ПУТЕШЕСТВОВАТЬ ПО НАШЕЙ ГАЛАКТИКЕ ВОЗМОЖНО В СЕТИ



Александра ПОНОМАРЕВА






Темы дня:
• Ученые: вишневый сок обладает чудодейственной силой
• Реально ли многомирие?
• Техногенный сейсмос: почему возникает неожиданная активность земных недр
• Что значило в начале 1961 года быть космонавтом N 1?
• Солнце выходит из необычно долгой "спячки"
• Уникальные фотографии нашей планеты, сделанные с борта МКС
• Чтобы научно смоделировать зарождение жизни, нужно быть Богом: мнение ученого



begun Дать объявление

Последние события
Актуальные новости. Описание происшествий. Мнения экспертов на BFM. RU
bfm.­ru

Все объявления

Попутешествовать по нашей галактике можно не отходя от собственного компьютера. Для начала посмотрим на то, как выглядит Земля из космоса. Сделать это можно с помощью известного приложения Google "Планета Земля". Как обещают создатели, кроме уже привычного просмотра карт местности, можно будет опуститься на дно океана и слетать в космос. Загружаем программу Google Планета Земля - и вуаля: на экране появляется наша планета (вид из космоса), с помощью мышки ее можно вертеть как угодно. Увеличиваем масштаб и можем видеть, как перемещаются атмосферные фронты. Если хочется взглянуть на фотографии, то на сайте earthobservatory.nasa.gov Nasa вот уже на протяжении 11 лет выгладывает портрет Земли с орбиты в оригинальном разрешении. Вчера, например, в объектив попало озеро Фром в Южной Австралии. Полюбовавшись на родную планету, отправляемся искать жизнь на Марсе. На сайте hirise.lpl.arizona.edu астрономы-энтузиасты выкладывают фотографии Красной планеты. Иногда даже попадаются видеоролики, презентации и 3D-стереопары. Свои собственные фотографии также можно выложить с помощью программы HiWish (uahirise.org/hiwish). На фотографии, сделанные зондами Nasa, можно посмотреть на marsprogram.jpl.nasa.gov. Дальше летим к Млечному Пути. На gigagalaxyzoom.org выложена удивительно четкая панорама. Самое разное документальное видео из космоса доступно на spacevideo.ru.

Напоследок самое интересное. Космос глазами тех, кто там был. Астронавты - люди продвинутые и ведут блоги прямо с международной космической станции. Например, Соити Ногути (тот самый, что приготовил суши на борту МКС) завел Twitter. На twitpic.com/photos/Astro_Soichi он выкладывает фотографии МКС и виды Земли из космоса. Побережье Испании, Вьетнам, Гаити, Голубая лагуна в Красном море, Гайд-парк и многое другое уже засветились в блоге Соити. А вот его коллега Тимоти Кример, также находящийся на борту, любит пообщаться с читателями своего Twitter twitter.com/@Astro_Tj. Блог нашего соотечественника Максима Сураева roscosmos.ru/main.php?id=181 журнал Whired признал "самым интересным и смешным".

"На этом "Прогрессе" Ромке прислали автожурналы, письма от родных и близких, конфеты, шоколад и всякие сладости. Вообще передачи с Земли от родных чем-то напоминают передачи в больницу", - рассказывает улыбчивый Максим. Еще он выкладывает любительские фотки с борта МКС. Такими космонавтов мы еще не видели.
Контекстная рекламаБегун
Лучшие туры в Египет
Отдых в Египте! Спецпредложения и горящие путевки.Оцените этот текст

1
2
3
4
5

РЕАЛЬНО ЛИ МНОГОМИРИЕ?



Юрий ЛЕБЕДЕВ кандидат технических наук






Темы дня:
• Итальянские ученые отсрочили дату конца света
• Чтобы научно смоделировать зарождение жизни, нужно быть Богом: мнение ученого
• Сенсационная гипотеза немецких ученых: человеческие действия запрограммированы
• Разумные люди появились в Сибири раньше, чем в Африке
• Ученые нашли способ "оживить" обсерваторию "Коронас-Фотон"
• Ученые получили новые значения элементарных частиц
• Найден виновник неоднократных массовых вымираний живых существ



begun Дать объявление

Диссертация за 500 рублей
Доставка из РГБ в формате PDF, скидки, различные варианты оплаты.
www.­dissercat.­com

Все объявления

Параллельные, пересекающиеся, ветвящиеся и вновь сходящиеся вместе миры. Что это — выдумка писателей-фантастов или реальность, ещё не осознанная? Тема многомирия, развиваемая философами с античных времён, в середине XX века стала предметом обсуждения физиков. На основе принципа взаимодействия наблюдателя с квантовой реальностью появилась новая интерпретация квантовой механики, получившая название «оксфордской». Её автор, молодой физик Хью Эверетт, встречался с Нильсом Бором, основателем общепринятой на тот момент «копенгагенской» интерпретации квантовой механики. Но общего языка они не нашли. Их миры разошлись…

Идея о множественности миров зародилась на огромных пространствах от гор и равнин Эллады до Тибета и долины Ганга в Индии около 2500 лет назад. Рассуждения о многомирии можно найти в поучениях Будды, в беседах Левкиппа и Демокрита. Известный философ и историк науки Виктор Павлович Визгин проследил эволюцию этой идеи у античных философов — Аврелия Августина, Николая Кузанского, Джордано Бруно, Бернара Ле Бовье де Фонтенеля. В конце XIX — начале ХХ века в этом ряду появляются и отечественные мыслители — Николай Фёдоров с его «Философией общего дела», Даниил Андреев с «Розой мира», Велимир Хлебников в «Досках судьбы» и Константин Циолковский, чьи идеи ещё очень мало изучены.

ХХ век в науке — это, по общему признанию, «век физики». И физика не могла обойти молчанием фундаментальный мировоззренческий вопрос: живём мы в единственной Вселенной или существует множество вселенных — миров, подобных нашему либо отличных от него?

В 1957 году среди многочисленных философских разновидностей идеи многомирия появилась первая строго физическая. В журнале «Reviews of Modern Physics» (1957, v. 29, №3, p.454 — 462) опубликована статья Хью Эверетта III «”Relative State” Formulation of Quantum Mechanics» («Формулировка квантовой механики через “соотнесённые состояния”»), и возникло новое направление в науке: эвереттика, учение о физичности многомирия. В русском языке термин образовался от имени автора главной физической идеи; на Западе чаще говорят о «многомировой интерпретации» квантовой механики.

Почему сегодня эти идеи обсуждают не только физики и почему в адрес Эверетта звучит весь спектр оценок и эмоций — от «гениальный физик» до «абстрактный фантазёр»?

Эверетт предположил, что Вселенная Коперника — только одна из вселенных, а основа мироздания — физическое многомирие.


Чарльз Мизнер, Хейл Троттер, Нильс Бор, Хью Эверетт и Дэвид Харрисон. Встреча в Принстонском университете, 1954 год

С точки зрения наиболее общей космологической теории хаотической инфляции, развиваемой многими известными физиками, мироздание представляется мультиверсом, «древом ветвей», в каждой из которых свои «правила игры» — физические законы. И в каждой ветви мультиверса свои «игроки» — элементы природы, весьма отличные от наших частиц, атомов, планет и звёзд. Они взаимодействуют, порождая «пространства и времена», специфические для каждой ветви. Поэтому большинство ветвей мультиверса — абсолютная terra incognita для нашего восприятия и понимания. Но есть среди них и те, условия в которых благоприятны для возникновения Разума нашего типа. В одной из таких вселенных мы и живём.

До последнего времени физики, изучающие «правила игры» в нашей ветви мультиверса, обращали внимание на всё — от сильного взаимодействия в мельчайших частицах вещества до гравитации, управляющей метагалактиками, — за исключением сознания — того феномена реальности, который и определяет специфику нашей Вселенной.

Фактически табуированное в теоретической физике, сознание изучается «пограничными» с гуманитарной областью науками — психологией, психиатрией, социологией и т.п. При этом сознание чётко не выделяется из сложного комплекса психического — триады сознания, разума, интеллекта.

А в пионерской статье Эверетта сознание наблюдателя впервые получило статус «физического параметра». И это вторая основа, на которой развилась эвереттика.

С эвереттической точки зрения «ощущаемая реальность» представляет собой множество классических реализаций физических миров (КРФМ) и построенных на их основе разумно осознанных миров, отражающих взаимодействие Наблюдателя с единственной квантовой реальностью нашего универса. Эта совокупность, по предложению ведущего научного сотрудника ФИАН, доктора физико-математических наук, профессора Михаила Борисовича Менского, получила название «альтерверс».

Суть эвереттической трактовки событий в нашей ветви мультиверса сводится к тому, что ни один из возможных исходов квантового взаимодействия Наблюдателя и Объекта не остаётся нереализованным, однако каждый из них осуществляется в своей КРФМ («параллельной вселенной», как её часто называют в популярной литературе).

Ветвление КРФМ порождает «соотнесённое состояние» Эверетта — взаимодействующее единство Наблюдателя и Объекта. Согласно концепции Эверетта, квантово-механическое взаимодействие Объекта и Наблюдателя приводит к образованию совокупности разных миров, причём число ветвей равно числу физически возможных исходов этого взаимодействия. И все эти миры реальны.

Основываясь на таком физическом фундаменте, называемом сегодня оксфордской интерпретацией квантовой механики, эвереттика обобщает постулат Эверетта на общий случай любого взаимодействия. Это утверждение эквивалентно тому, что признаётся реальным физическое многомирие, которое включает в себя сознание как неотъемлемый элемент.

Оксфордскую интерпретацию квантовой механики сегодня пропагандируют физики, чей авторитет в мире современной физики бесспорен, но и оппонируют ей также безусловные авторитеты (например, Роджер Пенроуз). Их контраргументы не опровергают физической корректности построений Эверетта (её математическая безупречность проверена неоднократно специалистами экстра-класса), а относятся к той самой области, от признания физичности которой и уклонялась до сих пор квантовая механика, — роли психического в Мироздании. Главным основанием для отказа в признании идей Эверетта служит утверждение, что эти идеи «экспериментально недоказуемы». Действительно: нельзя серьёзно обсуждать теорию, которую принципиально невозможно ни доказать, ни опровергнуть в эксперименте или путём наблюдений. Убедительная сила эвереттических постулатов недостаточна для всеобщего признания эвереттики.

Это, однако, не дискредитирует эвереттику, поскольку доказать что-либо «всем и навсегда» невозможно хотя бы потому, что перед тем, как потребуется доказательство, должно возникнуть чувство сомнения в справедливости обсуждаемого утверждения. А сомнение возникает в процессе усвоения смысла предмета доказательства, который требует затрат духовных сил, и не все и не всегда к этому готовы.

Вот как определил эту ситуацию Герман фон Гельмгольц (1821—1894), один из последних в истории науки универсальных учёных, который занимался исследованиями, связывающими медицину, физику и химию: «Автор новой концепции, как правило, убеждается, что легче открыть новую истину, чем выяснить, почему другие его не понимают». Так было в XIX веке, так же осталось и в веке XXI.

