«Диалоги (август 2003 г.)»

Александр Гордон Диалоги (август 2003 г.)

Боги Древнего Египта

14.08.03

(хр.00:50:24)

Участники:

Андрей Борисович Зубов – доктор исторических наук

Элеонора Ефимовна Кормышева – доктор исторических наук

Александр Гордон: …тогда я реально понял, что такое монотеизм. Это когда нет ничего кроме человека и чего-то, что должно быть отождествлено только… Нет духов огня, воды и т.д. И для меня всегда было загадкой, как классически выстраивается эволюция религии от политеизма к монотеизму? У меня внутри сидел какой-то маленький бесёнок, который говорил, что должно быть наоборот, что приход к монотеизму после политеизма – это некий следующий шаг, который делает человек на пути преодоления многих соблазнов, что вначале всё равно должно быть что-то одно. И ничего у меня не было кроме этих своих интуитивных убеждений, подтверждение которых я потом услышал от одного очень уважаемого раввина из Израиля, который, не ссылаясь, правда, ни на какие источники, тоже сказал мне, что «да, всё-таки сначала был монотеизм, потом политеизм, а потом монотеизм», имея в виду «настоящий» монотеизм.

Я, когда готовился к сегодняшней программе, подумал, неужели я, наконец-то, буду прав, да ещё и получу какие-то доказательства этого?

Элеонора Кормышева: Думаю, что вы их получите. Поскольку сегодня как раз здесь перед вами люди, очень любящие и интересующиеся, и занимающиеся профессионально египетской религией, и пришедшие к тому, что египетская религия на самом деле не политеистична, как это пишут в учебниках часто, как это порой приходится слышать и от наших оппонентов – очень уважаемых людей и учёных. Но в данном случае сегодня перед вами те, которые египетскую религию рассматривают именно таким образом.

Если говорить о себе, то я пришла к этому. Начиная заниматься египетской религией, конечно, я её воспринимала так, как это было написано в наших учебниках, что она политеистична. И уже прочитав источники и прикоснувшись по-настоящему и к культуре, и к религии, я её представляю совсем иной. Почему так? С одной стороны, конечно, и пожалуй, самое главное, это тексты, в которых, как представляется, это написано. В них совершенно ясно, и таких текстов довольно много, представляется творение, пусть оно осуществляется разными способами, но, в конце концов, оно происходит всегда из единого начала. И существует некий бог-творец.

И существует представление, что, кстати, довольно хорошо описано в египетских источниках, представление и о творении, и о конце мира. И меня, например, глубоко взволновали эти строки о конце мира, написанные в 175 главе «Книги мёртвых», где говорится о том, что «Земля снова станет океаном, и станет морем, как было вначале, а меня не увидит, не узнает ни один человек, и не увидят боги». И этот момент – не увидят боги. Думая над этой фразой очень долго, я здесь ощутила присутствие некого света, как творческого начала – не увидеть значит не существовать. «Увидеть», то есть свет прольётся на то существо и на саму жизнь.

Вот это, пожалуй, стало для меня ключевым. И затем, читая тексты самых разных эпох, составленные самыми разными авторами и школами, я всё больше и больше находила подтверждение именно этой идее. И, в конечном счёте, моё глубокое убеждение, что множество, великое множество богов и удивительное единство человека с природой (может быть, я слишком египтоцентрична, я слишком люблю эту страну) – такого, кроме как в Египте, мне кажется, не было нигде. Но за всем этим стоит единый Творец, всё остальное – лишь иерофания его творения. Вот так мне представляется египетская религия, а точнее, египетские боги, та тема, на которую мы сегодня говорим.

А.Г. Вы придерживайтесь той же точки зрения?

Андрей Зубов: Знаете, Александр, когда вы сказали о своей интуиции в египетской пустыне ночью, я сразу же вспомнил, что та же интуиция, не знаю, слышали вы об этом или нет, посетила когда-то Владимира Соловьёва, который лет 130 тому назад ночью вышел в пустыню близ Великих Пирамид и пережил очень сходные чувства.

А.Г. Видимо, это универсальное воздействие пустыни…

А.З. Универсальное действие пустыни как таковой, на умного, глубокого человека, задумывающегося о сущности бытия. Мой путь был намного менее поэтичным. Я занимаюсь сравнительным религиеведением и занимаюсь религиями древнего, доисторического человека. Палеолит, неолит. Изучая этот предмет, я всё более и более убеждался, что мы не можем говорить о политеизме там. И говорить вообще, о всей этой классической схеме, которую предложил когда-то Эдвард Тэйлор и которая вошла в сознание наших составителей школьных учебников – сначала был анимизм, потом политеизм, потом монотеизм. Это, в общем-то, абсолютно умозрительная схема, которая исходит из мысли, что когда-то не было вообще ничего, никакой религии, а потом человек ошибочно пришёл к тому, что у него есть душа, независимая от тела, и дальше пошло-поехало.

Так вот, у нас нет ни одного доказательства того, что древний человек был политеистом. Но есть много доказательств, что он был монотеистом. Однако мы сейчас не будем говорить о религии доисторического человека, это особая большая и очень интересная тема. Но чтобы проверить так это или не так, надо было, конечно, обратиться к древнейшим письменным текстам. Потому что религия – это такая штуковина, что на археологическом материале её пощупать очень сложно. Духовное мало отпечатывается в материи, хотя отпечатывается, безусловно.

И отсюда особенно ценны египетские тексты. Почему? Египетские тексты практически синхронны текстам месопотамским, и более древних текстов у нас нет. Если говорить об устной трансляции, то я придерживаюсь мнения, что и Веды, особенно Ригведы практически синхронны Текстам Пирамид (около 2500 лет до Р.Х.). Но многие учёные это отрицают, считая их более молодыми. Как бы там ни было, египетские тексты сохранили до нас, донесли до нас то, чего нет в Месопотамии. Жители Месопотамии боялись наиболее глубокие религиозные интуиции доверять письменному слову, мёртвой букве. Поэтому писался в основном эпос, законы, но не писались священные тексты, то есть то, что мы сейчас бы назвали литургическими, богослужебными текстами. А Египтяне почему-то не боялись этого делать. И, более того, египтяне само письменное слово называли «меду нечер» – «слово Бога». То есть и наше, от греков, слово «иероглиф», «священное начертание», оно практически является калькой этого египетского «меду нечер».

Именно из Египта до нас дошли наиболее глубокие, сокровенные, религиозные тексты третьего тысячелетия до Рождества Христова. Это Тексты Пирамид. До того в пирамидах и гробницах практически ничего не писалось кроме ритуальных формул. И кроме так называемых заупокойных биографий. А до этого не писалось вообще ничего кроме имени. Первое, что стали записывать в египетских гробницах, это имя, это где-то 32 век до рождества Христова, конец 4-го тысячелетия, так называемая гробница У-Джа в священном Абидосе.

Эти древнейшие тексты, безусловно, говорят о монотеистической направленности египетской веры. Но в то время говорили на очень непростом для нас, символическом и метафорическом языке, который в некотором роде знаком современному читателю лучше, скажем, по, германским эдам и сагам Скандинавии. Очень сложный текст, с наложенными одна на другую метафорами, которые тяжело уяснить. Отчасти то же самое мы встретим и в Ведах. Поэтому, более поздние тексты, тексты второго тысячелетия до Рождества Христова, здесь будут для нас наиболее очевидны. Я сейчас возьму текст 13-14-й династии, это папирус Булак. И вы послушайте, как звучит этот текст. Это гимн, молитва богу Творцу, тому самому, о котором Нора совершенно верно сказала, что много было иерофаний, много проявлений, но за всем этим стоял единый Творец. Никогда египтяне не говорили, что у мира много творцов. А по сути говоря, монотеизм от политеизма отличается тем, что монотеизм говорит о едином Творце, а политеизм вообще эту идею творения выносит за скобки. Он об этом не говорит, игнорирует проблему творения.

Так вот очень древний гимн, 1775– 1675 год до Рождества Христова. Он звучит так:

«Сладость Твоя в северном небе,

добротой Твоей исторгаются души.

Любовью Твоею слабеют руки.

От красоты облика Твоего немеют персты.

И в видении Тебя забывают о себе сердца.

Ты единственный, сотворивший всё, что есть, сокрытый, единый, создавший всё сущее.

Из очей Твоих произошли люди, а устами Твоими вошли в бытие боги.

Создал Ты траву на пользу скоту и плод древесный для человека.

Соделал Ты так, что имеет рыба жизнь в реке, а птица, паря в поднебесье.

Ты даёшь дыхание тому, кто в яйце, жизнь сыну улитки.

Комар живёт благодаря Тебе. Червь и муха по образу, который Ты дал им.

Снабжаешь Ты всем потребным мышей в норах, даёшь жизнь летучим существам на каждом древне.

Слава Тебе, сотворившему всё это, сокрытому, единому, со множеством рук,

Бодрствующему ночью, когда все люди спят, взыскующему доброго для творений Своих.

Сокрытый, пребывающий во всём. Полнота и высота небосклона.

Ничтожны все молитвы, когда глаголют – слава Тебе, истощившему Себя нас ради.

Привет Тебе, сотворившему нас. Хвала Тебе за всё творение твоё.

Хвала Тебе за все чужеземные страны,

От высоты небесной до преисподних земли, до бездн зелёного моря».

Безусловно, это – монотеистический текст, по-моему, потрясающей силы. Если бы у нас было очень много времени, можно было бы читать много текстов. Это далеко не единственный.

Э.К. Действительно, наверное, возникнет вопрос, а всё-таки, как нам быть с великим множеством египетских богов? Мы уже сказали и согласны совершенно, что это есть не что иное, как иерофания Творца. Но посмотрим на образный ряд. Ведь египтяне дали нам два великих явления их культуры. Это тексты письменные, по которым мы узнаём, что они думали, как они себе представляли мир. Но второе, не менее ценное, – это изобразительный ряд, который читается. Он читается и сам по себе, и порой, конечно, тексты дополняют образ, либо образ раскрывает то, что не совсем нам понятно в текстах. Если сейчас мы с вами посмотрим хотя бы несколько изображений, малую долю изображений египетских богов, мы представим себе, почему египтяне имели такое количество богов, как они относились к окружающему миру. 11 иллюстрацию, если можно, на экран.

Перед нами бог Птах. Я думаю, что сегодня мы ещё вернёмся к этому замечательному образу, потому что это Бог, который создал мир словом. Он замыслил своё творение, поместив его в сердце. Поскольку по египетским представлениям сердце считалось вместилищем разума, а, скажем, не человеческий мозг. Но далее он творил словом, он произносил вещи, и они начинали существовать на земле. Он представлен в виде человека. И всегда на всех изображениях Птах иначе не представлялся. Несколько мумиообразный, в таком плаще и с соответствующими регалиями.

Шестое изображение. Это богиня-кошка, известная богиня Бастэт. Мы здесь видим черты и животного, и человека. Это один из наиболее частых компонентов в египетском изображении Бога. Она может быть просто кошка, она может быть женщина-кошка.

Следующее изображение. Бог Нефертум. Это тоже, казалось бы, человеческий облик, но у него удивительный головной убор. Это лотос. Лотос – цветок возрождения. И по египетским представлениям, тот самый цветок, на котором появился человек, родился человек, родился Бог. И который произрастал на первобытном холме. Таким образом, мы видим даже из этих нескольких изображений, как египтяне сумели все свои идеи, представления о мироздании, о том, что происходит на земле (а земля – это подобие космоса, это, собственно говоря, модель космоса, того, что происходит там, за пределами человеческого сознания), как они сумели это выразить и представить.

И понятно, что для них не существовало ничего, что не было бы сотворено рукой, волей Бога. И если мы это будем воспринимать именно так, и постараемся это понять и почувствовать, то для нас большое количество египетских богов, как мне кажется, перестанет быть показателем политеизма. Мы просто поймём, что это есть творение Бога. Всё, что есть кругом: природа, животные. Меня поражает, например, изображение священных деревьев, человеческой грудью вскармливающих фараона. Всё священно. Камни священны, они живые. Деревья, растения. Люди, животные. Они все соединены и представляют собой нечто единое. Мне кажется, если себе это представить и понять, то это перестанет казаться удивительным.

Пятое изображение, если можно. Здесь мы видим корову с определённым головным убором. Это головной убор богини Исиды или богини Хатхор. Она находится в зарослях папируса в болоте. Это всё тоже не случайно, потому что именно здесь богиня Исида взрастила своего сына. А впереди неё идёт вечно беременная самка гиппопотама. Богиня Таурт. Это богиня судьбы. А за ними – такой солнечный обелиск, казалось бы, совершенно незаметный.

И все эти три символа тоже собраны здесь неслучайно. Это элемент знаковый – элемент и пантеона, и египетской мифологии, и знаковый элемент культуры. Это судьба. Это воспитание бога. Это будущее, поскольку будущая жизнь также, здесь зародившись, будет шествовать по египетской земле.

Это лишь те немногочисленные примеры из египетского пантеона, которые, как мне кажется, помогают нам понять, почему в египетском представлении о божествах соединяются единство и множество.

А.Г. В качестве иллюстрации я могу представить себе человека, совершенно незнакомого с православием, который впервые заходит в православный храм и видит иконостас. Вряд ли он сочтёт православных монотеистами, если он будет отталкиваться только от изображений.

А.З. Этот образ часто приходит мне на ум. Ведь даже многие простые русские благочестивые люди, я часто сам слышал это, говорят: вот Владимирская, она – добрая, а Казанская, она – строгая. Не понимая, что, конечно, речь идёт об одной Божьей Матери, а Казанская и Владимирская суть просто два различных иконографических типа. Но это – одна из причин, почему у нас учёные очень часто затрудняются называть египетскую религию монотеистической. Действительно, как прекрасно сейчас рассказала Нора, мы здесь видим и образ человека, и видим образ быка, образ коровы. Видим какие-то странные изображения, которые шокировали ещё греков и римлян, – голова сокола на человеческом теле, или голова лягушки на теле женщины и т.д. Всё что угодно.

Однако это для египтян были не изображения того, что они видели. И вообще, нам надо чётко и ясно представить, что религия не изображает того, что человек видит, потому что объект религии – это невидимое, это незримое. Мы уже здесь говорили о Владимире Соловьёве, помните его прекрасные слова: «Милый друг, иль ты не знаешь, что всё видимое нами – только образ, только сени от незримого очами». Так вот египтяне пытались изобразить неизобразимое, незримое, невидимое, зрительного образа которого нет. Нет, естественно, женщин с головами лягушек. Но это определённый символ, и его несхожесть с чем-либо земным подчёркивает только принципиальную неизобразимость, инаковость. А различие образов, которое тоже, безусловно, было, подчёркивает разные функции, разные аспекты божественной сущности.

Каждому человеку, который хоть как-то касался Египта, известно, что египтяне очень любили изображать жука скарабея. Каждый, кто возвращался из любой поездки в Египет, всегда привозил с собой этого жучка, сделанного современными египетскими мастерами. Однако же для египтолога и для древнего египтянина это был определённый знак Бога Творца как сотворяющего, как выводящего мир из небытия к бытию. Его именовали Хепри, от глагола «хэпр» – «появляющийся», «становящийся». Поэтому скарабей. Так же, как жучок скарабей выкатывает навозный шарик, в котором он потом отложит свои яйца, и Бог Творец «выкатывает» мир и созданный Богом мир оживает. Нора прекрасно сказала, что египтянин любил космос и большой и малый. И в каждой мелочи видел ту же иерофанию – проявление божественного. Поэтому египтянин и заимствовал образ жука скарабея, чтобы сказать о творении мира, о появлении солнца, о восходе утреннего солнца. А солнце само по себе – образ Бога. У нас очень часто в учебниках неправильно говорят, что египтяне считали солнце Богом. Конечно же, нет. Солнце было иконой Бога, натуральной, естественной иконой, не написанной красками. Это был образ Бога, дающего жизнь, дающего тепло, дающего всему сущему существование. Отсюда образ солнца. И это египтяне очень часто подчёркивали и говорили совершенно ясно.

Или, например, ещё один образ творения мира, когда говориться о Творце, в данном случае – это Атум. Тэм, по-египетски, – «полнота», то есть это «Тот, Кто творит всё», «Тот, Кто есть всё», «Тот, Кто есть целостность». Он изображается в Текстах Пирамид, в древнейших текстах, маленькой болотной птичкой, птичкой Бэну, которая садится на кочку. Опять же совершенно реальный образ. Спадает разлив Нила, уходит вода, появляются первые кочки. На них садятся первые болотные птички, типа трясогузок. Никакого величия. Но это только образ. Разумеется, египтяне никогда не считали Бога Творца птичкой-трясогузкой. Но это был удобный образ, чтобы показать, как из стихии небытия, стихии вод возникает бытие, годное для тварной жизни. Кстати, из-за этой птички-трясогузки потом через греческие обобщения возникла птица Феникс, которая, как известно, прилетает из Египта.

Так что первое – это образы. Образов много, но это различные аспекты, различные, если угодно, богословские умствования, которые появляются в тех или иных изобразительных формах. Богословы греческие, что привычнее христианскому читателю, создавали логистические, словесные формы. А египтяне, очень древняя культура, тысячью корней связанная с дописьменной традицией, когда вообще не писали, а только рисовали, они любили изобразительность.

Любой человек, который бывал в Египте, знает, что египтяне очень любят изображение глаза. Глаза с крыльями. Глаз так, глаз сяк. А на самом деле, в конечном счёте, это всегда глаз, который творит мир и спасает умершего Осириса. А творение по-египетски это «ири», то есть от глагола «видеть». Создавать – это видеть. Опять же, это образ древнего, ещё живописного, а не рукописного бытия человечества. А потому различные богословские формы воплощались в художественных образах, а не в словесных формах. Когда мы читаем, скажем, какой-нибудь акафист Богородицы, если продолжать ваш образ посещения храма, то мы там встречаем образы: Гора сырная, или Высота неусеченная. Представьте себе, что все это нарисуют. Скажут, да помилуйте, сколько было каких-то разных странных божеств. А на самом деле это всё лишь эпитеты Божией Матери. Вот то же самое и в Египте.

Э.К. Хотелось бы тоже продолжить тему Хэпри, которую Андрей очень хорошо сейчас начал. Есть замечательный текст: «Я – Хэпри утром, Ра днём и Атум вечером», который блестяще иллюстрирует идею того, что одно и то же явление может иметь очень много имён. Кстати, уже в греческих текстах Исида многократно названа имеющей множество имён. Идея восходит своими корнями к Египту. И становится совершенно ясно, что это некое единое начало, которое создаёт самые разные образы, которые могут по-разному называться: Восходящее Солнце, Солнце среди дня, Заходящее Солнце. Это всё имена богов, которые просто воплощают это явление или идею.

А.З. Разные имена одного Бога – даже можно сказать.

Э.К. Одного, собственно говоря. Правильно Андрей сказал про Солнце, что нельзя говорить, что Солнца – это Бог, такое понимание, действительно, совершенно неправильно, его надо исключить.

А.Г. Как в иудейском монотеизме имена Яхве, или имена Пророка в исламе.

А.З. «99 прекрасных имён Аллаха» в исламе. Это же не 99 богов, не дай Бог.

Э.К. Всё то же самое мы имеем в Египте, но, возможно, нужно вчитаться в достаточно трудные для понимания египетские тексты. И ещё одна тема, которая мне очень близка и очень меня волнует, это тема городского бога, если говорить о Египте. И это та тема, которая сейчас вами была затронута, тема Богоматери, локальной Богоматери, которая существует, конечно, и в православии, и в католицизме, и все мы это знаем, это не требует доказательств.

Так вот в Египте есть тексты, где написано, что городской Бог – властелин судеб людей. От городского Бога зависит жизнь и смерть человека в городе. Совершенно понятно – это порой преувеличивают и считают показателем политеизма. Но, Боже мой, это так ясно и так по-человечески звучит. Ведь совершенно понятно, что ближе всего ему тот Бог, который является покровителем той местности, в которой он живёт. А тем более для египтян, у которых не существовало ни средств транспорта, ничего. Ясно, что он будет поклоняться своему Богу.

Так же и сегодня, скажем, казанцам ближе будет образ их Богоматери, владимирцам – их. Хотя, скажем, мы в столице с равным пиететом относимся и к той, и к другой.

А.Г. Есть интересная статистика, что обычно, приходя в церковь, православные, не в Москве, не в центре, больше всего молитв обращают к Николаю Угоднику, как они его называют, то есть, возводя его тоже в ранг Божества, а не святого.

Э.К. Да, безусловно. И это всё присутствует в Египте, присутствует в египетских текстах. И если в этом разобраться, совершенно понятно, что один и тот же Бог, одно и то же имя – и масса эпитетов. И где-то половина из них будет связана с местностью, потому что страна растянута вдоль Нила. Они не общаются друг с другом. Они ходят в свой храм, в храм своего города. Проходят, конечно, тысячелетия, прежде чем у них вообще возникает понятие «государственный Бог». Его на каком-то этапе вообще не существовало, несколько тысячелетий они жили без этого понятия.

А.З. И без государства заодно.

Э.К. Мы сейчас уйдём от темы государства, но понятие «государственное Божество», которое почиталось бы во всей стране, возникает совсем не сразу в Египте. И очень долго эта страна существует на так называемых городских богах. И это порой бывает аргументом: «А вот как же так, вот городской Бог, а вы тут говорите о монотеизме?» Кстати, на довольно серьёзных конференциях мне приходилось выслушивать от своих оппонентов аргументы в этом плане. Но если мы почитаем тексты, то становится совершенно ясно, что это такое для египтянина. Впрочем, как мы уже говорили, сейчас происходит то же самое.

А.З. По сути говоря, если мы посмотрим на всю совокупность тех лиц, если угодно, или тех сущностей, которые египтяне объединяли словом «бог»… А я напомню, что по-египетски «бог» – это «нечер». Все произношения египетские, естественно, условны. Мы не будем уходить далеко в филологию, скажу только, что египетский язык не знал гласных, и соответственно всё огласовки – это уже или поздние реконструкции по коптскому языку, или совершенно искусственные конструкции учёных, когда между согласными вставляется звук «е». Так что да простят нас слушатели, что мы говорим на этом достаточно искусственном наукообразном египетском языке.

Так вот Нечер. Нечер – это понятие, которое по мнению многих учёных (не всех, но многих, Фон Биссинг, например, так считал) восходит к понятию «чистый». Когда люди называют Бога каким-то именем, скажем, как у нас на русском языке словом «Бог», или как в семитическом мире – Аллах, Эль, то всегда вкладывают в него то понятие, которое является самым главным для людей этой культуры в Высшем Существе. Я напомню, что наше слово «Бог», в конечном счёте, восходит к санскритскому глаголу «бхаяти» – «давать», отсюда слово «богатый», «одарённый» – эти слова не имеют никакого отношения к слову Бог, но имеют отношение к тому же корню. Для человека индоевропейской культуры самым важным в понятии Бога было, видимо, то, что Бог – это податель. Податель благ, податель мира, создатель и творец. Слово «Аллах» восходит к категории «первый», «первый из всех», «первейший». Египтяне видели, и, кстати, многие другие народы, в Боге иное. Он – чистый. Любой человек не чист. Любой человек грешен, а Бог чист. И все категории существ, которые чисты, которые не имеют греха, они именовали словом «нечер». И в первую очередь это, конечно, Бог Творец. Безусловно, Он – Нечер.

Я не буду здесь говорить подробно, может быть, потом Нора скажет несколько слов о том, что Бог Творец тоже ведь непростое понятие в Египте. У нас, скажем, божественное соединено с образом одной сущности и трех лиц. Египтяне любили говорить о девяти лицах, девятирице. И также подчёркивали, что это одна сущность. Другая категориальная система, но по сути очень близкая.

Кроме Бога Творца, пусть и во многих лицах, но в одной сущности, египтяне словом «нечер» обозначали многочисленных духов. Здесь как раз может быть и Бог города, но может быть и нет. О Боге города можно сказать двояко. Он и дух-покровитель города, и образ Бога Творца в этом конкретном городе. Есть масса духов. Например, в Текстах Саркофагов прямо говориться о том, что «я – нечер – добрый дух, созданный Творцом» и – помните, как в тексте, который я читал – «из глаз моих произошли люди, а пoтом моим вошли в жизнь боги». То есть это – духи, которые должны исполнять волю Бога Творца, они символизируются пoтом Божества, трудом. Продукт труда – пот.

Третья категория – это умершие. Те люди, которые умерли и достигли воскресения и соединения с Богом (египетское слово «нечери» – обожение), стали из людей богами, это прямо говорится в египетских текстах, они тоже именуются «нечер».

Четвёртая категория – это царь, это человек, который здесь, на земле, выполняет функции Бога ритуала, то есть он как бы живая статуя Бога. И соответственно, он обязательно нечер, он – Бог. А не то что египетский царь выдумал, что он Бог, чтобы все ему повиновались. Потому-то и возникло царство, что людям понадобилось такое живое, символическое изображение Бога, подобное им самим по естеству.

И, наконец, это те, кто так или иначе связаны с миром священным. Например, жрецы после очищений, когда они священнодействуют в храме, пройдя очищение, они тоже нечер. Целая система категорий.

А.Г. Это ближе всего на русский язык, наверное, можно перевести как «святость».

А.З. Безусловно. Безусловно. Но обратите внимание. Опять же, поскольку у нас постоянные переклички идут с Писанием и с христианской традицией, вспомните знаменитые слова псалма: «Я сказал: вы боги и сыны вышнего вси». И сам Христос в Евангелии объясняет, что это такое. Если те, к кому обращено слово Божье, именуются богами и не может нарушиться Писание, и т.д. То есть даже те, к кому говорит Бог, они божественны в силу того, что к ним обращено Его слово. Или, например, апостол Павел говорит: «Один есть Бог, хотя много так называемых богов и на небе, и на земле. Но мы почитаем одного Бога, сотворившего небо и землю». То есть, вот разница – есть много так называемых богов, духов, но мы почитаем Бога-Творца.

А.Г. Но в Книге Бытия и сам Господь говорит, что нельзя давать вкушать от древа, иначе будут как мы, говорит он, обращаясь к неким сущностям.

А.З. Да, «будет Адам как один из нас, знающих добро и зло». То есть один из нас, из мира Божьего, познал добро и зло. Это очень глубокое место, но если мы станем его разбирать, то уйдём в такие гностические вещи, что лучше оставим до следующего раза.

Э.К. У нас, к сожалению, время идёт быстро, а тема чрезвычайно интересная. Хотелось бы сейчас в рамках нашего разговора немного остановиться и на представлении египтян о загробной жизни. Поскольку мы немножко поговорили о том, как они жили на земле, как они представляли себе всё это – вот именно «представляли», Андрей очень правильно употребил это слово, они это не видели, но воображали, это было именно так. Но ведь главное для египтянина – это не жизнь на земле, а жизнь вечная. И вот как они мыслили себе эту вечную жизнь?

Наверное, все мы знаем и много читали о том, как они долго к ней готовились, как они изготавливали мумии. Но поразительно в египетской религии то, что они сумели записать, как они себе представляют, что должно происходить в потустороннем мире. И они дали миру первый изобразительный ряд загробного суда. И он чрезвычайно интересен. Если можно сейчас 14-е изображение нам дайте. Посмотрим, пожалуй, самое интересное, что даёт нам египетская религия в плане описания заупокойного мира и состояния человека и его души.

В данном случае, это заключительный почти уже акт происходящего – это бог Анубис, шакалоголовый, таким он останется практически до наших дней в образе Святого Варфоломея. Он вводит умершего в зал правосудия, здесь определяется его судьба. Видите на экране весы и Бога Тота с головой ибиса, который всё аккуратно и точно подсчитывает. Пожалуй, лучше эту сцену объяснить на изображении 15-м, очень похожем на предыдущее, это просто разные папирусы и поэтому разные расположения фигур. Интересно то, что взвешивается человеческое сердце – оно является вместилищем добрых и злых дел. Кстати, очень интересен текст, небольшая фраза, которая сохранилась в Священном писании: «Господь взвешивает души, Господь взвешивает сердца». Представляется, что это и есть наследие Египта. Взвешивается действительно человеческое сердце, и на другой стороне весов лежит гиря, эта гиря представляет собой перо. Это перо маат. Маат – краеугольный камень вообще всего египетского мировоззрения, представлений о том, что хорошо и что плохо. Они абсолютно неадекватны, возможно, нашим представлениям, потому что убить врага считается делом, например, благим. Почему? Потому что враг – это воплощение хаоса. А в мире должен быть порядок.

Так вот этот символ богини Маат является высшим судьёй. И по тому, какая чаша весов перевесит, будет определена судьба. Это чрезвычайно интересно. Если сердце полно злых дел, и это определяется на страшном суде, в одну секунду – вы видите, с правой стороны сидит жуткое чудовище – ему будет брошена душа на съедение, и это означает полное уничтожение. То есть никакой надежды на…

А.Г. Абсолютная элиминация…

А.З. Насчёт полной элиминации, это утверждать сложно…

Э.К. Нет, поглощение – это означает невозможность воскреснуть. А в противном случае, если всё-таки человек признан праведным, оправданным, то его ждут райские поля. Кстати, египетская культура даёт нам изобразительный ряд и рая – 13-е изображение, если можно сейчас на экран, это гробница из Дейр эль Медины. Мы здесь видим, как человек попадает в райские кущи – в полном смысле этого слова. Здесь замечательные растения, плоды. И с лёгкостью в белых одеждах собирается урожай.

А.Г. Но человек всё равно трудится.

Э.К. Трудится, но он с лёгкостью всё это совершает – в удовольствие. Это труд в удовольствие. Это совсем не тот труд, который показан в египетских гробницах, где действительно полностью воспроизведены сельскохозяйственные сцены. Нет, здесь именно райские поля.

Но вернёмся опять к иллюстрации 14. всё-таки, что здесь происходит? Мы видим наверху большое количество фигур. Вот их-то, мне кажется, и можно было бы назвать словом «гении» или духи. На самом деле это судьи. В потустороннем мире – это 42 судьи, перед которыми умерший должен держать ответ, а точнее, его сердце должно свидетельствовать «за» или «против». Отсюда такие тексты, как тексты на скарабеях сердца, когда человек просит сердце не свидетельствовать против него, не клеветать, потому что от этого зависит его судьба.

И ещё одна чрезвычайно интересная и уникальная вещь, это так называемая отрицательная исповедь. То есть человек исповедуется не в том, что он сделал плохого, а что он не делал из плохого. И исповедуется перед каждым из судей, которых должно быть 42. И каждый из них ведает тем или иным грехом.

А.Г. То есть 42 греха.

Э.К. 42 греха, которые произносятся в отрицательном смысле.

А.З. То есть персональное обращение, «о такой-то и такой-то, я не убивал». «О другой, я не воровал». И так далее.

Э.К. Я не прелюбодействовал, я не отнимал воды у жаждущего. Вот такие вещи он должен произнести. Судьи изображены примерно в одинаковых – как бы сложенных – позах, они в значительной степени безлики, хотя по каким-то коронам можно их определить. Они, собственно говоря, и решают, что будет происходить с душой умершего человека.

И девятое изображение, пожалуйста. Это царь потустороннего мира, это высший судья, это Бог Осирис, это, собственно, кульминация всего заупокойного культа. За ним, в конечном счёте, последнее слово. Ему предоставляют все сведения, собственно, если употребить современное слово, даже «протокол» этого обсуждения, и он тогда решает судьбу.

Но судьба самого Осириса, конечно, фантастична. Он жил на земле… Здесь настолько много от биографии Спасителя, что порой даже страшно это и произносить, но это действительно так. В конечном счёте, он удаляется, и больше никогда не возвращается на землю, он переселяется в мир иной. Вот почему он очень часто изображён в белой одежде, как мумия, то есть как тот, который ожидает своего часа, чтобы воскреснуть. С Осирисом это произошло, но он продолжает носить одежду мумии, и так он и изображён. Его сопровождают верные сёстры и жёны, Исида и Нефтида, одна из них здесь с ним. Они всегда с ним так и остаются. Хотя это не мешает им спускаться на землю, общаться с людьми и помогать людям. Это явный, конечно, прообраз Богоматери. Но это, я думаю, отдельный сюжет, о котором мы могли бы тоже говорить с большой, правда, осторожностью, но довольно много.

А.З. Да, конечно, ты права, но здесь параллели напрашиваются сами собой, и если мы вспомним «Деяния апостолов», там есть такой момент, когда архидиакона Стефана приводят в синедрион, и синедрион осуждает его на смерть, и он произносит большую речь, рассказывая обо всей истории еврейского народа. В частности, Стефан говорит и о Моисее. И говорит, что «научен был Моисей всей премудрости египетской и был силён в словах и делах». Так вот, разумеется, эта премудрость, это, конечно же, не премудрость строить пирамиды или лечить, не знаю, какие-нибудь инфекции. А это, конечно же, духовная премудрость, потому что Моисей был пророком, Моисей был учителем духовным, а отнюдь не практическим инженером или каким-то другим работником. Поэтому между Египтом и христианством, безусловно, масса нитей, и это знают египтологи, это знают исследователи текстов. Другое дело, что надо всегда очень аккуратно, конечно, проводить сравнения, иначе мы кое-что можем спутать.

Но остаётся ещё один, очень важный факт, что египтяне были первым народом, который полностью принял христианство. Причём именно египтяне, не греки, живущие в Египте в Птолемаиде и Александрии, а именно «хора», то есть сами коренные египтяне, будущие копты. Во втором веке Египет был христианизирован, и Евсевий Кесарийский говорит о том, что первый народ, который принял благую весть, как народ, целиком, это были как раз египтяне. Разумеется, они приняли это не просто так, они услышали в благой вести что-то такое, чего они давно ждали, во что они давно верили, и христианство было для них осуществлением ожидаемого.

Что касается страшного суда, этой сцены суда, ты совершенно права, Нора, это – один из самых великих даров, которые Египет дал человечеству, хотя вроде бы это страшный дар. Так, например, считал английский учёный, очень видный египтолог, религиевед, компаративист, С.Брэндон, который ещё в 60-е годы написал, что ничто так не значимо в религии Египта для современной культуры человечества, как страшный суд.

Но ведь египтяне, и это надо подчеркнуть, они не выдумали это, они пришли уже в историю с этой идеей. Когда мы смотрим на религию Египта, на их монотеизм, на их верования загробного цикла, мы должны понимать, учитывая вообще консерватизм религиозной мысли, а тем более мысли, связанной с заупокойным ритуалом, что это то, во что верили люди за многие тысячи лет до первых письменных памятников, и далеко не только в Египте. Но Египет осмелился об этом сказать. Почему? Мы до конца не знаем, в любом случае это особая большая тема.

Что же касается самого этого Страшного Суда, то здесь надо помнить, что, по сути говоря, человека никто не судит. Он приходит в эту палату Маат, палату истины… Не будем забывать, что суд земной в Египте назывался «Пер Маат» – «Дом Маат» – «дом суда». И не будем забывать, что Маат – это любимая дочь Бога Творца. Маат и Тефнут – это разные эпитеты одного и того же. Тефнут, это – «выплюнутая», это первое из божественных проявлений Творца. То, что даже не сотворено, как творятся дети у мужчины и женщины, а то, что выплюнуто, извергнуто Творцом, то есть это – Его суть, но пребывающая вне Его.

