Содержание
404, Страница не найдена БАРНАУЛ :: Официальный сайт города
Порядок приема и рассмотрения обращений
Все обращения поступают в отдел по работе с обращениями граждан организационно-контрольного комитета администрации города Барнаула и рассматриваются в соответствии с Федеральным Законом от 2 мая 2006 года № 59-ФЗ «О порядке рассмотрения обращений граждан Российской Федерации», законом Алтайского края от 29.12.2006 № 152-ЗС «О рассмотрении обращений граждан Российской Федерации на территории Алтайского края», постановлением администрации города Барнаула от 21.08.2013 № 2875 «Об утверждении Порядка ведения делопроизводства по обращениям граждан, объединений граждан, в том числе юридических лиц, организации их рассмотрения в администрации города, органах администрации города, иных органах местного самоуправления, муниципальных учреждениях, предприятиях».
Прием письменных обращений граждан, объединений граждан, в том числе юридических лиц принимаются по адресу: 656043, г.
Барнаул, ул.Гоголя, 48, каб.114.
График приема документов: понедельник –четверг с 08.00 до 17.00, пятница с 08.00 до 16.00, перерыв с 11.30 до 12.18. При приеме документов проводится проверка пунктов, предусмотренных ст.7 Федерального закона от 02.05.2006 № 59-ФЗ «О порядке рассмотрения обращений граждан Российской Федерации»:
1. Гражданин в своем письменном обращении в обязательном порядке указывает либо наименование государственного органа или органа местного самоуправления, в которые направляет письменное обращение, либо фамилию, имя, отчество соответствующего должностного лица, либо должность соответствующего лица, а также свои фамилию, имя, отчество (последнее — при наличии), почтовый адрес, по которому должны быть направлены ответ, уведомление о переадресации обращения, излагает суть предложения, заявления или жалобы, ставит личную подпись и дату.
2. В случае необходимости в подтверждение своих доводов гражданин прилагает к письменному обращению документы и материалы либо их копии.
3. Обращение, поступившее в государственный орган, орган местного самоуправления или должностному лицу в форме электронного документа, подлежит рассмотрению в порядке, установленном настоящим Федеральным законом.
В обращении гражданин в обязательном порядке указывает свои фамилию, имя, отчество (последнее — при наличии), адрес электронной почты. Гражданин вправе приложить к такому обращению необходимые документы.
В соответствии со статьей 12 Федерального закона от 2 мая 2006 года № 59-ФЗ письменное обращение, поступившее в государственный орган, орган местного самоуправления или должностному лицу рассматривается в течение 30 дней со дня его регистрации.
Ответ на электронное обращение направляется в форме электронного документа по адресу электронной почты, указанному в обращении, или в письменной форме по почтовому адресу, указанному в обращении.
Итоги работы с обращениями граждан в администрации города Барнаула размещены на интернет-странице организационно-контрольного комитета.
Земля без людей | Nеwочём
Среднее время прочтения — 10 мин.
В 1989 году Билл МакКиббен опубликовал громкий призыв к борьбе за будущее. Его книга «Конец природы» отстаивает идею сохранения природы в попытке смягчить последствия климатических изменений и других проблем. За ней последовали схожие книги других авторов — например, «Необитаемая Земля» Дэвида Уоллес-Уэллса. Обе эти работы важны и полезны, но их авторы заблуждаются в одном ключевом моменте: они не различают конец природы и конец человечества, а ведь наш финал наступит намного раньше.
Читает Глеб Рандалайнен
Подкаст на YouTube, Apple, Spotify и других сервисах
Все те ужасные вещи, которые мы способны сделать по отношению к Земле, будь то ядерная война, изменение климата, загрязнение и разрушение окружающей среды и тому подобное, повлияют на многоклеточные организмы вроде нас, но вряд ли приведут к исчезновению крупных ветвей эволюционного древа. Биологический мир предпочитает условия более экстремальные, чем те, в которых мы живем или которые можем выдержать.
Природа, а именно существование жизни на Земле, разнообразие древних генетических линий и способность живых существ к эволюции, в ближайшее время (если точнее, в ближайшие сотни миллионов лет) никуда не исчезнет. Под угрозой же находятся организмы, с которыми мы больше всего связаны и которые важны для нашего собственного выживания, — те, кого мы любим и в ком нуждаемся.
Примерно 17 миллионов лет назад, в эпоху наших эволюционных предков гоминидов, условия среды были относительно суровыми для других видов, но не для них самих. К моменту появления Homo erectus (человека прямоходящего), примерно 1,9 миллионов лет назад, содержание кислорода и углерода в воздухе было практически таким же, как сегодня, мало отличалась и температура — разве что тогда она была чуть ниже. Неслучайно эти же условия благоприятны для нас и сегодня. Основные параметры нашего тела, которые отвечают за теплоустойчивость, потоотделение и даже дыхание, сформировались именно в тот период. Иначе говоря, последние два миллиона лет наши предки были хорошо адаптированы к жизни в среде, которая была чужда Земле почти все время ее существования.
Условия, к которым приспособились наши тела и которые для нас стали обыденными, на самом деле не вполне обычны. Мы принимаем их как должное, однако чем сильнее мы нагреваем планету, тем менее пригодна она становится для человеческого организма. Меняя мир, мы увеличиваем разрыв между условиями, которые нам нужны для процветания, и условиями, в которых мы живем. Пока мы нагреваем Землю, организмы, способные находить для себя небольшие участки с благоприятной средой, имеют потенциал не только к выживанию, но и к развитию.
Многие древние формы жизни предпочитали условия, которые покажутся нам невозможными. Микробы живут при чрезвычайно высоком давлении в кратерах вулканов на дне океана и черпают энергию от жара земного ядра. Они жили там миллиарды лет. Один из таких древних микробов — Pyrolobus fumarri, самый жароустойчивый вид живого организма на Земле. Этот обитатель морских глубин может выдерживать температуру до 113°C, однако погибнет, если вытащить его на поверхность, поскольку не приспособлен к наземному давлению, солнечному свету, кислороду и холоду.
Бактерии обитают в соляных кристаллах, облаках или растут на нефти под землей. Доза радиации при ядерной бомбардировке Хиросимы и Нагасаки во время Второй мировой составила примерно тысячу рад. Тысяча рад смертельна для человека. Deinococcus radiodurans может выдержать примерно два миллиона рад. Почти все экстремальные явления, которые мы порождаем на Земле, соответствуют хотя бы некоторым условиям из прошлого и благоприятны для некоторых видов. Какая бы катастрофа не случилась, будут существа, для которых она создаст идеальную среду, особенно если эта катастрофа воспроизведет условия из далекого прошлого.
Тем не менее, нам почти ничего неизвестно о большинстве видов, которые будут процветать в этих новых-старых условиях. Экологов, в основном, интересуют похожие на нас существа: крупные млекопитающие и птицы, многие из которых оказались под угрозой исчезновения из-за изменений среды, вызванных человеком. Ученым нравится изучать тропические леса, древние луга и острова.
Они ненавидят работу на болотах с ядовитыми испарениями и в местах с высокой радиацией — да и можно ли их в этом винить? Большинство опасных пустынь, отдаленных и недружелюбных, — это места, более пригодные для каторги и ссылки, нежели для прогулок после уроков. Их слишком редко изучают. В результате мы мало знаем об экологии наиболее быстро растущих экосистем, которые представляют собой экстремальную среду будущего.
В ближайшем будущем часть Земли окажется более благоприятна для экстремофильных (способных выживать при экстремально высоких или низких значений температуры, давления, кислотности, и т.п. — прим. Newочëм) форм жизни и менее пригодна для людей. Какое-то время мы продержимся при таких изменениях, но не вечно. Со временем все биологические виды вымирают. Это называется первым законом палеонтологии. Средняя продолжительность жизни животного вида составляет около двух миллионов лет — по крайней мере для таксономических групп, на которых этот феномен был хорошо изучен. Если говорить именно о нашем виде, Homo sapiens, то у нас еще есть время.
Человек разумный эволюционировал примерно 300 тысяч лет назад. Из этого следует, что при средней продолжительности существования отдельно взятого биологического вида, у человечества впереди еще долгий путь. С другой стороны, мы — самый молодой вид, который склонен к фатальным ошибкам.
Только микробы, многие из которых могут впадать в глубокую спячку, способны выживать более нескольких миллионов лет. Недавно команда ученых из Японии обнаружила глубоководные бактерии, чей возраст, по оценке исследователей, составлял более ста миллионов лет. Специалисты дали этим организмам кислород и поместили их в питательную среду, а затем стали наблюдать. Через несколько недель спящие бактерии, которые не дышали с момента зарождения млекопитающих, начали вовсю питаться и размножаться.
После того, как мы исчезнем и падет последняя корова, жизнь возродится из того, что останется. Выжившие виды, как писал Алан Вайсман в своей книге «Мир без нас», сделают «биологический вздох облегчения». Путем естественного отбора жизнь превратится в разнообразие новых удивительных видов.
Подробно о ее формах еще ничего неизвестно, но мы точно знаем, что они будут соблюдать законы природы.
Если взглянуть на последние полмиллиарда лет эволюции, можно уверенно сказать, что жизнь после массового вымирания не обязательно будет похожа на прежнюю. За трилобитами не последовали новые трилобиты, а на смену гигантским травоядным динозаврам не пришли другие динозавры или хотя бы травоядные млекопитающие схожих размеров (корова не в счет, она и бронтозавр — не одного поля ягоды). События прошлого не помогут предсказать будущее (и наоборот). Это пятый закон палеонтологии.
Однако после массового вымирания некоторые сценарии все-таки могут повториться. Эволюция пересматривает их подобно тому, как один джазовый музыкант отражает рифф другого. Эволюционные биологи называют такие сценарии конвергентными. Речь идет о случаях, когда разные ветви эволюции, разделенные пространством, историей или временем, вырабатывают похожие черты в схожих условиях. Иногда конвергентные сюжеты едва различимы и весьма своеобразны.
Рог носорога, например, напоминает рог трицератопса. В других случаях они весьма очевидны и обусловлены реальностью, поскольку зачастую существует лишь несколько вариантов того, как жить в определенных условиях окружающей среды. Пустынные ящерицы много раз отращивали похожие на кружева оторочки на лапах, чтобы бегать по песку. Древние морские хищники имели форму тела, схожую с акулой. Современные морские хищники (в том числе акулы, а также дельфины и тунцы) имеют почти идентичную форму. Более того, они даже плавают схожим образом (и акула мако, и тунец для этого двигают только одной третью своего тела).
В неформальной беседе мои коллеги соглашаются, что эволюция новых видов, которая произойдет уже без нас, во многом будет зависеть от того, сколько утрат понесет жизнь на Земле до этого. Не спорят они и с утверждением, что со временем жизнь становится более многообразной и сложной — этот тезис иногда тоже считается законом палеонтологии.
Таким образом, если выживет какой-нибудь один вид живых существ, то он непременно даст начало новым видам.
Если на Земле останутся представители основных групп млекопитающих, они смогут заново эволюционировать в разные стороны, как сделали это в прошлом. Например,полдюжины видов диких кошек, в зависимости от условий и места обитания, может породить с десяток совершенно новых видов, одни из которых будут крупнее, а другие — миниатюрнее. Так и с псовыми: от одного вида волка или лисы появится много других. Некоторые новые виды могут показаться нам знакомыми, другие будет невозможно узнать.
Коллеги, которых я опросил, согласились, что любой группе млекопитающих придется пройти через трансформацию. В целом, когда в их ареале становится холоднее, теплокровные животные часто увеличиваются в размерах. Животные с более крупным телом обладают пропорционально меньшей поверхностью испарения тепла. Если в будущем люди вымрут во время ледникового периода, то у крупных особей будет больше шансов выжить, и, следовательно, дать начало многим ветвям эволюции.
Напротив, если мы исчезнем в более теплые времена, то многие виды, особенно млекопитающие, могут эволюционировать в существ с меньшими размерами тела.
Эволюция мелких млекопитающих хорошо изучена на примере последнего периода, когда на Земле было чрезвычайно жарко. Известно, что однажды появились маленькие лошади. У естественного отбора нет чувства юмора — у него в принципе нет чувств, — и всё же тот факт, что мини-лошади однажды гарцевали по древнему миру, заставляет меня задуматься о причудливости эволюции. Влияние климата на размеры тела можно отследить и в недавнем прошлом на примере конкретных видов. За последние 25 тысяч лет размеры тела лесных хомяков на пустынном юго-западе США подстраивались под изменения местного климата. Когда становилось жарко, тела этих грызунов съеживались. Когда холодало, они становились больше.
Если вместе с нами вымрет бо́льшая часть живых существ, то естественный отбор может начать еще активнее перестраивать мир, скраивая и соединяя между собой оставшиеся детали. Ян Заласевич и Ким Фридман, авторы книги «Земля после нас», где подробно описывается сценарий, при котором исчезает большинство млекопитающих, предлагают нам целый набор новых видов, способных появиться в таком мире.
Ученые начали с предположения, что наиболее способными к развитию окажутся те уже широко распространенные организмы, которые могут существовать без нас, но при этом окажутся в изоляции (здесь мы имеем в виду отсутствие постоянного движения кораблей, самолетов, автомобилей и других транспортных средств).
Авторы пришли к выводу, что крысы подходят по всем критериям — именно они станут будущим. Некоторые виды крыс и их популяции сильно зависят от человека (и, следовательно, от нашего существования). Однако есть другие виды и целые популяции этих грызунов, которые связаны с человеком, но не зависят от него, — именно они могут дать начало новой фауне млекопитающих. Если все так и окажется, пишут Заласевич и Фридман, то вы можете…
…представить, допустим, какими разнообразными будут грызуны, которые произойдут от современных крыс. Эти потомки будут самых различных форм и размеров: одни — меньше землеройки, а другие — размером со слона. Некоторые и вовсе станут такими же стремительными, сильными и смертоносными, как леопарды.
Мы можем ради любопытства включить в этот мир один или два вида крупных голых грызунов, которые живут в пещерах, используют заостренные камни в качестве примитивных орудий и носят шкуры других млекопитающих, которых они убили и съели. В океанах мы можем представить себе грызунов, похожих на тюленей, и охотящихся на них более крупных грызунов-убийц с гладким и обтекаемым телом, как у современных дельфинов или у древних ихтиозавров.
В дополнение ко всему возникает соблазн пофантазировать над тем, чего даже не предвидится в известной нам жизни. Смогли бы мы представить себе слонов, если бы их не существовало? Или дятлов? Их уникальный образ жизни и особенности строения (хобот и клюв, соответственно) тоже однажды из чего-то эволюционировали. Боюсь, однако, что мы недостаточно креативны, чтобы вообразить виды, которые могут появиться в результате эволюции и будут по-настоящему сильно отличаться от нынешних.
Когда художники пытаются изобразить такие виды, они часто наделяют животных лишними головами (Алексис Рокман) или ногами (снова Рокман, а также Иероним Босх).
Кроме того, они совмещают черты разных организмов в одном (допустим, саблезуб с оленьими рогами, кроличьими ушками и раздвоенными копытами). В результате организмы либо так похожи на несуразную мешанину, что не имеют шансов к существованию (например, многоголовые существа), либо слишком невероятны. Хотя, по правде говоря, нас и так окружают невероятные животные. У утконоса, например, утиный клюв, перепончатые лапы, ядовитые шпоры и множество других странностей. Разве можно представить такое животное, если бы не знали, что оно реально существует?