Эвереттика расширила круг базовых идей для описания физического многомирия. Отметим две из них. Первая — фактором, разделяющим различные физические миры, признаётся, по версии Менского, сознание Наблюдателя. Вторая идея, предложенная автором этой статьи, — наличие взаимодействия ветвей альтерверса в процессах так называемых эвереттических склеек.

Склейки — это процессы взаимодействия ветвей альтерверса и проявления в нашей реальности их результатов. Они могут быть как материальными самой различной формы — от странного на первый взгляд результата взаимодействия двух фотонов при интерференции до «вдруг нашедшихся» очков, так и ментальными — от «вещих снов», например, до овеществления «загадочных артефактов».

Диапазон масштабов склеек охватывает все «царства физики» — микромир, макромир и мегамир. И осознание того, что склейки различных масштабов служат механизмом, противодействующим «чудовищному разрастанию числа ветвей альтерверса», снимает и те возражения против эвереттики, которые основаны на эмоциональном неприятии огромности числа ветвлений.

Как утверждает науковедение, любое научное утверждение, во-первых, должно быть доказано (критерий верификации) и, во-вторых, любое научное утверждение может быть опровергнуто (критерий фальсификации).

«Решающим экспериментом» в науке принято считать эксперимент, по результатам которого можно однозначно выбрать между конкурирующими теориями, по-разному объясняющими некоторую совокупность фактов.

При этом не следует думать, что такой выбор приводит к истине. Истинной — даже в том понимании истины, которого сегодня придерживается научная парадигма, — может оказаться некая «третья теория», для которой этот эксперимент не имеет никакого значения.


Рис. 2. Многомировая трактовка квантовой интерференции

Отсюда можно сделать вывод: понятие о «решающем эксперименте», как и понятие об истине вообще, не означает, что его проведение исключит споры, сомнения, колебания и даже решительное доказательство этим экспериментом истины.

Эвереттика по своей сути есть мировоззренческий комплекс. Её экспериментальное поле только формируется (но формируется активно, и у эвереттики уже есть предложения для постановки верификационных экспериментов), но сейчас трудно предсказать ту его точку, где усилия исследователей приведут к «решающему успеху». Ясно только одно — в решающем эксперименте эвереттики обязательно должен присутствовать «сознательный элемент».

Другое дело — конкретно-физическая сторона эвереттики. Оппоненты «многомировой концепции» считают, что теория Эверетта не удовлетворяет критерию верификации и, следовательно, не может быть признана настоящей естественнонаучной теорией. Максимум, на что согласны противники эвереттики, это присвоение ей статуса «философской концепции».

Но несмотря на резкое отрицание самой идеи многомирия многими физиками среднего и старшего поколений, она заинтересовала молодых, но опытных и квалифицированных экспериментаторов, которые захотели её проверить.

В 1994 году международная группа физиков под руководством П. Квята осуществила эксперимент, который и предлагается рассматривать как верификационный для физического эвереттизма*.

Сама идея эксперимента, основанная на предположении о физической реальности «параллельных миров», была предложена израильскими физиками А. Элицуром и Л. Вайдманом в 1993 году**.

Эти эксперименты получили название «измерения, свободные от взаимодействия». Они продемонстрировали физическую реальность решения парадоксальной задачи, которую авторы нарочито заострили, сформулировав её в виде научно-детективной проблемы «тестирования особо чувствительных бомб».


Рис. 3. Многомировая трактовка решения задачи Элицура—Вайдмана

Предположим, что террористы захватили склад, где хранятся «сверхбомбы», взрыватель которых чувствителен настолько, что срабатывает от взаимодействия с единственным фотоном. Часть взрывателей во время захвата была испорчена. Задача состоит в том, чтобы оценить возможность нахождения с помощью оптических методов с абсолютной гарантией среди всего множества бомб хотя бы нескольких исправных. Вопрос, ответ на который жизненно важен и для террористов, и для окружившего их спецназа, и для населения ближайших городов…

Эта условная задача должна показать возможность квантовых взаимодействий, при которых в нашей ветви альтерверса само событие взаимодействия не наблюдается, но происходят другие наблюдаемые «здесь и сейчас» события.

В случае успешного решения этой задачи мировоззренческая дилемма сводится к тому, что с точки зрения копенгагенской интерпретации квантовой механики «объективная возможность взрыва» не воплотилась в реальность, а с точки зрения оксфордской — бомба всё-таки взорвётся, но в «параллельном мире».

Позже область экспериментальной физики, развившаяся из решения этой задачи, получила название с русскоязычной аббревиатурой БИЭВ (Бесконтактные измерения Элицура—Вайдмана). Она соответствует английской EVIFM (Elitzur-Vaidman Interaction-Free Measurement).

Парадоксальность задачи А. Элицура и Л. Вайдмана состоит в том, что выбор должен быть сделан оптическим способом, а взрыватель исправной бомбы настолько чувствителен, что срабатывает от взаимодействия с единственным фотоном, попавшим на её сенсорный элемент. Разумеется, в реальном эксперименте вместо «сверхчувствительной бомбы» использовался просто датчик, сигнал с которого шёл не на детонатор бомбы, а на регистрирующий физический прибор. Условия задачи иллюстрирует рис. 1а.

А её решение, предложенное Элицуром и Вайдманом, может быть получено с помощью установки, схема которой изображена на рис. 1б.

Суть решающего эксперимента состоит в том, что в интерферометр Маха—Цандера в качестве одного из зеркал помещается «испытуемая бомба» (рис. 1б). По предсказанию Элицура и Вайдмана, в 25% случаев, когда бомба «исправна», срабатывает детектор В и «взрыва» не происходит.

Сам по себе факт срабатывания детектора В без взрыва служит достаточным основанием для того, чтобы утверждать: бомба исправна.

Чтобы убедиться в этом, рассмотрим многомировую трактовку работы интерферометра без бомбы и при решении задачи Элицура—Вайдмана.

На рис. 2 представлена схема ветвлений альтерверса при прохождении единичным квантом интерферометра без бомбы.

В результате прохождения кванта через равноплечный интерферометр всегда срабатывает детектор А. С многомировой точки зрения это объясняется следующим образом.

С равной вероятностью 50% после впуска кванта в интерферометр образуются альтерверсы 1 и 2. Они различаются направлением движения кванта после его взаимодействия с первым полупрозрачным зеркалом. В альтерверсе 1 квант идёт вправо, а в альтерверсе 2 — вверх.

Далее отражение происходит на непрозрачных зеркалах, и альтерверс 1 трансформируется в альтерверс 3, а альтерверс 2 — в альтерверс 4.

Альтерверс 3 с вероятностью 50% порождает альтерверсы 5 и 6, различающиеся тем, какой детектор (В или А соответственно) фиксирует квант на выходе из интерферометра.

Альтерверс 4 (также с вероятностью 50%) порождает альтерверсы 7 и 8, различающиеся тем, какой детектор (В или А соответственно) фиксирует квант на выходе из интерферометра.

Особый интерес представляют альтерверсы 6 и 7. Они образуют склейку, в которой физические конфигурации обоих альтерверсов абсолютно идентичны. Различие между ними состоит в истории их возникновения, то есть в различии путей, по которым пришёл квант.

Традиционный квантово-механический формализм описывает в данном случае квант как волну и предсказывает возникновение «деструктивной интерференции» расщеплённых волновых функций кванта с равенством нулю вероятности обнаружить его в этом состоянии.

Смысл описания таков. Фотон (единичный!) в форме волны расщепляется на первом зеркале и далее проходит интерферометр в виде двух полуволн («расщеплённых волновых функций»), оставаясь при том единственной частицей! О том, как ему это удаётся и что такое «фотонная полуволна», копенгагенская интерпретация умалчивает. На выходе полувóлны интерферируют и объединяются снова в «полноценный фотон», причём оказывается, что он может двигаться только вправо.

Многомировая трактовка исходит из корпускулярного описания кванта и показывает, что в данной склейке вследствие закона сохранения импульса суммарный импульс, передаваемый зеркалу альтерверсами 6 и 7, должен равняться нулю. В этом случае и импульс кванта должен стать нулевым, что в нашей ветви мультиверса невозможно, а потому такая склейка не может реализоваться ни в какой ветви КРФМ. Ведь согласно оксфордской интерпретации реализуются не все, а только физически возможные результаты взаимодействия.

Отсюда следует, что в данной схеме при прохождении фотона возможна реализация только альтерверсов 5 и 8. Какой бы из них ни стал «нашим» альтерверсом, мы обнаружим, что сработал детектор А с вероятностью 100%.

Рассмотрим теперь многомировую трактовку задачи Элицура—Вайдмана.

На рис. 3 представлена схема ветвлений альтерверсов при осуществлении эксперимента, демонстрирующего возможность решения задачи Элицура—Вайдмана.

Конфигурация элементов, составляющих альтерверсы на рис. 3, отличается от конфигурации элементов рис. 2 тем, что к непрозрачному зеркалу в правом нижнем углу рисунка присоединена бомба со сверхчувствительным взрывателем, срабатывающим от единственного контакта с квантом света.

Так же, как и в классическом квантовом интерферометре, с равной вероятностью 50% после впуска кванта в модифицированный интерферометр образуются альтерверсы 1 и 2. Они различаются направлением движения кванта после его взаимодействия с первым полупрозрачным зеркалом. В альтерверсе 1 квант идёт вправо, а в альтерверсе
2 — вверх.

В результате в альтерверсе 1 происходит взрыв бомбы. Это, однако, не означает завершения эксперимента в альтерверсе 1. Квант движется со скоростью света, и вторичные кванты, порождённые взрывом (а тем более взрывная волна), всегда отстают от него. Следовательно, мы можем продолжать следить за судьбой кванта в этом альтерверсе и после взрыва бомбы, не обращая внимания на те катастрофические последствия, которые разрушат установку в альтерверсе 1 через мгновение после завершения нашего мысленного эксперимента.

Далее отражение происходит на непрозрачных зеркалах, и альтерверс 1 трансформируется в альтерверс 3, а альтерверс 2 — в альтерверс 4.

Альтерверс 3 с вероятностью 50% порождает альтерверсы 5 и 6, различающиеся тем, какой детектор (В или А соответственно) фиксирует квант на выходе из интерферометра. Впрочем, результаты этой фиксации совершенно бесполезны — установка в обоих этих альтерверсах оказывается уничтоженной взрывом.

Альтерверс 4 (также с вероятностью 50%) порождает альтерверсы 7 и 8, также различающиеся тем, какой детектор (В или А соответственно) фиксирует квант на выходе из интерферометра.

Альтерверс 8 не представляет интереса, поскольку срабатывание в нём детектора А ничем не отличается от срабатывания детектора в рассмотренном ранее случае интерференции без взрывателя бомбы и потому не может дать информации о том, исправен ли взрыватель.

Особый интерес представляет альтерверс 7. В нём сработал детектор В, чего не могло случиться, если бы в интерферометре не было исправной бомбы. При этом квант не коснулся зеркала взрывателя и бомба не взорвалась! Такой результат стал возможен потому, что между альтерверсами 6 и 7 склейка невозможна — их физические конфигурации совершенно различны. (В «параллельном мире», который мог бы обеспечить «деструктивную интерференцию», взрыв бомбы уничтожил необходимое для склейки зеркало.)

