На ранних стадиях горячего Большого взрыва было достаточно доступной энергии и достаточно плотных условий, так что столкновения были частыми, что позволило создать каждую из фундаментальных частиц (и античастиц) в больших количествах. Однако по мере того, как Вселенная расширяется и охлаждается, становится меньше доступной энергии (через E = mc²) для создания новых частиц, но парам частица-античастица очень легко аннигилировать. Кроме того, любые нестабильные частицы будут распадаться за счет слабого взаимодействия на более стабильные.
По прошествии сравнительно короткого периода времени Вселенная состоит в основном из фотонов, электронов, позитронов, нейтрино и антинейтрино, а также небольшого количества кварков. В самой ранней Вселенной существовало огромное количество кварков, лептонов, антикварков и антилептонов всех видов.
Спустя крошечную долю секунды после Большого взрыва большинство этих пар материя-антиматерия аннигилируют, оставляя очень крошечный избыток материи над антиматерией. Как возник этот избыток, является загадкой, известной как бариогенез, и одной из величайших нерешенных проблем современной физики.
Это первый шаг: верхние и нижние кварки соединятся вместе, образуя протоны и нейтроны. Причина проста: верхние и нижние кварки имеют электрические заряды +⅔ и -⅓ соответственно, поэтому на очень малых расстояниях электромагнитные силы отталкивают одинаковые заряды. Однако вы не можете раздвинуть их слишком далеко друг от друга, иначе сильное ядерное взаимодействие станет большим, заставив эти частицы снова "сцепиться" вместе точно так же, как сжимается растянутая пружина.
Так почему же протоны и нейтроны получаются только от верхних и нижних кварков? Для создания нейтрального по цвету объекта требуется три фермиона (а кварки - это фермионы), поэтому у вас может быть либо два верхних и один нижний кварк (протон), либо один верхний и два нижних кварка (нейтрон). У вас не может быть трех верхних или трех нижних кварков, потому что есть еще одно правило: принцип исключения Паули, который не позволяет двум идентичным фермионам иметь одно и то же квантовое состояние.
У кварков есть спин, поэтому в протоне или нейтроне могут быть два одинаковых фермиона, если один имеет спин "вверх", а другой "вниз", но нет никакого способа вместить туда третий кварк того же типа. Сильные и электромагнитные силы вместе объясняют, почему существуют протоны и нейтроны. Отдельные протоны и нейтроны - бесцветные объекты: единственный допустимый тип кваркового состояния во Вселенной сегодня.
Хотя сильное взаимодействие осуществляется безмассовыми (глюонными) частицами, единственная сила, существующая между отдельными связанными состояниями, обусловлена мезонами, которые сами по себе довольно массивны, что сильно ограничивает диапазон действия сильного взаимодействия.
Из протонов и нейтронов Вселенная может построить более крупные и массивные атомные ядра. Опять же, здесь вступают в игру сильные и электромагнитные силы. Под действием электромагнитной силы протоны будут отталкивать друг друга, а нейтроны не будут ни притягивать, ни отталкивать протоны или другие нейтроны. Однако сильное ядерное взаимодействие действует между всеми объектами с цветовым зарядом, и если вы расположите протоны и/или нейтроны достаточно близко друг к другу, кварки внутри одного объекта "увидят" кварки внутри другого объекта, что позволит им обменяться глюонами и испытать сильное ядерное взаимодействие. В целом, протоны и нейтроны нейтральны по цвету, поэтому на больших расстояниях от них сильное ядерное взаимодействие падает до нуля, и им можно пренебречь. Но на очень близких расстояниях "пружинистость" между ближайшими кварками как в протон-протон, нейтрон-нейтрон, или пара протон-нейтрон становится существенным.
Пока возникают подходящие условия - то есть достаточно высокие температуры и плотности - и полученная комбинация протонов и нейтронов устойчива к радиоактивному распаду, вы можете получить множество тяжелых, стабильных атомных ядер. Слияния нейтронных звезд, столкновения белых карликов и сверхновые с коллапсом ядра могут позволить нам подняться даже выше.
Большой взрыв дал нам почти весь водород и гелий во Вселенной и почти ничего из всего остального. Большинство элементов в той или иной форме выковано в звездах.
Все стабильные атомные ядра заряжены положительно, тогда как электроны (оставшиеся из ранней Вселенной после того, как все позитроны аннигилировали вместе с большей частью электронов, покинув нейтральную Вселенную) заряжены отрицательно. Электроны не испытывают сильного ядерного взаимодействия, но испытывают электромагнитное взаимодействие. Они будут притягиваться к атомным ядрам из-за того, что противоположные электрические заряды притягиваются, и они могут образовывать связанные состояния, когда электроны выходят на различные орбитали вокруг каждого атомного ядра. Поскольку электроны намного легче атомных ядер (для массы одного протона требуется 1836 электронов), ядра находятся относительно неподвижно в центрах каждого атома, в то время как электроны вращаются вокруг них на высоких скоростях в облачных конфигурациях.
