Некоторые открытия укрепили теорию (экспериментальное обнаружение реликтового излучения), некоторые добавили вопросов. Среди таких открытий – обнаружение в конце XX в. ячеистой структуры Вселенной, выражающееся в том, что существуют образования, похожие на своего рода соты, и по границе ячеек фиксируется вещество, а внутренняя часть либо пуста, либо несет неизвестную (скрытую) материю, характер и свойства которой неизвестны. Размеры ячеек огромны, объем каждой около 1 млн кубических парсеков.
Современная теория считает, что вещество во Вселенной распределено однородно и изотропно. Существование ячеек с пустотой или неизвестно чем внутри вызывает сомнение в изотропности Вселенной. Модель Гамова не дает ответов, почему так, откуда эти ячейки и что в них.
Но достоинства теории перевешивали ее недостатки, и на основе этой модели появились новые, дополненные и улучшенные: модель «раздувающейся Вселенной», модель Альфена, образование вихрей объясняет теория газодинамического образования вихрей (тем, что при столкновении «блинов» образуется ударная волна, которая и закручивает галактики в одну сторону) и т. д.
Модель «раздувающейся Вселенной», или, как ее называют, теория инфляции, была создана в 1980-е гг. Гутом. Теория построена на достижениях последних экспериментов с элементарными частицами и учитывает ячеистую структуру Вселенной. Она гласит, что Вселенная возникла из ничего, из физического вакуума, в котором не было вещества, но имелась огромная энергия, заключенная в ячейке физического вакуума. Отсутствие вещества (и как следствие – отсутствие гравитации) позволило ячейке за 10-35 секунды раздуться до размеров метагалактики, после чего через 10-31 секунды энергия перешла в вещество (создала вещество). Вывод: вещество порождено вакуумом и исчезнет в вакууме.
69. Антропный принцип
Антропный принцип был сформулирован в 1958 г. Г. Идлисом (СССР) и основывался на понятии точной подстройки Вселенной. Но если точная подстройка исследовала возможность или невозможность существования Вселенной, подобной нашей, при сохранении фундаментальных постоянных, то Идлиса больше интересовало, насколько возможно возникновение углеродной жизни при перемене констант. В результате проведенных расчетов выяснилось, что фундаментальные постоянные имеют именно те значения, при которых становится возможным существование во вселенной живых углеродных систем, а любое отклонение от констант может породить жизнь, но это будет жизнь, построенная на других принципах (например, на основе кремния или меди и т. п). Выяснилось, что интервал изменения констант, который «разрешает» существовать разумной жизни, очень мал. Отклонения фундаментальных постоянных от существующих автоматически убивают возможность появления жизни. Антропным принцип был назван, поскольку изучение констант проводилось с точки зрения формирования разумной жизни, то есть человека в том виде, в каком он существует.
В 1974 г. Картер разделил положения принципа на сильную и слабую версию.
Слабая версия антропного принципа показывает возможность создания благоприятных локальных условий для появления человека во Вселенной: то, что мы предполагаем наблюдать, должно ограничиваться условиями, необходимыми для существования человека в качестве наблюдателя развития вселенной, поскольку в мире с другими свойствами, человек бы не появился (то есть свойства Вселенной таковы, что в ней могла появиться жизнь и разум).
Сильная версия антропного принципа утверждает необходимость: человек не просто наблюдает Вселенную, но придает ей смысл существования; человек не просто является мерой всех вещей, но и их творцом, то есть Вселенная должна быть такой, чтобы в ней в результате эволюции обязательно появился бы человек как наблюдатель, то есть необходимые условия закладываются при зарождении Вселенной.
Антропный принцип гласит:
• Применимость физических законов и фундаментальных постоянных пока ограничена ближним космосом; действуют ли они во всей Вселенной, неизвестно.
• Существующие физические законы с физическими постоянными предполагают только углеродную жизнь с водой в качестве растворителя.
70. Химическая эволюция Земли и биогенез
В процессе развития Земли из-за вращения шло распределение химических элементов: более тяжелые скопились в мантии и ядре, более легкие – в земной коре, а самые легкие образовали гидросферу и атмосферу. Земля стала разогреваться за счет вулканической деятельности, первопричиной которой является естественная радиоактивность, то есть процессы ядерного распада, идущие в недрах планеты. В результате вулканической деятельности образовалась первичная атмосфера Земли, которая была восстановительной: CO2, NH, HCN, CH4, H2O, но кислорода как такового в атмосфере не было. Он появился около 2 млрд лет назад вследствие зарождения простейшей жизни: микроорганизмы, поглощая углекислый газ в процессе фотосинтеза, стали производить кислород, и в атмосфере Земли произошли резкие качественные изменения. За последние 200 млн лет состав атмосферы почти не изменился – 78 % азота, 21 % кислорода и меньше процента инертных газов (в основном аргона) и сотые доли процента – углекислого газа.
