Мироздание за пределами Вселенной

Мы подошли к наиболее интересной странице обзора физического мира. Негласно всегда считалось, что вопрос о природе Мироздания за пределами нашей Вселенной лишен смысла. Такая позиция зиждилась на изотропной модели космоса. Действительно, если Вселенная повсеместно однородна, то она не может иметь границ и каких-то «запредельных территорий». Изотропная Вселенная мыслилась как замкнутое на себя образование наподобие поверхности шара, по которой можно блуждать бесконечно, но при этом нельзя достигнуть края. Предполагалось, что Вселенную так искажает собственная гравитация, и в свете положений теории относительности это вполне возможно.

В настоящее время положение дел изменилось. Выше мы привели ряд фундаментальных фактов, в свете которых привлекательной становится анизотропная модель Вселенной с центром, периферией и, соответственно, внешними границами. При этом пограничная плотность вещества Вселенной автоматически оценивается как низкая. Она не способна обеспечить гравитационную замкнутость нашего мира на себя в том смысле, о котором говорилось выше. Отсюда следует, что край нашей Вселенной представляет собой стандартные границы определенной физической системы, за пределами которых расположены иные физические системы. В результате мы сталкиваемся с необходимостью ответить на вопрос: что может лежать за этими границами, и от каких физических систем они нас отделяют? Наблюдательные данные на этот счет пока отсутствуют, и на первый взгляд кажется, что вопрос по-прежнему не имеет практического смысла. Однако пессимизм такого рода неоправдан. Если за пределами нашей Вселенной имеется некое Мироздание, то оно неизбежно должно было наложить определенный отпечаток на наш мир. Задача состоит в том, чтобы вычленить и истолковать этот отпечаток, и мы рискнем за это взяться, прибегнув к фактам и логике.

Сингулярность не знала причинно-следственного закона. Отсюда вытекает, что породившее ее Мироздание относилось к причинности «без сердца». Положение дел в нем было на тот момент произвольным, и оно где подчинялось, где не подчинялось каузальности. В результате свойства подобного Мироздания варьировались бы в неограниченных пределах. Это был бы мир вечных превращений, Вечно Изменяющийся Мир (ВИМ). Диалектические особенности нашей Вселенной надо расценивать как его реликты.

Этот вывод уже перспективен, поскольку, несмотря на то что Гераклит Эфесский открыл диалектические свойства мира 2500 лет назад [104, с. 176–257], о происхождении диалектики природы и по сей день не известно ничего. В основе гераклитовского учения лежало представление о том, что существующие формы вещей являются их крайними состояниями, а подспудно все без исключения варианты объектов способны плавно перетекать друг в друга, в том числе в противоположные себе варианты. Например, прямые и кривые линии с очевидностью противоположны друг другу. Однако в больших масштабах их отрезки неразличимы. Горячее становится холодным, сухое – влажным и т. д. Почему мир устроен именно так, не ясно. Однако, если диалектика природы является отголоском ВИМа, где из минусов могли бы беспричинно вытекать плюсы в силу необязательности строгой причинности, то все становится на свои места. Подчеркнем, что своими силами наша Вселенная, подчиненная причинно-следственному закону, никогда не произвела бы противоречивую диалектику. Значит, ее источник действительно лежит вне нашей Вселенной, и это косвенно подкрепляет гипотезу Вечно Изменяющегося Мира, пропитанного контрастами.

Обладая чересполосицей то сравнимых, то несравнимых свойств, ВИМ не мыслится как единое целое. В противоположность нашей однообразной Вселенной, он обязательно распался бы на враждебные области, домены, внутри которых господствовали бы собственные логики или алогичности, несопоставимые с соседскими. Поэтому общая структура ВИМа представляется ячеистой, а ячеистость нашей Вселенной – наследием, полученным от ВИМа. Эти допущения позволяют составить некоторые представления относительно доменов ВИМа, непосредственно породивших Вселенную. По-видимому, из ВИМа происходят краеугольные свойства мира, не находящие объяснения внутри нашей Вселенной (т. е. конкретная скорость света и постоянная Планка, необходимые для фундаментальных расчетов в квантовой механике).

У нас стремительность взаимодействий любых объектов ограничена потолком скорости света. Можно представить, что в Вечно Изменяющемся Мире, бесконечном по возможностям, нашелся бы домен с неограниченными темпами контактов своих объектов. В подобном домене все представимые события произошли бы моментально, и больше ничего не случалось бы. Тогда сложилась бы область вечного покоя, напоминающая нашу сингулярность до ее распада.

Мыслится и домен другого типа. В нашей Вселенной дробность размерностей, масс, единиц времени, плотности и энергии определяется постоянной Планка и не углубляется ниже ее пределов. Это обстоятельство объясняет, почему все объекты нашей Вселенной обладают относительно устойчивыми формами и не подвергаются бесконечному дроблению (ср. гл. I, 1 о «демиурге»), что можно присовокупить к списочному составу антропного принципа [78], предполагающего фундаментальные константы нашего мира в вариантах, благоприятных для зарождения жизни во Вселенной.

В ВИМе мог бы существовать домен, в котором не существует ограничений на квантование вещей, а их составляющие способны быть бесконечно малыми. Поскольку реальная бесконечность недостижима, этот домен пребывал бы в процессе вечного дробления, которое никогда не завершится.

