Стивен Уильям Хокинг — один из наиболее влиятельных в научном смысле и
известных широкой общественности физиков-теоретиков нашего времени. После
операции на горле в 1985 году он потерял способность говорить. Друзья подарили
ему синтезатор речи, который был установлен на его кресле-коляске и с помощью
которого Хокинг может общаться с людьми. Сейчас он занимает должность
Лукасовского профессора математики в Кембриджском университете, должность,
которую три столетия назад занимал Исаак Ньютон. Несмотря на тяжёлую болезнь, он
ведёт активную жизнь. В январе 2007 года он совершил полёт в невесомости (на
специальном самолете), а на 2009 год запланирован полёт в космос. Кроме того,
Хокинг несколько раз появлялся в мультсериалах "Симпсоны", "Гриффины" и "Футурама",
где озвучивал сам себя, и в сериале "Звёздный путь: Следующее поколение".
В ходе нашего разговора я хотел бы немного поразмышлять о развитии жизни во
Вселенной вообще, и о развитии разумной формы жизни в частности. К последней
приходится причислять и человеческую расу, хотя ход нашей истории
свидетельствует о процветании глупости, которая никак не способствует выживанию
людей как вида. Мне хотелось бы обсудить два вопроса – "Какова вероятность
существования жизни во Вселенной?" и "Как жизнь может развиваться в будущем?".
Принято считать, что все существующее становится более неупорядоченным и
хаотичным. Данное наблюдение даже возведено в ранг закона, так называемого
Второго закона термодинамики. Он гласит, что уровень хаотичности (энтропии) во
Вселенной увеличивается с течением времени. Этот закон ссылается на общий объем
беспорядка, а упорядоченность конкретного тела может увеличиваться лишь, если
уровень неупорядоченности вокруг него увеличивается на большую величину. Именно
это и происходит с живыми существами. Вообще, жизнь можно определить как
упорядоченную систему, которая способна поддерживать свое состояние вопреки
общей тенденции к хаосу и воспроизводить саму себя - то есть создавать похожие,
независимые и упорядоченные системы. Чтобы это происходило, система должна
преобразовывать энергию, находящуюся в каком-то определенном состоянии (будь то
еда, солнечный свет или электричество) в неупорядоченную форму в виде тепла.
Таким образом, система будет соответствовать постулату о том, что общий уровень
хаоса увеличивается, преумножая при этом собственную упорядоченность и
организованность своих производных частей.
Живое существо обычно состоит из двух элементов – набора инструкций,
предписывающих ему, как сохранять форму и механизм для выполнении этих
инструкций. В биологии данные элементы называются генами и метаболизмом, однако
здесь очень важно подчеркнуть, что жизни вовсе не обязательно быть
биологической. Например, компьютерный вирус – это программа, которая создает
копии самой себя и распространяется по другим компьютерам. Таким образом, она
вполне соответствует тому понятию жизни, что я привел. Как и биологический
вирус, такая форма жизни ущербна, поскольку содержит только инструкции (гены) и
не имеет собственного метаболизма. Вместо этого она перепрограммирует ход
метаболизма компьютера или клетки, в которых находится. Некоторые сомневаются,
можно ли считать вирусы формой жизни, ведь они являются паразитами, не
способными существовать независимо от организма, в котором нашли приют. Но в
таком случае причислить к паразитирующим можно большинство форм жизни, включая и
нас с вами, поскольку наше выживание также зависит от других видов. Поэтому мне
кажется, что компьютерные вирусы можно назвать разновидностью жизни, которая к
тому же красноречиво свидетельствует о сути человеческой натуры – ведь все, что
мы до сих пор создали, несет разрушение. Вот так мы создаем жизнь по своему
образу и подобию. Впрочем, к обсуждению ее электронных форм я вернусь позже.
