Небесное тело может находиться на более или менее постоянном расстоянии от источника энергии, только вращаясь вокруг звезды. Вблизи любой звезды, и наше Солнце не исключение, есть небольшая зона, купающаяся в тепле и свете, в которой возможны возникновение и эволюция жизни. При отдалении от звезды эта потенциально обитаемая зона быстро сокращается, подчиняясь закону обратных квадратов расстояния: количество тепла и света, достигающих объекта, уменьшается не пропорционально расстоянию от тела до звезды, а пропорционально квадрату этого расстояния. Нетрудно понять, почему это так. Представьте себе концентрические сферы с увеличивающимися радиусами и общим центром — какой-либо звездой. Ее энергия расходится во все стороны и равномерно распределяется по внутренней поверхности сферы. Площадь поверхности сферы пропорциональна квадрату ее радиуса. Таким образом, если сфера А отстоит от звезды вдвое дальше сферы Б, то же количество фотонов попадет на площадь в четыре раза большую. Именно поэтому внутренние планеты Солнечной системы — Венера и Меркурий — раскалены, а внешние (Нептун и Уран) темны и холодны (хотя и не настолько, как межзвездное пространство).
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:
