Текст книги "Астрофизика с космической скоростью, или Великие тайны Вселенной для для тех, кому некогда"

Любопытные инопланетяне должны создать спектрометр, чтобы прочитать наши отпечатки пальцев, если, конечно, у них от природы нет спектроскопических сенсоров. Но главное – Земля должна пройти перед Солнцем (или каким-то другим источником), чтобы его свет пронизал нашу атмосферу и дошел до инопланетян. Тогда химические соединения в земной атмосфере провзаимодействуют с этим светом и оставят в его спектре бросающиеся в глаза черты.

Некоторые молекулы – аммиак, вода, углекислый газ – очень распространены во Вселенной и не связаны с наличием жизни. Однако есть и молекулы, которых становится очень много именно в присутствии живых организмов. На Земле существует яркий биомаркер – молекула метана, две трети которого производятся как побочный эффект какой-то деятельности человека: метан вырабатывается при нефтепереработке, выращивании риса, гниении сточных вод, а также в отрыжке и кишечных газах домашнего скота. Оставшуюся треть дают природные источники, в том числе гниющая болотная растительность и газы, вырабатываемые термитами. Однако в тех местах, где мало свободного кислорода, для образования метана не всегда требуется жизнь. Как раз сейчас астробиологии ведут жаркий спор о том, каково происхождение следов метана на Марсе и обильных запасов этого вещества на спутнике Сатурна Титане, где, надо полагать, нет ни коров, ни термитов.

Если инопланетяне посмотрят на наше ночное полушарие, обращенное в противоположную сторону от звезды, вокруг которой мы вращаемся, то они, вероятно, обнаружат, что на нашей планете много натрия, поскольку мы широко используем натриевые лампы для уличного освещения, которое включается на закате в городах и пригородах. Однако самым ярким показателем наличия жизни, скорее всего, служит все-таки свободный кислород, составляющий пятую часть нашей атмосферы.

Как раз сейчас астробиологии ведут жаркий спор о том, каково происхождение следов метана на Марсе и обильных запасов этого вещества на спутнике Сатурна Титане, где, надо полагать, нет ни коров, ни термитов.

Кислород – третий по распространенности после водорода и гелия элемент в космосе – химически активен и легко создает связи с атомами водорода, углерода, азота, кремния, серы, железа и так далее. И даже с самим собой. Таким образом, чтобы кислород существовал в стабильном состоянии, должно быть что-то, что высвобождает его с той же скоростью, с какой он расходуется. Здесь, на земле, его высвобождают живые организмы. Фотосинтез, которым занимаются растения и многие бактерии, создает свободный кислород в океанах и в атмосфере. Свободный кислород, в свою очередь, обеспечивает существование жизни с кислородным обменом веществ – а это и мы с вами, и практически все существа из царства животных.

Мы, земляне, уже знаем, какую важную роль играют особенности химического состава нашей планеты и ее атмосферы. Однако инопланетяне, которые заметят нас издалека, должны будут еще истолковать свои находки и проверить гипотезы. Действительно ли периодическое появление натрия носит техногенный характер? Свободный кислород определенно имеет биогенную природу. А метан? Он тоже химически нестабилен и, конечно, отчасти вырабатывается из-за антропогенных факторов, однако, как мы уже видели, иногда появляется и в отсутствие живых организмов.

Если инопланетяне решат, что химические особенности Земли однозначно свидетельствуют о наличии на ней жизни, то, вероятно, зададутся вопросом, разумна ли эта жизнь. Предположим, инопланетяне как-то общаются друг с другом и, вероятно, считают, что и другие разумные существа тоже как-то общаются. Вероятно, именно тогда они решат подслушать, что творится на Земле, при помощи радиотелескопов и проверить, какую часть электромагнитного спектра освоили ее обитатели. С какой бы стороны инопланетяне ни подошли – с химической или с радиоволновой – они, скорее всего, придут к одному и тому же выводу: планета, где так развита технология, должна быть населена разумными существами, которые, вероятно, развлечения ради изучают, как устроена Вселенная и как применять ее законы ради личной выгоды и на благо общества.