То, что мы обычно называем жизнью, основано на цепочках атомов углерода,
связанных с небольшим количеством других атомов, например азота и фосфора. Есть
предположения, что жизнь может быть основана и на базе других веществ, скажем –
кремния, однако углерод все же выглядит более предпочтительно, поскольку у него
самый значительный химический потенциал. Чтобы эти атомы углерода вообще могли
существовать, имея при этом определенные присущие им свойства, необходимо
точнейшее согласование физических постоянных квантовой хромодинамики,
электрического заряда и категорий пространства-времени. Если бы эти константы
разнились, то либо ядро атома углерода не было бы стабильным, либо орбиты
обращающихся вокруг него электронов потеряли бы свою устойчивость. На первый
взгляд столь точное устройство Вселенной кажется поразительным, в голову даже
приходят мысли, что она создана специально для появления человеческой расы.
Однако обращаться с такими предположениями следует весьма осторожно,
поскольку существует такая вещь, как антропный принцип. Он основан очевидном
факте того, что если бы Вселенная не была пригодна для жизни, мы бы сейчас не
спрашивали, почему она столь точно устроена. Выделяют сильный и слабый антропный
принципы, где сильный антропный принцип – это утверждение о том, что существует
множество различных Вселенных, в каждой из которых величины физических
постоянных имеют разное значение. В более узком смысле это позволяет обеспечить
существование таким объектам, как атомы углерода, которые служат строительными
блоками для живых систем. И раз уж мы живем в одной из таких Вселенных, нас не
должно удивлять ее тонкое устройство. Однако определение сильного антропного
принципа не выглядит убедительным, так как операциональный смысл существования
других Вселенных неясен. К тому же, если они отделены от нашей Вселенной, как те
процессы, что в них происходят, могут на нее влиять? Поэтому я должен смириться
со слабым антропным принципом и принять значения физических констант, как
данность. Тем не менее, стоит еще подумать над тем, какие выводы можно сделать
из факта существования жизни на нашей планете на этом этапе истории Вселенной.
Когда пятнадцать миллиардов лет назад Вселенная образовалась в результате Большого
взрыва, углерода в ней не было. Она была настолько горячей, что поначалу все
существовало лишь в виде частиц – протонов и нейтронов, причем на тот момент их
было примерно поровну. Однако по мере расширения Вселенной она остывала.
Примерно через минуту после Большого взрыва температура спала до миллиарда
градусов, что примерно в сто раз больше температуры Солнца. При этой температуре
нейтроны начали делиться на большее количество протонов, и если бы происходящее
ограничилось только этим, то в конечном итоге вся материя Вселенной состояла бы
лишь из самого простого элемента – водорода, ядро которого состоит из
одного-единственного протона. Однако, некоторые нейтроны сталкивались с
протонами, образуя следующий простейший элемент – гелий, чье ядро состоит из
двух протонов и двух нейтронов. Более тяжелые элементы, такие как углерод и
кислород, в ранней Вселенной не образовывались. Трудно себе представить, что
можно создать жизнь при помощи одного лишь водорода и гелия, к тому же молодая
Вселенная была по-прежнему слишком горяча для образования молекул.
Далее Вселенная продолжила расширяться и остывать, причем в некоторых ее
регионах плотность материи была выше, чем в других. Гравитационное притяжение,
созданное дополнительной плотностью, замедлило скорость расширения таких
участков, в конечном итоге приведя к полному затормаживанию этого процесса.
Вместо расширения эти участки стали собираться в галактики и звезды, и
происходило это примерно два миллиарда лет спустя после Большого взрыва.
Некоторые ранние звезды были массивнее нашего Солнца и горячее его, поэтому они
сжигали первородный водород и гелий, перерабатывая их в более тяжелые элементы,
такие как углерод, кислород и железо. Весь этот процесс занял всего несколько
сотен миллионов лет, после чего звезды взорвались, образовав сверхновые и
разбросав тяжелые элементы по космосу. Впоследствии разбросанные элементы
послужили строительным материалом для новых поколений звезд.
