Неотрицаемое. Наш мир и теория эволюции

Билл Най, 2014

Билл Най – инженер, телеведущий популярных научных передач («Билл Най – научный парень») и директор Планетарного общества, занимающегося исследованиями в области астрономии и освоения космоса, а также популяризации науки. В своей книги об эволюции он увлекательно, с юмором, рассказывает о происхождении жизни, появлении новых видов, о дарвиновской теории и свидетельствах ее достоверности, которые мы можем найти в окружающей нас жизни, а также о последних исследованиях в медицине, биологии и генной инженерии.

3. Сотворение мира и второй закон термодинамики

Дело не только в Кене Хэме и его «Ответах Бытия». На протяжении многих лет я слышал множество аргументов против эволюции от людей, которые считают ее нежелательной по религиозным или эмоциональным, или философским соображениям. Зачастую эти споры сводятся к простому, тупиковому аргументу от недоверия: «Это не может быть правдой, потому что мне трудно поверить, что это правда». Но иногда креационисты занимают более интересную, вдохновленную наукой линию нападения и утверждают, что эволюция не является физически возможной, поскольку ни одна система не может с течением времени естественным образом постоянно усложняться. Если конкретнее, то они говорят о противоречии между эволюцией и одним из самых глубоко укоренившихся научных принципов — вторым законом термодинамики.

В общепринятой формулировке второй закон гласит: шар, отпущенный с горы, никогда не покатится в гору сам. Иными словами, любая энергия стремится рассредоточиться: тепло рассеивается, а озера в теплый летний день сами не замерзнут. Креационисты считают, что человеческий род был также отпущен с горы в момент грехопадения, когда наши предки Адам и Ева немного сплоховали. Услышав о втором законе термодинамики, креационисты воскликнули: «Ага! Видите? Весь наш мир — это машина, несущаяся вниз — к смерти».

Между прочим, есть еще первый и третий законы термодинамики и даже нулевой закон. Но хотя они по-своему хороши, в обличительных речах креационистов они не фигурируют.

Несомненно, действие второго закона термодинамики вносит свой вклад в общее движение мира к упадку. Это объясняет невозможность создания вечного двигателя. Любой двигатель в любой машине будет терять какое-то количество энергии на свое прогревание. Любое действие и событие требует энергии извне. Неопровержимая формулировка такого положения вещей принадлежит известному астроному XX века Артуру Стэнли Эддингтону: «Закон возрастания энтропии — второй закон термодинамики — занимает, я думаю, высшее положение среди других законов природы. Если кто-нибудь указывает вам, что ваша любимая теория Вселенной находится в несоответствии с уравнениями Максвелла — тем хуже для уравнений Максвелла. Если обнаруживается, что она противоречит результатам наблюдений — ничего, экспериментаторы тоже иногда ошибаются. Но если обнаружится, что ваша теория противоречит второму закону термодинамики, вам не на что надеяться, вашей теории не остается ничего другого, как погибнуть в глубочайшем смирении».

Необязательно знать уравнения Максвелла, чтобы понять, что имеет в виду Эддингтон (просто для вашего сведения — эти уравнения описывают природу света, электричества и магнетизма). Основная идея заключается в том, что второй закон термодинамики математически описывает рассеивание энергии в окружающее пространство в любой системе. Этот закон имеет фундаментальное значение для функционирования всего мира природы. Поскольку энергия непрерывно рассеивается, любой процесс постепенно будет сводиться на нет, и так до полной его остановки. Вероятно, теперь вы понимаете, почему креационисты утверждают, что второй закон не дает эволюции никаких шансов на усложнение форм жизни. Разве живая система могла бы оставаться системой, если бы все ее движущие силы постоянно рассеивались и растворялись в безбрежном сумраке Вселенной?

Имея диплом инженера машиностроения и обладая достаточным пониманием физических закономерностей, я поистине очарован этим специфическим аргументом креационистов, поскольку, с одной стороны, он по-научному изящен, но вместе с тем абсолютно дезориентирован. Самое важное, о чем нужно знать, это то, что второй закон относится только к закрытым системам, таким как цилиндр в двигателе автомобиля, а Земля даже отдаленно не может считаться закрытой системой. Здесь постоянно происходят перемещения материи и энергии. Жизнь здесь не что иное, как вечный двигатель, и уж никак не шар, неумолимо катящийся вниз.

Существует три основных источника энергии для жизни на Земле: Солнце, внутренняя энергия Земли, образующаяся в результате деления атомов ее ядра, и вращение самой Земли. Эти источники обеспечивают нас энергией день за днем. Больше всего энергии производит Солнце. Оно представляет собой термоядерный реактор, каждую секунду выпускающий в космос 1026 Вт (1026 Дж) тепловой энергии. Ядро Земли также образует тепловую энергию. Вращение нашей планеты перемешивает энергетические потоки и добавляет ускорения ветру и волнам. Итак, как вы видите, мир, в котором мы живем, даже отдаленно не напоминает закрытую систему. Все экосистемы нашей планеты в конечном счете работают на непрерывном внешнем источнике света и тепла.

Энергия Солнца накапливалась Землей на протяжении четырех с половиной миллиардов лет. Живые организмы, от амебы до секвой, должны были приспособиться так, чтобы оптимально использовать всю эту энергию и не позволить другим организмам, возможно, использующим эту энергию более эффективно, вытеснить себя.