Так вот эта великая Маат, она есть лишь мерило праведности. Человек приходит после смерти на этот суд. Что такое его сердце? Вспомним опять же Евангелие. Из внутрь, из сердца человека исходят и благие, и злые мысли. Сердце – это то, где совесть судит человека, это вместилище всего его доброго и злого, с точки зрения практически любой религиозной системы. И это сердце взвешивается, оно должно быть уравновешено Маат, должно быть уравновешено правдой. Если да – ты праведник, ты исполнил ту волю, которую в тебя заложили, которую о тебе имел Бог, и ты воссоединяешься с Ним.

Потому что в египетских древнейших текстах, Текстах Пирамид есть очень важная идея: человек, любой человек создан до творения мира. Это кажется очень странным. Мы все привыкли, что мы родились там 50 лет назад от папы и мамы. А египтяне утверждают: такой-то – Пэпи – был создан до того, как воздвиглись горы, до того, как простёрлось небо, до того, как сама смерть вошла в мир, до того, как в бытие вошли боги. Человек существовал до всего этого, он был в предвечном божественном каком-то предсуществовании, которое египтяне обозначали словом «Нун». Он был в нём, он вышел из него. То есть он как бы – проявление Бога, он не сам по себе. Нельзя сказать, что я одно, а Бог – другое. Величайшая истина была в том, что человек – это божественное проявление с индивидуальной свободной волей, но с определённой, как у нас сейчас любят говорить, программой, которую заложил в него Бог, как в свою энергию, как в свою силу. Но человек может её выполнить, может не выполнить. Выполнил – ты восходишь к Осирису, побеждаешь смерть, возвращаешься в полноту, в конечном счёте, Нуна, в ту же полноту божественного сверхбытия, образом которого являются поля Иалу, рай. Потому что прекрасное человеку ведь трудно изобразить иначе, как земными образами. Опять же, вспомним Священное Писание: «Не восходило на ум человеку, что уготовал Господь для любящих Его». Как это изобразить?

Если же человек не выдержал испытания… Ты сказала, что Амамат, это – исчезновение. Многие грешники очень бы хотели просто исчезнуть. Но я боюсь, что Амамат, это тоже один из прообразов христианских образов. Вспомним западную стену любого католического собора. Это огромная пасть ада, куда входят грешники. Они не исчезают. Но они обретают вечную жизнь, полную трагедии и муки вне Бога. Вот что-то подобное обретают грешники, я так думаю, и судя по, скажем, «Книге врат», также думали египтяне. Так что Египет в этом смысле является для нас картинкой того, как верили задолго до наших дней, и прообразом того, что открыло потом христианство и реализовало здесь на земле.

А.Г. Интересно. Значит, всё-таки есть доля правды в словах этологов, когда они утверждают, что состояние, которое мы называем совестью и преступлением некоего внутреннего нравственного закона, свойственно и многим высшим животным, и что человек получил сначала ощущение неудобства, неудовлетворённости при нарушении некоего закона, а потом сформулировал это в заповеди или в антизаповеди…

А.З. Да, в любом случае, это заповедь.

Э.К. Очевидно, да.

А.З. Я думаю, что это, в общем-то, верная вещь. Другое дело, что есть категориальное различие между животным и человеком. Я думаю, в тот момент, когда возникает категория совести, она связана с категорией свободы, животное становится человеком, самоответственной личностью, которая уже может быть судима, но которая и может быть обожена…

Квантовая космология

05.08.03

(хр.00:55:25)

Участники:

Андрей Анатольевич Гриб – доктор биологических наук

Михаил Леонидович Фильченков – доктор биологических наук

Андрей Гриб: Сегодня мы будем говорить о квантовой космологии. Собственно, сама эта наука, квантовая космология, она пытается ответить на очень важный вопрос, который человечество волнует уже с давних пор. А именно, что такое начало Вселенной, если оно было, и что можно сказать об этом начале. Но сначала я, может быть, расскажу об истории этого вопроса современной науки, имея в виду науку 20-го века. Первым человеком, который стал говорить о том, что у Вселенной, по-видимому, было начало, был создатель теории расширяющей Вселенной Александр Александрович Фридман. В 1922-м году он, работая тогда в Петрограде, опубликовал работу, в которой описал расширение пространства. Это расширение пространства связано с некоторым особым решением уравнения Эйнштейна. И вот он нашёл это решение. И тогда же в этой работе в 1922 году он сказал, что если это правильно, то у Вселенной было начало. И он думает, что это начало было где-то, примерно, порядка десяти миллиардов лет тому назад. Удивительным образом, сегодня мы считаем, что возраст Вселенной равен 13,7 миллиардов лет. Но во время Фридмана никаких данных об этом не было. И, собственно, само по себе это утверждение было некоей странной и удивительной догадкой.

Дальше история развивалась таким образом. Отношение к самой идее начала, с самого начала всей этой науки было разным и очень неоднозначным. Альберт Эйнштейн написал на работу Фридмана отрицательный отзыв. В этом отзыве он написал, что он считает, что этого решения не существует, и что у уравнения Эйнштейна есть только статические решения. После этого Фридман написал письмо Эйнштейну, где подробно объяснил свои выкладки но, однако, Эйнштейн это письмо не прочитал, и потом в Берлине друг Фридмана Крутков показал, наконец-то, Эйнштейну это письмо, и они вместе, Крутков и Эйнштейн, разобрали выкладки Фридмана и поняли, что всё это правильно. Будучи честным человеком, Эйнштейн после этого опубликовал небольшую заметку в том же журнале – «Zeitschrift fur Physik» – это был главный международный физический журнал того времени, где он написал о том, что действительно такое решение, которое нашёл Фридман, существует. И высказывание о том, что эта работа ошибочна, было неправильным. Надо сказать, что работающий сейчас исследователь науки Стейчвэл написал о том, что первоначально в письме Эйнштейна было ещё добавлено. Но я думаю, что это не имеет физического смысла. Это о второй его заметке, где он исправил свою ошибку.

Фридман в 1925 году умер в возрасте 37 лет. В возрасте, типичном для русских гениев. И после этого только скромная могила с православным крестом на Смоленском кладбище (в Петербурге) долгое время была единственным свидетельством о том, что он вообще существовал. Потому что в Советском Союзе вся эта теория расширяющейся Вселенной была объявлена идеалистической, и практически долгие годы ею никто не занимался. Но всё происходило в других местах. В 1927 году аббат Лемэтр, который был, с одной стороны, католическим аббатом, а с другой стороны – физиком, написал работу, в которой переоткрыл решение Фридмана уравнения Эйнштейна, описывающего расширяющееся пространство. Эту работу он опубликовал в бельгийском журнале, и потом он очень хотел показать её Эйнштейну. Но, надо сказать, что встретиться с Эйнштейном было очень трудно. Но так как ему симпатизировала бельгийская королева, а королева интересовалась наукой, то королева знала Эйнштейна. И вот она способствовала тому, что произошла такая встреча между Лемэтром и Эйнштейном, она произошла в 1927 году в Брюсселе в такси. Эйнштейн ехал в такси, об этом рассказал человек, который знал секретаря Эйнштейна. И вот в этом такси произошла беседа.

Лемэтр спрашивал у Эйнштейна каково отношение Эйнштейна к этой работе. Эйнштейн сказал кратко: математика – правильно, но физика – какой ужас. Потом дальше развивалось всё это так. В 1929 году Хаббл увидел действительно красное смещение далёких галактик, которое следовало из теории расширения Вселенной. Эйнштейн, будучи физиком, признал, что такие нестационарные решения действительно имеют физический смысл. Однако тот же Лемэтр в 1930 году впервые опубликовал работу, где он стал говорить о начале Вселенной. В 1927-ом Лемэтр не говорил, а Фридман в 22-м году уже говорил об этом. Так вот, когда Лемэтр краткую работу опубликовал в Англии, поинтересовался мнением Эйнштейна, и Эйнштейн сказал, что «разговор о начале Вселенной связан с Вашей христианской догмой. Я в это не верю».

Дальше, в это время, именно в тридцатые годы, была короткая заметка, но только через три года Лемэтр опубликовал свою главную работу о первоатоме, где он изложил идею о том, что рождение Вселенной было квантовым. Дело всё в том, что Лемэтр очень интересовался уже тогда квантовой физикой, и у него была такая идея, что первоначально было нечто, что он назвал первоатомом. Этот первоатом взорвался или распался на множество мелких частиц, и за счёт этого уже квантового процесса во Вселенной появилась не нулевая энтропия, которую он связывал, правда, с космическими лучами, тогда ещё не было открыто реликтовое излучение. И вот, так сказать, появилась стрела времени. То есть, направление от прошлого к будущему. Эта идея Лемэтра была высказана им и опубликована, собственно говоря, только в 33-ем году. Далее события развивались так.

Первоначально отношение к теории расширяющейся Вселенной, а значит и к проблеме начала времени, было, вообще говоря, не положительным ещё и потому, что Хаббл неправильно определил постоянную Хаббла тогда. Наблюдения были не очень точны, и расстояния до далёких галактик определялись неправильно. Он её определил, как 500 километров в секунду на мегапарсек, и тогда оказалось, что возраст Вселенной меньше возраста Земли. Любой нормальный человек спрашивал: о какой же теории Вы говорите. И эта ситуация продолжалась практически до 60-х годов, когда научились гораздо точнее мерить расстояние. Выяснилось, что постоянная Хаббла совсем не 500 километров в секунду на мегапарсек, а меньшая величина. Порядка 65, как сейчас считают.

Но окончательным решением проблемы можно считать 1965 год, когда Пенроузом и Хокингом в Англии была доказана теорема, что если Вселенная расширяется и если в этой Вселенной материи удовлетворяют обычным условиям, так называемым уравнениям состояния, то у Вселенной обязательно в прошлом было начало. Эта теорема называется теоремой о сингулярности. И вот этот момент, можно сказать, – это момент, когда было установлено, что действительно Вселенная – совсем не то, что о ней думали. Что идея вечной во времени Вселенной, которую мы сейчас видим, эта идея, по всей видимости, должна быть оставлена. Надо заметить, что у нас в стране ещё в 80-х годах все студенты в университетах, институтах изучали диалектический материализм, в котором чёрным по белому было написано, что Вселенная вечна и бесконечна. И никаких разговоров о том, что когда-то было начало, не велось. Но это история вопроса, может быть, Михаил Леонидович сейчас добавит исторических фактов.

Михаил Фильченков: Я хотел начать с того, что ещё до Фридмана, в 17-м году, после того как Эйнштейн создал общую теорию относительности, он предложил модель стационарной Вселенной. И, собственно, поэтому он и возражал Фридману. Но буквально в это же время де Ситтер – это голландский астроном – предложил тоже нестационарную модель, но без сингулярности. Под сингулярностью подразумевается некое такое состояние с бесконечной плотностью, где и кривизна обращается в бесконечность. Это решение описывало как бы пустой мир, но с постоянной кривизной. И вот этот пустой мир, с постоянной кривизной, получил название Вселенной с космологической постоянной. Как космологическая постоянная она выражается через эту постоянную кривизну. Расширение – то, о котором говорил Андрей Анатольевич, но не упомянул – какой закон расширения, получил Хаббл, в смысле, Хаббл зарегистрировал только факт расширения. А вот что получил конкретно Фридман: все масштабы растут с течением времени по степенному закону. То есть, Хаббл наблюдал зависимость скорости удаления галактик от расстояния. Она оказалась линейной. А вот сами масштабы в зависимости от времени растут по степенному закону. Если у вас, допустим, есть какое-то излучение, скажем, электромагнитное, то закон – корень квадратный из времени. А если другая какая-то материя, то другой закон. Но закон степенной. То есть, расширение достаточно медленное. А в модели де Ситтера, т.е. с космологическим членом, расширение по экспоненте, т.е. гораздо более быстрое. Поскольку это была модель пустой Вселенной, то есть галактики там были как некие пробные частицы, которые просто движутся, но не определяют динамику этого расширения (динамику определял так называемый космологический член в уравнениях Эйнштейна), то после того как было получено решение Фридмана, которое описывало динамику, определяемую материей, наполняющей Вселенную (галактики, излучения и так далее), то, конечно, от модели де Ситтера быстро отказались, потому что она ничего реального не описывала. Это продолжалось некоторое время.

А вот приблизительно начиная с 60-х годов, стали обращать внимание на эту модель. И она попала в учебники, скажем, есть знаменитые книги по гравитации, допустим, Томан. Там уже это решение упомянуто. Но, в общем, вторую жизнь этому решению дал ленинградский учёный Эраст Борисович Глинер. Он в 65-м году предложил такую модель, в которой Вселенная расширяется сначала быстро, то есть по экспоненте. То есть, как бы пустая Вселенная, потом переходит на стадию расширения вещества. Вот то, что описывал в своей модели Фридман. Но, правда, причина этого перехода была не ясна. И поэтому работы Глинера сначала, в общем, не очень были встречены положительно научной общественностью. Он ещё в 70-м году опубликовал работу. Где-то в конце 70-х годов – в начале 80-х, были ещё работы Старобинского, Мостепаненко, потом дальше Гута. Через некоторое время выяснилось, что это, по-видимому, какое-то скалярное поле, которое и описывается этим космологическим членом. В результате определённых процессов, которые происходят во Вселенной, когда скалярное поле сильно осциллирует, начинает рождаться материя – эти самые частицы, излучение, которые потом определяют динамику Вселенной в модели Фридмана. И заслуга Глинера заключалась в том, что он предложил этот сценарий. Потому что, собственно, он использовал решение де Ситтера. Ну и, кроме того, он считал, что и конечная стадия гравитационного коллапса приводит к этому решению де Ситтера, то есть внутри чёрной дыры не сингулярность, а этот вакуум, описываемый космологическим членом. Кроме того, когда было предложено решение де Ситтера, то сразу из него следовало, что теоремы о неизбежности сингулярности не работают в силу того, что так называемое сильное энергетическое условие (то есть, что давление должно быть больше, чем некая величина отрицательная), для космологического члена не выполняется. И поэтому теоремы Хокинга-Пенроуза о неизбежности сингулярности в таком сценарии не работают.

А.Г. Хорошо, я теперь скажу о том, какой же картина в космологии сегодня представляется нам после этих открытий. Дело в том, что иногда открытие Фридмана сравнивают с открытием Коперника. Я бы сказал, что оно неким образом является антикоперниковским. Во-первых, потому что Коперник, в действительности, просто возродил точку зрения Аристарха Самосского в Греции, который уже говорил о том, что Земля вращается вокруг Солнца. Кроме того, мы знаем, что кроме Коперника был Джордано Бруно, после которого возникла некоторая определённая модель Вселенной, которая весьма популярна была в 19-м веке и в начале 20-го. Что это за точка зрения? Эту точку зрения Лемэтр, один из создателей космологии, назвал кошмаром бесконечности.

Суть этого кошмара состоит в следующем. Если человек 19-го века смотрел на звёздное небо, то он смотрел на некую непонятную для него бесконечность. Это пространственная бесконечность. Если человек задавал себе вопрос – кто я, откуда я, то он не мог на это ответить, потому что если сзади бесконечное время, этот вопрос бессмысленный. Вы ничего не можете объяснить, если время существования Вселенной бесконечное, если сзади вас бесконечное прошлое. И вот именно это назвал Лемэтр кошмаром бесконечности. Человек, который начинает понимать, что он конечное существо, окружён, с одной стороны, бесконечностью пространственной и бесконечностью временной, чувствует полную беспомощность, что бы то ни было объяснить. Вселенная нам представляется чем-то похожим на бесконечный супермаркет, в котором разложено множество каких-то вещей. Одна из этих вещей – земной шар с человечеством на нём. А есть какие-то другие вещи, но всё это бесконечно и всё в этом смысле является нерациональным и, как Лемэтр говорил, просто кошмарным.

Какой же образ возникает, если мы на самом деле считаем, что у Вселенной было начало и, кроме этого, что наблюдаемая Вселенная занимает конечный объём, как это утверждает космология. Конечно, за наблюдаемой Вселенной может быть какой-то процесс, но всё равно мы его наблюдать не можем. Вот эта Вселенная выступает сегодня как удивительным образом организованное целое. Можно задать такой вопрос: о чём могли бы рассказать атомы нашего тела? Допустим, я смотрю на свой палец. И если бы эти атомы могли говорить, что бы они мне рассказали о моей рождении? Во-первых, надо начать с того, что каждый из нас имеет в действительности возраст ни двадцать, ни тридцать, ни шестьдесят даже лет, ни семьдесят лет, а 13,7 миллиардов лет. Потому что если мы спросим, а как родился я, если под этим «я» понимать эту структуру из элементарных частиц атомов и атомных ядер, то нам расскажут следующую историю.

Сначала некоторым образом возникло пространство и время. Что это такое, об этом будет рассуждать квантовая космология. Однако это пространство было пустым. Впрочем, оно не совсем было пустым, а именно: если мы считаем, что была эра инфляции или де Ситтера, о которой сейчас только говорил Михаил Леонидович, это было пространство, наполненное особой пустой материей. И что любопытно, мы имеем некий комментарий книги Бытия в Библии. Если вы помните, там было сказано: в начале сотворил Господь небо и землю, земля же была безвидна и пуста. Так вот эта пустая материя безвидна, потому что света ещё нет. Она пустая, потому что это вакуумное вещество. Это удивительно точное популярное выражение того, о чём мы сейчас говорим. Итак, ранняя Вселенная – это Вселенная пустая в смысле обычной материи и в ней нет света. Затем возникает свет. Это тоже удивительный комментарий, потому что мы знаем, что после Земли безвидной, пустой было сказано «и да будет свет». До создания звёзд. То, на чём споткнулся Смердяков в «Братьях Карамазовых», если мы вспомним. Когда он читал Библию, он прочитал, что сначала был создан свет, а потом звёзды. Он сказал, как это может быть? Как может быть свет без звёзд? После чего сказал, что не в правду всё написано. Вот современные Смердяковы должны быть очень осторожны с книгой Бытия.

Потому что мы вдруг обнаруживаем, что на самом деле сначала был свет, а звёзды возникли потом. Итак, ранняя Вселенная, что она собой представляла? Это был свет, и в ранней Вселенной возникли первые элементарные частицы. Этим занимались мы – я и моя группа, начиная с середины 60-х годов. Тогда мы занимались вопросом о рождении частиц в ранней Вселенной. Гравитационное поле ранней Вселенной было очень сильно. А физике известно, что сильное поле может рождать в основном пары – частицы и античастицы. И наши вычисления показали, что эти пары, если брать тяжёлые частицы с особой массой, так называемое действительное объединение, действительно могут дать то самое число частиц, которое мы сегодня видим и наблюдаем в космологии. Это число называется числом Эддингтона-Дирака. То есть в ранней Вселенной не было этих частиц. Поэтому не было вблизи того, что называют началом Вселенной, не было бесконечной плотности вещества, потому что его просто не было. Оно возникло потом, это вещество. Оно возникло в виде элементарных частиц.

Что было далее. Далее были первые три минуты Вселенной, как объясняет Стивен Вайнберг в своей книге «Первые три минуты». Именно в это время произошли, возникли первые атомные ядра. Это были, конечно, лёгкие атомные ядра. Это был дейтерий, это был тритий, это был литий. Потом, дальше был большой период – 300 тысяч световых лет – и после этого началось возникновение первых атомов, а далее возникли звёзды, звёзды и галактики. И, наконец, внутри особых звёзд, сверхновых, возникли тяжёлые элементы, в частности углерод, из которого составлено наше тело.

Мы когда-то в прошлом были внутри звёзд. И поэтому, когда мы смотрим на ночное небо, мы можем задуматься. К сожалению, мы не видим сверхновых, которые вспыхивают, в основном, в других галактиках. Но если мы придём в хорошую обсерваторию, например, лаборатория САО на Кавказе, то нам их покажут, там почти каждый день регистрируют вспышки сверхновых в других галактиках. Так вот, мы были внутри сверхновых, мы оттуда были выброшены. Мы дети этих звёзд. И поэтому, глядя на это небо, мы не должны думать, что оно чужое. Мы там на самом деле когда-то были. Конечно, не мы, как здесь сидящие, но наши атомы, эти ядра, они там были, они оттуда, и они это помнят.

И потом, наконец, когда это было выброшено в пространство, на планете Земля началась биологическая эволюция, и возникло самое сложное образование во Вселенной, которое сегодня известно, это человеческий мозг. Поэтому Вселенная представляет сегодня удивительным образом рационально организованную целостность, когда от самого простого мы идём к наиболее сложному. И эту историю нам сегодня рассказывают.

Но теперь возникает главный вопрос: ну, а что такое, всё-таки, самое начало? Что значит начало Вселенной, начало времени? Что об этом можно сказать? Первым этот вопрос, как мы знаем, задал блаженный Августин в пятом веке новой эры. Он в «Исповеди» обсуждает проблему того, что такое начало Вселенной. При этом он отвечает на такой вопрос, его спрашивали: а что делал Бог до сотворения Вселенной? На что блаженный Августин сказал: он создавал ад для тех, кто задаёт глупые вопросы.

Нужно сказать, именно это повторил Хокинг, кстати, не ссылаясь почему-то на блаженного Августина, хотя я это говорил Хокингу и Полу Дэвису в своё время, когда они сюда приезжали. Кстати, Пол Дэвис потом стал об этом говорить. Хокинг в своей книжке «Краткая история времени» говорит так, что, когда мы спрашиваем, а что было до начало Вселенной, то это тоже самое, что спрашивать, а что южнее Южного полюса? Просто понятие «до» теряет свой смысл до этой точки начала Вселенной. Есть только «после». Так же, как на Южном полюсе, если вы спросите, «а что южнее?» вам скажут: простите, но это вопрос глупый. Всё севернее. Блаженный Августин тоже так же на это отвечал. Если вдуматься в то, что он сказал.

Итак, начало Вселенной, как начало времени. Что это такое? Что мы можем об этом сказать? Если говорить о классической общей теории относительности, то мы тут обсуждали теорию Хокинга, а также идею Глинера и Гута, и дальше Линде о так называемой инфляционной космологии, где говорится о том, что Вселенная до стадии Фридмана расширялась более ускоренно – по закону экспоненты. Но всё равно, и там возникает на самом деле этот вопрос. Вселенная расширялась. Но она расширялась от очень маленького объёма, который соответствует планковским размерам. Для того чтобы говорить о том, что происходило на этих размерах, и знать, что такое точка начала, необходимо привлекать квантовую физику. Причём квантовую физику не только для того, что находится внутри Вселенной, но и для описания её геометрии. Это квантовая гравитация.

Всё, чем занимались мы, допустим, начиная с 69-го года, относилось на самом деле к квантовым процессам внутри Вселенной. Пространство-время, которое классическое, описывается классически в теории относительности. Здесь же этого недостаточно, если мы хотим пытаться ответить на вопрос: а что же такое само возникновение времени? А что мы вообще тут можем говорить, что значит возникновение времени, что за слово «возникновение», если мы говорим о чём-то, что есть возникновение времени, в котором всякое возникновение существует? Как ставить здесь вопрос? Об этом нужно рассуждать не только физикам и математикам, человек, задающий этот вопрос, должен быть ещё и философом, чтобы понять, что же всё-таки он спрашивает.

И вот квантовая космология, которая возникла где-то в середине 80-х годов, пытается ответить на этот вопрос, а именно, пытается описать раннюю Вселенную в рамках квантовой физики. И произошло введение понятия так называемой «волновой функции Вселенной». Михаил Леонидович довольно много занимается этой темой. Я думаю, он прокомментирует лучше эту ситуацию.

М.Ф. Но здесь я хочу вернуться назад. У Вас была передача «Квантовая гравитация», и я хочу немножко добавить, что же такое квантовая гравитация, а потом объяснить, что такое квантовая космология. Проблема квантования в гравитации, в общем-то, довольно сложна, и нельзя сказать, что существует какая-то теория. Существуют просто различные подходы. То есть если рассматривать, скажем, какие-то слабые гравитационные поля на фоне почти плоского пространства Минковского, то тогда удобно провести такое квантование, которое обычно проводится в электродинамике. Есть такая наука – квантовая электродинамика.

Квантование электромагнитного поля даёт фотоны. И соответственно такая же процедура, проделанная над слабым гравитационным полем, даёт кванты гравитационного поля, которые называются гравитонами. В отличие от фотонов, они имеют спин 2. Сейчас просто невозможно в этой передаче это объяснить – это потребует много времени и может даже быть непонятно. Нужно только сказать следующее: эти гравитоны могут быть описаны в виде некоего тензорного поля. Общая теория относительности вообще построена на тензорах, то есть уравнения Эйнштейна – тензорные уравнения. И для этого тензорного поля, если развивать такой формализм, как в квантовой электродинамике, оказывается, что возникают неустранимые расходимости. Как физики говорят, это теория неперенормируема, и, в общем, до конца её построить не удаётся. Хотя, в принципе, какие-то простые задачи решать можно. Скажем, у вас есть атом водорода, и есть какие-то переходы, и излучается, скажем, электромагнитное излучение, дипольное. Есть также квадрупольные переходы. И излучается электромагнитное излучение квадрупольное, и излучается гравитационное излучение. Вы можете вычислить с помощью этого формализма, какое будет гравитационное излучение – как некий поток гравитонов. Такие простые задачки можно решить. Но до конца теория эта не строится.

И когда пытались её как-то улучшить, то оказалось, что есть следующие пути. Что нужно, во-первых, рассматривать уже пространство более высокого числа измерений, то есть, скажем, 11-мерное пространство, и там строится такая наука, которая называется супергравитацией. И эта наука, она и дальше развивалась, и сейчас есть такой совершенно новый подход – это теория суперструн. В низкоэнергетическом приближении в рамках этих теорий удаётся устранить эти расходимости, правда, может быть, не полностью, но, во всяком случае, эта задача, в общем, как-то решается. Но эти теории выходят за рамки нашей передачи. Я о них говорить не буду. А я хочу сказать ещё об одном подходе, который оказался довольно плодотворным.

Это когда вы рассматриваете гравитацию не как некое физическое поле, скажем, электромагнитное поле или какое-нибудь поле сильных взаимодействий, или слабых, а когда вы рассматриваете её с точки зрения общей теории относительности. То есть гравитацию рассматриваете как некую геометрию. И будет квантование не поля, а квантование геометрии в целом. И тогда окажется, что это квантование проще. По крайней мере, идейно проще, чем квантование полей. То есть оно напоминает то квантование, которое мы имеем в нерелятивистской квантовой механике. И это направление, в котором такой подход реализуется, получило название квантовой геометродинамики. Она была разработана в 60-х годах, в основном, Уилером и ДеВиттом. Основное уравнение в этом подходе – это так называемое уравнение Уилера-ДеВитта. И оказалось, что это уравнение Уилера-ДеВитта очень похоже на уравнение Шрёдингера – то уравнение, которое известно из квантовой механики. Только с одним исключением, что в этом уравнении энергия равна нулю. Потому что в этой теории не используется время.

То есть вся теория строится только в трехмерном пространстве. Вы берёте четырехмерный мир и делаете в каждый момент времени какие-то фотографии. И потом эти фотографии как-то комбинируете, а время не учитываете. Из этих фотографий, которые как бы отражают только геометрию мира, вы пытаетесь создать, как-то извлечь некую динамику. И эта динамика извлекается. То есть вы получаете уравнение типа уравнения Шрёдингера, решаете его и возвращаетесь по сути дела, как бы в лоно обычной квантовой механики. И там можно, в общем-то, очень много решить проблем, в частности, например, проблему рождения Вселенной. Но есть ещё важный момент – это то, что в 73-м году Фомин и Трайен предложили идею рождения Вселенной в результате некоей квантовой флуктуации. И оказывается, что это можно описать с помощью этого уравнения – типа уравнения Шрёдингера.

Это было сделано сначала Виленкиным, а потом уже многими другими. В частности, волновая функция Вселенной, о которой упоминал Андрей Анатольевич, была предложена Хартлом и Хокингом. И в рамках такой модели решается задача о рождении Вселенной, как некотором процессе, аналогичном альфа-распаду. То есть у вас есть частица, она при распаде испускается в результате некоего туннелирования – классически запрещённого процесса, когда частица проходит под барьером. То есть это означает, что её энергия меньше высоты барьера. Тем не менее, за счёт квантовых эффектов она оказывается по другую сторону барьера. Так вот Вселенная рождается точно так же, как это было установлено в данном подходе.

И вероятность рождения Вселенной очень маленькая. По крайней мере, она, видимо, не больше, чем е в степени минус 10 в девятой степени (е – около 2,72). Что можно ещё сказать? Ещё можно упомянуть следующую вещь, что весь этот аппарат, когда он применён к квантовой космологии, просто следует уравнению типа Шрёдингера. Я привёл пример, как рождается Вселенная. Есть интересный ещё такой момент, что на примере модели Фридмана, математический аппарат сводится к следующему. У нас есть уравнения Эйнштейна. Пространство у нас однородное и изотропное, и вы сводите эти уравнения Эйнштейна, их, в общем-то, довольно много (десять), только к двум уравнениям. Одно из этих уравнений, выражает просто закон сохранения энергии: кинетическая энергия плюс потенциальная равняется полной энергии.

И вот что получается из этого уравнения, переходя к обычной процедуре квантования, как мы это обычно делаем. Здесь было много передач по квантовой механике: специфика квантования сводится к тому, что вы заменяете некие физические величины на операторы, то есть у вас есть, допустим, импульс, и вы заменяете его на оператор. Но что это означает? Это очень простая вещь. У вас есть корпускулярно-волновой дуализм, т.е. если у вас есть формула для энергии и есть формула для волны, и если вы отождествляете эти формулы, то оказывается, что импульсу соответствует некая операция дифференцирования по координате, умноженная на мнимую единицу.

И если проделать с уравнением Фридмана, которое выражает закон сохранения энергии, такую операцию, то есть заменить импульс в этом уравнении на оператор импульса, то вы получаете уравнение типа уравнения Шрёдингера. То есть оказывается следующая вещь, что вы исходите из уравнений Эйнштейна, а получаете уравнение квантовой механики. То есть это совершенно удивительная вещь. В этом, собственно, в квантовой космологии и заключается синтез общей теории относительности и квантовой механики, то есть вы «перевариваете» общую теорию относительности, превращая её в квантовую механику. Причём, интересно следующее: можно пойти и дальше. Лемэтр, которого некоторые называют отцом квантовой космологии, предложил первоатом, а после этого у Уилера, ДеВитта и Хокинга были такие высказаны идеи, что решение этого уравнения, типа уравнения Шрёдингера, может дать что-то типа атома водорода. Потому что у уравнения Шрёдингера одно из точных решений – это атом водорода. Так вот оказалось, что из этого уравнения Уилера-ДеВитта, применённого к квантовой космологии, можно получить решение, которое совпадает с решением для атома водорода, то есть то, что предлагал ДеВитт, уже реализовано математически.

Что ещё можно сказать? Да, здесь ещё есть вот некая проблема, о которой сейчас Андрей Анатольевич скажет. Я только сделаю анонс, что в такой постановке задачи, когда у вас энергия равна нулю, из уравнения Шрёдингера следует, что у нас нет времени, потому что, как я сказал, мы рассматриваем только трехмерные конструкции, и из них выводим какую-то динамику. А то, что у нас нет времени, это очень плохо, потому что это означает то, что, раз нет времени, значит, нет наблюдателя. А основная интерпретация квантовой механики, в общем-то, требует наличия наблюдателя. По крайней мере, в такой трактовке, которая дана, можно сказать, в «библии квантовой механики» – книге фон Неймана «Математические основы квантовой механики». Без этого построение теории невозможно, хотя не все разделяют эту точку зрения, но, по-видимому, всё равно есть трудности. Как выйти из этого положения?

Предлагаются другие интерпретации. Скажем, в этой передаче обсуждалась так называемая многомировая интерпретация. Это, значит, что вы каждому измеренному значению какой-то величины ставите в соответствие какой-то определённый мир. То есть ты измерил одно значение, это было в одном мире. Измерил другое – в другом. Это следствие того, что в квантовой механике называется редукцией волнового пакета. Это то, что у вас есть, с одной стороны, волновая функция – это и есть некая суперпозиция разных состояний, но при измерении вы не измеряете всё в суперпозиции, измеряете только одно состояние. То есть те величины, которые вы измеряете, являются собственными значениями, которые соответствуют этим собственным функциям. Только одна собственная функция и одно собственное значение. А куда остальные исчезают – неизвестно. И это называется процедурой редукции волнового пакета.

И для того, чтобы этого не было, вы, благодаря многомировой интерпретации, предлагаете, что каждое измерение происходит в каком-то другом мире. Это так называемый мультиверс, об этом Андрей Анатольевич скажет. Я ещё только хотел добавить, что, на самом деле, не всё так плохо. Когда вы рассматриваете квантовую космологию, например, рождение Вселенной, то оказывается, что после того как происходит туннелирование, которое соответствует рождению Вселенной (с очень малой вероятностью), волновая функция оказывается такой, что из неё можно вывести, какая будет зависимость масштаба расширения от времени, то есть возникает время. Оно запрограммировано в самой квантовой механике. То есть до того, как Вселенная родилась, не было времени. Но если вы знаете эту волновую функцию и берёте её на предельно больших, масштабных факторах, то из этой зависимости, точнее, из её фазы, вы можете найти однозначно, как будет вести себя этот масштабный фактор в зависимости от времени. То есть у вас возникает время. Возникает, правда, некая трудность с наблюдателем. Об этом Андрей Анатольевич, конечно, подробно расскажет.

Александр Гордон: Прежде можно ещё один вопрос я задам. Вы говорите о маленькой вероятности флуктуации, в результате которой возникает Вселенная. А какое время при этом имеется в виду? Вероятность – за какое время?

М.Ф. А всё дело в том, что туннельный эффект происходит за нулевое время, потому что он происходит под барьером и…

А.Гордон. То есть вероятность события за нулевое время.

М.Ф. Да. За нулевое, при туннельном эффекте никакого времени нет, оно возникает после.

А.Гордон. Да, спасибо, я получил информацию. Не понял, но получил информацию.

А.Г. За короткое время, которое осталось, я хочу о двух вещах сказать. Во-первых, можно ли получить какие-то наблюдательные следствия из квантовой космологии? Можно ли что-либо из этого увидеть? Грубо говоря, это такой вопрос: а можно ли увидеть само начало Вселенной? Кое-что на эту тему можно сказать.

Во-первых, из-за того, что скорость света конечна, мы понимаем, что когда мы видим далёкие галактики, мы видим их в прошлом, потому что свет идёт оттуда миллионы световых лет, значит, мы видим их такими, какими они были миллионы лет тому назад. Чем дальше в космос мы смотрим, тем дальше в прошлое мы смотрим. Но так как время существования Вселенной – это 13,7 миллиарда лет, то когда мы будем смотреть уже туда, на время, на расстояние этого типа, то есть 13, 7 миллиарда лет, то уже будем приближаться к самому началу. Вот что сегодня имеется. Сегодня мы уже видим области с помощью реликтового излучения, где не было звёзд и не было галактик. Мы уже видим ту область, где реликтовое излучение, которое сегодня для нас невидимо, оно только в радиодиапазоне, было в видимом диапазоне. Вселенная в это время не была похожа на ту, которая сейчас.