В итоге из четырёх альтерверсов удачный для целей эксперимента результат мы получим только в одном, то есть с вероятностью 25%, что и показали эксперименты. Сегодня, после усовершенствований методов БИЭВ, удалось увеличить долю успешного обнаружения объектов бесконтактным способом с 25 до 88%.

Из изложенного понятно, какую роль играет введённое в эвереттике понятие склеек для объяснения явления интерференции.

Что же даёт человечеству предсказанная на основе работ Эверетта новая «физическая технология»? Вот как видят перспективы БИЭВ сами авторы открытия — П. Квят,
Х. Вейнфуртер и А. Цайлингер — в отчёте о нём в журнале «Scientific American»:

«Что хорошего во всех этих квантовых фокусах? Нам кажется, что эта ситуация напоминает ту, которая была в первое время существования лазера, когда учёные знали, что он будет идеальным решением многих неизвестных проблем.

Например, новый метод бесконтактных измерений может быть использован как достаточно необычное средство для фотографии. С помощью этого метода объект изображается, не подвергаясь действию света… Представьте, что вы имеете возможность сделать кому-то рентгеновский снимок, не подвергая этого человека воздействию рентгеновских лучей. Такие методы получения изображений будут менее рискованными для пациентов, чем использование любых излучений…

Областью более быстрого применения станет изображение облаков ультрахолодных атомов, которые недавно получили в нескольких лабораториях, — Бозе–Эйнштейновских конденсатов, в которых множество атомов действуют коллективно, как одно целое. В этом облаке каждый атом так холоден, то есть движется столь медленно, что единственный фотон может удалить атом из облака. Сначала казалось, что не существует способа получения изображения без разрушения облака. Методы бесконтактных измерений могут быть единственным способом получения изображений таких атомных коллективов.

Помимо изображения квантовых объектов бесконтактные процедуры могут также создавать определённые виды таких объектов. Например, технически оказывается возможным создание «кота Шрёдингера», этой любимой теоретической сущности в квантовой механике. Квантовое существо из семейства кошачьих сотворено так, что существует в двух состояниях сразу: оно одновременно и живое и мёртвое, будучи суперпозицией этих двух состояний… Сотрудники Национального института стандартов и технологий сумели создать его предварительный вид — «котёнка» из иона бериллия. Они использовали комбинацию лазеров и электромагнитных полей, чтобы сделать ион, существующий одновременно в двух местах, разделённых расстоянием 83 нанометра — огромным расстоянием в квантовых масштабах. Если такой ион находят бесконтактные измерения, обнаруживающий его фотон также может обладать суперпозицией…

Находящееся далеко за границами обыденного эксперимента понятие бесконтактного измерения выглядит странным, если даже не бессмысленным. Ключевые идеи к этому искусству квантовой магии, волновые и корпускулярные свойства света и природа квантовых измерений были известны с 1930 года. Но только недавно физики начали применять эти идеи, чтобы открыть новые фенóмены в квантовом информационном процессе, включая и возможность видеть в темноте».

Но в результате этого поразительного успеха физического эвереттизма возник новый парадокс. Он состоит в том, что авторы столь убедительного эксперимента не верят в то, что их эксперимент доказал справедливость теории Эверетта!

Впрочем, подобный парадокс в физике не нов. И Макс Планк, и Альберт Эйнштейн до конца своих дней не верили в истинность квантовой механики, возникшей в результате также и их трудов (введение квантованности излучения и квантовое объяснение фотоэффекта), считая её очень полезной, но временной математической конструкцией.

Что же касается эвереттики как новой философской мировоззренческой картины мира, то её признание, возможно, будет связано со становлением новых гуманитарных наук вроде эвереттической истории и эвереттической психологии, контуры которых пока только обозначаются в работах энтузиастов-исследователей и прозорливых писателей-фантастов.

Яркий пример — рассказ Павла Амнуэля «Я помню, как убила Джоша». Что же из будущих достижений «гуманитарной эвереттики» уже сегодня можно увидеть в этом рассказе? Попробуем вычленить из художественного целого зёрна научного предвидения.

Прежде всего, в этой короткой бытовой истории переосмысливается ход и смысл Всемирной истории. Одним из любимых выражений знаменитого историка Натана Яковлевича Эйдельмана было: «Случай ненадёжен, но щедр». Но, думается, Эйдельман и сам не подозревал, насколько щедрым может оказаться случай, или, говоря языком физики, вероятность, в методологии его любимой науки.

Натан Яковлевич и «в узком кругу», и в переполненных аудиториях часто рассказывал о своих «случайных» открытиях новых исторических фактов. Но, вспоминая о какой-то неожиданной находке в архиве важного документа среди многократно просмотренных другими исследователями бумаг, он, конечно, не догадывался о том, что в роли счастливого случая могла проявиться фундаментальная закономерность квантовой механики.

Слушая его захватывающие рассказы, не догадывался об этом и я. И только много позже, рассматривая эвереттическую трактовку времени, увидел, что эвереттические ветвления реальности должны проявляться не только при движении в будущее, но и при возврате в прошлое. Ветвится не только грядущее, но и прошедшее!

Это утверждение гораздо сильнее меняет мировоззренческую картину, чем утверждение о ветвлении в будущее. И не только мировоззренческую «вообще», но и конкретную историческую, этическую, правовую и, конечно, психологическую…

Это очень хорошо понимает и Амнуэль, который считает, что при эвереттическом взгляде на реальность «меняется вся историческая парадигма — от “…история не знает сослагательного наклонения” до “в истории нет ничего, кроме сослагательного наклонения”».

Но история — понятие абстрактное. Это тонко подметил знаменитый американский философ и поэт Ральф Уолдо Эмерсон: «Строго говоря, истории нет; есть лишь биография». И всякая история начинается с рассказа о ней, с интерпретации событий через чувства и память рассказчика. Полноценное восприятие смысла этой интерпретации и составляет предмет эвереттической психологии.

Конечно, в рассказе Амнуэля вся эта «скрытая архитектура реальности», как и должно быть в хорошем литературном произведении, не видна читателю. На первом плане — люди, их чувства и переживания, связанные увлекательным сюжетом.

Но хорошая литература всегда «многослойна». И чем лучше литература, тем более значим «эффект послечтения» — раскрытие многослойности произведения в результате духовной работы читателя.

Ещё в «доэвереттические времена» понятие ветвления предвосхитил Хорхе Луис Борхес, причём не только в будущее («Сад ветвящихся тропок»), но отчасти и в прошлое («Другая смерть»).

Сегодня эвереттика вводит в физику сознание и разум на равных правах с пространством и временем. Рассказ Амнуэля — «классическая» научная фантастика, в которой за перипетиями криминального сюжета стоит мощная и плодотворная научная идея.

… Так реально ли эвереттическое многомирие? Или это теоретический фантом? Решайте сами или поверьте М. А. Булгакову: «Впрочем, ведь все теории стоят одна другой. Есть среди них и такая, согласно которой каждому будет дано по его вере. Да сбудется же это!»

Комментарии к статье

*Kwiat Paul, Weifurter Harald, Herzog Thomas, Zeilinger Anton, Kasevich Marc А. Interaction-Free Measurement, Physical Review Letters, v. 74, №24, 12 june 1995, pp. 4763 — 4766.

**Elitzur A.C. and Vaidman L. Quantum Mechanical Interaction-Free Measurements, submitted on 5 may 1993, arXiv:hep-th/9305002v2.

Источник: "Наука и жизнь"

Оцените этот текст

1
2
3
4
5

Seven questions that keep physicists up at night

Seven questions that keep physicists up at night
by Ivan Semeniuk - NewScientist
Thanks to SPS for the link. http://www.newscientist.com/article/dn18041-seven-questions-that-keep-physicists-up-at-night.html?full=true

It's not your average confession show: a panel of leading physicists spilling the beans about what keeps them tossing and turning in the wee hours.
That was the scene a few days ago in front of a packed auditorium at the Perimeter Institute, in Waterloo, Canada, when a panel of physicists was asked to respond to a single question: "What keeps you awake at night?"
The discussion was part of "Quantum to Cosmos", a 10-day physics extravaganza, which ends on Sunday.
While most panelists professed to sleep very soundly, here are seven key conundrums that emerged during the session, which can be viewed here.
Why this universe?
In their pursuit of nature's fundamental laws, physicists have essentially been working under a long standing paradigm: demonstrating why the universe must be as we see it. But if other laws can be thought of, why can't the universes they describe exist in some other place? "Maybe we'll find there's no other alternative to the universe we know," says Sean Carroll of Caltech. "But I suspect that's not right." Carroll finds it easy to imagine that nature allows for different kinds of universes with different laws. "So in our universe, the question becomes why these laws and not some other laws?"
What is everything made of?
It's now clear that ordinary matter – atoms, stars and galaxies – accounts for a paltry 4 per cent of the universe's total energy budget. It's the other 96 per cent that keeps University of Michigan physicist Katherine Freese engaged. Freese is excited that one part of the problem, the nature of dark matter, may be nearing resolution. She points to new data from experiments like NASA's Fermi satellite that are consistent with the notion that dark matter particles in our own galaxy are annihilating with one another at a measurable rate, which in turn could reveal their properties. But the discovery of dark energy, which appears to be speeding up the expansion of the universe, has created a vast new set of puzzles for which there are no immediate answers in sight. This includes the nature of the dark energy itself and the question of why it has a value that is so extraordinarily small, allowing for the formation of galaxies, stars and the emergence of life.
How does complexity happen?
From the unpredictable behaviour of financial markets to the rise of life from inert matter, Leo Kadananoff, physicist and applied mathematician at the University of Chicago, finds the most engaging questions deal with the rise of complex systems. Kadanoff worries that particle physicists and cosmologists are missing an important trick if they only focus on the very small and the very large. "We still don't know how ordinary window glass works and keeps it shape," says Kadanoff. "The investigation of familiar things is just as important in the search for understanding." Life itself, he says, will only be truly understood by decoding how simple constituents with simple interactions can lead to complex phenomena.
Will string theory ever be proved correct?
Cambridge physicist David Tong is passionate about the mathematical beauty of string theory – the idea that the fundamental particles we observe are not point-like dots, but rather tiny strings. But he admits it once brought him to a philosophical crisis when he realised he might live his entire life not knowing whether it actually constitutes a description of all reality. Even experiments such as the Large Hadron Collider and the Planck satellite, while well positioned to reveal new physics, are unlikely to say anything definitive about strings. Tong finds solace in knowing that the methods of string theory can be brought to bear on less fundamental problems, such as the behaviour of quarks and exotic metals. "It is a useful theory," he says, "so I'm trying to concentrate on that."
What is the singularity?
For cosmologist and Perimeter Institute director Neil Turok, the biggest mystery is the one that started it all, the big bang. Conventional theory points back to an infinitely hot and dense state at the beginning of the universe, where the known laws of physics break down. "We don't know how to describe it," says Turok. "How can anyone claim to have a theory of everything without that?" Turok is hopeful that string theory and a related development known as the "holographic principle", which shows that a singularity in three dimensions can be translated into a mathematically more manageable entity in two dimensions (which may imply that the third dimension and gravity itself are illusory). "These tools are giving us new ways of thinking about the problem, which are deeply satisfying in a mathematical sense," he says.
What is reality really?
The material world may, at some level, lie beyond comprehension, but Anton Zeilinger, professor of physics at the University of Vienna, is profoundly hopeful that physicists have merely scratched the surface of something much bigger. Zeilinger specialises in quantum experiments that demonstrate the apparent influence of observers in the shaping of reality. "Maybe the real breakthrough will come when we start to realise the connections between reality, knowledge and our actions," he says. The concept is , but it is well established in practice. Zeilinger and others have shown that particles that are widely separated can somehow have quantum states that are linked, so that observing one affects the outcome of the other. No one has yet fathomed how the universe seems to know when it is being watched.
How far can physics take us?
Perhaps the biggest question of all is whether the process of inquiry that has revealed so much about the universe since the time of Galileo and Kepler is nearing the end of the line. "I worry whether we've come to the limits of empirical science," says Lawrence Krauss of Arizona State University. Specifically, Krauss wonders if it will require knowledge of other universes, such as those posed by Carroll, to understand why our universe is the way it is. If such knowledge is impossible to access, it may spell the end for deepening our understanding any further.
Turok says that's exactly why the Perimeter Institute exists, to harness the thinking of the world's brightest young minds in an unrestrained environment. By optimising conditions for creative thinking, it may be possible to avoid such an impasse.
"We're used to thinking of theoretical physics as accidental," says Turok. "We need to ask whether there's a more strategic way to speed up understanding and discovery."
Perhaps then all those troubled physicists can finally get some rest – or at least switch to more mundane worries.
The "Quantum to Cosmos" festival can be viewed online
If you would like to reuse any content from New Scientist, either in print or online, please contact the syndication department first for permission. New Scientist does not own rights to photos, but there are a variety of licensing options available for use of articles and graphics we own the copyright to.

