Второй закон термодинамики гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, следовательно, она может (в закрытой системе — должна) терять способность производить работу. Именно это подразумевается, когда речь идет о возрастании энтропии. Под работой подразумевается, например, закачка воды вверх или выделение углерода из атмосферного углекислого газа и встраивание его в ткани растения. Я упоминал в главе 12, что такие процессы возможны только в том случае, если в систему постоянно подается энергия, например электрическая, обеспечивающая работу водяного насоса, или солнечная, делающая возможным фотосинтез. Если закачать воду в водонапорную башню, она будет стремиться вниз. Часть энергии этого нисходящего потока можно использовать, чтобы вращать водяное колесо и таким образом вырабатывать электроэнергию. Ее, в свою очередь, можно направить на повторное закачивание воды вверх, но часть энергии всегда будет теряться. Если бы это было не так, мы построили бы вечный двигатель. Но это невозможно (и не бойтесь повторять это категоричным тоном).
Химия жизни основана на том, что растения за счет энергии солнца извлекают из воздуха углерод, и его потом можно сжечь и получить некое количество энергии. Иногда мы так и поступаем, например, буквально сжигая уголь, который фактически является консервированной солнечной энергией — он образовался из «солнечных батарей» погибших древних растений. Однако существуют и куда более контролируемые способы высвобождения энергии. Все живые клетки растений и животных, поедающих растения, и животных, поедающих животных, которые едят растения, и так далее, медленно «сжигают» соединения углерода. Вместо того чтобы гореть, рождая пламя, они отдают энергию постепенно, что позволяет поддерживать «восходящие» реакции. Тем не менее часть этой энергии неизбежно рассеивается. Иначе и быть не может. В противном случае мы получили бы вечный двигатель.
Практически вся энергия во Вселенной быстро переходит от форм, способных совершать работу, к формам, которые к этому неспособны. Когда-нибудь Вселенная достигнет состояния абсолютно перемешанного, абсолютно ровного и (буквально!) бессобытийного — и погибнет. Однако пока Вселенная в целом неумолимо движется навстречу «тепловой смерти», небольшое количество энергии вполне способно локально обращать вспять этот процесс. Морская вода поднимается в воздух, образуя облака. Те проливаются дождем на горные вершины, с которых вода течет в виде ручьев и рек, вращающих турбины гидроэлектростанций. Энергия подъема воды из моря в атмосферу (и, соответственно, вращения турбин ГЭС) исходит от Солнца. Таким образом, цикл не нарушает второй закон термодинамики, поскольку в закрытую систему постоянно поступает энергия извне (от Солнца). Нечто похожее происходит в листьях зеленых растений при помощи солнечной энергии, вызывая химические реакции. В результате в «восходящих» реакциях растения синтезируют целлюлозы, крахмал, сахара и другие составляющие части растительных тканей. А затем растения погибают, если их прежде не съедят животные. Усвоенная солнечная энергия, таким образом, получает возможность пройти несколько каскадов пищевой цепи, завершающихся разложением — с помощью бактерий или грибов — погибших растений или тел животных, их поедавших. Или же она может сохраниться под землей в виде торфа, а затем угля. Но общее движение к «тепловой смерти» необратимо. На каждой стадии каскада, в каждом цикле круговорота, в каждом клеточном процессе энергия отчасти рассеивается. Ведь мы знаем, что вечный двигатель… Пожалуй, хватит. Но я не откажу себе в удовольствии процитировать (за что я извинялся минимум в одной своей книге) прекрасное высказывание сэра Артура Эддингтона по этому поводу:
Если кто-либо указывает вам на несоответствие вашей любимой теории строения Вселенной уравнениям Максвелла, тем хуже для уравнений. Если она не согласуется с экспериментальными данными — что поделать, экспериментаторы иногда ошибаются. Но если она противоречит второму началу термодинамики, вам не на что надеяться. Теорию не ждет ничего, кроме позора и забвения.
Когда креационисты повторяют, что теория эволюции неверна, потому что противоречит второму началу термодинамики, они, по сути, не сообщают нам ничего, кроме собственного непонимания этого закона (впрочем, они, как мы теперь знаем, не понимают и эволюции). Никаких противоречий нет — благодаря Солнцу.
