Эволюция на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям - Александр Никонов

У него в центре два протона, два нейтрона, а вокруг них вращаются на своих орбитах два электрона.

Рис. 15. Вот так устроен гелий

Теперь берем следующее по номеру элементарное вещество из таблицы — номер три. Литий, легкий металл. В ядре его атома три протона и три нейтрона, а вокруг ядра крутятся, как планетки, три электрона.

Уловили? Конечно! Всё просто! Теперь вы и сами можете.

Какое теперь вещество возьмём из таблицы деда Менделеева? Ну, давайте фосфор. Наверняка вы слышали от родителей, что рыбу есть полезно, потому что в ней много фосфора. Давайте-ка разберёмся в его устройстве!

Фосфор — номер пятнадцать. И это значит, что ядро состоит из пятнадцати протонов, пятнадцати нейтронов, а вокруг них болтаются пятнадцать электронов. Это ли не прекрасно?

Примерно так строятся все химические элементы (элементарные химические вещества) в таблице Менделеева. Правда, есть некоторые нюансы — при увеличении номера в ядре атома увеличивается число нейтронов. Скажем, у золота с номером 79 вокруг ядра кружатся 79 электронов, в ядре атома, как и положено, содержатся 79 протонов, а вот нейтронов 117. Но для нас это сейчас непринципиально.

Важно, что всего из трех элементарных частиц — протона, нейтрона и электрона — мы теоретически в состоянии собрать любые атомы, а уж из атомов потом — любые, какие только возможно, молекулы. Весь многообразный мир — всего из трех штучек!

А ведь когда мир только зародился, он не был столь многообразен. В нём не было веществ, он представлял собой сущий хаос из элементарных частиц и излучений. Как же из хаоса собралось такое структурное чудо?

Мы уже знаем как — с помощью закачанной в систему энергии. Сейчас расскажу.

Эта глава началась со слов о зарождении мира, которые наверняка вас зацепили. Ведь всегда же интересно, откуда всё взялось! А мы вместо ответа взяли и уехали куда-то к деду Менделееву. Ну что ж, теперь пришла пора вернуться.

Мир наш возник примерно четырнадцать миллиардов лет тому назад в результате Большого взрыва. Не спрашивайте меня, что было до того, как возникла наша вселенная — я отправлю вас к своей книге «Астрономия на пальцах», где про это подробно рассказывается со всеми возможными ужасами. Здесь же мы изучаем, что происходило внутри нашего мира.

Итак, мир возник из сингулярности — микроскопической точки с бесконечной плотностью и бесконечной температурой. Эта точка тут же начала расширяться, разменивая свою чудовищную энергию на пространство, в котором «конденсировались» частицы.

Расчёты показывают, что, когда с момента взрыва сингулярности прошла ничтожная, непредставимо малая доля секунды, температура упала до 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (одного октиллиона) градусов, а сама вселенная успела раздуться от точки до шарика диаметром в десять сантиметров. Вся наша вселенная с её невообразимыми расстояниями в миллиарды триллионов километров когда-то представляла собой шарик размером с детский мяч. И не спрашивайте меня, где взорвалась эта самая сингулярность и что было вокруг «мячика» — я снова отошлю вас к уже упомянутой книге за подробностями. А пока сообщу, что вокруг «мячика» совсем ничего не было, потому что слова «где» и «вокруг» отсылают нас к понятию пространства — так же, как слово «до» в вопросе «а что было до Большого взрыва?» относится к понятию времени.

А время и пространство — неотъемлемые свойства нашего мира. Не было вселенной — не было ни времени, ни пространства.

Поэтому все эти вопросы просто бессмысленны. Время и пространство возникли вместе с материей в момент Большого взрыва. Если я говорю, что размер вселенной через 10^- секунды составлял десять сантиметров, значит, так оно и есть. Никакого «вокруг» не было, иначе это «вокруг» можно было бы включить в наш мир, и тогда он был бы на целую бесконечность больше десяти сантиметров.

Мы не можем ответить, что было вне нашего мира, когда он был таким крохотным. Но мы знаем, что происходило в нашем мире. Происходил хаос, в котором нельзя было отличить вещество от излучения, всё было едино в этом бушующем клубке дикой энергии, всё превращалось друг в друга.

Но по мере того, как шарик распирало этой дикой энергией взрыва, его температура падала, и вещество отделилось от излучения, они стали разными сущностями. А что такое вещество, точнее, что оно из себя тогда представляло? Тогда это были частицы, которые физики называют кварками. Из кварков как раз и состоят уже знакомые нам протоны и нейтроны. В современном мире кварки не существуют в свободном виде, они все неразрывно соединены в протоны, нейтроны и некоторые другие частицы, о которых в этой книге говорить совершенно бесполезно.

Так вот, кварки слепились в протоны и нейтроны, когда возраст нашего мира составлял опять-таки ничтожную долю мгновения (10^-6 секунды, для особо въедливых), а диаметр вселенной раздулся уже до десяти миллиардов километров. Расстояние от Земли до Солнца (которых тогда ещё не было) всего 150 миллионов километров, и кому-то может показаться, что десять миллиардов — очень много. Но по сравнению с сегодняшними габаритами мира это сущие копейки! Однако именно тогда, в этой «копеечной» вселенной кварки намертво слиплись в частицы более крупные. Почему это произошло? Почему раньше не происходило?

Потому что раньше температуры, царящие в молодой вселенной, были чудовищными. А что такое температура в данном случае? Это энергия самих частиц, их скорость, попросту говоря. Эта энергия в хаосе случайных столкновений разрывала любые структуры. Но при расширении вселенной температура упала, и кваркам стало энергетически выгоднее слипнуться в нейтроны и протоны. Сейчас уже никто и ничто не в силах разорвать их связь, потому что во вселенной больше нет таких чудовищных энергий. И никогда уже не будет.

Как только энергия внешней среды становится меньше, чем энергия связи элементов внутри системы (то есть та энергия, которая держит систему, не позволяя ей развалиться), системы уже могут начать существовать.

Этот феномен очень просто пронаблюдать. Возьмите кусок льда или свинца. Его частицы сцеплены между собой, поэтому кусок и существует. А теперь начинайте его нагревать. Как только температура среды превысит температуру плавления льда или свинца, куски расплавятся.

Точно так же распадаются государства и семьи. Как только агрессивное давление среды начинает превышать энергию связи внутри системы, система распадается.

Это, между прочим, один из законов эволюции — при падении уровня внешней энергии начинают образовываться более сложные структуры, чем были. Дальше мы увидим, что эти структуры начинают конкурировать друг с другом за свободную энергию. И выживают более сложно устроенные и более эффективно присваивающие ресурс.

Тем временем вселенная продолжала раздуваться. И вот температура упала настолько, что из хаоса элементарных частиц начали образовываться первые ядра атомов — слипались друг с другом протон и нейтрон или пара протонов стягивались вместе так называемым сильным взаимодействием. Затем температура вселенной упала ещё и перестала отрывать притянувшиеся к протонам электроны. Образовались ещё более сложные стабильные структуры — атомы водорода и гелия. Гелия было совсем мало, и в общем можно сказать, что раздувающаяся вселенная оказалась целиком заполнена водородом. Это произошло, когда вселенной была уже целая тысяча лет.