Черные дыры поставили под сомнение природу темной материи

Темная материя, возможно, распределена во Вселенной иначе, чем предписывают большинство из существующих теорий. К такому заключению пришли астрономы, изучающие поглощение темной материи черными дырами. Выводы ученых опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Коротко работа описана в пресс-релизе Королевского астрономического общества Великобритании.
Темной материей, или скрытой массой называют пока не обнаруженную экспериментально субстанцию, которая участвует в гравитационных взаимодействиях, но не участвует в электромагнитных. Гипотеза о существовании темной материи была предложена после того, как астрономы обнаружили, что массы известных астрономических объектов недостаточно для того, чтобы они взаимодействовали так, как это наблюдают ученые.

Авторы нового исследования строили математические модели поглощения темной материи черными дырами - объектами со столь большой массой, что они не отпускают от себя даже излучения. Большинство гипотез, описывающих свойства темной материи, предполагают, что она существует в виде плотных "комков". Согласно новым данным, если бы это предположение оказалось верным, то сверхмассивные черные дыры (массой от нескольких миллионов до миллиардов масс Солнца) в молодой Вселенной, засасывая в себя огромные количества темной материи, изменили бы облик Вселенной до неузнаваемости. Другими словами, если бы темная материя была распределена так, как считается, окружающее космическое пространство выглядело бы сейчас совершенно иначе.

Ученые определили критическое значение плотности темной материи - семь солнечных масс на каждый кубический световой год. По утверждениям авторов работы, темная материя не может быть упакована с большей плотностью даже локально.

Совсем недавно физики заявили, что им, возможно, удалось получить данные, которые можно рассматривать как доказательство существования темной материи. Однако сами авторы, анализировавшие показания детектора CoGeNT, подчеркивают, что новые результаты нуждаются в многократной тщательной проверке.


Ссылки по теме
- Supermassive black holes: hinting at the nature of dark matter? - пресс-релиз Королевского астрономического общества Великобритании, 22.03.2010
- Физики заявили о возможной регистрации легкой темной материи – Lenta.ru, 01.03.2010
- Физики объявили о вероятной регистрации частиц темной материи – Lenta.ru, 12.02.2010
- Физики показали ненужность темной материи – Lenta.ru, 29.01.2010
- Темную материю заподозрили в изменении орбиты Земли – Lenta.ru, 15.01.2010
- Темная материя оказалась скульптором галактик – Lenta.ru, 12.01.2010
- Физики почти обнаружили темную материю – Lenta.ru, 18.12.2009

Сайты по теме
- Темная материя в Википедии

^^ ЖИЗНЬ НЕЖИВОГО С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ СИНЕРГЕТИКИ

ЖИЗНЬ НЕЖИВОГО С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ СИНЕРГЕТИКИ
Князева Е.Н., Курдюмов С.П.

«Вся Вселенная жива, но сила чувствительности проявляется во всем блеске только у высших животных». «Атом всегда жив и счастлив, несмотря на громадные промежутки небытия или состояния в неорганическом веществе». Вслушайтесь в слова, принадлежащие русскому ученому, «калужскому мечтателю» К.Э.Циолковскому. До недавнего времени подобного рода высказывания русских космистов об одушевленности космической материи, о семенах жизни, рассеянных по Вселенной, могли бы счесть просто наивными, несущими в себе остатки архаики, возрождающими учение гилозоизма многовековой давности. Но всегда ли нас обманывает воображение? И велико ли расстояние между полетом фантастической мысли и проницательным умозрением, с одной стороны, и действительностью – с другой?

Поиск аналогов живого в мертвом



«Эти формы, возникающие из кристаллов замерзшей воды, так близки к формам растений, что связь между теми и другими формообразованиями очевидна».

М.Пришвин, 1942.

Синергетика интересна не только своими математическими результатами, открытием удивительного мира эволюционирующих и самоорганизующихся структур, но и своими разветвленными приложениями. Можно надеяться, что синергетика способна нам помочь и в понимании перехода от неживого к живому, биологической эволюции, психики человека, социальных организаций, течения человеческой истории. Синергетика устанавливает мостики между «мертвой» и живой природой, между целеподобностью поведения природных систем и разумностью человека, между процессом рождения нового в природе, творчеством природы и креативностью человека. В определенных классах неорганических систем ведется поиск живого, элементов самодостраивания, регенерации, морфогенеза, в живом – поиск свойств неживого, того, что обще ему с царством неорганической природы, что уже преформировано в неживом, преддано в законах эволюции Вселенной. Речь идет не просто о внешнем сходстве или метафорическом сравнении структурообразований мертвой и живой природы, яркие формы выражения которого доступны перу писателя. Речь даже не об аналогии, а об изоморфизме живого и неживого, об общности образцов эволюции и эволюционных структурообразований, о выявлении неких универсальных закономерностей эволюции и самоорганизации мира. С помощью синергетики осуществляется выход на наиболее абстрактный и глубокий уровень сравнения, вырабатываются некие общие модели, устанавливаются закономерности трансдисциплинарного типа. В Институте прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН и на факультете ВМК МГУ в течение последних десятилетий проводятся исследования процессов эволюции в открытых и нелинейных средах и, прежде всего, процессов в среде плазмы, связанных с управляемым термоядерным синтезом. Простые, но глубоко содержательные математические модели и вычислительный (на компьютерах) эксперимент позволяют проникнуть во внутреннее существо нелинейных процессов, определяемых борьбой двух противоположных начал – диссипативного начала, рассеивающего неоднородности в среде, и начала, создающего разного рода неоднородности, действия объемных источников и стоков (что характерно для открытых диссипативных сред, систем, живых организмов). По сути дела, строится своеобразный параллельный мир, мир математических моделей. При изучении этого мира обнаруживаются парадоксальные свойства нелинейных процессов, а именно: локализация процессов в открытых диссипативных средах (образование самоподдерживающихся структур в сплошных средах), спектры структур-аттракторов как наиболее устойчивые образования, к которым эволюционируют процессы в такого рода средах, способы резонансного возбуждения структур-аттракторов, различные типы сверхбыстрого развития процессов, так называемые режимы с обострением. Далее осуществляется попытка как бы «примерить» этот, в определенной мере искусственный, мир математических моделей к реальному миру, «опрокинуть» его на реальный мир, идентифицировать открываемые свойства нелинейных процессов с известными, но порой труднообъяснимыми свойствами окружающего нас природного мира. И в ряде случаев наблюдаются совпадения, открываются возможности для перетолкования тех явлений организации и эволюции, которые стали нам привычными. Предлагаемые модельные представления, разумеется, не претендуют на то, чтобы заменить существующие физические и химические модели, в том числе сложившиеся квантово-механические представления. Но сама возможность по-другому взглянуть на реальность, на как будто бы уже на века утвердившиеся представления об атомах, Вселенной, физических, химических и биологических структурах, не может быть оставлена без внимания. На относительно простых математических моделях делаются попытки понять принципы эволюции и самоорганизации сложного. В отличие от констатации принципиальных различий между живой и неживой природой синергетика позволяет увидеть те общие принципы, которые соединяют то и другое [1] . Развитие синергетического взгляда на мир приводит к постановке целой серии неожиданных вопросов. Остаются ли атомы неизменными, раз и навсегда данными, или же в процессе эволюции Вселенной они тоже эволюционируют? Имеет ли неживое память, иначе говоря, влияют ли на протекающие сегодня в сложной структуре процессы ее «предыстория»? Является ли природа индиферентной, безразличной к возникающим в ней структурам? Имеет ли она внутренние предрасположенности к определенного рода формам? Какие пути эволюции «выбирает» природа, какие формы организации «выживают» на «теле природы»? Почему природа так экономна: почему она идет кратчайшим путем? Каким образом природе удается найти наиболее устойчивые формы? Как природа научилась ускорять эволюцию?


Что «предпочитает» природа? Спектры эволюционных форм



«Похоже, что природе доставляет удовольствие варьировать один и тот же механизм бесконечно различными способами».

