Страница 90 из 94
Поскольку мы живем на относительно массивном теле, мы представляем себе силу тяжести прежде всего как силу, которая тянет все к центру этого тела, ощущаемого нами как «низ». Но сила тяжести, как первым понял Ньютон, имеет повсеместное действие, удерживающее тела повсюду во вселенной на полупостоянной орбите вокруг других тел. Мы испытываем это как ежегодный сезонный цикл по мере обращения нашей планеты вокруг Солнца. Поскольку ось, вокруг которой вращается наша планета, наклонена относительно оси обращения вокруг Солнца, мы испытываем более длинные дни и более короткие ночи в течение половины года, когда полушарие, на котором нам посчастливилось жить, наклонено к Солнцу, в период, достигающий кульминации летом. И мы переживаем более короткие дни и более длинные ночи в течение другой половины года, в период, который в противоположность ему мы называем зимой. В течение зимы в нашем полушарии лучи солнца, когда они достигают нас вообще, делают это под меньшим углом. Угол падения распределяет зимние солнечные лучи более скупо на более обширную область, чем те же лучи покрыли бы летом. Получение меньшего количества фотонов на квадратный дюйм ощущается как больший холод. Меньше фотонов на зеленый лист означает меньше фотосинтеза. Более короткие дни и более длинные ночи имеют тот же эффект. Зима и лето, день и ночь, нашими жизнями управляют циклы, как сказал Дарвин — и Книга Бытия до него: «впредь во все дни земли сеяние и жатва, холод и зной, лето и зима, день и ночь не прекратятся.»
Сила тяжести содействует другим циклам, которые также имеют значение для жизни, хотя они менее очевидны. В отличие от других планет, имеющих много спутников, часто довольно маленьких, Земля, так случилось, обладает одним большим спутником, который мы называем Луной. Она достаточно большая, чтобы сама по себе оказывать существенное гравитационное воздействие. Мы ощущаем его в основном как приливный цикл: не только довольно быстрый цикл, по мере ежедневно прибывающих и спадающих приливов, но и более медленный ежемесячный цикл сизигийного и квадратурного прилива, который вызван взаимодействиями между гравитационными эффектами Солнца и обращающейся по ежемесячной орбите Луны. Эти приливные циклы особенно важны для морских и прибрежных организмов, и люди задавались довольно невероятным вопросом, не сохранилась ли какой-нибудь память вида о нашем морском происхождении в наших ежемесячных репродуктивных циклах. Он может быть неправдоподобным, но это является предметом интригующих размышлений, насколько отличной была бы жизнь, если бы у нас на орбите не было Луны. Было даже предположение, снова же невероятное по моему мнению, что жизнь без Луны была бы невозможна.
Что было бы, если бы наша планета не вращалась вокруг своей оси? Если бы она была подолгу повернута одной стороной к солнцу, как Луна к нам, то половина с постоянным днем была бы пекущим адом, в то время как половина с постоянной ночью была бы невыносимо холодной. Смогла бы жизнь выжить в промежуточной сумеречной полосе, или, возможно, спрятанная глубоко в земле? Я сомневаюсь, что она бы возникла в таких неблагоприятных условиях, но если бы Земля постепенно замедляла вращение до остановки, было бы много времени, чтобы приспособиться, и не является неправдоподобным, что по крайней мере некоторые бактерии могли бы преуспеть.
Что, если бы Земля вращалась, но вокруг оси, которая не была бы наклонена? Я сомневаюсь, что это исключало бы жизнь. Не было бы никакого летне-зимнего цикла. Летние и зимние условия зависели бы от широты и высоты, но не от времени. Зима была бы постоянным сезоном, переживаемым существами, живущими или близко к любому из двух полюсов, или высоко в горах. Я не вижу, почему это должно исключить жизнь, но жизнь без сезонов была бы менее интересной. Не было бы никакого стимула мигрировать или размножаться в любое конкретное время года, а не в любое другое, или сбрасывать листья, или линять, или впадать в спячку.
Если бы планета не обращалась по орбите вокруг звезды вообще, то жизнь была бы совершенно невозможна. Единственная альтернатива движению на орбите вокруг звезды — это нестись через вакуум — темный, близкий к температуре абсолютного нуля, в одиночестве и вдалеке от источника энергии, позволяющего жизни струиться против течения, временно и локально, против термодинамического потока. Фраза Дарвина «обращалась согласно неизменному закону тяготения» — это не больше, чем просто поэтический прием, чтобы выразить неумолимый и невообразимо протяженный ход времени.