Теперь представим, что домен бесконечных скоростей соприкоснулся с доменом бесконечной дробности. В силу несопоставимости их свойств, взаимопроникновения областей не наступило бы, и они тут же отошли бы друг от друга, оставив точечный след контакта. Этот след обладал бы смешанными свойствами, извлеченными частью из одного, частью из другого домена, а также из самого их взаимодействия, осуществившегося в виде последовательного притяжения и отталкивания, что стало характерно для суперструн нашего мира, поскольку в описываемых событиях мы предполагаем его начало в виде точечной сингулярности.

Сингулярность как след доменного контакта пришла бы в колебательное движение, характерное для суперструн. Его амплитуда принялась бы расширяться, догоняя отступающие домены. Наследуя дробность одного из них, сингулярность колебалась бы с мириадами степеней свободы, расширяющихся в разных пропорциях. Самые убористые породили бы суперструны. Более пространные – вселенскую мировую поверхность виртуальных частиц. Промежуточные – образования крупномасштабной структуры Вселенной, несущие приметы развернутых измерений Первовселенной (см. разд. 1.1). Крохотные обитатели такого мира (т. е. люди) констатировали бы, что живут внутри расширяющейся Вселенной.

От родительских областей ВИМа Вселенной достались бы средние величины скоростей взаимодействия и дробности, которые мы связываем со скоростью света и постоянной Планка. Они должны содержать указания, почему через 12,73 млрд лет после Большого взрыва расширение стало сменяться сжатием под влиянием истончения мировой поверхности и побеждающей внутренней гравитации. Поясним причину, по которой нашей Вселенной достались средние величины скоростей взаимодействия и дробности материи.

Скорость света в пустоте ограничена противодействием, встречаемым фотонами со стороны виртуальных частиц (см. разд. 1.1): чем их больше на единицу объема пространства, тем ниже предельная скорость света. Количество виртуальных частиц зависит от частоты их спонтанного рождения, а та, в свою очередь, определяется планковским квантом времени, поскольку виртуальные частицы не могут возникать чаще, чем раз в планковский квант времени. Если последний почему-либо сократится, виртуальные частицы станут рождаться чаще, а скорость света упадет из-за их возросшего противодействия.

Величина планковского кванта времени положительно зависит от постоянной Планка (кванта действия): чем она меньше, тем меньше и планковский квант времени. Одновременно возрастает средняя частота спонтанного рождения виртуальных частиц, а скорость света, наоборот, снижается. Отсюда следует очевидный вывод, что скорость света в пустоте пропорциональна постоянной Планка, а их соотношение отвечает некой мировой константе, которую еще предстоит определить.

Высказанные предположения поддаются экспериментальной проверке. На стадии расширения и разуплотнения Вселенной сопротивление мировой поверхности фотонам падает, а скорость света закономерно возрастает. Напротив, на стадии сжатия и сгущения Вселенной сопротивление мировой поверхности нарастает, а скорость света, соответственно, снижается. Следовательно, долговременная серия точных определений локальной скорости света в окрестностях Земли может эмпирически показать, в какой Вселенной мы живем: в еще расширяющейся или в уже сжимающейся.

Поскольку агломерат Рыб – Кита, в котором находится Земля, явно сжимается вокруг Великого Аттрактора (см. разд. 1.2), можно предсказать, что локальная скорость света в агломерате будет снижаться. Пропорционально сократится и постоянная Планка. Эмпирическая оценка нашего предсказания – вопрос времени. При этом следует помнить, что за пределами агломерата Рыб – Кита Вселенная все еще по инерции расширяется, и там скорость света и постоянная Планка по-прежнему растут. Проще сказать, что там, где во Вселенной преобладает фиолетовое смещение в спектрах галактик, свидетельствующее об их сближении (агломерат Рыб – Кита, окрестности Великого Аттрактора), скорость света и постоянная Планка убывают, а там, где во Вселенной доминирует красное смещение в спектрах галактик, свидетельствующее об их удалении (Вселенная за пределами агломерата Рыб – Кита), скорость света и постоянная Планка, наоборот, прибывают.

Из сказанного, между прочим, следует, что в древности скорость света во Вселенной была ниже нынешней, а впоследствии возросла. Это должно создавать впечатление, что прежние расстояния между астрономическими объектами превышали теперешние, а красные смещения от удаляющихся галактик выглядели бледнее современных, что в сумме создало бы впечатление более медленного расширения Вселенной, нежели это присуще ей в наши дни. Такое положение вещей дает мнимые факты в пользу идей об ускорении расширения Вселенной с течением времени, об «отталкивающей силе» и «темной энергии» (см. разд. 1.2). Однако, как представляется нам, в основе перечисленных явлений лежат совсем другие причины.

Связь постоянной Планка с величиной скорости света сложилась, по всей видимости, на заре времен. Например, если бы названные величины проистекали от соприкосновения доменов ВИМа, то бесконечно большая скорость взаимодействий одного из них, столкнувшись с бесконечной дробностью материи и бесконечно малым квантом действия другого домена, – эта бесконечно большая скорость взаимодействий автоматически упала бы до конечных значений, так как стала бы измеряться в бесконечно малых величинах планковских длин. Это отвечало бы схеме, в соответствии с которой прежде скорость света была N бесконечно больших планковских длин в секунду, впоследствии грозила стать N бесконечно малых планковских длин в секунду, но закономерно сделалась N средних планковских длин в секунду, что идентифицируется нами как конкретная скорость света в пустоте (299 792 ± 0,4 км/с). Параллельно произошел бы автоматический рост планковской длины и планковского кванта времени от бесконечно малых величин до более существенных, что выразилось бы и в подъеме бесконечно малой постоянной Планка до заметных значений, идентифицируемых нами как наличный квант действия.

Эти зависимости, объясняя взаимосвязанную конечность скорости света и постоянной Планка, свидетельствуют в пользу нашего понимания генезиса Вселенной из Вечно Изменяющегося Мира в результате столкновения его доменов с указанными неограниченными свойствами (с бесконечно большой скоростью взаимодействий и с бесконечно малым квантом действия).

Разбег доменов ВИМа как причина расширения Вселенной – привычная нам условность. В реальности Вселенная испаряется по направлению к удаляющимся доменам ВИМа примерно в силу тех же причин, по которым ветер высушивает и охлаждает некую поверхность. Его дуновения вводят в контакт ненасыщенный и прохладный воздух, который поддерживает испарение с поверхности контакта и ее остывание. Окружающие нас домены ВИМа тоже обновляются ежесекундно: в одном случае из-за неограниченно быстрых взаимодействий, в другом – из-за неограниченно глубокого дробления своей фактуры.

Наследие, полученное от краткого контакта этих доменов, представлено в нашей Вселенной геометрией и основными константами. Два измерения вселенской геометрии – это площадь контакта доменов ВИМа, а третье измерение – направление движения наших границ вслед за расходящимися доменами, засасывающими нас и вызывающими вселенское расширение. Основные константы нашего мира – это средние величины бесконечно больших скоростей взаимодействий и бесконечно малых масштабов дробления материи. Они дали, соответственно, планковскую длину как поперечник площади контакта доменов ВИМа и скорость света как быстроту начального расширения Вселенной. Первое запечатлено в вероятной размерности сингулярности, а второе – в вероятной скорости разбегания границ Вселенной.

Первоначально было множество мод колебаний суперструн, однако причинно-следственный закон позволил уцелеть лишь некоторым, известным нам как наличные суперструны и их квантовые числа (свойства вроде масс, зарядов и пр.). Это обстоятельство служит одним из проявлений асимметричностей нашего мира (см. разд. 1.8).

Если Вселенная находится в недрах какого-то Вечно Изменяющегося Мира и ведет свое начало от его коллизий, то, как и прочие домены, она стоит там особняком. Отчужденность ВИМа исключает физическую связь с ним для нашей Вселенной. Единственное, что может обнаружить его реальность, – это расхождение скорости сжатия Вселенной со скоростью ее расширения, что указало бы на влияние внешнего Мироздания, ускоряющего процесс в случае близости домена неограниченных скоростей и замедляющего в случае соседства с доменом бесконечной дробности, препятствующей сплочению Вселенной.

Симметрия

Известные нам законы природы, на первый взгляд, чрезвычайно разнообразны, поскольку определяют жизнь весьма непохожих сфер действительности. Между тем, анализ выявляет их общее происхождение и гипотетически указывает на вневселенские корни. Законы природы делятся на динамические, осуществляющиеся однозначно, и статистические, выполняющиеся лишь в определенном проценте случаев, т. е. с известной вероятностью. Динамические законы можно рассматривать как те же статистические, реализующиеся с предельной вероятностью.

Статистические законы отражают альтернативность своих возможных проявлений и в этом смысле совпадают с диалектическим взглядом на мир как на единство противоположностей. Подобная двойственность действительности берет начало в бытии суперструн, которые в качестве волн имеют фазу и противофазу, а потому при взаимодействиях достигают либо ожидаемого, либо противоположного исхода (предсказуема лишь его вероятность). В свою очередь, волновое поведение суперструн повторяет фазу и противофазу контакта родительских доменов ВИМа, что выносит истоки диалектики и статистики за пределы нашего мира, как это видно и из других соображений (см. разд. 1.7).

Обладая фазой и противофазой колебаний, пара суперструн располагает четырьмя вариантами контактов между собой, происходящих с вероятностью в 25% (при учете девятизначных степеней свободы суперструн вариантов становится 324, однако мы опускаем эту громоздкую возможность). На деле может сложиться так, что суперструны случайно прореагируют между собой только одним мыслимым способом, обманув наши ожидания (т. е. нарушив математическое ожидание своего поведения). Теоретически подобная крайность не исключена.

Однако, если дать суперструнам время повторить взаимодействия множество раз (например, 10 тыс., или, так сказать, 100% в квадрате, как рекомендует теория вероятностей), они суммарно поведут себя в соответствии с математическим ожиданием (т. е. как предсказано). Это называется полной реализацией закона больших чисел, и дальнейшие эксперименты с суперструнами уже не принесут ничего нового.

