Билл Брайсон - Краткая история почти всего на свете.

Фрагмент книги

Введение

Добро пожаловать. И поздравляю. Я счастлив, что вам это удалось. Знаю, что попасть сюда было нелегко. Вообще-то я полагаю, что это было несколько труднее, чем вы можете подумать.

Начать с того, что для вашего присутствия здесь сегодня нужно было, чтобы триллионы непрестанно перемещающихся атомов каким-то замысловатым и необычайно строго определенным образом собрались вместе, породив вас. Их расположение настолько индивидуально и специфично, что никогда раньше не возникало и будет существовать лишь единожды, в этот раз. В течение многих дальнейших лет (мы надеемся) эти крошечные частицы будут безропотно участвовать в миллиардах своевременных совместных действий, необходимых для того, чтобы сохранить вас невредимым и дать возможность испытать в высшей степени приятное, но обычно недооцениваемое состояние, известное как жизнь.

Зачем атомам так утруждать себя — небольшая загадка. Быть вами — не такое уж благодарное занятие на атомном уровне. При всей их преданности и заботе вашим атомам вообще-то на вас наплевать — в сущности, они даже не знают о вашем существовании. Даже не догадываются, что они сами находятся здесь. Они же, в конце концов, безмозглые частицы и сами по себе не наделены жизнью. (Довольно занятно представить, что если вы приметесь пинцетом расщипывать себя на части, атом за атомом, то получится куча мелкой атомной пыли, причем ни одна пылинка никогда не была живой, но все вместе когда-то были вами.) Однако почему-то на протяжении вашей жизни они будут неукоснительно подчиняться единственному импульсу: сохранять вас такими, как есть.

А плохая новость заключается в том, что атомы непостоянны и время их преданности нам быстротечно — поистине быстротечно. Даже долгая человеческая жизнь достигает всего лишь около 650 тысяч часов. И когда эта скромная веха вдруг появляется перед глазами или маячит где-то поблизости, ваши атомы по неизвестным причинам прекращают служить вам, молча демонтируют свои конструкции и расходятся по другим предметам. А с вами всё.

И все же вы можете радоваться, что наше появление на свет вообще случается. Вообще-то говоря, во Вселенной, насколько мы можем утверждать, такого больше нет. Это весьма странно, потому что атомы, которые так охотно сбиваются в кучу, создавая живые существа на Земле, точно такие же, что отказываются делать это в других местах. Что бы там ни было еще, но на уровне химии жизнь на удивление обыденная штука: углерод, водород, кислород и азот, немного кальция, примесь серы, редкие пылинки других самых обычных элементов — ничего такого, чего нельзя найти в любой простой аптеке, — и это все, что нужно. Единственная особенность составляющих вас атомов заключается в том, что они составляют вас. Это, конечно, и есть чудо жизни.

Но независимо от того, порождают атомы жизнь в других уголках Вселенной или нет, они создают множество других вещей; без них не было бы воды, или воздуха, или горных пород, не было бы звезд и планет, далеких газовых облаков и завихряющихся туманностей и любых других вещей, составляющих Вселенную, такую привычно материальную. Атомы настолько многочисленны и непреложны, что мы легко упускаем из виду, что вообще-то в их существовании нет необходимости. Нет закона, требующего, чтобы Вселенная наполнялась малыми частицами материи, или порождала свет и тяготение, или обладала другими физическими свойствами, от которых зависит наше существование. Вообще-то нет никакой необходимости в существовании Вселенной. Долгое время ее не было. Не было атомов, и для них не было Вселенной, по которой они бы свободно плавали. Не было ничего — нигде совсем ничего.

Так что, слава богу, что есть атомы. Но то обстоятельство, что у вас есть атомы и что они охотно собираются именно таким образом, лишь отчасти объясняет, как вы тут появились. Для того чтобы оказаться здесь теперь, в XXI веке, живым и к тому же достаточно сообразительным, чтобы это осознать, вам также надо было стать результатом необычайной череды биологических везений. Выживание на Земле — удивительно хитрое дело. Из миллиардов и миллиардов живых видов, существовавших с начала времен, большинства — как предполагают, 99,99 % — больше здесь нет. Как видите, жизнь на Земле не только коротка, но и пугающе шатка. В том и состоит курьезность нашего существования, что мы обитаем на планете, которая очень хорошо поддерживает жизнь, но еще лучше ее истребляет.