Правила квантовой механики (и опять-таки принцип исключения Паули играет важную роль) определяют, какие конфигурации и формы принимают электронные оболочки, что, в свою очередь, определяет, как атомы различных типов будут связываться друг с другом. Только благодаря сильным и электромагнитным взаимодействиям мы получаем самые разнообразные атомы.
Теперь, при гораздо более низких температурах, атомы могут соединяться практически в бесконечных комбинациях. Хотя сами атомы электрически нейтральны, они состоят из положительных и отрицательных зарядов. При некоторых обстоятельствах один или несколько электронов могут быть переданы от атома, который свободно удерживает свои внешние электроны, к атому, который стремится приобрести дополнительные электроны, создавая ионы и ионные соединения. При других обстоятельствах нейтральные атомы могут соединяться друг с другом, образуя неограниченное разнообразие комбинаций и связей, в результате чего образуются молекулы. И как только ионы, соединения и молекулы образуются, они могут взаимодействовать.
Помните, что протоны и нейтроны могут связываться вместе, образуя атомное ядро, несмотря на то, что каждый из них сам по себе "нейтрален по цвету", поскольку кварки внутри каждого из них могут оказывать воздействие на кварки внутри соседнего. Точно так же отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные атомные ядра внутри молекул могут оказывать воздействие друг на друга, образуя более крупные молекулы, создавая силы и модифицируя структуры между молекулами и даже обеспечивая различные молекулярные механизмы и чувствительные к электрическому заряду каналы.
Именно так, имея лишь несколько фундаментальных частиц и некоторые общие свойства двух фундаментальных сил, мы можем перейти от элементарных составляющих материи к молекулам безграничной сложности.
Так как же нам перейти от молекул к жизни, от ранней жизни к человечеству и от отсутствия сознания к сознанию?
Возникновение жизни из нежизни, безусловно, имело место, но мы до сих пор не можем понять, как именно это произошло на нашей планете. Однако силы электромагнетизма и гравитации, учитывая возникшие естественным путем условия и наличие сложных молекул, кажутся всем, что требуется. Точно так же жизнь выживала, процветала и развивалась на протяжении миллиардов лет, дав начало разнообразному набору организмов, существующих сегодня, включая нас.
Насколько мы можем судить, "живое существо" делает живым просто наличие электричества: поток электронов. Хотя у многих есть дикие идеи о том, что такое сознание и какова может быть его связь с квантовым миром, вполне возможно - даже вероятно, - что простое электричество (то есть поток электронов через мозг и/или нервную систему у животных) при правильной внешней конфигурации атомов и молекул достаточно, чтобы создать феномен, который мы определяем как сознание.
Стихи
Дмитрий Стровский
ЛАВОЧКА
Лавочка, забытая давно,
На тропинке, в парке городском...
Очень постаревшее кино,
Словно бесконечный близкий сон.
Здесь осталась часть моей души,
В лавочку всмотрюсь не на бегу.
Память - ты, пожалуйста, не спеши,
Не могу я быстро. Не могу...
Дай на время мне побыть собой,
Не стремиться всуе в новый век,
Память, я с тобой опять, я свой,
Тот же, что когда-то человек.
Нынче перепутались миры,
Чувства, времена, любовь и зло,
Даже смех беспечной детворы -
Все как будто в прошлое ушло.
Повзрослел, наверное, чуть-чуть,
Время беспощадно ко всему,
Лавочку лишь, память, не забудь,
Хотя та формально ни к чему.
Что она сегодня, в новом дне,
Да и парк сменил свой прежний вид.
Только память долгая во мне,
Камертоном прошлого звучит!
НЕ ЗОВИ...
Не зови меня в даль быстротечную,
Я еще посижу, осмотрюсь,
Будет время подумать о вечности,
Даже, если бессмысленно... Пусть...
Что мне даль - в новый мир уходящая,
Не хочу бесконечностью жить,
Дай дорогу поближе, щадящую,
Ту, где к прошлому тянется нить.
Нет, не то, что мечтаю о юности,
Или в прошлом безмерно живу,
Просто, знаешь, вчерашние глупости
Я по-прежнему в сердце не рву.
...И ПРОЖИВЕМ ЛЕТ СТО, А МОЖЕТ, ДВЕСТИ
Мы не умрем.
Нет, нет, мы не умрем.
И проживем лет сто, а может, двести,
И будем видеть свет, и слушать песни,
Но только непременно чтоб вдвоем.
Мы не умрем.
Нам стоит вечно жить.
Неся в себе житейские мгновенья,
Что так пронзают снова светлой тенью,
Давая нам и помнить, и любить.
Мы не умрем.
Не верю я в уход,
Тем более, что дел вокруг немало,
Перо скрипит и трудится устало,
Но так который год, который год...
Мы не умрем.
Как может статься так,
Что нас не будет теплым южным летом?
Не стоит быть пророком и поэтом
И видеть в этом вожделенный знак.
Мы не умрем.
Не время умирать,
Еще далек тот разговор с Всевышним,
Когда себя уже не видишь лишним,
И возраст кличет камни собирать.
Мы не умрем.
Пока не время все ж.
И даже если вдруг увидим вечность,
Я по пути спою тебе беспечно,
А ты мне чаю крепкого нальешь.