Закон больших чисел является фундаментальной особенностью нашего статистического мира. Его природа обусловлена тем, что причинно-следственный закон не допускает крайностей. Он исключает их потому, что крайности нарушают исходный для него закон неубывания энтропии (см. разд. 1.4), который ведет Вселенную в целом к однородному (тепловому) состоянию, а не наоборот. Закон же больших чисел является математическим выражением того обстоятельства, что отклонения от среднестатистических результатов опыта маловероятны, как того и требует закон причинности, что позволяет выводить закон больших чисел из закона каузальности. Поясним сказанное примером. Допустим, мы 10 раз подбросили монетку. У нас, в принципе, может выпасть 9 «орлов» и 1 «решка». Однако, если повторить эту процедуру 10 тысяч раз, «орел» и «решка» наверняка выпадут у нас практически поровну. Это является классическим выражением закона больших чисел. Если вдруг выпадет 9999 «орлов» и 1 «решка», это будет вопиющим нарушением закона причинности, и он позаботился о том, чтобы ничего подобного не происходило. «Позаботился», конечно, в переносном смысле слова. Просто закон каузальности требует, чтобы в сходных условиях происходили сходные события, а отклонения от них исключались. Поэтому крайности при классических испытаниях закона больших чисел (множество сходных опытов) не наблюдаются.

Благодаря выполнению закона больших чисел крупные совокупности объектов ведут себя повторимо, устойчиво, что обеспечивает долговременную стабильность Вселенной и ее частей, где не наблюдается каких-то спонтанных отклонений от типичного положения вещей (что само по себе еще не обязательно). Это происходит потому, что поведение крупной совокупности объектов статистически равноценно поведению, скажем, пары объектов (или парного объекта), повторенному множество раз, где усматривается архетип проявления закона больших чисел (см. выше).

Недопущение крайних состояний в нашем мире (где даже замкнутые «черные дыры» испаряются) характерно для закона каузальности. Оно отражает гибридное происхождение Вселенной от столкновения пары доменов ВИМа, отличающихся крайностями, что в сумме дало нечто умеренное, наш мир, где крайнее, неповторимое «выпалывается» законом причинности, ибо его стихия – это устойчиво повторяющиеся связи вещей.

Там же усматривается происхождение естественного отбора, пронизывающего все сферы жизни нашей Вселенной. Естественный отбор есть та же дихотомия исхода опыта (по схеме «быть или не быть»), которая отличает и статистику: один вариант действительности выживает, а противоположный элиминируется. Естественный отбор разыгрался еще на заре физической Вселенной, когда взаимодействия в горячем бульоне суперструн вычеркнули из активной жизни суперчастицы и антивещество, а «темное вещество» изолировали от «светлого» во всех отношениях, за исключением сил тяготения. В этом отношении Вселенная напоминает живое существо; ср. [375]. Естественный отбор осуществляется везде, где присутствуют выбор и конкуренция. Он более всего известен в эволюционной биологии и экономике, но действует на уровне любых сущностей и явлений.

Двойственное устройство основ Вселенной предполагает, что каждому объекту в ней соответствует антипод или партнер, т. е. Вселенную пронизывают отношения симметрии. До момента 10–43 с после Большого Взрыва физические взаимодействия были симметричными, а нынешние частицы пребывали в окружении суперчастиц. Затем физическая симметрия пала. Однако она по-прежнему актуальна в сфере химии, где периодический закон построен на началах симметрии. В математике мы имеем Грандиозную теорему, чьи конечные простые группы выдержаны в духе симметрии. Это же наблюдается и всюду, где выдерживаются гармония и равновесие.

Симметричные взаимоотношения вещей распространились и на временну́ю сферу. Это выразилось в подчинении течения событий циклическим алгоритмам с повторами во времени, чему охотно благоприятствовал причинно-следственный закон, радеющий за повторяемость. Собственно, благодаря закону причинности во Вселенной сложились устойчиво повторяющиеся связи вещей, называемые законами природы, хотя ни на каких небесных скрижалях не написано, что это должно быть так – возможно, в иных доменах ВИМа связи вещей, законы выглядят иначе: например, как правила, запрещающие повторы. Как полагал еще Гераклит (см. Введение), цикличность распространилась на саму Вселенную, если та отвечает пульсирующей модели. Цикличным схемам подчинены геологическая тектоника плит, история климата и биоэволюция (см. разд. 2.2, 2.3), а также демографо-технологическая зависимость, действующая в истории социума (см. разд. 3.1). Эти подобия не случайны, ибо они созвучны каузальности.

Между тем, как отмечалось выше, сформировавшийся причинно-следственный закон стал систематически поддерживать часто повторяющиеся явления и искоренять их менее частотные противоположности. Это происходило естественным путем. Например, при остывании Вселенной до 1027К средние дистанции между суперструнами возросли, и тяжелые суперчастицы стали много реже участвовать во взаимодействиях, нежели обычные частицы. Первые вымерли явочным порядком, а вторые возобладали в результате естественного отбора. Во Вселенной восторжествовало асимметричное устройство физических частиц и полей. Сюда же относится элиминация антивещества и дискриминация «темного вещества». Асимметрия пронизывает все сферы бытия. В микробиологии мы имеем левоориентированные молекулы, причем асимметричность аминокислот, возможно, распространена космически, так как находит внеземные аналогии [252]. Вспоминается доминирование левого полушария головного мозга и правой руки у человека (см. разд. 3.2).

