А знаете ли вы? если бы гравитация при образовании Вселенной была бы чуть больше, то Вселенная бы расширялась и далее, если бы меньше то схлопнулась бы. Если бы ядерные силы в водороде были бы чуть меньше то водорода бы не было, если бы больше - других элементов таблицы Менделеева не было бы.
Могла ли наша жизнь зародиться «естественным образом?» Может ли такое материалистическое предположение быть поддержано теми знаниями, которыми мы располагаем в области жизни живых организмов, природе энтропии? Так вот - первый закон термодинамики гласит: «Какой бы процесс ни происходил, суммарная полная энергия Вселенной сохраняется неизменной». Человечество признательно французскому математику Сади Карно, физику Джеймсу Прескотту Джоулю и другим. В 1820-х годах Карно изучал теоретический предел эффективности тепловых двигателей. Эксперименты Джоуля, проведенные в 1840г., по поводу механического и электрического эквивалента тепла, настолько важны, что единица измерения энергии названа в его честь. К середине 19 века первый эмпирический закон термодинамики считался научным сообществом доказанным.
Первый закон термодинамики может быть применим к превращению энергии, так например происходит при сгорании бензина. При сгорании газа химическая энергия молекул преобразуется в свет и тепло. Количество произведенного света и тепла равно по количеству затраченной энергии, это при условии, что если другие виды энергии в процесс не были вовлечены. Если полученное тепло будет использоваться в двигателе внутреннего сгорания, то химическая энергия превращается в тепло (поправка на потери связанные с глушителем, радиатором, трением о дорогу и о воздух), в механическую энергию, толкающую автомобиль, электрическую энергию для включения фар, стерео. Так или иначе, произведенная энергия равна израсходованной. Этот закон широко и повсеместно экспериментально был подтвержден.
Еще один закон сохранения был открыт за 40 лет до закона сохранения энергии. Закон сохранения масс был обнаружен серией изящных экспериментов химика Антуана Лавуазье в конце 18 века. Он может быть сформулирован следующим образом: «При любом природном процессе общая масса Вселенной остается неизменной». Или: при любом из могущих произойти процессов материя не исчезает насовсем в никуда и не появляется из ниоткуда.
Первый закон термодинамики сводится к математике природных процессов. Он не предскажет того, что именно произойдет в результате конкретного процесса, но скажет, что сделается с энергией. По этой причине нам мало одного этого закона, чтобы решить, была ли жизнь создана. Для наглядности, представим себе камень на краю обрыва скалы. Если он оторвется от края, то мы предскажем, что с ним будет: он упадет! Но, тем не менее можно попытаться описать то, что делается с энергией с точки зрения первого закона термодинамики. Потенциальная энергия гравитации превращается в кинетическую при падении камня. Частично потеря энергии происходит за счет трения о воздух. Что произойдет с кинетической энергией, когда камень ударится о землю? Превратится в тепло и частично в звуковую энергию. Если человек пройдет по земле там, где упал камень, он почувствует немного тепла на том месте. Ограниченность первого закона термодинамики видна на этом примере. Ничто в этом законе не запрещает всей тепловой энергии земли собраться вместе и спонтанно закинуть камень обратно. Любой интуитивно понимает, что это невозможно. Только первый закон термодинамики не объясняет, почему это так. Есть спонтанные процессы, которые происходят только в одном направлении.
Второй закон термодинамики абстрактнее первого. Одним из первых утверждений второго закона является следующее: «Тепло спонтанно поступает от горячих объектов к холодным, но не от холодных к горячим». К примеру, если вы положите горячий камень в холодную воду, то камень охладится, вода же потеплеет. Горячий камень не будет поглощать тепло из холодной воды, холодная вода ни в коем случае не станет еще холоднее. В ответ можно сказать: «Для подобных знаний мне наука не нужна». Это так. Однако использование этого закона в форме уравнения физиком Сади Карно помогло доказать невозможность создания вечного двигателя машины, функция которой преобразовывать тепловую энергию в механическую с КПД 100%. Работа Карно и других ученых, основанная на применении законов термодинамики, доказывающая эффективность паровых двигателей, способствовала развитию промышленной революции в 19 веке.
