Бог и мозг - Страница 8

В первые четыреста миллионов лет после первоначального взрыва Вселенная существовала в виде расширяющегося облака, состоящего в основном из атомов водорода, которые благодаря силе Большого взрыва распространялись все дальше в обширном пространстве.

Закон всемирного тяготения гласит, что каждые две частицы материи взаимно притягивают друг друга. Сила, присущая атомам водорода, побудила их притягиваться друг к другу и скапливаться в огромные газовые облака.

Теперь на атомы водорода одновременно действовало уже две силы: одна толкала их вперед, в пространство, а другая – вбок, к соседним атомам. Эта вторая сила продолжала воздействовать на атомы водорода до тех пор, пока облака, образованные ими, не стали чудовищно огромными. Так как сила гравитации всегда направлена к центру объекта, тяжесть всего этого водорода, который сплющивал сам себя, создавала огромное давление в центре облаков. Когда давление в центре стало таким большим, что атомы водорода не могли выдержать его, они начали сливаться один с другим. В результате этого процесса слияния четыре атома водорода смыкались, сжимались и образовывали более тяжелый атом гелия, следующую стабильную форму материи, или элемент, появившийся во вселенной. Когда из четырех атомов водорода образовывался один атом гелия, в нем сохранялась далеко не вся масса исходных атомов. Часть массы водорода терялась как энергия, исходящая от него в виде тепла и света. Как только в одном из водородных облаков начинается реакция слияния, мы называем это облако звездой: идеальный пример – наше Солнце.

Через миллионы лет после рождения типичной звезды, уже после слияния подавляющего большинства атомов водорода, начинается слияние атомов более тяжелого элемента, гелия. Из атомов гелия образуется еще более тяжелый элемент – углерод. Процесс продолжается, в центре звезды появляются новые, все более тяжелые атомы или элементы. После того как звезда истощит большую часть своего материала, пригодного для реакций слияния, она становится нестабильной и в результате гигантского взрыва превращается в сверхновую звезду. При взрыве сверхновой все элементы, содержавшиеся в звезде, рассеиваются по непрестанно расширяющейся Вселенной.

Я заметил, что этим моментом обычно заканчиваются тексты в учебниках физики и начинаются тексты в учебниках химии. По-видимому, с началом взаимодействия только что созданных элементов друг с другом в истории Вселенной появляется совершенно новая сфера исследований, как будто эту историю почти произвольно разбили на отдельные главы. Дочитав «Физику», я закончил первую главу космической саги. Пора было переходить к следующему эпизоду истории Вселенной – ко второй главе, «Химия».

Физика в общих чертах рассказывает о фундаментальных силах природы, присущих всей материи. Когда речь идет о том, как эти силы воздействуют на мельчайшие частицы материи, соответствующую науку называют квантовой физикой, атомной физикой или физикой частиц. Если имеется в виду влияние этих сил на взаимодействие значительно более крупных объектов, таких как планеты или звезды, эту науку называют астрономией. А когда перед нами предстает широкомасштабная панорама всей энергии и материи, существующих в материальной Вселенной, мы имеем дело с космологией.

После того как физика дала мне объяснения насчет различных атомных сил, а также насчет образования различных элементов, физическая химия постаралась растолковать динамику взаимодействий между различными атомами. Поскольку каждый новый элемент в пылающих звездах содержит разное количество электронов (отрицательно заряженных субатомных частиц), каждый атом имеет электрический заряд, несколько отличающийся от зарядов всех прочих атомов. В зависимости от своих зарядов, некоторые атомы начали образовывать связи друг с другом, создавать более стабильные частицы – соединения или молекулы. Химия изучает уникальные совокупности свойств, которыми обладает каждая из новых комбинаций атомов, а также взаимодействие атомов друг с другом. К примеру, один атом натрия и один атом хлора склонны соединяться, образуя такое соединение, как хлорид натрия, более известный под названием соли. Когда все эти новые разнообразные атомы распространились по Вселенной, начало появляться изобилие новых молекулярных соединений. После скромного начала, когда вселенная состояла практически из одного только водорода, в ней постепенно развивалась сложная система физических веществ.

В зависимости от таких переменных, как давление или температура, любое соединение может существовать в одной из трех форм: твердой, жидкой или газообразной. Многие соединения, существующие в твердой форме, называют минералами. В результате притяжения электромагнитных и гравитационных сил эти минералы начали скапливаться, возникали все более крупные образования.

Краткий экскурс в астрономию: почти пять миллиардов лет тому назад и примерно через девять миллиардов лет после Большого взрыва наше Солнце образовалось из гигантского газового облака. Хотя эта вращающаяся облачная масса состояла преимущественно из водорода, в ней присутствовали и другие, более тяжелые, элементы. По мере того как ядро этой массы газов твердело и превращалось в звезду, некоторые тяжелые элементы, рассеянные по периферии облака, начали сливаться, становиться крупными скоплениями минералов.

Когда какое-нибудь из этих периферийных скоплений минералов опасно приближалось к звезде, то попадало в гигантское поле притяжения звезды, которая поглощала скопление. Если же инерция скопления превосходила силу притяжения звезды, то скопление минералов улетало в дальний космос. В тех редких случаях, когда сила инерции скопления оказывалась равной силе гравитационного притяжения звезды, скопление попадало в поле ее притяжения и начинало двигаться вокруг звезды по эллиптической траектории. Мы называем эту траекторию орбитой. Когда довольно крупное скопление минералов движется по орбите вокруг звезды, мы называем такое скопление планетой. Мы живем на Земле, третьей планете от нашей звезды – Солнца.

Иногда небольшие образования из минералов попадают в поле притяжения планеты и начинают движение по ее орбите. Скопление минералов на орбите какой-нибудь планеты мы называем луной, или спутником этой планеты. Звезду вместе со всеми планетами, движущимися по орбитам вокруг нее, называют Солнечной системой. Наша Солнечная система состоит из звезды (Солнца) и девяти планет (Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна и Плутона) на орбитах вокруг нее. Если рассматривать более масштабное явление, то скопление Солнечных систем называется галактикой. Все галактики в обширном пространстве образуют Вселенную.

Но вернемся к вращающемуся вокруг звезды спутнику, к планете Земля. Наступает очередь науки геологии. Приблизительно 4,6 миллиарда лет назад сформировалась Земля. В тот момент Земля была не чем иным, как гигантской глыбой расплавленного камня. У нее еще не было атмосферы, защищающей поверхность от падения обломков небесных тел, на Землю постоянно обрушивались отклонившиеся от траектории скопления минералов – метеориты. Они продолжали сыпаться на Землю, при этом ее масса и размеры росли.

Мало того, когда все эти метеориты ударялись о Землю, с каждым мощным ударом высвобождалась тепловая энергия, от которой метеориты плавились. В итоге газы, прежде заключенные внутри метеоритов, выбрасывались в зачаточную атмосферу Земли.

Газы легкие и летучие, поэтому им свойственно удаляться от планеты и рассеиваться в космосе. К примеру, планета Меркурий настолько мала, что ей не хватает силы притяжения, чтобы удержать легкие и летучие частицы, поэтому у нее нет атмосферы. Некоторые планеты, например Юпитер, так велики, что сила их притяжения настолько крепко держит газообразные элементы на поверхности планеты, что они превращаются в жидкость, следовательно, и этим планетам недостает атмосферы, пригодной для жизни.