Асимметричные начала распространились на действительность через ее иерархическое устройство. Во-первых, бытие состоит из множества явлений, подчиненных относительно немногочисленным сущностям. Во-вторых, астрофизические объекты обращаются вокруг гравитационных центров и стремятся к Великому Аттрактору. В-третьих, в биологических и социальных сообществах рядовые индивиды группируются вокруг доминирующих особей. Если мы сравним структуру Вселенной с планом цивилизованного города, то в обоих случаях обнаружим сходное иерархическое устройство (см. рис. 2 и 10). Иерархия просматривается повсюду, где нечто множественное подчинено единому началу. Это правило не случайно – оно порождено причинно-следственным законом и является универсальным. Механика рождения иерархии из закона причинности состоит в следующем.

По преимуществу причинно-следственный закон стремится к унификации явлений «под одну гребенку». Поэтому в микромире поразительным образом господствуют типологически схожие суперструны, а в макромире – небесные тела двух-трех типов: звезды, планеты (газовые и твердые) и их обломки (кометы, метеориты и астероиды, к которым примыкают спутники планет). Химия зиждется на сотне элементов, а в социуме преобладает однородная толпа и т. д. В то же время на каждом уровне организации материи указанное однообразие создает тесноту, которая методом естественного отбора выдавливает явления на следующий уровень действительности, что и объясняет происхождение «многоэтажности» нашего мира (см. разд. 1.6). Так возникает наиболее общая форма иерархии: в данном случае – иерархия уровней организации материи. И на каждом уровне повторяется аналогичная процедура (а повторы – «любимая тема» каузальности). В результате иерархия опутывает отдельные этажи бытия. К вышеприведенным примерам можно добавить следующие. Биологические экосистемы организованы по модели пищевых пирамид (хищники – травоядные – растения), а человеческое общество «пропитано» иерархичностью. В результате причинно-следственный закон хитроумно сочетает поддержку однообразия с его иерархической организацией. И потому наш мир далеко не прост.

* * *

Как можно убедиться, современная физическая картина мира разительно отличается от представлений конца прошлого века. Радикальные изменения привнесены в нее открытием универсальной элементарной частицы (суперструны) и астрофизическими данными в пользу анизотропности Вселенной. Теоретическое объединение всех физических взаимодействий (Теория Всего Сущего) вот-вот исполнит мечту Калуцы и Клейна о построении единой Теории поля, но принять ее к сведению можно и нужно уже сейчас. Не за горами наступление астрофизиков на Метавселенную, предположительные пути которого мы не оставили своим вниманием. Высказывания о Вечно Изменяющемся Мире следует пока держать в резерве рабочих гипотез, и все же выдвинутые суждения о бытии наблюдаемой Вселенной основаны на фактах.

Глава 2

Земная жизнь

Судьбы человечества неотделимы от истории земной биосферы. Чтобы оценить свое место в мире, нам необходимо правильно понимать историю живого, однако в ней немало неясных и спорных страниц. Успехи эволюционной биологии и сопряженных с ней наук в прошлом веке заполнили множество «белых пятен» в летописи земной жизни, однако дискуссии по ее узловым моментам все еще далеки от завершения.

Мы рассмотрим здесь:

1) современные гипотезы относительно возникновения органической жизни и ее возможной связи с пребыванием Солнечной системы поблизости от центра Вселенной в эпоху биогенеза;

2) общие сведения о глобальной тектонике плит, суперконтинентальном цикле, его влиянии на историю климата, экологию и направленность биологической эволюции;

3) современные сведения об узловых пунктах биологической эволюции, массовых вымираниях и расцветах новых форм организмов, а также о просматривающихся за этим повторяющихся, закономерных чертах эволюционного процесса, который выражается в чередовании мобильных и маломобильных фаун под влиянием оледенений и межледниковий;

4) новейшие данные о возникновении предков человека как о закономерном эпизоде биологической эволюции на Земле, в которой наши пращуры, гоминины, выступили единственными представителями очередной маломобильной фауны млекопитающих, вызванной к жизни одним из кайнозойских потеплений.

Биогенез

Возраст нашей планеты достигает 4,55 млрд лет [805], а возраст Солнечной системы – 4,566 ± 0,002 млрд лет [395, с. 144]. В эпоху геогенеза (т. е. в период достижения Землей нынешней массы с металлическим ядром и примитивной атмосферой 4,51–4,45 млрд лет назад) расстояние Солнечной системы от центра Вселенной составляло 200,1 млн световых лет (при постоянной Хаббла в 57,4 км/с на мегапарсек и местной плотности Вселенной Ωloc= 0,918), а в эпоху гелиогенеза (т. е. в период формирования Солнца) расстояние нашего новорожденного светила от центра Вселенной не превышало 198,8 млн светолет (при H 0 = 57,5 км/с на мегапарсек и Ωloc= 0,92). Новорожденная Земля пребывала тогда в относительно близких и древних окрестностях центра Вселенной. Это астрофизическое обстоятельство весьма существенно для биогенеза.