Поздняя формулировка второго закона принадлежит Клаузиусу. Формулировка закона имеет прямое отношение к химии и, следовательно, к зарождению жизни на Земле. Он звучит как: «При любом спонтанном процессе энтропия во Вселенной возрастает». Грубо говоря, энтропия есть мера случайности, свободы передвижений. В количественном выражении энтропия процесса - тепло процесса, в обратимом смысле, деленное на абсолютную температуру процесса. Если в течение процесса температура не была постоянной, то для определения энтропии потребуются вычисления. Клаузиус дал общие правила для предсказания спонтанности процесса. Процесс, который создает больше порядка или меньше энтропии, в этой Вселенной спонтанным не будет. Для наглядности перечислим несколько процессов, которые увеличивают энтропию. Поступая таком образом, мы увидим, что энтропия более интуитивна, чем это казалось. Например: растаявший лед. Молекулы воды изменили свое состояние с закрепленного по позициям на более свободное перемещение в пространстве. То, что увеличилась свобода перемещений, повлияло на то, что энтропия воды выше энтропии льда. Аналогичным образом при закипании воды увеличивается энтропия, так как молекулы пара больше не привязаны друг к другу как у воды, следовательно, возрастает свобода перемещений.
Очевидно, что подорвав дом, мы повысим энтропию в разы. Ясно, что возведение аккуратного здания, в котором и кирпичи ровно лежат, и каждая ветвь проводки на своем месте, потребует большого снижения энтропии. Значит, спонтанно это все не случится. Не будем однако, забывать, что достаточно привлеченной извне энергии разумного творца, и постройка дома состоится, о чем поговорим позже.
А что там у нас с химией? Большие по размеру молекулы, такие как ДНК, белковые, жиров и сахаров, находятся в низком состоянии энтропии. Создание этих макромолекул из более меньших по размеру, необходимый процесс, если уж создавать жизнь спонтанно, требует большого понижения энтропии. Большое уменьшение энтропии связано с двумя факторами. Во-первых, такие молекулы уменьшают свободу перемещения тысяч атомов, так как связывают их. Во-вторых, энтропия уменьшается из-за большой степени порядка, созданной внутри структуры трехмерной молекулы. Для нормального функционирования молекулы фермента, энтропия должна быть понижена нескольким способами. Во-первых, должны быть связаны несколько атомов верным образом для создания отдельных аминокислот. Во-вторых, сотни молекул аминокислот должны спонтанно собраться вместе. Правильное число каждой из двадцати природных аминокислот должны быть объединены в правильном порядке, чтобы фермент мог работать. Кроме того, трехмерная форма цепочки должна быть очень специфичным образом ориентирована, чтобы фермент мог функционировать нормально. Если первичный бульон, из которого, как предполагается, произошла наша жизнь, содержал бы еще что-то сверх двадцати правильных аминокислот - они должны были бы быть, то это лишнее надо было бы обязательно исключить из структуры.
Даже если благодаря случаю, большая, упорядоченная молекула типа ДНК или ферментов, создались бы в явное нарушение второго закона термодинамики, тот же закон предсказал бы скорое разрушение этой молекулы из-за капризов окружающей среды. Она распалась бы на очень мелкие случайные куски, с большей энтропией. Вот почему, нобелевский лауреат химик Мелвин Калвин, сказал, что когда они изучают древние отложения под болотами, они не разыскивают в них белки и полисахариды. Общеизвестно нестабильное состояние этих молекул. Почему материалисты полагают, что эти молекулы строились и развивались в более сложные структуры на протяжении большого периода времени, в древней окружающей среде? Это выше второго закона термодинамики.
Без ответа остался один вопрос. Бумага есть. Энтропия её низка. Жизнь существует, несмотря на второй закон термодинамики. Даже если жизнь создал Бог, то не попирает ли наше существование постулат второго закона термодинамики? Не должны ли живые существа создавать белки, нуклеиновые кислоты с низкой энтропией нарушая второй закон? Ответим на этот заковыристый вопрос.
Как такая упорядоченная жизнь может существовать с такой необъяснимо низкой энтропией? Ответ в том - что живые существа имеют энергетически фиксированный механизм. Другими словами, все живые существа имеют способность получать нужную энергию из окружающей среды и использовать её для понижения энтропии. Например, для синтеза больших упорядоченных молекул. Живое существо имеет чрезвычайно сложный комплекс метаболических путей, ряд химических шагов, которые контролируют молекулы ферментов, которые организм использует, чтобы превратить еду в сырье. Это сахара, жиры, аминокислоты, которые посредством метаболизма превращают энергию пищи в хранящие энергию молекулы аденозинтрифосфата. Энергия, запасенная в этих молекулах, используется разумным путем, позволяя живой клетке синтезировать большие молекулы белка и нуклеиновых кислот. Эти молекулы позволяют живому есть, расти, думать и даже размножаться.
