прямо в межзвездной пыли.
В штате Аризона, в обсерватории Китт Пик стоит работающий на миллиметровых волнах радиотелескоп, специально предназначенный для поиска в межзвездном газе молекулярных соединений. С его помощью было установлено, что туманность Ориона является так называемым ГМО — гигантским молекулярным облаком. И в составе этого облака присутствуют такие сложные органические соединения, как метил, формальдегид, изоциановая кислота, муравьиная кислота, метанол, метиламин, диметиловый эфир и другие. К слову сказать, многие из этих органических молекул являются основой молекулы ДНК.