Благодаря активному обмену веществом и энергией со средой живые системы устойчивы против Второго начала термодинамики. Они не только противодействуют росту энтропии внутри себя, но и генерируют порядок, т. е. создают негэнтропию. В этой связи встает вопрос: каким образом в расширяющейся Вселенной с растущей энтропией зародилась негэнтропийная жизнь? Проще говоря, живые существа не только умеют постоять за себя перед лицом множества стихий, но и воспроизводят себе подобных (генерируют порядок). Происхождение этих способностей предполагает некую «инкубацию» в тепличных условиях. Однако наша остывающая Вселенная никогда не обещала ничего комфортного в этом смысле.

Земной биогенез пока непостижим [681]. Возможно, жизнь принесена на Землю с другой планеты посредством странствующего небесного тела (кометы, астероида, метеорита) [282; 306; 754]; а также [189; 230; 251; 301; 562; 594]; cp. [525]. Паракодоновый генетический код изученных организмов старше классического [300], что может означать, что исходный код сложился вне Земли, а на Земле переадаптировался. Такой вариант развития событий мыслим, что не снимает вопроса о происхождении жизни, пусть и не на Земле.

На наш взгляд, не исключен следующий сценарий. На ранних стадиях эволюции Вселенной в ее центральных областях сохранялись реликты былой негэнтропии, оставшиеся от сингулярности, в то время как на периферии они рассеивались быстрее (параллельно падению постоянной Хаббла). Условия, благоприятные для зарождения жизни, отвечают среде горячих глубоководных источников с температурой 113° С и более [278; 342; 427; 446; 465; 484; 525; 594]; cp. [212; 339; 571; 614]. Подобная обстановка присуща подводным рифтам с высокими давлениями и кипящим химическим рассолом. Однако в наших океанах такие точки являются оазисами. Вероятность завоевания ими целой землеподобной планеты растет ближе к центру Вселенной, и вот почему.

В окрестностях центра Вселенной велика средняя плотность вещества (см. приложение 7) и, соответственно, значительны гравитационные силы, что сообщает землеподобным планетам данного региона более высокие давления атмосферы и гидросферы. Подобные условия поднимают температуру кипения воды. Внушительное планетарное тяготение сильнее разогревает недра планеты, вызывает бурную мантийную конвекцию (тепловое перемешивание) и активную тектонику плит с обильными рифтами (см. разд. 2.2). На планете с такими условиями формируется плотный океан, густо испещренный глубоководными рифтами, где химически насыщенные воды кипят при температурах, перекрывающих земные, что повышает шансы пребиотического твердофазового синтеза нуклеотидов и аминокислот на минеральных поверхностях [321; 427] – как полагают, существовал вариант самопроизвольного возникновения материала нуклеиновых кислот (дезоксирибонуклеиновых – ДНК ядра клетки, и рибонуклеиновых – РНК цитоплазмы) и аминокислот (строительных блоков для белков) благодаря каталитической помощи некоторых минеральных поверхностей. Планета указанного типа имела бы предпочтительные возможности для биогенеза.

Можно представить, как на заре Вселенной в звездных системах близ ядер галактик, превосходящих по возрасту шаровые скопления на 1–2 млрд лет [270, с. 25], или в самих шаровых скоплениях, поскольку ядра галактик с затравочной «черной дырой» в центре чересчур турбулентны, чтобы служить колыбелью жизни, – в какой-то планетной системе, парящей в центре Вселенной, на планете земной группы, отличающейся вышеописанными свойствами, зародилась органическая жизнь. Первоначально она могла существовать в виде «мира РНК» [353; 754], когда наследственные свойства организмов кодировались только рибонуклеиновой кислотой (РНК), а дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) еще ожидала своего часа. В известном смысле подобный мир напоминал бы планету вирусов, обходящихся одной РНК: у нас они паразитируют в клетках более сложных существ – там питались бы химическими рассолами.

Метеоритный материал с такой планеты мог бы перенести тамошние вирионы (закуклившиеся в белковую оболочку спящие вирусы) в Солнечную систему и основать «мир РНК» на Земле. Панспермия (космический посев жизни) мыслится и на стадии ДНК-содержащих бактерий.

Попав к нам, живой инопланетный материал угодил бы в нищенскую среду, тем более что молодое Солнце в гадейской эре (4,5–3,8 млрд лет назад) давало лишь 70% нынешних света и тепла. В инфракрасной (тепловой) части спектра недостача восполнялась парниковым эффектом за счет аммония в гадее, а впоследствии за счет метана и особенно двуокиси углерода [208; 450; 601; 691]. Чужеродной теплолюбивой жизни пришлось бы укрыться в оазисах глубоководных горячих источников. Для живых существ это было бы равносильно переселению из более продуктивной (жаркой) в менее продуктивную (просто горячую) среду, что закалило гипотетических мигрантов и подготовило их к земной эволюции вполне определенной направленности, зависящей от геологической и климатической истории планеты.

Геология

Сущность господствующей в геологии глобальной тектоники плит [65; 77; 96] заключается в следующем. Земля состоит из железо-никелевого, в основном железного ядра (16% объема и 1/3 массы планеты), которое окружено промежуточной оболочкой, мантией (около 2/3 массы планеты), а ее разуплотненный верхний слой, астеносфера, подстилает твердую земную кору, литосферу. Последняя разбита на огромные базальтовые блоки, литосферные плиты. В некоторые из этих плит впаяны обширные, менее плотные гранитные образования, представляющие собой поверхностные континенты. Дно океанов образовано более плотными базальтами.

Разогреваясь от радиоактивного распада расщепляющихся элементов, содержащее их мантийное вещество разуплотняется и всплывает, приводя в движение астеносферу, остывает и вновь погружается в недра Земли (это называется мантийной конвекцией). Текущая астеносфера тянет с собой блоки базальтовой коры. В местах, где они расходятся, вещество астеносферы поступает наружу, формируя срединно-океанические хребты с рифтами (центральными впадинами) и наращивая отступающие базальтовые плиты (поэтому ближе к хребтам они всегда моложе). Происходит раздвижение (спрединг) океанического дна. Противоположные края плит вслед за конвективными течениями погружаются в астеносферу и тают в мантии – при этом плита ныряет под встречную (субдукция). В мантии тонут лишь тяжелые, базальтовые части плит, а гранитные (континентальные) из-за меньшего удельного веса остаются на поверхности планеты и даже наращиваются легкими изверженными породами в местах субдукции (островными дугами вроде Курильских островов).

По своему происхождению все материки являются пакетами спрессованных островных дуг, наслоившихся друг на друга в течение 4,4 млрд лет плитовой тектоники на Земле. Континенты вместе с плитами медленно блуждают по поверхности планеты (континентальный дрейф). По ходу движения они сминаются в гигантские складки (горы вроде Анд). Сталкиваясь между собой, материки тоже сминаются, образуя горы (вроде Урала). Они могут спаиваться в более крупные континентальные образования, способные объединить даже все гранитные массивы в единый материк (Пангею, Мегагею и т. п.), который впоследствии раскалывается под действием мантийной конвекции и разъезжается осколками в разные стороны.

По существующим представлениям [589; 590; 418], данный процесс носит циклический характер. Примерно раз в 500 млн лет материковые массивы, перемещающиеся на своих базальтовых плитах, сближаются над нисходящими токами мантийной конвекции, сталкиваются и спаиваются горными поясами в единый суперконтинент. Его окружает безбрежный океан, базальтовое дно которого все время обновляется вследствие субдукции и спрединга. Сверхматерик душит нисходящий ток конвекции под собой и существует около 100 млн лет. За этот интервал происходит перестройка конвекции в мантии, и под суперконтинентом начинает скапливаться тепло, образуя восходящий ток конвекции. Как следствие, над восходящим током конвекции в сверхматерике закладываются рифты (тепловые трещины), и спустя 40 млн лет (140 от начала цикла) единый континентальный массив раскалывается. Родившиеся из его осколков материки начинают дрейфовать в разные стороны. Между ними возникают новые, молодые океаны (вроде Атлантического) с новым океаническим дном базальтовой породы (220 млн лет от начала цикла). Спустя еще 100 млн лет (320 от начала цикла) континенты максимально удаляются друг от друга.

Однако тяжелая базальтовая океаническая кора не может более 200 млн лет удерживаться на плаву над астеносферой (океанической коры старше 200 млн лет в современных океанах не известно, в том числе в «вечном» Тихом океане [204]). Максимальный возраст присущ базальтовой коре вдоль тыльных границ расходящихся материков. От старости она проваливается в мантию, тянет континенты на себя, и они приходят в попятное движение, поскольку конвекция уже перестроилась под влиянием обрушившейся океанической коры (420 млн лет от начала цикла). Материки начинают сближаться и в конце концов сталкиваются, образуя новый суперконтинент спустя 500 млн лет от начала цикла (цифры здесь ориентировочны). Затем все возобновляется, и часто на месте спаек материков (хотя и не всегда) зарождаются новые рифты, раскалывающие суперконтинент… Таким образом в суперконтинентальном цикле по 200 млн лет уходит на рождение и субдукцию дна молодых океанов, плюс около 100 млн лет на жизнь сверхматерика (что тоже ориентировочно).

Около 250 млн лет назад образовался суперконтинент Пангея (потом он распался, так что современное человечество обитает на его осколках-материках). Однако ему предшествовали и другие сверхматерики, отмеченные 565 ± 5–549/543 млн лет назад (эдиакарская фауна экваториального суперконтинента [203; 258; 293; 381]), а также 1–1,1; 1,5–1,7; 2–2,1; 2,5–2,7 млрд лет назад – последняя дата отвечает рубежу протерозойского (2,5–0,544 млрд лет назад) и архейского (3,8–2,5 млрд лет назад) эонов. Отметим, что перемещающиеся по поверхности планеты континентальные породы существовали уже в раннем гадее 4,404 ± 0,008 млрд лет назад [805]; а также [204; 223; 395]; cp. [419]. Следовательно, в столь отдаленное время (всего спустя ок. 145 млн лет после образования Земли) имели место материковый дрейф и тектоника плит; ср. [459; 460; 478]. Старейшие орогены (горообразования) датированы св. 3,0; 2,8–2,6; 2,0–1,9; 1,90–1,88; 1,88–1,84; 1,78–1,72; 1,67–1,63 млрд лет назад [418; 459]. Часть этих орогенов связана с образованием сверхматериков, часть – с эпизодом расхождения континентов. Заметим, что суперконтинентальный цикл существенен для истории земного климата.