Д.Дидро

Принято думать, что природа бесконечно разнообразна, что она ничем не ограничена в варьировании своих эволюционных механизмов и форм организации. Но синергетика демонстрирует обманчивость такого взгляда. Прежде всего, появляется парадоксальное представление о том, что в открытой (с источниками и стоками энергии) среде, в среде с диссипацией энергии могут возникать и устойчиво самоподдерживаться локализованные процессы – диссипативные структуры. В сплошной среде может возникать локализация, т.е. очаги более интенсивных процессов, например структуры горения (под структурой понимается здесь локализованный в среде процесс). Кроме того, не какие угодно, отнюдь не произвольные структуры могут реализоваться в данной среде. Для определенных классов открытых нелинейных сред (систем) установлено, что в нелинейных свойствах этих сред потенциально заключены спектры структур (спектры эволюционных форм организации), которые могут возникнуть в них на развитых, асимптотических стадиях процессов. Это – одна из фундаментальных задач, которая называется в синергетике «задачей о поиске собственных функций нелинейной среды», т.е. устойчивых способов организации процессов в среде, которые ей адекватны и к которым эволюционируют со временем все другие состояния среды. Сколько и какие относительно устойчивые структуры могут самоподдерживаться в качестве метастабильно устойчивых в данной природной среде (системе) – это определяется сугубо внутренними свойствами данной среды. Поиск спектров эволюционных форм природы – это, по существу, сверхзадача, близкая к задаче Гейзенберга в ядерной физике, когда требуется написать нелинейные уравнения некой среды, которая как самоорганизующаяся давала бы устойчивые состояния в виде спектра элементарных частиц. До сих пор, например, непонятно, почему количество химических элементов (типов атомов) ограничено. Почему атомов порядка сотни, а не, скажем, существенно больше или меньше? Почему существует дискретный набор зарядов ядер атомов, спектр типов атомов? Почему заряды целочисленны? Эти вопросы затрагивают глубинную физическую, квантово-механическую основу описания химических свойств и реакций. Есть основания поставить задачу получения спектра атомов как самообразований, структур самоорганизации некой открытой нелинейной среды (спектра форм, спектра масс, спектра зарядов). Уже показано, в частности, что существует глубокая аналогия между собственными функциями горения нелинейной среды на квазистационарной стадии и собственными функциями стационарной задачи Шрёдингера в центральном поле сил с кулоновским потенциалом [2] . В названной работе осуществлен вывод линейного стационарного уравнения Шрёдингера с кулоновским потенциалом из более общего квазилинейного уравнения теплопроводности с нелинейным источником. Получено уравнение Шрёдингера, а, кроме того, условие нормировки и условие непрерывности функции. За этим результатом стоит целая серия естественных следствий, и, прежде всего, попытка построить модель атома как структуры горения некой среды и предложить другое понимание причин квантования, связанное с особой устойчивостью инвариантно-групповых решений как аттракторов-целей развития. Конечное количество собственных функций квазилинейного уравнения теплопроводности с источником является математическим аналогом конечного числа собственных структур нелинейной среды, исходя из данной аналогии – ограниченного количества типов атомов, химических элементов. При таком подходе квантование должно стать следствием решения классической, но нелинейной задачи. Весь спектр атомов, как он представлен в периодической системе Д.И.Менделеева, должен быть получен как спектр собственных функций среды, определяемой соответствующими нелинейными дифференциальными уравнениями. Аналогичный подход, вероятно, имеет смысл и в области астрофизики. Быть может, все известные нам астрофизические объекты (звезды, галактики, скопления и сверхскопления галактик) составляют часть спектра эволюционных форм наблюдаемой Вселенной? Возникает надежда, что посредством математического моделирования можно выявить эволюционную ось, пронизывающую наблюдаемое разнообразие космических образований, построить эволюционное древо, объясняющее это разнообразие. Дискретность возможных структур организации – это то общее, что связывает мир живого и неживого, хотя это, возможно, и не очевидно. Системы живого открыты и в высокой степени нелинейны, поэтому их ответ на внешнее воздействие может быть многократно сильнее (или слабее) величины этого внешнего воздействия и вообще качественно различным в разных ситуациях. Нелинейность накладывает определенные ограничения на типы структур живого. Не все, что угодно, возможно в качестве метастабильно устойчивого в нелинейном мире. Нелинейность квантует, делает дискретными возможные наборы движений, поз, жестов живых существ [3]. «Архитектура» живого связана прежде всего с движением и развитием живого. Она есть гармоничное сочетание, расположение частей в метастабильное эволюционное целое. Хотя есть много типов структур и конфигураций, «архитектура» живого отнюдь не произвольна. Известны, например, базисные виды поступательных движений лошади – аллюры: шаг, галоп, рысь, иноходь. Лошадь идет не как угодно, она «использует» всякий раз один из своих базисных типов передвижений. В каждом типе передвижения движение членов лошади согласованы определенным образом, и переход от одного типа движения к другому осуществляется скачком. В этой связи представляются интересными результаты исследования структур воды, проведенные доктором Н.А.Бульенковым. Он утверждает, что структура воды является основой для эволюции и конфигурационного строения сложных структур природы, в том числе и биологических [4]. В работе Н.А.Бульенкова как бы переоткрывается идея древних о воде как первооснове мира. Во-первых, всё, даже наиболее сложные структуры живого, строятся на некой общей основе. Существует особый «архитектурный каркас», некий универсальный «кирпич» для всех параметрических структур воды. Во-вторых, этот универсальный «кирпич» затем достраивается, входит в более сложные конгломераты конечным числом способов, по нескольким определенным алгоритмам. В-третьих, сложные структуры имеют фрактальное строение, универсальные «кирпичи» и блоки повторяются в различных масштабах. Итак, природа имеет внутренние предпочтения к определенным формам живого и неживого. Только определенные наборы форм осуществимы в природных средах. А на другие формы наложен эволюционный запрет. Они неустойчивы и очень быстро эволюционируют к устойчивым формам организации, «сваливаются» на них.

Структуры-аттракторы как непроявленное

«Природа любит скрываться»

Гераклит

Относительно устойчивые структуры, на которые неизбежно выходят процессы эволюции в открытых и нелинейных средах (системах), называются аттракторами. Поскольку под аттракторами здесь понимаются реальные структуры в открытых и нелинейных средах, а не их изображения в фазовом пространстве, постольку употребляется целостное словосочетание «структуры-аттракторы». Простейшие математические модели нелинейных открытых сред свидетельствуют, что открытая нелинейная среда (система) таит в себе определенные формы организации. Структуры-аттракторы предданы, потенциально заложены в среде (системе), определяются сугубо ее собственными нелинейными свойствами. Они есть непроявленное, «дух становления» системы. Они определяют тенденции процессов в ней. Результаты синергетики как бы возвращают нас к идеям древних о потенциальном и непроявленном. В частности, они близки к представлениям Платона о неких первообразцах и совершенных формах в мире идей, уподобиться которым стремятся вещи видимого, всегда несовершенного мира. Или же к представлениям Аристотеля об энтелехии, о некой внутренней энергии, заложенной в материи, вынуждающей ее к обретению определенной формы. По мысли Аристотеля, создаются только вещи в определенных формах, но не сами формы, которые, будучи активным началом, пред-даны, пред-существуют. Нельзя не вспомнить здесь также восточный образ Небытия, представленный, к примеру, в «Ицзин» - китайской «Книге перемен». Небытие – это непроявленное. Это – непреходящая, всерождающая и всепоглощающая основа вещей. Это – пустота, одновременно и лишенная формы, и таящая в себе всё [5]. Вещи скрываются от самих себя, говорит Гадамер. Эта потаенность, потенциальность как оборотная сторона бытия присуща и миру человеческому, и миру неживой природы. И в среде плазмы, и в живом веществе, и на поле человеческого сознания, и в теле культуры или в среде научного сообщества есть свои внутренние тенденции, стремления, или «предпочтения». И лишено смысла им противиться. Все равно они, подобно сильному речному течению, заставят двигаться в нужном направлении: в поле притяжения одного образца-аттрактора – к нему, а в поле притяжения другого образца-аттрактора – к другому. В этом смысле идеи Платона, Аристотеля и мудрецов древнего Китая звучат совершенно конструктивно. Сплошная открытая и нелинейная среда наряду с несовершенными проявленными формами содержит потенциальное бытие, идеальные структуры. Она «наполнена» потенциальными, еще не реализовавшимися формами, структурами-аттракторами. Каждая из этих структур соответствует собственной тенденции среды, имеет потенциал реализоваться. На упрощенных математических моделях можно видеть все поле возможных путей эволюции, все возможные пути Дао данной среды. С выбором пути эволюции, с выходом на одну из структур-аттракторов среды, все другие эволюционные пути как бы закрываются. А поскольку в ходе эволюции может изменяться сама среда, ее внутренние свойства, то может трансформироваться, несколько перестраиваться все поле возможных путей эволюции. Поэтому некоторые структуры-аттракторы, некоторые цели эволюции могут никогда не реализоваться. Достаточно серьезным является утверждение, что открытые сложные системы имеют множество путей эволюции. Отсюда всё разнообразие форм, особенно в нелинейном мире. Поставленные в определенные условия, мы всякий раз реализуем одну из возможных форм организации, одну из потенциальных структур. Эта структура не какая угодно, она адекватна одной из форм самоструктурализации системы. Выход на структуру-аттрактор определяется некими принципами наиболее устойчивого развития процесса, причем именно устойчивого развития, а не стационарного состояния.

«Ритмы жизни» природы

«Мудрость нам единая дана:

Всему живому идти путем зерна».

В.Ф.Ходасевич, 1917

Никто не будет спорить о том, что все живое подвержено определенным ритмам жизни. Диалектика жизни, диалектика циклической смены состояний – подъема и спада активности, бодрствования и сна, жизни, умирания и смерти – символически представлена в восточном образе инь-ян. Пик расцвета содержит в себе «червоточину» падения, ночь начинается в полдень, когда ян слабеет и в нем начинает разрастаться зерно инь. Как говорится в одной из даосских притч, «в жизни существует зарождение, в смерти существует возвращение, начала и концы друг другу противоположны, но не имеют начала, и [когда] им придет конец – неведомо» [6] . ??? Зерно – это инь, это сплошная потенциальность и устремленность. А растение – это ян, это ставшее, актуализированное, завершенное. Инь символизирует неопределенность и неоднозначность, блуждание в эволюционном лабиринте, а ян – завершенность, реализацию цели и построение целого. Неслучайно, видимо, «цель» и «целое» этимологически близки друг другу. Аналогичные смыслы стягивает в себе греческое «телос». ?????? означает «законченный, полный» и в то же время «оконченный, высший». Синергетика убедительно демонстрирует нам, что в самом фундаменте природы, как живой, так и неживой, заложен принцип инь-ян. Это – принцип развертывания и свертывания, эволюции и инволюции, роста и вымирания, развития и угасания. Широко распространенные в природе нелинейные положительные обратные связи обусловливают развитие структур в режиме с обострением, что свидетельствует о том, что «время жизни» структур ограничено. Под режимами с обострением понимаются сверхбыстрые процессы, когда характерные величины (например, температура, энергия, концентрация, денежный капитал) неограниченно возрастают за конечное время, называемое временем обострения [7] . Если фактор, создающий неоднородности в среде (действие нелинейных объемных источников), работает сильнее, чем рассеивающий, диссипативный фактор, то возникают локализованные процессы и сходящиеся внутри области локализации волны горения. Процесс развивается все более интенсивно во все более и более узкой области вблизи максимума. Это – так называемый LS-режим с обострением. Но, оказывается, возникшая в LS-режиме сложная локализованная структура лишь относительно устойчива. Вблизи момента обострения она становится неустойчивой, чувствительной к малым возмущениям и распадается. Наличие момента обострения, т.е. конечность времени существования сложной структуры, само по себе поразительно. Чтобы возникла структура, необходим LS-режим, а последний приводит к неустойчивости. Получается, что сложная структура существует только потому, что она существует конечное время. Жить конечное время, чтобы вообще жить. Или иначе: лишь смертное способно к самоорганизации. Хотите получить локализацию, сложную структуру, значит ее время жизни ограничено моментом обострения. Сам факт преодоления хаоса, удержания его в определенной форме предполагает конечность жизни сложной структуры. И второй не менее важный результат нелинейного анализа. Для широкого класса уравнений с сильно нелинейными источниками показано существование двух противоположных, взаимодополнительных режимов. Предполагается, что процесса распада сложной структуры, развивающейся в LS-режиме роста (температуры) с обострением можно избежать, если во время (за счет флуктуаций, хаоса) происходит переключение на иной режим, HS-режим. Это – режим снижения интенсивности (падения температуры) и «неограниченно разбегающейся волны», возобновления процессов по старым следам. Распад (хотя бы частичный) заменяется объединением, максимальное развитие неоднородностей – их замыванием, сглаживанием. В результате вычислительных экспериментов получено и исследовано пока только переключение с HS- на LS-режим. Обратное переключение (с LS- на HS-режим) для сред с сильной нелинейностью можно рассматривать как гипотезу, как результат теоретического моделирования на основе анализа фазовой плоскости, полученной методом осреднения. Синергетика склоняет нас к выводу о том, что законы ритма, циклической смены состояний универсальны. Для человека это – день и ночь, смена его бодрствования и сна. Для живой природы это – лето и зима. Летом биологические процессы ускоряются, а зимой – замедляются. Такого рода пульсации характерны и для неживой природы. Известны колебательные режимы в химических реакциях, например в реакции Белоусова-Жаботинского. Это – так называемые «химические часы». Согласно одной из космологических гипотез, если скрытая масса вещества во Вселенной больше некоторой критической, то сегодняшняя стадия расширения наблюдаемой Вселенной, «разбегания всего от всего» должна смениться стадией сжатия, «схлопывания к центру». Развиваются представления о пульсационном развитии Земли (по многим эндо- и экзогенным процессам) и синхронной с ним эволюции жизни на планете. Земля то расширяется, то сжимается, как будто она дышит. Более чем в 60-ти различных типов задач исследуются сегодня режимы с обострением. Они охватывают широкий спектр процессов, начиная с классических механических процессов кумуляции и коллапсов, с химической кинетики и метеорологии, и кончая моделированием процессов в нейрофизиологии, эпидемиологии, экономике. Переключение HS и LS-режимов является математическим эквивалентом процессов типа инь-ян. LS-режим с обострением – это ускорение процессов, стягивание к центру и проявление потенциального. А HS-режим – это замедление процессов, разлет и «возобновление старых следов», погружение в прошлое, обращение к царству непроявленного.
Стареют ли атомы?

