Страница:
Есть люди, которые отвергают научный метод, считают его мошенническим, искусственным, обманным. Науку они воспринимают как забаву дьявола, заговор с целью противостоять их религиозным убеждениямЕсть и люди, которые отвергают этот научный метод, отказывают ему в способности достоверно интерпретировать наш мир, считают этот метод мошенническим, искусственным, обманным. Науку они воспринимают как забаву дьявола, заговор с целью противостоять их религиозным убеждениям. Возьмем, к примеру, тех, кто придерживается иудео-христианской интерпретации происхождения Земли, известной также под названием креационизма. Такие «креационисты» отрицают эволюцию человека и его происхождение от приматов. Они отвергают идею о том, что Земля (как и жизнь) существует несколько миллиардов нет. Независимо от того, насколько их убеждения (например, что мир был сотворен за шесть дней примерно шесть тысяч лет назад) противоречат целым библиотекам тщательно задокументированных научных данных (полученных в результате применения той же методологии, благодаря которой у нас есть электрическое освещение и автомобили), эти люди утверждают, что верна именно их точка зрения. Как же они могут отвергать всесторонне подтвержденные данные и не моргнув глазом включать электрические вентиляторы, когда перегреются, или принимать антибиотики, когда болеют? Как могут сегодня пренебрегать любыми науками, а завтра охотно пользоваться их плодами? Как оправдываются, признавая такие медицинские технологии, как генная терапия или клонирование, и в то же время продолжая отрицать те самые эволюционные принципы, на которых построены эти достижения? В этом случае компромиссы невозможны. Надо либо принимать принципы науки и разума, либо всецело отвергать их. Доверять научному методу или не доверять ему.
Проблема, связанная для многих религий с наукой, заключается в том, что наука представляет собой источник постоянных противоречий. К примеру, если в давние времена земля пересыхала, люди молили ниспослать им дождь. Поскольку они не понимали, какими физическими причинами вызвано это явление, то верили, что выпадение осадков происходит по велению тех, кто живет за облаками, по воле богов. Чем еще люди могли объяснить дождь? Ничем. Человечеству понадобились тысячи лет научных исследований и открытий, прежде чем мы поняли сущность испарения и конденсации молекул воды, то есть причину дождя. Но какое-то объяснение нам требовалось в любом случае. Что еще нам оставалось? Считать, что дождь идет абсолютно без причины? Это едва ли возможно, так как человеку свойственно стремление понять первопричины и природу вещей.
Сегодня мы уже понимаем, что осадки выпадают вовсе не по прихоти богов. Мы знаем, что дождь идет в результате целого ряда физических причин и следствий. Таким образом, наука лишила древних богов могущества. Она отняла у них силу и передала ее совершенно нейтральному источнику, равнодушному к людским делам и названному учеными «силами природы».
Сейчас я хорошо понимаю, почему люди хотят верить в Бога, в силу, которая печется о нас и обращается с нами, как со своими любимыми детьми. Вера в Бога придает нам понимание цели. Она дарит нам вечную жизнь. Но стоит ли ради этой веры жертвовать всем, что согласуется с разумом?
Итак, в возрасте двадцати одного года я решил уверовать в естественные науки. А почему бы и нет? В тот момент у меня были все причины верить в логику материальной вселенной и никаких причин верить в какую бы то ни было духовную реальность. Пока не будет доказано обратное, я намеревался рассматривать все вплоть до природы существования Бога исключительно с материалистической, то есть научной, точки зрения.
Но как найти Бога с помощью науки? На какое созвездие нацелить телескоп? Какое предметное стекло положить под микроскоп?
Итак, мои искания продолжались.
3. Очень краткая история времени, или Все, что вы всегда хотели узнать о вселенной, но боялись спросить
«Для того чтобы овладеть какой-либо отраслью знания, надо овладеть теми отраслями, что находятся по соседству; таким образом, чтобы знать что-нибудь, надлежит знать все».
Оливер Уэнделл Холмс
«И предал я сердце мое тому, чтоб исследовать и испытать мудростию все, что делается под небом».
Екклесиаст 1:13
«Можешь ли ты исследованием найти Бога?»
