Вдохните. В этом вдохе — кислород, которого в начале времён не было нигде. Водород был, гелий был. А кислород, углерод, железо взять было неоткуда. И всё же сейчас они внутри вас: железо в крови, кальций в костях, углерод в каждой клетке.
Откуда они взялись?
Ответ короткий и почти невероятный. Их выковали звёзды.
Давайте посмотрим, как это вышло.
Тяготение — первый собиратель
После рождения Вселенная была почти пустой. Не чёрной пропастью из фильмов, а огромным тонким туманом: водород и немного гелия, разлитые повсюду ровно и холодно. Ни звёзд, ни планет. Ни одного тяжёлого атома. Простое, разреженное, тёмное вещество — и больше ничего.
Но туман был не идеально ровным. Где-то вещества оказалось чуть больше, где-то чуть меньше — крохотная разница, почти незаметная. Этого хватило.
Там, где газа оказывалось чуть плотнее, тяготение подтягивало к себе соседнее вещество. Сгусток становился плотнее — и тянул сильнее. Плотнее — сильнее. Плотнее — сильнее. Медленно, за миллионы лет, туман собирался в облака, облака оседали в комки, комки сжимались всё туже. И там, где в самой сердцевине сжатие становилось невыносимым, вспыхивал огонь.
Так зажглись первые звёзды.
Звезда — это печь
В сердцевине звезды тяготение давит так яростно, что ядра водорода слипаются в гелий — и из этого слияния рождается свет. Вот почему звёзды горят: не пламенем, как костёр, а слиянием вещества в самой глубине.
Но водород в ядре не вечен. Когда его становится мало, звезда принимается за гелий и сплавляет его в углерод. Углерод — в кислород. Дальше по лестнице: неон, магний, кремний. Каждая новая ступень требует всё большего жара и всё большего сжатия — и звезда всходит по ней, пока хватает сил, превращая простое вещество в богатую россыпь элементов.
Так во Вселенной впервые появилось всё то, из чего однажды сложитесь вы. Не сразу. Не в одной звезде. Но именно в звёздных недрах из простых кирпичиков начало рождаться разнообразие.
Железо — и смерть, которая сеет
У этой лестницы есть последняя ступень. Её имя — железо.
Железо — это зола. Сплавить его дальше нельзя: такое слияние забирает больше энергии, чем отдаёт. Когда сердцевина крупной звезды заполняется железом, ей больше нечем себя держать. Опора исчезает — звезда обрушивается внутрь и разлетается чудовищным взрывом. Вспышка на миг ярче целой галактики.
Вот в этом взрыве и куётся всё, что тяжелее железа, — и разбрасывается во все стороны. Самые тяжёлые элементы рождаются в таких катастрофах и в столкновениях мёртвых звёздных ядер; золото в кольце на вашей руке пришло именно оттуда. Смерть звезды — это посев.
Разлетевшееся вещество не пропадает. Оно смешивается с новым туманом — уже не с чистым водородом, а с газом, обогащённым углеродом, кислородом, железом. И тяготение принимается за старое: стягивает этот богатый газ в новые звёзды. А вокруг них — во что-то ещё.
Пыль, которая стала вами
Водород в вас — из первых минут мира. А всё остальное — углерод, кислород, железо — родилось позже, в звёздах, что вспыхнули и погасли ещё до рождения Солнца. Вы сотканы из их золы.
Это не красивый оборот, а буквальная правда: атомы, которые сейчас читают эти слова вашими глазами, когда-то горели в чужих звёздах. Вселенная не смотрит на вас со стороны. Вы — то, что она сложила из собственного пепла.
Планеты и первая химия углерода
Вокруг молодой звезды всегда остаётся лишний газ и пыль. Они не падают внутрь, а закручиваются вокруг плоским диском. В этом диске пылинки слипаются в песчинки, песчинки — в камешки, камешки — в целые миры. Так рождаются планеты.
И вот здесь начинается кое-что новое. Из всех атомов углерод — самый общительный: он охотно цепляется и за другие атомы, и за собратьев, сплетаясь во всё более затейливые молекулы. В холодных облаках между звёздами и на молодых планетах возникает первая органическая химия — те самые молекулы на основе углерода, из которых потом будет построено живое.
Но не будем спешить. Такая молекула несёт настоящий строй — определённую форму, свой порядок атомов. Это уже не бесформенное вещество. И всё-таки главного этот строй пока не умеет: он не копирует сам себя и не передаёт себя дальше. Молекула просто есть — сложная, но замкнутая в себе. В ней уже есть форма — но ещё нет памяти.
Форма научилась быть. Передавать себя она пока не умеет.
Одна и та же повадка
Заметьте, что здесь повторяется. Тяготение брало рассеянное и стягивало его в целое: тонкий газ — в жаркие звёзды, пыль — в твёрдые миры. Из размазанного повсюду вещества раз за разом поднималась структура. И дальше по нашему пути будет то же самое — только собираться станет уже не вещество, а его строй.
Это не значит, что порядок в звезде и порядок в живой клетке держит одна и та же сила. Это не закон — это скорее общая повадка мира: снова и снова превращать разбросанное в собранное. Некоторые учёные даже пробуют измерить эту нарастающую сложность единой мерой — по тому, как густеет поток энергии сквозь структуры мира: от галактик к звёздам, к жизни, к городам.
А вклад этой ступени в нашу историю — превращение. Из горстки лёгких элементов, что остались после Большого взрыва, звёзды выковали почти всю таблицу Менделеева. Мир преобразил своё простейшее вещество в богатую палитру — и заготовил материал для всего, что будет дальше.
Сначала мир собрал вещество. Дальше он примется собирать его форму.
Но выковать вещество — ещё не значит удержать форму. Звезда сгорает, планета остывает, молекула рано или поздно распадается. Чтобы порядок начал по-настоящему копиться, миру нужно было научиться не только создавать структуру, но и сохранять её. Как это ему удалось — впереди.
Источники
- Burbidge E. M., Burbidge G. R., Fowler W. A., Hoyle F. Synthesis of the Elements in Stars. Reviews of Modern Physics, 1957.
- Herbst E., van Dishoeck E. F. Complex Organic Interstellar Molecules. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 2009.
- Chaisson E. J. Energy Rate Density as a Complexity Metric and Evolutionary Driver. Complexity, 2011.