Уже небо было не чёрным, оно было блистающим, как Солнце. Вся Вселенная была одним большим Солнцем. Но на самом деле не совсем Солнцем, потому что световое давление, как говорится, в этой ранней Вселенной было очень большим, намного больше, чем от Солнца. Спрашивается, а можно ли пробиться через толщу этого огненного шара, как его называют, и посмотреть на самое начало? Ответ таков, что, вообще говоря, можно. Но это связано с гравитационными волнами. Гравитационные волны проходят через всё. Если мы научимся принимать гравитационные волны, мы сможем взглянуть в самое начало, когда возникало все то, что сейчас мы видим.

И вот тут есть проблема, о которой сказал Михаил Леонидович. Если таки-есть волновая функция Вселенной, то есть ли из этого какие-то общие следствия? Конечно, экспериментально наблюдаемых следствий оттуда пока особенно не видно, но очень важный момент – это то, как эта теория объясняет появление времени. Эта теория с волновой функцией Вселенной приводит к очень необычному взгляду, взгляду, который соответственно мы называем блок Вселенной. Блок Вселенной – это значит, что события в пространстве и времени некоторым образом существуют, существуют, как таковые, события. И опять же можно вспомнить блаженного Августина и его «Исповедь». Он говорил: я думаю, что есть три настоящих – настоящее прошлых предметов, настоящее настоящих предметов и настоящее будущих предметов. Именно это утверждает блок Вселенной, теория блока Вселенной. Она говорит о том, что если есть волновая функция Вселенной, то на самом деле, некоторым образом, времени в смысле Ньютона нет. Он считал, что время существует как абсолютное время, даже когда нет никаких событий. Здесь же утверждение обратное: есть событие, а время – это что-то, что упорядочит эти события. Но тогда это означает, что будущее существует так же, как настоящее. И так же, как прошлое.

Эта точка зрения, вообще говоря, конечно, противоречит нашей идее становления. О том, что всё-таки что-то становится в будущем, и что будущее – это множество возможностей. И квантовая механика вообще говорит о том, что, да, это так, по всей видимости. И тут…

А.Гордон. Блок Вселенной и детерминизм тогда просто неизбежен?

А.Г. Не обязательно детерминизм. Потому что в блоке Вселенной возможна такая вещь, что события существуют, но между ними не всегда есть такая связь, что вы можете из одного события предсказать будущее. В этом смысле это не означает детерминизма. Но квантовая механика утверждает большее. Она даже утверждает, что свойства квантовых объектов вообще не описывается как событие в обычном пространстве. Это связано с проблемой, которую немножко затронул Михаил Леонидович, который сказал, что проблема, возникающая в квантовой космологии, это проблема наблюдателя.

Обязательно должен был наблюдатель, чтобы было хоть что-то определённое, потому что вне наблюдателя определённого ничего нет. И в этом смысле, конечно, проблема наблюдателя в квантовой космологии сегодня не только не решена, но ещё по-настоящему не поставлена. Хотя ясно, конечно, что если мы будем применять обычную копенгагенскую интерпретацию, то для того, чтобы даже Вселенная родилась, обязательно нужно, чтобы кто-то тогда уже её наблюдал. То есть мы опять приходим к ещё одному комментарию книги Бытия, где сказано: вначале Земля была безвидна и пуста, и дух Божий носился над водою. Водой обычно называют, согласно библейской терминологии, материю. То есть должен быть какой-то наблюдатель, какое-то сознание. Если нет, то вы не имеете превращение квантового мира в классический.

И, наконец, интерпретация, где предлагается построить много параллельных вселенных, а наблюдателей нет. К сожалению, там очень много трудностей. Почему? Я, например, лично эту интерпретацию не разделяю. Потому что здесь трудности чисто математические. Там есть две нерешённых проблемы. Одна называется, так сказать, сугубо на нашем языке – проблема предпочтительного базиса, которая там не решена, а вторая – это то, что в квантовой физике нельзя ввести для квантовых свойств так называемую логическую функцию истинности. То есть эти объекты квантовые существуют как потенциальные возможности, как говорил мой учитель Фок, а не как наше видение Вселенной. Поэтому параллельная Вселенная – это не то же самое, что наша.

А.Гордон. Пять минут нам добавили, продолжайте, пожалуйста.

А.Г. Параллельные Вселенные, о которых сейчас говорят и в масс-медиа, нельзя представлять себе так же, как нашу Вселенную. Они отличаются от нашей, если следовать квантовой механике. Потому что они не в том же смысле «есть», как наша Вселенная «есть». Слово «есть» к ним нельзя употреблять. И в этом отношении проблема наблюдателя в квантовой космологии является достаточно открытой.

А.Гордон. Поправьте меня, если я ошибаюсь, но там, по-моему, ещё была теория фрактального…

А.Г. Об этом можно сказать. Фрактальная теория обычно связана с теорией многих миров, но не обязательно…

М.Ф. Дайте, я скажу. Осталось мало времени, но я всё-таки хотел бы немного затронуть этот вопрос. Где-то в районе 86-го года Линде предложил модель, в которой инфляция (когда у вас какие-то вселенные раздуваются) на самом деле происходит не только в нашем мире. Мир – это мегагалактика, т.е. наблюдаемая часть Вселенной. А большой мир состоит из многих вселенных. И наша – только одна из них.

А.Гордон. Частный случай.

М.Ф. Частный случай, да. И при этом очень много строили таких моделей, что эти пузыри раздуваются, они как-то пересекаются или не пересекаются. Из одного пузыря можно попасть в другой. В частности, была такая гипотеза, как гипотеза Ли Смолина: скажем, есть какие-то чёрные дыры, возникающие в результате гравитационного коллапса. Поскольку внутри них образуется опять тот же самый вакуум, он опять расширяется в какую-то уже другую вселенную, и в этой вселенной образуются опять чёрные дыры, они опять коллапсируют, и этот бесконечный процесс представляет собой некую фрактальную структуру. Это, конечно, некая полуфантастика, но вот интересно…

А.Гордон. Это решает вопрос с наблюдателем.

М.Ф. Но это нас возвращает к кошмару бесконечности. То есть опять бесконечный мир. Мы от этого ушли, но у нас может быть постановка задачи и другая. А существуют ли какие-то способы попасть из одного мира в другой? И в 87-м году Гут и Фархи (Гут – это тот, кто предложил по сути дела инфляционную модель) предложили такую, в общем-то, сумасшедшую идею о создании вселенной в лаборатории. То есть, требуется всего-навсего только 10 килограмм вещества, которое нужно сжать достаточно сильно, чтобы образовался этот самый вакуум…

А.Гордон. До каких размеров надо сжать?

М.Ф. Сжать нужно до очень маленьких размеров – десять в минус 24-й сантиметра. При этом оказывается, что та энергия, которую нужно при этом затратить, она никакая не космическая, она сейчас имеется на Земле. То есть энергии вполне достаточно. Другое дело, как сжать. Но энергии даже в современной технологии достаточно, чтобы сжать. Другое дело, что мы не знаем, как сжать. Но энергия уже такая есть. То есть, если какая-то сверхцивилизация найдёт такой способ, то она может, в принципе, создать новую вселенную. Тогда оказывается, что рождается новая Вселенная, причём это всё происходит под гравитационным радиусом, поэтому наш наблюдатель как располагал 10 килограммами вещества, так он и будет их видеть. А расширение произойдёт в новую вселенную – возникнет новая вселенная. Причём эти десять килограмм соответствуют почти копии нашей Вселенной, то есть с такими же галактиками, и прочее. То есть, в таком вот небольшом объёме. Правда, неизвестно, может, в нашей лаборатории что-то измениться с нашим вакуумом. Были такие гипотезы, что это может как-то плохо отразиться на нашем мире.

А.Гордон. А кроме того, как мы узнаем, что эта вселенная родилась?…

М.Ф. Как мы узнаем? Мы никак не узнаем. Но здесь есть другой вопрос, секундочку. Ещё есть другой подход – это как послать какое-то сообщение в другую вселенную?…

А.Гордон. Простите, я забуду вопрос. А мы в этом случае можем являться наблюдателем по отношению к той вселенной, которая создалась? Или всё-таки нет?

М.Ф. Нет, но если кто-то к нам пошлёт сообщение, то мы сможем его принять. Поэтому мы можем послать сообщение и можем принять.

А.Гордон. Было бы кому.

М.Ф. Да, да. Так вот, ситуация следующая – есть такая фантастическая модель, что цивилизации существуют какое-то конечное время, и они должны как-то передать свою информацию каким-то другим цивилизациям в нашей Вселенной и в других вселенных. Мы не знаем, сколько цивилизаций существует. Но мы знаем, что есть наша, по крайней мере. И как они могут передать информацию из одной вселенной в другую? Они могут передать либо через чёрные дыры, которые…

А.Гордон. Каков объём информации?

М.Ф. Да, объём информации. Объём информации очень интересный. Оказалось, что вероятность передачи очень маленькая, а информации, которую мы можем передать, приблизительно столько же, сколько содержится в геноме человека. То есть, мы можем передать через этот туннель…

А.Гордон. Вы и с этим тоже не согласны?

М.Ф. Подождите, я сейчас закончу.

А.Г. Геном передан сюда из другой цивилизации?…

М.Ф. То есть понимаете, оказывается так, что чем больше информации, тем меньше вероятность её передать. Если передать легко что-то, то информации очень мало. Для того чтобы передать, скажем, геном человека, нужно е в степени минус 10 в десятой степени.

А.Гордон. А чтобы передать Книгу Бытия, сколько нужно?

М.Ф. А для того, чтобы передать просто какую-то маленькую книгу, нужна вероятность е в степени минус 10 где-то в восьмой степени. То есть в принципе кто-то может эти сообщения к нам прислать. И возможно даже, что и сама жизнь явилась результатом того, что кто-то передал этот геном…

А.Гордон. Чем это лучше, чем Господь Бог?

М.Ф. А это неизвестно.

А.Г. Может быть, я закончу. Здесь, мне кажется, мы имеем возврат к некоторому эллинскому богословию. Потому что чем эллинское богословие отличалось от христианского? У них боги находились где-то на Олимпе. Здесь предлагается где-то другое место, другая вселенная, откуда Боги посылают эту информацию. Но так как теория весьма спекулятивна, потому что её проверить нельзя, то я лично…

А.Гордон. К тому же, она всё равно не даёт ответа на вопросы, которые мы ставим…

А.Г. К сожалению, да. Но я лично предпочитаю христианское богословие, как более развитое, чем эллинское, которое здесь сейчас предлагается.

М.Ф. Нет, это только гипотеза…

А.Гордон. С вашей точки зрения наблюдатель был и…

А.Г. Если брать просто стандартную копенгагенскую интерпретацию, то мы должны как-то анализировать этот вопрос о наблюдателе. Либо это сегодняшние наблюдатели, которые судят о прошлом, либо мы должны говорить о сознании в каком-то более широком смысле.

А.Гордон. То есть вполне возможно, что наш взгляд туда за горизонт этого события, вернее, на горизонт событий, с помощью тех самых гравитационных волн – это и будет тот самый взгляд наблюдателя, который, возможно, создал нашу Вселенную.

А.Г. Да, это уилеровская точка зрения – участвующая Вселенная, – то, что вы сейчас излагаете.

А.Гордон. Потрясающе. Но время уже кончилось…

Динамическая нестабильность воды

06.08.03

(хр.00:49:00)

Участники:

Владимир Леонидович Воейков – кандидат биологических наук

Дмитрий Андреевич Селивановский – кандидат физико-математических наук (Нижний Новгород)

Александр Гордон: Я попросил бы вас прежде, чем вы начнёте, дать определение замечательному термину – «полимер».

Владимир Воейков: Я могу говорить о биополимерах, естественно, потому, что я всё-таки являюсь биологом. Определение очень простое. Это молекула, состоящая из большого числа однородных кирпичиков. Они могут быть одинаковыми, они могут быть сходными, относящимися к одному классу соединений, но вся проблема заключается в том, что количество их должно превышать определённое число, тогда это называется полимером. Вот если говорить о полимерах, состоящих из аминокислот, то уже 4-5 аминокислот – это полимер, называется пептид. А в нашей науке, в биоорганической химии принято считать, что белок начинается примерно с 50 аминокислот, соединённых в цепочку. Значит, молекула полимера – это много звеньев, которые сходны, так или иначе, друг с другом.

А.Г. Теперь остаётся выяснить, и я надеюсь, что вы это сделаете, каким образом всем известная формула молекулы воды Н2О, может представлять из себя полимер.

Дмитрий Селивановский: Дело в том, что вода-то находится всегда в конденсированном состоянии, в жидкой фазе, мы об этой воде и будем говорить. Давно уже выяснено, что вообще-то между молекулами воды всегда есть некие, её структурирующие связи.

В.В. У нас даже есть картинка.

Д.С. Да, и вот это свойство (структурированность воды) в каком-то смысле не учитывалось в физических процессах и в химических тоже. Мой учитель Георгий Алексеевич Домрачев выдвинул идею о полимероподобности воды, и я считаю, что он, конечно же, сделал очень большой шаг, когда сопоставил свойства воды и свойства полимера. Полимеры – очень сложные системы. Когда мы делаем эти полимеры здесь на Земле, то они оказываются даже избыточно сложными для устойчивого существования в условиях Земли, т.е. в условиях 300 Кельвинов. Они, как правило, после изготовления сразу начинают деструироваться, то есть в них необратимо ломаются крепкие связи: углерод – углерод, углерод – водород. Мы и сами это видим, когда, например, полимерная плёнка служит всего один сезон, после этого она мутнеет, становится неэластичной. Очень многие изоляторы из полимеров под действием стрикционных электромагнитных сил тоже постепенно разрушаются. Или, например, хотя бы полимерные подошвы – они довольно часто рассыпаются буквально в прах.

При этом никаких нет таких уж сильных воздействий на эти полимеры. Уровни протекающих энергий невелики, они несопоставимо меньше, чем нужно для разрушения химических связей в полимерах. И, тем не менее, происходит химическая деструкция полимеров. Ну, например, любая сварка какого-либо полимера или переплавление полимера приводит к тому, что часть его вещества деструируется. Или, если полимер расплавить и продавить через тонкие отверстия, чтобы создать полимерные нити, то эти полимерные нити будут иметь уже гораздо более низкое качество, чем только что синтезированный полимер. Всегда при этом довольно большое количество вещества полимера уходит в «огрызки», которые уже не имеют тех свойств, которые имели исходные полимеры.

Но мы немного отвлеклись. Хотелось бы поговорить о том, как мы вообще к этой проблеме (полимероподобности воды) подошли. Каждый из нас это сделал по-своему…

А.Г. Да, да, пожалуйста. Я хотел сказать, что это же телевизионная программа, у неё есть свои законы. Надо дать затравку, чтобы смотрели.

В.В. Тогда я к тому определению «полимера», которое просто из учебника, хотел бы чуть-чуть добавить, с тем чтобы связать эти две вещи: биополимеры, полимеры, полученные химическим синтезом, о которых говорил Дмитрий, и вода, которая полимерна, что поразительно, и об этом, собственно, дальше пойдёт речь. Потому что, когда мы говорили, что даже полимеры рассыпаются от механических воздействий, это в каком-то смысле странно. По крайней мере, мои коллеги-биологи не очень-то над этим задумываются.

Почему странно? Потому что полимеры, по определению, это молекулы, в которых атомы связаны прочными, так называемыми, ковалентными связями. И чтобы порвать эту связь, необходимо приложить то, что иногда называют энергией высокой плотности. Например, для того чтобы эта связь возбудилась и разорвалась, она должна поглотить квант ультрафиолета.

И вот, когда такой полимер начинает рваться под действием просто механических воздействий, охлаждения, нагревания, это выглядит непривычным. Между прочим, биологи очень часто встречаются с тем, что полимеры рвутся. Возьмём, например, наши любимые молекулы ДНК. Это гигантская молекула. И когда выделяют молекулы ДНК, то стараются с ними работать чрезвычайно нежно. Нельзя даже палочкой интенсивно болтать суспензию этих самых ДНК, потому что она будет рваться на фрагменты. Но редко кто задумывается над тем, что разрыв происходит по так называемой валентной связи. Если взять не длинную молекулу, а её маленький фрагмент, состоящий…

Д.С. Но там же других и нет связей.

В.В. Да, там других просто нет, вот такой полимер. Если взять маленький её фрагмент, состоящий из двух, трех, четырех кирпичиков, то никакой палочкой его уже не порвёшь.

Д.С. Надо ещё учесть и то, что все эти молекулы ДНК обязательно находятся в воде, это тоже очень важно.

В.В. Когда мы говорим о воде, то вот как раз картинка, которая говорит о стандартном представлении, учебниковом представлении о том, как устроена молекула воды. Синий шар – это атом кислорода, два жёлтеньких шарика – это атомы водорода. И чем эта жидкость отличается от других самых разнообразных жидкостей, и Дмитрий об этом более подробно будет говорить, это тем, что эта молекула на самом деле не уравновешена полностью. Вот там видны знаки «минус» и знаки «плюс». На атоме кислорода есть немножко отрицательного заряда. На атоме водорода есть немножко положительного заряда. Этих молекул много, и отрицательный заряд атома кислорода притягивает положительный заряд атома водорода. Образуется связь. Эта связь очень слабенькая, так называемая водородная связь. Её энергия в десятки раз меньше, чем связь между атомом кислорода и атомом водорода в одной молекуле воды. И поэтому, основываясь на представлениях из учебника, думать, что воду можно рассматривать как содержащую полимеры, до их работ казалось совершенно диким. Связи такие слабенькие, что там, казалось бы, нечего говорить о полимеризации. А вот дальше уже начинается история исследования воды как полимера.

Д.С. Это, конечно же, была очень светлая мысль. Покажите вторую картинку. Смотрите: многие свойства воды претерпевают, во всяком случае, основные свойства, претерпевают экстремумы температурных характеристик, то есть они проходят через минимум или максимум. Известная нам плотность воды, например, при плюс четырех градусах будет наибольшей. Это, видимо, следствие того, что когда кристалл льда при таянии разрушается и уплотняется, то это уплотнение ещё может долго продолжаться при увеличении температуры. Но одновременно начинает работать ещё механизм, растаскивающий такие фрагменты, тепловой механизм. И в конце концов, плотность воды, пройдя через максимум, начинается спадать.

А.Г. У меня вопрос на понимание. А если мы охлаждаем воду, не проходя отметку замерзания, скажем, от 6 градусов до 4. Плотность такой воды будет меньше, чем плотность воды, которая получилась в результате таяния льда?

Д.С. Нет, эта характеристика и в ту и в другую сторону проходит через этот максимум, и в ней нет гистерезиса… Где-то здесь при 4 градусах уже начинают складываться мощные структуры из водяных молекул. Это гелеподобные структуры, имеющие даже сдвиговую упругость, некие такие студнеподобные образования.

Вот ещё одна характеристика интересная, посмотрите, – это теплоёмкость, которая отмечена красной линией. Минимум теплоёмкости воды как раз там, где мы все – теплокровные – располагаемся. И падающая ветвь от нуля до 38 градусов, она, вообще-то, свойственна только твёрдым телам. То есть вода ещё некоторое время по этому параметру сохраняет свойства твёрдых тел, и только после 38-40 градусов начинает быть так называемой обычной жидкостью.

Здесь я ещё привёл скорость звука – это зелёная кривая, она характеризует упругие свойства воды. Ну и электрические свойства воды – характеристика электронной поляризуемости. Все эти характеристики имеют экстремумы температурных свойств…Так вот, всё это формально страшно похоже на то, как ведут себя температурные характеристики полимеров. Они тоже имеют экстремумы многих свойств. Вот эта-то аналогия, видимо, и навела (так, по крайней мере, он сам мне и рассказывал – Георгий Алексеевич Домрачев) на мысль о том, что вода полимероподобна. К ней надо относиться как к полимеру. А про полимеры-то известно было уже в своё время, что они неустойчивы при механических воздействиях. Вообще, это некогда была проблема: что же такое мы наделали – такие прочные вещества, что их и кислоты не берут. Так вот: замечательные физхимики Каргин, Слонимский – они ввели такое понятие – механохимия полимеров. Они доказали, что полимеры – сложные структуры, при механическом воздействии закономерно кроме некой перестройки конформации, своих сложных молекул – например, при их растяжении молекулярные клубки растягиваются в спирали, в полимерах происходит хладотечение, т.е. молекулярные фрагменты полимеров рывками могут сдвигаться относительно друг друга, что кроме этого изменения формы таких макромолекул, в них обязательно и закономерно рвутся и химические связи. Довольно-таки прочные химические связи.

Мы предположили, что, по сути дела, в воде происходит нечто подобное. Но если в полимерах происходит деструкция, т.е. необратимое разрушение молекул, то в воде – это диссоциация. Молекулы воды рвутся… Теперь покажите первую картинку, если можно. Они рвутся вот по какой схеме. Они рвутся так, что образуются радикалы. Радикалы в данном случае – это нейтральные частицы, электрически нейтральные, но страшно химически активные: гидроксил – радикалы и атомы водорода…

В.В. Дмитрий, я на секунду прерву, потому что мне всё-таки приходится много в разных местах рассказывать, чем отличаются радикалы от молекул. А поскольку не все в нашей аудитории кончали химфаки…

Д.С. Мне, в общем, тоже приходится рассказывать.

В.В. Пожалуйста, чем тогда радикалы отличаются от молекулы надо сказать.

Д.С. Ну, это может потом, а сейчас…. Здесь нарисована, конечно же, схема. На самом деле всё происходит, конечно же, гораздо сложнее. Эта сложность отражена пометочкой «аква» – это значит, что всё это происходит в воде, что они там запечатаны в каких-то структурах, что и молекулы воды и получающиеся радикалы живут как бы в некоторых клетках, образованных из молекул воды же…Мы вообще-то довольно мало знаем о свойствах этих структурных водных образований. Знаем только, что эти образования, видимо, достаточно большие и рыхлые при сравнительно низких температурах – около нуля. И что где-то к градусам 60-70 они уже становятся гораздо меньше по размерам и несколько более плотными, чем те, которые получаются сразу после таяния льда.

Что же здесь является в некотором смысле парадоксальным? Дело в том, что отдельная молекула воды, не взаимодействующая с другими молекулами воды, например, в мономолекулярном паре, весьма прочна. Для того чтобы её порвать, нужно приложить к ней довольно-таки приличную энергию – 5,2 электрон/вольт. Это соответствует ультрафиолету, как Володя говорил, это 50 тысяч градусов по другой шкале, в другом формате. Вот так… И кажется странным, чтобы такой процесс диссоциации воды всё-таки шёл при заведомо меньших плотностях энергии.

Тем не менее, оказалось, и мы показали это в своих опытах, что такой процесс диссоциации воды всё-таки идёт.

А.Г. То есть вода диссоциирует.

Д.С. Да…Модели этого явления – такой модели, которую, как это считается, нужно бы иметь, и по которой можно было бы всё рассчитать – у нас, конечно же, нет. Но подход к воде как к полимероподобной среде для нас сразу же внёс ясность в некоторые процессы. Мы смогли сказать заранее, как, например, будет зависеть диссоциация воды от температуры, как она будет зависеть от концентрации растворённых в воде веществ. Как она будет зависеть от усилий, прилагаемых к этой воде, допустим, при её перемешивании или, например, при пропускании звука. Мы многие типы воздействия на воду перепробовали.

После того как вода продиссоциирует, сразу же начинают протекать реакции рекомбинации. Ну, и естественно, основная часть радикалов рекомбинирует, сваливаясь вновь в воду. Видите, там стрелки туда и обратно. Т.е. при диссоциации некоторых молекул воды появляются радикалы, и в чистой воде, где нет для них акцепторов, они в основном образуют вновь воду. Так это, в основном, и происходит, в 90% случаев – именно снова воду. Но случаются и другие события: находят друг друга атомы Н, и в воде возникает растворённый молекулярный водород. Это, по сути, инертный газ в наших условиях. При этом излучается квант света уже в фиолетовой области. Между собой рекомбинирует и гидроксил-радикал, и получается пероксид водорода. Он тут помечен красным вот почему. Этот процесс, вообще, исследовать довольно сложно, потому что уж очень малы концентрации этих радикалов, т.е. мала эффективность этого процесса диссоциации воды. Поэтому нужны довольно-таки высокие чувствительности измерений. Можно, конечно же, измерять и выход молекулярного водорода. И в некоторых опытах так и делают, когда достаточно интенсивно на воду чем-нибудь воздействуют. Либо сильным звуком, либо её интенсивно перемешивают в специальных растворах. И есть такие результаты, где измеряют выход водорода после воздействия на воду. Но это уже косвенное свидетельство диссоциации воды: появились из воды радикалы, и потом уже появился водород. Пока, все же, методики определения водорода не очень чувствительны.

А вот появление перекиси водорода в воде, как оказалось, можно измерять с очень высокой чувствительностью. В общем, мы разогнали некую методику, поработали с ней, и единообразным образом, измеряя появление перекиси водорода, все свои опыты и проводили. Мы воздействовали на воду так или иначе, а измеряли всегда, насколько в ней увеличивается содержание пероксида водорода – перекиси водорода.

А дело-то в том, что в природе перекись водорода всегда в воде есть, во всех водах, и в океане, и вместе с водами дождей она поступает, и когда тает лёд, – в талой воде много перекиси водорода. И конечно же, до нас появление перекиси водорода в этих случаях объясняли. Как правило, процессами, в которых макропотоков энергии хватало для диссоциации молекул воды. Например, фотолизом, электрическими разрядами, локальным повышением температуры.

Например, очень есть интересное явление – так называемый сонолиз и сопровождающая его сонолюминесценция. То есть в воду посылают звук, и через некоторое время в этой воде образуется перекись водорода. При этом плотность энергии звука на 5, 6 или даже 7 порядков ниже, чем нужно для того, чтобы порвать связь Н-ОН. Тем не менее, эффект есть, и перекись водорода возникает. Объясняли и объясняют и до сих пор диссоциацию воды при действии звука кавитацией, схлопыванием пузырьков, высокими температурами. Мы показали, что это не так, что диссоциация происходит в жидкой воде.

Опыты наши были достаточно тщательные, потому что перекись – это же неустойчивое соединение. Тем более что и образовывалось её очень мало. Когда мы вышли на уровни содержания перекиси менее 10-9 моля на литр, то есть менее чем миллиардные доли моля на литр, то выяснилось, что все, вообще-то, очень грязное. И вода очень грязная, и она сама содержит достаточно катализаторов разложения перекиси. И все сосуды выделяют из стенок вещества, разлагающие получающуюся перекись водорода…Эффект диссоциации воды поэтому был нами зафиксирован не сразу. В общем – была некая проблема, но мы её преодолели и измерили очень тщательно во многих случаях выход перекиси водорода при разных воздействиях на воду.

Вот, например… Покажите ещё один слайд, следующий.

Здесь результаты наших опытов по переконденсации воды. Каждый кружочек – это опыт, довольно длительный, когда воду испаряли при какой-то температуре и конденсировали при 2 градусах Цельсия. В конденсате измеряли концентрацию перекиси водорода. Этот результат хорошо укладывается в нашу гипотезу. То есть эффективность процесса диссоциации воды при испарении-конденсации уменьшается при повышении температуры испарения воды. Кстати, этот результат можно приложить к глобальным оценкам того, что происходит на Земле.

Сейчас, быть может, Володя расскажет немного про то, такие формы имеют по современным представлениям эти объединения молекул воды – ассоциаты…

В.В. всё-таки я бы хотел пояснить, если мы вернёмся назад к радикалам, насколько это важные и существенные вещи. Все молекулы, которые нас окружают, имеют чётное число электронов. Их может быть 2, их может быть 4, 6, 8 на тех внешних оболочках, с помощью которых эти молекулы взаимодействуют с другими. А радикалы – это частицы, у которых нечётное число электронов, на один меньше или на один больше, то есть либо у молекулы оторвался один, либо к ней присоединился откуда-то ещё электрон. И эти частицы, радикалы, всегда стремятся заполнить свою оболочку до чётного числа, то есть откуда-то взять ещё один дополнительный электрон. Именно поэтому вода – это устойчивая структура, а вот разорванная на две половинки Н и ОН, где у атома водорода один электрон и у второго остатка, гидроксил-радикала, тоже один электрон, это две очень энергичные частицы.

Д.С. На внешней орбите.

В.В. На внешней, естественно, орбитали. Здесь речь идёт о химии. И даже тот сам по себе факт, что если они рекомбинируют обратно, то есть воду порвали на атом водорода и гидроксил, а потом они соединились вновь, и снова получилась вода, имеет не тривиальные следствия. Результат очень существенный, очень важный. Потому что порвали эту воду с помощью звука, а когда она соединилась назад, то вспыхнул микроимпульс…

А.Г. Испустился свет.

В.В. Да, испустился свет. Конечно, он может не высветиться, но возник импульс энергии, который несопоставим по своей плотности с тем самым звуком, которым вода была разорвана. В этом смысле вода выступает в роли трансформатора энергии. Энергию низкой плотности, так сказать, тепло, которое нас окружает, она, вообще говоря, превращает в свет.

А.Г. А каков механизм этого? Резонансный механизм?

В.В. Чтобы ответить, надо снова вернуться к тому, почему звук может рвать воду. Из всех мыслимых возможностей это может происходить, только если в воде есть примерные структуры, как показано на этой картинке. На этой картинке показаны представления многих расчётчиков, квантовых химиков, которые, когда они стали уже исходить из того, что в воде есть полимеры, предложили, как они могут выглядеть. Это последних лет работы. Вот, обратите внимание, какие, так сказать, замечательные по своей красоте получаются структуры.

Д.С. Надо всё-таки сказать ещё раз, что это умозрительные структуры.

В.В. Так я же сказал, что это расчётные вещи.

А.Г. А что мешает наблюдению этих структур?

В.В. А наблюдению этих структур мешает следующее. Во-первых, судя по всему, в воде разнообразных полимеров очень много. То есть, если бы был какой-то один класс полимеров, тогда можно было бы их выделить, посмотреть. А в воде наверняка представлены самые разные формы. Скажем, по одной из английских работ, здесь наверху три таких сравнительно небольших кластера, и эти кластеры могут объединяться друг с другом, или разъединяться друг от друга и давать самые разнообразные полимеры. Химики, которые стремятся что-то определённое выделить, всё-таки хотят, чтобы данного вещества было достаточно много и оно было однородным. И более того, чтобы оно не было таким лабильным. То есть в процессе…

А.Г. То есть, чтобы время его существования было достаточным.

Д.С. Здесь можно много чего сказать. Но ты упомянул время существования – это действительно интересно. Вообще-то, считается, что продукты диссоциации воды – эти радикалы Н и ОН в чистой воде, где ничего другого нет, что они очень короткоживущие, потому что они, действительно, очень активные и диффундируют довольно быстро. Но оказалось, что они довольно долго могут существовать в воде. А долго они могут существовать, только если они как бы запечатаны в «клетках» структур воды. Их долгое существование – это хорошее свидетельство того, что в воде есть структуры, есть такие клетки, такие клатраты, такие пещерки, составленные из молекул воды, в которых радикалы сохраняются буквально часами. Этот результат опытов был для нас совершенно удивительным и приятным… Например, талая вода продолжает генерировать перекись водорода в течение суток, по сути дела. То есть там…

А.Г. То есть радикалы там присутствуют…

Д.С. Да, они там, образовавшись, остаются отчасти как бы временно запечатанными, и они ещё какое-то время находят друг друга, и из-за этого концентрация перекиси ещё долго нарастает после растаивания льда.

В.В. Сегодня уже можно даже найти объяснение, почему. Всё здесь оказывается взаимосвязанным. Наличие структур в воде, полимерных структур, даёт возможность образованию радикалов. И то же самое наличие структур даёт возможность их длительного времени жизни. Почему? Потому что радикал может, условно говоря, прилипать к этой структуре. И тогда тот самый электрон, который стремится получить откуда-то дополнительный электрон, он как бы размазывается по всей этой структуре. Этот электрон попадает в общую электронную систему этого кластера, и поэтому вероятность оторвать или отдать такой электрон уже существенно снижается. Уменьшение этой вероятности, это, соответственно, увеличение времени жизни.

Д.С. А то все ищут, ищут, а найти не могут…

В.В. Да, совершенно верно. А это увеличение линии жизни.

Д.С. Я тут сделал прикидки и получил, что каждый акт таяния льда приводит к тому, что одна триллионная молекула, т.е. из триллиона молекул льда при таянии, одна молекула воды диссоциирует. Действительно, почти неуловимые эффекты, совсем небольшие. Но в глобальном смысле следствия оказываются довольно велики, и результаты оценок приводят к очень к красивым результатам.

В.В. Поскольку у нас время ограничено, давай переходить к следствиям.

Д.С. Есть ещё время, и мне бы хотелось, чтобы все мы как-то по-новому глянули на эти процессы. У меня есть некая заготовка – клип. Может быть, сейчас его посмотрим, и я прокомментирую чуть-чуть.

А.Г. Пожалуйста. Если мы готовы, давайте дадим. Пока готовят клип, у меня ещё один вопрос, на который вы можете потом ответить. Почему вода расширяется при замерзании?

Д.С. Предполагается, что весь лёд на Земле имеет одну и ту же структуру – 1Н, эта структура подобна графиту. Вообще-то эта структура более рыхлая, чем вода, и при её организации происходит увеличение объёма вещества, а при таянии существует возможность уплотнения, и объём уменьшается…

А.Г. Вот пошёл клип.

Д.С. Смотрите, тут в облаках всё время происходят акты испарения и конденсация воды. И всякий раз это сопровождается диссоциацией воды. А здесь внутренние волны бегут в атмосфере. И это сопровождается образованием вертикальных колонн облаков. Здесь, при переконденсации воды в атмосфере диссоциация воды происходит слабее – уже 1 молекула из 1015, претерпевших переконденсацию диссоциирует при каждом акте. Но всё равно процессы так интенсивны, что в таких ситуациях, поскольку эта переконденсация происходит неоднократно, заготавливается много перекиси водорода. В конечном итоге в воде дождей её может накопиться до 10-4 моля на литр.

И здесь в потоках воды, в водопадах, в любой реке, в любом ручье, в ключах всё время происходит диссоциация воды. Раньше не предполагалось, что это следствия действия одного и того же механизма, это нельзя было оценить заранее. А вот море, в нём тоже всё пронизано процессами диссоциации воды. В море, в общем-то, достаточно много перекиси водорода. В море есть и свои механизмы образования перекиси. Однако в основном в море перекись поступает с дождями. Перекись водорода – быстро распадающееся вещество, и его присутствие означает, что его количество всё время пополняется. Такой, оказывается, этот мир, в нём из-за очень многих причин всё время генерируются радикалы из воды. И это страшно интересно: наличие радикалов приводит к тому, что, как оказалось, в природе протекают реакции, осуществление которых ранее не учитывалось. Например, утилизируется азот атмосферы. А начало всему – это то, что перекись водорода, распадаясь, даёт кислород. Причём наш расчёт показывает, что этот кислород настолько быстро продуцируется… Вот, смотрите какая красотища, какая волна…. Во всех этих движениях и трансформациях воды всё время происходит диссоциация воды. Кстати, в пене гребней волн она происходит на несколько порядков быстрее, чем, допустим, просто в волновых колебаниях воды.

В.В. Ну и сколько же образуется кислорода?