«Снова будут небеса, -

Не такие же, как наши…»

Ф.Сологуб, 1902

В квантовой механике утверждается неразличимость, тождественность всех элементарных частиц одного сорта, а равным образом и атомов. Предполагается, что все микрообъекты одного типа одинаковы, поэтому нельзя отличить, скажем, один фотон от другого или один атом водорода от другого атома водорода. Синергетический взгляд на мир – взгляд эволюционный. Эволюция имеет сквозной характер. Она пронизывает все уровни организации неживого и живого. Нынешняя эра эволюции Вселенной связана с разлетом галактик. С эволюционной точки зрения можно попытаться подойти и к атому. Тогда и на уровне атомного уровня организации мира можно усмотреть аналоги жизни и даже аналоги истории. Как уже упоминалось, можно подойти к пониманию квантово-механической реальности, решая классическую задачу, квазилинейное уравнение теплопроводности с нелинейным источником. В таком случае может быть предложена модель атома как структуры горения нелинейной среды. Разумеется, это пока только постановка для дальнейшего исследования. Стабильный, с неизменными уровнями атом, каким он рассматривается в стационарной задаче Шрёдингера в квантовой механике, подпадает под такого рода модель, модель развития процессов в режимах с обострением, вероятно, только на квазистационарной стадии. Режимы с обострением же – это такие режимы, которые наряду со стадией сверхбыстрого нарастания процессов имеют длительную квазистационарную стадию. Итак, модель водородоподобного атома описывается уравнением теплопроводности с распределенной плотностью и источником. Автомодельное распределение имеет некие неоднородности температуры, соответствующие устойчивым состояниям (уровням) атома. В данной задаче есть горение, теплопроводность (рассасывающий неоднородности фактор) и есть заданное распределение плотности. На квазистационарной стадии распределение температуры практически не меняется. Поэтому можно полагать, что мы имеем дело с уровнями, «замершими» на определенных расстояниях от центра. Но если мы начинаем рассматривать бoльшие промежутки времени, выходить за пределы квазистационарной стадии, то обнаруживаем, что «волны горения» сходятся, сбегаются к центру, к аналогу ядра атома. «Жизни» атома соответствует LS-режим с обострением, режим «сбегающейся волны», когда интенсивность процесса увеличивается во все более узкой области у центра. Взгляд на атом как на локализованный квазистационарный процесс в среде, имеющий сложную структуру, по-видимому, плодотворен, ибо он позволяет объяснить некоторые факты, к примеру, эффект красного смещения. До сих пор предполагается, что ряд различных факторов может порождать феномен красного смещения.

Во-первых, согласно привычному, наиболее распространенному толкованию, этот феномен может быть обусловлен фактором разлета галактик, «разбегания всего от всего» на нынешней стадии эволюции Вселенной, сопровождающимся эффектом Доплера.
Во-вторых, некоторые ученые придерживаются той версии, что за эффект «покраснения квантов» может быть ответственно временное изменение квантов излучения, «старение» квантов.
В-третьих, в рассматриваемой нами модели этот эффект может быть обусловлен фактором «старения» самих атомов. Здесь всё построено на эволюции во времени, в том числе и атом может представлять собой меняющуюся во времени организацию.
Свет от галактик, которые находятся на значительных расстояниях от нас, доходит до нас за огромные промежутки времени. Мы видим эти галактики в прошлом, такими, какими они были миллионы лет тому назад. Это далекое прошлое, свидетельства о котором к нам попадают со все более дальних расстояний, соответствует, с нашей точки зрения, ранним стадиям эволюции атомов. Уровни тех атомов, свет от которых мы наблюдаем, должны были быть дальше от центра, а затем они медленно приближаются к ядру. По мере ухода в прошлое мы наблюдаем атомы, энергетические уровни которых расположены все дальше от ядра. А это эквивалентно красному смещению. В принципе можно получить значение константы красного смещения, исходя из тех констант нелинейной среды, которые мы получили, моделируя атом как сходящиеся волны горения в LS-режиме. При таком подходе не разлет галактик, а «старение» атомов могут приводить к эффекту красного смещения. Рост и расширение масштабов Вселенной может означать, что на макроуровне в отличие от микроуровня есть HS-режим растяжения всех масштабов. Причем масштабы могут расширяться, даже если галактики не имеют никакой механической скорости. Они могут расширяться из-за «разбухания самого пространства», из-за HS-режима охлаждения. Для внешнего наблюдателя картина выглядит так, как будто галактики разлетаются с большой скоростью. Попытки построить модель атома как некой эволюционирующей структуры в среде, структуры, имеющей свою историю, представляют интерес. Если удастся последовательно развить эту модель, то можно будет полагать, что и в микромире есть эволюционные процессы, только изменения становятся ощутимыми за гигантские промежутки времени.

Имеет ли неживое память?

«Но твой, природа, мир о днях былых молчит

С улыбкою двусмысленной и тайной».

Ф.И.Тютчев, 1830

Некоторые любопытные явления нелинейного мира указывают на элементы «памяти» в том числе и в процессах неживой природы.

Во-первых, это – возобновление старых следов в HS-режиме . Выше говорилось о том, что в средах с достаточно сильной нелинейностью, вероятно, может происходить самопроизвольное переключение LS и HS-режимов. Режим нарастания интенсивности процесса и сбегания к центру (LS-режим) сменяется режимом охлаждения и растекания (HS-режимом) и т.д., процессы типа ян сменяются процессами типа инь. В HS-режиме происходит расплывание процесса преимущественно по старым следам, так как теплопроводность участков среды со старыми следами из-за нелинейности коэффициента теплопроводности существенно выше, чем «холодных» областей остальной среды. Но все-таки расплывание, хотя и слабо, осуществляется и в холодную среду, т.е. структура все более симметризуется, ее форма вырождается из сложной в простую. Поэтому хотя замыкание циклов взаимного переключения противоположно направленных режимов намного продлевает «жизнь» структуры с сильной нелинейностью, однако оно не может сделать ее бессмертной. Накопление элементов «памяти» приводит к «старению» и, в конце концов, к «смерти» сложных структур, несмотря на их ритмический образ жизни типа инь-ян. В процессах эволюции сложных структур прошлое не исчезает. Оно остается существовать в ином, более медленном, или менее интенсивном («тонком»), темпомире. Интенсивные процессы у центра в LS-режиме – это быстрый темпомир. А следы растекания и угасания HS-режиме, остающиеся на периферии сложной структуры, – это медленный темпомир. Возврат к прежним медленным процессам представляет собой в некотором смысле аналог подсознания и еще более глубокой видовой памяти в рассматриваемой модели мира. Вообще говоря, ничто не исчезает, но все продолжает гореть в ином, медленном и мало ощутимом для нас темпомире. Аналогично, подсознание человека является хранилищем всего того, что человек когда-либо видел, слышал, делал и знал. Может быть, и не стоит этому слишком удивляться. Ведь в физике давно известны такие процессы, когда поведение системы зависит не только от величины внешнего воздействия на нее и собственных флуктуаций сейчас, но и от характера процессов, протекавших в ней в предшествующие моменты времени. Это – гистерезис, например, остаточная намагниченность, остаточные деформации и т.п. История системы влияет на ее поведение в настоящем.
Во-вторых, память – это информация о прошлом, содержащаяся в сложной эволюционной структуре . Определенные фрагменты (пространственные области) синхронического среза структуры являются индикатором прошлого развития структуры в целом, а другие фрагменты – ее будущего развития. Например, если структура развивается с обострением в схлопывающемся к центру режиме (LS-режиме), то наличный ход процессов в центре свидетельствует о характере прошлого развития всей структуры, а ход процессов на периферии сейчас – о характере ее будущего развития. Эта интересная закономерность пространственной организации сложных эволюционных структур вытекает из того факта, что структуры-аттракторы описываются инвариантно-групповыми решениями. В инвариантах, как известно, пространство и время не свободны, а определенным образом увязаны друг на друга. Отсюда и возникает возможность извлекать информацию о прошлом развитии и будущих тенденциях сложной структуры из синхронического среза структуры-аттрактора.
В-третьих, память – это строительство по образцу , размножение по матрице, имеющее место в эволюционных процессах. Элементы памяти играют роль катализатора, позволяют существенно ускорить эволюцию, не повторять длительный исторический путь блужданий и случайного отбора. Кроме того, через память объединяются сложные структуры, связываются в единое целое. Это, – если можно так выразиться, эволюционный клей. Наконец, существует тонкое взаимодействие, когда структуры могут быть соединены в единое целое через слабые следы, или «хвосты», медленных, казалось бы, совершенно исчезнувших процессов, через «просачивание» процессов за пределы области их эффективной локализации. При топологически правильном объединении происходит выход в другой темпомир, ускорение развития возникшей структуры.
«Природа знать не знает о былом», - говорит нам Ф.И.Тютчев. Синергетика заставляет нас усомниться в правильности этих слов. Наверно, природа все-таки знает о былом. Проблема же состоит в том, чтобы научиться вычитывать в эволюционных структурах информацию о ее прежних состояниях и процессах. Память... Может быть, это не только осознание прежнего опыта, но и сама информация о прошлом, разлитая по Вселенной. Представление о памяти объективизируется. Память – это не то, что помним мы, но то, что помнит нас. Память неживого... Разве это просто метафора?

Два пути природы: путь отбора через хаос и путь резонансного возбуждения

«И тайна жизни – два пути –

Ведут к единой цели оба.

И все равно, куда идти».

Д.С.Мережковский, 1901

Длительный и многотрудный путь эволюции природы – это путь преодоления хаоса и возникновения структур. Это – путь случайных вариаций, жестокой конкуренции и выживания сильнейших. Диссипативные процессы осуществляют «выедание». Затухание «ненужного» благодаря хаосу на микроуровне лежит в основе выхода на структуры-аттракторы эволюции. Так протекала в течение нескольких миллиардов лет космическая и биологическая эволюция. Но является ли такой путь единственно возможным? Живая природа научилась многократно сокращать время выхода на нужные структуры посредством составления генетических программ, матричного дублирования – ДНК. ДНК как носитель наследственности становится некой матрицей, по которой строятся сложные белковые тела, биологические среды. Можно создавать сложное достаточно быстро, не повторяя весь чудовищно сложный и длительный путь эволюции природы. Она умеет в миллионы раз сокращать путь от простой клетки к сложнейшему организму. Ведь ни одна сложная живая система в ходе своего онтогенеза не проходит снова весь филогенетический путь эволюции. В этом великая тайна морфогенеза! Строительство по образцу, матричное дублирование является некой формой резонансного возбуждения. Иначе говоря, механизм «штамповки» типа редупликации ДНК, действующий в открытых нелинейных системах, называется резонансным возбуждением. Да, оба пути ведут к единым целям, к структурам-аттракторам эволюции. И в этом Д.С.Мережковский прав. Но не все равно, куда идти, не все равно, какой путь выбрать. Путь отбора через хаос – это медленный путь эволюции природы, путь случайных вариаций и эволюционного отбора, постепенного перехода от простых структур к все более сложным. Путь резонансного возбуждения – это быстрый переход к сложному. Это – путь многократного сокращения временных затрат и материальных усилий, путь инициирования желаемых и – что не менее важно – реализуемых на данной среде структур. Вместе с тем это – и путь йоги. Именно йоги убеждены в том, что знают лестницу кратчайшего пути к идеальному, к совершенной форме, образцу. Медитация позволяет реализовать кратчайший выход на структуру-аттрактор, когда происходит кристаллизация духа, высшего знания, таланта. Вся природа устроена так, что в ней действуют принципы экономии и ускорения эволюции. Ускорения темпа процессов имеет место в режимах с обострением, которые характерны, как для мира живой, так и мертвой природы при наличии в последней петель нелинейной положительной обратной связи. Посредством резонансного возбуждения происходит сжатие процессов во времени. Природа выработала в результате эволюции определенные механизмы, которые в простых нелинейных моделях преднамеренно воссоздаются путем резонансных воздействий на открытую нелинейную среду. Надо правильно «укалывать» среду, т.е. производить малые воздействия на нее в нужное время и в нужном месте. Надо правильно пространственно распределять эти воздействия. Ибо важна не сила (величина, длительность, всеохватность и т.п.) управляющего воздействия, а его «архитектура», пространственная конфигурация, топология, в частности пространственная симметрия. Если воздействовать на среду конфигурационно согласованно с ее собственными структурами, то она будет развертывать перед нами скрытые в ней разнообразные формы. Будет происходить самоорганизация, раскрытие сокровенного, реализация потенциального. И пусть не пугают нас филистеры призраком китайского или нашего российского Великого скачка. Природа делает эти скачки, осуществляет это колоссальное сжатие времени эволюции постоянно, во всех актах развития живого.

Ускорение процессов. Катализ

«Мгновение бежит неудержимо… »

Н.Гумилев, 1921

И в мертвом есть механизмы ускорения синтеза сложного, Катализ является одним из наиболее интересных объектов изучения в современной химии. Разрабатываются, в частности, модели процессов, протекающих на поверхности катализатора. На поверхность кристалла, т.е. на какую-то определенную структуру решетки, случайным образом из среды, в которой происходит каталитическая реакция, попадают атомы и закрепляются на этой решетке в результате адсорбции или/и поверхностных реакций. Решетка играет роль матрицы, которая позволяет удерживать атомы на определенных расстояниях. Можно сказать, что на решетке со временем, с некоторым запаздыванием осуществляются аналоги многочастичных столкновений, которые изучаются в синергетике [8]. Причиной сверхбыстрого развития процесса, протекающего на решетке, является резкий рост вероятности сложной реакции, аналога столкновения многих частиц. При каталитическом процессе происходит размножение продукта. В рассматриваемой модели решетка, на которой происходит каталитическая реакция, является не просто ускорителем процесса, но и средством производства вещества заданного типа. Катализатор есть некая матрица, которая позволяет неслучайным образом суммировать случайно попавшие на нее частицы (например, атомы), т.е. осуществлять сложные коллективные взаимодействия. Ускорение процессов имеет место благодаря определенной пространственной организации каталитической поверхности, определенному расположению, диспозиции атомов решетки. Здесь просматривается глубокая связь с представлениями о резонансном возбуждении в синергетике. Правильная топология воздействия на среду равносильна возбуждению в ней собственной структуры, правильному объединению атомов в сложную молекулу. Формой резонансного возбуждения в биологии является редупликация ДНК, строительство по образцу, что позволяет существенно ускорить биологические процессы. В социальной области многие процессы протекают в режиме с обострением: рост населения Земного шара [9] , рост научной информации, всплески в развитии науки и культуры (плеяды талантов), «экономическое чудо», продемонстрированное нами «азиатскими драконами». Например, рост научной информации осуществляется не по экспоненциальному закону, а гораздо быстрее – в режиме с обострением. Информационные потоки создают некую среду. Обмен научной информацией становится способом коллективного взаимодействия ученых при решении научных проблем. Научная информация, слой общепринятого и общераспространенного в научном сообществе знания представляет собой некую социокультурную матрицу, своего рода «каталитическую поверхность», позволяющую соединить усилия многих ученых по исследованию каждой из научных проблем. Эта социокультурная матрица включает в себя общий язык, «способы думать вместе», общие образцы научного исследования и представления результатов, правила общения. Ведь, вообще говоря, каждый отдельный ученый никогда не понимает проблему полностью, «до конца». Он всегда разбивает ее на части, видит лишь один или немногие ее аспекты. Он рассматривает проблему со своей точки зрения, будучи обременен своим собственным «неразумием», «незнанием». Поэтому неправомерно говорить, что проблема проходит или, тем более, уже прошла через одну голову. Она отражается по-разному разными учеными, и именно это продвигает ее решение. Информационные сети, матрицы исследования имеют надындивидуальный, трансперсональный, интерсубъективный характер. Они являются формой «многочастичного столкновения» в научной среде. А коллективность и неоднократность взаимодействий ученых обусловливает то, что рост научной информации является автокаталитическим процессом, что делает понятным наблюдаемый быстрый темп развития науки.

Как части «упаковываются» в целое?

«Как в целом части все, послушною толпою,

Сливаясь здесь, творят, живут одна другою».

И.В.Гёте

Проблема части и целого является одной из наиболее интересных в синергетике и связывается с проблемой совместной эволюции (коэволюции) и ее ускорения при правильном объединении эволюционирующих частей. Способы объединения не произвольны, а обусловлены нелинейными свойствами среды. Как, по каким законам строится эволюционное целое? Как собирается целое из частей? Какова геометрия, вернее, стереометрия объединения? Эту часть синергетического мировидения можно назвать эволюционным холизмом. Известно, что в химических связях существенную роль играет перекрытие электронных оболочек атомов. Сложные молекулы существую благодаря такому перекрытию. При этом для понимания способов объединения используется квантово-механическая модель. Согласно представлениям современной структурной химии, стереохимии, разные геометрии объединения атомов в молекулу или в кристаллическую структуру позволяют создавать среду с разными физическими и химическими свойствами. Всем известный пример – графит и алмаз. По химическому составу они тождественны, а по структурной организации различны. Именно структурные соединения частей в целое, «архитектура» все более сложного целого – это то, что продвигает нас от области неорганической химии к органической химии и далее химии живого, биохимии. В нелинейных моделях синергетики появляются любопытные аналогии названным химическим феноменам. Причем разработка нелинейных моделей вовсе не претендует на вытеснение существующих квантово-механических объяснений. Моделируется мир нелинейных процессов, в котором обнаруживаются похожие свойства. А через аналогию приходит понимание достаточно общих принципов объединения частей в целое. В качестве аналога перекрытия электронных оболочек атомов выступает в нелинейных моделях пересечение областей локализации простых тепловых структур (структур с одним максимумом) при их объединении в сложную тепловую структуру (структуру с многими максимумами). Здесь стоит пояснить наше понимание локализованной структуры на сплошной открытой и нелинейной среде. Благодаря нелинейности интенсивность процессов (например, интенсивность горения среды) в области их эффективной локализации очень быстро возрастает (LS-режим). Процесс горения в LS-режиме, строго говоря, имеет слабо горящие хвосты, уходящие на бесконечность. Область, где интенсивность процесса не спадает ниже некоторого фиксированного уровня (имеет общий момент обострения), называется областью эффективной локализации, или эффективной длиной. Нелинейность среды приводит к преобладающему выделению энергии (ускорению процесса) в более интенсивных источниках тепла и к резкому ослаблению процессов горения в остальных участках среды. Нелинейность обусловливает сильную неоднородность развития процессов в среде, которая соответствует картине источников теплового поля, эффективно локализованных в определенных участках среды, и самой горящей среды, вклад которой в общий процесс роста температуры относительно мал. Это – картина, в которой и поле температуры, и источники поля температуры представляют собой проявление единой субстанции – горения сплошной среды. Однако за счет автокаталитичности (нелинейности источников, зависимости их работы от температуры) в разных участках среды наблюдается чудовищно различная интенсивность процессов (на много порядков по величине). Неоднородность процессов горения в среде рассматривается в этой модели как аналоги локализованных процессов, аналоги микрочастиц, атомов. Причем возможны достаточно сложные организации процессов внутри этих выделенных областей интенсивного (с различными моментами обострения) развития процессов. Из-за существования «хвостов» процессов, уходящих на бесконечность, вообще говоря, все структуры LS-режима пересекаются, соединяются в некое целое. Это проявление всеобщей слабой, или тонкой, связи структур в этом мире. Но в моделях обычно учитывается лишь сильная связь структур, возникающая при пересечении областей их эффективной локализации. Поэтому аналогом молекулярной структуры является суперпозиция простых тепловых структур в сложную благодаря пересечению областей их эффективной локализации. Главной особенностью правильного, резонансного объединения является установление общего темпа развития во всей области сложной структуры (одного момента обострения во всех частях). На современном уровне исследований удается сформулировать ряд принципов интеграции структур, выражаемых через требование согласования, синхронизации темпов развития частей, объединяемых в более быстро эволюционирующее целое. Становится очевидным, что, создавая сложное эволюционное целое, нельзя действовать методом проб и ошибок, но следует руководствоваться правилами нелинейного синтеза [10]. Синергетика показывает, что в сложных открытых и нелинейных системах (средах) существует много путей эволюции, структур-аттракторов. Отсюда разнообразие форм нелинейного мира, в том числе и способов объединения простого в сложное. Но в то же время их количество не бесконечно. Возможные формы нелинейного синтеза ограничены. Возможна интеграция не каких угодно структур, находящихся не на каких угодно стадиях развития. Кроме того, интеграция осуществляется не произвольным образом. Известно, что для получения устойчивых химических соединений (атомов в молекулы) нужно определенным образом перекрыть электронные оболочки атомов. Это перекрытие должно быть не больше и не меньше. Важно отметить, что и в модели тепловых структур также существует определенный оптимум перекрытия. Структуры заполняют определенные уровни, образуют сложные формы локализации. Подчеркнем, что важна не только величина перекрытия, а правильная топологическая организация частей, объединяющихся в целое. Объединение топологически правильно, если оно осуществляется в соответствии с собственными функциями среды, с собственными тенденциями развития процессов в ней. Объединяемые структуры должны быть подобраны «по возрасту», по стадии развития, темпу развития. Это правило понятно для живой природы, но не для мертвой, где представления о «возрасте» атомов кажутся странными и излишними. Для биологических же существ, не говоря уже о социальных организациях, разница в возрасте (в темпах развития) может быть колоссальной. Синтез простых «разновозрастных» структур в одну сложную структуру происходит в определенных классах нелинейных сред посредством установления общего темпа их эволюции (одного момента обострения во всех простых структурах). Например, «разновозрастные» социальные структуры, страны, находящиеся на разных стадиях развития, могут объединяться, приобретая при этом единый темп развития. Синхронизация их темпов развития осуществляется за счет механизмов хаотического типа, рыночных механизмов обмена информацией, материальными ресурсами и продуктами производства. Кроме того, сложные социальные структуры объединяются не мгновенно, а с некоторым запаздыванием, т.е. в этом процессе, как и в катализе, играет роль память. Процесс ускоряется благодаря индивидуальным и коллективным носителям социокультурных матриц знания и общепринятых трафаретов поведения, традиций культуры и норм общественной жизни.

