SETI: Поиск Внеземного Разума - Лев Миронович Гиндилис

В п. 2.1.3 мы видели, как в недрах звезд главной последовательности осуществляется управляемый термоядерный синтез, благодаря чему звезда в течение миллиардов лет остается стабильной; такие ее характеристики, как светимость, температура поверхности, радиус остаются постоянными. Прекрасным примером саморегулирующейся системы является живая клетка. В системе рыночной экономики регулировка осуществляется посредством закона стоимости и т. д. Принцип действия подобных систем понятен на примере работы домашнего холодильника: когда температура в камере опускается ниже заданного предела, специальное устройство отключает ток, и холодильная машина перестает работать; под действием более теплого наружного воздуха температура в камере начинает медленно подниматься, но как только она превышает заданный предел, то же регулирующее устройство включает ток, и холодильная машина вновь начинает работать. В механике широко используются центробежные регуляторы для регулировки скорости вращения вала. Когда скорость вращения возрастает, шары регулятора расходятся и включают тормозное устройство; когда скорость падает до установленного уровня, шары отпадают, и тормозное устройство выключается. Электронный экспонометр фотоаппарата определяет освещенность объекта и автоматически и устанавливает нужную диафрагму; в результате световой поток, падающий на фотоэмульсию, остается в заданных пределах, несмотря на изменение наружной освещенности. Природа изобрела прибор, в котором осуществляется подобная регулировка — это человеческий глаз. При увеличении освещенности зрачок глаза сокращается, при уменьшении расширяется. В результате световой поток, падающий на сетчатку, остается в заданных пределах.

Во всех этих примерах (число которых можно было бы многократно умножить) саморегулирование осуществляется благодаря так называемой отрицательной обратной связи: изменение регулируемого параметра приводит к тому, что внутри системы включаются регулирующие механизмы, которые возвращают регулируемый параметр к прежнему значению, поддерживая стабильное состояние системы. Но все дело в том, что земная атмосфера не является системой с отрицательной обратной связью. На это обращает внимание венгерский физик-теоретик Г. Маркс[167]. Температура поверхности Земли, как уже отмечалось, определяется тремя факторами: потоком солнечной энергии, отражательной способностью (альбедо) Земли и пропусканием земной атмосферы. Малейшее понижение среднегодовой температуры ведет к увеличению снежного покрова и, как следствие, к повышению альбедо. А это, в свою очередь, приводит к понижению температуры и т. д. Следовательно, раз начавшись, процесс похолодания будет нарастать. Аналогично, повышение температуры, согласно Марксу, приводит к увеличению содержания углекислого газа и водяного пара в атмосфере, а это ведет к увеличению парникового эффекта и, следовательно, к дальнейшему повышению температуры. Подобные системы называются системами с положительной обратной связью. Равновесие их крайне неустойчиво, оно не может поддерживаться за счет внутренних регулирующих механизмов. Применительно к земной атмосфере проблема, как подчеркивает Маркс, усугубляется гем, что все при фактора, от которых зависит температура, меняются со временем и притом различным образом. Тем не менее на протяжении почти 4 миллиардов лет на Земле сохраняется постоянство температуры с точностью до 10%. В условиях положительной обратной связи это требует очень эффективного механизма внешней регулировки.

Какой фактор может осуществить такую регулировку? Термический баланс в значительной мере определяется пропусканием земной атмосферы, а пропускание зависит от ее химического состава. Следовательно, регулируя химический состав в атмосфере, можно, в принципе, стабилизировать температуру. Но при этом состав атмосферы не может изменяться произвольно, ибо для поддержания жизни необходим определенный химический состав. В современной атмосфере Земли химический баланс поддерживается очень точно. Маркс (со ссылкой на Дж. Лавлока) приводит следующий пример, связанный с содержанием кислорода в атмосфере и ее влажностью. Современная концентрация кислорода составляет 21%. Если бы она была ниже 10%, то горение было бы невозможно, даже при использовании в качестве топлива сухой древесины. (Между тем, мы знаем, какое важное значение для человека имеют процессы горения на Земле.) С другой стороны, если бы концентрация кислорода превысила 25%, то горели бы даже сырая трава и лес под дождем. При современной концентрации зеленая трава и лес не горят, если влажность превышает 15%. Вновь проблема состоит не столько в том, как установилось подобное сочетание параметров (хотя и это очень важно), сколько в том — как оно поддерживается. Ведь кислород постоянно воспроизводится в земной атмосфере в процессе фотосинтеза и выводится из нее вследствие процессов горения, дыхания, выветривания и т. д. В результате каждые 1000 лет атмосферный кислород полностью обновляется. Каким образом при этих условиях сохраняется его концентрация? Маркс замечает в связи с этим, что «термическая и химическая стабильность земной атмосферы скорее похожа на чудо, чем на необходимость»[168].

В наших рассуждениях, говоря о положительной обратной связи, мы не принимали во внимание фактор жизни. По мысли Маргулиса и Лавлока, именно жизнь выполняет роль регулирующего механизма. Она сама регулирует химический состав и температуру нижней атмосферы. Ибо рост организмов, с одной стороны, зависит от химического состава и температуры, а с другой стороны, влияет на химические процессы в окружающей среде с участием тех газов, которые необходимы для продолжения жизнедеятельности, в том числе с участием газов, регулирующих температуру Земли. Например, потепление климата ведет к увеличению биомассы организмов, которые в процессе своей жизнедеятельности используют фотосинтез. Благодаря этому количество углекислоты в атмосфере сокращается, что ведет к похолоданию. В результате восстанавливается прежнее значение температуры и (благодаря уменьшению биомассы) прежнее количество углекислого газа. Таким образом, если не рассматривать атмосферу изолированно, а в соответствии с концепцией Э. Зюсса и В. И. Вернадского, включить ее вместе с соответствующими слоями гидросферы и литосферы, заполненными «живым веществом» в единую систему биосферы Земли, то в такой системе будет действовать регулирующая отрицательная обратная связь. Лавлок и Маргулис назвали эту систему Геей, по имени древнегреческой Богини Земли.

Гея включает в себя полную систему жизни на Земле, т. е. все организмы, а также производимые и потребляемые ими газы, жидкости и твердые вещества. Лавлок рассматривает Гею, как гигантский живой организм, возникший в результате 4 млрд лет эволюции на Земле. Подобно любому живому организму, Гея стремится сохранить детальное равновесие, которое обеспечивает оптимальные условия для сохранения и воспроизведения жизни, т. е. для ее собственной жизнедеятельности. Все живые организмы на Земле, включая человека, являются частью этой сложной живой системы. Гея обеспечивает нас пищей, воздухом для дыхания и создает благоприятный для нас климат. Но каким образом мог возникнуть этот Сверхорганизм? Маркс считает, что, поскольку Гея существует в единственном экземпляре, она не может быть продуктом эволюции типа биологической, которая имеет дело не с отдельными организмами, а с их популяциями. «Поэтому, если она существует на самом деле, — заключает Маркс, — она не может быть спонтанно возникшим объектом, но вполне может быть разумным артефактом, перенесенным на Землю извне»