Глава 1. Эволюция неживой материи

 

Эволюция началась сразу, как только появился мир. Эволюция присуща не только живой материи, это свойство материи вообще. Она шла до возникновения жизни – и породила жизнь, она продолжает идти и сейчас – «над» жизнью, о чём мы ещё поговорим.

Сейчас мы на примере эволюции элементарных частиц посмотрим, как развивалась вселенная, и поймём общие законы развития – а это и есть цель нашей книги. Вот как всё у нас с вами здорово получается, просто везунчики какие‑то!

Вы, мои читатели, – люди современные и продвинутые и наверняка знаете, что всё в мире состоит из атомов – мама, папа, селёдка, конфетка, стол, ветер, вода и прочие объекты. Ещё наверняка вы краем уха слышали слово «молекула» – это тоже, вроде бы, мельчайшие частицы, не видимые глазом, из которых состоит всё вещество. В чём же разница между молекулами и атомами?

В том, что молекулы собираются из атомов. Атомы – простейшие вещества, элементарные.

А молекулы, составленные из атомов, как поделки из деталей конструктора, – это сборные конструкции. Они могут быть весьма сложными. Молекулы живого вещества – самые сложные из известных. Они, как, например, молекула ДНК, могут состоять из миллиардов атомов.

Сколько же вообще видов атомов бывает в природе, то есть сколько существует элементарных веществ, из которых строится мир? Ответ на этот вопрос давно известен науке – элементарных химических веществ несколько десятков. И все они собраны в таблице Менделеева. В ней – только простейшие вещества: металлы, углерод, сера, газы. Например, кислород и азот – два газа, из смеси которых по большей части состоит воздух. Азот и кислород – простые вещества. Кроме них, в воздухе содержится углекислый газ, который выдыхают из лёгких живые существа. Это сложное вещество: его молекула сложена из трех атомов – двух атомов кислорода и одного атома углерода. Что такое углерод, вы знаете – это уголь. От слова «уголь», собственно, и произошло название этого химического элемента.

Поваренная соль – это сложное вещество, её молекулы собраны из атомов металла натрия и газа хлора, поэтому научное название поваренной соли – хлорид натрия.

Вода – тоже сложное вещество: каждая её молекула состоит их двух атомов водорода и одного атома кислорода.

В основном нас окружают сложные вещества, простые в бытовой обстановке ещё поискать надо. Кстати, поищите! Весьма советую заняться этим увлекательным делом вместе с родителями. Получится смешно: если родитель, конечно, не химик, не физик, не астроном, не биолог, а простой нормальный человек и маленько забыл, чему его в школе учили и что такое таблица Менделеева, он будет всё время ошибаться и задумываться. При этом у тебя, дорогой читатель, перед папой и мамой будет преимущество – подсказка в виде той самой таблицы Менделеева, нарисованная чуть ниже. Всё, что в ней указано, – это простые, то есть элементарные вещества природы. Собственно, таблица так и называется – Таблица химических элементов. Из этих элементов складывается мир и все его сложные вещества.

 

Рис. 14. Так выглядит таблица Менделеева. В ней даны латинские обозначения элементов, их название и порядковый номер

 

Тут я просто вынужден немножко рассказать об устройстве материи. Если вы читали мою книгу «Физика на пальцах» или «Астрономия на пальцах», вы про это уже знаете. Но я все равно советую прочесть то, что написано ниже, ибо, во‑первых, повторение – мать учения, а во‑вторых, читать меня – одно удовольствие! Даже два удовольствия, если к удовольствию ещё и пользу прибавить, поскольку польза всегда в радость…

Вы уже знаете, что абсолютное большинство веществ и предметов вокруг нас – сложные. Их мельчайшие неделимые частицы называются молекулами. Почему «неделимые»?

Потому что молекула – самая маленькая частичка вещества, которая ещё обладает свойствами этого вещества. Если разделить эту мельчайшую частицу составного вещества, то она развалится на атомы других веществ с другими свойствами.

Например, вода. В обычных условиях она жидкая, прозрачная, неэлектропроводная (в чистом виде). У неё ещё много других свойств – плотность, теплоёмкость, теплопроводность и так далее. Но если самую маленькую частичку воды – её молекулу – разложить на составные части, то получится два атома водорода и один атом кислорода. Водород – это газ. Кислород – это газ. И свойства этих составных частей воды далеки от свойств самой воды. Это вообще не вода!

То же самое с солью. Разделите на части молекулу поваренной соли, то есть самую маленькую частичку, которая ещё обладает свойствами соли, и вы получите то, что солью не является, – атом металла натрия и атом ядовитого газа хлора.

Если все молекулы всех веществ в мире разделить на атомы (а разных веществ в мире – миллионы!), останется только набор всего из несколько десятков химических элементов таблицы Менделеева.