Находиться на орбите звезды — единственный способ, при котором тело может оставаться на относительно неизменном расстоянии от источника энергии. Около любой звезды — и наше солнце является типичным — есть ограниченная зона, омываемая теплом и светом, где эволюция жизни возможна. По мере перемещения от звезды в космос эта пригодная для жизни зона быстро убывает, следуя известному закону обратных квадратов. Таким образом, свет и тепло уменьшаются не прямо пропорционально расстоянию от звезды, а пропорционально квадрату расстояния. Нетрудно понять, почему так должно быть. Представьте себе концентрические сферы увеличивающегося радиуса, со звездой в центре. Энергия, излучаемая звездой, попадает на внутреннюю часть сферы и «распределяется» равномерно на каждый квадратный дюйм внутренней поверхности сферы. Площадь поверхности сферы пропорциональна квадрату радиуса. Так, если сфера A вдвое дальше от звезды, чем сфера B, то одно и то же число фотонов должно быть «распределено» по вчетверо большей площади. Вот почему Меркурий и Венера, планеты, наиболее близкие к центру нашей солнечной системы, очень жаркие, в то время как внешние, такие как Нептун и Уран — холодные и темные, хотя все же не столь холодные и темные как открытый космос.
Второй закон термодинамики гласит, что, хотя энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, она может — должна в закрытой системе — становится менее способной делать полезную работу: именно это имеется в виду, когда говорят, что «энтропия» увеличивается. «Работа» включает, например, перекачку воды в гору или — химический аналог — извлечение углерода из атмосферного углекислого газа и использование его в тканях растения. Как уже разбиралось в Главе 12, оба эти результата могут быть достигнуты только если энергия питает систему, например электрическая энергия приводит в действие водяной насос, или солнечная энергия движет синтез сахара и крахмала в зеленом растении. Как только вода будет закачана на вершину горы, она будет иметь тенденцию течь под гору, и часть энергии ее нисходящего потока может быть использована, чтобы привести в действие водяное колесо, которое может выработать электричество, которое может заставить электромотор накачать часть этой воды в гору снова: но только часть! Часть энергии всегда теряется — хотя никогда не уничтожается. Вечный двигатель (Вы не сможете сказать это слишком категорично) невозможен.
В химии жизни углерод, извлеченный из воздуха движимыми солнцем химическими реакциями «в гору» в растениях, может быть сожжен, чтобы выпустить часть энергии. Мы можем буквально сжечь его в форме угля, который Вы можете себе представить как сохраненную солнечную энергию, поскольку она была помещена туда солнечными панелями давно умерших растений в каменноугольном периоде и в другие прошедшие времена. Или энергия может быть выпущена более управляемым способом, чем фактическое горение. В живых клетках, и растений, и животных, поедающих растения, или животных, поедающих животных, которые едят растения (и т. д.), созданные солнцем соединения углерода «медленно сжигаются». Вместо того, чтобы буквально вспыхивать пламенем, они отдают свою энергию удобной для использования струйкой, где она работает контролируемым образом, приводя в действие химические реакции «в гору». Неизбежно часть этой энергии тратится впустую в виде тепла — если бы этого не было, то у нас был бы вечный двигатель, который (Вы не можете говорить это слишком часто) невозможен.
Почти вся энергия во вселенной неуклонно деградирует от форм, способных к выполнению работы, к формам, неспособным к ее выполнению. Происходит выравнивание, смешивание, пока в конечном счете вся вселенная не успокоится в однообразной, (буквально) не отмеченной событиями «тепловой смерти». Но пока вселенная в целом мчится под гору к своей неизбежной тепловой смерти, существует возможность для маленьких количеств энергии вести небольшие локальные системы в противоположном направлении. Вода из моря поднимается в воздух в виде облаков, которые позже оседают водой на горных вершинах, с которых она бежит под гору в ручьях и реках, которые могут приводить в движение водяные колеса или электростанции. Энергия для подъема воды (и, следовательно, для запуска турбин на электростанциях) поступает от Солнца. Это не является нарушением Второго Закона, поскольку энергия постоянно подается от Солнца. Энергия Солнца делает нечто подобное в зеленых листьях, локально приводя в действие химические реакции «в гору», чтобы создавать сахар и крахмал, ткани растения и целлюлозу. В конечном итоге растения умирают или могут быть съедены сначала животными. Захваченная солнечная энергия имеет возможность просачиваться через многочисленные каскады и через длинную и сложную пищевую цепь, достигающую кульминации в бактериальном или грибковом разложении растений или животных, что продолжает пищевую цепь. Или часть ее может быть накоплена под землей, сначала как торф, а затем как уголь. Но всеобщая тенденция к конечной тепловой смерти никогда не обращается вспять. В каждом звене пищевой цепи и в каждом тонко струящемся каскаде в каждой клетке часть энергии деградирует в бесполезную. Вечные двигатели… хорошо, достаточно повторять, но я не буду извиняться за цитирование, как я сделал по крайней мере в одной предыдущей книге, изумительного высказывания сэра Артура Эддингтона на эту тему: