Прошлое в цейтноте
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
В статьях, которые мы недавно публиковали на сайте о возрасте Земли и Вселенной, а также о том сколько лет живому веществу Земли доказывается, что биологии и геологии не хватает времени, чтобы уложить в рамки нынешней хронологии эволюцию вещества и жизни от «начала истории» до сегодняшнего дня. Что может сказать по этому поводу физик?
1. Прежде всего, некоторые чисто биологические аргументы представляются мне не совсем достоверными. Если исходить из того, что сложные биологические молекулы образуются чисто случайно, то для их возникновения требуется действительно фантастически огромное время, и принятый возраст Метагалактики выглядит тут мизерными. Но, видимо, возникновение жизни — процесс не случайный, а закономерный, хоть мы еще и не знаем, как он идет. Кое-что, возможно, тут в состоянии подсказать аналогия с возникновением в космосе сложных неорганических молекул. Согласно рассуждениям, приведенным в статье Баландина, на это тоже не хватает времени. Но тут не учтены несколько очень важных обстоятельств. Во-первых, в космосе атомы конденсируются на пылинках, играющих сверх того нередко и роль катализаторов, и это резко повышает вероятность «встречи атомов».
Во-вторых, при современной концентрации атомов в космосе они (без учета роли космической пыли) действительно должны сталкиваться раз в сто лет. Но ведь Вселенная, согласно наиболее убедительной сегодня космологической теории, расширяется, и когда она была раз в сто моложе, то концентрация атомов в ней была больше в миллион раз, значит, парные столкновения их происходили чаще в миллион, а тройные — даже в триллион раз.
2. Думаю, что мы можем доверять радиоактивным часам в большей степени, чем полагает Р. Баландин. Свойства атома ведь не зависят от его возраста. Только что возникший атом водорода имеет тот же спектр, что водородный атом, просуществовавший миллионолетие. Время радиоактивного распада определяется ядерным (сильным) и слабым взаимодействиями. Изменяются ли характеристики этих взаимодействий со временем? Пока такого не обнаружено. Недавно в Южной Африке нашли природный ядерный реактор, «работавший» больше миллиарда лет назад. Исследование его показало, что за миллиард лет скорости ядерных реакций не изменились. Словом, нет у нас оснований не доверять принципам работы радиоактивных часов!
3. Стоит обратить внимание вот на что. Чем дальше в прошлое, тем больше выделялось тепла из недр Земли за счет распада радиоактивных веществ. Не буду заниматься хотя бы приблизительными расчетами, но тут получается, что несколько десятков миллиардов лет назад температура планеты должна была бы быть столь высока, что океан кипел. Значит, история планеты не может быть слишком долгой. И даже если органические молекулы и жизнь возникли в космосе, вне Земли, то на раскаленной Земле им было не «прижиться».
4. В астрофизике долго обсуждались разные способы объяснения «красного смещения». К настоящему времени все идеи, конкурирующие с представлением о расширении Метагалактики, не выдержали испытания. И все же у физики тоже не все в порядке со временем. Ей не хватает времени на образование галактик.
Дело тут вот в чем. Доносящийся до нас радиошум неба, так называемое реликтовое излучение, однороден, одинаков, с какой бы стороны он ни приходил. А это — память о начале расширения Метагалактики; однородность реликтового излучения — следствие однородности этого расширения. Однако на то, чтобы из абсолютно однородно распределенного вещества под влиянием тяготения образовались галактики, требуются, по расчетам, не миллиарды лет, а значительно больше. Взять их негде. Как же быть?
Мне кажется, тут надо обратиться к тому, что происходило перед началом расширения Вселенной. До расширения происходило, по-видимому, сжатие, а между двумя этими фазами Метагалактика находилась, говорят физики, в состоянии сингулярности. Обычно термином «сингулярность» называют область пространства, в которой плотность вещества очень велика. В идеальном случае она даже бесконечна, но та сингулярность, о которой сейчас идет речь, должна была иметь плотность конечную.
Хуже всего, что общая теория относительности (как, пожалуй, и вся математическая физика), показавшая свою мощь во многих случаях, не умеет рассматривать сложные ситуации — такие, когда навстречу друг другу летит великое множество частиц и их траектории «перепутываются». Математик скажет, что здесь теряется «гладкость» и появляется сингулярность (хотя это вовсе не обязательно связано с высокой плотностью вещества).
Так что рассчитать, что происходит в сингулярности, мы пока не можем. Но космической сингулярности, по-видимому, предшествовало сжатие. И еще на этой стадии могли образоваться зародыши галактик, затем они как-то прошли через сингулярность и успели за отпущенное им время стать настоящими галактиками. Так физика находит время, которого ей не хватало. Однако готова ли она поделиться им с биологией? Боюсь, что нет. Сложные молекулы не могли пройти через сингулярность с характерными для нее высокими плотностями и температурами.
Но, как кажется, биология все-таки не так нуждается во времени, как полагают Р. Баландин и В. Динисенко. Скажем, совсем не обязательно, чтобы на самых ранних стадиях развития жизни, а особенно для предбиологической эволюции, темп событий был резко замедлен по сравнению с более поздними этапами. Вполне возможна и обратная картина. Слишком плохо мы знаем законы возникновения и начального становления жизни, чтобы быть здесь категоричными.
Автор: М. Герценштейн, кандидат физико-математических наук.