Теперь вопрос: а мельчайшие частицы химических элементов – атомы – можно разделить на части? Известно, из чего они сделаны?

Известно! Все химические элементы, среди которых такие непохожие, как золото, ртуть, серебро, сера, железо, йод, углерод, кислород, водород, уран и десятки других, состоят всего из трех частиц в разных пропорциях.

Весь вещественный мир, все предметы вблизи нас и в далеком космосе сделаны всего из трех частичек, имя которым – протон, нейтрон и электрон. Принципы их взаимодействия я в подробностях сейчас описывать не буду, вы прочтёте это в книге «Физика на пальцах». Здесь – лишь в самых общих чертах.

Протон – элементарная частица, имеющая положительный электрический заряд. Электрон – очень маленькая элементарная частица (почти в две тысячи раз легче протона), имеющая отрицательный электрический заряд. Нейтрон – частица размером с протон, но электрического заряда не имеющая, нейтральная, отсюда и название.

Электрон кружится вокруг протона, как планетка вокруг звезды. Если вы представили себе крохотулю электрон, кружащийся вокруг пузатенького протона, значит, вы представили себе не что иное, как самый простой химический элемент, обозначенный в таблице Менделеева под номером один, – водород.

Да, наборчик из одного протона и одного электрона, крутящегося вокруг протона, – это и есть атом водорода. Так просто он устроен.

Теперь давайте посмотрим на химический элемент номер два в таблице Менделеева. Газ гелий. Он как устроен?

У него в центре два протона, два нейтрона, а вокруг них вращаются на своих орбитах два электрона.

 

Рис. 15. Вот так устроен гелий

 

Теперь берем следующее по номеру элементарное вещество из таблицы – номер три. Литий, легкий металл. В ядре его атома три протона и три нейтрона, а вокруг ядра крутятся, как планетки, три электрона.

Уловили? Конечно! Всё просто! Теперь вы и сами можете.

Какое теперь вещество возьмём из таблицы деда Менделеева? Ну, давайте фосфор. Наверняка вы слышали от родителей, что рыбу есть полезно, потому что в ней много фосфора. Давайте‑ка разберёмся в его устройстве!

Фосфор – номер пятнадцать. И это значит, что ядро состоит из пятнадцати протонов, пятнадцати нейтронов, а вокруг них болтаются пятнадцать электронов. Это ли не прекрасно?

Примерно так строятся все химические элементы (элементарные химические вещества) в таблице Менделеева. Правда, есть некоторые нюансы – при увеличении номера в ядре атома увеличивается число нейтронов. Скажем, у золота с номером 79 вокруг ядра кружатся 79 электронов, в ядре атома, как и положено, содержатся 79 протонов, а вот нейтронов 117. Но для нас это сейчас непринципиально.

Важно, что всего из трех элементарных частиц – протона, нейтрона и электрона – мы теоретически в состоянии собрать любые атомы, а уж из атомов потом – любые, какие только возможно, молекулы. Весь многообразный мир – всего из трех штучек!

А ведь когда мир только зародился, он не был столь многообразен. В нём не было веществ, он представлял собой сущий хаос из элементарных частиц и излучений. Как же из хаоса собралось такое структурное чудо?

Мы уже знаем как – с помощью закачанной в систему энергии. Сейчас расскажу.

Эта глава началась со слов о зарождении мира, которые наверняка вас зацепили. Ведь всегда же интересно, откуда всё взялось! А мы вместо ответа взяли и уехали куда‑то к деду Менделееву. Ну что ж, теперь пришла пора вернуться.

Мир наш возник примерно четырнадцать миллиардов лет тому назад в результате Большого взрыва. Не спрашивайте меня, что было до того, как возникла наша вселенная – я отправлю вас к своей книге «Астрономия на пальцах», где про это подробно рассказывается со всеми возможными ужасами. Здесь же мы изучаем, что происходило внутри нашего мира.

Итак, мир возник из сингулярности – микроскопической точки с бесконечной плотностью и бесконечной температурой. Эта точка тут же начала расширяться, разменивая свою чудовищную энергию на пространство, в котором «конденсировались» частицы.

Расчёты показывают, что, когда с момента взрыва сингулярности прошла ничтожная, непредставимо малая доля секунды, температура упала до 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (одного октиллиона) градусов, а сама вселенная успела раздуться от точки до шарика диаметром в десять сантиметров. Вся наша вселенная с её невообразимыми расстояниями в миллиарды триллионов километров когда‑то представляла собой шарик размером с детский мяч. И не спрашивайте меня, где взорвалась эта самая сингулярность и что было вокруг «мячика» – я снова отошлю вас к уже упомянутой книге за подробностями. А пока сообщу, что вокруг «мячика» совсем ничего не было, потому что слова «где» и «вокруг» отсылают нас к понятию пространства – так же, как слово «до» в вопросе «а что было до Большого взрыва?» относится к понятию времени.