Суть заключается в том, что если энергия используется подконтрольно, то она может быть использована для локального понижения энтропии за счет увеличения глобальной энтропии. Это эффект холодильника. Холодильник перемещает тепло из холодного места в теплое. Это нарушение первоначальной формулировки второго закона, на первый взгляд. Тем не менее второй закон допускает возможность привлечения энергии извне системы для локального уменьшения энтропии, если это включено в систему и контролируется. Но дело в том, что холодильники не производят себя сами. Думающий и планирующий разработчик потребуется для создания такого рода устройства. То же самое, но с неизмеримо большей степенью, верно и в отношении создания живых существ. Такие вещи с таким грандиозным порядком, такой низкой энтропией стали возможными лишь потому, что умнейший дизайнер создал химическую систему, которая позволяет включать пищевую энергию, позволяя синтезировать вещества, которые позволяют получать энергию из пищи.
Если создание жизни было спонтанным химическим событием, то требуется сокращение обоих видов энтропии. Когда уменьшается термическая энтропия, порядок возникает из беспорядка, подобно тому, как беспорядочные молекулы воды выстраиваются в геометрические паттерны и вода становится льдом. Лед, однако, информации не содержит. Сокращение тепловой энтропии может создать повторяющийся узор, но не создаст систематизированной, не случайной информации. Когда бензин сгорает в двигателе внутреннего сгорания, производимая энергия может использоваться для сжатия газа, перемещения поршня, может заставить машину ехать в гору. Энергия используется в этом случае, чтобы вызвать не спонтанный процесс - движение машины в гору, но процесс не производит информации.
Ни одна из этих иллюстраций не включает уменьшение информационной энтропии. Рассмотрим комнату с колодой карт, случайным образом рассыпанных на полу. Теперь представьте себе пылесос для выдувания листьев со двора. Он направлен на карты как источник энергии. Энергия может загнать в угол все карты, уменьшая тепловую энтропию. Как бы то ни было, эта энергия не отделит друг от друга бубны, трефы, пики, червы. И уж не построит точно карточного домика. Вероятность создания карточного домика таким пылесосом равна нулю. Энергия с уклоном на творчество создаст домик из карт, разложит их аккуратно по мастям. Простое вбрасывание энергии в систему не уменьшит информационной энтропии системы в значимой степени. Дело в том, что тепловая энергия всегда имеет тенденцию к снижению информации.
Холодильник предоставляет собой еще один пример. Холодильник может быть использован для уменьшения энтропии внутри прибора. Он использует электрическую энергию для уменьшения тепловой энтропии. Однако бросать энергию в середину деталей, необходимых для производства холодильника? Это не используется при производстве холодильников. Нельзя взять кучу железной руды и сырой нефти, а также все другие виды сырья, необходимые для создания холодильника, а затем просто добавить энергии и ждать достаточно долго для того, чтобы получился холодильник. Болты в соответствующих отверстиях, ремень на двигателе. Требуется направить поток энергии, необходимой для создания холодильника. Почему? Поскольку холодильник содержит информацию.
В природе то же самое. Она не создает информации сама по себе. Материалисты, полные решимости сохранить веру в случайное творение жизни, просто избегают требований для большого снижения информационной энтропии для того, будто бы жизнь зародилась без этого. Люди поднаторели в создании объектов с низкой информационной энтропией. Такие объекты иллюстрируют общее правило, что ум и творчество необходимы для энергии, которая будет создавать информацию. Рассмотрим пустую кассету. Она содержит магнитный материал, который когда мы её купили, был случайно ориентирован с высокой энтропией. Когда электрический сигнал, пропорциональный звук музыкального инструмента проходит через записывающую головку, магнитное поле на ленте перестает быть случайным - низкая информационная энтропия, производя необходимое для того, чтобы мы слушали музыку, которая будет воспроизводиться, когда магнитный сигнал будет считываться прибором. Кто-нибудь верит, что применение магнитной энергии наугад поможет воспроизводить музыкальное произведение, с ритмом, текстом Ответ: решительное «Нет!» Это потребует значительного снижения информационной энтропии. Это может быть сделано только путем разумного замысла.
Даже простейший живой организм является гораздо более сложным и имеет гораздо больше информации, чем карточный домик или кассета с музыкальным произведением. Иными словами, вероятность применения пылесоса к куче игральных карт для карточного домика гораздо выше, чем шансов у предбиологического супа для создания даже одного гена, не говоря уже тысячах белков, углеводов, нуклеиновых кислот и липидов, необходимых для производства живого организма. Вероятность постройки карточного домика пылесосом не просто мала, она равна нулю. Даже если по некоторым удивительным совпадениям все карты просто придут в нужное положение, чтобы сформировать дом, в некоторый момент времени тот самый вакуум, который создал дом, в первую очередь будет тут же ломать его. Это еще одна причина того, что предположение ученых, о том, что неограниченное количество энергии может создать большую степень информационного порядка нелогично. Большое количество энергии, необходимое для уменьшения энтропии химической системы или группы карт будет очень быстро убирать информацию, даже если она и была на какое-то мгновение.