Размышляя об особенностях далекого будущего, мы можем задаться вопросом, сможет ли какой-нибудь из этих видов развить что-то, похожее на человеческий интеллект (тот, который заставит этих особей нагреть планету в ущерб себе). Вдруг будущее после нас — это сверхразумные вороны и дельфины-градостроители? Всё возможно.
Эволюционный биолог Джонатан Лосос считает, что по прошествии времени некоторые приматы могут развить интеллект, похожий на человеческий.
Допустим, это возможно. А если мы уничтожим всех приматов? Кроме того, тот вид интеллекта, о котором мы знаем, полезен лишь в некоторых ситуациях. Например, когда годами существуют условия неопределенности, но если ее уровень достигает некоторых пределов, то большой мозг уже перестает помогать. Иногда в экстремальных условиях выживают не самые умные особи, а, напротив, удачливые или плодовитые. Так, в борьбе между умной вороной и плодовитым голубем порой побеждает голубь.
Не стоит отбрасывать и возможность того, что в будущем появится новый тип интеллекта. В ряде недавно вышедших книг рассматривается вопрос, сможет ли захватить Землю искусственный интеллект, распределенный между разными машинами. Подобные машины могли бы учиться и самовоспроизводиться где-нибудь в дикой природе. Им пришлось бы найти источник энергии. Им пришлось бы научиться чинить друг друга. Ладно, оставим авторам этих книг самим выяснять, возьмут ли верх такие компьютеры — и каково им будет самим бродить по планете, думать и размножаться.
Между тем, забавно, что нам в некотором смысле легче утверждать, что мы можем изобрести другое существо, способное жить и развиваться устойчиво, чем представить, что мы сами живем таким образом.
Однако мы оставили без внимания другой тип разума — коллективный интеллект, наподобие того, что обнаружен у медоносных пчел, термитов и, в особенности, у муравьев. Нельзя сказать, что муравьи разумны — по крайней мере, индивидуально. Их интеллект возникает из способности следовать правилам, которые помогают реагировать на новые обстоятельства. Эти строгие правила позволяют креативности проявляться в форме коллективного поведения. С этой точки зрения, муравьи и другие общественные насекомые были компьютерами еще до появления самих компьютеров. Интеллект этих существ сильно отличается от нашего. Они не осознают себя. Они не могут предугадывать будущее. Они не переживают из-за смерти других особей и даже из-за собственной смерти. При этом они умеют строить долговременные конструкции. Древнейший термитник вполне может быть старше древнейшего человеческого города.
Социальные насекомые могут вести устойчивое сельское хозяйство. К примеру, муравьи-листорезы выращивают грибы на свежих листьях, а затем кормят ими своих детей. Подобное проделывают и термиты, которые используют в этих целях опавшую листву. Эти существа могут создавать мосты из собственных тел. В целом, они представляют собой все то, чем, быть может, однажды станут роботы, способные к самообучению. Однако у насекомых есть дополнительные особенности: они живые, они уже существуют и уже влияют на огромную часть биомассы Земли, поскольку выращивают грибы, пасут тлю, ловят добычу, рыхлят почву и даже производят антибиотики. Они управляют своим миром незаметнее, чем мы управляем своим, но, в целом, у них схожие с нами методы управления. Если мы исчезнем, они могли бы стать хозяевами планеты, по крайней мере до тех пор, пока сами не исчезли бы.
После господства насекомых мир, вероятно, станет микробиологическим — каким он и являлся в самом начале и, по правде говоря, каким он всегда и был.
Как пишет в своей книге «Фулхаус» палеонтолог Стивен Джей Гулд: «Наша планета всегда оставалась в “веке бактерий”, с тех пор, как первые окаменелости (конечно же, бактерии) были погребены в скалах». Когда исчезнут муравьи, наступит эпоха бактерий — или в целом микробиологической жизни. Так будет продолжаться до тех пор, пока по какой-нибудь космической причине не исчезнут и сами микробы. Тогда всё успокоится, и планета снова будет управляться только законами физики и химии — позабыв о бесчисленных законах жизни, которые на ней больше не работают.
По материалам Noema Magazine
Автор: Роберт Данн — профессор кафедры прикладной экологии в Университете штата Северная Каролина и Центра эволюционной гологеномики в Копенгагенском университете. Автор семи книг. Живет в городе Роли, Северная Каролина.
Иллюстрация: Sanho Kim
Переводили: Эвелина Пак, Паша Саидов
Редактировали: Фёдор Каузов, Сергей Разумов
Пожалуйста, оставьте это поле пустым.
Интересной статьёй стоит поделиться:
Поддержите наш труд ежемесячным пожертвованием: patreon.com/
newochem
Разово пожертвовать можно здесь.
Теги:
NOEMA
Странная эволюция: странное будущее жизни на Земле
Загрузка
Deep Civilization
Странная эволюция: странное будущее жизни на Земле
(Изображение предоставлено: Эммануэль Лафон)
деревьев до плавающих жаб, далекое будущее природы на нашей планете может быть не похоже ни на что, что мы видели раньше.
I
В начале 1980-х писатель Дугал Диксон опубликовал культовую книгу под названием «После человека: зоология будущего», в которой представлял, как будет выглядеть жизнь через миллионы лет. Диксон представлял себе землероек, которые используют свои хвосты как парашюты, летающих обезьян (или «прислужников»), сверхдлинных свернувшихся змей, которые нападают, чтобы схватить птиц в полете, ночных планеров, которые пронзают свою добычу длинными шипами на груди, и цветколицых змей.
птиц и летучих мышей, которые обманом заставляют насекомых-опылителей садиться в их голодные рты.
Десятилетия спустя Диксон говорит, что его книга была не попыткой предсказать будущее, а исследованием всех возможностей мира природы. «Популярные книги по эволюции, хотя и непреднамеренно, похоже, предполагают, что эволюция — это нечто, что произошло в прошлом», — говорит он. «Это совсем не так. Эволюция происходит сегодня, она будет продолжаться и в будущем, даже после того, как нас не станет».
Хотя книга Диксона была художественным произведением, большинство биологов согласны с тем, что через миллионы лет Земля будет совсем другим местом. «Я думаю, что это будет выглядеть и ощущаться как чужая планета», — говорит Афина Актипис, биолог-эволюционист из Университета штата Аризона.
Что бы ни развивалось, сегодня оно будет казаться нам чуждым и маловероятным — точно так же, как наш нынешний мир, в котором доминируют млекопитающие, казался бы невероятным с точки зрения эпохи динозавров.
Итак, как может выглядеть жизнь в будущем? Какие существа могли бы развиться, скажем, за 100 миллионов лет, учитывая то, что мы знаем о жизни на Земле и принципах эволюции?
Вам также могут понравиться:
• Почему «постестественный» век может быть странным и прекрасным
• Мы на пути к краху цивилизации?
• Как строить на 10 000 лет
Давайте начнем с того, что вернемся на миллионы лет назад, в гораздо более раннюю эру жизни на нашей планете. По словам Джонатана Лососа, биолога-эволюциониста из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, во время кембрийского взрыва, произошедшего около 540 миллионов лет назад, Земля была заселена целым рядом «странных» и «мультяшных» существ.
«Сланцы Берджесс [в Канаде] были населены настоящим бестиарием странностей», — пишет он в своей книге «Невероятные судьбы: судьба, случайность и будущее эволюции». Одно животное, Hallucigenia с тонким трубчатым телом, покрытым рядами огромных шипов, и похожими на палочки когтистыми придатками был «похож на что-то из эпизода Футурамы».
Имитация цветов: новый способ для птиц привлекать насекомых к еде? (Фото: Эммануэль Лафон)
Таким образом, не исключено, что такие же странные и необычные существа будут развиваться в будущем. «Почти все, что вы можете себе представить, эволюционировало где-то в какой-то момент у некоторых видов», — утверждает Лосос. «Если будет достаточно времени, в конце концов произойдет даже невероятное».