Почему природа так экономна?

«Природа подобна рачительному хозяину, который бережлив там, где нужно, для того чтобы иметь возможность быть щедрым в свое время и в своем месте. Она щедра в своих действиях и бережлива в применяемых ею причинах».

Г.Лейбниц

Во многих случаях в химии просто необъяснимо, почему молекула имеет именно такую стереометрию объединения, а не какую-то другую. Часто это рассматривается просто как экспериментальный факт. Возможный, едва ли не единственный, способ объяснения химических связей и химических структур – это объяснение исходя из вариационных принципов. Показывается, что определенные конфигурации объединения атомов означают наиболее устойчивые состояния, ибо соответствуют минимизации энергии или свободной энергии. Нелинейный анализ и синергетика позволяют принципиально по-другому подойти к поиску наиболее устойчивых состояний и структур природы. Такой поиск можно вести, исходя вовсе не из вариационных принципов минимизации функционалов (энергии, действия и т.п.). Более того, неплохо было бы понять, откуда берутся сами вариационные, или экстремальные, принципы. В синергетике исследуются механизмы самоорганизации природы, т.е. то, как происходит выход на наиболее устойчивые состояния.

Во-первых, показывается, что таких состояний для всякой более или менее сложной системы может быть много. Решение нелинейной задачи приводит к своего рода квантовому эффекту, к выделенности некоторых состояний, к дискретности путей эволюции. Известны, например, два типа «застройки» среды при конвективной неустойчивости. Это – классические, хорошо известные шестигранные ячейки Бенара, образующие структуру типа «пчелиных сот» или же возможные, но менее устойчивые четырехгранные ячейки.
Во-вторых, раскрывается сам механизм выпадения на устойчивые состояния, структуры-аттракторы эволюции. Это механизм «преодоления» хаоса, конкуренции двух начал – хаотического, рассеивающего начала, действующего через диссипативные процессы, и начала, наращивающего неоднородности в среде (благодаря нелинейным объемным источникам). Их взаимное действие приводит к выеданию, обусловливает как бы силу притяжения к аттрактору, отбор из будущего, в соответствии с идеальным образцом, одной из структур-аттракторов.
Синергетика обнаруживает и иной выработанный природой способ экономии, сжатия процессов эволюции по времени. Это – резонансное возбуждение. Малое, но топологически правильно организованное воздействие, воздействие, как говорил Лейбниц, «в свое время и в своем месте», оказывается чрезвычайно эффективным. Ибо оно эквивалентно устойчивым состояниям самой природной среды, собственным формам ее организации. Можно сразу возбудить в среде одну из структур-аттракторов, и притом ту, которая желательна. Можно выйти на аттрактор, минуя длительный путь эволюции к нему с неизбежным уничтожением всего того, что не соответствует его правильной организации. И.Ефремов сказал бы, что можно минимизировать зло, инферны, лишнее выжигание среды и радикально сократить время выхода на аттрактор, сжать время эволюции. Но существует и опасность больших скачков. Надо знать законы правильного устройства аттракторов, адекватных данной среде, а не навязывать среде несвойственные ей формы организации. Принципы экономии играю свою роль и при объединении структур. При правильном объединении приближается момент обострения, т.е. во всей объединенной области устанавливается более высокий темп. Целое развивается быстрее составляющих его частей.

Жизнь природы и жизнь общества

«Скажите мне, что значит человек?

Откуда он, куда идет,

И кто живет под звездным сводом?»

Ф.И.Тютчев, 1827-1830

Синергетическое знание постепенно складывается в некую систему взглядов на мир. Универсальные закономерности эволюции и самоорганизации, открываемые синергетикой, приобретают большее значение, чем та естественнонаучная основа, из которой они рождаются (неравновесная термодинамика, нелинейная динамика, фрактальная геометрия, теория катастроф и самоорганизованная критичность). Философия синергетики выходит далеко за рамки приложений синергетики в физике и химии. Куда течет история? Как приспособится к колоссальному темпу происходящих в мире изменений? Как жить сегодня и что ожидает нас завтра? Как экономически и политически правильно объединять различные регионы? Какая доля хаоса и какая доля внешнего управления необходимы для устойчивого развития социальных организаций? Каковы сценарии прохождения демографического кризиса? Можно поставить с десяток вопросов, волнующих каждого из нас. Синергетика дает общее понимание характера эволюции социальных организаций, взгляд на историю и вероятные сценарии будущего развития. Используя синергетические модели, можно понять, чего в принципе не может быть, какие запреты, обусловленные самой природой сложных социальных организаций, накладываются на способы управляющего социального воздействия. Синергетика становится методологической основой современных исследований будущего [11]. Для выхода социальных систем на собственные пути развития необходимо включение рыночных механизмов. Ведь мы знаем, что природа требует многообразия для естественного отбора. А естественные спонтанные движения на микросоциальном уровне – это в некотором смысле равные возможности, свобода действий, отсутствие привилегированных позиций в среде. Рыночная социальная среда является полигоном для развертывания процессов самоорганизации. Вместе с тем нельзя надеяться на механизмы чисто рыночного типа как на панацею от всех наших бед. Во-первых, рыночный хаос может вывести и на хаос. В качестве одного из возможных путей эволюции в открытых и нелинейных средах остается термодинамическая ветвь, т.е. именно то состояние теплового хаоса, к которому, согласно второму началу термодинамики, идут процессы в замкнутых системах. А это означает возможность краха сложных социальных организаций. Во-вторых, запустив рыночные механизмы, можно долго ждать спонтанного выхода на желаемые структуры-аттракторы. Но нам не отпущено столько времени на выбор пути развития. Раз вся природа устроена по-другому, раз она колоссально стягивает время эволюции, то и в социальной области было бы желательно воспользоваться методами резонансного возбуждения, осуществлять выход на предпочитаемое и осуществимое будущее. Стоит высказать и такое опасение. Пытаясь использовать западноевропейский и американский опыт построения рыночного хозяйства, следует принимать в расчет, что всякая социальная среда таит в себе собственные, отвечающие ее природе, формы организации. Внутренним тенденциям сегодняшней российской среды могут не соответствовать американские образцы, предполагающие достаточно высокий уровень экономического и демократического развития, развитые качества взаимной ответственности и доверия внутри социальных групп и в обществе в целом. Неправомерно просто переносить образцы без учета специфики среды. И последнее. Одна из важнейших надежд сегодня состоит в том, чтобы достаточно быстро реализовать ряд последовательных приближений к желаемым социальным структурам, как говорят математики, провести ряд итераций. Испытывая, что будет адекватно нашей среде и будет устойчивой на ней развиваться, необходимо участить шаг изменений. Необходимо иметь возможность вносить поправки, вовремя исправлять ошибки, корректировать стратегию развития, достаточно быстро перестраиваться, преждевременно не закрепляя формы. Это – необходимое условие работы с неустановившимися нелинейными режимами, со структурами-аттракторами, которые не угаданы точно.

Литература

[1] Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем. М.: Наука, 1994. 236 с.

[2] Курдюмов С.П. Собственные функции горения нелинейной среды и конструктивные законы построения ее организации // Современные проблемы математической физики и вычислительной математики. М.: Наука, 1982. С.235-236. См. также статьи и литературу в книге «Наука, технология, вычислительный эксперимент». М.: Наука, 1993.

[3] Петухов С.В. Геометрии живой природы и алгоритмы самоорганизации. М.: Знание, 1988.

[4] Бульенков Н.А. О возможной роли гидратации как ведущего интеграционного фактора в организации биосистем на различных уровнях их иерархии // Биофизика. 1991. Т.36. Вып.2. С.181-243.

[5] Григорьева Т.П. Дао и Логос (встреча культур). М., 1992.

[6] Даосские притчи. М., 1992. С.60.

[7] Режимы с обострением. Эволюция идеи: Законы коэволюции сложных структур. М.: Наука, 1999. 255 с.

[8] Еленин Г.Г., Слинько М.Г. Математическое моделирование элементарных процессов на поверхности катализатора // Наука, технология, вычислительный эксперимент. М.: Наука, 1993. С.99-139.

[9] Капица С.П. Общая теория роста человечества. М.: Наука, 1999.190 с.

[10] См. об этом: Курдюмов С.П., Князева Е.Н. Квантовые правила нелинейного синтеза коэволюционирующих структур // Философия, наука, цивилизация. Москва: Эдиториал Урсс, 1999. С.222-230.

[11] Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего. М.: Наука, 1997. Knyazeva H. Synergetics and the Images of Future. // Futures. 1999. Vol.31., N 3/4. P.281-290.

ВЕРНУТЬСЯ В РАЗДЕЛ ВЕРНУТЬСЯ НА ГЛАВНУЮ СТРАНИЦУ
САЙТА С.П. КУРДЮМОВА "СИНЕРГЕТИКА"