Наши атомы переживут нас. А мы? (часть 1)

В паспорте написана точная дата рождения человека. Если конечно она действительно точная. Бывает и выдуманная. Но с точки зрения физики эта дата в любом случае крайне условна. Дело в том что ничего из того, из чего мы состоим, не появилось в день нашего рождения. Вообще ничего. Все уже было.

Если взять условного человека массой около семидесяти килограммов и разложить его не на органы и ткани, а на химические элементы, получится примерно 10^{28} атомов — число с двадцатью восемью знаками. Подавляющая часть массы человеческого тела приходится всего на четыре элемента: кислород, углерод, водород и азот. Затем идут кальций, фосфор, сера, калий, натрий, хлор, магний, железо, цинк и длинный хвост веществ, присутствующих в совсем небольших количествах. В биологии часто используют сокращение CHNOPS — carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, phosphorus, sulfur: шесть элементов, без которых известная нам жизнь практически немыслима.

На бумаге это выглядит как скучная таблица химического состава. Но за каждой строкой этой таблицы стоит отдельная история Вселенной.

В первые минуты после Большого взрыва не существовало ни Земли, ни звёзд, ни планет, ни атомов в привычном нам смысле. Космос был слишком горячим. Протоны и нейтроны соединялись в первые лёгкие ядра — прежде всего водорода и гелия, с небольшими примесями лития и бериллия. Примерно через пять минут первичный нуклеосинтез практически закончился. Только спустя около 380 тысяч лет Вселенная остыла настолько, что ядра смогли удерживать электроны и появились нейтральные атомы.

Популярная фраза «атомы водорода в нас почти ровесники Вселенной» требует маленькой поправки. Электроны вокруг ядер за прошедшие миллиарды лет могли бесчисленное количество раз переходить от одного атома к другому. Но подавляющая часть водородных ядер — обычных протонов — действительно принадлежит к первичному веществу космоса.

Вода в наших слезах содержит водород, история которого начинается там, где начинается известная нам история Вселенной.

Но углерода тогда ещё не было. Кислорода не было. Кальция не было. Железа не было.

Чтобы однажды появились кости, кровь, мышцы, ДНК и человеческий мозг, одной молодой Вселенной было недостаточно.

Вселенной сначала пришлось зажечь звёзды. А затем некоторым из них — умереть.

В звёздных недрах лёгкие ядра соединялись в более тяжёлые. В разных звёздах, на разных стадиях их жизни и гибели происходили разные цепочки нуклеосинтеза. Так появилась значительная часть углерода, кислорода, азота и других элементов, без которых никакой человеческой биохимии не было бы. Массивные звёзды в конце жизни производили всё более тяжёлые ядра, а их взрывы разбрасывали это вещество на огромные расстояния. Другие элементы поступали в межзвёздную среду из умирающих звёзд меньшей массы, взрывающихся белых карликов и других астрофизических процессов.

У разных частей вашего тела поэтому разные космические родословные.

Углерод, образующий каркас органических молекул, был произведён звёздным нуклеосинтезом.

Кислород, составляющий по массе больше любого другого элемента человеческого тела, связан прежде всего с историей массивных звёзд. NASA приводит особенно выразительную оценку для вещества Солнечной системы: практически весь её кислород был произведён массивными звёздами; примерно половина кальция и около сорока процентов железа также связаны с их взрывами, а существенная часть остального кальция и железа пришла из термоядерных взрывов белых карликов.

Железо особенно красиво вписывается в эту историю. В нашем организме его всего несколько граммов. Но без этих нескольких граммов гемоглобин не смог бы переносить кислород так, как делает это сейчас.

Металл, рождённый в астрофизической истории звёзд, оказался встроен в молекулярную машину, благодаря которой вы читаете эту строку.

Фосфор входит в состав ДНК и АТФ — одной из главных молекул энергетического обмена клетки. Кальций поддерживает архитектуру скелета и участвует в клеточной сигнализации. Углерод образует молекулярный каркас тканей. Кислород и водород составляют воду, без которой человеческое тело перестало бы существовать как функционирующая система.

Мы привыкли говорить «моё тело», словно получили его новым.

Но почти ничего нового в материале нет.

Наше тело — временная композиция из вещества, которое Вселенная производила, перерабатывала, разбрасывала, собирала в новые звёзды и планетные системы задолго до появления первого человека.

Причём внутри одного тела встречается вещество почти немыслимо разных возрастов. Рядом с первичным водородом находятся ядра, произведённые поколениями звёзд значительно позже. А часть радиоактивного углерода-14 в человеческом организме вообще имеет совсем недавнее происхождение: он непрерывно возникает в атмосфере под действием космических лучей. Некоторая доля углерода-14, находящегося сегодня в биосфере и в людях определённых поколений, связана даже с атмосферными ядерными испытаниями XX века — знаменитым «bomb carbon».