Биологический вид сохраняется на Земле в среднем всего лишь около 4 млн лет, так что если вы хотите оставаться здесь миллиарды лет, то должны быть такими же непостоянными, как составляющие вас атомы. Вы должны быть готовы менять в себе любые характеристики: облик, размер, цвет, видовую принадлежность — словом, все — и делать это неоднократно. Конечно, сказать куда легче, чем сделать, ведь процесс изменений идет наугад. Чтобы из «крошечной капельки первичного бульона» (как говорится в песенке Гилберта и Салливена[1]) стать сообразительным прямоходящим современным человеком, вам потребовалось снова и снова на протяжении чрезвычайно долгого времени и точно вовремя раз за разом менять свои черты и особенности.

Так что в разные периоды за последние 3,8 млрд лет вы сначала терпеть не могли кислорода, а потом души в нем не чаяли, отращивали плавники и конечности, щеголяли крыльями, откладывали яйца, мелькали в воздухе раздвоенным язычком, были гладкими, были пушистыми, жили под землей, жили на деревьях, были большими, как олень, и маленькими, как мышь, и принимали образ миллионов других созданий. Малейшее отклонение от любого из этих зигзагов эволюции — и теперь вы, возможно, слизывали бы водоросли со стен пещеры, или, как морж, нежились бы где-нибудь на каменистом берегу, или, выдувая воздух из отверстия в затылке, ныряли бы на шестьдесят футов, чтобы набрать полный рот обитающих на дне вкусных червей.

Вам повезло не только в том, что с незапамятных времен вы принадлежите благоприятствуемой эволюционной линии, но вам также в высшей степени — можно сказать, чудесным образом — повезло с собственной родословной. Задумайтесь над тем, что за 3,8 млрд лет, период дольше времени существования земных гор, рек и океанов, все до одного ваши предки с обеих сторон были достаточно привлекательны, чтобы найти себе пару, достаточно здоровы, чтобы дать потомство, и достаточно вознаграждены судьбой и обстоятельствами, чтобы прожить для этого достаточно долго. Никто из имевших к вам отношение предков не был раздавлен, проглочен, не утонул, не умер с голоду не завяз в грязи, не был не ко времени ранен или каким-либо иным образом не отклонился от продиктованного жизнью влечения передать частичку генетического материала нужному партнеру в нужный момент, дабы сохранить единственно возможную последовательность наследуемых сочетаний, которые могли иметь поразительным, хотя и недолговечным конечным результатом — вас.

Отправным пунктом для меня послужил, каким бы он ни был, школьный учебник естествознания, который был у меня в четвертом или пятом классе. Книжка была стандартным учебником 1950 года — потрепанным, нелюбимым, увесистым, но ближе к началу там была иллюстрация, которая меня просто очаровала: схема, изображавшая внутренность Земли, как она выглядела бы, если вырезать большим ножом и аккуратно вынуть кусок, составляющий примерно четверть целого.

В книге рассказывается о том, как это произошло, — в частности, о том, как мы совсем из ничего стали чем-то, потом частичка этого чего-то стала нами, а также о том, что было между этим и после. Разумеется, надо охватить уйму вещей, потому книга и называется «Краткая история почти всего на свете», хотя, по правде говоря, она далеко не обо всем. Да и не могла быть. Но если повезет, ближе к концу, может быть, появится ощущение, что обо всем.Отправным пунктом для меня послужил, каким бы он ни был, школьный учебник естествознания, который был у меня в четвертом или пятом классе. Книжка была стандартным учебником 1950 года — потрепанным, нелюбимым, увесистым, но ближе к началу там была иллюстрация, которая меня просто очаровала: схема, изображавшая внутренность Земли, как она выглядела бы, если вырезать большим ножом и аккуратно вынуть кусок, составляющий примерно четверть целого.

