Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева - Сэм Кин

Некоторые читатели наверняка подумали, что это просто смехотворное значение, чтобы из-за него вести научные диспуты. Разве можно представить себе, чтобы Билл Гейтс подбирал монетки на обочине? Но в данном случае величина изменения не так важна, как сама возможность подобного изменения фундаментальных констант[165]. Многие ученые оспаривают данные австралийских коллег, но, если результаты австралийцев подтвердятся, ученым придется переосмыслить всю теорию Большого взрыва. Ведь те законы природы, которые нам известны, вполне могли появиться позднее[166]. Если значение константы альфа действительно меняется, то один лишь этот факт мог бы переформатировать всю эйнштейновскую физику, точно как работы Эйнштейна заставили пересмотреть физику Ньютона, а открытия Ньютона – забыть средневековую схоластику.

В следующем разделе мы обсудим, как изменчивость этого значения может произвести революцию и в еще одной сфере научных исследованиях – в поиске внеземной жизни.

В предыдущих главах мы уже не раз говорили об Энрико Ферми. Он умер от отравления бериллием после своих смелых экспериментов, а также получил Нобелевскую премию по химии за открытие трансурановых элементов, которого не совершал. Но было бы неправильно оставить у вас негативное впечатление об этом титане науки. Ученые во всем мире совершенно искренне уважают Ферми. В его честь назван элемент № 100, фермий. Кроме того, его считают последним великим ученым-универсалом, внесшим огромный вклад как в теоретическую, так и в экспериментальную физику. Ферми беспрестанно отмывал руки то от машинного масла, которым он смазывал приборы, то от мела, которым он выводил формулы на университетской доске. Ферми обладал дьявольски острым умом. В ходе научных диспутов коллегам Ферми то и дело приходилось убегать в рабочий кабинет, чтобы свериться со сложнейшими уравнениями для решения того или иного вопроса. Вернувшись, они порой обнаруживали, что нетерпеливый Ферми уже восстановил все уравнение с нуля и нашел ответ, который был им нужен. Однажды он поручил молодым сотрудникам высчитать, какой слой пыли (в миллиметрах) должен накопиться на окнах его лаборатории (лаборатория Ферми была знаменита своей запущенностью), чтобы вся эта пыль осыпалась на пол под действием собственного веса. Ответ нам неизвестен, в истории сохранился лишь забавный вопрос[167].

Но даже Ферми не мог найти ответ на один обманчиво простой вопрос. Как было сказано выше, многие философы изумляются кажущейся «тонкой настройке» Вселенной. Хочется поверить, что Вселенная специально создана такой, чтобы в ней могла существовать жизнь, поскольку определенные фундаментальные константы имеют «идеально подходящие» для этого значения. Более того, ученые издавна верили, что в космических масштабах Земля является довольно заурядной планетой. Эта вера сродни убеждению в том, что такая универсальная единица, как секунда, не должна быть привязана к скорости вращения Земли по околосолнечной орбите. Учитывая такую заурядность, а также тот факт, какое множество звезд и планет существует во Вселенной, плюс невероятно долгое время, истекшее с момента Большого взрыва (здесь мы абстрагируемся от каких-либо щекотливых религиозных проблем), напрашивается вывод, что Вселенная должна буквально кишеть жизнью. Но мы не только никогда не встречались с инопланетянами, но даже не получили от них ни единого сигнала. Однажды за обедом Ферми размышлял обо всех этих противоречивых фактах и вдруг воскликнул, словно обращаясь к коллегам: «Так где же они все?»

Коллеги дружно рассмеялись, а эта проблема называется с тех пор «парадоксом Ферми». Но другие ученые восприняли вопрос Ферми серьезно и предположили, что на него действительно можно найти ответ.

Самую известную попытку предпринял астрофизик Фрэнк Дрейк, сформулировавший в 1961 году ставшее знаменитым уравнение Дрейка. Уравнение Дрейка напоминает принцип неопределенности по количеству разнообразных толкований, которые мешают понять его истинный смысл. Вкратце можно сказать, что уравнение Дрейка – это ряд допущений: сколько звезд может существовать в галактике, какая доля этих звезд имеет планеты, похожие на Землю, какая часть из этих планет может быть не просто обитаема, но и населена разумными существами, какая часть подобных цивилизаций захочет выйти на контакт и т. д. Изначально Дрейк вычислил, что в нашей галактике должны существовать около десяти цивилизаций, способных к такому контакту[168]. Но, опять же, это была всего лишь догадка, которую многие ученые раскритиковали как бессмысленную спекуляцию. Например, как мы, земляне, можем проанализировать психологию инопланетян и определить, какая часть из них любит поболтать?