По словам Лососа, мир биологических возможностей огромен, и мы, возможно, еще не все видели. «Я, например, вовсе не убежден, что жизнь на Земле открыла все мыслимые способы существования на планете, подобной нашей, или даже большинство способов», — пишет он.
Тем не менее, трудно предсказать, с какой из этих возможностей мы можем столкнуться. В книге Лососа анализируются аргументы за и против предсказуемости эволюции: вопрос о том, повторилась бы история, если бы мы «переиграли ленту жизни». Доказательства расходятся, и мы просто не знаем, в какой степени эволюция предсказуема и повторяема в течение длительных периодов времени.
Добавьте к этому элемент случайности — сильное извержение вулкана или падение астероида на Землю, и точные прогнозы станут почти невозможными.
Тем не менее, мы можем делать обоснованные предположения.
Прежде всего, однако, мы должны рассмотреть влияние главной эволюционной силы, которая уже трансформирует жизнь во всем мире: Homo sapiens .
Если люди будут процветать в течение миллионов лет, они окажут заметное влияние на будущую эволюцию, а естественный отбор произведет новые разновидности жизни, чтобы справиться с измененной и, возможно, загрязненной окружающей средой, которую мы создаем. «Мы вполне можем увидеть эволюцию птичьего клюва, приспособленного для кормления из жестяных банок, или крыс, у которых появился жирный мех, чтобы сбрасывать токсичные сточные воды», — пишет Питер Уорд, палеонтолог из Вашингтонского университета в Сиэтле, в своей книге 2001 года «Будущее». Эволюция.
Будущим животным, возможно, придется адаптироваться к более загрязненному миру.
(Источник: Эммануэль Лафон) способные использовать свой мир, такие как домашние кошки, крысы, еноты, койоты, вороны, голуби, скворцы, воробьи, мухи, блохи, клещи и кишечные паразиты.
На более жаркой и сухой Земле, согретой людьми, нехватка пресной воды также может вызвать новые приспособления. «Я могу представить себе животных, которые разовьют странную специализацию по улавливанию влаги из воздуха», — говорит Патрисия Бреннан, биолог-эволюционист из колледжа Маунт-Холиок в Массачусетсе. «У более крупных животных могут развиться такие вещи, как расширенные паруса или кожные лоскуты, которые они могли растянуть ранним утром, чтобы попытаться захватить влагу. Например, оборчатые воротники некоторых ящериц могут стать очень большими и преувеличенными, чтобы таким образом собирать воду».
В более жарком мире Бреннан также предвидит появление голых млекопитающих и птиц: «Млекопитающие могут терять мех на некоторых участках и собирать воду в кожных карманах. На потеплевшей планете эндотермическим животным [тем, кто вырабатывает собственное тепло] может быть нелегко, поэтому птицы в более теплом климате могут потерять контурные перья, чтобы предотвратить перегрев, а млекопитающие могут потерять большую часть меха».
Будущие люди также могут решить напрямую манипулировать жизнью — на самом деле, это уже происходит. Как писала ранее в этом году исследователь Лорен Холт для серии передач BBC Future «Глубокая цивилизация», одной из траекторий жизни на Земле может быть «постестественная». В этом сценарии генная инженерия, биотехнология и влияние человеческой культуры могут направить эволюцию по совершенно иному пути, от комаров, содержащих генные драйвы, до механических трутней-опылителей. Эволюция жизни была бы переплетена с собственными желаниями и потребностями человечества.
Рога оленя однажды могут найти новую цель (Источник: Эммануэль Лафон)
Однако существуют альтернативные пути будущей эволюции: например, наши более просвещенные потомки могут решить изменить природу и позволить естественной эволюции продолжать его курс, иначе люди могут вымереть (что было сценарием «После человека»).
В частности, вымирание может привести к радикальным эволюционным инновациям. По сути, массовое вымирание сбрасывает эволюционные часы, утверждает Уорд.
По его словам, после предыдущих массовых вымираний растения и животные Земли радикально изменились.
Пермское вымирание, произошедшее около 252 миллионов лет назад, уничтожило более 95 % морских и 70 % наземных видов, включая плавниковых рептилий и массивных млекопитающих рептилий, которые правили Землей в то время. Это дало возможность динозаврам эволюционировать и стать доминирующими наземными животными, что, возможно, столь же маловероятно и неожиданно, как захват власти млекопитающими, когда они заменили динозавров после массового вымирания в меловой-третичный период.
«Произошла не только смена, но и то, что мы могли бы назвать «переходом», — пишет Уорд. «Массовые вымирания не просто изменили количество видов на Земле.
DEEP CIVILIZATION
Эта статья является частью серии BBC Future о долгосрочном взгляде на наш мир, целью которой является отвлечься от ежедневного цикла новостей и расширить призму нашего текущего места во времени.
Современное общество страдает от «временного истощения», как однажды сказала социолог Элиз Боулдинг.
«Если человек постоянно задыхается от общения с настоящим, у него не остается энергии для воображения будущего», — писала она.
Вот почему сезон Deep Civilization исследует, что действительно важно в более широкой истории человечества и что это значит для нас и наших потомков.
Они также изменили состав Земли.
Некоторые биологи считают возможным появление совершенно новых форм жизни с новыми способностями после вымирания; настолько разные, что мы даже не можем представить, какими они могут быть. В течение первого миллиарда лет или около того жизни на Земле, например, существование дышащих кислородом животных было бы немыслимо, потому что кислород был в дефиците, а клетки не развились, чтобы использовать его для получения энергии. Это навсегда изменилось после Великого события окисления около 2,4 миллиарда лет назад, когда появление фотосинтезирующих бактерий привело к первому массовому вымиранию на Земле.
«Микробы заставили всю планету иметь кислород, и это привело к огромному сдвигу», — говорит Леонора Биттелстон, биолог-эволюционист из Массачусетского технологического института.
«Было много инноваций, которые было трудно предсказать до того, как они произошли, но как только они начинают происходить, они действительно меняют нашу планету».
При наличии достаточного количества времени странные и беспрецедентные комбинации не невозможны (Фото: Эммануэль Лафон)
Итак, если люди вымрут, насколько дикими и изощренными могут стать вещи через 100 миллионов лет? Можем ли мы увидеть, как деревья начинают ходить или поедают животных после того, как убивают их ядовитыми парами или ядовитыми дротиками? Может ли измениться морская жизнь, когда пауки уйдут в воду, используя свою паутину для ловли сардин, а рыбы учатся летать, чтобы питаться насекомыми и птицами? Могут ли глубоководные животные проецировать свои яркие голограммы, чтобы одурачить хищников, привлечь добычу или произвести впечатление на потенциальных партнеров? Возможно, косатки и сомы вернут былую способность своих предков бегать по суше, чтобы они могли более эффективно охотиться на берегу?
Можем ли мы также увидеть, как организмы поселяются в ранее малоизученных местах обитания: например, гигантские легкие ядовитые грибы, парящие в воздухе, как воздушная медуза, опутывающие и пожирающие все, на что они натыкаются? Или насекомые и пауки могли строить шелковые гнезда в облаках и питаться фотосинтезирующими организмами в небе? И если растения или микробы развили что-то вроде солнечных батарей, чтобы отслеживать и концентрировать солнечный свет, могут ли зеленые оазисы жизни процветать на холодных ледниках?
Ни одно из этих фантастических существ не кажется невероятным, говорит Актипис.
Многие из них основаны на том, что уже существует в природе: есть пауки-мореплаватели и планирующие пауки, в облаках есть микробная жизнь, а глубоководные удильщики размахивают перед собой биолюминесцентными шариками, чтобы привлечь добычу. Некоторые популяции косаток и сомов могут выходить на берег, чтобы охотиться на животных на береговой линии, а небольшие независимые оазисы жизни процветают на льду, где есть остатки криоконита, черная пыль, состоящая из сажи, камней и микробов.