Второй закон устанавливает границы; это правила, по которым нам всем приходится играть. Начать с энергии, потраченной на изучение эволюции, — это отличный способ понять жизнь. Что же делают живые организмы со всей этой энергией? Мы используем ее, чтобы создавать химические системы, которые подчиняются второму закону термодинамики. Но второй закон находит отражение во всех областях нашей жизни. Когда вы крутите педали велосипеда, в соединениях цепи и подшипниках педалей и шатунов возникает трение. При трении выделяется немного тепла. Куда девается это тепло? Оно уходит во Вселенную. Правда. Оно рассеивается по всему миру и в конечном счете распространяется в космосе без какой-либо возможности его восстановления. Тенденцией энергии к распространению в природных системах, пожалуй, можно было бы объяснить, каким образом в комнате ребенка возникает такой беспорядок.

Современный мир механизмов работает на тепловой энергии — работа механизмов также ограничена вторым законом термодинамики. Автомобильные двигатели, турбины реактивного самолета, угольные электростанции — все это использует тепло, выделяемое при горении для того, чтобы что-то поехало, закрутилось, задвигалось. Тепло выделяется в результате химической реакции. То же самое верно и для нас, животных. Вместо огня, полученного путем соединения углеродного топлива с кислородом, в нашем животе работают ферменты, которые позволяют химическим веществам, содержащимся в нашей пище, соединиться с кислородом и создать химическую энергию. Неважно, о чем идет речь, о турбовинтовом двигателе или крикете, — мы все должны производить немного больше энергии, чем мы можем использовать. Мы отдаем некоторую долю нашей энергии Вселенной; к этому нас обязывает второй закон термодинамики.

Время от времени люди задаются логичным вопросом: если тепло постоянно рассеивается, не может ли космос остыть до такой степени, что нигде и ничего уже просто не сможет двигаться? Не грозит ли Вселенной тепловая смерть (иногда называемая «Великим замерзанием»)? Даже если подобное случится, то произойдет это в невообразимо далеком будущем. Вселенной 13,8 млрд лет, и для нас, к счастью, все только начинается.

Теперь вернемся к тем креационистам, которые как безумные продолжают настаивать, что поскольку тепло рассеивается, а беспорядок только увеличивается, Земля и все живущие на ней постепенно движутся к упадку. Они абсолютно не правы в том, что второй закон ставит крест на усложнении живых организмов, ибо они путают (или подтасовывают?) условия открытости или замкнутости систем. Тем не менее их заявления только идут эволюционной теории на пользу — ведь, анализируя расход энергии через призму второго закона, можно приблизиться к самому пониманию эволюции. Благодаря этому анализу можно увидеть, каким образом живые организмы используют доступную им энергию. Я надеюсь, вы внимательно читаете мою книгу и сможете узнать еще больше об этой особенной идее в следующей главе, а также в главах 29 и 35. Продолжайте читать.

Эволюция отнюдь не случайна; она — противоположность случайности. Один из самых важных выводов Дарвина заключается в том, что естественный отбор является средством, с помощью которого небольшие изменения постепенно усложняют организм. Вид сохраняет полезные модификации, передавая их каждому новому поколению. Мутации, которые не приносят пользы, либо исчезают вместе с организмом, либо вытесняются другими мутациями, проявляющимися в последующих поколениях потомства. В процессе эволюции положительные изменения накапливаются.

Основная энергия, необходимая для развития этих полезных мутаций, исходит, прежде всего, от Солнца и раскаленного ядра Земли. Разлагающиеся органические вещества, потребляемые живыми существами, обеспечивают их химической энергией для каждой новой полезной мутации. И каждое последующее поколение может сочетать в себе все ранее приобретенные полезные мутации. Механизм усложнения вида заключается в появлении потомства. Каждое поколение, приведшее к появлению любого отдельного организма, использовало энергию Солнца, чтобы обеспечить себя питанием и теплом.

Никоим образом не противореча второму закону термодинамики, эволюция, наоборот, служит его серьезной проверкой. Соглашаясь с тем, что течение жизни отвечает второму закону термодинамики, мы только подтверждаем неслучайный характер эволюции, где выживание живых организмов направлено и обусловлено конкуренцией. Жизнь работает на энергии, эволюция также работает на энергии. Система, которая позволяет использовать энергию, практически сама служит определением жизни. Существует один интригующий момент в отношении термодинамической энергии и жизни; мы вернемся к нему в 35-й главе. Все организмы земной экосистемы расходуют энергию сообща, конкурируют между собой, создают новые виды. Именно общность и взаимодействие делают жизнь такой причудливой, они направляют энергию к бабочке и арабидопсису (первое растение, для которого была расшифрована вся цепочка генома), к медузе и человеку.

Это то, что делает креационистскую точку зрения не только удивительно неверной, но, к сожалению, весьма ограниченной. Обращаясь ко второму закону термодинамики, они берут в руки мощный инструмент для познания мира и вместо использования по назначению стараются превратить его в барьер для понимания. Но нет худа без добра. Знакомя людей с фундаментальными особенностями природы, описанными во втором законе термодинамики, креационисты реально могут вдохновить их на более глубокое изучение механизма эволюции.