Книга Иова 11:7
И я ринулся вперед во весь опор, стараясь отыскать в многочисленных научных фолиантах… Бога. Физика, химия, биология, физиология, психология, геология, астрономия и космология – вот далеко не полный перечень этих наук, каждая из которых имела свою школу.
Однако чем больше я изучал разные науки, тем отчетливее понимал, насколько они взаимосвязаны. Казалось, ученые допустили ошибку, разделив общую историю всей материальной вселенной на несколько обособленных эпох или категорий, так и не сообразив, что они связаны друг с другом самым фундаментальным образом. И чем больше я занимался, тем лучше сознавал, что наука – просто изучение истории всей материальной вселенной начиная с древнейших времен.
Приступая к недавно задуманным поискам научной интерпретации Бога, я решил начать с физики, имеющей дело с самыми фундаментальными принципами природы. От физиков я узнал, как возникла вселенная примерно 14 миллиардов лет назад, как вся материя во вселенной сконденсировалась, стянулась в одну-единственную точку чистой энергии. Давление в этой точке было, видимо, настолько велико, что последовал колоссальный взрыв, в котором вся энергия вселенной вырвалась наружу, в обширное пространство, – это явление ученые назвали Большим взрывом.
Как учил Эйнштейн, энергия и масса (вещества) взаимосвязаны: Е=МС2. Энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света (примерно 300 000 километров в секунду). По сути дела, это означает следующее: если масса (материя) развивает достаточно большую скорость, то становится энергией. И наоборот: если энергия замедляет скорость, то превращается в материю. Именно так, по прошествии одной миллионной доли секунды после первичного взрыва вселенной, энергия начала преобразовываться в первые частицы материи. Прошла одна десятитысячная доля секунды после Большого взрыва, и силы, свойственные первым бесконечно малым частицам, побудили их сцепиться друг с другом и образовать бесконечно малые частицы уже несколько большего размера. Через три минуты после формирования первые субатомные частицы образовали первые стабильные материальные объекты, называемые «атомами», а точнее – атомы лития, дейтерия и водорода.
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».
Учебник физики – это первая глава грандиозной космической сагиФизика 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.
Приблизительно 4,6 миллиарда лет назад сформировалась Земля. В тот момент Земля была не чем иным, как гигантской глыбой расплавленного камняГазы 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.
А Земля и не настолько мала, чтобы не удержать частицы газа, и не так велика, чтобы прижать их к своей поверхности. Она не слишком близка к Солнцу (тепло которого влияет на летучесть газов), поэтому газы не устремляются от нее в космос, но и не так далека от Солнца, чтобы газы замерзли и перешли в твердое состояние. Условия на Земле оказались как раз такими, что все высвобождающиеся газы задерживались достаточно близко к ее поверхности и со временем образовали газовую оболочку планеты. Мы называем эту оболочку атмосферой. После образования атмосферы на любой метеорит, попавший в поле гравитационного притяжения Земли, действовала также сила трения со стороны частиц атмосферных газов, в итоге падающий метеорит сгорал прежде, чем достигал поверхности Земли. Перестав быть уязвимой для столкновений с падающими метеоритами, сопровождающихся выбросами тепла, Земля начала остывать.
В падающих метеоритах чаще всего содержались два газа – водород и кислород. Поэтому в атмосфере Земли в огромном количестве начали накапливаться именно эти два элемента. Благодаря потенциальным валентностям или электрическим зарядам кислород и водород начали образовывать связи друг с другом, в итоге получилась всем известная молекула воды. Накапливаясь в атмосфере Земли, молекулы воды стали собираться в плотный пар, который в конце концов поддавался влиянию силы притяжения планеты и возвращался на ее поверхность в виде капель, которые мы называем дождем. Когда на Землю выпали первые дожди, расплавленная поверхность планеты остыла еще сильнее, что, в свою очередь, вновь вызвало высвобождение содержащихся в ней газов, приобретающих форму пара. Чем больше пара, тем чаще шли дожди, в итоге планета продолжала остывать.