Джо Вульф, биолог-эволюционист из Гарвардского университета, отмечает, что некоторые деревья способны «ходить» очень медленно, приближаясь к источникам воды, и полагает, что деревья могли эволюционировать, чтобы охотиться с помощью ядовитых газов или даже шипастых ветвей. Ведь у нас уже есть плотоядные растения вроде венериной мухоловки. Она также указывает на существование пауков, которые питаются рыбой, и говорит, что обитающие в облаках микробы могли произойти из множества крошечных организмов, известных как Prochlorococcus , обитающие в самых верхних слоях океана.
Нынешние обитатели деревьев могут адаптироваться к воздуху в далеком будущем. На Земле их уже много, и это не изменится. Например, рассмотрим, как самцы удильщиков отреагировали на острую нехватку потенциальных партнеров в океанских глубинах. Когда он встречает женщину, он фактически сливается с ее телом. «Настолько маловероятно, что он когда-нибудь снова встретит другую самку, поэтому он просто сдается и становится для нее сперматозоидом», — говорит Кристин Хук, поведенческий эколог из Мэрилендского университета в Колледж-Парке. «Итак, мы могли бы увидеть, как животные делают больше подобных вещей, и со временем я полагаю, что отбор будет отдавать предпочтение животным, которые могут самооплодотворяться, когда найти себе пару практически невозможно».
Основываясь на том, что мы знаем о природе, мы также не должны предполагать, что будущие существа останутся ограниченными своей нынешней средой обитания. Линн Капорале, биохимик и писатель, отмечает, что некоторые «летающие» рыбы уже могут ловить насекомых (и даже птиц), а некоторые рыбы способны ходить по суше и даже лазить по деревьям.
Даже кальмары иногда летают над поверхностью океана, используя брызги воды в качестве движения и плавники, которые служат крыльями.
Этот потенциал для смены среды обитания приводит к довольно фантастическим возможностям. Рассмотрим жабу, глотка которой раздувается наружу, как большой газовый мешок, используемый для брачных криков. В своей книге Уорд игриво представляет, как он эволюционирует в «цеппелиноида», новый тип плавающего животного, которое покорит нижние слои атмосферы. Жаба могла эволюционировать, чтобы делать водород из воды и хранить его в своем горле, помогая ей прыгать и в конечном итоге парить в воздухе. Его ноги, которые больше не нужны для ходьбы, могут стать свисающими щупальцами, используемыми для кормления, и он станет большим, чтобы его не съели, — может быть, даже больше, чем синий кит. Гигантские цеппелиноиды парили бы в воздухе, как медузы, волоча свои щупальца, чтобы поймать добычу, такую как олени, и паслись бы на верхушках деревьев. Они заполнили бы небо, и их движущиеся тени доминировали бы над пейзажем — эпоха летающих жаб.
Цеппелиноиды, говорит Уорд, «это сказка, но в этой басне есть проблеск реальности». Когда-то существовали первый летающий организм и первый плавающий организм, и мы знаем, что из них быстро эволюционировало больше видов, поскольку нововведение позволило им занять среду обитания, к которой у них никогда не было доступа раньше.
Могут ли жабы летать по воздуху, становясь «цеппелиноидами»? (Фото: Эммануэль Лафонт)
Учитывая, что наше понимание эволюции и генетики неполно и что многое, вероятно, будет зависеть от случайных событий, никто не может знать наверняка, как будет выглядеть будущая жизнь. Выбирать эволюционных победителей будущего — это то же самое, что пытаться выбирать победителей на фондовом рынке или прогнозировать погоду, пишет Уорд. У нас есть некоторые данные для обоснованных предположений, но также и большая степень неопределенности. «О цветах, повадках и формах недавно появившейся фауны можно только догадываться».
Лосос соглашается. «В конце концов, — говорит он, — возможности настолько широки и неопределенны, что действительно бессмысленно пытаться размышлять о том, как могла бы выглядеть жизнь – слишком много степеней свободы.
Жизнь может пойти разными путями».
Но если странности современной жизни являются ориентиром, мы не должны сбрасывать со счетов возможность того, что будущая эволюция может пойти по поистине ошеломляющим путям. И большая часть современного природного творчества и разнообразия остается неисследованной.
Действительно, Диксон отмечает, что некоторые из первоначальных «чисто умозрительных» творений, описанных им в книге «После человека» в 1981 году, были впоследствии обнаружены: например, ходячие летучие мыши и змеи, которые могут ловить летучих мышей с воздуха. Как он размышлял в издании книги 2018 года: «Много раз я сталкивался с каким-то новым экологическим или эволюционным развитием и думал: «Если бы я добавил это в After Man, все бы рассмеялись».
—
Мико Таталович, независимый журналист, пишет в Твиттере @MTatalovic
Присоединяйтесь к более чем миллиону будущих поклонникам, поделившись нас по телефону Facebook , или следуйте за нами на Twitter или 9 или
9 .
Если вам понравилась эта история, подпишитесь на еженедельную рассылку новостей bbc.com под названием «The Essential List». Подборка историй из BBC Future, Culture, Capital и Travel, доставляемая на ваш почтовый ящик каждую пятницу.
Эволюция Вселенной
Примечание редактора (8.10.19): Космолог Джеймс Пиблз получил Нобелевскую премию по физике в 2019 году за вклад в теорию возникновения и развития нашей Вселенной. Он описывает эти идеи в этой статье, которую он написал в соавторстве с журналом Scientific American в 1994 году. десять центов, начал расширяться и остывать с невероятной скоростью. К тому времени, когда температура упала в 100 миллионов раз по сравнению с температурой ядра Солнца, силы природы приобрели свои нынешние свойства, и элементарные частицы, известные как кварки, свободно бродили в море энергии. Когда Вселенная расширилась еще в 1000 раз, вся материя, которую мы можем измерить, заполнила область размером с Солнечную систему.
В то время свободные кварки были ограничены нейтронами и протонами. После того, как Вселенная увеличилась еще в 1000 раз, протоны и нейтроны объединились, чтобы сформировать атомные ядра, включая большую часть гелия и дейтерия, присутствующих сегодня. Все это произошло в течение первой минуты расширения. Однако условия были еще слишком жаркими, чтобы атомные ядра могли захватывать электроны. Нейтральные атомы появились в изобилии только после того, как расширение продолжалось 300 000 лет, и Вселенная стала в 1 000 раз меньше, чем сейчас. Затем нейтральные атомы начали сливаться в газовые облака, которые позже превратились в звезды. К тому времени, когда Вселенная увеличилась до одной пятой своего нынешнего размера, звезды сформировали группы, которые можно было распознать как молодые галактики.
Когда Вселенная была вдвое меньше нынешнего размера, ядерные реакции в звездах привели к образованию большей части тяжелых элементов, из которых состоят планеты земной группы. Наша Солнечная система относительно молода: она образовалась пять миллиардов лет назад, когда Вселенная была в две трети своего нынешнего размера.
Со временем образование звезд истощило запасы газа в галактиках, и, следовательно, популяция звезд уменьшается. Через пятнадцать миллиардов лет звезды, подобные нашему Солнцу, будут относительно редки, что сделает Вселенную гораздо менее гостеприимным местом для таких наблюдателей, как мы.
Наше понимание происхождения и эволюции Вселенной является одним из величайших достижений науки 20-го века. Эти знания получены в результате десятилетий инновационных экспериментов и теорий. Современные наземные и космические телескопы улавливают свет от галактик, удаленных от нас на миллиарды световых лет, и показывают нам, как выглядела Вселенная в молодости. Ускорители частиц исследуют основы физики высокоэнергетической среды ранней Вселенной. Спутники обнаруживают космическое фоновое излучение, оставшееся от ранних стадий расширения, обеспечивая изображение Вселенной в самых больших масштабах, которые мы можем наблюдать.