Все звезды, кроме Солнца, находятся слишком далеко от нас, чтобы мы могли
напрямую увидеть, обращаются ли вокруг них планеты. Однако определенные типы
светил, которые называются пульсарами, регулярно выбрасывают в пространство
радиоволновые импульсы. Мы наблюдаем незначительные колебания таких импульсов,
что интерпретируется как наличие вращающихся вокруг них небесных тел, подобных
Земле. На планетах, обращающихся вокруг пульсаров, вряд ли существует жизнь,
поскольку любое живое существо было бы убито взрывом сверхновой, который
приводит к тому, что звезда превращается в пульсар. Однако наличие планет у
некоторых наблюдаемых пульсаров дает основание предположить, что планетарные
системы может иметь достаточно существенное количество из тех ста миллионов
звезд, что находятся в нашей галактике. Таким образом, предпосылки в виде
планетарных систем, необходимых для существования форм жизни, подобных нашей,
появились спустя четыре миллиарда лет после Большого взрыва.
Наша солнечная система образовалась из газа, оставшегося от более ранних
звезд, примерно четыре с половиной миллиарда лет назад, то есть десять
миллиардов лет спустя после Большого взрыва. Земля сформировалась
преимущественно из тяжелых элементов, в том числе – углерода и кислорода.
Каким-то образом некоторым из атомов удалось выстроиться в цепочку,
сформировавшую молекулы ДНК. Это была знаменитая двойная спираль, структуру
которой открыли Френсис Крик и Джеймс Уотсон. Две спирали связаны между собой
парами нуклеиновых кислот четырех типов – аденина, цитозина, гуанина и тиамина.
Я сомневаюсь, что мой речевой синтезатор способен правильно произнести их
названия, поскольку он вряд ли рассчитан на молекулярных биологов. Аденин из
одной спирали всегда связан с тиамином из другой, так же как и гуанин с
цитозином. Таким образом, последовательность нуклеиновых кислот в одной цепи
определяет уникальную комплиментарную последовательность в другой. Две цепи
могут впоследствии разделяться и выступать в качестве шаблонов для построения
дальнейших цепей. Именно так молекулы ДНК и воспроизводят генетическую
информацию, закодированную в последовательностях нуклеиновых кислот. Участки
этих последовательностей могут также использоваться для того, чтобы производить
протеины и другие химические вещества, способные передавать закодированные в
этих последовательностях инструкции и составлять строительный материал для того,
чтобы ДНК могла воспроизводить саму себя.
Мы не знаем, как образовались первые молекулы ДНК и шансы на то, что они
возникли в результате случайных флуктуаций, крайне невелики. Поэтому некоторые
люди думают, что жизнь занесена на Землю извне и что ростки жизни рассредоточены
по всей галактике. Впрочем, вероятность того, что молекулы ДНК способны долго
существовать в условиях космической радиации, довольно мала. Даже если допустить
такую возможность, происхождение жизни это все равно не объясняет, потому что
время, прошедшее с момента образования во Вселенной углерода, всего лишь вдвое
превышает возраст Земли.
В отдельно взятом случае возникновение чего-то подобного ДНК, способного при
этом воспроизводить себя, весьма маловероятно. Однако во Вселенной с огромным,
если не бесконечным, числом звезд в отдельных звездных системах ожидать создания
подобных условий можно, однако эти системы должны быть разделены между собой
огромными расстояниями. То, что жизнь зародилась именно на Земле, не является
удивительным или маловероятным, это лишь служит примером применения слабого
антропного принципа: если бы жизнь зародилась на другой планете, мы бы
спрашивали, почему это произошло там.
Появление жизни на конкретной планете маловероятно, и для того, чтобы она
зародилась, требуется много времени. Если называть более точные сроки, жизнь
должна успеть зародиться и развиться до высших форм за то время, пока не
закончился цикл существования звезды. В нашем случае – это десять миллиардов
лет, после чего Солнце распухнет и поглотит Землю. За это время жизнь должна
стать настолько высокоорганизованной, чтобы освоить космические путешествия и
успеть сбежать в другую звездную систему, иначе она обречена на гибель.