Этот процесс продолжался почти миллиард лет, в результате почти две трети поверхности Земли оказались под водой, а последнюю треть покрывала затвердевшая оболочка из минералов. Океаны представляли собой питательную среду, содержащую аммиак, метан, воду, двуокись серы и водород.
В 1953 г. исследователь Стэнли Миллер применил эти сведения при проведении чрезвычайно важного опыта:
Миллер собрал герметичную экспериментальную установку, в которой сквозь четыре (изначальных первичных) газа пропускали с помощью вольфрамовых электродов электрические разряды (по образцу первичных земных гроз). Таким образом газы циркулировали в установке неделю, после чего ученый проанализировал ее содержимое. Оказалось, что за это время было синтезировано поразительное количество разнообразных органических соединений. Среди них были играющие важнейшую роль в биологии аминокислоты, и вдобавок такие вещества, как мочевина, цианистый водород, уксусная и молочная кислоты1.
Миллер смоделировал химическую эволюцию Земли в условиях своей лаборатории. Он синтезировал аминокислоты – строительный материал всей органической материи, квинтэссенцию самой жизни. Таким образом Миллер достиг того, что ранее считалось привилегией исключительно богов. И тем не менее органическая эволюция произошла в отсутствие Бога, для нее понадобился только Стэнли Миллер с его герметичной установкой и химическими веществами в ней, огонь и электричество.
Органическая эволюция произошла в отсутствие Бога, для нее понадобился только Стэнли Миллер с его герметичной установкой и химическими веществами в ней, огонь и электричествоНачавшись с соединений, состоящих почти исключительно из водорода, вселенная развивалась на протяжении десяти миллиардов лет после зачатия и достигла момента появления в ней сложных цепочек макромолекул. Макромолекулы, содержащие углерод, обладали настолько уникальными свойствами, что в моих учебниках по химии вдруг наметилось отклонение в сторону совершенно новой науки – органической химии или биохимии. И мне пришлось покупать новый комплект учебников, речь в которых шла о сложных соединениях на основе углерода, подобных тем, которые Миллер получил у себя в лаборатории.
Вернемся к Земле: следующий миллиард лет эти сложные органические (на углеродной основе) соединения варились и взбивались в первичном океане Земли, в нем возникали триллионы различных комбинаций молекул, каждая обладала уникальным набором физических и химических свойств. Многие из образовавшихся комбинаций молекул были настолько сложными, что присущая им нестабильность в конце концов вызвала распад на произвольные части.
Пока эти крупные и сложные молекулы продолжали бурлить в морях Земли, образование новых комбинаций неуклонно продолжалось, и каждая из них слегка отличалась от последующих. Среди этих «органических» молекул появились и такие, которые обладали способностью впитывать рассеянное тепловое и световое излучение Земли и Солнца. Благодаря этой новообретенной способности в остальном нестабильные молекулы смогли пользоваться внешними источниками энергии как средствами для поддержания стабильности.
Но несмотря на новые способности ни одна из этих поглощающих энергию макромолекул не действовала настолько эффективно, чтобы полностью преодолеть присущую ей нестабильность. Умение пользоваться солнечной энергией всего лишь позволило этим сложным молекулярным цепочкам сохранять свою структурную целостность в течение более длительного времени. Однако рано или поздно молекулы становились жертвами внутренней нестабильности и произвольно распадались на свои составляющие.
Эти новые разновидности энергопоглощающих углеродных молекул продолжали кипеть в первичных морях Земли, пока в конце концов не обретали новую способность воспроизводить свои копии, прежде чем распасться. Они позаботились о сохранении своей физической идентичности, продолжая существование в виде собственных копий. Но ввиду разрушительного воздействия ультрафиолетового излучения Солнца далеко не все эти копии оказались идентичными «родителям» – молекулам, от которых они произошли. Большинство незначительных отклонений наносило вред «дочерним молекулам» и работало против их сохранения. Тем не менее некоторые разновидности получились более энергоэффективными, чем их «родители», и в этом случае новая структура зачастую вытесняла прежнюю. Чем дольше продолжался процесс, тем больше появлялось энергоэффективных молекулярных комбинаций.