Наши усилия по объяснению этого огромного количества данных воплощены в теории, известной как стандартная космологическая модель или космология Большого взрыва.
Основное утверждение теории состоит в том, что в среднем крупномасштабном масштабе Вселенная расширяется почти однородно из плотного раннего состояния. В настоящее время нет никаких фундаментальных проблем теории большого взрыва, хотя, безусловно, есть нерешенные вопросы внутри самой теории. Астрономы не уверены, например, как образовались галактики, но нет оснований думать, что этот процесс не происходил в рамках Большого взрыва. Действительно, предсказания теории выдержали все проверки на сегодняшний день.
Тем не менее, модель большого взрыва зашла так далеко, что остается много фундаментальных загадок. Какой была Вселенная до расширения? (Ни одно сделанное нами наблюдение не позволяет нам заглянуть за пределы того момента, когда началось расширение.) Что произойдет в отдаленном будущем, когда последняя из звезд исчерпает запас ядерного топлива? Ответов пока никто не знает.
Нашу вселенную можно рассматривать с разных точек зрения — мистиками, теологами, философами или учеными.
В науке мы избираем трудный путь: мы принимаем только то, что проверено экспериментом или наблюдением. Альберт Эйнштейн дал нам теперь хорошо проверенную и принятую общую теорию относительности, которая устанавливает отношения между массой, энергией, пространством и временем. Эйнштейн показал, что однородное распределение материи в пространстве хорошо согласуется с его теорией. Он предположил без обсуждения, что Вселенная статична, неизменна в среднем на больших масштабах [см. «Как космология стала наукой» Стивена Дж. Браша; НАУЧНЫЙ АМЕРИКАНСКИЙ, 19 августа92].
В 1922 году русский теоретик Александр А. Фридман понял, что Вселенная Эйнштейна нестабильна; малейшее возмущение заставит его расширяться или сжиматься. В то время Весто М. Слайфер из обсерватории Лоуэлла собирал первые свидетельства того, что галактики на самом деле расходятся. Затем, в 1929 году, выдающийся астроном Эдвин П. Хаббл показал, что скорость удаления галактики от нас примерно пропорциональна ее расстоянию от нас.
НЕСКОЛЬКО ИЗОБРАЖЕНИЙ далекого квазара ( слева ) являются результатом эффекта, известного как гравитационное линзирование. Эффект возникает, когда свет от удаленного объекта искривляется гравитационным полем промежуточной галактики. При этом галактика, которая видна в центре, дает четыре изображения квазара. Фотография была сделана с помощью телескопа Хаббл .
Существование расширяющейся Вселенной подразумевает, что космос превратился из плотной концентрации материи в нынешнее широко распространенное распределение галактик. Фред Хойл, английский космолог, первым назвал этот процесс Большим взрывом. Хойл намеревался очернить эту теорию, но название было настолько броским, что приобрело популярность. Однако несколько ошибочно описывать расширение как некий тип взрыва материи вдали от какой-то конкретной точки пространства.
Это совсем не так: во вселенной Эйнштейна концепция пространства и распределение материи тесно связаны; наблюдаемое расширение системы галактик показывает развертывание самого пространства.
Существенной особенностью теории является то, что средняя плотность в пространстве уменьшается по мере расширения Вселенной; распределение материи не образует видимого края. При взрыве самые быстрые частицы улетают в пустое пространство, но в космологии Большого взрыва частицы равномерно заполняют все пространство. Расширение Вселенной мало повлияло на размер галактик или даже скоплений галактик, связанных гравитацией; пространство просто открывается между ними. В этом смысле расширение похоже на поднимающуюся буханку хлеба с изюмом. Тесто аналогично космосу, а изюм — скоплениям галактик. По мере расширения теста изюм расходится. Более того, скорость, с которой любые две изюминки расходятся, прямо и положительно связана с количеством разделяющего их теста.
Доказательства расширения Вселенной накапливались около 60 лет. Первая важная подсказка — красное смещение. Галактика излучает или поглощает некоторые длины волн света сильнее, чем другие. Если галактика удаляется от нас, эти особенности излучения и поглощения смещаются в сторону более длинных волн, то есть становятся краснее по мере увеличения скорости удаления.
Это явление известно как красное смещение.
Измерения Хаббла показали, что красное смещение далекой галактики больше, чем у более близкой к Земле. Это соотношение, известное теперь как закон Хаббла, как раз то, что можно было бы ожидать в равномерно расширяющейся Вселенной. Закон Хаббла гласит, что скорость удаления галактики равна расстоянию до нее, умноженному на величину, называемую постоянной Хаббла. Эффект красного смещения в близлежащих галактиках относительно незначителен, и для его обнаружения требуются хорошие инструменты. Напротив, красное смещение очень далеких объектов — радиогалактик и квазаров — представляет собой устрашающее явление; некоторые, кажется, удаляются на более чем 90 процентов от скорости света.
Хаббл внес свой вклад в еще одну важную часть картины. Он подсчитал количество видимых галактик в разных направлениях на небе и обнаружил, что они распределены довольно равномерно. Значение постоянной Хаббла казалось одинаковым во всех направлениях, что является необходимым следствием равномерного расширения.
Современные исследования подтверждают фундаментальное положение о том, что Вселенная однородна в больших масштабах. Хотя карты распределения близлежащих галактик демонстрируют комковатость, более глубокие исследования обнаруживают значительную однородность.
Млечный Путь, например, состоит из двух десятков галактик; они, в свою очередь, являются частью комплекса галактик, выступающих из так называемого местного сверхскопления. Иерархия кластеризации была прослежена до размеров около 500 миллионов световых лет. Флуктуации средней плотности вещества уменьшаются по мере увеличения масштаба исследуемой структуры. На картах, покрывающих расстояния, близкие к наблюдаемому пределу, средняя плотность вещества изменяется менее чем на десятую долю процента.
Чтобы проверить закон Хаббла, астрономам необходимо измерить расстояния до галактик. Одним из методов измерения расстояния является наблюдение за видимой яркостью галактики. Если одна галактика в ночном небе в четыре раза слабее, чем сопоставимая галактика, то можно предположить, что она находится в два раза дальше.
Теперь это ожидание проверено на всем видимом диапазоне расстояний.
ОДНОРОДНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ галактик видно на карте, которая включает объекты на расстоянии от 300 до 1000 миллионов световых лет. Единственная неоднородность, разрыв около центральной линии, возникает из-за того, что часть неба затенена Млечным Путем. Майкл Штраус из Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси, создал карту, используя данные НАСА 9.0025 Инфракрасный астрономический спутник .
Некоторые критики теории отмечают, что галактика, которая кажется меньше и слабее, на самом деле может не быть более далекой. К счастью, есть прямое указание на то, что объекты с большим красным смещением действительно находятся дальше. Доказательства получены из наблюдений за эффектом, известным как гравитационное линзирование. Такой массивный и компактный объект, как галактика, может действовать как грубая линза, создавая искаженное, увеличенное изображение (или даже множество изображений) любого источника фонового излучения, находящегося за ним. Такой объект делает это, искривляя пути световых лучей и другого электромагнитного излучения. Таким образом, если галактика находится на линии прямой видимости между Землей и каким-либо удаленным объектом, она будет преломлять световые лучи от объекта так, что их можно будет наблюдать [см. «Гравитационные линзы» Эдвина Л. Тернера; НАУЧНЫЙ АМЕРИКАН, 19 июля.88]. За последнее десятилетие астрономы открыли более десятка гравитационных линз. Объект за линзой всегда имеет большее красное смещение, чем сама линза, что подтверждает качественное предсказание закона Хаббла.