Д.С. В пене волн диссоциация протекает на несколько порядков эффетивней, чем при сонолизе. То есть всякие мифы о Венере…

В.В. Афродите…

Д.С. …розовопенной, по-моему, что-то такое рациональное в себе содержат…

А.Г. Так всё-таки, возвращаясь к вопросу, какое количество кислорода при этом образуется. Это может повлиять на биогенную точку зрения образования нашей кислородной атмосферы?

Д.С. Конечно. Биогенная гипотеза происхождения кислородной атмосферы представляется вообще малосостоятельной.

В.В. Да, если чуть-чуть ускорить наш процесс, то имеет смысл сказать следующее. Как только есть жидкая вода, сразу, исходя из тех процессов, о которых было сказано, идёт её распад. Как говорилось, в пене идёт интенсивный распад воды, потому что вода там формирует тонкие плёнки, и степень её структурированности, полимерности много выше, чем в объёме. Есть ещё один процесс, и они его изучали, – это фильтрация. То есть громадное количество воды на Земле фильтруется, фильтруется через очень тонкопористые структуры. И при этом распад идёт очень эффективно. Ведь распад воды тем более эффективен, чем более вода связана.

Почему при фильтрации этот процесс идёт чрезвычайно эффективно? Потому что стенки пор гидратированы, и там очень много фактически полимерной воды. А капиллярные силы эту воду рвут, и поэтому там получается очень большой выход радикалов. А перекись водорода, о которой говорил Дмитрий, выступает здесь как промежуточный продукт, потому что природа имеет дело не с абсолютно химически чистой водой, естественно, и абсолютно химически нейтральными сосудами, в которых эта вода находится. А она имеет дело именно с растворами, содержащими катализаторы, которые приводят практически к немедленному разрушению перекиси водорода. Поэтому она и не накапливается в больших количествах. А на что она распадается? Она распадается на кислород и воду тоже, естественно.

И вот оценки этого говорят …

Д.С. Вообще, когда эта идея о механохимической диссоциации воды была сформулирована, нам сразу стало ясно, что вот мы и нашли источник кислорода в атмосфере. До этого практически единственным рассматриваемым физическим источником был фотолиз паров воды в верхних слоях атмосферы. Там действительно такой распад воды происходит, но уже давно было ясно, что производительность этого процесса невелика…

В.В. Ну поэтому никто и не принимал его во внимание, все прекрасно знали…

Д.С. На этом рисунке наши оценки… Вот фотолиз, а вот испарение и конденсация, ось внизу даёт порядки величин. То есть испарение-конденсация дают кислорода более чем на два порядка больше, примерно, по сравнению с фотолизом. Кстати, весьма приличную долю вносит замерзание-таяние, в общем-то, на уровне фотолиза. Очень эффективны падения капель дождей, эти удары капель, и я хотел вам показать ещё потом клип под конец, если можно, это красиво. Просачивание воды в почву тоже заметный механизм для диссоциации воды в природе. При этом в такой уже минеральной, по сути, воде формируются разнообразные особые свойства, о чём сейчас и расскажет Володя. Ну и океан в целом, его течения, волнения…

Мы оценили следствия этих процессов, т.е сколько перекиси водорода появляется заново за год, а ведь примерно столько же выделяется и кислорода в результате распада этой перекиси, т.к. если столько-то приходит перекиси, то столько же её и распадается. И получается, что в нынешних условиях, с тем зеркалом воды и с этой температурной обстановкой. Вернадский вообще-то говорил, что температурная обстановка на Земле этак 4 с половиной миллиарда лет не меняется, может быть, чуть трендирует, да и не трендирует, а варьируется, дышит. Да, так вот, у нас получается, что за несколько миллионов лет такую кислородную атмосферу этот механизм может создать…

А.Г. И поддерживать?

Д.С. Естественно… Тут один из оппонентов нам сразу сказал: как же так? куда кислород-то уходит излишний? почему кислород на таком уровне в атмосфере поддерживается? Этот последний вопрос хорош: не знаем пока, почему он поддерживается на существующем уровне.

А.Г. То есть, погодите. Если сегодня всё, что содержит хлорофилл, с земной поверхности исчезнет, вырубят все леса, на что…

Д.С. О-о, красивая и стандартная позиция оппонентов. Но леса нам не только этим ценны…

А.Г. Это я знаю, да. Но всё же – состав атмосферы не изменится?

В.В. Кардинальным образом он не изменится.

Д.С. Вернадский писал: жизнь на планете «могла появиться, как только температура, давление, химическая обстановка стали отвечать необходимым для жизни изучаемых нами организмов условиям».

Это означает, что в самом начале геологического существования Земли сначала создалась эта оранжерея, то есть создался слой почвы, который можно было назвать плодородным, потому что он был насыщен утилизированным азотом и многими другими необходимыми добавками. Была кислородная атмосфера, был оторвавшийся слой озона – крыша этой оранжереи. И кто-то дунул, или что-то там произошло, и жизнь как пожар…

Вернадский прекрасно доказал, что не могло быть зарождения жизни в геологические времена существования Земли…

В.В. Дмитрий, это немножко уже по моей части. всё-таки Вернадский величайший учёный, но он творил…

А.Г. Платон мне друг, но истина дороже.

Д.С. Вернадский – это Вернадский.

В.В. Совершенно верно. Никто не подвергает…

А.Г. Какие у вас возражения, интересно?

В.В. Возражений практически нет. Возражения только к термину «думал…» …

Д.С. Ну не надо, это же не о воде.

В.В. Только к этому слову…

А.Г. То есть вы хотите сказать, что в начале эволюционного процесса на Земле сразу появились организмы, которые были, по сути дела, адекватны сегодняшним по потреблению кислорода.

Д.С. Да, совершенно верно, могу ещё процитировать Вернадского: «На протяжении всех геологических веков на Земле существовала жизнь, одинаковым образом отражавшаяся на химических процессах в земной коре». Каково?

В.В. Замечательно, всё совершенно правильно, только это надо уточнить сейчас уже на совершенно конкретных новых материалах, которые получены не только вами. Тут следует сказать, что часто многие оппоненты говорят: «А, это единичные работы, никто другой такого больше не показал». На самом деле, по поводу того, что вода может диссоциировать с образованием водорода и кислорода, в последние годы появились работы и абсолютно независимые. Например, есть такой «Джорнел оф кемикл коммьюникейшнс», в котором японцы в 98-м, потом в 99 году представили работы чисто технологические, где они показали, что в присутствии простейших катализаторов… Я свою точку зрения могу высказать?

Д.С. Это ты про работы группы профессора Икеды? И без ссылок на нас. А мы это же, практически, опубликовали в 93 году…

В.В. Печатайтесь на японском – и будут ссылки на вас. Итак, они показали, что в присутствии простейших катализаторов, окислов железа, марганца, меди, просто перемешивание воды приводит к интенсивному освобождению водорода. Их-то там интересовал водород по совершенно понятным причинам, а не кислород. К такому интенсивному освобождению, что в принципе эту методику можно использовать для получения водорода. Понятное дело, что если из воды получается водород, то, извините, кислород тоже куда-то должен деваться.

Д.С. У них пока КПД получился как у паровоза примерно. Но и то… Ну, у нас тоже получалось нечто вроде.

В.В. Есть и другие работы, которые тоже говорят о появлении кислорода в результате абиогенных процессов. Например, движения материков. И отсюда чрезвычайно важное следствие. Следствие, просто кардинально меняющее все наши представления о ходе биологической эволюции. Если кислород был в начале, до того как появились оформленные организмы, они всё-таки появились не мгновенно, я не большой сторонник идеи креационизма о том, что сразу хлоп – и всё было уже сформировано так, как мы сейчас наблюдаем. Так вот, если в начале был кислород, то, соответственно, весь процесс, не эволюции, а назовём её развитие системы организмов на земле, фактически развитие биосферы, он, конечно, шёл совершенно не по тем путям, которые сейчас пытаются описать.

Что касается анаэробов. Анаэробы есть и сейчас, когда, слава тебе, господи, хватает кислорода в атмосфере. Потом, что такое анаэроб – это, как правило, микроорганизм, который погибает при уже чрезвычайно низких концентрациях кислорода в среде. И основную свою энергию получает за счёт окислительно-восстановительных процессов, связанных не с молекулярным кислородом. Но у этого самого анаэроба есть всегда ферменты, которые имеют дело с теми активными формами кислорода, которые всегда получаются из воды, при диссоциации воды. Когда я познакомился с работами об абиогенной продукции кислорода, естественно, заинтересовало меня то, что сейчас в эволюционной теории очень много говорят об этих чёрных курильщиках, белых курильщиках на дне океанов, где существуют свои собственные чрезвычайно богатые биосферы. Причём в этих биосферах живут не только и не столько даже микроорганизмы, а живут большие организмы, до 50 килограммов. И у этих больших животных есть кровь. А это вообще на дне океанов, ещё при температурах в районе сотни и несколько больше градусов. И зоологи это изучают, а кровь-то должна переносить кислород. Откуда там берётся такое количество кислорода для того, чтобы эти животные могли фактически быть аэробами в этой глубине?

Вот ещё один из чрезвычайно важных моментов, важных факторов. Когда мы говорим о биологическом фотосинтезе как источнике кислорода, то опять же мы выхватываем один только этап из всего жизненного цикла растения. Растение – сначала семечко, оно не производит кислорода. Оно потребляет кислород. Между прочим, растение это может развиваться в течение достаточно длительного времени без света. И вообще без хлорофилла.

Д.С. Вообще, когда растение взрослое, то по потреблению-производству кислорода по сути баланс нулевой…

В.В. Этиолированное растение не имеет хлорофилла, тем не менее, оно растёт, это растение.

И потом растение погибает. Оно погибает, но оно должно превратиться соответственно в гумус, что это за процесс? Это процесс окисления, естественно, без кислорода тления, гниения не происходит. И если свести весь баланс, то, по большому счёту, окажется, что фотосинтез – для растительных организмов – это отдача того, что они вберут на других этапах жизненного цикла.

А.Г. Ну всё, приговор экваториальным лесам уже раздался.

В.В. Нет, ни в коем случае, ни в коем случае. Потому что, помимо всего прочего, есть ещё углекислый газ. Вообще говоря, ведь мы имеем дело с биосферой, как с громадным количеством взаимосвязанных циклов. И если мы из биосферы извлекаем какой-то существенный массивный кусок, то эти все циклы, которые должны быть сопряжены друг с другом, начинают идти вразнос. И когда они начинают идти вразнос, эти циклы, это и приводит к катастрофам. Вот у вас тут были Малинецкий, Курдюмов, они о подобных вещах говорили. Другое дело, что со временем, когда-то, рано или поздно, через миллионы, может, лет снова всё устаканится. Но мы-то живём сейчас. Нам бы не хотелось сейчас попадать в катастрофы.

А.Г. Поскольку мы живём сейчас, у меня вот какой вопрос: если всё-таки увеличение средней температуры планеты достигнет таких значений, что полярные шапки растают, это каким-то образом скажется на содержании кислорода в атмосфере?

Д.С. Может быть. Но ведь пока нет никаких добротных свидетельств тому, что потепление-то есть. Вот другой вопрос, Александр. Если есть такой процесс диссоциации воды, то есть кислород вырабатывается с избытком, а потом сгорает наверху в термосфере, это означает, что на Земле есть ещё дополнительный – к ныне изучаемому – источник озона. Тогда оказывается (и есть такие оценки), что вся идея опасности появления озонных дыр из-за нашей деятельности, из-за этих пшикалок с фреонами, – она просто превращается в детский страх…

В.В. Я хотел бы вернуться к вопросу о том, что, возможно, поддерживает этот самый 21 процент кислорода. Мы говорили большую часть нашего времени о том, как вода производит кислород. А сейчас я хотел бы сказать о том, что вода на самом деле и потребляет кислород. То есть вода – это такая потрясающая совершенно по своей уникальности субстанция, которая является и источником кислорода, и потребителем кислорода. Что такое потребляет кислород? Это значит, что вода окисляется.

А.Г. То есть горит.

В.В. То есть горит, совершенно верно. И здесь на этой картинке представлен пример очень свежей американской работы, сделано крупнейшее открытие в области иммунологии. Казалось бы, какая, так сказать, связь между тем, о чём мы говорили сейчас и иммунологией? Такая красивая синяя красно-жёлтая структура на рисунке – это антитело. Антитела, как известно, в иммунной системе вырабатываются соответствующими клетками. И функция их, как всем хорошо известно, связывать антигены, то есть чужеродные частицы, а дальше сложный цикл включается, сложный процесс устранения этих чужеродных частиц. Открытие заключалось в том, что антитела, помимо всего прочего, являются катализаторами. И катализ они осуществляют совершенно удивительный. Они окисляют кислородом воду. В этот процесс вступает не просто молекулярный кислород, а вот там, на рисунке, кислород со звёздочкой указан, так называемый синглетный кислород. Этот синглетный кислород, в частности, получается обязательно, если есть кислород в среде, и идут те радикальные реакции в воде, когда происходит рекомбинация, когда идёт развал перекиси водорода, то кислород из этого развала получается в синглетной форме, это возбуждённый кислород, то есть уже химически активированный. Так вот эти самые антитела используют активированный химический кислород, а его, судя по всему, получается достаточно, но он очень коротко живущий из-за своей высокой химической активности. Поэтому его мгновенные концентрации чрезвычайно малы. А поток его большой. И этот кислород окисляет воду. И там нарисована такая замечательная картинка, так сказать, сгорания воды. Кислород плюс две молекулы воды – получается две молекулы перекиси водорода.

Антитела делают перекись очень интенсивно. Там нет проблем с измерением того, сколько получится перекиси. Перекиси получается много. Но известно, что катализатор может только ускорять ту реакцию, которая, вообще-то говоря, протекает и сама по себе. Здесь реакция протекает очень быстро. И возникает вопрос, а в каких условиях, когда и как протекает реакция окисления воды кислородом без этих самых антител? И выясняется, что эта реакция протекает на самом деле постоянно.

Д.С. Напомню всё же, что всё живое защищено от перекиси водорода очень сильно, т.е. что перекись водорода – яд…

В.В. Это как раз моя проблема, я всё-таки специалист в области, что такое яды и что такое не яды.

Д.С. Но всё же всё живое защищено от перекиси водорода.

В.В. Дмитрий, всё яд и всё лекарство. Да, как известно, всё зависит от дозы. Правильно? Естественно, не надо 35-процентной перекисью водорода голову мыть, чтобы стать блондинкой.

Перекись водорода ядом просто быть не может в тех концентрациях, в тех дозах, которые вообще мыслимы в реальной среде, как в нашей внутренней, так в нашей внешней. Но это уже тема совсем другого разговора.

Д.С. Не перекись, конечно, а радикалы из воды…

В.В. И радикалы тоже, это тема другого разговора, Дмитрий. Тема другого разговора, и мы с тобой неоднократно на эту тему говорили, что без радикалов жизнь невозможна. В частности, если говорить о радикалах, я не знаю, были ли на этой передаче разговоры по поводу аэроионов Чижевского. Аэроионы Чижевского – это супероксидные радикалы. Ещё Чижевский показал, что если в воздухе этих радикалов нет, если поместить животное в условия нормальной атмосферы, нормальной концентрации кислорода, нормальной концентрации азота, то мышки за неделю, крысы за две недели умирают со 100-процентной вероятностью от удушья.

А.Г. Я просто хотел узнать, возможно, просчитать всё-таки… Почему мне эта мысль не даёт покоя – потому что были геологические периоды в истории, когда повышалась температура и полярные шапки таяли.

Д.С. Ну – это тоже не факт. Может, эти шапки льда в другом месте в это время возникали? Гренландия, например, она же по определению Зелёная страна, а что мы сейчас имеем?

А.Г. Но я всё-таки хочу досказать свою мысль, с вашего позволения. Может быть, это просто-напросто естественный механизм регуляции так называемого парникового эффекта? Потому что, если выделяется дополнительное количество кислорода, который, сгорая в термосфере, как вы сказали, вызывает повышенную концентрацию озона, который экранирует землю от ультрафиолетовых лучей, – она начинает остывать. Вот естественный механизм регуляции парникового эффекта.

В.В. Совершенно верно. Если следующую ещё картинку показать, то там будет виден тот процесс, который мы наблюдаем в пробирке. Процесс, как вы видите, колебательный. Так вот, вообще говоря, все процессы, которые представляют интерес, это все колебательные процессы. Проблема заключается только в том, и тоже, по-видимому, здесь об этом говорилось, в каком масштабе времени мы их рассматриваем, эти процессы. Это могут быть гигантские совершенно по своей продолжительности циклы, с точки зрения нашего личного масштаба времени, так сказать, с точки зрения продолжительности нашей личной жизни.

А.Г. А может быть, вибрация…

В.В. Это могут быть чрезвычайно высокочастотные процессы. И, между прочим, мы говорили по поводу того, как диссоциирует вода, как она окисляется, как идут эти процессы. Эти все процессы, так или иначе, становятся колебательными. И здесь нарисовано кое-что уже из наших экспериментов. Мы чуть-чуть затронули ту тему, что как только вода диссоциирует, там появляются радикалы. Эти радикалы, во-первых, сами по себе проявляют высокую химическую активность. При этом азот есть, углекислый газ есть. При взаимодействии радикалов с азотом, с углекислым газом будут появляться при обычной температуре более сложные соединения. Но даже если эти радикалы не взаимодействуют с азотом, с углекислым газом, а только друг с другом, то будут выделяться кванты энергии, которых достаточно для того, чтобы возбудить соответственно азот и углекислый газ. При такой их химической трансформации получаются амины или оксиды азота, то есть получается то, что мы называем связанный азот. А из углекислого газа будет получаться формальдегид.

Д.С. По сути дела это реакция фотосинтеза.

В.В. Но как только мы получаем связанные формы азота и формальдегид, и если их концентрация превышает некую критическую концентрацию, то они начинают взаимодействовать друг с другом. А кислород тоже уже имеется. И это их взаимодействие друг с другом идёт так, как нарисовано на этой картинке. То есть взаимодействие их друг с другом приводит к появлению более сложных органических соединений, сопровождается окислением и восстановлением. Эти процессы сопровождаются дополнительным излучением энергии, причём энергии электронного возбуждения, что способствует ускорению, усилению этого процесса. И этот процесс превращается в самоорганизующийся процесс. Колебания, которые здесь видны, это колебания в данном случае излучения из простой водяной системы, в которую ввели простой альдегид и аминокислоту, простейшую аминокислоту. В ходе этой реакции появляются уже гораздо более сложные химические структуры, они окрашены, представляют собой хромофоры, флуорофоры и прочие активные соединения. Появляются предшественники нуклеиновых оснований. И это происходит очень быстро.

А.Г. Я боюсь, но и надеюсь, что это тема отдельной программы. Поскольку у нас совсем времени остаётся, давайте посмотрим клип, который мы приготовили.

Д.С. Я с удовольствием. Я его бесконечно люблю. Это просто гроза. И здесь видны капли, и как они чудесно взаимодействуют с поверхностью воды…

В.В. Кстати, Дим, радикалы – жуткая штука. После грозы ты надеваешь противогаз?

Д.С. Так в том-то всё и дело, что жуткая. Я же и говорю про это, а ты меня останавливаешь.

В.В. После грозы обязательно надевай противогаз, а то отравишься озоном. Озон ведь – страшное дело.

Д.С. Так вот: одна из идей – попыток объяснить, как и где происходит диссоциация воды и нарабатывается столь много пероксида водорода в природе, -базировалась на том, что это в значительной степени происходит в грозах, в грозовых разрядах. Действительно, видимо, процессы диссоциации воды при грозах происходят… Вот, смотрите, тут и просачивание, сжимание щелей на поверхности из-за набухания водой почвы и капли…

В.В. Кстати, мы такого рода опыты ставили, брали землю сухую и заливали её водой. И это светилось.

Д.С. К тому же и в энергетическом балансе, общем по Земле, энергии гроз сильно маловато для появления известного количества пероксида водорода…

А во-вторых, эти разряды в некотором смысле разрушительны так же, как и созидательны. То есть они могут приводить к диссоциации воды, они могут способствовать синтезу, например, соединений азота и углерода, но эти разряды, эти синтезированные вещества в первую очередь и деструируют.

Потому что если хоть что-то чуть-чуть более высоко организуется, то оно становится и более уязвимым для таких экстремальных условий. А по общей энергетике на Земле грозы оказались не конкурентоспособны по сравнению с таким процессом, как испарение – конденсация.

А.Г. То есть эта повышенная концентрация озона после грозы, она всё-таки не связана с электрическими разрядами?

Д.С. Нет, нет, она, конечно же, связана с электрическими разрядами…

В.В. Дело в том, что опять же нельзя всё напрямую связывать только с электрическими разрядами. Безусловно, электрический разряд – основной источник. Но сам по себе этот разряд запускает цепной процесс, в ходе которого нарабатывается ещё дополнительное количество озона сверх того, что идёт просто от электрического разряда.

А.Г. Понятно. Понятно, что образованию атмосферы на нашей планете мы обязаны диссоциации воды, поддержанию баланса кислорода мы обязаны диссоциации воды…

Д.С. А вот почему 20 с небольшим процентов кислорода удерживается всё время в атмосфере – это нерешённая задача.

В.В. Ну, это вами не решённая задача, потому что вы не учитывали проблему окисления воды. Я думаю, что если это посчитать, то куда может деваться такое количество, кроме как не в ту же воду?

Д.С. Это, возможно, один из механизмов. Но есть же ещё всё время и процессы выветривания, то есть кислород на это тратится. всё-таки когда-то ещё кислород тратился и на создание оболочки Земли. Она была создана – эта шлаковая оболочка, на которой мы живём, она окисленная целиком.

В.В. Но вода поступает непрерывно. Следующий вопрос, самый важный, на который нет ответа: откуда взялась вода?

Д.С. Есть такой очень интересный последователь Вернадского – Владимир Николаевич Ларин…

Oкраска рыб

07.08.03

(хр.00:49:04)

Участники:

Александр Евгеньевич Микулин – доктор биологических наук

Жерар Александрович Черняев – доктор биологических наук

Александр Гордон: …да ещё каждый цвет разделён по спектру. То есть невероятное количество. Я задаю вопрос продавцу этих блЁсен: скажите, пожалуйста, а какая из них лучше? Он говорит: поскольку я не имел чести в своей жизни общаться ни с одной рыбой, я не могу ответить вам на этот вопрос. Поскольку эти цвета не для рыб, а для рыбаков. Но практика показывает, что и для рыб тоже. Ведь рыбья окраска для хищника – это же сигнализатор?

Жерар Черняев: Несомненно.

Александр Микулин: С одной стороны, сигнализатор. Но, с другой стороны, окраска у жертвы должна быть такой, чтобы хищник её как можно меньше видел. Кстати, и такая же проблема у хищника. Хищник должен подкрасться к жертве так, чтобы он не был заметён.

А.Г. То есть, не работает принцип: чем ярче, тем лучше. всё-таки это должно быть ближе к естественным условиям…

А.М. Видите ли, тут сложная проблема. Вообще-то рыба, наверное, не уступает по своему великолепию окрасок и форм, и прочего ни бабочкам, ни птицам. Это, конечно, только в музеях достаточно сложно узнать, насколько они красивы, поскольку они там грязно-коричневого цвета, как правило, бывают. И это всё разнообразие, конечно, необычайно сложно объяснить. Во-первых, для чего оно нужно? Во-вторых, как это возникло? Почему именно такие пигменты появились, ведь количество пигментов значительно больше? Ну, хотя бы взять такой пример. Гемоглобина полно в рыбе. Почему гемоглобин не выводится на поверхность кожи для того, чтобы участвовать в окраске? Миоглобин, цитохромы, да и витамин В-12 очень яркий, кроме того что есть внутри, можно было бы использовать. А круг пигментов, которые вообще используются в окраске, очень узок. Есть масса пигментов, которые поступают с пищей. Почему не используется хлорофилл, например? Или целый ряд иных растительных пигментов. Мы хорошо знаем наземные растения – сколь разнообразны цветы. В воду они, правда, редко попадают, хотя есть и свои водные, некоторые из которых потребляют рыбы, то есть пигментов много. А рыбы используют достаточно узкий набор пигментов. И как это всё возникло в эволюции, конечно, проблема достаточно интересная.

Вот, к примеру, мы видим полосатых рыб, или амфиприон – тёмное тело, белая полоса, красные плавники. Зачем? Почему именно такой набор? Понятно, глаз, наверное, спрятан, чтобы хищник не знал, с какой стороны вообще находится голова.

Ж.Ч. Этот расчленяющая окраска…

А.Г. Да, что-то такое непонятное.

А.М. Жёлтая окраска – на таком фоне рыба должна быть незаметной. Почему такое большое великолепие и разнообразие цветов коралловых рыб? Можно, конечно, предположить, что раз там много всевозможных цветов, то каждая рыба около какого-то цвета становится менее заметной. Это в аквариуме, когда они находятся, или оказываются не на том фоне, нам они кажутся вызывающе яркими. Вот эти проблемы, конечно, интересно решить.

Да, несомненно, что окраска должна чаще всего прятать. Но есть и другой способ спрятаться – стать совершенно прозрачными, вот как рыба-лапша. Я думаю, это единственный пока экземпляр в мире, где рыба сохранена в таком прозрачном виде. Там даже икра видна. И если на неё посмотреть на фоне дна…

А.Г. Я попробую сейчас на фоне пиджака своего показать…

А.М. …Видны одни глаза. Следовательно, крупный хищник не будет нападать, потому что эта жертва в размер дафнии. За каждой дафнией он не будет гоняться, поскольку он больше потратит энергии на такое питание, чем получит, ловя каждого рачка… Те, которые питаются мелкими объектами, они не страшны, поскольку они сами мельче, чем данный объект. То есть это способ защиты от нападения.

Второй пример, правда, не из области рыб. Медуза-корнерот из Чёрного моря. Тоже вариант быть незаметной, насколько это возможно, в толще воды. Вот эту тему окраски мы и хотели бы сегодня обсудить.

Ж.Ч. Эта окраска рыб – покровительственная – способствует тому, чтобы рыба была менее заметна в воде и могла быть защищена от хищников. Существует ещё предупреждающая окраска. Это мы видим на рисунках.

Можно рисунок? Вот предупреждающая окраска цихлазомы Мееки. Видите, у неё красное брюшко. Это гнездующая рыба. Она охраняет место от соперников и потом охраняет своё потомство. Одновременно окраска привлекает рыб к нересту, это брачный наряд. Он показывает самке, что гнездо готово, можно спариваться.

Существует несколько типов окраски. Самая ходовая – пелагическая окраска, когда тёмная спина, светлое брюхо. У морских рыб это тёмная, чёрная или синяя спина, а у пресноводных рыб – зеленоватая. Здесь мы видим анчоусы. А так выглядит пресноводная плотва. Бока серебристые, они отражают свет, и на фоне поверхности воды рыба фактически незаметна. Киль, который находится внизу рыбы, сводит тень на нет, и рыба фактически незаметна, она как серый объект находится в воде.

Есть русловая окраска, у таких речных рыб, как хариус.

А.Г. Лещ, окунь, да?

Ж.Ч. Теперь окунь. Окуни – это зарослевые рыбы. Например, щука, судак, берш, эти рыбы – с поперечными полосами на теле, это хищники-засадчики. Он стоит в кустах, потом выбрасывается, хватает рыбу и обратно уходит в укрытие.

Русловая окраска, например, у пескарей. У таких рыб вдоль тела бывает много пятнышек или продольных полос. Это тоже скрадывает рыбу, именно в прозрачных водотоках, и её практически не видно на фоне дна.

А.М. Но могут быть и не хищники с полосками. Это не обязательно. Так существуют барбусы, данио. Причём у них полосы в разных направлениях.

Ж.Ч. Если у поверхностного слоя, то полосы будут горизонтальные. Если же они прячутся в растительности, полосы будут вертикальны, как у барбуса суматрануса, допустим.

Но есть также расчленяющая окраска. Это амфиприон, который здесь показан. Это рыба-клоун, которая живёт и размножается в актиниях. Но если ей надо пойти покушать, то расчленяющая окраска вводит в заблуждение хищников, потому что отдельно красные пятная, белые пятна, они…

А.М. Облик рыбы не возникает.

А.Г. Да, даже на этой фотографии её практически не видно.

А.М. Кстати, и здесь можно посмотреть – вот амфиприон: красные плавники, тёмное тело. На белом фоне будет отчленяться голова от тела, на тёмном фоне будут плавники плавать независимо от рыбы.

Ж.Ч. И глаз, главное, замаскирован, чтобы никто не съел.

Ещё стайная окраска очень важна для стайных рыб, потому что существует взаимодействие рыбы в стае. Рыба должна ориентироваться друг на друга. Либо у них имеются пятна на теле, полосы продольные. Поэтому когда рыба взаимодействует в стае, то это происходит синхронно: либо надо уходить от хищника, рассредотачиваться, либо двигаться к пищевому пятну. То есть само движение синхронизировано именно за счёт зрительных ориентиров.

А.Г. Они привязываются к пятну на теле соседа и вместе с ним…

Ж.Ч. Ещё пятно бывает у хвостового стебля.

А.Г. А, тогда понятно.

Ж.Ч. Это ложный глаз. То есть, когда рыба нацеливается, чтобы схватить другую рыбу, оказывается, что это хвост, а не голова. Поэтому у них разновекторные направления движения.

А.М. Причём глаз при этом желательно спрятать, чтобы собственно…

Ж.Ч. Видите, глаз у хвостовой части у этой рыбы-бабочки, морда закрашена у неё в тёмный цвет, и глаз не видно.

А.Г. То есть куда поплывёт, понять нельзя.

Ж.Ч. И всё обилие этой окраски вызвано в основном пигментными клетками.

А.М. Причём, всеми четырьмя.

Ж.Ч. Все четыре там. Это меланофоры, которые содержат в себе чёрный пигмент, ксантофоры, которые в себе содержат жёлтый пигмент, эритрофоры – красный, и гуанофоры или иридоциты – содержат тот блестящий пигмент, серебристый цвет которого мы видим на боках у рыбы.

А.Г. А как же возникают эти необычные оттенки небесного цвета?

А.М. Вот об этом хотелось бы несколько слов сказать. Дело в том, что, если под блестящим слоем, а он обычно бывает внизу кожи, располагаются чёрные меланофоры, то происходит рассеивание и получается синий цвет. А если сверху добавить ещё жёлтые или красные клетки, то получаются различные оттенки зелёного. Но у некоторых рыб ещё более хитро устроено. Следующий можно рисунок?

Так, например, многие тропические рыбы, обитающие в речушках, где кроны деревьев практически смыкаются…

Ж.Ч. Это Амазонка.

А.М. Да, например, Амазонка. За счёт гуанина, гуанинового блеска, за счёт наклона падения света и расположения кристаллов гуанина (там гуанин в виде кристалла) могут формироваться оттенки от серебристого до голубовато-зеленоватого и даже красновато-жёлтого. Кстати, интересно, что неоновые рыбы с голубовато-зелёным цветом полосы, если попадают под электрический ток, у них эта полоса начинает светиться красным. Но в природе существуют эритрозонусы, у которых нормально отсвечивает…

Ж.Ч. Красным цветом.

А.М. Это не светится, это отражает, отсвечивается полоса. Следующий рисунок.

Это пинагор рыба, самочка. Зелёный цвет здесь возникает отнюдь не за счёт тех пигментов, тех пигментных клеток, которые мы обсуждали только что. Дело в том, что самка вымётывает не всю икру, а икра может быть розоватой, фиолетовой…

Ж.Ч. Зелёной.

А.М. Разных оттенков. Часть оставшейся икры вся превращается в ярко сине-зелёный цвет, после чего кровь становится ярко-зелёной и плавники окрашиваются в зеленовато-синий цвет, что позволяет им после размножения откармливаться среди растений.

А.Г. То есть эта самка после нереста.

А.М. Эта самка после нереста. Самец с красным брюхом, как полагается для охраняющих (брюхо всегда можно прикрыть ко дну, чтобы не видно было), он не питается и соответственно больше месяца сидит и охраняет икру.

Вообще имеет смысл поговорить о механизмах изменения цвета. Рыбы обладают способностью – это не бабочки – менять цвет, не все, правда, но достаточно хорошо. Дело в том, что к чёрным меланофорам подходят нервные окончания, и изменение цвета в значительной степени быстро осуществляется за счёт нервных импульсов. Некоторые авторы указывают, что к красным эритрофорам тоже могут подходить нервные окончания, хотя до конца это не доказано. Всё же остальные клетки, включая меланофоры и эритрофоры, поддаются изменению интенсивности цвета за счёт гуморального воздействия, то есть через кровь, гормонами.

Механизм этого изменения цвета может быть разный. Так, например, меланофоры существуют двух типов. Одни находятся в эпидермисе, другие ниже, собственно в коже, в кориуме. Так вот те, которые находятся в эпидермисе, у них происходит накопление меланина под действием света. Все мы знаем, что когда мы загораем, то становимся чернее. А уменьшение яркости происходит за счёт шелушения кожи, слущивания и таким образом мы светлеем после того, как приехали с юга.

Таким же способом – за счёт изменения концентрации – действуют, например, ксантофоры и эритрофоры, где содержатся красные, каротиноидные пигменты (как у морковки), растворённые в жирах. И во время нереста или перед нерестом, возникает брачный наряд за счёт того, что из пищи в них накапливаются эти каротиноидные пигменты. Но те меланофоры, которые в коже, могут резко менять цвет за счёт того, что зёрна меланина могут собираться в центре…

Ж.Ч. У ядра.

А.М. …Это то, что на рисунке справа. Или могут расползаться по всей клетке. Собрались в центре – посветлела, когда разбежались по всей клетке, соответственно, яркость резко увеличилась. Причём, форма клетки при этом не изменяется. Самое интересное, что это чисто физический процесс смачивания киноплазмы с остальной плазмой клетки, и этот фокус можно проводить вообще даже на мёртвой рыбе, что, в общем-то, и используется при нашей методике.

А.Г. То есть рыба сама не управляет этим процессом?

А.М. Она управляет. Но мы можем также управлять вместо неё. Просто используя поверхностно-активные вещества, к примеру. Теперь следующий рисунок.

Наверное, стоит ещё добавить к сказанному, что большую роль – помимо нервной и гуморальной регуляции окраски – играет содержание внутриклеточного и внеклеточного кальция. То есть помимо этих двух типов регуляции существует ещё и такая регуляция, но о ней несколько позже.

Вообще, в принципе, мы рассказали всё, что можно было бы рассказать об окраске, и на этом можно было бы остановиться, если бы не одна неприятность. Дело в том, что в море ниже 20 метров красные лучи поглощаются, так что там всё в голубом цвете, серо-голубое. И спрашивается: зачем нужна вообще эта окраска, если её невозможно видеть? То есть, похоже, что она может выполнять и какую-то другую функцию.

Да, мы говорили, что на фоне ярких кораллов рыбы должны быть незаметны, но сами кораллы почему столь разнообразны по цвету? Когда они появились в ходе эволюции, ни у них, ни у кого глаз ещё долго не было. Для кого эта окраска? Поэтому есть подозрение, что окраска, видимо, в своей эволюции имела какую-то предшествующую функцию, связанную с поверхностью тела. Но у всех примитивных организмов обычно через поверхность (особенно когда ещё плохо развиты почки) происходит выделение вредных веществ. Давайте посмотрим, а не являлась ли и у рыб окраска исходно причиной выделительной её функции?