Со временем у этих сложных углеродных макромолекул развились и другие способности, которые довели до максимума их потенциальную стабильность. К числу этих способностей, развившихся у макромолекул, относятся питание (способность поглощать энергию), пищеварение (способность усваивать энергию, служащую пищей), выведение отходов (способность макромолекулы избавляться от вредных побочных продуктов переваривания энергии) и передвижение (способность перемещаться из одного места или одного положения в другое). Эти самовоспроизводящиеся и потребляющие энергию макромолекулы продолжали развиваться, а я заметил, что из моих учебников органической химии выросла новая наука – биология.
Как и во всех прочих науках, в биологии сложилась своя терминология. К примеру, в биологии молекулы, способные совершать функции, перечисленные выше, назывались «живыми». Когда молекула создавала свою копию, этот процесс теперь назывался «рождением». А когда одна из таких молекул в конце концов распадалась, это явление называлось «смертью».
Первые из существующих формы жизни размножались неполовым способом: это значило, что им требовалась всего одна материнская (родительская) клетка, чтобы разделиться на две обособленных дочерних клетки. Опять-таки ввиду разрушающего действия солнечного излучения у потомства наблюдались незначительные мутации, в результате которых оно несколько отличалось по структуре от своих предшественников. Более энергоэффективные разновидности выживали с большей вероятностью. У выживших было больше всего шансов воспроизвестись и, следовательно, передать дальше характеристики (черты), дающие им преимущества. С другой стороны, наименее энергоэффективные разновидности с большей вероятностью прекращали воспроизводиться и погибали. В моих учебниках биологии приводился конкретный термин для этого процесса «прополки» или «отбраковки» организмов – естественный отбор. Благодаря процессу естественного отбора органическая материя – жизнь – продолжала эволюционировать.
Для того чтобы вести учет постоянно изменяющимся «живым» материальным структурам, биологи подразделили их на несколько категорий в зависимости от присущих характеристик. Первые формы жизни, появившиеся на Земле, в своем развитии образовали две отдельных ветви. Представителям одной из них источником энергии служил земной кислород, представителям другой – углекислый газ. Биологи ввели для этих первых двух форм жизни две отдельных ступени классификации – царства. Формы жизни, которые снабжал энергией углекислый газ, были отнесены к царству растений, а те, которые использовали кислород, – к царству животных. Со временем эти два царства продолжали развиваться и становились все более обособленными, в каждом появилась обширная группа уникальных форм – видов. В последующие три миллиарда лет мириады видов расселились по планете, окутав поверхность Земли тонкой органической оболочкой.
Через три миллиарда лет после начала эволюции моря уже были наполнены разнообразными формами растительной и животной жизни. Примерно в это же время у одного из морских животных развился позвоночник – защитный чехол, окружающий часть нервной системы организма и помогающий распределять нервные клетки по всей длине тела. Так в классификации появилась новая категория животных, которых биологи относят к подтипу позвоночных. По мере появления у позвоночных новых различий биологи помещали их в отдельные подкатегории – классы. Первым из позвоночных выделился класс (надкласс) рыб.
Примерно через сто миллионов лет у некоторых из этих рыб развилась способность передвигаться не только в воде, но и по суше. Биологи называют их амфибиями, или земноводными. Еще через сто миллионов лет из амфибий развился еще более новый класс позвоночных, живущих только на суше. Их назвали пресмыкающимися, или рептилиями.
На протяжении следующих пятидесяти миллионов лет некоторые рептилии эволюционировали таким образом, что их чешуя заменилась перьями, кости стали полыми, появилась способность летать. Так возникли птицы. Прошло еще примерно сорок миллионов лет, и из рептилий развились другие сухопутные существа – млекопитающие. Млекопитающие отличались от своих предшественников, рептилий, тем, что их эмбрионы развивались внутри организма матери, а не в яйце, находящемся во внешнем мире. Млекопитающие вырабатывали молоко, которым кормили детенышей, были покрыты шерстью, обладали таким свойством, как гомойотермность (теплокровность) и, что самое важное, имели значительно большие размеры мозга, что позволяло им демонстрировать в ответ на внешние раздражители гораздо более сложные реакции, чем проявляли другие формы жизни на Земле.