Закон Хаббла имеет большое значение не только потому, что он описывает расширение Вселенной, но и потому, что его можно использовать для расчета возраста космоса. Чтобы быть точным, время, прошедшее с момента Большого взрыва, является функцией текущего значения постоянной Хаббла и скорости ее изменения. Астрономы определили приблизительную скорость расширения, но никто еще не смог точно измерить второе значение.
Тем не менее, эту величину можно оценить, зная среднюю плотность Вселенной.
Можно ожидать, что из-за силы гравитации, препятствующей расширению, галактики теперь будут расходиться медленнее, чем в прошлом. Таким образом, скорость изменения расширения связана с гравитационным притяжением Вселенной, определяемым ее средней плотностью. Если плотность равна плотности только видимого вещества в галактиках и вокруг них, возраст Вселенной, вероятно, составляет от 12 до 20 миллиардов лет. (Диапазон учитывает неопределенность скорости расширения.)
Однако многие исследователи считают, что плотность выше этого минимального значения. Так называемая темная материя компенсирует разницу. Сильно защищаемый аргумент утверждает, что Вселенная достаточно плотна, чтобы в отдаленном будущем расширение замедлилось почти до нуля. При таком предположении возраст Вселенной уменьшается в пределах от 7 до 13 миллиардов лет.
ПЛОТНОСТЬ нейтронов и протонов во Вселенной определяет распространенность некоторых элементов. Для Вселенной с более высокой плотностью вычисленное содержание гелия мало отличается, а вычисленное содержание дейтерия значительно ниже.
Заштрихованная область согласуется с наблюдениями: содержание гелия варьируется от 24 процентов до одной части на 1010 для изотопа лития. Это количественное согласие является главным успехом космологии Большого взрыва.
Чтобы улучшить эти оценки, многие астрономы проводят интенсивные исследования по измерению как расстояний до галактик, так и плотности Вселенной. Оценки времени расширения обеспечивают важный тест для модели Вселенной Большого взрыва. Если теория верна, все в видимой Вселенной должно быть моложе, чем время расширения, рассчитанное по закону Хаббла.
Эти две шкалы времени, по крайней мере, приблизительно совпадают. Например, самым старым звездам на диске галактики Млечный Путь около девяти миллиардов лет — оценка, полученная на основе скорости охлаждения белых карликов. Звезды в гало Млечного Пути несколько старше, им около 15 миллиардов лет — это значение получено из скорости потребления ядерного топлива в ядрах этих звезд. Возраст самых старых известных химических элементов также составляет примерно 15 миллиардов лет — число, полученное с помощью методов радиоактивного датирования. Работники лабораторий получили эти оценки возраста из атомной и ядерной физики. Примечательно, что их результаты согласуются, по крайней мере приблизительно, с возрастом, полученным астрономами путем измерения космического расширения.
Другая теория, теория стационарного состояния, также успешно объясняет расширение и однородность Вселенной. В 1946 году три английских физика — Хойл, Герман Бонди и Томас Голд — предложили такую космологию. В их теории Вселенная постоянно расширяется, и материя создается спонтанно, чтобы заполнить пустоты. Они предположили, что по мере того, как этот материал накапливается, он образует новые звезды, чтобы заменить старые. Эта гипотеза устойчивого состояния предсказывает, что ансамбли близких к нам галактик должны статистически выглядеть так же, как и далекие. Космология Большого взрыва делает другое предсказание: если все галактики образовались давно, далекие галактики должны выглядеть моложе ближайших, потому что свету от них требуется больше времени, чтобы достичь нас.
В таких галактиках должно быть больше короткоживущих звезд и больше газа, из которого сформируются будущие поколения звезд.
Концептуально тест прост, но астрономам потребовались десятилетия, чтобы разработать детекторы, достаточно чувствительные для детального изучения далеких галактик. Когда астрономы исследуют близлежащие галактики, являющиеся мощными излучателями радиоволн, они видят в оптических длинах волн относительно круглые системы звезд. С другой стороны, далекие радиогалактики имеют вытянутую и иногда неправильную структуру. Более того, в самых далеких радиогалактиках, в отличие от ближайших, распределение света имеет тенденцию соответствовать характеру радиоизлучения.
Точно так же, когда астрономы изучают население массивных, плотных скоплений галактик, они находят различия между теми, которые находятся близко, и теми, кто находится далеко. Далекие скопления содержат голубоватые галактики, которые свидетельствуют о продолжающемся звездообразовании. Подобные скопления, находящиеся поблизости, содержат красноватые галактики, в которых активное звездообразование давно прекратилось.
Наблюдения, сделанные с помощью космического телескопа Хаббла, подтверждают, что, по крайней мере, часть усиленного звездообразования в этих более молодых скоплениях может быть результатом столкновений между входящими в их состав галактиками, процесс, который в нынешнюю эпоху происходит гораздо реже.
ДАЛЕКИЕ ГАЛАКТИКИ сильно отличаются от ближайших — наблюдение, которое показывает, что галактики произошли от более ранних, более неправильных форм. Среди галактик, ярких как в оптическом ( синий ), так и в радиодиапазоне ( красный ) длинах волн, близлежащие галактики, как правило, имеют плавные эллиптические формы в оптических длинах волн и очень вытянутые радиоизображения. По мере увеличения красного смещения и, следовательно, расстояния галактики приобретают более неправильную вытянутую форму, которая кажется выровненной в оптическом и радиодиапазонах. Галактика справа видна такой, какой она была в 10 процентов от нынешнего возраста Вселенной. Изображения были собраны Пэтом Маккарти из Института Карнеги..gif)
Итак, если все галактики удаляются друг от друга и эволюционируют из более ранних форм, кажется логичным, что когда-то они были скоплены в каком-то плотном море материи и энергии. Действительно, в 1927 году, когда о далеких галактиках еще многое не было известно, бельгийский космолог и священник Жорж Леметр предположил, что расширение Вселенной можно проследить до чрезвычайно плотного состояния, которое он назвал первичным «суператомом». Он даже думал, что возможно обнаружить остаточное излучение первобытного атома. Но как будет выглядеть эта радиационная сигнатура?
Когда Вселенная была очень молодой и горячей, излучение не могло распространяться очень далеко, не поглощаясь и не испускаясь какой-либо частицей. Этот непрерывный обмен энергией поддерживал состояние теплового равновесия; какой-либо конкретный регион вряд ли будет намного жарче или холоднее, чем в среднем. Когда вещество и энергия приходят в такое состояние, получается так называемый тепловой спектр, в котором интенсивность излучения на каждой длине волны является определенной функцией температуры.
Следовательно, излучение, возникающее в результате горячего Большого взрыва, можно распознать по его спектру.
Фактически, это тепловое космическое фоновое излучение было обнаружено. Работая над созданием радара в 1940-х годах, Роберт Х. Дике, в то время работавший в Массачусетском технологическом институте, изобрел микроволновый радиометр — устройство, способное обнаруживать низкие уровни излучения. В 1960-х годах Bell Laboratories использовали радиометр в телескопе, который должен был отслеживать первые спутники связи Echo-1 и Telstar. Инженер, создавший этот прибор, обнаружил, что он обнаруживает неожиданное излучение. Арно А. Пензиас и Роберт В. Уилсон идентифицировали сигнал как космическое фоновое излучение. Интересно, что к этой идее Пензиаса и Вильсона привело известие о том, что Дикке предложил использовать радиометр для поиска космического фона.
Астрономы очень подробно изучили это излучение с помощью спутника Cosmic Background Explorer (COBE) и ряда ракетных, воздушных и наземных экспериментов.