Существует проблема. Волшебный ингредиент, который достают из рукава в этот момент те, кто не верят в Создателя. Проблема заключается в том, что в системах, которые не контролируются умом, время неизбежно порождает высокую энтропию. Если вы играете в лотерею десять миллионов раз, вероятность выигрыша повышается. Тем не менее невозможные события, как те, которые грубо уменьшают информационную энтропию без вмешательства интеллекта, не будет становиться все более возможным со временем. Например, вероятность того, что очень большой астероид столкнется с Землей в этом году крайне низка. Тем не менее можно прогнозировать, что в промежуток времени около десяти тысяч лет, это очень маловероятное событие возрастет по вероятности. Представьте себе, столкновение с астероидом, отмотанное назад - триллионы частиц пыли, небольших камней, а также миллионы частиц газа, которые спонтанно собрались, чтобы стать гигантским астероидом, который затем поднимает себя с поверхности земли, чтобы умчаться обратно в космос. Это невозможное событие, вероятность которого не будет расти со временем. То же самое относится к формированию жизни без Создателя. Живые клетки способны нарушать закон информационного производства, поскольку они уже содержат информацию. Информация содержится в ДНК. Эта информация может разумно направлять синтез белков, углеводов, липидов и, самое главное, воспроизведение информации для следующего поколения клеток. Без предварительной информации, которая существует в клетке, такие процессы невозможны. Живые клетки также имеют удивительное свойство, которое позволяет им производить точные копии своей информации. Это чрезвычайно сложнейший процесс, управляемый многими ферментами, называется репликацией ДНК.
О каком количестве информации мы говорим? Возьмем нашу модель бактерии кишечной палочки, упомянутой ранее. Геном бактерии значительно меньше, чем у людей, он включает миллионы пар, в отличие от около четырех миллиардов у людей. Геном палочки составляет 4,6 миллионов основных пар. Ради спора, давайте допустим, что простейшая примитивная жизнь может содержать только лишь около двух миллионов основных пар в ДНК. Это эквивалентно книге в около тысячу страниц. Разве это возможно взять около двух миллионов букв, запятых, точек и пробелов, бросить их случайно на листы бумаги, и выпустить книгу, которую можно читать? Это невозможно. Ни время, ни энергия, ни безграничные поставки букв не напечатают книги. Но даже пример с буквами слишком прост. Живое существо имеет уровни информационного порядка сверх тех двух миллионов единиц информации, что содержится в нуклеиновых кислотах. Помните, что первые живые существа одновременно содержали как ДНК с двумя миллионами единиц информации, так и белки, которые, были образованы из ДНК. Белки в этой случайной клетке должны соответствовать ДНК, которая формирует их в свою очередь. Добавим к тому еще и то, что определенная информация содержится в жирах, углеводах, и человек начинает видеть масштабность проблемы. Кроме того, мир, в котором жизнь, как предполагается, начала быть был гораздо меньше склонен к накоплению информации, чем наша модель с бумажкой, на которой мы рассыпали буквы.
Большое количество проблем, связанных со случайным появлением жизни на Земле можно было бы упомянуть. Надеюсь, что основной момент был уяснен. Велико искушение призвать на помощь вероятность со статистикой, например вероятность создания конкретной цепи белка из случайных аминокислот, вероятность включения других посторонних молекул. Выбрасывание маленьких и очень маленьких чисел, умножение их, произведение еще более маленьких и так до бесконечности. В конце концов, информационные требования снижает вероятность еще одной полезной молекулы ДНК и сводится к нулю. Таким образом, законы термодинамики означают, что зарождение жизни никогда не могло бы быть результатом естественных процессов. Никакое количество научных разговоров не изменит этого факта. Поэтому многие ученые цепляются за естественное объяснение происхождения жизни, что является либо отсутствием достаточного понимания соответствующих научных законов или, что вернее, нежелание отказаться от предвзятости. Будто законами природы можно объяснить все, что когда-либо случилось или когда-то произойдет. Весьма значительный объем информации может быть создан только с помощью системы, которая уже содержит информацию. Интеллектуальный ввод энергии необходим для снижения информационной энтропии. Вывод: зарождение жизни неизбежно и неотвратимо требует разумного Творца.
