Разумная жизнь во Вселенной - Юрий Мизун

Но против бора работают два обстоятельства. Во-первых, его малая распространенность. Так, в земной коре его всего три десятитысячных процента. Дело в том, что под действием космических лучей (заряженных частиц) ядра бора преобразуются в ядра других элементов. Правда, на других планетах в иных условиях бора может быть больше, чем на Земле. Второй аргумент против бора состоит в естественном сродстве бора с азотом и с аммиаком как растворителем. В этом плане бор лучше соответствует органической схеме, приспособленной к условиям умеренно низких температур.

Кремний как заменитель углерода этих изъянов не имеет. Кремний является неметаллом. Он находится в одной группе (IV) с углеродом, кремнием и германием. Все, кроме кремния, являются металлами. В эту группу, естественно, входит и водород. У всех элементов этой группы на валентной оболочке имеется четыре свободных места. Значит, их максимальная валентность и характеристическая ковалент-ность равны четырем. Это и определяет их химические свойства. Все указанные элементы образуют ряды водородных соединений.

Установлено, что кремневодороды имеют несколько более высокие точки плавления и кипения, чем углеводороды. Но температуры их разложения меньше. Это соответствует меньшим энергиям связей. Несмотря на это они достаточно теплостойки для любой вероятной схемы жизни. При соприкосновении с воздухом или кислородом они самовозгораются. Кроме того, они энергично реагируют с водой в присутствии катализаторов-щелочей. При этом образуются силикаты и высвобождается водород. Чистая вода не действует на кремневодороды в силикатных сосудах. Эта реакция протекает только в сосудах из стекла, поскольку оно содержит щелочные металлы.

В земных условиях кремневодороды, как и углеводороды, существовать не могут. Так, болотный газ, основную часть которого составляет метан, самовозгорается в воздухе. Тем не менее углеводороды являются основными элементами молекулярных цепочек в земной схеме жизни. Важно помнить, что органические соединения строятся не из углеводородов, а из продуктов фотосинтеза. Сами же углеводороды появляются в существующей органической схеме позднее как продукты распада органических веществ.

Имеются кремниевые кислоты органического типа. Достаточно подставить аминогруппу на место начального атома водорода, чтобы превратить их в аминокислоты. Из них могут быть построены кремнебелки через кремниевые аналоги пептидных связей. В этом процессе возникнут более прочные связи, поскольку сродство кремния и кислорода больше.

Но есть одно принципиальное отличие кремния от углерода. Кремний предпочитает соединяться с кислородом. Поэтому он не дает аналогов циклических углеводородов, поскольку образует цепочки — Si — O — Si —. Это можно сделать путем замены кислорода на серу. Она относится также к VI группе таблицы Менделеева. Достаточно давно были получены кремниевые полимеры с азотом, который заменяет кислород. При этом азот служит донором электрона. Полагают, что азот может быть заменен фосфором. Но здесь не все еще изучено.

Если водорода на какой-либо планете мало, его можно заменить галогеном. Существуют длинные цепочки из кремния и хлора, которые подобны кремневодородам. Эти соединения могут быть основой для построения сложной химической системы. Можно утверждать, что кремний вполне может заменить углерод и быть цепочкообразующим элементом органической системы. При этом вместо чисто кремниевых цепочек крупные лабильные молекулы вполне могут быть основаны на связях Si — O — Si или Si — N — Si. При высоких температурах жизнь не требует полного исключения углерода из органических структур. Углерод может присутствовать вместе с кремнием и германием. Собственно, известны некоторые углеродные соединения, в которых присутствует кремний. Таким образом, при высоких температурах может существовать жизнь, основанная на кремнии, сере и фосфоре вместо азота. Условия для этого могут быть на планете малой массы. Такие планеты должны находиться близко к своему солнцу. В нашей планетной системе это Меркурий.

Если температура на планете достигает 300 °C, то в ее атмосфере не могут задерживаться легкие элементы. Они улетучиваются в космос. Тут важны два фактора — температура и сила тяжести.

Условия на планетах во Вселенной могут быть самыми различными. Поэтому специалисты не исключают, что «кремниевая жизнь» возможна при высоких давлениях и температурах свыше 1000 °C. В этих условиях кремниевые соединения станут лабильными. Вообще-то специалисты проработали вопросы существования жизни во Вселенной — на планетах, где условия очень сильно различаются: при изменении температуры от нескольких градусов выше абсолютного нуля (— 273,15 °C) до точки кипения свинца. Рассматривались даже более высокие температуры.

ЧАСТЬ ВТОРАЯ

ВСЕЛЕННАЯ

РАСШИРЯЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ

Около 15 миллиардов лет тому назад произошел Большой Взрыв, охвативший существовавшее в то время вещество, которое было равномерно распределено в небольшом пространстве и имело огромные плотность и температуру. Наиболее плотно вещество упаковано в атомных ядрах. Там плотность его составляет 10–15 г/см3. Сейчас известно, что плотность вещества до Большого Взрыва была во всяком случае больше плотности вещества в атомных ядрах по крайней мере в 10108раз. Именно такой плотности достигло вещество спустя 10–43 секунды после Большого Взрыва. Но за это время после начала Взрыва вещество успело уменьшить свою плотность. Значит, до Взрыва оно имело бо́льшую плотность.

Горячее вещество, которое в конце концов взорвалось, состояло из большого количества фотонов, имеющих большие энергии, но замурованных в вещество в результате столь огромной его плотности. Кроме того, в нем содержались протоны и нейтроны, которые непрерывно стремились к объединению и образованию дейтерия. Этому препятствовали фотоны, разбивая дейтерий на протон и нейтрон. Этот процесс может идти только при очень высокой температуре.

Известно, что температура вещества до Взрыва и сразу после него превышала десятки тысяч миллиардов градусов по Кельвину (или просто кельвинов). Взрыв разбросал вещество во все стороны, оно стало разбегаться с огромными скоростями, порядка 250 километров в секунду. Так с момента Большого Взрыва начала существовать горячая расширяющаяся Вселенная, в которой мы живем. Горячее вещество до Взрыва не содержало атомов химических элементов и даже всех элементарных частиц. В экстремальных условиях при столь больших плотности и температуре после Большого Взрыва стали протекать ядерные реакции между элементарными частицами, в результате которых образовались другие элементарные частицы (до указанного выше момента после истечения 10–4 секунды после Взрыва), а затем и химические элементы.

Какие именно процессы привели к образованию химических элементов, в настоящее время установлено, поскольку имеется возможность сопоставить результаты расчетов этих процессов с истинным распределением химических элементов в нынешней Вселенной. Поэтому можно считать, что мы знаем, что происходило от 1 секунды после Взрыва и до наших дней, несмотря на то, что этот период занимает 15 миллиардов лет. Имеются некоторые естественные вехи, которые делят весь интервал времени после Взрыва (все время жизни Вселенной, поскольку ее летоисчисление началось с Большого Взрыва) на отдельные периоды. Первый такой период (возможно, состоящий из подпериодов) от начала Взрыва продолжался всего 1 секунду. Но именно в этот период была определена вся дальнейшая «судьба» Вселенной (ее строение, химический состав, эволюция). Правда, этот период не только самый важный, но и менее изученный, чем последующие.

В самые первые моменты после Взрыва из-за огромной температуры, превышающей десятки тысяч миллиардов градусов, взаимодействие частиц приводило к рождению одновременно протонов и антипротонов, а также нейтронов и антинейтронов. Частицы и античастицы не только рождались, но и аннигилировали (взаимно уничтожались). При последнем процессе рождаются фотоны. Так, высокоэнергичные фотоны при столкновении приводят к образованию пар электрон-позитрон, а при аннигиляции рождаются кванты света — фотоны. Минимальная температура, при которой могут проходить описанные выше превращения, должна превышать 10 миллиардов градусов. При меньших температурах фотонам не будет хватать энергии для образования пар электрон-позитрон. Как уже было сказано, для рождения более тяжелых частиц (протонов, антипротонов, нейтронов, антинейтронов, мезонов и т. п.) нужна еще более высокая температура. Чем меньше температура, тем частицы меньшей массы могут порождать фотоны. Поэтому при понижении температуры число тяжелых частиц уменьшается (вначале протонов и антипротонов, а затем и мезонов).