[Перевод] Жизнь могла появиться в первые секунды после Большого взрыва
Составное изображение Скопления Пули — изучаемой пары скоплений галактик, которые столкнулись лоб в лоб. Одно из них прошло сквозь другое, как пуля сквозь яблоко, и, как полагают, демонстрирует явные признаки тёмной материи (голубой), отделённой от горячих газов (розовый).
Жизнь обрела свой дом на планете Земле около 4 миллиардов лет назад. Это значительная часть истории Вселенной, насчитывающей 13,77 миллиарда лет. Предположительно, если жизнь возникла здесь, то она могла появиться где угодно. А при достаточно широком определении жизни возможно даже, что она появилась через несколько секунд после Большого взрыва.
Чтобы исследовать происхождение жизни, сначала нужно дать ей определение. Существует более 200 опубликованных определений этого термина, что показывает, насколько сложным является это понятие. Например, являются ли вирусы живыми? Они реплицируются, но для существования им нужен хозяин. А как насчёт прионов, патогенных белковых структур? Споры о границе между жизнью и нежизнью продолжаются. Но для наших целей мы можем использовать чрезвычайно широкое, но очень полезное определение: жизнь — это всё, что подвержено дарвиновской эволюции.
Это определение удобно, потому что мы будем исследовать происхождение самой жизни, а это, по определению, размывает границы между жизнью и нежизнью. Когда-то, глубоко в прошлом, Земля не была живой. Затем она стала живой. Это означает, что был переходный период, который, естественно, расширит границы любого определения, которое вы сможете подобрать. Кроме того, по мере углубления в прошлое и изучения других потенциальных вариантов жизни мы хотим сохранить широту нашего определения, особенно когда исследуем более экстремальные и экзотические уголки Вселенной.
Согласно этому определению, жизнь на Земле возникла по меньшей мере 3,7 миллиарда лет назад. К тому времени микроскопические организмы уже стали достаточно развитыми, чтобы оставить после себя следы своей жизнедеятельности, сохранившиеся до наших дней. Эти организмы были очень похожи на современные: ДНК использовалась для хранения информации, РНК — для транскрипции этой информации в белки, а белки — для взаимодействия с окружающей средой и создания копий ДНК. Эта трехсторонняя система позволяет наборам химических веществ переживать дарвиновскую эволюцию.
Но эти микробы не просто упали с неба, они из чего-то развились. А если жизнь — это нечто эволюционирующее, то в прошлом Земли должна была существовать более простая версия жизни. Согласно некоторым теориям, первые самовоспроизводящиеся молекулы, а значит, и простейшая возможная форма жизни на Земле, могли возникнуть сразу после остывания океанов, более 4 миллиардов лет назад.
И, возможно, Земля была не одинока — на Марсе и Венере в то время были похожие условия, так что если жизнь возникла здесь, то она могла возникнуть и там.
Первая жизнь среди звёзд
Но Солнце не было первой звездой, в которой начался термоядерный синтез; оно является продуктом длинной череды предыдущих поколений звёзд. Для возникновения такой жизни, какой мы её знаем, требуется несколько ключевых элементов: водород, кислород, углерод, азот и фосфор. За исключением водорода, который появился в первые несколько минут после Большого взрыва, все эти элементы создаются в сердцах звёзд во время их жизненных циклов. Таким образом, пока во Вселенной существует хотя бы одно или два поколения звёзд, которые живут и умирают, распространяя свои элементы по всей галактике, в ней может появиться жизнь, подобная земной.
Это отодвигает время возможного появления жизни на более чем 13 миллиардов лет назад. Эта эпоха в истории Вселенной известна как космический рассвет, когда образовались первые звёзды. Астрономы точно не знают, когда произошла эта переломная эпоха, но это было где-то в пределах нескольких сотен миллионов лет после Большого взрыва. Как только эти звёзды появились, они могли начать создавать необходимые для жизни элементы.
Таким образом, жизнь в том виде, в котором мы её знаем — построенная на цепочках углерода, использующая кислород для транспортировки энергии и погруженная в ванну с жидкой водой, — может быть намного, намного старше Земли. Даже другие гипотетические формы жизни, основанные на экзотических биохимических процессах, требуют аналогичной смеси элементов. Например, инопланетная жизнь может использовать кремний вместо углерода в качестве основного строительного блока или использовать метан вместо воды в качестве растворителя. Как бы то ни было, эти элементы должны откуда-то взяться, и это место находится в ядрах звёзд. Без звёзд жизнь на основе химических элементов невозможна.
Первая жизнь во Вселенной
Но, возможно, жизнь может существовать и вовсе без химии. Трудно представить, какими могут быть подобные существа. Но если исходить из широкого определения, согласно которому жизнь — это всё, что подвержено эволюции, то химические вещества для её возникновения не нужны. Конечно, химия — это удобный способ хранения информации, извлечения энергии и взаимодействия с окружающей средой, но есть и другие гипотетические пути.
Например, 95% энергетического содержимого Вселенной неизвестно физике, оно буквально находится за пределами известных элементов. Учёные не уверены, из чего состоят эти загадочные компоненты Вселенной, известные как тёмная материя и тёмная энергия.
Возможно, существуют дополнительные силы природы, которые действуют только на тёмную материю и тёмную энергию. Может быть, существует множество «видов» тёмной материи — целая «периодическая таблица тёмной материи». Кто знает, какие взаимодействия и какая тёмная химия происходят на просторах между звёздами? Гипотетическая «тёмная жизнь» могла появиться в очень ранней Вселенной, задолго до возникновения первых звёзд, приводимая в движение и опосредованно управляемая силами, которые мы пока не понимаем.
Возможности могут быть ещё более странными. Некоторые физики выдвинули гипотезу, что в самые ранние моменты Большого взрыва силы природы были настолько экстремальными и экзотическими, что могли поддерживать рост сложных структур. Например, такими структурами могли быть космические струны, которые представляют собой складки пространства-времени, закреплённые магнитными монополями. При достаточной сложности эти структуры могли бы хранить информацию. Энергии было бы предостаточно, и эти структуры могли бы самовоспроизводиться, обеспечивая дарвиновскую эволюцию.
Любые существа, существовавшие в таких условиях, жили бы и умирали в мгновение ока, а вся их история длилась бы меньше секунды -, но для них это была бы целая жизнь.