В периоды суперконтинентального цикла Земля переживает по две пары эпизодов с крайними гидростатическими состояниями минимальных и максимальных уровней Мирового океана. В эпоху существования сверхматерика и в эпоху предельного расхождения континентов (как в настоящее время) на планете имеются наибольшие площади глубоководного океанического дна. В результате суша вздымается, уровень Мирового океана падает, а на Земле образуются максимальные по площади материковые поверхности. Последние же, в отличие от поверхности вод, обладают высоким альбедо (т. е. отражательной способностью) и мешают нагреванию планеты Солнцем. Если при этом суша попадает в околополярные области, на ней развиваются покровные оледенения [683; 70, с. 17–18].

Напротив, после раскола суперконтинента, когда начинается дрейф материков друг от друга, и после развития встречных движений континентов, когда они сближаются, океаны между ними мелки, уровень Мирового океана повышается, суша на окраинах материков затопляется, а планетарное альбедо снижается, позволяя Солнцу разогревать Землю. Наступает теплый и влажный климатический период – межледниковье. Иными словами, за время суперконтинентального цикла Земля закономерно переживает два оледенения и два межледниковья. Оледенения случались со средней периодичностью в 150 млн лет [42, с. 24, табл. 1; с. 30–35].

В эпоху оледенения на Земле устанавливается умеренный сухой климат, и такая обстановка не способствует высокой биопродуктивности земной экосреды. Растительность в среднем становится скудной и разреженной в пространстве. Напротив, в эпохи межледниковья климат становится теплым и влажным, что благоприятствует высокой биопродуктивности экосреды; растительность, как правило, богата и скучена в пространстве.

Когда при оледенениях растительность скудна, разрежена, и вообще пищевые ресурсы бедны и рассеяны, животным приходится собирать корм с больших пространств. В такие периоды всем организмам эволюционно выгодно быть подвижными, высокомобильными, хотя это сопряжено с большими потерями энергии на передвижение. В противоположность этому, при межледниковьях растительность изобильна и скучена, как и все пищевые ресурсы, так что животным не надо искать пищу по обширным территориям. В такие эпохи животным и всем организмам вообще ни к чему быть высокомобильными, поскольку эволюционно не выгодно тратить энергию на лишние передвижения.

Проще говоря, наиболее успешные живые организмы при оледенениях становятся высокоподвижными, а при межледниковьях – наоборот. Подобная закономерность представляется схематичной, однако ее можно проиллюстрировать. Допустим, на Земле стоит ледниковый период, в нем господствуют подвижные животные, а на вершине пищевой пирамиды царят высокомобильные хищники, которые, не считаясь с энергозатратами, без устали патрулируют свою экологическую нишу. Пища там скудна и ее необходимо потреблять без остановки, чтобы она не досталась конкурентам. При этом в тени господствующих высокомобильных существ обычно прозябают малоподвижные организмы, на которых никто не обращает внимания.

Но вот оледенение заканчивается, становится тепло и влажно. Растения множатся и скучиваются в пространстве (как ныне свойственно им в тропиках и субтропиках). Наступает эпоха обильных кормовых угодий, и больше не требуется обшаривать значительные территории в поисках еды. Однако подвижные господа прежней, холодной эпохи в силу закона Долло о необратимости эволюции уже не в силах изменить свою физическую и нейрофизиологическую организацию и продолжают взад-вперед сновать по эконише, без толку тратя энергию на суету. Пока эти трудяги прочесывают один край биома, на другом краю «расправляют крылья» недавние аутсайдеры ледниковых времен – малоподвижные организмы. Они не торопясь и экономя энергию потребляют обильную пищу, так что, когда из рейда по экосистеме возвращаются высокомобильные существа, им питаться уже нечем. Пока они удивляются превратностям судьбы, ситуация повторяется в других уголках экосреды. Господа эпохи оледенения приходят в упадок, а воцаряются их малоподвижные конкуренты.

Когда оледенение возвращается вновь, картина воспроизводится с противоположным знаком. Пища вновь скудна и редка. Ее недостает малоподвижным господам межледниковья, а осваивать большие пространства они не в силах. Уцелевшие остатки высокоподвижной фауны, коротающие теплые времена на задворках экосреды (как млекопитающие мезозоя; см. разд. 2.3), поднимают голову, обнаруживают, что снова стали актуальны, и приступают к подвижному патрулированию биоты. Недавние малоподвижные господа теплолюбивой жизни частью не выдерживают нового направления конкуренции и вымирают, а частью уходят в тень – до будущих теплых времен. Многочисленные палеонтологические примеры сказанному мы приводим ниже (см. разд. 2.3).

Таким образом, можно увидеть определенную тенденцию земной эволюции, которая направляется экологией, та, в свою очередь, климатом, а он – дрейфом материков, т. е. циклическим геологическим фактором. Продемонстрируем на фактах, что подобная эволюционная тенденция действительно реализовалась в истории земной жизни.

Эволюция

Поиск по сайту: