10. На стр. 4—6 журнала размещена написанная известным польским писателем-фантастом и ученым-химиком Анджеем Зимняком/Andrzej Zimniak статья, которая носит название:
Мы дышим, наблюдаем, говорим, думаем, общаемся – мы попросту живем, не осознавая до конца, в каких удивительных процессах участвует материя, из которой построены наши тела.
В нашей цивилизационной нише мы ежедневно сталкиваемся со взаимоотношениями, используем технологии или совершенствуем их, или направляем свое восприятие на квинтэссенцию обеих видов деятельности, то есть на культуру. Все меньше людей соприкасается с природой, а если и соприкасается, то скорее с позиции моды с культурным уклоном, формулируя такие впечатления: «Ах, какой прекрасный вид, какое пушистое животное, какая плохая погода, ну и странные же существа живут в этих морях!» Другими словами, мы существуем в искусственном мире многоэтажного творения, созданном цивилизацией и сознанием, сознательно дистанцирующимся от знаний о том, что находится у нас под кожей и как это функционирует. А также от созерцания невероятной ситуации, в которой несколько десятков килограммов углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и других элементов специфически соединились сначала на молекулярном, а затем и на макроскопическом уровне, чтобы, наконец, стать основой ососознания существования.
БОГ ИЛИ АТОМ – ВЕЧНЫЙ ВОПРОС
Бог требует веры, а не доказательств, поэтому дилемма мировоззрения выходит за рамки строгого рассуждения. То есть, по выбору автора, за рамками данной статьи. Если, однако, мы ограничимся лишь аспектами сотворения мира согласно взгляду, все чаще принимаемому богословами, разногласий не возникает. Ответ может быть таким: и Бог, и атом. Вначале Бог создал первичную материю, которая продолжает претерпевать изменения по строгим законам физики. Во избежание каких-либо недоразумений уточним, что в таком случае материя была создана по законам физики, именно так, а не иначе, с заложенными в ее структуру атрибутами существования и эволюции. Возможность эволюции как неорганического, так и позднейшего органического вещества была «запечатлена» в нем еще на заре существования, в нулевой точке. Так что может показаться, что если мы начнем наше путешествие с Большого взрыва, нам не нужно уже спрашивать о мировоззрении.
При таком предположении дальнейшие рассуждения позволят атеистам, агностикам и верующим идти рука об руку. Различие взглядов касается лишь особенностей явления сотворения материи – либо в акте творения, либо в самопроизвольном процессе. Вера в творение упрощает дело, потому что, в таком случае «дух с самого начала дремлет в каждом атоме водорода». На последующих этапах эволюции Вселенной водород трансформировался в гелий, создавались туманности и звезды. В звездах и их коронах создавались тяжелые элементы, которые затем разносились при взрывах сверхновых, а затем создавались органические соединения, которые при благоприятных условиях объединялись в более сложные гомеостазы, называемые живыми. Однако как выглядит проблема, если рассматривать модель самопроизвольного создания материи как альтернативу акту творения?
ЧТО БЫЛО ДО БОЛЬШОГО ВЗРЫВА?
Согласно современной теории, материя возникла в результате Большого Взрыва (БВ) примерно 15 миллиардов лет назад, а само это явление не поддается научному описанию и называется сингулярностью. Ученые могут приблизиться к нему со своим аппаратом приблизительного описания до момента, равного 10 -43 секунды от нулевого момента, и это описание становится несколько точнее по прошествии 10-11 секунды. Однако ну и что из того, что нам удалось перескочить через эти (сущий пустяк) 15 миллиардов лет и почти коснуться той точки, с которой все началось, если самое главное скрыто темной завесой невежества, а также беспомощности современной науки? Квантовая теория гравитации, которая была бы быть полезной, еще не разработана, а известно, что в науке один ответ порождает десять новых вопросов. Вероятно, ни один ответ не будет удовлетворительным, просто переведя неопределенность на более высокий уровень абстракции.
Есть попытки ответов, но я отношу их к научной философии, а не к науке. В науке гипотезы должны быть многократно проверяемыми, чего нельзя сказать о квантовом объяснении происхождения. Квантовая физика допускает возникновение отдельных элементарных частиц «из ничего», но никто никогда не наблюдал создания целых молекул, а тем более большой совокупности частиц. Элегантная гипотеза Хартли-Хокинга представляет другой, но столь же философский подход: в нулевой точке создаются не только пространство и материя, но и время, которого не существовало, поэтому вопрос «до» теряет всякий смысл.
Мне кажется, что можно рассмотреть и другую гипотезу, которая ставит под сомнение универсальность сегодняшней физики. В этом нет ничего удивительного, ведь «история науки — это кладбище заброшенных идей», как утверждал Лем. Предположим, что применимая в настоящее время физика работает только в известных нам приложениях, подобно тому, как законы Ньютона позволяют нам предсказывать орбиты планеты с определенной точностью, но в более точных расчетах необходимо учитывать релятивистские эффекты. Почему сегодняшней локальной физике приходится сразу иметь дело с сингулярностью Большого Взрыва, если мы согласны с тем, что неспособны интерпретировать явления, выходящие за рамки нашего опыта? Представим себе, что разумные медузы, живущие во глубине океанских вод и знающие только водный мир, захотели бы понять непостижимое явление замерзания и испарения, т. е. изменения фазы собственной среды. Они старательно пытаются экстраполировать известную им физику жидкостей и успешно применить к этим своеобразным случаям, но у них это не получается, поскольку кристаллическая решетка твердого тела качественно отличается от той сверхплотной жидкости, которую могут себе представить эти медузы. Свойства газа также отличаются от свойств несжимаемой жидкости. Точно так же мы не сможем экстраполировать, потому что ничего не знаем об том предполагаемом «суперкристалле», из которого в нулевой точке могли возникнуть протоны. Конечно, термин «суперкристалл» условен и означает неизвестное состояние материи до Большого Взрыва. Это рассуждение приводит к выводу, что пространство-время и материя могли существовать до Большого Взрыва. И тогда, будут ли они в этом случае вечными? Не нам об этом судить, тем более, что мы не можем много вложить в понятие вечности.
БОГ ИГРАЕТ В ДАРТС?
Забавны предположения некоторых учёных, закладывающих в качестве отправной точки иную массу протона или изменяющих заряд электрона, а затем кропотливо вычисляющих, насколько другой и враждебной по отношению ко всем существам стала бы Вселенная. Всякий раз, когда я читаю об этом, я представляю себе седобородого старика у машины, полной циферблатов, который наугад устанавливает какие-то значения, а затем тянет за рычаг, создавая еще один более или менее успешный мир.
Мы не имеем права делать подобные предположения. Да, частицы идеального газа движутся хаотично, и величины импульса и массы взаимно размыты, но нигде, ни на Луне, ни на Марсе, ни в Туманности Андромеды, мы не нашли полукилограммового протона или электрона с зарядом грозовой тучи. И ничего меньшего, чем то, что существует вокруг нас. Здесь нет произвольных параметров, а есть точно определенные величины, вытекающие из природы единственной известной Вселенной.
Если смешать несколько химических соединений, они вступят в реакцию определенным образом, каждый раз образуя в одних и тех же условиях
одну и ту же равновесную смесь. И хотя математически количество комбинаций соединений может быть гораздо большим, в эксперименте мы получим конкретные, наиболее устойчивые в данных условиях продукты. Этот результат иллюстрирует повторяемость и предсказуемость поведения материи. Почему так происходит?
Химическую молекулу можно представить себе как некое конкретное образование с несколькими твердыми ядрами, наделенными положительным зарядом и окруженными отрицательно заряженным электронным газом с плотностью, зависимой от места. При более строгом подходе к модели скажем, что концентрация электронного газа в конкретном месте пропорциональна плотности вероятности нахождения электрона в этом месте (уфф, ах уж эта квантовая механика). После смешивания молекул различных соединений ядра и электронные оболочки перестраиваются таким образом, что энергия новой системы оказывается наименьшей, а сумма энтропии новых соединений и окружения наибольшей. Поскольку такое состояние только одно, мы получаем заданную смесь продуктов. Представленная модель является упрощением, но она хорошо подходит для изложенных здесь соображений.
Итак, скажем так: Бог играет в дартс, но дротики движутся по определенным правилам.
ТВОРЧЕСТВО МАТЕРИИ?
Все еще немного упрощая, мы можем сказать, что строительными блоками материи являются протоны и электроны, а все элементы, то есть вся система Менделеева, состоят из этих основных строительных блоков. В свою очередь, элементы соединяются, образуя химические соединения, но не стохастически, а по правилам сродства – как я уже говорил выше, обычно образуя одни и те же соединения в определенных пропорциях и в одних и тех же условиях. Химические соединения обладают повторяемыми физическими и химическими свойствами, например капли воды кристаллизуются в симметричные снежинки, сохраняя идеальную и простую геометрию.
Двуокись углерода, вода и азот соединяются, образуя органические соединения в определенных реакциях. Содержалась ли информация обо всем этом в исходных протонах и электронах?
Похоже на что-то такое, хотя в настоящее время мы не можем обнаружить такую информацию, а тем более измерить и количественно оценить ее. Но материя с начала, с самого Большого Взрыва (а может, даже раньше, если существовала в другой форме) имеет особенности, позволяющие ей претерпевать циклы трансформации, приводящие в итоге к созданию огромного количества точно определенных химических соединений. В том числе нуклеиновых кислот и белков.
Давно известно, что если позволить стаду обезьян воспользоваться клавиатурой пишущей машинки, через какое-то время появится «Гамлет». Проблема в том, что это время должно быть достаточно продолжительным, намного более долгим, чем время существования Вселенной.
Это пример стохастического решения, применение которого в химических реакциях ограничено именно молекулярным сродством.
Так уж оно есть, что некоторые молекулы при определенных условиях реагируют охотнее других, упорядочивая атомы в выгодных конфигурациях. Аминокислоты могут образовываться и в неживой среде, а соединение в олигонуклеотидную цепь пуриновых оснований, сахаров и фосфатов является энергетически и энтропийно выгодным процессом.
Так почему же в природе не существует спиральных нитей ДНК, способных образовывать полипептиды? Конечно, это все равно будет эволюционно необработанной, неоживленной материей, но важный шаг в правильном направлении будет сделан.
(Окончание следует)