В принципе, для того чтобы не отравиться, нужно сделать вещества нерастворимыми, тогда они не ядовиты, или полимеризовать их – опять же чтобы сделать нерастворимыми. Но в таком случае те участки, которые участвовали в полимеризации, увеличат поглощение света, и, в конечном счёте, могут стать пигментами. Если посмотреть на пигменты, которые оказались в коже, как на конечные продукты метаболизма, то гуанин и птерины, а птерины тоже могут быть жёлтыми и оранжевыми, и, как правило, являются предшественниками накопления каротиноидов в ксантофорах и эритрофорах, так вот, гуанин и птерины содержат много азота и являются удобным конечным продуктом метаболизма, который можно выводить. Особенно это было важно для тех существ, которые в древности обитали в болотах. Потому что, находясь в болотах и выйдя потом на сушу, нужно как-то переживать пересыхание. А если это рыбы, которые вышли на сушу, им метаболиты нужно всё время куда-то сбрасывать. Если всё время с мочой сбрасывать, то все вышедшие на сушу должны были бы сбрасывать аммиак, им для этого нужно было бы быть как шланг: головой в воду, а с противоположной всё время вытекает. Чтобы оторваться от воды, нужно аммиак превратить в мочевину. Видимо, через кожу и удалялись продукты метаболизма соответственно в виде производных пуринов.

Меланин в своём происхождении – это тирозин, который окислялся, окислялся, окислялся до индольных соединений, кстати, страшно ядовитых. И соответственно превратить их в процессе полимеризации в меланин, это прекрасный вариант избавиться от этих неприятностей. Причём, если мы посмотрим на эволюцию от рыб до вышедших на сушу, то уцелевают только те меланофоры, которые сшелушиваются, что и мы приобрели. Птерины и гуанины представлены хорошо, особенно птерины, у земноводных, вплоть до птиц. Если мы возьмём другие группы, то птерины представлены прекрасно у насекомых, тоже выбравшиеся на сушу.

Наиболее сложный момент связан с каротиноидами. В отличие от всех этих пигментов, они химически очень активны, да ещё и являются веществами пищевого происхождения. И чтобы в них разобраться, наверное, лучше было бы изучать их на икре – это замкнутая система.

Ж.Ч. Вы знаете, что икра красная, и было выдвинуто в прошлом столетии около 20 всевозможных теорий, как функционируют эти каротиноиды – в красной икре конкретно и у других видов рыб, у которых тоже окрашена икра. И была выдвинута Крижановским, Смирновым и Соиным гипотеза о том, что у икры эти каротиноиды имеют дыхательную функцию. То есть в слабопроточной воде с низким содержанием кислорода происходит приток кислорода через каротиноиды, которые даже могут ещё и накапливать этот кислород.

А.М. Давайте ещё немножко продолжим об этом. Дело в том, что для того чтобы переносить через мембраны кислород, нужно иметь целый ряд пигментов, где кислород перемещается с одной стороны молекулы пигмента на другую внутри мембраны. Но дело в том, что кислород хорошо растворяется в жирах, лучше, кстати, чем в воде, и мембраны не являются препятствием, здесь не нужен этот механизм. Следующий рисунок, пожалуйста.

Карнауховым высказывалась идея, что можно по двойной связи посредине посадить кислород, и таким образом запасать кислород, это было бы нужнее. Но вся неприятность заключается в том, что, оторвав кислород, нужно восстановить двойную связь. Для этого нужно столько энергии и столько кислорода, что это то же самое, что золотой рубль менять на мелочь. Это очень неэкономно.

Ж.Ч. В семидесятых годах теперь уже прошлого столетия Виктор Владимирович Петруняка, был такой физиолог-биофизик, показал, что самая главная роль каротиноидов – это участие в кальциевом обмене в клетках. И он обнаружил их в митохондриях…

А.М. Причём в участках, ответственных за обмен кальция.

Ж.Ч. Да, за обмен кальция. Они прямо в мембранах находятся, и электронная микроскопия потом это подтвердила. И самое интересное, что ранее, когда мы проводили исследования, было видно, что в процессе развития, при смене одного этапа на другой менялась цветность икры. Казалось бы, там никакого притока каротиноидов нету, но, тем не менее, цветность менялась. Это менялась связь с кальцием.

А.М. Это было подтверждено экспериментально. Кальций был посажен на каротиноиды. Исходно (на верхнем рисунке) в спектре поглощения света каротиноидами видны три максимума, однако у комплексов каротиноидов с кальцием резко падает поглощение света. Это предполагало то, что изменяется вроде бы концентрации (а концентрацию мерили по цвету), а на самом деле менялся сам цвет пигментов. Поскольку каротиноиды не синтезируются в животном организме и тем более в икре, динамики изменения концентрации каротиноидов в икре не могло быть.

Если можно, вернёмся к предыдущей картинке. Если мы посмотрим на рисунок динамики цветности икры в процессе эмбрионального развития, то это икра разных видов рыб. Однако, динамика цвета у них примерно похожая. Снижение цветности происходит сначала на дроблении. Потом в конце дробления – повышение. Далее опять уменьшение, это гаструляция, и вновь повышение, далее во время органогенеза (это начало образования кровеносной системы) уменьшение и вновь повышение, после чего опять уменьшение цвета каротиноидов икры. По сути дела, это динамика кальция, регулирующая этапность развития. Следующий рисунок.

В связи с нашими экспериментами возник совсем другой взгляд на структуру самих каротиноидов. Каротиноиды состоят из двух иононовых колец, собственно, это кислородсодержащие группировки. Всё разнообразие каротиноидов, а их сейчас свыше 600, это группировки в основном в иононовых кольцах. И цепь сопряжения, то есть система из чередования двойных и одинарных связей, т.е.: двойная, одинарная, двойная, одинарная, двойная, одинарная. Поскольку двойные обусловлены ?-орбиталями, а расстояние между двойной и одинарной более-менее равные, то получается как бы облако электронов сверху и снизу молекулы. Такая система при взаимодействии с радикалами размазывает по ней всю эту энергию, превращая её в тепловую. Поэтому каротиноиды – прекрасные тушители свободнорадикального перекисного окисления липидов.

Но есть ещё одна интересная проблема. Если бы молекулы каротиноидов были бы плоскими, то у них, скорее всего, был бы один максимум в спектре поглощения света. (Достаёт из кармана авторучку.) Представьте, у меня, вместо молекулы, эта ручка из красного стекла. Так она (поперёк ручки) поглощала бы наиболее короткие волны, а так (вдоль ручки) – наиболее длинные волны. Чем больше двойных связей, тем более длинноволновые части спектра поглощала бы молекула. И молекула, вращаясь во все стороны, в потоке света, имела бы один максимум, а у каротиноидов их три. Следовательно, скорее всего, молекула перегибается несколько раз вдоль своей оси. И конечный вид её, видимо, это некая спираль. Собственно по этому внутреннему каналу спирали углекислый кальций сквозь мембрану и может проходить. При заряде на мембране, кстати, и спектр меняется до одного максимума, молекула становится плоской и запирает этот проход.

Ж.Ч. Следующий рисунок. Здесь показаны спектры.

А.М. Разнообразие пигментов в икре пинагора достаточно большое. В данном случае, Жерар Александрович, это, наверное, рассказывать вам.

Ж.Ч. Есть в икре и жёлчный пигмент, точнее, близкий к жёлчным пигментам. Есть в икре свободные каротиноиды и каротиноидные пигменты, связанные с белками в виде комплексов.

А.М. То есть, может быть большое разнообразие цветов икры. Самец пинагора должен найти свою кладку во время отлива.

Ж.Ч. Найти по цвету.

Но существует, нами с Александром Евгеньевичем он открыт, ещё один пигмент, это цитохром b-560. Это цитохром, который обнаружен в икре только семейства сиговых рыб, в водорастворимой части желтка – это фактически маркёр семейства. Было обращено внимание на то, что икра сиговых рыб способна развиваться, будучи включённой в пагон, то есть в ледяной плен, где она развиваться внутри льда, с сентября по май или даже июнь. И за это время ей нужно пройти всё развитие. Были сделаны замеры концентрации этого пигмента у многих видов сиговых, которые у нас прошли через спектрофотометр, и было показано, что чем суровее зимние климатические условия для развития икры сиговых рыб, тем выше концентрация это цитохрома внутри икры. Роль его предполагается такая: этот цитохром – антиокислитель, и в то же время он работает как протектор и обеспечивает одновременно энергетический обмен этой самой икринки во время всего процесса развития. То есть у него многофункциональные задачи, но там ещё и каротиноиды работают, они тоже в желтке имеются в качестве антиокислителей.

А.М. Жерар Александрович, пару слов на эту тему.

Вообще цитохромы– это дыхательные пигменты. Если мы возьмём водород с кислородом, то получится гремучая смесь. Чтобы сразу же не выделилось такое количество энергии, её нужно разбить поэтапно и потребить потихонечку. Все цитохромы, как правило, сидят на мембранах и за счёт трансмембранного переноса электронов создают АТФ. Эти – не на мембранах, они распределены по желтку…

Ж.Ч. В растворе.

А.М. Кроме как жечь, они больше ничего не умеют.

А.Г. Антифриз такой…

А.М. В некотором роде…

Ж.Ч. Скорее, они дают энергию для развития. Понимаете, там очень низкие температуры для развития…

А.М. Они держат температуру где-то около нуля, чтобы не замёрзнуть окончательно.

Ж.Ч. Там даже отрицательные значения температуры бывают…

А.М. Но, пожалуй, нам пора вернуться обратно к коже.

Ж.Ч. Но мы не сказали всё-таки о том, что каротиноиды работают в икре рыб ещё и как антиоксиданты. Допустим, у тех же сиговых каротиноиды растворены в жире, в жировой части, в жировой капле, и они сохраняют эту жировую каплю во время всего развития. Потому что она может просто окислиться за счёт поступления кислорода в проточной воде, допустим. Но надо эту жировую каплю сохранить, потому что, если личинка при вылуплении не будет иметь жировой капли, она не будет иметь той плавучести, которая необходима для перехода на активное питание и выживания. Это, с одной стороны, её ресурс, а с другой стороны, это, так сказать, поплавок, который удерживает её в толще воды. Это очень важно, потому что иначе она пойдёт на дно, и не сможет перейти на активное питание. Это антиоксидантное значение каротиноидов – сохранить жир как можно дольше.

А.М. То есть две функции – антиоксидантная и кальциевая.

А.Г. Тем более что в талой воде, по-моему, очень большое количество свободных радикалов, повышенное.

А.М. Тут интересен ещё один момент. Чем крупнее икра, тем дольше она должна развиваться. Чем дольше она должна развиваться, тем дольше нужно сохранять жиры, тем больше должно быть пигментов.

Но хотелось бы всё-таки вернуться обратно к коже. Итак, мы уже говорили, что те пигменты, которые есть в коже, в принципе, все, кроме каротиноидов, участвовали в выведении чего-то наружу.

А.Г. То есть рудимент системы выделения, по сути дела, получается.

А.М. Но если мы посмотрим на сами каротиноиды и на тех, у кого они есть, то обычно они есть у тех, которые выводят кальций наружу, строя свои внешние покровы. Например, коралловые рифы – это кальций. Если взять раковины моллюсков, то там есть не только амебоидно двигающиеся малиново-красные клетки, которые транспортируют кальций для постройки раковин, но и гуанин блестит на поверхности этих раковин, он тоже туда выводится.

Ж.Ч. У крабов и креветок тоже всё это выводится в наружные покровы, в комплексе с каротиноидами, и самое интересное, что это можно увидеть – когда вы варите рака или краба, то они сразу становятся красными. Это выявляются каротиноиды – астаксантин.

А.М. Но теперь ещё один вопрос. А кто же их туда, в кожу, вывел – эти пигменты? Есть большое подозрение, что в этом участие принимали клетки, которые занимаются фагоцитозом, фагоциты. Дело в том, что фагоциты могут передвигаться, и хроматофоры после их возникновения тоже передвигаются. Кстати, при разрушении кожи фагоцитируется фагоцитами меланин, соответственно гуанин и липофусцин – пигмент старения, и таким образом выводятся. Интересна ещё одна особенность – у них и исходная эмбриональная судьба схожа.

Ж.Ч. Да, во время нейруляции от нервного валика эти будущие хроматофоры расползаются по телу эмбриона в генетически определённые места будущего кожного покрова и там локализуются. Сначала появляются меланофоры, они набирают меланин, и очень интересно, что эта функция прямо зависит от интенсивности освещённости икры. Это на сигах было показано очень хорошо, мы имеем прямо пропорциональное наращивание количества меланина. Потом из них образуются ксантофоры или впоследствии эритрофоры. В то же время иридоциты – они самые глубинные, они располагаются уже в самом нижнем слое. И в последний момент, уже перед вылуплением и после вылупления, образуются иридоциты.

А.М. То есть, другими словами, вполне похоже, что исходной функцией пигментации была вообще не окраска, а выведение. Но, попав в кожу, было бы странно, если бы пигменты не имели никакого отношения к свету. Самое интересное, что в самой коже пигментные клетки расположены не случайно.

Ж.Ч. Да, снаружи собственно кожи располагаются меланофоры, и внизу – тоже меланофоры, а в средней части – ксантофоры и эритрофоры, а под всеми ними находятся гуанофоры, которые фактически выстилают нижний слой. И что же происходит? Когда свет проходит через воду, попадая на кожу, он встречает этот отражательный, зеркальный – этот вот гуаниновый – слой. И обратно через кожу возвращается.

А.М. А смысл какой? Что там происходит?

Ж.Ч. Там происходит выработка витаминов Д и ряда других важных для организма веществ. Это очень важно для развивающихся организмов. То есть здесь это не просто отражение или окраска. Здесь идёт конструктивная работа, можно сказать.

А.М. Причём, такая система возникла не сразу. Если мы посмотрим на неё в ходе эволюции, то получается достаточно интересная вещь. Следующий рисунок.

Ж.Ч. Это асцидии.

А.М. В эволюции Хордовых у ланцетника нет пигментов кожи. У ланцетника имеется в передней части нервной трубки пигментное светочувствительное пятно, а вдоль нервной трубки – так называемые глазки Гессе. Т.е., пигментные клетки, а под ними – светочувствительные нервные. Если мы посмотрим на оболочников, то у них поверх эпидермиса имеется толстый слой туники, защищающей его, где есть кровеносные сосуды. Но, несмотря на тот цвет (красно-фиолетовый на рисунке оболочника), который мы видим, нет специализированных пигментных клеток.

А.Г. Это просто кровь.

А.М. Нет. Дело в том, что у них нет нормальной, хорошей выделительной системы. В крови имеются клетки, нефроциты, которые окрашены в такой цвет, которые выводят продукты метаболизма и окрашивают оболочника целиком. Если мы возьмём не рыб, а рыбообразных – миксин и миног, то в собственно коже – дерме или кориуме – имеется верхний слой чёрных меланофоров и нижний слой. Нижний слой, видимо, защищает от того, чтобы свет не попадал глубже. Кстати, высокогорные рыбы ещё имеют чёрный пигмент в полости тела, окрашивающий в чёрный цвет брюшину.

Ж.Ч. Защищающий икру от ультрафиолета.

А.М. Идём дальше – Двоякодышащие. В эктодерме имеются не способные быстро изменять свою цветность за счёт нервных окончаний меланофоры. Но уже имеются кожные меланофоры, быстро меняющие свой цвет, и появляются гуанофоры. Появляются уже жёлтые клетки, то есть ксантофоры, содержащие птерины. Уже при такой системе возможна какая-то регуляция цвета. Если мы пойдём дальше, то в коже чётко определяется расположение: сверху меланофоры, снизу гуанофоры, чтобы можно было отражать свет. Уже у Ганоидных рыб и у самых ранних Костистых – селёдок – есть чёрный слой, есть блестящий. Наиболее поздно появляется средний слой. Дело в том, что этот средний слой (из жёлтых и красных), видимо, является датчиком того, сколько же света прошло. Датчик должен быть пигментом, поглощать свет, датчик должен говорить, что он эту информацию получил – например, сбрасывая кальций и регулируя всю эту систему. Позднее всего возникли, видимо, красные эритрофоры, потому что помимо этой регуляции, нужно ещё всё подогнать и под нужды организма, и добавочно отрегулировать уже то, что нужно самому организму.

А.Г. Правильно ли я понял, что самые ярко окрашенные рыбы -эволюционно самые молодые?

А.М. Да.

Ж.Ч. Ну, в общем да. Конечно, все Окунеобразные.

А.М. Наиболее яркие – это Перкоидные рыбы и произошедшие от них.

А.Г. То есть окунь тот же самый.

Ж.Ч. Окунеобразные.

А.М. Окунеобразные, их там очень много.

А вторым этапом в эволюции пигментной системы была светохимия, регуляция светохимии. Не фотосинтез – светохимия, потому что свет может видоизменять…

Ж.Ч. И наиболее чувствительной частью у рыбы является головной мозг, все пять отделов, и особенно между глазами (а также средний мозг), где ещё находится пинеальный глаз, т.е. эпифиз.

А.Г. То есть это самые фоточувствительные зоны?

Ж.Ч. Там самая фоточувствительная зона. И она закрыта сверху меланофорами, которые регулируют прохождение света, пропуская туда необходимое количество световой энергии.

А.М. Более того. С развитием пигментной системы… Кстати, любой участок любой рыбы реагирует на свет изменением всей этой композиции без глаз. То есть, если вы осветили какой-то участок кожи, он среагирует изменением меланофоров и всех остальных пигментов, независимо от того, рыба с глазами или без глаз, или ей надели какие-то чёрные очки.

А.Г. То есть рыба воспринимает освещённость не только глазами?

А.М. Да. То есть она чувствует это, что ещё раз говорит, что они участвуют в этом процессе. Ещё одна интересная деталь – сами глаза-то что из себя представляют?

Ж.Ч. Кожный покров.

А.М. Глаза – это нервная трубка, которая раздулась в глазные пузыри. Потом изменилась в глазные бокалы, дальше туда входит поверхностный, то есть пигментный слой, и образуется хрусталик. Пигменты и нервные клетки. Почти что разросшиеся глазки Гессе. И если теперь под этим углом зрения посмотреть опять на окраску, которую мы обсуждали, то получается следующая картина. Чёрная спина нужна потому, что наибольший поток света идёт именно сверху. Серебристые бока потому, что там не нужно много меланофоров, там и так мало света, но зато есть возможность отразить свет. А в сумме – оказалось, что ещё и полезно быть в пелагиали. Здесь ещё нужно сказать о молоди, но это ближе Жерару Александровичу.

Ж.Ч. Вот это мне ближе. Молодь очень интересна. Знаете, очень интересные наблюдения были сделаны. Слабоокрашенная, слабопигментированная молодь очень сильно элиминирует в процессе своего развития. Но как показали мои исследования, именно световой поток разрушает гемоглобин в эритроцитах, и поэтому у молодых рыб меланофоры играют роль защиты от избытка освещённости.

Но очень интересная вещь происходит. Когда молодые рыбы попадают в сильно освещённое поле воды, они начинают уходить на глубину и ищут тот фотический слой, где они менее заметны, то есть где подбирается какой-то баланс. А в ночное время они всплывают к поверхности. Кстати, также и зоопланктон себя ведёт, тоже всплывает, потому что у поверхности происходит фотосинтез и там образуется корм для зоопланктона. Но именно таким образом были выработаны вертикальные миграции: ночью к поверхности, а днём при сильной инсоляции рыба уходит вниз. Но главная защита, конечно, это просто защитить уничтожение красных кровяных телец в крови, меланофоры это и делают. Но одновременно и поведенческие реакции тут же участвуют.

А.М. Свет мешает ещё и работе нервной системы. Поэтому пигментные клетки располагаются таким образом, что если на малька посмотреть сверху, то мы увидим все пять отделов мозга, они выложены меланофорами.

А.Г. Защитные щиты такие…

Ж.Ч. Зонтики.

А.М. Посмотрим на прибрежных морских рыб. Кто плавал с маской, часто видел, как солнечные зайчики бегают по дну, за счёт волны концентрируются лучи и соответственно возникают зайчики. И к такому освещению нужно очень быстро приспосабливаться, быстро менять всю эту систему. А ведь быстро меняющие свою окраску – это в основном придонные и прибрежные в своём происхождении рыбы.

Ж.Ч. Тёмная спина, светлое брюхо, такая их основная окраска.

А.М. Ещё одна интересная особенность есть. Мы тут смотрели на тропических рыб, которые обитают в речках, прикрытых кронами. Света мало. Регулировать нужно и нужно быть самим незаметными, нужно иметь мощный гуаниновый слой – чтобы отражать. Его можно сделать в виде блестящих, якобы светящихся полос – как у неонов или эритрозонусов, которых мы уже видели.

Теперь, спускаемся на глубину. Света меньше. Соответственно, меланофоров должно быть меньше. А регуляторная часть должна работать лучше – то есть красных должно быть больше. Можно следующий рисунок?

Как правило, с глубиной у рыб появляется красный цвет. Большие глаза – света мало – и красный цвет. Если мы посмотрим на древних рыб, у которых ещё не было этого красного слоя, они, как правило, с глубиной становятся чёрными. И самое что интересное – если мы посмотрим на пещерных рыб, где вообще света нет – у них нет никаких пигментов, они им не нужны. То есть это всё явления приспособительного плана.

Ж.Ч. Можно добавить, что у лобанов, у кефалей, у них на поверхности кожи дополнительно образуются иридоциты, чтобы отражать свет. В поверхностном слое очень сильная инсоляция, да ещё большая скорость (иначе их птицы поймают), и они покрыты гуанином сверху, в коже. Он отражает избыток солнечного света, и рыба тогда начинает светиться зеленоватой окраской. Вот такой интересный факт – дополнительный отражатель.

А.М. Конечно, всё это разнообразие надо рассматривать с тех позиций, что пигменты не всегда использовались для окраски. Был период, когда пигментные клетки выполняли выделительную функцию, был и, наверное, продолжается период, когда они участвуют в фотопроцессах в коже. И вот это-то и было подхвачено для поведенческих целей и для защиты, соответственно.

А.Г. То есть это последняя функция по времени. Те, у кого была более ярко выраженная пигментация – в ту или иную сторону – выживали больше и, следовательно…

Ж.Ч. Шёл отбор.

А.Г. Естественный отбор. И ещё вопрос у меня на языке вертится. Я впервые вижу рыб, у которых абсолютно сохранена прижизненная окраска. Скажите пару слов о технологии этого чуда.

А.М. Это побочный продукт исследований пигментации. Для того чтобы сохранить окраску, как нехитро догадаться, нужно вот что. Первое: нужно использовать те механизмы изменения цвета, которые…

А.Г. Сами рыбы используют.

А.М. Да. Их можно даже на неживых объектах использовать, давая им «вторую жизнь». Второе – нужно убрать кальций, чтобы не обесцвечивать. Третье, конечно, наиболее сложное – чтобы не побелели все ткани (ясно, что там формалин должен присутствовать, иначе всё просто будет разлагаться) нужно эти ткани просветлять. Убрать, конечно, слизь, она белеет, под ней вообще ничего не будет видно.

В принципе, всё достаточно бесхитростно, если не считать, что на это ушла вся жизнь, более 30 лет, примерно по три часа в день. Но рыб-то много, для каждой я использую свои подходы, есть где-то 83 раствора, которыми я сейчас пользуюсь. Не дай Бог потерять записи, потому что это уже сложно будет восстановить.

И мне хотелось бы вот этот уникальнейший экземпляр, потому что их в музеях практически нет, кроме тех, которым я подарил, подарить вашей студии.

А.Г. Спасибо огромное! Это царский подарок. А здесь-то какая технология?

А.М. Здесь ещё использовалась акриловая пластмасса.

А.Г. Ага. То есть это вещь вечная во всех отношениях.

А.М. Ну, лет 300 я вам гарантирую. Если раньше не разобьёте.

А.Г. Нет, нет. Будем беречь как зеницу ока. Там ещё и песок на дне, для того чтобы было полное… Потрясающе!

Ж.Ч. Только этикетку на латыни надо было написать.

А.М. Есть там этикетка в виде рыбы, которая составляет мои инициалы с фамилией.

А.Г. Потрясающе. Спасибо вам огромное и за передачу, и за этот царский подарок. Если наша программа будет выходить в эфир хотя бы сотую часть того времени, которое вы гарантировали этому экспонату…

А.М. Я надеюсь, что в ближайшие 50 лет ко мне претензий уже не будет.

А.Г. Спасибо огромное.

Молекулы и информация

12.08.03

(хр.00:52:35)

Участник:

Лев Александрович Грибов – член-корреспондент РАН

Александр Гордон: …как это принято сейчас в бинарной системе.

Лев Грибов: Есть единичный случай, когда была сделана троичная система.

А.Г. И что это дало, к чему это привело?

Л.Г. Вы знаете, это привело, в общем, к некому ускорению процесса, но насколько я знаю, одновременно это привело к существенному усложнению кон-струкции. Поэтому хотя в принципе это возможно и, в частности, есть работа Са-харова, в которой он показывал, что такая троичная система имеет определённые преимущества, но всё-таки эта конструкция оказалась, по-видимому, не очень удачной. Осталась навсегда двоичная система. А вот что будет дальше, мы, может быть, сегодня и поговорим немножко на эту тему.

А.Г. Всякий раз, когда речь заходит об искусственном интеллекте, высказываются две противоположные точки зрения. Первая, что искусственный интеллект в том виде, в каком мы привыкли понимать интеллект человеческий, не будет существовать никогда, поскольку это принципиально невозможно, мы не знаем, как устроен мозг и не знаем, чем руководствуется человек, когда при явном недостатке или недостаточном качестве информации принимает решения, которые мы называем осмысленными. И вторая точка зрения, что этот барьер будет преодолён, как только мы выйдем на новое качество самих компьютеров. И тут называются и квантовые компьютеры, и вот та технология, о которой мы сегодня будем, видимо, тоже говорить.

Л.Г. Вы знаете, я придерживаюсь такой точки зрения, это моя точка зре-ния, я её не собираюсь никому навязывать, что, конечно, создать такой интеллект, которым сплошь и рядом оперирует человек, нельзя в принципе. И, прежде всего, по следующим причинам.

Я иногда говорю, что существуют явления научные и вненаучные. Под вненаучными явлениями я понимаю отнюдь не парапсихологию или экстрасенсо-рику, всякую такую ерунду. То, что мы называем наукой, и то, что свойственно логическому мышлению, это всегда некая система знаний, которая даёт возмож-ность построить прогноз, но у этого прогноза есть определённые постулаты. Пре-жде всего, постулат повторяемости.

Если этой повторяемости нет, то ничего создать невозможно. И в этом смысле мы можем говорить о физике, химии, о каких-то общих положениях той же психологии – всё, что хотите. Но я очень сомневаюсь, чтобы когда-то появи-лась какая-то наука, которая предскажет, что, предположим, в 2075-м году в Рос-сии появится новый Пушкин. Хотя это явление, это реальный факт. Вряд ли такая постановка задачи когда-нибудь будет научной, то есть предметом науки. Можно изучать его творчество, это вопрос другого рода. Но прогнозировать такое собы-тие вряд ли удастся. Вы прекрасно знаете, что человеческий мозг состоит из двух частей, из двух половин. Одна отвечает за логическое мышление, а вторая отвеча-ет за образное мышление. И вот это образное мышление, которое очень тесно свя-зано с интуицией, это вещь, которую передать компьютеру очень трудно. Я лично имею здесь свой опыт вот какого сорта.

Довольно давно мы начали работать над одной системой. В то время они назывались «системами искусственного интеллекта», но потом их стали называть «экспертными системами».

А.Г. Поскромнее чуть-чуть.

Л.Г. Поскромнее. Задача таких систем заключалась в следующем. Это сложная логическая система, разрешающая много всяких задач. Предъявляется определённая совокупность экспериментальных данных, например, совокупность разного рода спектров, химической информации и так далее, и нужно догадаться, с какой молекулой вы имеете дело, то есть опознать молекулу. Причём, изначаль-но сведений об этой молекуле нет в памяти компьютера, но нужно решить такую очень сложную задачу, иногда напоминающую «пойди туда не знаю куда, прине-си то, не знаю что».

Потом мы немножко на эту тему поговорим, разнообразие здесь гигант-ское. Если молекулы содержат, скажем, 3-4 десятка атомов, то исходное разнооб-разие может быть – миллионы. Поэтому база этих сужений информации, когда, в конце концов, нужно получить всего один ответ, очень большая. Понятно, что это очень сложная система, которая и считает, и решает логические задачи, и всё прочее. В начале мы были несколько наивными и думали, что можно создать некий автомат, который эти задачи решает и проблема только в том, что сегодня мы не-достаточно запрограммировали что-то или ещё чего-то не знаем.

Это было не только у нас, этим занимались многие люди, создавались, скажем, системы для медицины и тому подобное, то есть это громадная научная область. И общий вывод был такой, что создать полный автомат нельзя просто в принципе, ничего не получится без участия человеческого мозга, который прини-мает решение именно тогда, когда оно нестандартно.

Есть такое понятие: принять на себя риск решения. То есть компьютеры в некоторых случаях останавливаются и предлагают вам решить, что дальше де-лать. И здесь, как правило, человек базируется главным образом на своём каком-то прежнем опыте, на своей интуиции, на знании, скажем, истории объекта, это то, мы будем сегодня об этом тоже говорить, что относится к так называемой «не-чёткой информации». Вот, скажем, он угадал. Дальше система опять вам может что-то решать таким формальным образом. И это, в общем, повторяю, не является недостатком, связанным с тем, что сегодня мы чего-то не умеем делать. Это принципиальное ограничение.

То есть оказывается, что наиболее эффективным средством является такой кентавр – человек-компьютер. Когда человек не просто нажал кнопку и пошёл спать, а через какое-то время был выдан тот результат, какой вы хотите. Он рабо-тает с компьютером, он испытывает различные варианты. Он заставляет его дей-ствовать разными путями. Так что это, повторяю, опыт не только мой собствен-ный, это опыт вообще создателей экспертных систем, отсюда и появился этот термин.

Понимаете, обязательно участвует какой-то специалист в этой области. Больше того, такие системы наполняются, есть два понятия в этой области. Есть «банк данных» и есть «банк знаний». Это разные вещи. Данные – они более формальные, а знания накапливает какой-то специалист, особенно это остро проявилось в медицинских вещах. Сколько там приборов не делают, но всё равно вы получаете о человеке какую-то минимальную информацию и отсюда роль врача, талантливого врача оказывается очень важной, даже несмотря на всю мощь современной приборной техники. И исходя из таких соображений, собственный опыт показывает, что сделать полный автомат не удастся. И роль интуиции, по-видимому, будет только возрастать.

Я могу привести ещё один пример. Любой учёный пользуется литературой. Сейчас столько журналов, даже по более-менее узкой специальности, и столько там публикаций, что читать все практически невозможно. Если кто-то возьмётся за это, у него не хватит времени на собственную работу. И больше того, крупные учёные, которые стоят во главе какого-то направления, они, как правило, очень мало читают. И вот возникает вопрос. Сейчас существует Интернет, обилие идёт информации. Вы можете запросить что-то по ключевым словам, и вам вывалиться гигантское количество статей. Подойти к этому формально невозможно. Что де-лает любой разумный учёный – он начинает ориентироваться. Во-первых, в каком журнале опубликован материал? Журналов тоже много и более-менее одинаково-го калибра. Дальше какая фамилия автора, известен он или не известен?

А.Г. То есть всё равно иерархическая система получается.

Л.Г. Конечно. Дальше, он прочитал название статьи. Прочитал, может быть, маленькое резюме, несколько строк. И на основе всего этого он должен вы-брать, читать ему эту статью или нет. Опять обратите внимание на то, что этот подход, он, конечно, не чёткий, он не может быть сведён к каким-то формальным операциям.

А.Г. Но так же человек делает любой выбор, в супермаркете, скажем, вы-бирает продукты…

Л.Г. Конечно, конечно, и больше того, я думаю, что в большинстве случа-ев человек принимает решение как раз базируясь на интуиции, на этических сооб-ражениях, на соображениях моральных, на чувственных. Все мы, наверное, когда-то женились. И я очень сомневаюсь, чтобы в этот период мы вычисляли качества собственной будущей жены.

А.Г. Пример, который вы привели, заставляет меня сразу заметить, что че-ловеку свойственно делать ошибки. А компьютер программируется таким обра-зом, что он не имеет права на ошибку.

Л.Г. Вы знаете, компьютер, вообще говоря, тоже может делать ошибку. Он может выдавать гораздо больше материала, чем нужно. В математике существуют два понятия – «чёткая информация» и «нечёткая информация». Современный компьютер, хотя и работает иногда с нечётко поставленной задачей, но на самом деле всё равно оказывается, что эта задача чёткая, потому что эта нечёткость за-даётся какой-то функцией, которую я же ему навязал.

А.Г. То есть она сформулирована так или иначе.

Л.Г. Поэтому иногда говорят, что эти экспертные системы приобретают человеческие черты своих собственных создателей, вот такая вещь получается. Больше того, в некоторых научных областях возникает ещё одна проблема, свя-занная с так называемыми «обратными задачами». Существуют два типа задач в теории математики: прямые и обратные. Прямые задачи – это когда я записал ка-кое-то уравнение и ставится вопрос, как решить это дело. Это прямая задача. Об-ратная задача – это когда я имею эксперимент и хочу построить какую-то теоре-тическую модель, которая этот эксперимент описывает. Скажем, когда мы имеем дело с микромиром, есть такие приёмы, когда по спектру можно установить прочность химической связи. То есть приписать ей какую-то пружинку, типа обычной упругости пружинки, и непосредственно получить какие-то результаты.

Как вы понимаете, в молекулы не залезешь. Значит, это делается по косвенному эксперименту, значит, я как бы должен проникнуть внутрь через какую-то физическую связь, через какую-то теорию. И оказывается, что такие задачи не решаются в принципе, если вы изначально не навяжете им какие-то условия, которые ограничивают решения этой задачи. А это делает человек. И поэтому получается так, что два человека, решая одну и ту же задачу, опираясь на один и тот же эксперимент, но не сговорившись об этом условии, получат разные результаты. Это сейчас типичный случай во многих областях, как раз связанных с исследованием молекул. Другое дело, что расхождение получается небольшое и, как правило, оно находится в каких-то пределах. Но эти результаты надо рассматривать так, что они дополняют друг друга, то есть они дают вам возможность сказать, что в этих пределах, в таком поле возможных изменений я должен находиться. И точнее я не получу. Просто по постановке не получится.

Так что современная наука наткнулась на целый ряд таких моментов, ко-торые сейчас заставляют пересмотреть очень многие исходные положения, ка-сающиеся получения научного знания. Та идея, что мы двигаемся к некоей абсо-лютной истине, сегодня, как мне кажется, уже просто не соответствует реальной действительности.

И как раз об этом и хотелось поговорить сегодня. Я специалист в области молекулярного мира и занимаюсь многими аспектами как раз исследования физи-ческими средствами многоатомных молекул и в своей работе перебрал довольно много всяких вопросов. Последнее время я занялся такими вещами, как молекула и информация. Переработка информации молекулой. Сегодня как раз и хотелось об этом поговорить, потому что это крайне интересный со всех точек зрения во-прос и есть здесь и вопрос общего характера.