Трудно поверить, что раньше я никогда не видел такой иллюстрации, но, очевидно, не видел, потому что отчетливо помню, что был поражен. Откровенно говоря, полагаю, что первоначальный интерес был вызван собственным воображением. Я представил, как вереницы ничего не подозревавших, мчавшихся на восток по американским равнинным штатам водителей валятся с края неожиданно возникшего обрыва высотой 6,5 тыс км, протянувшегося от середины Америки до Северного полюса. Но постепенно мое внимание переключилось на научную сторону рисунка и до меня дошло, что Земля состоит из отдельных слоев, заканчивающихся в центре раскаленным добела шаром из железа и никеля, таким же горячим, если верить надписи, как поверхность Солнца. Помню, что с удивлением подумал: «Откуда они знают?»

В правильности этих сведений я не сомневался ни на минуту — я все еще склонен доверять мнениям ученых, так же как я доверяю тому, что мне говорят врачи, водопроводчики и другие обладатели сокровенных, недоступных простым смертным знаний, — но до меня, хоть убей, не доходило, каким образом человеческий ум смог дознаться, как выглядит и из чего состоит то, что размещается в тысячах километров под нами, чего не видел ни один глаз, куда не мог проникнуть никакой рентгеновский луч. Для меня это было просто чудом. С той поры я придерживаюсь этого своего представления о науке.

В тот вечер я забрал книгу домой и, забыв об ужине, с нетерпением раскрыл ее — видно, поэтому мать потрогала мой лоб и спросила, здоров ли я, — и принялся читать с первой страницы.

Скажу вам, книга оказалась ничуть не захватывающей. Даже не совсем вразумительной. Прежде всего, она не содержала ответов ни на один из вопросов, которые возбудил рисунок в нормальном пытливом уме. Как получилось, что в середине нашей планеты оказалось Солнце и откуда узнали, насколько там горячо? И если там внутри все горит, почему земля у нас под ногами не горяча на ощупь?

И почему остальное внутреннее пространство не плавится — а может быть, плавится? И когда ядро в конце концов выгорит, не рухнет ли часть Земли в пустоту, оставляя огромную дыру на поверхности? И откуда об этом знают! Как все это выяснили!

Но автор странным образом умалчивал об этих частностях — в общем, умалчивал обо всем, кроме антиклиналей, синклиналей, аксиальных разломов и прочего в том же духе. Словно он хотел сохранить в тайне все интересные вещи, сделав их не постижимыми здравым рассудком. С годами я стал подозревать, что это вовсе не чья-то личная прихоть. Казалось, среди авторов учебников существовал широкий таинственный сговор, дабы изложение ими своего предмета даже на самую малость не приблизилось к области интересного и всегда оставалось не более чем вроде дальнего телефонного вызова, поступившего от чего-то действительно увлекательного.

Теперь-то я знаю, что, к счастью, есть множество научных писателей, из-под пера которых выходят самые доступные, самые захватывающие произведения. Только на одной букве алфавита их сразу трое: Тимоти Феррис, Ричард Форти, Тим Флэннери (не говоря уж о ныне покойном божественном Ричарде Фейнмане), — но, к сожалению, никто из них не написал учебника, которым бы мне довелось пользоваться. Все мои учебники были написаны мужами (всегда мужами), придерживавшимися занятного мнения, что все становится ясным, если выражено формулой, и любопытного заблуждения, что американские дети по достоинству оценят, если главы будут заканчиваться вопросами, над которыми можно будет поразмышлять в свободное время. Так что я вырос с убеждением, что наука — в высшей степени унылая вещь, хотя и подозревал, что так не должно быть. Я не слишком задумывался над всем этим и не предполагал, что могу сам чем-то в этом деле помочь. Так продолжалось довольно долгое время.

Потом, много позднее — думаю, около 4 или 5 лет тому назад, — во время долгого полета через Атлантику, когда я бездумно глядел в иллюминатор на залитый лунным светом океан, меня вдруг — и это было довольно неприятно — осенило, что не знаю простых вещей о единственной планете, на которой собираюсь прожить всю жизнь. Например, я не имел представления о том, почему океаны соленые, а Великие озера нет. Ни малейшего представления. Я не знал, становятся ли океаны со временем солонее или нет и стоит ли мне вообще проявлять беспокойство по этому поводу. (Весьма рад вам сообщить, что до конца 1970-х годов ученые тоже не знали ответов на эти вопросы. Просто предпочитали не говорить об этом во всеуслышанье.)