В одном человеческом теле соседствуют следы ранней Вселенной, давно погибших звёзд, космических лучей и человеческой истории.

Мы в этом смысле не просто «сделаны из звёзд». Эта фраза уже слишком часто печаталась на кружках и футболках, чтобы мы ещё чувствовали её настоящий смысл. Хотя фраза нужно признать, красивая. Точнее сказать иначе:

Человеческое тело — это место, где на несколько десятилетий встретилось вещество с совершенно разными космическими биографиями.

Но здесь начинается ещё более странная вещь. Даже сейчас у вас нет одного неизменного набора атомов, который можно было бы назвать «мной».

Вы непрерывно обмениваетесь веществом с миром. Вдыхаете кислород, выдыхаете углекислый газ. Пьёте воду и отдаёте её. Углерод пищи становится частью молекул вашего тела, а затем покидает его. Белки разрушаются и синтезируются заново. Липиды заменяются. Клетки одних тканей живут относительно недолго, других — годами.

Но и популярная история о том, будто «каждые семь лет человек полностью заменяет все свои атомы», неверна. Организм обновляется крайне неоднородно. Радиоуглеродные исследования, например, показали, что около десяти процентов жировых клеток взрослого человека обновляется ежегодно. В то же время центральная часть здорового ахиллова сухожилия может содержать коллаген, сформированный ещё в молодости и почти не заменявшийся на протяжении десятилетий.

Это важнее любого красивого мифа о «полном обновлении тела».

Потому что реальность задаёт куда более неудобный вопрос. Часть вещества приходит. Часть уходит. Какие-то структуры меняются быстро. Какие-то сохраняются десятилетиями.

Ребёнок, которым вы были, физически совсем не тот организм, который сейчас смотрит на экран. Изменились размеры тела, количество клеток, химический состав, нейронные связи, воспоминания, убеждения, желания, голос, лицо. Но вы не говорите: «тот ребёнок умер, а потом возник я».

Вы говорите:

«Это был я».

На каком основании?

Если не существует одного набора атомов, который непрерывно переносит вашу личность из детства в старость, то человек явно не сводится к принадлежности конкретного вещества.

Более того, с физической точки зрения живое тело вообще правильнее представлять не как предмет, а как процесс.

Камень можно положить на стол и практически ничего не делать для поддержания его «каменности». Живой организм так существовать не может. Жизнь — состояние, которое приходится непрерывно оплачивать потоком энергии и вещества. Биологические системы являются открытыми системами, работающими вдали от термодинамического равновесия. Они постоянно поддерживают химические различия, концентрационные градиенты, мембранные потенциалы, структуру белков, распределение ионов, температуру и тысячи других неравновесных состояний.

Равновесие для живого организма — не уютное состояние покоя. Равновесие — это результат работы, которая удерживает его живым. Особенно хорошо это видно на мозге.

Человеческий мозг составляет примерно два процента массы тела, но в состоянии покоя потребляет около двадцати процентов кислорода и энергетического бюджета организма. Его метаболическая мощность — порядка двадцати ватт. Не сотни киловатт. Не энергия электростанции. Примерно мощность небольшой лампы.

И эти двадцать ватт расходуются вовсе не главным образом тогда, когда человек решает интегралы или пишет роман. Мозг дорог уже просто потому, что он существует и функционирует. Огромные энергетические затраты нужны для поддержания ионных градиентов, восстановления концентраций натрия и калия после нейронной активности, синаптической передачи, работы мембран и постоянного молекулярного обслуживания нервной ткани.

С физической точки зрения это выглядит почти абсурдно скромно.

Около двадцати ватт.

Но внутри этой мощности помещается целая субъективная Вселенная.

Лицо матери.

Первая любовь.

Стыд за поступок, о котором никто больше не знает.

Звук голоса человека, которого давно нет.

Запах квартиры из детства.

Страх перед будущим.

Способность понять математическое доказательство.

Вкус кофе.

Ревность.

Музыка, от которой внезапно стало трудно дышать.

Ощущение прикосновения чужой руки.

Вера.

Сомнение.

Ночная мысль о собственной смерти.

Способность посмотреть на звёзды и впервые всерьёз осознать:

я существую.

Мы называем всё это одним крошечным словом — «я».

И здесь смерть приобретает совсем иной физический смысл.

При смерти не исчезает энергия. Законы сохранения никуда не деваются. Не испаряются мгновенно углерод, кальций или железо. Даже большая часть молекул не обязана немедленно разрушиться. Прекращается другое.

Организм перестаёт расходовать свободную энергию на поддержание своей невероятно сложной неравновесной организации. Мембранные потенциалы рушатся. Ионные градиенты постепенно выравниваются. Метаболические циклы останавливаются. Электрохимическая активность мозга прекращается. Система, десятилетиями удерживавшая себя вдали от равновесия, начинает двигаться в сторону состояний, которые уже не требуют постоянной работы.

Поэтому фраза «двадцать ватт гаснут» красива, но физически смысл глубже.

Гаснет не энергия. Гаснет организованный процесс.

Смерть физически — это не исчезновение вещества. Это прекращение процесса, который заставлял вещество быть человеком.

А вещество продолжает путь.

Тело разрушается. Его химическая организация исчезает. Молекулы распадаются и перестраиваются. Углерод может оказаться в атмосфере или почве, затем в растении, животном, микроорганизме. Кислород — в воде. Кальций — в минералах. Какие-то атомы останутся на Земле чрезвычайно долго. На достаточно больших временны́х масштабах их судьба становится почти невозможно представить.

Через миллиарды лет Солнце изменится до неузнаваемости. Земная биосфера исчезнет задолго до самых поздних этапов его эволюции. Вещество планетной системы может быть перераспределено. Часть когда-то земной материи теоретически способна оказаться выброшенной в межзвёздное пространство, войти в состав других объектов или пройти через процессы, масштаб которых не имеет никакого отношения к человеческой биографии.

Материя чрезвычайно терпелива. Она не знает, что когда-то была вами. Но человек оставляет после себя гораздо больше, чем рассеянные атомы.

Остаются вещи, которых он касался. Комната, в которой он жил. Царапина на столе. Книга с загнутой страницей. Чашка, которую он держал каждое утро. Старое пальто, всё ещё сохраняющее форму плеч. Фотография, на которой человек улыбается и ещё не знает, сколько ему осталось. Но вещи — только самый грубый слой.

Остаются слова.

Иногда одна случайная фраза, произнесённая двадцать лет назад, продолжает жить в другом человеке дольше, чем тот, кто её сказал.

Остаётся чья-то решимость, потому что когда-то вы её поддержали. Остаётся профессия, которую кто-то выбрал после разговора с вами. Остаётся музыка, которую человек полюбил благодаря вам. Остаётся привычка. Шутка. Способ произносить определённое слово. Интонация.

Остаётся чужая боль, потому что когда-то вы были жестоки.

Остаётся страх, который вы передали ребёнку, сами того не заметив.

Остаётся смелость, которой вы заразили другого человека.

Иногда остаётся вера.

Иногда — рана.

Мы действительно продолжаем происходить в других людях. Вопрос — как именно мы продолжаем. Причём это утверждение не только поэтическое.

Память о вас существует физически — в изменённом мозге другого человека. Разговор с вами когда-то повлиял на его нейронные процессы. Ваш поступок изменил его решение. Это решение стало причиной другого события, которое затронуло ещё кого-то. Человеческие жизни переплетены причинно, и после смерти одного человека последствия его существования не получают команды остановиться.

Для кого-то вы будете любовью всей жизни.

Для кого-то — человеком, который однажды спас вечер одним телефонным звонком.

Для кого-то — тем, кто унизил его в школе сорок лет назад.

Для кого-то — учителем.

Для кого-то — фотографией.

Для кого-то — только фамилией в старом документе.

А потом умрут и они.

И тот подробный образ, который сохранялся в памяти близкого человека, станет беднее. Останется несколько рассказов. Затем имя. Затем, возможно, ничего, что можно было бы непосредственно связать с вами.

На человеческом масштабе это кажется исчезновением. На физическом — далеко не всё исчезло. Ваши атомы всё ещё где-то находятся. Тепло вашего тела давно рассеялось. Фотоны, когда-то отражавшиеся от вашего лица, давно ушли дальше. Хотя, возможно, прежде чем уйти, эти фотоны оставили след на матрице смартфона или пленочной фотоэмульсии…

Причинные последствия ваших действий продолжают быть частью состояния мира.

Может быть, в ничтожной степени, но Вселенная после вашего существования уже не находится точно в том состоянии, в котором находилась бы, если бы вас никогда не было. В этом смысле исчезнуть бесследно практически невозможно.

Но вот неприятность.

Фотон — не вы.

Углерод — не вы.

Генетическая последовательность — не вы.

Память жены о вас — не вы.

Рассказ друга — не вы.

Страница, которую вы написали, — не вы.

Даже совокупность всех ваших последствий во Вселенной — всё ещё не очевидно вы. Это ваши следы.

Иногда прекрасные.

Иногда страшные.

Иногда настолько сильные, что меняют жизнь другого человека.

Но всё-же — лишь следы.

(продолжение здесь)