Это вопрос о том, почему весь живой мир, начиная от самых простейших организмов, создан из молекул, а неживой мир – это в основном кристаллы. Жи-вой мир отличается целым рядом качеств, это на рисунке показано. Господь Бог находился в трудном выборе – из чего ему создавать мир, и он почему-то предпочёл молекулы. Сегодня я как раз хотел поговорить о некоторых своих мыслях в этом отношении. Это мои мысли, я их не навязываю никому, так что многие мои слушатели могут быть не согласны со мной.

Почему именно молекулярный мир, чем он выгоднее, скажем так, по сравнению с кристаллическим миром? Прежде всего, скажу вот о чём. Мои коллеги по институту – геохимики и геологи – привыкли мыслить категориями сотнями тысяч и миллионов лет, и поэтому для них неживая природа тоже изменчива. Я привык, как и большинство из нас, всё мерить гораздо меньшим временем, поэтому можно сказать, что окружающий нас кристаллический мир можно рассматривать как неизменный мир – в пределах сравнительно короткого времени.

А.Г. В пределах жизни экспериментатора.

Л.Г. Да. А жизнь не может быть неизменной, и основные черты живого ор-ганизма – это прежде всего то, что живой организм всегда существует как так на-зываемая «открытая система». Вот на следующем рисунке показана открытая сис-тема. Это приёмно-преобразующая система – в том числе любой из нас потребля-ет энергию и информацию из внешней среды и обязательно что-то во внешнюю среду выделяет. Не бывает так, чтобы движение было только в одном направле-нии, и поэтому всегда есть контакт с внешней средой. И этот контакт – характер-нейшая черта для живого мира, без такого контакта жизнь просто не существует. Это один из моментов, которые мы должны учесть в нашем последующем разго-воре.

Второй момент заключается в том, что информация, с которой имеет дело живой мир, она, как правило, нечётка, более того, её часто невозможно формализовать. Мы с этой нечёткой информацией постоянно имеем дело, мы пользуемся многими терминами. Вот тут изображены прелестные дамы, все они красивы, но давайте поставим вопрос так: можно ли, чтобы компьютер выделил из всей этой совокупности по какому-то признаку самую красивую? Хотя мы все это понимаем и любой из нас, взглянув на портрет или на живую прелестную даму, всегда вам скажет, да, вот это красивая женщина. Но сам этот термин, он очень нечёток, определить его чётко нельзя. Характерная сторона жизни – это то, что жизнь возможна только тогда, когда это приёмно-преобразующее устройство способно работать в условиях нечёткой информации.

Следующий рисунок. Тут нарочно дан размытый сигнал, то, что носит по-нятие нечёткой информации. Больше того, это используется в компьютерах, когда вы задаёте какой-то признак не как чётко ограниченный, а в виде размазанного с помощью какой-то функции. И весь вопрос в том, что отклик на этот нечёткий сигнал должен быть чётким, с чётко ограниченными границами. Если воспринимается только какой-то чёткий сигнал, то жизнь тоже вряд ли может существовать. Возьмём любое животное, например хищника. Он питается другими суще-ствами, скажем, лиса может поймать зайца и съесть его и прожить, но если зайца нет, она будет мышей ловить, мы это знаем.

А.Г. Если нет мышей, будет кур воровать.

Л.Г. Да, да, будет кур воровать или что-то ещё делать. Теперь представьте себе, что это живое существо настроено на то, что должен быть обязательно заяц, да ещё какой-то определённой величины, это почти наверняка приведёт к тому, что это животное погибнет. Потому что разнообразие – это тоже характернейшая черта, которая тоже обеспечивает сам факт существования жизни: приём нечёткой информации и превращение в совершенно чёткую. Потому что, кого бы хищник не съел, всё равно это пойдёт на функционирование живого организма. То есть если это растущий организм это будет использовано для построения новых тка-ней, клеток, для пополнения их элементами. Конечно, вы понимаете, что тут очень сложная вещь, но достаточно чёткая. Хотя приём оказывается очень разма-занным и очень нечётким – это ещё одна характерная сторона живой природы, без которой она просто не может существовать. Теперь следующий рисунок. Тут показано растение и пример такого рода – рост растений. Мы все хорошо знаем, что здесь работает фотосинтетический про-цесс. Этот фотосинтез идёт вне зависимости того, какое освещение. Может быть утреннее освещение, может быть дневное, вечернее, пасмурная погода, и так далее, всё это предсказать заранее нельзя, может, тучка какая-то набежит. Значит, организм должен как-то воспринять самый разнообразный спектр, а отреагиро-вать по-прежнему одним и тем же образом. Другое дело, что процесс может идти быстрее или медленнее.

А.Г. С большей или меньшей эффективностью?

Л.Г. Да. С большей или меньшей эффективностью, но он обязательно должен идти и идти вполне определённым образом. То есть, если растение растёт, значит, там появляются какие-то новые ткани, новая часть ствола. Если растение выделяет что-то в виде кислорода, оно должно выделять этот кислород опять же вне зависимости от того, происходит это утром, вечером или когда пасмурная по-года.

Невольно возникает такой вопрос: когда, в какой момент и на уровне какой природы будут появляться эти особенности?

А.Г. Каков механизм принятия решения?

Л.Г. Механизм – это несколько более сложная вещь. Давайте пока зададим себе вопрос: когда? Эти признаки проявляются уже в таком сложном образовании как клетка – это уже сложная вещь. Мы прекрасно знаем, что клетка имеет некую оболочку, ядро, клеточную жидкость, все прочие вещи, и там очень сложные про-цессы. Только здесь это начинается или, может быть, это начинается раньше? Хо-тя это ещё не жизнь, но уже какие-то признаки, которые необходимы для сущест-вования этой жизни. Вот к этому мы сейчас с вами и подойдём. И попробуем пе-рекинуть мост к тому, что сейчас иногда называют «молекулярной информати-кой».

Давайте поставим себе вопрос – какими признаками, схожими с этими, обладает молекулярный мир? Следующий рисунок. Там показаны две молекулы, обе имеют одну и ту же формулу С6Н6. Здесь обычно сразу вспоминают бензол, но не очень строгая формальная теория предсказывает, что кроме привычного бензола, может быть ещё 217 структур, которые все имеют форму С6Н6. В своё время, когда этот результат был получен, он был даже вынесен на первую страницу международного журнала. На самом деле это множество получилось в данном случае из-за того, что правила, которые были сформулированы, были довольно общи и на самом деле 217 структур вряд ли существуют, но я думаю, что 30-40 существуют наверняка. Никто этого специально не изучал, но когда смотришь на формулы, то видно, что приблизительно будет такое количество.

И это в случае такой простенькой системы как С6Н6. Если вы возьмёте ка-кую-то сложную молекулу, скажем, 30-40 – 100 атомов, то, как я вначале сказал, это могут быть миллионы структур – разнообразие гигантское. То есть одно и то же сочетание атомов может находиться в колоссальном разнообразии форм. По-скольку такого рода перестройки происходят в замкнутом пространстве, можно сказать, что это одна и та же молекула, которая только принимает различные формы.

А.Г. А свойства у всех одинаковые?

Л.Г. Свойства, конечно, у всех разные, в этом весь и фокус. Свойства у всех разные, но химики говорят (и правильно, может быть, делают), что это разные молекулы. Потому что как обычно определяется, что такое молекула? Это есть мельчайшая частица вещества, которая обладает вполне определёнными химическими свойствами. В этом смысле бензол и вторая структура, которая призман называется, – они разные, они с трудом переходят одна в другую, ведут себя сплошь и рядом как отдельные молекулы, но это не значит, что они совсем независимы. В том-то и дело, что существует вполне определённая возможность перехода одной структуры в другую. Для этого нужно какое-то внешнее воздействие – это вопрос другого рода, но такая возможность существует. И возникает невольно такой вопрос – а зачем это гигантское разнообразие? Если учесть такую возможность, то перед глазами возникает совершенно бесконечный мир.

Сейчас в литературе описано приблизительно 20 миллионов молекул, но никто не знает, сколько их на самом деле. И это неизомерные структуры. Если каждой из этих молекул приписать ещё сотню-другую изомеров, то у вас вообще возникает нечто совершенно гигантское. И невольно возникает такой вопрос: а зачем? Я буду пользоваться таким выражением: зачем Господь Бог это создал? Я не утверждаю, что именно он, это уже вопрос веры, но я говорю: зачем? Зачем в природе предусматривается такое гигантское разнообразие?

И один из возможных ответов как раз заключается в том, что благодаря этой возможности структурной изомеризации внутри молекулы может передаваться некоторый сигнал. Хорошо известно, что когда молекула крупная, то какие-то реакции совершаются в так называемых реакционных центрах (это то, что носит название близкодействия). То есть получается, что только какая-то часть молекулы принимает участие в реакции. Вся молекула при этом не принимает непосредственного участия в этой реакции. Маленькая молекула вся сразу начнёт играть, а крупная молекула в какой-то части сыграет, а остальная часть остаётся более или менее неизменной.

Возникает вопрос такого рода – а что дальше? То есть может ли случиться так, что полученный в каком-то одном месте сигнал… А сигнал всегда будет, всегда будет либо поглощение света (то, что носит название хромофорной группи-ровки), либо реакция присоединения, когда какая-то энергия обязательно будет передана в систему – дальше она может быть израсходована на тепло, на столкно-вение, произойдёт простое присоединение, и на этом всё закончится. Но всё может быть и не так.

Мы сейчас немножко об этом и поговорим. Что может быть в молекуле? Рассматривается такой простой пример, как приём и запись оптической информа-ции. Это тоже одно из очень важных свойств молекул. Это в школе сейчас прохо-дят, наверное, все знают, что квантовая система имеет уровни энергии, и, когда происходит облучение этой квантовой системы электромагнитным излучением, энергия поглощается, и вы можете перейти с нижнего уровня на верхний. На ри-сунке это изображено красной линией. А дальше процесс идёт вниз, потому что молекула не может долго находится в возбуждённом состоянии.

Но этот процесс может пойти по двум путям. Первый: мы сразу возвраща-емся в самое нижнее состояние, и тогда это достаточно бесполезная вещь, то есть поглотили, излучили, и ничего не произошло.

А может быть другой путь. Вы попадаете на уровень энергии, который яв-ляется резонирующим с уровнем энергии другого изомера, и тогда у вас происхо-дит переход в другой изомер, то, что часто называют безизлучательным перехо-дом, и после этого происходит высвечивание. У нас появился второй изомер. По-явление этого второго изомера возможно только тогда, когда произошло первич-ное поглощение, иначе он не появится. Значит, происходит следующее – вы как бы записали информацию, у вас остался след от действия исходного сигнала. Это тоже очень важное свойство молекулярных систем – они могут записать инфор-мацию.

Причём эта информация может храниться очень долго, и это, в конечном счёте, может привести к тому, что возникает своеобразная память молекул о некотором внешнем воздействии. Это крайне важная вещь. Я потом немножко об этом скажу – для живого организма, особенно более-менее сложного, характерно наличие памяти, характерно наличие обучения, и результат этого обучения может храниться очень долго. Например, если мы видели какого-то человека, мы запоминаем его образ, и он может годами у нас храниться. При этом нужно, чтобы это сохранение происходило без особенного напряжения, то есть без специальной энергетической подпитки. Здесь так и произойдёт – происходит переход в другой изомер, и он существует очень долго, он запомнил эту информацию и потом результат этого воспоминания существует очень долго. Никакого последующего действия не нужно – вы можете обнаружить, что такой эффект произошёл.

Дальше ещё один момент. Мы знаем хорошо, что существует такой химический эффект, который носит название миграция связи. Вот здесь на рисунке показано, что двойная связь находится в крайнем левом положении, то есть близко к радикалу R, а дальше идут одиночные связи. Но эта двойная связь может переместиться и принять другое положение. В принципе, она может переместиться и дальше, и происходит как бы перенос сигнала вдоль по определённом цепи, то есть молекулярные цепи могут передать информацию от одного участка молекулы к другому участку молекулы.

Обратите внимание на то, что мы опять начинаем касаться процессов жиз-ни, где мы всё время имеем вопрос передачи информации и восприятия информа-ции.

Этот процесс можно мыслить себе таким образом, как показано на сле-дующем рисунке. Тут изображено то, что в науке носит название потенциальной ямы, она внизу, то есть молекула находится в основном состоянии. Затем проис-ходит какое-то возбуждение, вы попадаете в верхнюю потенциальную яму, и уро-вень энергии этой ямы может резонансным образом взаимодействовать с уровнем энергии другого изомера, другой изомер – это другая яма. И дальше начинается процесс перекачки из одного изомера в другой. Это то, что явно проявляется, ко-гда двойная связь мигрирует вдоль одиночных связей, потому что каждое поло-жение этой двойной связи – это другой структурный изомер.

Оказывается, что если в конце такого процесса мы попадаем в глубокую яму (часто это какая-то реакция), то тогда вернуться к исходному состоянию очень трудно, и тогда весь процесс движения этой двойной связи в данном случае должен происходить всё время в определённом направлении, то есть у вас полу-чается направленная передача сигнала. Обратите внимание, что это направленная передача сигнала существенным образом отличается от того, с которым мы имеем дело в кристаллическом компьютере – там сигналы переносятся с помощью элек-трического тока. То есть с помощью какого-то электрического воздействия. Здесь совершенно другая природа, но результат тот же самый.

Если рассмотреть так называемый фотосинтетический центр, то он устроен так. Там крупные плоские молекулы являются приёмником излучения, вроде па-раболического зеркала, которое может концентрировать это излучение. Когда они принимают излучение, то с ними ничего собственно не происходит, реакция идёт в совершенно другом месте. И нужно передать туда какой-то сигнал, какую-то энергию. По-видимому, это и происходит за счёт такой последовательной изоме-ризации. Другое дело, что это может быть гораздо сложнее, чем здесь изображе-но, но…

А.Г. Но принцип тот же.

Л.Г. Но принцип, по-видимому, тот же. Я думаю так, может быть, другие думают иначе…

А.Г. Недавно у нас была передача, где мы говорили о фотосинтетике, об основных её элементах. Очень похоже, что вы не один так думаете.

Л.Г. Значит, по-видимому, такие вещи всё же наблюдаются. Эта крупная молекулярная система оказывается способной принять сигнал в одном месте, а передать его в совершенно другое место, и там, может быть, произойдёт какая-то нужная реакция или будет записан какой-то сигнал.

Всё это приводит к очень важному рассуждению. Известно, что одна моле-кула может опознавать другую молекулу, это в биологических системах типичная вещь. То есть когда две молекулы сближаются, первый этап здесь тот, что они по-хожи по форме (это то, что носит название «ключик-замочек», принцип Фишера), когда молекула укладывается около другой. На втором этапе происходят отдель-ные химические реакции и получается, что сигнал подан в несколько центров приёмной молекулы.

Теперь зададим себе такой вопрос: что такое распознавание образа? Под распознаванием образа в математике понимается следующая вещь – у вас есть ка-кой-то образ, который в идеале записывается цифрами. Это не всегда так, но близко к этому. Скажем, какой-то спектр можно записать в виде положений ли-ний, их интенсивности и так далее, получить многомерный сигнал. Такой много-мерный образ можно изобразить в виде точки в многомерном пространстве. То есть, у вас много признаков сводится к одному.

В математической логике то же самое: скажем, много исходных каких-то положений могут потом привести к одному выводу, так что когда наблюдается этот сигнал, это доказывает, что вся исходная гамма присутствует. Здесь имеется довольно чёткая аналогия.

Оказывается, что молекулы могут решать такие задачи, то есть может по-лучиться так, что происходит несколько химических реакций, затем эти результа-ты приводят к определённым изомерным перестройкам и в конце концов образу-ется такая изомерная структура, которая возникает только тогда, когда, скажем, в четырех местах произошёл вполне определённый набор химических реакций. Вот это – типичный случай распознавания образа. И мы видим, что молекулы дейст-вительно способны решать подобные логические задачи. Обратите внимание, что это уже очень сложные логические задачи, решать которые не так уж просто нау-чить кристаллический компьютер.

Что ещё важно? Что молекула может получить исходную информацию не так, чтобы одновременно пришёл сигнал от всех четырех реакций, а они могут в разное время проходить, и больше того – в разном порядке.

А.Г. Но приведут к тому же результату?

Л.Г. Приведут к тому же результату. Это крайне важно. Видите, как это похоже на то, что делается в живом мире.

Больше того, последовательность таких операций приводит к тому, что молекулы способны решать логические задачи. Я потом к этому перейду, а сейчас я увидел картинку, где показан такой молекулярный приёмно-решающий элемент, который напоминает жизненный процесс. Мы уже показывали систему потенци-альных ям. Там слева изображён приёмный элемент, который принимает внешний сигнал, затем этот внешний сигнал передаётся в реакционный центр, в реакцион-ном центре произошла реакция, продукты этой реакции выведены наружу, и если бы здесь всё закончилось, то элемент сработал бы всего один раз. Но если у вас имеется связь с внешней средой, и вы можете произвести такую реакцию, чтобы восстановить свойство этого элемента, то у вас…

А.Г. Он становится постоянно действующим…

Л.Г. Он будет всё время действовать. По-моему, уже есть такого типа экс-перименты, в которых построены системы, напоминающие фотосинтетические. То есть, они под действием света всё время что-то делают. Обратите внимание, что это опять открытая среда, то есть молекула срабатывает как система, опять очень напоминающая работу живого организма в условиях, в которых он только и может существовать, в условиях открытой среды. Потому что закрытая среда приводит к однократному процессу. Он может быть полезен, так можно записать какую-то информацию, сделать диск какой-то, на котором вы что-то записали, но это однократный процесс. А вот если всё время подпитывать извне, то это может быть непрерывный процесс, напоминающий живой.

На следующей картинке показано, как первый изомер переходит во второй, второй поглощает свет, переходит в какой-то третий. Видно, что третий изомер появится только тогда, когда было поглощение света ?1 и ?2. Такой процесс, когда какой-то результат появляется только тогда, когда есть воздействие номер 1 и воздействие номер 2 – одинаковые оба – это есть то, что носит название логического умножения, то есть молекула решает логическую задачу.

Видите, как много свойств, напоминающих действие живого организма, фактически, заложено в способности молекул преобразовываться под действием внешнего сигнала. В интерпретации этих свойств, мне кажется, я уже могу разой-тись с другими авторами. Сейчас очень много делается работ, связанных с нося-щейся в воздухе идеей молекулярного компьютера. И большинство работ связаны с тем, что пытаются построить молекулярный компьютер по аналогии с кристал-лическим, то есть тоже работающим по принципу «ноль – единица». Там надеют-ся на что, что это будет меньшего размера, и так далее. Но мне кажется, что не стоит это делать, а стоит использовать те свойства молекулы, о которых мы сей-час говорили. Те свойства молекулы, которые связаны с тем, что она, как слож-ный приёмник, способна решать сложные логические задачи, вплоть до распозна-вания образа. Я думаю, что такой компьютер может оказаться медленнее, чем кристаллический, но он может оказаться гораздо выгоднее для решения многих сложных логических задач.

А теперь давайте опять вернёмся к живому организму. Скажем, к человеку. Мы с вами, по-видимому, очень плохо вычисляем.

А.Г. Хуже компьютера, очевидно, да.

Л.Г. Не просто хуже. Я буду говорить про себя, про вас я не буду говорить, вполне реально, что вы это все умеете делать, но если трехзначное число умно-жить на трехзначное, я могу это сделать на бумажке, а в уме не могу.

А.Г. Я тоже.

Л.Г. Вы, скорее всего, тоже. Но возьмите любого дикаря – у него есть только десять пальцев, но он различит след животного, куда оно пошло, ответит вам на вопрос самец это или самка, вес определит и многое другое. А ведь следы – следы все разные, он работает в условиях нечёткой информации и решает очень сложную задачу распознавания. Я однажды прочитал слова, которые мне очень понравилась, и я их очень часто цитирую: любой ребёнок на расстоянии 10 мет-ров легко отличит кошку от собаки, но попробуйте научить это сделать компью-тёр… Во всяком случае, сейчас пока нет таких устройств, и думаю, что вряд ли появятся, тем более если ставить задачу распознавания в любом ракурсе и тому подобное.

Мне кажется, что здесь есть какой-то момент, связанный с молекулярным миром, потому что молекулы, может быть, гораздо лучше будут приспособлены для создания компьютеров, решающих логические задачи – причём, в условиях нечёткой информации – чем кристаллический компьютер.

Возьмём воздействие света на молекулу. Спектральный состав может быть очень разный, сильно различающийся по интенсивности, пусть даже будут одина-ковые длины волн, но очень сильно различающиеся по интенсивности. Можно показать, что такое устройство будет давать один и тот же ответ (типа распозна-вания некоего образа) в условиях гигантского изменения интенсивности отдель-ных спектральных полос.

А.Г. То есть, мы имеем нечёткую информацию на входе и…

Л.Г. Да. Причём заранее можно не задавать этой информации, вы можете действовать разнообразным образом, результат будет один и тот же. Время, кото-рое будет потребно на создание этого сигнала, окажется разным, но результат бу-дет один и тот же.

Если вы возьмёте кристаллический компьютер и начнёте менять напряжение от 220 до 100 вольт – думаю, он просто работать не будет. А вот молекулярное устройство работать будет.

Мне кажется, повторяю, это моё мнение, что интерес к молекулярному ми-ру и построению молекулярных компьютеров должен быть направлен именно на это. То есть на попытки реализовать те специфические возможности, которые, в принципе, заключены в молекулярных системах. Я уже не говорю о том, что можно построить не только двоичный код, но и более серьёзный, потому что вы можете в одном и том же месте, переводя молекулу из одного изомера в другой, записать ноль, один, два, три – можно и больше сделать.

Конечно, сейчас не совсем ясно, во-первых, как это сделать технически. На простых примерах это понятно, но как это сделать технически? Как извлекать эту информацию, что должно быть действующим фактором? Может быть, свет?

А.Г. Напрашивается свет, да.

Л.Г. Напрашивается свет, да. Но как создать конкретный чип, когда у вас будет много молекул и когда будет много мест, где будет излучаться и погло-щаться энергия – сегодня я не берусь обсуждать этот вопрос, я не знаю. Но те ра-боты, которые мы ведём и я веду, они связаны с тем, что мы пытаемся как-то по-нять, как молекулярные системы могут срабатывать как действительно очень сложные логические элементы и каким образом можно построить какую-то слож-ную систему, опираясь на отдельные свойства отдельных частей в сложной моле-куле.

Сейчас очень большой интерес проявляется именно к сложным молекулам. Есть целая область химии, которая носит название супрамолекулярная химия, где изучаются как раз сложные системы, связанные, например, эквивалентными водородными связями – сложные вещи. В своё время за создание основ такой химии была выдана Нобелевская премия. Сейчас всё больше и больше интереса проявляется к этим молекулярным системам. Думаю, что они могут служить и хорошей основой, во всяком случае, для изучения и, может быть, создания специфических устройств, которые рассчитаны на такую работу.

Иногда пользуются термином «молекулярная машина», сейчас появился такой термин. Это может быть и компьютерное устройство, это может быть хи-мическое устройство, то есть воспринимающее световую информации и выдаю-щее результат в виде другой молекулы, в виде реакции. Это тоже крайне интерес-но, потому что компьютер может воспринять и выдать только электрическую ин-формацию.

А.Г. Я подумал о том, что, может быть, инженерные решения будут заключаться в том, чтобы не отказываться от существующих кристаллических компьютеров, а попытаться сделать гибрид?

Л.Г. Может быть, гибрид, а, может быть, совсем другие устройства. Я как раз считаю, что кристаллические компьютеры и их развитие безусловно полезно. Но в целом ряде случаев они работать не будут, но они будут именно хорошо считать.

А.Г. Почему я и говорю о гибридизации, скорость реакции молекулы всё-таки уступает быстродействию кристаллических машин. Поэтому, если бы можно было сделать так, что какая-то часть функций ложится на обычную вычислитель-ную машину, а там, где она не способна справиться с задачей, где используются неполные, недостаточные данные, включается вот этот модуль.

Л.Г. Вполне реальная вещь. Я просто хотел сказать, что, насколько я знаю эту область (хотя, конечно, я не могу знать всё), сейчас к этому проявляется очень большой интерес. Здесь очень много идей носится в воздухе, их пытаются реализовать теми или другими способами, либо подражая кристаллическому компьютеру, либо думают о том, чтобы создать нечто принципиально новое. Это передовой фронт науки…

Критическая солёность

13.08.03

(хр.00:49:04)

Участники:

Вадим Дмитриевич Фёдоров – доктор биологических наук

Владислав Вильгельмович Хлебович – доктор биологических наук

Вадим Фёдоров: Несколько десятилетий тому назад возникла проблема Арала. Оказалось, что почему-то вода в Арале стала убывать, причём довольно стремительно. И Арал стал как бы исчезать с карты. И произошли всякие события, которые биологи и экологи должны были объяснить. Неясно было – что же случилось, связано ли это с нашей наукой гидробиологией, связано ли это с гидрогеологией? Во всяком случае, проблема беспокоила всех.

Известно всем, что в Арал впадает две крупных реки: Амударья и Сырдарья. Известно, что эти реки становятся всё мелководнее и мелководнее, потому что их воды разбирают на поливы, во-первых, сельскохозяйственных угодий, во-вторых, происходит рост населения в этом районе, в области дельты. Всё это приводит к тому, что воды всё меньше и меньше впадает в Арал. И в итоге вдруг оказалось, что Арал предстал высыхающим водоёмом. Оказалось так, что в общем-то воды в нём осталось примерно одна треть от того, что было раньше. Поэтому Арал сразу разбился как бы на три части: одна западная, глубоководная, которая существует на протоке, вторая на севере, эту часть питает, в основном, Амударья. Третья на севере, куда впадает Сырдарья, это значительно меньшая часть.

И, собственно, вода всё время испаряется с огромной восточной территории, потому что она мелководна, у неё большая площадь, и отсюда вода естественно уходит вверх, становится недоступной для дальнейшего её использования. И всё было бы хорошо, если бы за эти годы всё время мы не теряли, теряли, теряли эту воду. И в итоге оказалось, что Арал стал очень быстро мелеть. И за эти годы уровень его упал на 15 метров – это очень значительно. Если учесть, что самая глубоководная западная часть, которая соседствует с республикой Узбекистан, сохраняет глубины до 40 метров.

Но что происходит обычно с водой там? Дело в том, что вода-то уходит, а соль остаётся. Мало того, что Арал стал мелеть, ещё соль стала накапливаться там. И среднее содержание соли, я об этом скажу, стало стремительно возрастать. И уже 15 лет назад были созданы различные комиссии. Тогда Арал был в ведомстве нашего Союза, который потом стал распадаться на части. И очень солидные учёные, ведущие учёные Академии Наук стали думать – что делать? И пока они думали, пока собирали комиссии, процесс всё время продолжал идти. Потому что все предлагали разнообразные варианты, как спасти Арал, но ни один из них не проходил на «ура» и встречал оппозицию в той или иной части учёного сообщества.

На этом, может быть, краткое вступление я закончу. Дело в том, что я как эколог могу сказать, что все экологические системы совместно обитающих организмов, которые объединены друг с другом, находятся под влиянием и под воздействием различных экологических факторов – абиотических, не биологических. И если мы будем сравнивать системы, то тут оказывается странная такая вещь. Вы посмотрите наземные системы. Главные факторы тут какие? Приоритетные, решающие, императивные факторы. Это свет, это ясно, температура и – для наземных систем – это влажность. Отсюда, вы понимаете, в наземных система начиналась проблема огородов, хозяйства и прочее. Свет, температура и самый главный фактор в данном случае – влажность.

Если посмотреть любые водные системы, то мы увидим глубокую аналогию в императивных определяющих состояниях системы факторов. Это опять свет, потому что фотосинтез идёт везде, и в наземных системах, и в водных системах. Это опять ведомый фактор – температура. Но понятно, что в водных системах ни о какой влажности говорить не приходится. И здесь выступает самый главный фактор – солёность. И отсюда проблема Арала неразрывно связана с изменением солёности, падением уровня воды, её объёма. Осталась третья часть по объёму воды в Арале. И произошло повышение солёности до такого уровня и концентрации, где уже почти невозможна жизнь.

Я сейчас передам Владиславу Вильгельмовичу слово для продолжения. Но мы должны понять, что, потеряв две трети воды, концентрация соли возросла во много раз. И поэтому если солёность обычной нормальной воды для существования исходной фауны и флоры составляет где-то порядка 10-12 промилле, то сейчас это примерно 60 промилле. 60! А в испаряющейся части она ещё больше. Потому что там маленький слой воды и огромная площадь испарения.

И поэтому все последующие проекты, которые сталкивались друг с другом (некоторые из них казались безумными, а некоторые имели рациональное зерно), сводились к тому, что надо искать решение глобальное, стратегию восстановления Арала. И закончу своё короткое вступление тем, что ко мне приехал на день рождения мой друг, очень известный исследователь, исследователь мирового класса, выпускник биофака МГУ, который защищал тут и кандидатскую и докторскую, Бек Бекович Ташмагомедов. Он приехал ко мне на день рождения и поднял вопрос – давайте что-то делать, объединять усилия. И тогда возникла такая идея.

Я пригласил своего друга Владислава Вильгельмовича, крупнейшего специалиста мирового уровня именно по солёности, как определяющему фактору. Я пригласил для обсуждения Израэля Юрия Антоновича, который когда-то во времена обсуждения этой темы возглавил комиссию от Академии Наук по Аралу. Там были проекты, которые требовали безумного финансирования, порядка 30 министров и их заместителей подписали эти проекты. И говорят, что даже деньги были выделены. Но они исчезли, потому что стал распадаться Союз. Это тоже вполне объяснимо. Я пригласил академика Павлова Дмитрия Сергеевича, директора института, потому что он главный ихтиолог, который фактически должен контролировать в проекте ту часть, которая связана с исчезновением исходной фауны, ихтиофауны на Арале. Я пригласил заведующего кафедрой экологии Московского университета профессора Максимова. Поскольку помимо того, что стало мало воды, всё равно с полей ещё сливались пестициды и прочее, я пригласил профессора Худолея из Петербурга.

И вот когда мы все собрались, то стали думать о единой концепции. Но всем стало ясно, что дело обстоит так: можем ли мы спасти весь Арал и восстановить его исходное состояние, или надо искать какие-то другие выходы? И все сошлись на том, что единственный путь – это сохранение хотя бы не во всём Арале, а в его отдельных частях такой солёности, при которой возможно его восстановление. Пусть даже не исходных форм, но таких форм, при которых в оставшихся частях могла существовать жизнь. Надо чтобы вообще появилась ихтиофауна, потому что в тех солёных частях её уже просто нет. Надо, чтобы появилась высшая растительность, потому что засоляется восточная часть, исчезает камыши и другие высшие растения. И надо подумать, что делать, чтобы сохранить Арал хоть бы частями.

Но общее мнение было решительно: стратегия изменения солёности или сохранения её хотя бы в части акватории (потому что во всей акватории сейчас это невозможно сделать) – возможно, это и есть путь для решения проблем Арала. Не общая глобальная стратегия, а стратегия, которая предполагает частичное сохранение жизни или восстановление её в пределах всей акватории Арала.

Но все мы согласились, что решающее слово здесь именно за специалистом в области солёности, который занимается адаптацией, акклиматизацией. Второго такого специалиста у нас в стране нет, это профессор Хлебович, который присутствует здесь. И я был бы рад передать сейчас ему слово, чтобы он сказал об этом факторе, о его важности для биологических, экологических систем, и высказал своё мнение по стратегическому направлению, которое мы обсудили перед тем, как мы выработали такую стратегию.

Владислав Хлебович: Начать надо с самого общего. Жизнь существует на Земле (и наверное, существует миллионы, миллиарды даже лет) в широчайшем диапазоне соленостей – от очень слабо минерализованных вод, подобно водам озёр нашего севера, которые заполняются талой водой снегов, до водоёмов с самосадочной соли, такие как Сиваш в Крыму, Мёртвое море или – наверное хорошо вам известный, поскольку вы одессит – лиман Куяльник, на берегах которого выпадают самосадочные соли в виде узкой полоски.

И если в карельских, мурманских озёрах солёность измеряется несколькими миллиграммами, то в водоёмах с самосадочной солью, хотя таких немного, концентрация солей превышает 200 грамм и доходит почти до 300. А в промежутках располагается широкий диапазон других соленостей. В нашей Волге около 200 миллиграмм, на Балтике это уже промилле, о которых Вадим Дмитриевич говорил, то есть граммы в литре. Средняя солёность в Балтике – 7 промилле, Чёрного моря – 17-18, Белого – 25, наши окраинные моря, дальневосточные моря или Баренцево море – около 30, а больше 95, можно сказать, 98 процентов всей массы воды на земле – это океан с его солёностью 34,5 промилле. 34,5 промилле – это одна из констант Земли.

И очень интересно было бы представить себе, как же распространяется жизнь в этом градиенте соленостей. Первый шаг на пути такого анализа сделал немецкий исследователь Адольф Ремане, который исследовал для Балтики число видов в фауне в зависимости от соленостей, построив соответствующий график. И оказалось, что по мере нарастания соленостей от пресной воды в сторону моря количество видов постепенно падает, падает, падает, достигает минимума, который он назвал Artenminimum или зона минимума видов, и начинает подниматься, подниматься, подниматься.

Вот эта ямка минимума видов приходится на солёность около 5-8 промилле. Это узкий соленостный диапазон по сравнению с тем огромным диапазоном, в котором существует жизнь. И оказалось, что эта ямка определена не просто числом видов, но и качественно. До 5 промилле в сторону моря доходит минимум пресноводных видов. Большая часть их не переходит за эти пределы. А со стороны моря в сторону пресных вод не заходят типично морские виды.

В Балтике, в Эстонии, есть удивительно характерные места, куда возил меня мой друг Арве Ярвекюльг. Есть заповедник Маацулу, и там есть залив с плавным градиентом солёности. И известно, что до того-то дуба, который виден вдали, до него доходит морской червь такой-то. Дальше причал, который виден с одной точки, до этого места доходят мидии, и дальше они уже не пойдут. А вот у этой мельницы – последние морские звёзды. Это всё около 5-8 промилле, и это всё постулировалось для Балтики. И ограничивалось морской солёностью, около 20-30 промилле, потому что в Балтике больших соленостей нет. Я предпринял очень большую, трудоёмкую работу по анализу литературы. Это каждый раз были частные заключения, которые мне удалось обобщить. Оказалось, что вообще во всех морях с плавным градиентом соленостей именно солёность 5-8 промилле делит два главных типа морской фауны: пресноводную и морскую. С этой идеей долго не соглашались московские академики, например, Лев Александрович Зенкевич, и мои статьи были арестованы. Потом в нашу страну, мы принимали его на Белом море, приехал замечательный морской биолог Отто Кинне из Германии. И когда я ему всё рассказал, показал соответствующие графики, он сказал – где это можно прочитать? Я говорю – нигде. Почему? Я говорю – потому что мои оппоненты сказали, что до этого сам Кинне не додумался. И после этого мои статьи публиковались в Германии со страшной скоростью, от посылки статьи до публикации проходило 2 недели, и оппоненты растворились, как сахар…

Александр Гордон: Как соль в воде.

В.Х. Как сахар в кофе. Кинне потом предложил называть эту зону, разделяющую продвижение морских в сторону пресных и пресных в сторону морских – хорохалинной зоной. По-гречески «хоре» – разделяю. То есть, она разделяет отдельные фауны.

Но ведь есть, и вы прекрасно это знаете, много форм, которые легко проходят эту зону. Лосось живёт в открытом море, а на размножение идёт в пресную воду, молодь тоже идёт из пресной воды в море. Наверное, ей надо будет адаптироваться некоторое время в промежуточном состоянии. Я даже такой термин придумал, пока ещё не опубликованный, «физиологическое шлюзование». Это действительно постепенное шлюзование. Сейчас вызывает тревогу продвижение китайского краба, который живёт уже в пресных реках. В Чехословакии он живёт даже в Праге. Но и тем и другим нужно обязательно вернуться в родную среду, чтобы размножаться. Китайскому крабу обязательно для этого нужна солёность выше 7 промилле, а лосось никогда не размножается при солёности выше 7 промилле, это оказывается пределом размножения.

Есть ещё и другие физиологические показатели, например, интенсивность дыхания, которые показывают, что те, которые легко проходят из зоны в зону, у них здесь меняется обмен, и 5-8 промилле оказываются пределом каких-то функций. Естественно, я задумался о причине происходящего. И тут опять мне помогло знакомство с немецкой литературой.

В 40-м году немецкий гидрохимик Виттиг заинтересовался таким вопросом: как меняется ионный состав в этом градиенте солёности? А надо сказать, что и морские, и пресные воды чрезвычайно резко различаются, принципиально. Каждая река имеет свой состав солей. Этот состав солей может меняться по сезонам, в зависимости от водности, по годам, безусловно, по районам, по регионам, в зависимости оттого, что дренируется в реки.

А в море господствует правило Кнудсена. Правило, говорящее о том, что соотношение ионов в морской воде необычайно жёстко определено. То есть, если мы уясним концентрацию какого-то одного иона, мы точно можем сказать, сколько других ионов здесь сохраняется. И наш великий человек Владимир Иванович Вернадский даже предложил считать постоянство ионов морской воды константой планеты Земля. Именно константой планеты Земля, потому что по его прикидкам, это соотношение ионов сохраняется на Земле, по крайней мере, миллиард лет. И это даёт возможность определять солёность по хлору. Он легко титруется, и потом хлор – 55% суммы всех ионов морской воды.

Так вот, получается так, что градиент – это смешение морской воды с пресной, смешение величайшего гидрохимического разнообразия с константой. Вопрос стоит так – где меняется правило Кнудсена? И вот об этом-то как раз и сказал анализ табличных данных Виттига, который определял отношение самого пресноводного иона кальция к самому морскому, который несёт константу хлору на расстояние от середины Норвежского моря через Осло… То есть, бралась конкретная станция, конкретная проба на расстоянии около полутора тысяч километров до Балтики в устье рек. И там был цифровой материал. Когда этот цифровой материал я перевёл в график, график оказался необычайно показательным. Оказалось, что от 35 океанической солёности вплоть до 7-8 промилле линия идёт горизонтально к оси абсцисс. И дальше резко ломается и поднимается соответственно разбавлению.

А.Г. Тот же самый барьер, да?

В.Х. Тот же самый барьер – гидрохимический уже барьер, не биологический, падающий на эти зоны. Дальше оказалось, что даже растворы чистого хлористого натрия в эксперименте ведут себя так же. А хлористый натрий – это 85% ионного состава морской воды. И, наконец, ряд других косвенных данных говорил о том, что здесь меняются физико-химические характеристики воды. В частности, реки несут огромное количество глинистых частиц: перлит, каолинит, и прочее. А в американском журнале «Клей», «Глина» я вычитал, что оказывается, почти вся глина быстро флоккулирует и оседает при солёности около 5 единиц. Конечно же, это граница слегка размазана.

И, наконец, ещё один показатель. Сейчас физическими методами определяют воду по электропроводности. И просто практика показывает, что определять воду солёностью меньше 6-7 промилле по электропроводности нельзя. Дальше шумы забивают точность прибора. То есть, это предел работы физического метода определения солёности. Вот так обстоит дело с внешней средой. Это величайший экологический фактор.

Должен сказать, что есть и более высокие границы. Например, при 42 промилле, а это что-то близкое Аральским значениям, уже меняется валентность железа. Некоторые гидрохимические показатели, это в своё время показал грек Хацкакидис, меняются при солёности выше 42 промилле. Ну, и наконец, уже при самых высоких значениях – это и Куяльник и Мёртвое море – пересоленные воды заселены такими видами животных и растений (это парадокс), которые явно не морского, а пресноводного происхождения. Там другое качество: видимо, есть механизм адаптации к пресной воде, и легче переключить эти выработанные в пресной воде механизмы на работу в противоположном направлении, чем выработать из морских новые. Вот такое общее соображение.

А дальше – я вернусь к потрясению школьника. 14-летним мальчиком я попал на берег Финского залива и первым делом попробовал воду. Она действительно оказалась солёная. Эта банальность, известная всем, но мне она показалась очень похожей по вкусу на кровь. Все мы в своё время резали пальцы и высасывали кровь. Величина солёности нашей крови, если её выразить не в физиологических и медицинских терминах, а в привычных для нас единицах промилле… Солёность воды на берегу Рижского залива в Балтике примерно 6-7 промилле. Это близко к солёности нашей крови. Случайно это или нет?

Просто уверен, что не случайно, и вместо цитирования научных данных, я просто скажу, что в Ленинграде был накоплен запас так называемой эталонной морской воды, той самой – 34,5, которой кафедра снабжала океанографические учреждения. Так вот эта морская вода разбавлялась до солёности около 10 промилле и использовалась во время блокады, как кровезаменитель в госпиталях. А на Западе эта отфильтрованная морская вода, соответствующим образом разбавленная, во Второй мировой войне широко использовалась под названием раствор Квинтона. И наконец, те растворы, в которых мы сохраняем органы – раствор Рингера (он бывает человечий, лягушачий), он тоже по соотношению ионов очень близок морской воде. И поэтому можно говорить о внутренней солёности.

Это я вычитал, но мне удалось из вычитанного построить собственную конструкцию. Потому что то, что я вычитал, я представляю себе, как только одну жердь чума. Даже если одна она упадёт, то другие жерди – гидрохимическая, физиологическая, экологическая – вместе создают эту жёсткую конструкцию внутренней критической солёности.

Я обнаружил правило, которое я предложил назвать правилом Бидля: при продвижении от моря в пресные воды, нет животных, внутренняя солёность которых была бы меньше 5 промилле. Сейчас найдены исключения, некоторые доходят до 3 промилле. Но в целом в пресной воде должны быть выработаны механизмы накачивания солей, и солей в том самом качестве, как в пресной воде.

Физиологи не любят выражать в промилле концентрацию солей, но у лягушки это около 8 промилле, кровь человека и прочих млекопитающих – это между 9 и 10 промилле. Рекордсмен здесь, пожалуй, речной рак, у него этот показатель доходит до 15 промилле. Но обратите внимание: если речного рака бросить в дистиллированную воду, где он теряет соли и не может их получить, то он очень быстро с 15 дойдёт до 8, и будет…

А.Г. И останется жив.

В.Х. И останется жив. И будет изо всех сил долго держать около 8 и только как только снизится ниже – погибнет. То есть, смысл нашей внутренней солёности – обеспечение наших клеток и тканей условиями жизни, захваченными из моря.

А.Г. У млекопитающих это уже атавизм, по сути дела.

В.Х. Это атавизм, у млекопитающих это атавизм со времён рыб и рептилий, которые выходили в пресные воды и на сушу. В пресные воды они могли выйти, только создав механизм внутренней солёности. При этом работают так называемые осморегуляторные структуры.

Вот проблема, там, где миллиграммы солей, в этих низко минерализованных водах живут молодые лососята, здесь живёт колюшка, такая рыбка, которая очень легко переносит транспортировку с моря в пресные воды. Она живёт в среде, из которой она должна захватывать своими клетками (для этого работают специальные клетки жаберного аппарата) необычайно дефицитные ионы и вгонять их в кровь. И кровь у неё солёная, тоже около 9-10 промилле. А дальше второй механизм: когда образуется моча, необходимо выделять жидкости, при этом почки захватывают дефицитные ионы и забирают их назад.

Рыбы, даже морские, как теперь принято считать, совершенно определённо – пресноводного происхождения. Поэтому в море с её солёностью 30 с лишним промилле рыбы имеют внутреннюю солёность не больше 12-15. Видимо, то, что выработалось в пресной воде, оказалось оптимальным. Эта внутренняя солёность, наверное, оптимальна для тонкого регулирования некоторых процессов.

А.Г. Означает ли это, что вся жизнь вышла из пресных вод, раз рыбы, которые обитают сегодня в океане, имеют пресноводных предков?

В.Х. Они вторично морские. Они проникли в пресные воды благодаря этому аппарату гиперосмотической регуляции, захвату ионов и удержанию высокой солёности и, привыкнув к этой величине, они, даже выйдя в море, сохранили ту самую внутреннюю солёность.

А.Г. А можно предположить, какой солёности было море, из которого вышли первые амфибии?

В.Х. Вот тут, тут как говорится, учёные спорят. С одной стороны есть мнение, что солёность моря – та самая константа Вернадского – существует около миллиарда лет. А жизнь в пресные воды вышла значительно позже. И в то же время в море присутствует величайшее разнообразие классов и типов. Ведь в пресные воды до сих пор – за эти два миллиарда лет существования жизни – не вышли ни одного коралла, ни одной актинии, ни одного головоногого моллюска, ни одной асцидии (а это целый тип), ни одной погонофоры. То есть, в своём продвижении от великого разнообразия моря в сторону пресной воды только избранные перешагнули этот барьер. Но, перешагнув его, они отработали, наверное, оптимальные способы регулирования процессов во внутренней среде. И поэтому, возвращаясь назад, они сохранили тот же уровень. Кстати, не только рыбы, очевидно, сохранили низкую солёность, но и некоторые креветки.

А.Г. А как обстоит дело у дельфинов с солёностью крови?

В.Х. У дельфинов абсолютно, как у нас.

А.Г. То есть, 10 промилле…

В.Х. Это 10 промилле, прекрасно работают почки. У них другая проблема. У тех, кто живёт в море, у тех, которые вернулись, у них проблема удаления избыточной соли. Та же колюшка, которая захватывает в пресной воде соли, их удерживает, попадая в море. А в море она должна решать другую задачу – иметь биологический опреснитель. И механизм заключается в том, что колюшка в море пьёт непрерывно воду, чего она не делает в пресной воде, и её жабры выбрасывают излишки солей – в первую очередь жабры – отдельные ионы магния и почками могут выбрасываться, а излишний натрий выбрасывается жабрами, специальными клетками, через которые протекает кровь, несущая все это.

В.Ф. Владислав Вильгельмович, к вам просьба расшифровать ещё один момент, который касается ваших исследований. А каков же механизм? Почему 5-7, почему не остановились на 9? Как это связано с биохимией? Здесь есть следующий уровень рассмотрения. Вы же понимаете, что должно быть объяснение, откуда те сакраментальные 5-7? Что за этим стоит? Регулятор биохимический? Либо экологический? Что, почему? Это от Бога или от какого-то эволюционного тормоза?

В.Х. Я попробовал уже объяснять, что формирование, во всяком случае, критического значения этих соленостей в экологии – это, скорее всего, изменение физико-химических свойств среды. Наверное, и в организме тоже – ниже этих же самых пределов та самая среда меняется очень невыгодно. Например, есть опыты академика Трошина, когда он разбавлял кровь лошади дистиллированной водой, и при перевале за 5-7 промилле эритроциты лопались. Нарушаются мембраны, нарушаются, наверное, биохимические процессы. Если мы представим себе наши белки, макромолекулы в виде полиионов, то есть в виде огромных глобулов молекул, которые сохраняют нативные свойства, благодаря неорганическим противоионам, так, наверное, и здесь играет роль внутренняя солёность, которая обеспечивает насыщение противоионов. Отсюда, наверное, и коагуляция белков…

В.Ф. Разные конформационные переходы на уровне макромолекул. Можно их свернуть, можно сделать так, что они начнут в клубки сворачиваться. Можно наоборот насытить, они будут растопыриваться. То есть, это регуляторный механизм биохимической активности макромолекул различной химической природы, на которых зиждется вся наша биохимия – это белки, это могут быть полисахариды, это полимеры, прежде всего. Переход одной конформации в другую… Первичная структура, которая задана последовательностью образующих эту цепь оснований. Вторичная структура – спирализация. Третичная структура – укладка этих спирализованных участков – всё это подчиняется и регулируется этим изменением состояния.

В.Х. Именно поэтому, наверное, и нормальная наша внутренняя солёность близка к критической.

В.Ф. Совершенно верно.

В.Х. Потому что благодаря минимальным изменениям в работе почек, ионорегулирующим механизмам можно каким-то образом влиять на конформацию макромолекул…

В.Ф. …и, стало быть, на всю биохимию наших жизненных процессов, будем так говорить.

В.Х. Поэтому-то мы и сохраняем всё это, выйдя в море.

Я хотел бы обратить внимание, если позволите, на ещё один интересный момент. Внутренняя среда изучается физиологией. Внешняя среда – экологией, которую мы с Вадимом Дмитриевичем в большей степени представляем здесь, чем физиологию. Но внутренняя среда изучается разными ведомствами. Они редко контактируют друг с другом. Наверное, это нехорошо, наверное, надо чаще обмениваться своими открытиями.

Физиология движется и медицинскими потребностями. Поэтому отсюда интерес к крови, к работе почек. Это же функционирование наших органов. И мне кажется, что иногда физиология может дать кое-что интересное и для экологии. В частности, в экологии много лет обсуждался вопрос: могут ли животные поглощать растворённое органическое вещество внекишечно? То есть через покровы.

Спор шёл чуть ли не столетия. О том, что поглощается, доказательств почти не было. То, что не поглощается, было показано перевязыванием рта конским волосом. И вдруг оказалось, что правы те медики, которые говорят, что эта растворённая органика, которая представлена мономерами, простыми сахарами, аминокислотами, всасывается через стенку кишечного тракта, меняясь на натрий. Она идёт в сторону нашей внутренней солёности.

Так вот оказалось, что поглощение растворённой органики совершенно естественно для морских, у которых внутренняя солёность достаточна и не годится для пресноводных. Поставлена была серия опытов – это оказался соленостнозависимый процесс. Тот процесс, который медики знали давно, всасывание веществ и транспортировка их через мембраны, этот процесс экологи узнали сравнительно недавно.

Ещё один момент очень интересный. Благодаря, наверное, той самой внутренней конформации, в нашем организме очень тонко работает регуляция пептидными гормонами. То есть белками, которые имеют строго сигнальное значение. Все наши железы внутренней секреции, органы, ткани часто разговаривают друг с другом пептидными гормонами, так регулируются тонкие циклы. Оказалось, что в море, это потрясающий факт, личинки сцифомедуз сидящие в виде полипов, ждут сигнала – когда можно будет весной размножаться, когда нагреется вода? При 15-16 градусах вода прогревается, и они начинают, как тарелки, на себе образовывать весной личинок медуз. Сигнал здесь – температура. Но оказалось, что если на наклонной плоскости, на скале, верхние полипчики прогреваются первыми, они выделяют совершенно конкретный белок, который сигнализирует всем другим, которые живут при холоде – пора готовиться, пришла весна. Температурного сигнала нет, сигнал только белковый. Я просто уверен, что сейчас надо искать эти сигнальные разговоры посредством стабилизированных белковых молекул между популяциями и видами в море.

А.Г. И всё-таки вернёмся к проблеме Арала, поскольку время как раз для этого осталось.

В.Ф. Ну, что же, я хочу продолжить линию Владислава Вильгельмовича, который абсолютно точно обрисовал внутреннюю сущность проблемы, которая легла в основу тех предложений, которые мы делаем – мы, представители всех тех разных биологических дисциплин, которые предлагают изменить стратегию восстановления Арала. Ясно совершенно, что у нас нет сейчас возможности спасти Аральское море, восстановить его в том виде, как это было несколько десятилетий назад. Поэтому в основе нашей стратегии – конкретные предложения. Я буду делать их поочерёдно, каждый раз мотивируя, почему надо делать так.

Западная глубоководная часть, которую питает в основном Амударья, где ещё осталось воды до 40 метров глубины, сейчас чётко отгораживается от большой испарительной площадки в восточной части и от севера, который питает Сырдарья. Поэтому сейчас есть возможность, не внося существенных изменений, направить в проекте внимание на то, чтобы попытаться как-то распреснить эту глубинную часть, которая теперь существует в виде протоки. Распреснить как-то, чтобы снизить и свести на нет избыточный соленостный фактор. Это единственный путь.

Что можно сделать? Известно, что Амударья ежегодно выбрасывает около 10 кубокилометров пресной воды. Есть возможность пропускать всю эту воду через западный рукав этой длинной части. Западную часть надо промывать для этого пресной водой, чтобы потихоньку снизить солёность, учитывая, что Амударья не каждый год даёт 10 кубокилометров. Бывают годы, когда она даёт даже ноль – в засушливые годы. Но в среднем, 7-8 кубокилометров есть. Значит, воду нужно направить вдоль для того, чтобы через северный узкий глубокий пролив промывалась солёность, удалялась из этого рукава. И как раз пресная вода будет попадать в центральную часть, где будет идти испарение.

Более того, точно такая же проблема связана с Сырдарьей, которая меньшую – верхнюю – часть Арала также будет промывать, и солёность будет уходить в испаряющую часть Аральского моря. За эту испаряющуюся часть нам сейчас бороться сложно. Надо поставить задачу – той водой, которую дают эти две реки, распреснять западную часть и северную часть. Причём, подсчёт показывает, что если 10 кубокилометров будут сбрасываться Амударьей, то потребуется примерно 10 лет, чтобы можно было уменьшить вдвое эту солёность.

Это уже будет 30 промилле, когда можно уже продуцировать виды, приспособленные к такой солёности. Спектр их не обязательно должен состоять из видов, которые были там изначально. Но здесь на помощь должны прийти ихтиологи и рекомендовать, подбирая виды, такую интродукцию, чтобы мы могли посмотреть, какие из них могли бы прижиться и составить основу круговорота пищевых цепей в этих двух маленьких районах.

Возникает вопрос: а что же делать с большой частью? Большую часть мы теряем и будем терять. Тут ничего поделать нельзя. Но есть – и Владислав Вильгельмович говорил об этом – виды, которые переносят и 200 промилле. Например, Артемия салина, один из любимых пищевых объектов всех наших аквариумистов, ею питаются безумное количество мелких рыб.

В.Х. Стартовый корм.

В.Ф. Поэтому можно в восточной части, в которой продолжает расти солёность, во-первых, культивировать Артемию салину, и это можно сделать промышленным процессом. Он отчасти будет даже выгоден с точки зрения производства товара.

И ещё. Сейчас есть много генетических работ, которые позволили поставить вопрос о продвижении многих растений и животных в сторону повышенной солёности. Сейчас есть генетические сорта риса, которые выдерживают до 12 промилле, есть и другие полезные сельскохозяйственные сорта. Значит, можно на это поле, которое потихоньку пересыхает, наступать с юга для того, чтобы попытаться внедрять именно солеустойчивые сорта, полученные, может быть, искусственно, полученные в лабораториях – они уже есть и их надо внедрять, чтобы мы могли использовать этот большой испаритель, который мы именуем восточной частью. По-видимому, других вариантов нет.

И поскольку у нас остаётся мало времени, я думаю, что всем понятно, что эти работы надо начинать сейчас уже. И только в этом направлении мы могли бы ожидать успеха, ради которого мы все это и затеяли. Это могут быть только международные проекты. Потому что они очень финансово-ёмкие, но другого пути у нас нет.

А.Г. Вы упоминали о проектах, которые были разработаны в советское время. Сейчас мэр Москвы предлагает перебросить часть стока северных рек в этом направлении. Как вы к этому относитесь?

В.Ф. Я боялся этого вопроса, имея абсолютно своё мнение по этому вопросу…

А.Г. Почему боялись-то?

В.Ф. Да потому что споры идут – надо, не надо. Некоторые за, некоторые против. Дело в том, что, конечно, весь вопрос в переброске. Да и был даже такой проект – даже с Каспия можно перебрасывать воду, но её надо будет через трубопроводы поднимать на 15 метров. Это чудовищно дорогой проект. Казалось бы, Сибирь более подходит для этого. Мы сейчас всё время должны бороться с весенними паводками в Сибири, очень много воды в Сибири, и надо её куда-то девать. Мы защищаем смытые деревни и прочее, прочее.

Да, можно поставить вопрос переброски. Но это должна быть локализованная переброска в определённые периоды и в основном… Сибирь богата такими реками. От Енисея можно брать, например. От Оби трудно уже брать, это более мелководная река и там будет осушение. Западная Сибирь очень болотистая, а мы знаем, к чему приводит исчезновение болот. Это вторые лёгкие нашей планеты.

Поэтому эти проекты можно рассматривать – как и мы предлагаем – в узком направлении, в стратегии удерживания. Мы должны знать, откуда мы имеем право брать и в какой период. Противники переброски в основном говорят: почему не надо брать реки? Ведь это вода, теплоёмкость её огромная, и выносится на север не просто большая масса воды, но и тепло. А что это означает? У нас есть много умных людей. Гидрологи подсчитали, климатологи подсчитали, что если температура ввиду сброса рек по северным артериям вдруг снизится на Северном Ледовитом океане на полтора-два градуса, это приведёт к замерзанию северного морского пути и вымиранию целых территорий. Никакие ледоколы уже этот лёд не пробьют. Поэтому нельзя сбрасывать огромные массы в Арал, это приведёт к изменению микроклимата Севморпути, и тогда наши ледоколы вообще не смогут обеспечить жизнь Севера.

А.Г. У меня ещё один вопрос. Подобно тому, как Каспийское море стало стремительно понижать свой уровень, а потом возвращаться к прежнему, может быть, и то, что происходит с Аральским, – это некие природные флуктуации, которые естественны для этого водохранилища?

В.Ф. Если бы это были природные флуктуации, то тогда бы мы не имели таких бесспорных фактов, как почти полное пересыхание в сухие годы Амударьи, потому что её воду просто разбирают на орошение полей и прочее. Эти факторы раньше не существовали, и поэтому могла формироваться та эндемичная фауна и флора, которую мы имеем в Арале. Но главная причина фактически – просто наступление человека на земли, расширение сельского хозяйства, своего рода урбанизация дельты Амударьи и Сырдарьи. Таких причин раньше не было и не могло быть. И поэтому я думаю, что это не флуктуации. Хотя они были, но были в более разумных пределах, потому что для формирования эндэмических видов требовалось гигантское количество лет. И если эта флуктуация может оборвать жизнь на Арале, то тогда, простите, что делает предшествующая флуктуация?

А.Г. Сколько лет Аралу?

В.Х. Самому Аралу не много, но впадине очень много.

В.Ф. По-моему, порядка двух миллионов лет. То, что сейчас образовалось, это и было раньше первым фарватером для сброса этих рек.

А.Г. Часть большого внутреннего моря.

В.Ф. И фактически оно было проточным. И в период большого половодья оно наполнялось. И эта масса воды играла стабилизирующую роль. Поэтому небольшие флуктуации соленостей ещё ничего не решали, ещё ничего не нарушали. Из-за этого не исчезали лопатоносы и другие виды. А теперь их просто нет. Их уже нет. И нет рыбаков там уже. Теперь они переходят на рис, переходят на сельское хозяйство. И поэтому очень важны эти устойчивые к солёности искусственные сорта риса, выведенные в лабораториях. Получается, что население изменило свою профессию. Вместо рыболовства они теперь пытаются внедрять совсем другие типы деятельности, не имея исторического навыка.

А.Г. Но, кроме того, рис ведь требует ещё большего оводнения. Вода забирается…

В.Ф. Да, это правильно. Но мы куда её сбрасываем? Туда же. Там ещё дренажные воды, сливы с полей идут, которые содержат пестициды, они содержат ещё и вымываемые биогенные вещества. Поэтому здесь палка о двух концах. С одной стороны, стимулируется процесс первичного включения фотосинтеза, а с другой стороны, получается как бы накопитель и привносятся как раз пестициды, которые, нас уверяют, теперь всё меньше и меньше якобы потребляются. Но в общем, практика говорит немножко об обратном.

А.Г. А кто-то из эндемичных видов ещё остался в Арале, или уже всё, там совсем мёртвое море?

В.Ф. Нет, в Амударье осталось несколько эндемичных видов. Сейчас как раз ихтиологи спорят: на Балхаше как будто бы тоже есть такие виды, но генетики должны показать – это оставшиеся старые популяции или это возникшие параллельно популяции, и тогда это не имеет смысла. Тогда ничего не осталось. Это как раз генетика популяций рыб, это ихтиологи должны решить.

А.Г. Интродукция новых видов: если будет достигнута солёность около 30 промилле, то это могут быть и океанические рыбы?

В.Х. Одно время в Хаджибее была солёность около 30 промилле. И туда для акклиматизации привозились дальневосточные креветки. Дальше опыт был прекращён, но довольно долгое время эксперимент проходил успешно. Фактически, создание новых…

Перенос излучения

19.08.03

(хр.00:42:51)

Участник:

Юрий Николаевич Барабаненков – доктор физико-математических наук

Александр Гордон: Для меня «фотоника» – это неологизм. В моей жизни впервые встречается это слово, хотя слово «фотон» мне известно и я понимаю, что это производное. Но всё-таки чем занимается эта наука?

Юрий Барабаненков: Вы знаете, мне бы не хотелось начинать с фотоники, потому что эту тему я оставляю для завершения разговора.

А.Г. Хорошо, начните с того, с чего вам удобно.

Ю.Б. Я хотел бы начать с того, что тема нашей беседы формулируется как «Перенос излучения в рассеивающих средах». И в рамках этой темы я хотел бы обсудить следующие 4 вопроса. Первый вопрос. В чём заключаются основные представления о переносе излучения в рассеивающих средах и как эти представления изменялись с годами по мере изучения новых явлений, новых сред. Первый вопрос. Он касается феноменологического и микроскопического подходов при рассмотрении вопросов переноса излучения в рассеивающей среде. Третий вопрос. Как изменились феноменологические представления о переносе излучения в рассеивающих средах после предсказания явления локализации излучения в рассеивающих средах. И четвёртый вопрос касается того, насколько феноменологические представления в состоянии оказать какую-то заметную помощь при исследовании оптических свойств так называемых фотонных кристаллов.

Замечу, что большой интерес к явлениям переноса излучения в рассеивающих средах связан с тем, что эти явления весьма часто встречаются в природе. Поэтому такие области науки и техники как связь, зондирование сред, обнаружение объектов, передача изображений, биооптика, молекулярная оптика постоянно сталкиваются с проблемами распространения и рассеивания электромагнитного излучения, радиоизлучения, СВЧ и оптических частот в средах со случайными неоднородностями, в рассеивающих средах. Примерами таких сред могут быть турбулентная атмосфера и турбулентный океан. Это такие геофизические явления как ураган, дождь, град, снег, как песчаные бури. Это такие объекты как лесные покровы, листья и такие объекты как фотографические слои, люминесцентные экраны, бумага, биологические объекты с клетками и так далее. Все это примеры переноса электромагнитного излучения в рассеивающих средах. Можно было бы ещё назвать такие примеры как перенос акустического излучения в турбулентной атмосфере или же перенос тепловых нейтронов в жидкости и другие. Примеров очень много.

При рассмотрении вопросов распространения излучения в рассеивающих средах применяются два подхода: феноменологический и микроскопический подходы. Феноменологический подход более старый. Он исходит непосредственно от самого явления («феноменон» – явление и «логос» – просто логика). В этом случае никаких особенных гипотез о строении рассеивающей среды не делается, и главный упор делается на соблюдении закона сохранения энергии, который применяется к узким по направлению распространения лучам. Вот, собственно говоря, на этой первой картинке, которая показывается, и иллюстрируются основные представления фенологического подхода.

Согласно этому подходу, рассеивающая среда рассматривается как набор эффективных рассеивающих неоднородностей или элементарных объёмов, которые как-то разбросаны в пространстве. На каждой такой неоднородности излучение испытывает элементарный акт рассеивания с каким-то угловым распределением и далее происходит свободный пробег этого излучения до следующей неоднородности, на которой оно опять рассеивается. Вот, собственно говоря, основа феноменологических представлений. В основе аналитических представлений здесь лежит так называемое «уравнение переноса», которое формулирует энергетический баланс при таком рассеянии излучения и где главная величина – это лучевая интенсивность. Это поток энергии в заданные точки и в заданном направлении.

Микроскопический же подход исходит уже из некоторой модели рассеивающей среды и пользуется волновыми уравнениями. Кроме того, при микроскопическом подходе учитывается, что частицы среды случайно распределены в пространстве, то есть их распределение флуктуирует. И, кроме того, само волновое поле при этом тоже становится флюктуирующим.

Феноменологические представления появились в конце позапрошлого столетия и начале прошлого в трудах Хвольсона, Шварцшильда и Шустера при изучении распространения света в молочных стёклах, солнечной атмосфере и туманной атмосфере Земли. Далее эти представления были усовершенствованы в работах Соболева, Чандрасекара, Розенберга. Усовершенствованы по форме, но не по содержанию – для учёта эффектов поляризации излучения. И вот в таком виде эти феноменологические представления успешно разрабатывались до 60-х годов прошлого столетия, после чего возникла необходимость эти представления критически переосмыслить.

Такая необходимость возникла в связи с предсказанием явления локализации излучения, которое с феноменологическими представлениями не согласовывалось. Однако для большинства задач эти представления успешно применялись, и было установлено существование трех основных режимов распространения излучения через рассеивающую среду: баллистический, промежуточный и диффузионный режимы. При баллистическом режиме излучение в основном идёт вперёд и несколько ослабевает вследствие того, что отдельные лучи выбывают из первоначального потока вследствие рассеяния. Этот баллистический режим действует где-то около поверхности среды, на которую падает излучение, или недалеко от источника. При промежуточном режиме уже произошло заметное число актов рассеяния на отдельных неоднородностях, и траектория движения излучения представляет из себя некую ломаную, узлы которой расположены на этих неоднородностях. И наконец, диффузионный режим действует в глубоких слоях рассеивающей среды, когда произошло много актов рассеяния. В области диффузионного режима поле излучения является почти изотропным.

Конечно, самым сложным является промежуточный режим. Я буду благодарен, если покажут картинку №2. Для исследования переноса излучения в области промежуточного режима до 60-х годов прошлого столетия было разработано много эффективных подходов, но особенно интересным оказался подход, предложенный Амбарцумяном в 1943 году. Этот подход получил название «метод сложения слоёв». Согласно этому подходу, рассеивающая среда мысленно расслаивалась на параллельные срезы с небольшими зазорами между ними. И далее рассматривались потоки излучения в зазорах между срезами, а также отражённые всей средой излучения и прошедшие через весь слой среды излучения. Важнейшим достоинством метода сложения слоёв Амбарцумяна является то, что он позволяет рассчитывать коэффициент отражения последовательно, начиная от нижнего среза и передвигаясь к верхнему срезу. То есть при этом коэффициент отражения рассчитывается примерно так же, как рассчитывается траектория движения частиц в заданном силовом поле, согласно механике Ньютона. В этом проявляется некоторый вариант так называемой оптико-механической аналогии – аналогии между оптикой и механикой.

Конечно, это изобретение Амбарцумяна было замечательно в том смысле, что, с одной стороны, оно позволяло в рамках феноменологических представлений получать точные результаты, а с другой стороны, обладало аналогией с механикой Ньютона. Можно было коэффициент отражения среды рассчитывать так же, как рассчитывается движение частицы в заданном силовом поле.

Далее я хотел бы отметить то обстоятельство, что, начиная примерно с 50-х годов прошлого столетия, перед феноменологическим подходом стали возникать вопросы, которые заставляли обратиться всё-таки к микроскопическому рассмотрению. Так же как и в кинетической теории газов было недостаточно одного феноменологического подхода, так и в теории переноса нужно было на каком-то этапе обратиться к микроскопическому подходу. Эти вопросы были связаны с исследованием свойства когерентности волнового поля. То есть речь шла о согласовании или корреляции фаз волнового поля в разных точках пространства. Вопросы, связанные с изучением свойств когерентности волновых полей долгое время шли параллельно с разработкой вопросов переноса излучения и независимо.

Так, в 30-х годах Ван Циттерт и Цирник рассмотрели вопрос о свойствах когерентности излучения теплового источника, например, Солнца. Вопрос стоял так: нельзя ли тепловое излучение использовать для того, чтобы наблюдать явления дифракции, можно ли в тепловых лучах наблюдать явление дифракции? Если можно, то какой шаг должен быть у дифракционной решётки, то есть насколько она должна быть мелкой? И Ван Циттерт и Цирник, в частности, выяснили, что тепловое изучение Солнца на поверхности Земли всё-таки такими когерентными свойствами обладает. И пришли к выводу, что так называемая область когерентности теплового излучения Солнца на экране, который лежит на поверхности Земли, составляет где-то 20 длин волн света. Это значит, что если сделать дифракционную решётку с шагом порядка длины волны света, то можно наблюдать дифракционную картину в солнечном свете.

Но в 50-х годах вопрос о когерентности волновых полей стал рассматриваться более обстоятельно. И были сформулированы законченные представления о свойствах когерентности волновых полей. В частности, благодаря трудам американского учёного Эмиля Вольфа. В 50-х годах интерес к свойствам когерентности так возрос благодаря тому, что были созданы генераторы, квантовые генераторы излучения СВЧ и оптических частот – мазеры и лазеры. И, естественно, вызывал большой интерес вопрос о том, как такие свойства высоко когерентных источников будут изменяться по мере распространения в рассеивающей среде. Было ясно, что при распространении в рассеивающей среде свойства когерентности даже плоской монохроматической волны, которая всюду когерентна, будут уменьшаться. И такое излучение станет только частично когерентным. И вопрос был чисто практический: в состоянии ли феноменологические представления о переносе излучения в рассеивающей среде описать изменения свойств когерентности излучения при прохождении через рассеивающую среду.

Микроскопический подход к рассмотрению многократного рассеивания волн в рассеивающих средах к концу 60-х годов был уже достаточно разработан, чтобы дать ответ на этот вопрос. И ответ был дан положительный. Это произошло следующим образом. Но, прежде всего, два слова относительно микроскопического подхода. Согласно этому подходу, рассеивающая среда – это набор частичек. Обычно они считаются диэлектрическими частичками с заданным показателем преломления, например, диэлектрические сферы. Рассеяние волны на каждой такой сфере, конечно, происходит согласно волновым представлениям. Сложность этих процессов многократного рассеяния состоит в том, что частиц много, и волновое излучение испытывает на них многократное рассеяние, причём, оно может возвращаться к одной и той же частице обратно. Но эти трудности микроскопического подхода к концу 60-х годов всё-таки были преодолены, и был даже сформулирован некоторый физический критерий применимости феноменологических представлений при переносе излучения в рассеивающей среде.