Тем не менее уравнение Дрейка очень важное: оно указывает, какие данные нужны астрономам, а также закладывает научную основу астробиологии. Возможно, наши потомки будут рассматривать это уравнение так же, как мы сегодня изучаем первые проекты периодической системы элементов. В последнее время значительно усовершенствовались телескопы и другие орбитальные измерительные устройства, у астробиологов появились мощные инструменты, позволяющие оперировать не только догадками. На самом деле, космический телескоп Хаббл и другие подобные приборы позволили извлечь такое огромное количество информации из самых скудных данных, что современные астробиологи могут сделать значительно более далеко идущие выводы, чем Дрейк. Им не приходится ждать, пока разумные инопланетные существа найдут нас или искать в космосе аналог Великой Китайской стены. Сегодня мы можем напрямую проанализировать доказательства присутствия жизни, даже безмолвной – например, микробов и растений. Для этого нужно искать определенные элементы, в частности магний.

Разумеется, магний не столь важен для существования жизни, как кислород или углерод. Но этот элемент, расположенный в периодической системе под номером 12, может быть очень полезен для примитивных существ, так как обеспечивает превращение органических молекул в живые существа. Практически все живые существа используют в следовых количествах металлы, чтобы с их помощью синтезировать, хранить и обменивать энергетические молекулы. В биологии большинства современных животных важную роль играет гемоглобин, содержащий железо. Однако древнейшие и наиболее успешные с биологической точки зрения существа на нашей планете – синезеленые водоросли – используют для аналогичной цели не железо, а магний. Например, в центре молекулы хлорофилла находится атом магния. Хлорофилл – пожалуй, самое важное органическое вещество на нашей планете. Он обеспечивает фотосинтез, в процессе которого солнечная энергия превращается в сахара, основу всех пищевых цепей. В организме животных магний обеспечивает правильную работу ДНК.

Залежи магния на планете также указывают на наличие жидкой воды – наиболее подходящей среды для возникновения жизни. Соединения магния впитывают воду, как губка, поэтому даже на пустынных и скалистых планетах, таких как Марс, сохраняется шанс найти бактерии (или окаменелости бактериального происхождения) в районе таких залежей. На планетах, богатых водой (в Солнечной системе кроме Земли есть еще одно подобное небесное тело, одно из наиболее перспективных мест для поиска жизни – это Европа, спутник Юпитера), магний помогает поддерживать океан в жидком состоянии. Европа покрыта коркой льда, но подо льдом существует глубокий океан. Сегодня уже известно, что он очень богат солями магния. Как и любые растворенные вещества, соли магния снижают точку замерзания воды, поэтому она остается жидкой при сравнительно низких температурах. Кроме того, соли магния способствуют вулканической деятельности на скалистом дне. Соли увеличивают объем воды, в которой они растворены, обусловленное этим избыточным объемом давление питает вулканы. Вулканы извергают слабоминерализованную воду и перемешивают воду в океанических глубинах. Вдобавок под давлением поверхностный лед трескается, и пузырчатые льдины оказываются в воде. Как вы помните, пузырьки очень важны для зарождения жизни. Более того, соединения магния (наряду с соединениями некоторых других элементов) могут предоставлять сырье для развития жизни, так как вымывают богатые углеродом вещества из океанского дна. Мы пока не можем запустить на Европу зонд, а тем более, наблюдать размножение чужеродных форм жизни. Но обнаружение солей магния на голой безвоздушной планете – красноречивый признак того, что на ней могут происходить биологические процессы.

Но пока нет оснований полагать, что на Европе есть жизнь. Даже при том что охота за далекой внеземной жизнью в последнее время вышла на более сложный технологический уровень, она по-прежнему зиждется на огромном допущении: что та наука, которая описывает законы природы на Земле, действует и в других галактиках, а также действовала в далеком прошлом. Но если константа альфа с течением времени менялась, это могло коренным образом повлиять на возможность развития внеземной жизни. Исторически жизнь, пожалуй, не могла возникнуть до тех пор, пока значение константы не позволило бы сформироваться стабильным атомам углерода. После этого жизнь, вероятно, возникла достаточно легко, без всякого участия Создателя. А поскольку Эйнштейн определил, что пространство и время тесно взаимосвязаны, некоторые физики предполагают, что изменения константы альфа с течением времени допускают и подобные вариации в пространстве. То есть значение альфа может отличаться в разных областях космоса. Согласно этой теории, аналогично тому, что жизнь возникла на Земле, а не на Луне, по той причине, что на Земле есть вода и атмосфера, а на Луне их нет, возможно, жизнь возникла на непримечательной планете в этом отдаленном уголке космоса лишь потому, что именно здесь существуют подходящие для этого космологические условия, допускающие образование стабильных атомов и крупных молекул. В таком случае парадокс Ферми разрешается тривиально: космос молчит, так как там никого нет.