Система (любая — жизнь, круговорот воды в природе и так далее) зависит от солнечной энергии. Не нарушая физические и химические законы, особенно второе начало термодинамики, энергия солнечных лучей питает все жизненные процессы, позволяя живому измываться над законами физики и химии, достигая поразительной сложности, разнообразия, красоты и невероятной в своей эффектности иллюзии полной статистической невероятности и направленного творения. Воистину невероятная по силе иллюзия: она обманывала лучшие умы человечества до тех пор, пока не появился Дарвин. Естественный отбор — это невероятностный насос, процесс, создающий статистически невозможные вещи. Он постепенно выделяет случайные изменения, позволяющие организмам выживать, и постепенно накапливает их в течение немыслимо долгого времени, пока эволюция не покорит вершины невозможности и разнообразия. Эти высоты (я назвал их «пиком Невероятности»), по-видимому, безграничны. Невероятностный насос естественного отбора направляет сложность всего живого на пик Невероятности и служит как бы статистическим эквивалентом энергии солнечных лучей, поднимающей воду к вершинам реальных гор[205]. Жизнь эволюционирует в направлении увеличивающейся сложности только потому, что естественный отбор в локальном масштабе уводит ее от вероятного к невероятному. Это, в свою очередь, возможно исключительно благодаря неиссякаемому потоку солнечной энергии.
«Из такого простого начала…»
Сейчас мы куда больше Дарвина знаем о том, как происходила эволюция. Но о том, как все началось, мы знаем едва ли больше Дарвина. Я посвятил эту свою книгу обзору доказательств, но свидетельств относительно момента начала эволюции на планете у нас нет. Это могло быть событие невероятной редкости: ведь произойти оно должно было всего однажды, и, насколько мы знаем, так это и есть. Более того, возможно, оно произошло единственный раз во Вселенной (но я, честно говоря, так не считаю). Основываясь только на логике, без каких бы то ни было доказательств, мы можем лишь сказать, что Дарвин говорил о «простом начале». Противоположность простого — статистически маловероятное. Оно не возникает само по себе (именно это и означает малую вероятность). Начало должно было быть простым, а эволюция путем естественного отбора — по сей день единственный известный нам способ, которым из простого начала получается сложное.
В «Происхождении видов» Дарвин не обсуждал вопрос о начале эволюционного процесса. Он считал, что решение этой проблемы выходит за пределы возможностей современной ему науки. В письме Гукеру, которое я цитировал, Дарвин писал: «Думать сейчас о происхождении самой жизни — пустая трата времени. С тем же успехом можно размышлять о природе материи». Он, тем не менее, не исключал возможности того, что в далеком будущем ответ на этот вопрос будет найден (проблема происхождения материи, например, в значительной степени уже решена): «Должно пройти некоторое время, прежде чем мы увидим „слизь, протоплазму и так далее“, дающую жизнь новому животному».
В опубликованной Фрэнсисом Дарвином в 1871 году переписке своего отца в этом месте стоит сноска:
В 1871 году мой отец написал: «Часто говорят, что условия для образования первого живого организма существуют сейчас и, вероятно, существовали всегда. Но если (какое немаленькое если!) мы предположим, что в каком-нибудь маленьком теплом пруду, со всякими родами аммония и фосфорными солями, светом, теплом и электричеством и так далее, образовалась химическая смесь протеина, готовая к более сложным изменениям, то в настоящее время такая материя будет немедленно поглощена или впитана, что не могло бы произойти до того, как были образованы живые существа».[206]
С одной стороны, Дарвин предположил, как могла зародиться жизнь (знаменитый «маленький теплый пруд»), с другой — предложил ученым проститься с пустой надеждой увидеть повторное зарождение жизни. Даже если сложатся все условия для самозарождения живого организма, этот новорожденный немедленно будет «поглощен или впитан» (это сделают, скорее всего, бактерии).
Дарвин написал цитированные строки через семь лет после знаменитой лекции Луи Пастера в Сорбонне, где тот заявил:
«Никогда больше доктрина самозарождения жизни не оправится от смертельного удара, нанесенного ей этим простым опытом». Под «простым опытом» Пастер подразумевал демонстрацию того, что (вопреки распространенному в те времена мнению) в питательном бульоне, огражденном от контакта с микроорганизмами, они не появляются.