Соленость океана, разумеется, представляла лишь крошечную частицу моего невежества. Я не знал, что такое протон и что такое протеин, не мог отличить кварк от квазара, не понимал, как геологи могли, взглянув на слои породы в каньоне, определить ее возраст — вообще ничего не знал. Мною исподволь овладело необычное желание немного разобраться в этих вопросах и прежде всего понять, как удалось до всего этого докопаться. Как ученые все это вычисляют, определяют, расшифровывают — это оставалось для меня поражающей воображение загадкой. Откуда они знают, сколько весит Земля или сколько лет горным породам, и что вообще находится там, глубоко в центре? Откуда знают, как и когда начиналась Вселенная и как она тогда выглядела? Откуда знают, что происходит внутри атома? И, коль на то пошло — а по здравому размышлению это, возможно, самое главное, — как получается, что ученые, которые, как часто кажется, знают почти все, не могут предсказать землетрясение или даже сказать, стоит ли брать с собой зонтик, отправляясь в среду на бега?

Так что я решил посвятить часть своей жизни — как оказалось, 3 года — чтению книг и журналов и поиску ангельски терпеливых специалистов, готовых отвечать на уйму необычайно глупых вопросов. Я хотел выяснить, действительно ли нельзя понять и по достоинству оценить — подивиться, даже насладиться чудесами и достижениями науки на уровне, не слишком изобилующем техническими подробностями и не требующем глубоких знаний, но и не совсем на поверхностном.

Таковы были мой замысел и моя надежда, и для этого была задумана настоящая книга. Во всяком случае, нам придется освоить значительный объем сведений в значительно более короткий срок, чем отпущенные нам 650 тысяч часов, так что начнем.

Затерянные в космосе

Все они в одной плоскости. Все вращаются в одном направлении… Понимаете, это совершенно. Это великолепно. Это почти сверхъестественно.

Астроном Джеффри Мэрси о Солнечной системе

Как создать вселенную

Как бы вы ни старались, вы никогда не сможете постичь, насколько мал, насколько пространственно ничтожен протон. Он просто крайне мал.

Протон — безмерно малая часть атома, который и сам-то представляет собой нечто весьма несущественных размеров. Протоны настолько малы, что крошечная точка над буквой «i» содержит их около 50 000 000 000 000 000 штук, что значительно больше числа секунд, составляющих полмиллиона лет. Так что протоны исключительно микроскопичны, если не сказать сильнее.

Теперь представьте, что вам удалось (хотя, конечно, у вас это не получится) сжать один из протонов до одной миллиардной его обычного размера, так, чтобы рядом с ним обычный протон казался громадным. Упакуйте в это крошечное-крошечное пространство примерно столовую ложку вещества. Отлично. Вы готовы положить начало Вселенной.

Я, разумеется, полагаю, что вы желаете создать инфляционную Вселенную. Если вместо нее вы предпочитаете создать более старомодную Вселенную стандартного Большого Взрыва, то вам понадобятся дополнительные материалы. В сущности, вам нужно будет собрать все, что есть в мире, — все до последней пылинки и частицы материи отсюда и до края мироздания, — и втиснуть все это в область столь бесконечно малую, что она вообще не имеет размеров. Это называется сингулярностью.

В обоих случаях готовьтесь к действительно большому взрыву. Наблюдать это зрелище вы, очевидно, пожелаете из какого-нибудь безопасного места. К сожалению, отойти некуда, потому что за пределами сингулярности нет никакого где. Начав расширяться, Вселенная не будет заполнять окружающую пустоту. Единственное пространство, которое существует, — это то, которое создает она сама по мере расширения.Очень естественно, но неправильно представлять себе сингулярность чем-то вроде беременной точки, висящей в темной безграничной пустоте. Но нет никакой пустоты, нет темноты. У сингулярности нет никакого «вокруг». Нет пространства, которое можно было бы занять, нет никакого места, где бы она находилась. Мы даже не можем задать вопрос, сколько времени она там находится — то ли она только что внезапно возникла, как удачная мысль, то ли была там вечно, спокойно выжидая подходящего момента. Времени не существует. У нее нет прошлого, из которого предстоит выйти.

И вот так, из ничего начинается наша Вселенная.