Вопросами возникновения органической жизни занимается эволюционная химия , которая видит ответ в самоорганизации химических элементов, которые из набора органогенов С, Н, О, N, Р, S и 12 химических элементов Na, K, Ca, Mg, Mn, Fe, Si, Al, Cl, Cu, Zn, Co в определенных условиях создали органические соединения – аминокислоты и белки. В 1964 г. Руденко создал теорию саморазвития открытых каталитических систем, известную как общая теория хемо– и биогенеза. Он считал, что эволюции способствовали вещества-катализаторы, ускоряющие изменения химических систем: на первом этапе изменялись неорганические химические вещества, потом возникли органические вещества и затем – органическая жизнь. Когда период интенсивных и разнообразных химических превращений сменился периодом биологической эволюции, химическая эволюция застыла и затормозилась. Поворотным моментом в истории развития жизни является кембрийская эра, когда на смену одноклеточным пришли многоклеточные живые существа. Появление многоклеточных называется иначе «кембрийским взрывом» , поскольку за 3–5 млн лет появились все известные типы живых организмов.
71. Теория панспермии
Гипотез, объясняющих появление жизни на Земле, существует немало. До XX в. наиболее распространенными были креационизм (божественное сотворение живого мира согласно Библии), концепция многократного спонтанного зарождения жизни из неживого вещества (Аристотель считал, что живое может возникать при разложении почвы); концепция стационарного состояния (по ней жизнь существует изначально и вечно); концепция происхождения жизни в результате определенных физических и химических процессов; теория панспермии .
Теория панспермии предполагает, что жизнь была занесена из космоса либо в виде спор микроорганизмов, либо путем вмешательства разумных пришельцев из других миров. Возможность переноса спорами достаточно реальна (метеориты), но доказательств этому нет. Намеренный перенос жизни историческими свидетельствами не подкреплен. По Либиху, можно рассматривать как постоянные хранилища органических зародышей атмосферы небесных тел и вращающихся космических туманностей, откуда жизнь переносится по всей Вселенной.
Доктор Рихтер в 1865 г. предложил гипотезу космозоев (космических зачатков) : существуют вечные зачатки жизни, которые переносятся с планеты на планету (теорию поддержали видные ученые того времени – Кельвин, Гельмгольц и др.). В начале XX в. Аррениус предложил теорию радиопанспермии (споры с населенных планет увлекаются в космос и странствуют за счет светового давления, пока не окажутся на подходящей планете, где просыпаются и порождают жизнь). В качестве «доказательств» предлагаются археологические артефакты (от наскальных рисунков до моделей самолетов из египетских гробниц) или изыскания уфологов. Наиболее уязвимым местом теории является вопрос: если жизнь откуда-то перенесена, как она там возникла, что сразу возвращает ученых к исходной точке.
Наиболее разумна теория биологической эволюции , предполагающая возникновение жизни в результате физических и химических процессов в условиях молодой Земли, которые непригодны для развитой уже жизни: высокая температура (4000 °C), атмосфера, состоящая из водяных паров, СО2, СН3, NH3, присутствие сернистых соединений (вулканическая активность), высокая электрическая активность атмосферы, ультрафиолетовое излучение Солнца, беспрепятственно достигавшее поверхности Земли при несформированном озоновом слое.
72. Гипотеза Опарина – Холдейна
Гипотеза Опарина появилась в 1923 г. и сразу привлекла внимание. Ученый картину зарождения жизни видел так: первые сложные углеводороды могли возникать в океане из более простых соединений, постепенно накапливаться и приводить к возникновению «первичного бульона». В «бульон» входили аминокислоты и белки, возникшие в силу случайных обстоятельств (электрические разряды, высокая температура и т. п.). Белки создавали гидрофильные комплексы, которые обособлялись от водной фазы и образовывали коацерваты (сгустки) с липидной оболочкой, преобразующиеся в примитивные клетки.
В 1929 г. английский ученый Холдейн опубликовал свою гипотезу возникновения жизни (без гидрофильных комплексов и коацерватов). По Холдейну, жизнь возникла из неоргани ческих веществ путем длительной абиогенной (небиологической) молекулярной эволюции в результате закономерного процесса перехода химической формы движения материи в биологическую и путем образования простых органических соединений.
Оба ученых обосновывают теорию следующим: в раннем возрасте Земля представляла собой раскаленную планету, которая «перемешивала» химические элементы в процессе вращения (тяжелые опускались к центру, легкие всплывали к поверхности); так водород, углерод, азот сконцентрировались наверху. При охлаждении образовались также метан, углекислый газ, аммиак, цианистый водород, кислород и др. Большое значение имело образование воды и формирование того типа атмосферы, в которой возможны окислительно-восстановительные процессы. Вулканическая деятельность способствовала высвобождению массы углерода. Попадая в первобытный океан, углерод образовывал углеродные соединения, которые в результате дальнейшего синтеза под влиянием солнечной энергии образовали среду, где смогла зародиться жизнь.