Минуле в цейтноті
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
У статтях, які ми недавно публікували на сайті про вік Землі і Всесвіту, а також про те скільки років живій речовині Землі доводиться, що біології та геології не вистачає часу, щоб укласти в рамки нинішньої хронології еволюцію речовини і життя від «початку історії» до сьогоднішнього дня. Що може сказати з цього приводу фізик?
1. Перш за все, деякі чисто біологічні аргументи представляються мені не зовсім достовірними. Якщо виходити з того, що складні біологічні молекули утворюються чисто випадково, то для їх виникнення потрібний дійсно фантастично величезний час, і прийнятий вік Метагалактики виглядає тут мізерними. Але, мабуть, виникнення життя – процес не випадковий, а закономірний, хоч ми ще й не знаємо, як він іде. Дещо, можливо, тут в змозі підказати аналогія з виникненням в космосі складних неорганічних молекул. Згідно з міркуваннями, наведеними в статті Баландіна, на це теж не вистачає часу. Але тут не враховані кілька дуже важливих обставин. По-перше, в космосі атоми конденсуються на пилинках, що грають понад те нерідко і роль каталізаторів, і це різко підвищує ймовірність «зустрічі атомів».
По-друге, при сучасній концентрації атомів в космосі вони (без урахування ролі космічного пилу) дійсно повинні стикатися раз в сто років. Але ж Всесвіт, згідно найбільш переконливої сьогодні космологічної теорії, розширюється, і коли він був раз в сто молодше, то концентрація атомів в ньому була більше в мільйон разів, значить, парні зіткнення їх відбувалися частіше в мільйон, а потрійні — навіть в трильйон разів.
2. Думаю, що ми можемо довіряти радіоактивним годинникам більшою мірою, ніж вважає Р. Баландін. Властивості атома адже не залежать від його віку. Тільки що виниклий атом водню має той же спектр, що водневий атом, який проіснував мільйоноліття. Час радіоактивного розпаду визначається ядерною (сильною) і слабкою взаємодіями. Чи змінюються характеристики цих взаємодій з часом? Поки такого не виявлено. Нещодавно в Південній Африці знайшли природний ядерний реактор, що «працював» більше мільярда років тому. Дослідження його показало, що за мільярд років швидкості ядерних реакцій не змінилися. Словом, немає у нас підстав не довіряти принципам роботи радіоактивних годинників!
3. Варто звернути увагу ось на що. Чим далі в минуле, тим більше виділялося тепла з надр Землі за рахунок розпаду радіоактивних речовин. Не буду займатися хоча б приблизними розрахунками, але тут виходить, що кілька десятків мільярдів років тому температура планети повинна була б бути настільки висока, що океан кипів. Значить, історія планети не може бути занадто довгою. І навіть якщо органічні молекули і життя виникли в космосі, поза Землею, то на розпеченій Землі їм було не «прижитися».
4. В астрофізиці довго обговорювалися різні способи пояснення «червоного зміщення». До теперішнього часу всі ідеї, що конкурують з уявленням про розширення Метагалактики, не витримали випробування. І все ж у фізики теж не все в порядку з часом. Їй не вистачає часу на утворення галактик.
Справа тут ось у чому. Радіошум неба, що доноситься до нас, так зване реліктове випромінювання, однорідний, однаковий, з якого б боку він не приходив. А це — пам’ять про початок розширення Метагалактики; однорідність реліктового випромінювання – наслідок однорідності цього розширення. Однак на те, щоб з абсолютно однорідної розподіленої речовини під впливом тяжіння утворилися галактики, потрібні, за розрахунками, не мільярди років, а значно більше. Взяти їх ніде. Як же бути?
Мені здається, тут треба звернутися до того, що відбувалося перед початком розширення Всесвіту. До розширення відбувалося, мабуть, стиснення, а між двома цими фазами Метагалактика перебувала, кажуть фізики, в стані сингулярності. Зазвичай терміном «сингулярність» називають область простору, в якій щільність речовини дуже велика. В ідеальному випадку вона навіть нескінченна, але та сингулярність, про яку зараз йде мова, повинна була мати щільність кінцеву.
Найгірше, що загальна теорія відносності (як, мабуть, і вся математична фізика), яка показала свою міць у багатьох випадках, не вміє розглядати складні ситуації — такі, коли назустріч один одному летить безліч частинок і їх траєкторії «переплутуються». Математик скаже, що тут втрачається «гладкість» і з’являється сингулярність (хоча це зовсім не обов’язково пов’язано з високою щільністю речовини).
Так що розрахувати, що відбувається в сингулярності, ми поки не можемо. Але космічній сингулярності, мабуть, передувало стиснення. І ще на цій стадії могли утворитися зародки галактик, потім вони якось пройшли через сингулярність і встигли за відпущений їм час стати справжніми галактиками. Так фізика знаходить час, якого їй не вистачало. Однак чи готова вона поділитися ним з біологією? Боюся, що ні. Складні молекули не могли пройти через сингулярність з характерними для неї високими щільностями і температурами.
Але, як здається, біологія все-таки не так потребує часу, як вважають Р. Баландін і В. Денисенко. Скажімо, зовсім не обов’язково, щоб на самих ранніх стадіях розвитку життя, а особливо для передбіологічної еволюції, темп подій був різко уповільнений в порівнянні з більш пізніми етапами. Цілком можлива і зворотна картина. Занадто погано ми знаємо закони виникнення і початкового становлення життя, щоб бути тут категоричними.
Автор: М. Герценштейн, кандидат фізико-математичних наук.