Одним ослепительным импульсом, в триумфальное мгновение, столь стремительно, что не выразить словами, сингулярность расширяется и обретает космические масштабы, занимая не поддающееся воображению пространство. Первая секунда жизни (секунда, которой многие космологи посвящают жизнь, изучая все более короткие ее мгновения) производит на свет тяготение и другие силы, которые правят в физике. Менее чем за минуту Вселенная достигает в поперечнике миллиона миллиардов километров и продолжает стремительно расти. В этот момент очень жарко, 10 млрд градусов, этого достаточно, чтобы протекали ядерные реакции, которые порождают самые легкие элементы — главным образом водород и гелий с крошечной добавкой лития (примерно один атом на 100 млн). За 3 минуты формируется 98 % всей материи, которая существует сейчас или будет когда-либо существовать. Мы получили Вселенную. Место с удивительными и вдохновляющими перспективами, к тому же очень красивое. И все сделано за время, которое уходит на приготовление сэндвича.

Когда это случилось — вопрос дискуссионный. Космологи давно спорят, произошло ли сотворение мира 10 млрд лет назад, вдвое раньше или же где-то между этими моментами. Общее мнение, похоже, склоняется к величине 13,7 млрд лет, но, как мы увидим дальше, такие вещи до обидного трудно измерить. По существу, все, что можно сказать, это то, что в какой-то неопределенной точке в очень далеком прошлом по неизвестным причинам имел место момент, обозначаемый в науке как t = 0. С него все и началось. Конечно, мы еще очень многого не знаем и часто думаем, будто знаем то, чего на самом деле не знаем, или долгое время так думали. Даже сама идея Большого Взрыва возникла совсем недавно. Она подробно обсуждается с 1920-х годов, когда бельгийский аббат и ученый Жорж Леметр впервые предложил ее в качестве рабочей гипотезы, но по-настоящему активно она не применялась в космологии до середины 1960-х годов, когда двое молодых радиоастрономов случайно сделали удивительное открытие[2].

Их звали Арно Пензиас и Роберт Вильсон. В 1965 году они пытались использовать большую коммуникационную антенну, в Холмделе, штат Нью-Джерси, принадлежавшую Лабораториям Белла, но работу затруднял непрерывный фоновый шум — постоянное шипение, делавшее невозможным проведение экспериментов. Шум был постоянный и однородный. Он приходил из любой точки неба, день и ночь, в любое время года. Целый год молодые астрономы делали все возможное, чтобы найти источник шума и устранить его. Они протестировали каждую электрическую цепь. Они перебрали аппаратуру, проверили контуры, перекрутили провода, зачистили контакты. Они забрались на тарелку антенны и заклеили лентой каждый шов, каждую заклепку. Они вернулись туда с метлами и жесткими щетками и тщательно вычистили, как писали позднее в научной статье, «белое диэлектрическое вещество», которое в обиходе называют птичьим пометом. Ничто не помогало.

Им было невдомек, что всего в 50 км от них, в Принстонском университете, группа ученых во главе с Робертом Дикке билась над тем, как найти ту самую вещь, от которой они так усердно старались избавиться. Принстонские исследователи разрабатывали идею, выдвинутую в 1940-х годах астрофизиком Георгием Гамовым, уроженцем России: что если заглянуть достаточно глубоко в космос, то можно обнаружить некое фоновое космическое излучение, оставшееся от Большого Взрыва. Гамов рассчитал, что к моменту, когда это излучение пересечет космические просторы и достигнет Земли, оно будет представлять собой микроволны[3]. Немного позднее он даже предложил инструмент, который мог бы их зарегистрировать: антенну компании «Белл» в Холмделе. К сожалению, ни Пензиас, ни Вильсон, ни кто-либо из членов принстонской группы не читал эту статью Гамова.

Шум, который слышали Пензиас и Вильсон, конечно же, был шумом, который теоретически предсказал Гамов. Они обнаружили край Вселенной, или, по крайней мере, ее видимой части, на расстоянии более 100 миллиардов триллионов километров. Они «видели» первые фотоны — древнейший свет Вселенной[4], — хотя время и расстояние превратило их, как и предсказывал Гамов, в микроволны. В книге «Расширяющаяся Вселенная» Алан Гут приводит аналогию, помогающую представить это открытие в перспективе. Если считать, что вы всматриваетесь в глубины Вселенной, глядя вниз с сотого этажа Эмпайр Стейт билдинг (где сотый этаж соответствует нашему времени, а уровень улицы — моменту Большого Взрыва), то во время открытия Вильсона и Пензиаса самые отдаленные галактики были обнаружены в районе шестидесятых этажей, а самые далекие объекты — квазары — где-то в районе двадцатых. Открытие Пензиаса и Вильсона довело наше знакомство с видимой Вселенной до высоты в полдюйма от пола цокольного этажа.

Все еще не зная о причине шума, Вильсон с Пензиасом позвонили в Принстон Дикке и описали ему свою проблему, надеясь, что он подскажет решение. Дикке сразу понял, что обнаружили эти двое молодых людей. «Да, ребята, нас обошли», — сказал он своим коллегам, вешая трубку.

Вскоре Astrophysical Journal[5] опубликовал две статьи: одну Пензиаса и Вильсона, описывавшую их опыт с регистрацией шипения, другую — группы Дикке, объяснявшую его природу. Хотя Пензиас и Вильсон не искали фоновое космическое излучение, не знали, что это такое, когда обнаружили его, а в своей статье не объяснили его природу, в 1978 году они получили Нобелевскую премию в области физики. Принстонским исследователям досталось лишь сочувствие. Согласно Деннису Овербаю[6], автору книги «Одинокие сердца в космосе», ни Пензиас, ни Вильсон полностью не понимали значения того, что открыли, пока не прочли об этом в «Нью-Йорк таймс». Между прочим, помехи от космического фонового излучения — это то, что все мы знаем по опыту. Настройте свой телевизор на любой канал, где нет трансляции, и около одного процента прыгающих электростатических помех, которые вы наблюдаете на экране, будут связаны с этими древними следами Большого Взрыва. В следующий раз, когда вы будете жаловаться, что на экране ничего нет, вспомните, что вы всегда имеете возможность наблюдать рождение Вселенной.

Хотя все называют это Большим Взрывом, многие книги предостерегают нас от того, чтобы представлять его как взрыв в обычном смысле. Это скорее было внезапное значительное расширение колоссальных масштабов. Так что же его вызвало?

Одна из точек зрения состоит в том, что сингулярность была реликтом более ранней сколлапсировавшей Вселенной, что наша Вселенная — всего лишь одна из вечного круговорота вселенных, расширяющихся и сжимающихся, подобно пневматической камере кислородного аппарата. Другие объясняют Большой Взрыв так называемым «ложным вакуумом», «скалярным полем» или «вакуумной энергией» — неким свойством или сущностью, которая каким-то образом привнесла определенную неустойчивость в имевшее место небытие. Кажется, что получить нечто из ничего невозможно, но факт состоит в том, что когда-то не было ничего, а теперь налицо Вселенная, и это служит очевидным доказательством подобной возможности. Быть может, наша Вселенная — всего лишь часть множества более крупных вселенных, располагающихся в разных измерениях, и Большие Взрывы происходят постоянно и повсюду. Или, возможно, пространство и время имели до Большого Взрыва совершенно иные формы, слишком чуждые нашему пониманию, и что Большой Взрыв — это своего рода переходный этап, когда Вселенная из непостижимой для нас формы переходит в форму, которую мы почти можем понять. «Все это очень близко к религиозным вопросам», — говорил в 2001 году корреспонденту «Нью-Йорк таймс» космолог Андрей Линде[7].

Теория Большого Взрыва — не о самом взрыве, а о том, что произошло после взрыва. Причем в основном вскоре после взрыва. Произведя уйму расчетов и тщательных наблюдений на ускорителях элементарных частиц, ученые считают, что могут заглянуть во время спустя всего 10-43 секунды с момента творения, когда Вселенная была еще настолько мала, что разглядеть ее можно было только в микроскоп. Мы не должны падать в обморок от каждого встречающегося нам необычного числа, но, пожалуй, время от времени стоит ухватиться за одно из них, хотя бы для того, чтобы напомнить об их непостижимых и потрясающих значениях. Так, 10-43 — это 0,000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 1, или одна десяти миллионно триллионно триллионно триллионная секунды*.