Брайан Грин - До конца времен. Сознание, материя и поиски смысла в меняющейся Вселенной

Ассорти из атомов различных видов, синтезированных в звездах и извергнутых при взрывах сверхновых или выброшенных при столкновениях звезд и соединившихся уже в фонтанах частиц, плавает по пространству, где скручивается вместе и объединяется в большие облака газа, которые еще через какое-то время заново слепляются в звезды и планеты, а в конечном итоге — и в нас с вами. Так образуются ингредиенты, из которых состоит все без исключения, с чем вы когда-либо сталкивались.

Солнце, возраст которого чуть больше 4,5 млрд лет, может считаться новичком в космосе. В первом поколении звезд нашей Вселенной его не было. В главе 3 мы видели, что звезды-пионеры родились из квантовых вариаций плотности вещества и энергии, которые инфляционное расширение растянуло по пространству. Компьютерное моделирование этих процессов показывает, что первые звезды зажглись примерно через 100 млн лет после Большого взрыва и их выход на космическую сцену был далек от изящества. Первые звезды, скорее всего, были огромными, в сотни или даже тысячи масс Солнца, и горели с такой интенсивностью, что быстро вымерли. Жизнь самых тяжелых из них закончилась в гравитационном коллапсе настолько мощном, что они коллапсировали сразу в черные дыры — исключительное состояние материи, которое станет главной темой нашего разговора позже. Менее массивные ранние звезды закончили жизнь в неистовых взрывах сверхновых, которые не только засеяли пространство сложными атомами, но и запустили следующий раунд звездообразования. Примерно как ударная волна сверхновой, прорываясь сквозь звезду, принуждает к слиянию составляющие ее атомы, так ударная волна в пространстве сжимает встречные на пути молекулярные облака. А поскольку сжатые области становятся плотнее, они начинают сильнее притягивать окружающее вещество, втягивая в себя еще больше частиц и запуская новый раунд образования гравитационных «снежков» на пути к следующему поколению звезд.

На основе состава Солнца — количества содержащихся в нем тяжелых элементов, определенного при помощи спектроскопических измерений, — специалисты по физике Солнца считают наше светило внуком первых звезд Вселенной, звездой третьего поколения. А вот в вопросе о том, где первоначально оно сформировалось, остается много неясностей. Один из кандидатов, которые изучаются в настоящее время, — область, известная как М 67, расположенная примерно в 3000 световых лет от нас и содержащая скопление звезд, схожих, судя по всему, с Солнцем по химическому составу, что может свидетельствовать о близком семейном родстве. Проблема, решения которой до сих пор нет, — объяснить, как Солнце и планеты Солнечной системы (или протопланетный диск, из которого эти планеты должны были впоследствии сформироваться) могли извергнуться из этих отдаленных «звездных яслей» и мигрировать в наши края. При этом некоторые исследования потенциальных траекторий указывают, что шансов на то, что именно М 67 окажется местом рождения Солнца, практически нет, тогда как другие, с привлечением различных предположений, выдают более обнадеживающие результаты 15.

С несколько большей уверенностью мы можем сказать, что примерно 4,7 млрд лет назад ударная волна какой-то сверхновой, вероятно, пропахала облако, содержавшее водород, гелий и небольшие количества более сложных атомов; она сжала часть облака, которая став более плотной, чем ее окружение, начала сильнее притягивать все вокруг и втягивать в себя вещество. Следующие несколько сотен тысяч лет эта область газового облака продолжала сжиматься, вращаясь поначалу медленно, а затем быстрее, подобно грациозной фигуристке, прижимающей к себе руки при вращении. И как вращающаяся фигуристка испытывает на себе действие центробежной силы (которая растягивает в стороны детали ее костюма), так и вращающееся облако, которое расправило и сплюснуло свои внешние области и превратилось во вращающийся диск, окружающий небольшую сферическую область в его центре. Затем, в течение следующих 50-100 млн лет, газовое облако демонстрировало медленное и плавное исполнение гравитационного энтропийного тустепа, о котором говорилось в главе 3: гравитация сжимала сферическое ядро, которое становилось все горячее и плотнее, тогда как окружающее вещество остывало и становилось менее плотным. Энтропия ядра снижалась; энтропия внешней части отвечала на это снижение более чем компенсирующим повышением. В конечном итоге температура и плотность ядра преодолели порог, необходимый для запуска ядерного синтеза.

Так родилось Солнце.

В следующие несколько миллионов лет обломки, оставшиеся от формирования Солнца и суммарно составлявшие всего лишь несколько десятых долей процента от первоначального вращающегося диска, образовали множество гравитационных «снежных комьев» и соединились затем в планеты Солнечной системы. Более легкие и летучие вещества (такие как водород и гелий, а также метан, аммиак и вода, которые были бы разрушены интенсивным излучением Солнца) аккумулировались преимущественно в более прохладных внешних областях Солнечной системы, где образовали газовые гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Более тяжелые и устойчивые компоненты (такие как железо, никель и алюминий, способные лучше противостоять более горячей среде ближе к Солнцу) соединились в менее крупные силикатные, то есть каменные, внутренние планеты — Меркурий, Венеру, Землю и Марс. Будучи куда меньше и легче Солнца, планеты способны удерживать собственный скромный вес за счет изначально свойственного их атомам сопротивления сжатию. Температура ядра и давление внутри планет поднялись, но нигде даже близко не подошли к уровню, необходимому для запуска ядерного синтеза, в результате чего на планетах возникла относительно умеренная среда, за которую жизнь — наверняка наша форма жизни и, возможно, вся жизнь во Вселенной — должна быть Вселенной очень и очень благодарна.

Первые полмиллиарда лет существования Земли называют гадейским эоном16 в честь греческого бога подземного царства, ассоциируя Аида (Гадеса) с адской эпохой беснующихся вулканов, потоков расплавленных горных пород и густых токсичных паров серы и цианида. Но теперь некоторые ученые подозревают, что в качестве законодателя мод для юной Земли Посейдон, вполне возможно, подошел бы лучше. Аргументом в пользу этого радикального и пока довольно спорного пересмотра служат всего лишь крохотные пылинки. Хотя образцов горных пород с тех давних времен у нас нет, исследователи сумели распознать древние прозрачные пылинки — цирконовые кристаллы, которые сформировались, когда расплавленная лава юной Земли остыла и затвердела. Цирконовые кристаллы, как выясняется, играют решающую роль в понимании раннего развития Земли, потому что они не только практически неуничтожимы и способны выдержать миллиарды лет геологических пертурбаций, но и работают как миниатюрные капсулы времени. При формировании цирконовые кристаллы захватывают из окружающей среды образцы молекул, которые мы можем датировать стандартным методом по радиоактивным изотопам. Тщательный анализ посторонних примесей в цирконовых кристаллах позволяет представить условия на архаичной Земле.