Космическое фоновое излучение имеет два отличительных свойства. Во-первых, она почти одинакова во всех направлениях. (Как обнаружили в 1992 году Джордж Ф. Смут из Лаборатории Лоуренса в Беркли и его группа, вариация составляет всего одну стотысячную часть.) Интерпретация состоит в том, что излучение равномерно заполняет пространство, как и предсказывалось в космологии Большого взрыва. Во-вторых, спектр очень близок к спектру объекта, находящегося в тепловом равновесии при температуре 2,726 Кельвина выше абсолютного нуля. Безусловно, космическое фоновое излучение возникло, когда температура Вселенной была намного выше 2,726 градусов, однако исследователи правильно предвидели, что кажущаяся температура излучения будет низкой. В 1930-е годы Ричард С. Толман из Калифорнийского технологического института показал, что температура космического фона будет уменьшаться из-за расширения Вселенной.
Космическое фоновое излучение является прямым доказательством того, что Вселенная расширялась из плотного и горячего состояния, поскольку это условие необходимо для возникновения излучения.
В плотной, горячей ранней Вселенной в результате термоядерных реакций образовались элементы тяжелее водорода, включая дейтерий, гелий и литий. Поразительно, что рассчитанная смесь легких элементов согласуется с наблюдаемыми содержаниями. То есть все данные указывают на то, что легкие элементы были созданы в горячей молодой Вселенной, тогда как более тяжелые элементы появились позже, как продукты термоядерных реакций, питающих звезды.
Теория происхождения легких элементов возникла в результате всплеска исследований, последовавшего за окончанием Второй мировой войны. Джордж Гамов и аспирант Ральф А. Альфер из Университета Джорджа Вашингтона и Роберт Херман из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса и другие использовали данные ядерной физики, полученные во время военных действий, чтобы предсказать, какие ядерные процессы могли происходить в ранней Вселенной. и какие элементы могли быть произведены. Альфер и Герман также поняли, что остатки первоначального расширения все еще можно обнаружить в существующей вселенной.
Несмотря на то, что важные детали этой новаторской работы были ошибочными, она установила связь между ядерной физикой и космологией. Рабочие продемонстрировали, что раннюю Вселенную можно рассматривать как тип термоядерного реактора. В результате физики теперь точно рассчитали количество легких элементов, образовавшихся в результате Большого взрыва, и то, как эти количества изменились из-за последующих событий в межзвездной среде и ядерных процессов в звездах.
Наше понимание условий, преобладавших в ранней Вселенной, не приводит к полному пониманию того, как образовались галактики. Тем не менее, у нас есть довольно много кусочков головоломки. Гравитация вызывает рост флуктуаций плотности в распределении материи, так как сильнее замедляет расширение более плотных областей, заставляя их уплотняться еще больше. Этот процесс наблюдается в росте близких скоплений галактик, и сами галактики, вероятно, были собраны тем же процессом в меньшем масштабе.
Росту структуры в ранней Вселенной препятствовало радиационное давление, но это изменилось, когда Вселенная расширилась примерно до 0,1 процента своего нынешнего размера.
В этот момент температура составляла около 3000 кельвинов, достаточно низкая, чтобы ионы и электроны могли объединиться с образованием нейтрального водорода и гелия. Нейтральное вещество могло проскальзывать сквозь излучение и образовывать газовые облака, которые могли коллапсировать в звездные скопления. Наблюдения показывают, что к тому времени, когда Вселенная стала одной пятой своего нынешнего размера, материя собралась в газовые облака, достаточно большие, чтобы их можно было назвать молодыми галактиками.
Насущной задачей сейчас является примирение кажущейся однородности ранней Вселенной с неравномерным распределением галактик в современной Вселенной. Астрономы знают, что плотность ранней Вселенной не сильно менялась, потому что они наблюдают лишь небольшие неравномерности космического фонового излучения. До сих пор было легко разрабатывать теории, которые согласуются с доступными измерениями, но сейчас проводятся более важные испытания. В частности, разные теории образования галактик предсказывают совершенно разные флуктуации космического фонового излучения в угловых масштабах менее одного градуса.
Измерения таких крошечных флуктуаций еще не проводились, но они могут быть осуществлены в ходе проводимых сейчас экспериментов. Будет интересно узнать, выдержит ли какая-либо из рассматриваемых сейчас теорий формирования галактик эти испытания.
Современная Вселенная предоставила широкие возможности для развития жизни в том виде, в каком мы ее знаем: в той части Вселенной, которую мы можем наблюдать, насчитывается около 100 миллиардов миллиардов звезд, подобных солнцу. Однако космология Большого взрыва подразумевает, что жизнь возможна только в течение ограниченного промежутка времени: в далеком прошлом Вселенная была слишком горячей, и ее ресурсы для будущего ограничены. Большинство галактик все еще производят новые звезды, но многие другие уже исчерпали свои запасы газа. Через тридцать миллиардов лет галактики станут намного темнее и будут заполнены мертвыми или умирающими звездами, поэтому планет, способных поддерживать жизнь в ее нынешнем виде, будет гораздо меньше.
Вселенная может расширяться вечно, и в этом случае все галактики и звезды в конце концов станут темными и холодными.
Альтернативой этому большому холоду является большой кранч. Если масса Вселенной достаточно велика, гравитация в конце концов обратит расширение вспять, и вся материя и энергия воссоединятся. В течение следующего десятилетия, по мере того как исследователи совершенствуют методы измерения массы Вселенной, мы, возможно, узнаем, идет ли нынешнее расширение к большому похолоданию или к большому сжатию.
Мы ожидаем, что в ближайшем будущем новые эксперименты помогут лучше понять теорию Большого взрыва. Усовершенствуя измерения скорости расширения и возраста звезд, мы, возможно, сможем подтвердить, что звезды действительно моложе расширяющейся Вселенной. Недавно завершенные или строящиеся более крупные телескопы могут позволить нам увидеть, как масса Вселенной влияет на кривизну пространства-времени, что, в свою очередь, влияет на наши наблюдения за далекими галактиками.
Мы также продолжим изучать вопросы, которые космология Большого взрыва не затрагивает. Мы не знаем, почему произошел Большой взрыв или что могло существовать раньше.
Мы не знаем, есть ли у нашей Вселенной братья и сестры — другие расширяющиеся области, далекие от того, что мы можем наблюдать. Мы не понимаем, почему фундаментальные константы природы имеют такие значения. Достижения в физике элементарных частиц предлагают несколько интересных способов ответить на эти вопросы; задача состоит в том, чтобы найти экспериментальные проверки идей.
Следя за дебатами по таким вопросам космологии, следует помнить, что все физические теории являются приближениями к реальности, которые могут потерпеть неудачу, если зайти слишком далеко. Физическая наука продвигается вперед за счет включения более ранних теорий, которые экспериментально подтверждены, в более крупные и всеобъемлющие рамки. Теория большого взрыва подтверждается множеством доказательств: она объясняет космическое фоновое излучение, обилие легких элементов и хаббловское расширение. Таким образом, любая новая космология обязательно будет включать в себя картину большого взрыва. Какие бы изменения ни произошли в ближайшие десятилетия, космология превратилась из области философии в физическую науку, где гипотезы проходят проверку наблюдениями и экспериментами.
Эта статья была первоначально опубликована под названием «Эволюция Вселенной» в журнале Scientific American 271, 4, 52-57 (октябрь 1994 г.)
doi:10.1038/scientificamerican1094-52
П. ДЖЕЙМС Э. ПИБЛЗ — один из самых выдающихся космологов мира, ключевой игрок в раннем анализе космического микроволнового фонового излучения и общего состава Вселенной. Он получил несколько высших наград в области астрономии, в том числе 19-ю.82 Премия Хайнемана, лекторская работа Генри Норриса Рассела 1993 года Американского астрономического общества и медаль Брюса 1995 года Тихоокеанского астрономического общества. В настоящее время Пиблз является почетным профессором Принстонского университета.
Эдвин Л. Тернер — профессор астрофизических наук Принстонского университета, научный сотрудник Института физики и математики Вселенной им. Кавли Токийского университета, приглашенный член Программы междисциплинарных исследований Института для перспективных исследований в Принстоне и член совета директоров YHouse, Inc.