Если еще внимательнее присмотреться к химическим особенностям атмосферы Земли, там обнаружатся и другие биомаркеры человека – серная, угольная и азотная кислоты и другие компоненты смога от сгорания ископаемого топлива. Если по воле случая любопытные инопланетяне с социальной, культурной и технологической точки зрения более развиты, чем мы, они наверняка истолкуют эти биомаркеры как убедительное доказательство отсутствия разумной жизни на Земле.

* * *

Первую экзопланету открыли в 1995 году, а сейчас, когда я пишу эти строки, их число перевалило за три тысячи, причем большинство было открыто в небольшом закоулке Млечного пути в окрестностях Солнечной системы. Так что во Вселенной их еще полным-полно. Одна только наша Галактика состоит более чем из ста миллиардов звезд, а известная Вселенная вмещает около ста миллиардов галактик.

Одна только наша Галактика состоит более чем из ста миллиардов звезд, а известная Вселенная вмещает около ста миллиардов галактик.

Наши поиски жизни во Вселенной подталкивают нас к поискам экзопланет, и некоторые из них напоминают Землю – разумеется, не во всех подробностях, а в общем. По последним данным, на основании экстраполяции нынешних каталогов, только в галактике Млечный Путь насчитывается около сорока миллиардов землеподобных планет. Когда-нибудь наши потомки, наверное, решат их посетить – если не по необходимости, то из любопытства.

12. С точки зрения космоса

Из всех наук, взращенных родом человеческим, именно астрономия считается самой возвышенной, самой интересной и самой полезной – и, несомненно, такова она и есть. Ведь благодаря познаниям, которые дала эта наука, открыта не только величина Земли… но идеи, которые она выражает, расширили наш кругозор, и наши умы воспарили над косными, узколобыми предрассудками.

Джеймс Фергюсон, 1757 г. (James Ferguson, «Astronomy Explained Upon Sir Isaac Newton’s Principles, And Made Easy To Those Who Have Not Studied Mathematics». London, 1757)

Задолго до того, как кто-то понял, что у Вселенной было начало, до того, как мы узнали, что ближайшая крупная галактика находится в двух миллионах световых лет от Земли, до того, как мы узнали, как устроены звезды, и обнаружили, что на свете есть атомы, восторженное введение в любимую науку, вышедшее из-под пера Джеймса Фергюсона, звучало совершенно искренне. Так же звучит оно и в наши дни – если не считать цветистого слога, свойственного XVIII веку, эти слова могли быть написаны вчера. Но кто придерживается подобных взглядов? Кто смотрит на все с точки зрения космоса? Не мигрант, работающий на ферме. Не работница с текстильной фабрики. И, конечно, не бездомный, роющийся в мусорном баке в поисках объедков. Нужно располагать досугом, свободным от забот о выживании, а это роскошь. Нужно жить в стране, где правительство ценит поиски места человечества во Вселенной. Нужно жить в обществе, где интеллектуальные искания способны перенести тебя на передний край научных открытий и где новости об этих открытиях легко распространяются.

По этим критериям дела у большинства граждан промышленно развитых стран идут совсем неплохо.

Однако за подобное космическое мировоззрение надо платить, хотя это и не очевидно. Когда я проезжаю тысячи километров, чтобы провести несколько секунд в стремительно движущейся тени Луны во время полного солнечного затмения, то иногда утрачиваю представление о происходящем на Земле.

Когда я надолго задумываюсь о расширяющейся Вселенной, о том, как ее галактики разлетаются друг от друга, встроенные в постоянно растягивающуюся четырехмерную ткань пространства-времени, то иногда забываю о бесчисленном множестве людей, которые ходят по Земле без пищи и крова, и о том, как непропорционально много среди них детей.

Когда я погружаюсь в изучение данных, подтверждающих существование во Вселенной загадочного темного вещества и темной энергии, то подчас забываю, что каждый день и каждую минуту, на протяжении всех 24 часов, за которые Земля совершает полный оборот вокруг своей оси, люди убивают и погибают во имя чужого представления о Боге, а некоторые люди, не убивающие во имя Господа, убивают во имя нужд и прихотей политических догм.

Когда я прослеживаю орбиты астероидов, комет и планет и восхищаюсь их пируэтами в космическом балете, хореограф которого – гравитация, то иногда забываю, что действия многих людей грубо нарушают деликатное равновесие земной атмосферы, океанов и суши, и с последствиями этих действий столкнутся наши дети и внуки, которые заплатят за них своим здоровьем и благополучием.

И еще я иногда забываю, что люди, наделенные властью, редко бросают все силы на помощь тем, кто не может помочь себе сам.

Иногда я забываю обо всем этом, поскольку, как бы ни был велик этот мир – и в наших сердцах, и в наших мыслях, и на наших огромных цифровых картах – Вселенная еще больше. Некоторых это угнетает, а мне дает внутреннюю свободу.

Представьте себе взрослого, который утешает ребенка во всех его мелких невзгодах – пролитое молоко, сломанная игрушка, разбитая коленка. Мы, взрослые, знаем, что дети не представляют себе, что такое настоящая беда, поскольку их детское мировоззрение сильно ограничено неопытностью. Дети еще не понимают, что они не центр Вселенной.

А мы, взрослые, – хватит ли у нас духу признаться самим себе, что и мы страдаем коллективной узколобостью? Хватит ли духу признаться, что наши мысли и поведение определяются убежденностью, что мы – центр Вселенной? Как видно, нет. Однако свидетельств тому масса. Приподнимите завесу над любым общественным конфликтом – расовым, этническим, религиозным, национальным, культурным – и увидите, кто жмет на все кнопки и дергает за все рычаги: человеческое самомнение.

А теперь представьте себе мир, где все – а особенно люди влиятельные, наделенные властью, – обладают широким мировоззрением и верно оценивают наше место в космосе. С такой точки зрения наши проблемы кажутся очень мелкими, а возможно, их просто нет, – и мы можем радоваться своим земным различиям, не повторяя ошибок своих предков, которые истребляли друг друга из-за этих различий.

* * *

В январе 2000 года в только что перестроенном планетарии Хейдена в Нью-Йорке шло космическое шоу под названием «Билет во Вселенную»: зрители отправлялись в виртуальное путешествие из планетария на край космоса. Сценарий этого представления написали Энн Друян и Стивен Сотер, которые впоследствии участвовали в создании мини-сериала «Космос: пространственно-временная одиссея», выпущенного в 2014 году телекомпанией «Фокс» (ведущим был ваш покорный слуга). Кроме того, именно они вместе с Карлом Саганом создали исходный мини-сериал «Космос: персональное путешествие», который вышел в 1980 году на канале PBS. Так вот, во время шоу «Билет во Вселенную» зрители сначала осматривали Землю, потом – Солнечную систему, потом наблюдали, как сто миллиардов звезд Млечного пути уменьшаются и скрываются вдали и тоже превращаются в еле заметные точки на куполе планетария.

После премьеры не прошло и месяца, как я получил письмо от одного профессора-психолога из Лиги Плюща. Он исследовал причины, по которым люди чувствуют себя неполноценными и незначительными. Я и не знал, что на свете есть специалисты в таких областях. Профессор попросил разрешения опрашивать посетителей до и после шоу, чтобы оценить меру их депрессии после представления. «Билет во Вселенную», писал профессор, вызвал у него острейшее ощущение собственной ничтожности и незначительности – такое было с ним впервые в жизни.

Как же так? Когда я сам смотрю это представление, как и другие наши шоу, меня переполняют радость жизни, воодушевление и интерес. А еще я чувствую себя настоящим великаном – ведь мы сумели определить свое место во Вселенной исключительно благодаря тому, что происходит в человеческом мозге весом всего лишь полтора кило.

Позволю себе предположить, что в данном случае это профессор, а не я, неверно толковал природу. Начнем с того, что у него была неоправданно завышенная самооценка, раздутая из-за убежденности в собственном величии и подпитанная бытующими в нашей культуре представлениями, что люди якобы важнее всего остального во Вселенной. В оправдание профессора могу сказать, что социально-культурные силы очень мощны и поэтому все мы не без греха. Я тоже был таким – пока в один прекрасный день на уроке биологии не узнал, что в одном сантиметре моего кишечника живет и работает больше бактерий, чем было и есть людей на свете с начала времен. Такого рода сведения заставляют крепко задуматься, кто (или что) тут на самом деле главный.

С того самого дня я стал считать людей не властелинами пространства и времени, а звеньями великой вселенской цепи – цепи генетических взаимосвязей со всеми видами живых существ, и ныне существующими, и вымершими, которая уходит в прошлое почти на четыре миллиарда лет, к первым одноклеточным организмам на Земле.

Знаю-знаю, что вы сейчас думаете: мы умнее бактерий.

Это несомненно: мы умнее всех живых существ, когда бы то ни было бегавших, ползавших и пресмыкавшихся по Земле. Но что это значит – умнее? Мы готовим себе пищу. Сочиняем стихи и музыку. Занимаемся наукой и искусством. Неплохо владеем математикой. Даже если вы не сильны в математике, вы наверняка умеете считать гораздо лучше самого умного шимпанзе, а ведь они генетически почти идентичны нам. Как бы приматологи ни старались, они так и не научили шимпанзе ни делить в столбик, ни решать тригонометрические задачи.

Если за такую огромную на первый взгляд разницу в интеллекте между нами и нашими сородичами-обезьянами отвечают такие ничтожные генетические различия, значит, вероятно, разница в интеллекте не так уж и огромна.

Представьте себе живое существо, чей интеллект превосходит наш настолько же, насколько наш интеллект превосходит интеллект шимпанзе. С точки зрения такого биологического вида все наши интеллектуальные достижения тривиальны. Их малыши не учат алфавит по песенкам из «Улицы Сезам» – для них снимают какой-нибудь «Булевский бульвар» с наглядными уроками по дифференциальным уравнениям (Булева алгебра – это отрасль математики, где переменным приписывают значения «истина» или «ложь» – их принято обозначать 1 и 0. На ней строится весь компьютерный мир, а названа она в честь английского математика XVIII века Джорджа Буля). Наши самые сложные теоремы, наши самые глубокие философские системы, шедевры наших выдающихся художников для них – все равно что задания в начальной школе: принесешь их домой, и гордые мама с папой прикрепят их магнитиками к холодильнику. Эти существа будут изучать Стивена Хокинга (который сейчас занимает в Кембриджском университете ту же должность, что когда-то принадлежала Исааку Ньютону), потому что он несколько умнее остальных людей. Почему? У него есть способности к теоретической астрофизике и другим простеньким вычислениям – он довольно неплохо считает в уме, совсем как крошка Тимми, который только что окончил инопланетные ясельки.

Если бы нас отделяла от наших ближайших родственников в царстве животных настоящая генетическая пропасть, у нас было бы полное право радоваться собственной гениальности. Мы запросто могли бы задирать носы и думать, что мы очень далеки от своих собратьев и сильно от них отличаемся. Однако такой пропасти нет. Напротив, мы едины с остальной природой – не выше и не ниже, а внутри.

Хотите еще немножечко понизить самооценку? В этом прекрасно помогают простые параллели по количеству, размеру и масштабу.

Вот, к примеру, вода. Она везде, ее много, без нее не обойтись. В обычном стакане воды – 250 миллилитров – молекул больше, чем стаканов воды во всем мировом океане. Каждый стакан воды, проходящий через человека и воссоединяющийся с мировым океаном, содержит столько молекул, что хватит, чтобы подмешать по 1500 штук во все остальные стаканы воды в мире. Ничего не поделаешь: в воде, которую вы только что выпили, есть молекулы, побывавшие в почках Сократа, Чингисхана и Жанны д’Арк.

А воздух? Без него тоже не обойтись. При одном-единственном вдохе мы втягиваем в себя больше молекул, чем вдохов во всей атмосфере Земли. Это значит, что в воздухе, который вы только что вдохнули, есть молекулы, побывавшие в легких Наполеона, Бетховена, Линкольна и Билли Кида.

Выходим на космический масштаб. Звезд во Вселенной больше, чем песчинок на любом пляже, больше, чем прошло секунд со времени формирования Земли, больше, чем слов и звуков, произнесенных всеми нашими предками и современниками.

Звезд во Вселенной больше, чем песчинок на любом пляже, больше, чем прошло секунд со времени формирования Земли.

Хотите заглянуть в прошлое? Космическое мировоззрение и это обеспечит. Свету нужно время, чтобы добраться до земных обсерваторий, поэтому вы видите предметы и явления не такими, каковы они сейчас, а такими, какими они были когда-то – почти до самого начала времен. В пределах этого горизонта познания космическая эволюция постепенно разворачивается перед нами, словно на большом экране.

Хотите узнать, из чего мы состоим? Опять же космическая точка зрения дает куда более масштабный ответ, чем вы думаете. Химические элементы во Вселенной выковываются в пламени массивных звезд, которые в конце концов настигает смерть в виде мощного взрыва, отчего галактики насыщаются химическим арсеналом для возникновения и поддержания жизни в известной нам форме. Результат? Четыре самых распространенных химически активных элемента во Вселенной – водород, кислород, углерод и азот – и есть четыре самых распространенных компонента жизни на Земле, причем углерод лежит в основе всей биохимии.

Мы не просто живем во Вселенной – Вселенная живет в нас.

При всем при том не исключено, что мы вообще не отсюда, не с Земли. Сопоставление нескольких независимых исследований вынуждает ученых переосмыслить представления о том, кто мы и откуда взялись. Как мы уже видели, когда в планету попадает крупный астероид, кора в окрестностях места удара резонирует и выбрасывает в космическое пространство куски породы. А потом они могут улететь куда угодно и упасть на поверхность другой планеты. Кроме того, микроорганизмы бывают очень живучи. Земные экстремофилы вполне способны пережить и перепады температуры и давления, и радиацию, с которой они столкнулись бы во время космического перелета. Если астероид попал на какую-то планету, где есть жизнь, то в трещинках камней, выброшенных в космос после соударения, вполне могли прятаться микробы. Но и этого мало: по новейшим данным, в первое время после формирования Солнечной системы на Марсе было много воды – и он, вероятно, мог стать колыбелью жизни задолго до Земли.

Все это в совокупности рисует правдоподобную картину: жизнь зародилась на Марсе, а потом перебралась на Землю. Это называется панспермия. А значит, все земляне, возможно – но лишь возможно! – потомки марсиан.

* * *

Чем больше космологических открытий мы совершаем, тем сильнее они принижают наше представление о себе – и так происходит веками. Когда-то считалось, что Земля астрономически уникальна, но потом астрономы обнаружили, что она всего лишь одна из планет, вращающихся вокруг Солнца. Затем мы предположили, что уникально Солнце, но потом узнали, что бесчисленные звезды на ночном небе – тоже солнца. Потом мы считали, что вся известная Вселенная – это наша галактика Млечный Путь, но впоследствии оказалось, что бесчисленные точечки на небе – это другие галактики, испещрившие ландшафт известной нам Вселенной.

Сегодня проще простого предположить, что нашей Вселенной все и ограничивается. Однако многочисленные теории современной космологии, а также постоянные напоминания, что ничего уникального не бывает, требуют от нас готовности выдержать следующую атаку на наши представления о собственной незаурядности: возможно, мы живем во множественной Вселенной.

* * *

Космическое мировоззрение само собой следует из фундаментальных знаний. Но дело не только в том, что ты знаешь. Дело и в том, что у тебя есть мудрость и воображение, позволяющие применить эти знания к оценке своего места во Вселенной. Что же это такое – космическое мировоззрение? Космическое мировоззрение – это умение смотреть на мир с переднего края науки, однако оно свойственно не только ученым. Оно доступно всем.

Космическое мировоззрение – это смирение.

Космическое мировоззрение – это духовность и даже искупление, но к религии оно отношения не имеет.

Космическое мировоззрение дает нам возможность одной мыслью охватить и большое, и малое.

Космическое мировоззрение помогает воспринять самые поразительные идеи, но все же учит ставить границы возможного, иначе наш мозг переполнится, и мы начнем верить всему подряд.

Космическое мировоззрение – это умение смотреть на мир с переднего края науки, однако оно свойственно не только ученым. Оно доступно всем.

Космическое мировоззрение учит видеть Вселенную как она есть и не считать ее уютной колыбелькой, предназначенной для возникновения и сохранения жизни; нет, Вселенная – холодное, пустое, опасное место, и это заставляет нас пересмотреть свои представления о ценности человеческих существ друг для друга.

Космическое мировоззрение показывает, что Земля – сущая пылинка. Но эта пылинка нам дорога, и пока что у нас нет другого дома.

Космическое мировоззрение видит красоту в планетах и спутниках, в звездах и туманностях – и при этом восторгается законами физики, которые их сформировали.

Космическое мировоззрение помогает отрешиться от житейских обстоятельств, выйти за пределы первобытных потребностей в пище, крове и половом партнере.

Космическое мировоззрение постоянно напоминает, что в космосе, где нет воздуха, флаги не развеваются: намек на то, что исследование космоса, вероятно, имеет мало отношения к размахиванию государственными флагами.

Космическое мировоззрение не просто приветствует наше генетическое родство со всей жизнью на Земле, но ценит и химическое родство с любой жизнью, которую нам еще предстоит открыть во Вселенной, и атомное родство со Вселенной как таковой.

Пожалуй, каждому из нас раз в неделю, а лучше раз в день стоит задумываться о том, какие космические истины еще не открыты и ждут появления великого ума, изобретательного эксперимента или ультрасовременного космического аппарата. Стоит задуматься и о том, как эти открытия преобразят жизнь на Земле.

Без подобного любопытства мы ничем не отличаемся от какого-нибудь крестьянина, которому нет нужды выезжать за границы своего округа, поскольку все свои потребности он удовлетворяет за счет урожая, который получает с полей. Но если бы так думали все его предки, этот крестьянин, вероятно, жил бы в пещере и гонялся за пищей с камнем и дубинкой.

Мы живем на Земле очень недолго, и наша обязанность и перед самими собой, и перед потомками – открыть дорогу исследованиям, хотя бы потому, что это весело и интересно. Но есть и другая причина, куда более уважительная. В день, когда наши познания о космосе перестанут расти, мы рискуем скатиться к детским представлениям о том, что мы – центр Вселенной и в буквальном, и в переносном смысле.

В день, когда наши познания о космосе перестанут расти, мы рискуем скатиться к детским представлениям о том, что мы – центр Вселенной и в буквальном, и в переносном смысле.

В этом мрачном мире люди и страны, владеющие оружием и жадные до ресурсов, будут склонны действовать в соответствии со своими «косными, узколобыми предрассудками». И на этом настанет конец просвещению – пока не родится новая культура, которая не испугается космического мировоззрения, а снова примет его.