В чём же этот критерий заключается? Пожалуйста, будьте добры, картинку четыре. Оказалось, что феноменологические представления совершенно не в состоянии описывать процессы повторного рассеивания волны на одном и том же рассеивателе, которые изображаются петлями. Когда волна начинает движение на одном рассеивателе, потом испытывает рассеивание на каких-то других рассеивателях и потом возвращается опять к первому, исходному рассеивателю. Так вот такие петли феноменологическое представление учесть совершенно не в состоянии. Это просто понять – потому что эти петли мешают введению представления об эффективной рассеивающей неоднородности среды, таким образом, чтобы можно было разделить элементарные акты рассеивания на неоднородности и свободный пробег излучения между отдельными неоднородностями. Когда же петель нет, то тогда роль отдельной эффективной неоднородности играет просто отдельная частица. Но этого мало – нужно ещё, чтобы эти частицы были в основном расположены относительно друг друга в дальней волновой зоне так, чтобы волна, рассеянная на какой-то частице, приходила бы к другой частице после свободного пробега с достаточно хорошо сформированным волновым фронтом, каждый элемент которого можно рассматривать как плоскую волну.

При соблюдении этих условий можно ввести основную величину феноменологического подхода, лучевую интенсивность, которая определяет поток энергии излучения в заданном направлении, и эти лучевые интенсивности, согласно феноменологическому подходу, действительно можно просто складывать между собой, не учитывая фазы волн. Но, тем не менее, эта лучевая интенсивность определяет не только поток энергии излучения, но является и угловым спектром волнового поля, и таким образом позволяет определить, каким образом свойства когерентности излучения изменяются при распространении в рассеивающую среду.

При таком микроскопическом обосновании феноменологических представлений удалось детально проследить за тем, как происходит дифракция волны при многократном рассеивании на неоднородностях и как при этом изменяется свойство когерентности волнового поля. Собственно говоря, здесь упомянутый результат Ван Циттерта и Цирника, касающийся свойств когерентности источника теплового излучения был как бы вмонтирован в феноменологические представления о переносе излучения на основе микроскопических представлений.

Но здесь нужно, пожалуй, опять вернуться к сформулированному критерию применимости феноменологических представлений о переносе излучения в рассеивающей среде. Как было уже сказано, можно выбросить все петли с повторным рассеянием на одном и том же рассеивателе. Но спрашивается: можно ли их действительно выбросить? А не дают ли они всё-таки большой вклад? Тогда феноменологические представления могут оказаться просто не обоснованными.

Но как показывает рассмотрение, большинство петель действительно дают маленький вклад, и в этом можно убедиться таким образом. Ведь у нас частицы имеют случайное распределение в пространстве. Мы можем их случайно сдвинуть в каждой петле. При этом случайно изменяются набеги фаз волн, которые рассеиваются на частицах петли, и вклад петли становится малым. Однако всё-таки существуют такого рода петли, вклад которых остаётся заметным даже при таком случайном смещении частиц, которые входят в петлю. И анализ этих специальных процессов повторного рассеивания излучения на одном и том же рассеивателе привёл в 69-73-м годах к предсказанию нового явления – слабой локализации излучения в рассеивающей среде. А это явление слабой локализации излучения оказалось предвестником так называемой сильной локализации Андерсона, и вызвало большой интерес как с точки зрения теоретического рассмотрения, так и с точки зрения эксперимента, и вообще заставило пересмотреть основные представления феноменологической теории переноса излучения – и даже в целом представления о переносе излучения в рассеивающих средах.

Дальше я хотел бы остановиться на некоторых вопросах, связанных с локализацией излучения с точки зрения опять-таки феноменологических представлений. В 58-ом году, как известно, была опубликована работа американского физика Андерсона, который показал, что в некоторых решётках, в некоторых решётчатых системах, в узлах которой расположены притягивающие потенциалы, электроны перестают диффундировать, если внесён достаточный беспорядок в распределение этих потенциалов в узлах решётки. То есть электрон остаётся на том месте, где он был в начальный момент. Андерсон показал, что в трёхмерных решётках это явление, получившее название локализации Андерсона, наступает только в том случае, если беспорядок достаточно большой. Но вслед за Андерсоном вскоре было показано, что в одномерных цепочках такое состояние локализации существует при любом, сколь угодно малом беспорядке.

Интересно ещё вот что. Работа Андерсона была опубликована в 58-ом году, а через год, в 59-ом году (на что как-то не очень обращают внимание в западной литературе) появилась хорошая работа Герценштейна и Васильева о распространении излучения через волновод со случайными неоднородностями. При этом Герценштейн и Васильев показали, что в таком случае коэффициент отражения волны от куска волновода стремится к единице, а коэффициент прохождения стремится к нулю – в соответствии с законом сохранения энергии – с увеличением длины волновода. Причём существенно, чтобы коэффициент прохождения стремился к нулю не обратно пропорционально длине куска волновода, как можно было ожидать согласно феноменологическим представлениям, а экспонциально быстро.

Наконец в 69-ом году Газарян примерно такого же рода задачу рассмотрел без всякого волновода, а просто в одномерной, случайной единородной среде в неограниченном пространстве. Газарян рассматривал совокупность тонких диэлектрических экранов, которые были случайно расположены вдоль направления распространения волны. Вот такая одномерная, случайная единородная среда, и Газарян в ней тоже получил явление, тоже получил результат, согласно которому коэффициент прохождения становился экспонциально мал с увеличением толщины такой среды.

Эти явления локализации, которые были предсказаны в работах Андерсона, Герценштейна и Васильева, Газяряна, в обстоятельных работах Кляцкина, сделали проблему условий применимости феноменологических представлений о переносе излучения в рассеивающей среде весьма актуальной. Действительно, эти результаты показывали, что в одномерных средах эти феноменологические представления о переносе излучения совершенно не применимы. Хотя до работ Герценштейна и Васильева, Газаряна феноменологические представления без всяких оговорок применялись и к одномерным средам, то есть исследователи не предполагали, что в одномерных-то средах эти феноменологические представления совершенно непригодны. Но как же быть с трехмерными средами, к которым обычно эти феноменологические представления и применяются? Есть ли там какие-нибудь аналоги такого рода явлений локализации? Из работ Герценштейна и Васильева, Газаряна относительно трехмерных сред об этом ничего сказать нельзя было, эти работы ничего относительно трехмерных сред не говорили. В работе Андерсона говорилось относительно трехмерных решёток, но всё-таки эта работа относилась скорее к физике твёрдого тела, а не к распространению волн в рассеивающих средах.

В то время создавалось впечатление, что должно существовать новое физическое явление, удовлетворяющее следующим условиям. С одной стороны, конечно, это явление должно происходить в трехмерной рассеивающей среде, и оно должно быть аналогично явлению локализации в одномерной среде, хотя бы в слабой форме. А с другой стороны, это явление должно было бы примыкать всё-таки к феноменологическим представлениям о переносе излучения. И такое явление, которое впоследствии получило название «слабой локализации в трехмерных рассеивающих средах», действительно было найдено в работах 69-73 годов.

Я хочу попросить ещё раз показать картинку четыре. Поскольку в этом явлении как раз играют существенную роль эти повторные рассеяния излучения на одном и том же рассеивателе. Пожалуйста, подержите эту картинку подольше, пока я не дам отбой, она имеет принципиальное значение.

Я здесь вынужден опять вернуться ненадолго к сформулированному критерию применимости феноменологических представлений о переносе излучения. Там было сказано, что, согласно этим представлениям, нужно выбросить все вот такие петли, которые описывают рассеяние на одном и том же рассеивателе. И было замечено, что всё-таки среди этих петель существуют такие процессы, которые дают заметный вклад в перенос излучения, даже если отдельные частицы в каждой петле случайно пошевелить для рассогласования фаз.

Эти петли имеют следующее строение. Здесь они показаны на верхнем рисунке. Это такие петли, в которых одна волна распространяется от фиксированного рассеивателя в одном направлении и возвращается к этому фиксированному рассеивателю, а другая волна распространяется в обратном направлении. И две такие волны идут от заданного рассеивателя вдоль петли, возвращаются опять к заданному рассеивателю – но идут в разных направлениях. Существенным свойством такого процесса является то, что в нём фазы прямого и обратного каналов рассеяния между собой согласованы. И поэтому такие волны, распространяющиеся в прямом и обратном направлениях, могут проинтерферировать. И таким образом такая петля даёт заметный вклад, но феноменологическими представлениями никак не описывается.

Теперь, собственно говоря, можно поступить следующим образом. Как же эту волну пронаблюдать экспериментально? Этот рассеиватель, эту частицу, на которой происходит повторное рассеяние, её мысленно можно раздвоить, и одну половинку заменить на приёмник, на источник излучения, а другую – на приёмник, и вынести такую раздвоенную частицу источник-приёмник вне среды. Тогда такое явление можно зафиксировать экспериментально, и оказывается, что учёт всех таких явлений даёт весьма большой вклад. Собственно говоря, результат получается такой же, как и согласно феноменологическим представлениям, это добавка к таким феноменологическим представлениям. Стало быть, согласно этому результату, феноменологические представления дают стопроцентную погрешность, то есть совершенно ошибаются. Но всё это происходит в узком конусе направлений рассеяния назад. Этот конус по ширине определяется отношением длины волны к длине свободного пробега. В лабораторных условиях этот конус составляет где-то одну сотую радиана, и, стало быть, он изымает из общего потока рассеянного излучения ничтожно малую долю, и таким образом не мешает применимости феноменологических представлений.

Но это явление, наличие такого конуса когерентного усиления обратного рассеяния, которое было в 69-73 годах теоретически обнаружено, потом экспериментально было открыто в 85 году тремя группами. Одна группа в Соединённых Штатах, в Сиэтле, группа Исимару, группа Лахендайка в Амстердаме и группа Маре в Гренобле. И после того как это явление было открыто, оно вызвало очень большой интерес. Надо сказать, что интерес был не меньше, чем интерес, вызванный работой Андерсона о локализации в решётках. А за эту работу Андерсон стал лауреатом Нобелевской премии, потому что работа эта имела очень большое значение для неупорядоченных веществ с примесями, и при исследовании вопросов проводимости через такие вещества. И тем не менее, эффект когерентного усиления обратного рассеяния вызвал не меньший интерес. И начиная с 85 года, и по настоящее время этот эффект постоянно исследуется разными группами, и прошёл почти через все оптические лаборатории мира. В общем-то эффект этот оказался универсальным, он связан с самыми общими представлениями о переносе излучения, он применим в любом, конечно, диапазоне, и в СВЧ, и для акустических волн – для каких угодно волн и для разных сред.

И в то же время, собственно говоря, наличие такого эффекта когерентного усиления обратного рассеяния с узким конусом, оно и на качественном уровне решило проблему применимости феноменологических представлений о переносе излучения. И эти представления были согласованы с микроскопическими представлениями, даже с явлением локализации излучения в рассеивающих средах. И, кстати говоря, этот эффект, связанный с такими петлями, который получил название эффекта слабой локализации, он проливал физический смысл и на локализацию Андерсона. Потому что здесь всё интерпретировалось наглядным образом, и вот эти петли, которые здесь нарисованы, они почти экспериментально так и обнаруживались, например, в экспериментах Лахендайка в Амстердаме.

Таким образом, было осознано взаимодействие фенологических представлений о переносе излучения с явлениями локализации. Да, кстати говоря, будьте добры, покажите, пожалуйста, картинку пять, чтобы уже к этому вопросу не возвращаться. Картинка пять, собственно говоря, поясняет экспериментальную схему того, как происходит эффект когерентного усиления обратного рассеяния, именно это и наблюдается в эксперименте. Здесь описан один луч, который идёт от источника и пробегает какую-то систему частиц, рассеивается на них и возвращается обратно к приёмнику. А другой луч, из источника, пробегает ту же самую систему частиц, но в обратном направлении и возвращается к приёмнику под некоторым углом. Этот уголочек, который обозначен буквой «тета», и есть конус усиления обратного рассеяния. Если он не слишком велик (порядка отношения длины волны к длине пробега, это для лабораторных условий где-то одна сотая радиана), то этот эффект наблюдается и фиксируется. Но здесь нужно сделать такую оговорку. Почему был такой большой разрыв? Эффект был предсказан в 69-73 годах, а наблюдение его осуществилось только в 85 году. Такой разрыв, видимо, был связан с тем, что для наблюдения этого эффекта из-за этого маленького конуса нужны были специальные среды с хорошо контролируемыми параметрами. То есть эти среды должны были состоять из одинаковых частичек – одинакового размера и с одинаковым показателем преломления. Такие среды в виде эмульсий латекса в воде стали, по моим сведениям, изготавливаться как раз где-то к 85 году немецкой химической промышленностью и были использованы для постановки такого рода экспериментов.

И, пожалуйста, покажите ещё рисунок 6. Рисунок 6 представляет собой те кривые, которые наблюдаются в эксперименте, когда исследуется это усиление обратного рассеяния. То есть наблюдение идёт в направлении назад, в узком конусе, здесь это где-то от нуля до десяти микрорадиан, одна сотая радиана. И в направлении рассеяния назад, в самом пике происходит это усиление обратного рассеяния. То есть пьедестал, который по краям расположен, это то, что обычно наблюдается согласно феноменологической теории переноса. А этот пик, это как раз вклад петель повторного рассеяния.

Кстати говоря, в 73 году, когда мы обнаружили такой эффект, мы обращались к экспериментаторам, которые у нас занимались теорией переноса, и они говорили: «Ну, что это за эффект, вот сколько мы экспериментов не делали, ничего подобного нет». Понятно, почему нет. Потому что здесь требовались, во-первых, специальные среды с хорошо контролируемыми параметрами. А во-вторых, нужна была очень высокая разрешающая способность, нужно было разрешать углы, в сотые доли радиана.

Как же дальше, начиная с 85 года, шло развитие всей этой области, связанной с многократным рассеянием, с переносом излучения. Этот пичок когерентного усиления обратного рассеяния оказался очень интересным, и исследовался на протяжении многих лет многими лабораториями мира. Самый пик, самое остриё, оказалось связанным с диффузионными путями, которые идут в глубине рассеивающей среды. А крылья связаны с путями, которые идут неглубоко и связаны с небольшим числом актов рассеяния. Значит, с помощью пика можно исследовать, как распространяется излучение в среде. Если, например, в среду ввести поглощение, то пик скругляется, потому что длинные диффузионные пути уничтожаются поглощением. Или, допустим, можно рассматривать конечный слой рассеивающей среды – если его толщина невелика, то длинные диффузионные пути тоже обрезаются границами среды и опять пик этот сглаживается. Исследовалось влияние магнитного поля на величину этого пика, исследовалось влияние броуновского движения частиц на величину этого пика. В общем, он оказался очень информативным, и поэтому тщательно исследовался.

Дальше. Это явление слабой локализации было исследовано и внутри среды. Вот этот пик связан с усилением обратного рассеяния. То есть нужно рассматривать волну, падающую на среду, и смотреть, какая волна рассеивается в обратном направлении. А можно поставить другой эксперимент, по крайней мере, мысленный. Взять источник в неограниченной среде и смотреть, как там эти эффекты повторного рассеяния излучения на одном и том же рассевателе влияют на диффузию излучения от этого источника. Я сейчас прошу показать картинку 7.

А.Г. Учтите только, что у вас остаётся на самом деле мало времени.

Ю.Б. Тогда я буду сокращаться.

В таком эксперименте, когда источник располагается внутри рассеивающей среды, речь идёт о коэффициенте диффузии излучения. И из-за вклада такого рода эффектов повторного рассеяния на одном и том же рассеивателе коэффициент диффузии уменьшается, диффузия замедляется. И исследователи этим интересовались по той причине, что можно найти такой режим в среде, когда коэффициент диффузии обращается в ноль и наступает настоящая локализация Андерсона. Были сделаны многочисленные попытки такой малый коэффициент диффузии обнаружить, и публикации были об этом. Но в конечном итоге выяснилось, что коэффициент диффузии может становиться малым не только вследствие эффекта повторного рассеяния, но и вследствие так называемого эффекта пленения, когда излучение влетает в отдельный рассеиватель, и задерживается в этом рассеивателе на некоторое время, если речь идёт об импульсном излучении. Такое импульсное излучение может на некоторое время задержаться в диэлектрической частице, если её диэлектрическая проницаемость достаточно высокая, это тоже приводит к замедлению процесса диффузии.

В общем, на пути, который идёт от феноменологических представлений, от представлений о длине свободного пробега, то есть, по сути дела, от представлений, заимствованных из кинетической теории газов, до сих пор, насколько мне известно, не удалось достаточно определённо подойти к тому, чтобы обнаружить и экспериментально и понятно объяснить явление локализации излучения в рассеивающих средах. Поэтому, где-то с начала 90-х годов, согласно предложению канадского физика Джона, стали идти с другого конца, со стороны плотных сред в попытке объяснить и обнаружить явление локализации в трехмерных рассеивающих средах. Ещё давно было замечено, что если среда, скажем, из сферических частиц, плотно упакована, то в этой среде просматривается некоторый порядок. Поэтому можно пойти по следующему пути. В качестве нулевого приближения взять систему, скажем, диэлектрических сфер и расположить их в узлах кубической решётки, сделать такой искусственный кристалл – их так и называют фотонные кристаллы. Вместо атомов поместить диэлектрические сферы, а вместо электронов запустить или свет, или СВЧ электромагнитное излучение, то есть фотоны, и смотреть, что здесь будет происходить. Известно, что когда электрон движется в периодическом потенциале, то его энергетический спектр имеет зонную структуру, то есть имеются такие интервалы энергии электрона, когда он не проходит через кусок такой среды.

Для таких фотонных кристаллов такое свойство тоже было обнаружено, покажите, пожалуйста, картинку 11. Было довольно простым расчётом показано, что происходит при прохождении через такой фотонный кристалл. Он здесь состоит из цилиндров, перпендикулярных экрану, и центр этих цилиндров расположен в углах квадратной решётки. Здесь есть определённые зоны, они обозначены чёрным цветом и провалами в кривых – это коэффициент прохождения через такой фотонный кристалл. Если взять небольшое количество слоёв, здесь 18, а можем взять и 4 таких слоя. Излучение через такой фотонный кристалл уже не проходит, и могут быть случаи экспоненциального спада. То есть здесь, в таком нулевом приближении, в такой конструкции наблюдается уже непрозрачность такой структуры по прохождению.

А далее, для того чтобы приблизиться к явлению локализации, надо в такой кристалл ввести беспорядок, как это Андерсон делал в своей работе 58 года. Допустим, пошевелить эти цилиндрики около их центров. И, согласно работам китайских исследователей, при этом запрещённые зоны для прохождения излучения несколько деформируются, но всё-таки сохраняются.

Собственно, на этом я могу закончить.

А.Г. Спасибо большое.

Дно океана

20.08.03

(хр.00:48:51)

Участник:

Александр Петрович Лисицын – академик РАН

Александр Лисицын: …они перевернули наше представление не только о мировом океане (а мировой океан включает также и все морские водоёмы), но и представления, которые господствовали сотни лет в области наук о земле в целом.

Но прежде всего, что это за наука – океанология, представителем которой я являюсь и которой занимаюсь уже больше 50 лет? Это наука о физике, химии, геологии и биологии океана. Сейчас она стала совершенно другой, по сравнению с тем, что было, скажем, 50 лет тому назад. Я постараюсь о главных открытиях рассказать. И то, что было сделано за эти годы, привело к революции в наших представлениях о Земле в целом, о взаимодействии между основными сферами, хотя это звучит несколько, может быть, казённо. Но если говорить популярным языком, то это взаимодействие всей системы геосфер Земли в целом.

За последние 50 лет, начиная с первого рейса «Витязя»… Это был крупнейший в России и в мире исследовательский корабль, который начал свои работы на Дальнем Востоке в 49-ом году, и который провёл 25 рейсов в дальневосточных морях. Что значит 25 рейсов? Это тоже надо как-то объяснить. Каждый рейс, это участие в работах на корабле в 50-60, иногда 90 учёных. И они находятся в море на протяжении 2-3 месяцев. То есть это научный коллектив, плавучий научно-исследовательский институт, в котором вначале было порядка 10-12 лабораторий с приборами, а сейчас на наших новых кораблях их больше 20-ти.

И надо сказать, что с самого начала наша советская и российская океанология стала лидирующей во всём мире. И это лидерство сохранялось вплоть до перестройки. Сейчас мы, конечно, всё это потеряли, и об этом приходится с сожалением вспоминать. Но представьте себе, что вы находитесь на этом корабле, водоизмещением в 6 тысяч тонн (это как большой пассажирский корабль), где в лабораториях идут эксперименты – всё необходимое для того, чтобы эта научная идея, задача, которая ставится перед экспедицией, могла бы быть выполнена непосредственно в ходе работ.

Зарубежная экспедиция работала совершенно не так. И многие другие работают также не так. Это маленькие корабли, которые собирают материал. А у нас получается, что каждый корабль – это плавучий научно-исследовательский институт. И начиналось это в 49-м году с одного «Витязя», а потом в 60-70-е годы в Институте океанологии, который я представляю, было 6 таких больших кораблей. Итак, одновременно работает 6 кораблей, на каждом, скажем, по 60 учёных, – значит, одновременно в разных частях океана находится порядка 300-400 учёных, которые круглосуточно ведут исследования, обрабатывают их результаты и немедленно на основе этой обработки можно принимать оперативные решения – что делать дальше?

А зарубежные, включая и американские, экспедиции, работают совершенно иначе, как я уже говорил. Они собирают материал, потом возвращаются, его анализируют, и никаких оперативных решений принять при такой работе нельзя. И только сейчас, по прошествии уже нескольких десятилетий, зарубежные учёные восприняли ту методику работ, которая называется российской. И сейчас крупнейшие корабли восприняли практически нашу систему работы – в частности, крупный (такой же крупный, как наши) немецкий исследовательский корабль «Полярштерн».

Раньше никаких лабораторий на кораблях не было. Считалось, что им помешает качка, вибрация, сырость и всякое прочее. Но всё это удалось преодолеть. И я на это хотел бы обратить внимание, потому что как-то принято считать, что у нас всё отсталое, всё какое-то не такое.

И всё это развитие привело к тому, что и нашими учёными и зарубежными учёными были сделаны те открытия, о которых я как раз и хотел рассказать, открытия, которые буквально перевернули не только науки о Земле, но, может быть, и многие смежные с ними науки.

Прежде всего, это поверхность дна, которая всегда считалась достаточно ровной. В ходе этих работ выяснилось, что дно устроено совершенно не так, как представляли. Открыты гигантские подводные хребты, подводные горы и глубоководные впадины. Сейчас известно, что максимальная глубина мирового океана составляет 11023 метра. И это тоже открыл наш «Витязь», флагман в своё время нашего исследовательского флота.

Кроме того, обнаружено, можно сказать, совершенно уникальное явление – хребет на дне океана, равного которому и по размерам, и по строению на суше нет. Это так называемая система срединно-океанских хребтов. Это удивительная совершенно и ранее неизвестная система, которая, во-первых, едина во всех океанах, и проходит более-менее по середине. Мы можем это, очевидно, увидеть сейчас на карте, которую я хотел показать. Вот это общая карта дна мирового океана, рельефная карта. А вот отдельная – для Тихого океана – более детальная. В восточной части Тихого океана видно простирание этого срединного хребта. Такие же и в Атлантическом есть хребты, и в Индийском.

Так в чём замечательная особенность этих хребтов? Первое, они 60 000 км протяжённостью. А второе, они имеют совершенно особую форму, это крутые довольно склоны, а в середине – там, где находится вершина, – глубокое ущелье, глубиной в километр, иногда в два километра. И на дне этого ущелья происходят извержения подводных вулканов, находятся выходы гидротерм, это выходы горячих растворов, богатых металлами и с температурой до 400 градусов Цельсия.

Вы спросите, каким образом 400 градусов, когда обычно вода закипает при ста? Но здесь давление порядка 300-350 атмосфер, и в этих областях происходит современное рудообразование. Происходит то, что, как считалось, происходило многие миллионы лет тому назад и что было главным источником меди, скажем, и других металлов, с которых начиналась человеческая культура. Считалось, что это всё древние явления. На самом деле это всё идёт сейчас и приблизительно в тех же масштабах, как шло миллионы лет тому назад.

Это первое. Теперь второе. Ещё более важная вещь это то, что в этих срединных хребтах происходит как бы раздвижение дна – и это доказано сейчас с помощью спутниковых систем и других методов. Скорость этого раздвижения в разных местах колеблется от 1 до 12-16 сантиметров в год. Это кажется небольшой величиной, но если умножать на тысячи и на миллионы лет, то получается, что движутся эти участки дна по нормали от срединного хребта. Одновременно движутся и материки, которые спаяны с этими плитами на дне океана.

И отсюда возникло совершенно новое направление, которое называется тектоника литосферных плит. Литосферная плита имеет обычно океанскую часть, которая наращивается, и присоединённую к ней континентальную часть. Оказалось, что наша, так сказать, земная твердь вовсе не твердь, она находится в непрерывном движении. И сейчас мы знаем, с какой скоростью движутся материки, по каким направлениям, по каким векторам. И мало того, умудрились (я расскажу коротко, как это было сделано) восстановить, как двигались эти материки и участки дна океанов многие миллионы лет тому назад.

Итак, в этой области сделаны совершенно удивительные открытия. Это большая серия открытий. И если бы я их просто перечислял, то это, наверное, заняло всё время. Поэтому я ещё расскажу о других вещах, которые подкрепили позиции тектоники литосферных плит и позволили нам воочию убедиться в том, что это происходило миллионы лет тому назад и как именно происходило.

Для того чтобы понять историю океана, нужно изучить донные осадки. Мы на первых этапах (это первое десятилетие) изучали поверхностный слой донных осадков, в пределах мирового океана они оказались очень разнообразными. Это целая эпопея – изучение донных осадков. Только по работам «Витязя» в Тихом океане было опубликована 10-томная монография, называется «Тихий океан». Это до сих пор совершенно уникальное произведение, оно до сих пор не потеряло свою актуальность.

А значительно позже с помощью глубоководного бурения, о котором я как раз хочу рассказать, удалось установить не только как распределяются эти осадки сейчас (а они имеют целый ряд закономерностей, которые связывают и процессы на суше, и перенос осадков реками и так далее), но и установить как это всё было тысячи и миллионы лет тому назад. Для этого силами международного научного сообщества в Соединённых Штатах был задуман проект глубоководного бурения. То есть те буровые вышки, высотой 40 метров, которые сейчас применяются при бурении на нефть на суше, эти вышки был перенесены на «Гломар Челленджер», американский корабль. В создании его лаборатории участвовал я лично, и многие наши учёные, и нужно отдать американцам должное, они сделали этот корабль в лабораторной части именно так, как делалось у нас в стране, принимая, что это сейчас действительно очень важно.

Мало того, в дальнейшем все лаборатории были резко увеличены, и сейчас действует новый корабль, где лабораторные помещения расширены. Так что, хотя раньше считалось, что большие лаборатории не нужны на кораблях, сейчас они поняли, что это чрезвычайно важное дело. Теперь представьте себе, эта громадина больше 10 тысяч тонн весом – она ведь качается. Кроме того, вышка очень большая – это огромная парусность, и в условиях океана, штормов, она и перевернуться может.

И удалось пробурить в настоящее время 2 тысячи скважин. Причём через всю толщу донных осадков – это иногда до 2 км, а в среднем в океане, как удалось определить, всего около 300 метров донных осадков. А снизу находится базальтовый слой. То есть океан мы изучали всегда как водную толщу, источник рыбы, способ организации транспортных связей. Но когда стали всерьёз заниматься изучением и осадочной толщи и того, что под донными осадками, то оказалось, что земная кора под океанами совершенно не та, что под континентами. Люди и не подозревали до последних нескольких десятилетий, что живут они на планете, которую правильнее было бы называть не Земля, а Океан, потому что две трети планеты занято, во-первых, толщей океанских вод, а кроме того, корой океанского типа.

В ней много особенностей, но что интересно – поскольку эти плиты раздвигаются постепенно, там были обнаружены линейные магнитные аномалии. Это меняется магнитное поле земли. И поскольку базальты, которые наращивают эту кору при остывании, запоминают это, то справа и слева от этого хребта идут эти магнитные аномалии. И получилось так, что Господь Бог как бы разметил все эти участки дня. И мне пришлось принимать участие, первому из советских учёных, в рейсе «Гломар Челленджер» от Гавайских островов до Гуама. Это было тогда, когда тектоника литосферных плит ещё только входила в круг внимания учёных, и все говорили, что это модная какая-то гипотеза, что это ерунда и т.д. И это было исключительно азартное бурение, потому что мы знали номера аномалий, их возрасты, которые теоретики-магнитологи определили, а бурением можно было установить, действительно это так или нет. И как только достигали верхнего слоя базальтов, по границе определяли возрасты, всё собиралось, и обсуждали результаты. И оказалось, что на всём этом огромном участке от Гавайских островов до Гуама всё точно совпадает с тем, что предсказала теория.

Но это одно. А самое главное другое, что здесь удалось определить всю эту осадочную толщу, разделить её на части. Мы часто говорим, что донные осадки – это запись истории. И действительно, это запись истории, уникальный архив, который человек только сейчас раскрыл и начал читать. Пока ещё по складам, так скажем, читать. Но постепенно с каждым годом всё больше и больше привлекается новых методов, в том числе и изотопные методы, и целый ряд других. Сейчас мы эту историю знаем уверенно до 160 миллионов лет в прошлое.

И первая книжка, которая обобщала эти результаты, вышла у нас в стране, это «Геологическая история океана», созданная на основе многих рейсов глубоководного бурения. Это, собственно говоря, одно из открытий, которое привело к появлению нового направления в науке, которое называется сейчас «палеоокеанология», то есть учение о океанах геологического прошлого – их физика, химия, биология и геология, скажем, сто миллионов лет тому назад. Мы можем сейчас восстанавливать глубины океанов того времени, положение срединных хребтов, скорости спрединга, где находились гидротермы, где – вулканические извержения, то есть представить себе с максимальной основательностью всю историю океана за 160 миллионов.

Александр Гордон: Но имея такие данные, ведь можно экстраполировать их и вперёд, то есть представить себе Землю, скажем, через 200 миллионов лет…

А.Л. Совершенно правильно. И это привело к нескольким, я бы сказал, довольно трудным решениям, о которых я дальше хотел бы сказать.

А.Г. Пожалуйста.

А.Л. Теперь ещё об одной технической новинке. Глубоководное бурение – было, конечно, явлением инженерной мысли, потому что всё это сделать было очень сложно, мы создавали лабораторию новых методов, так сказать.

Представьте себе – эту громадину в 10 тысяч тонн с сорокаметровой вышкой, при сильном ветре нужно удержать на одном месте. Как это сделать? На дне устанавливаются гидрофоны, и с помощью акустических систем, с помощью компьютерной автоматики всё это удерживается.

Я не могу не вспомнить одного совершенно потрясающего эпизода моей жизни, когда, несмотря на замечательные достижения связи и коммуникации, мы попали в тайфун. В этих местах тайфуны бывают очень сильные. А в это время за бортом была вся эта буровая система. Чтобы её поднять, нужно было часов 8, по крайней мере, работы. И тайфун налетел как-то внезапно, со спутников потом он уже был замечен. В чём это проявилось? Это сильнейший ветер с дождём, причём, как говорят, дождь как из ведра. Ведро – это всё ерунда по сравнению с тем, что было, потому что невозможно понять, где море, а где небо – всё одна вздыбленная вода. Так вот, я в это время был на мостике вместе с капитаном. И, вы знаете, совершенно удивительная вещь. На этом корабле 10 двигателей. И они набирают мощность через компьютер в зависимости от силы ветра и всё время автоматически удерживают всю систему. На схеме это видно.

Так вот при сильнейшем ветре ураганной силы эти автоматы включают 6, 8, 10 двигателей, корабль весь содрогается, вышка крениться… И всё это действует без участия человека. Капитан, бледный, стоит рядом, смотрит – там есть визирное устройство, можно всё видеть. И всё работало совершенно безотказно.

А.Г. Даже в тайфун корабль не сдвинулся?

А.Л. Да, не сдвинулся. Потому что иначе все эти тысячи тонн, которые висят, оборвутся, и это будет колоссальная катастрофа. Но мало того, сейчас, вы видите, на дне – воронка, диаметром около 5 метров. После того как корабль отбурился и ушёл, нужно повторно попасть в эту скважину. Скважина диаметром порядка 9 сантиметров, и на расстоянии 6-ти километров, через толщу вод, где разные течения, ничего не видя, нужно попасть в такое отверстие. В игольное ушко гораздо легче попасть. И это сейчас работает, и повторно попадают – до 5, до 7 раз…

А.Г. Просто космические системы стыковки.

А.Л. Я это говорю к тому, что такие инженерные решения сродни космическим. И правильные, прогрессивные инженерные решения приводят к тому, что мы можем сделать то, что нашим предкам даже и не снилось. Это что касается глубоководного бурения.

Теперь ещё одно, тоже очень важное, инженерное решение – это глубоководные подводные аппараты. Наверное, у вас в передачах уже были и «Миры», и «Пайсисы».

Мне посчастливилось с самого начала работать с «Пайсисами». Это автономные подводные аппараты, никакой связи с судном у них нет. Такой аппарат похож на подводный вертолёт, у него 3 двигателя, которые могут поворачиваться в любых направлениях, и сфера – диаметром 2 метра. Нечто похожее было у Гагарина, но там не один, а три человека помещаются – наблюдатель, пилот и бортмеханик. Так вот, пилот между ними стоит на коленях, потому что места нет, всё занято приборами и системами жизнеобеспечения – и есть ещё два компьютера. А погружение продолжается до 18-20 часов, и он всё время должен стоять на коленях и управлять аппаратом, глядя через иллюминатор.

С помощью этих аппаратов удавалось погружаться в срединные хребты, именно в те ущелья, о которых я вам говорил, в кратеры подводных вулканов, видеть гидротермы, которые извергаются. Над подводными гидротермами возвышаются, как мы их называем, гидротермальные факелы – на высоту 500, иногда 700, тысячу метров. Так же как при извержении на суше извергается пепловый факел, так здесь – гидротермальный.

Факел этот чёрный – как изображают обычно дети дым из трубы парохода. Чёрный дым, состоящий из мельчайших кристалликов рудных минералов. В прожекторах подводного аппарата эти чёрные кристаллики, которые возникают у вас на глазах, они дают такие блески, которые бывают иногда при салютах.

Вот сейчас мы видим как раз такую гидротерму, чёрный дым поднимается, это гидротермальный факел. И он поднимается, как я вам говорил, на высоту несколько сот метров. Это рудное вещество, распылённое в водной толще.

А внизу – концентрированная рудная постройка, она состоит из полиметаллов, из тех же самых рудных минералов, которые мы имеем в месторождениях, скажем, Урала, Алтая, из которых добываются промышленные полиметаллы. Эта рудная постройка имеет очень солидную высоту. Максимально мы наблюдали порядка 70, иногда 80 метров высотой, то есть 20-25-этажный дом. И вот представьте себе, такая постройка, и рядом этот маленький подводный аппарат, сфера – 2 метра всего, и он в полной темноте, в лучах прожекторов, постепенно выбирается наверх. А наверху потом изучает гидротермальный факел, отбирает пробы и так далее.

Так вот – мы научились с помощью этих подводных аппаратов не только фотографировать, но и отбирать образцы. В подводном аппарате есть две металлических руки, которые называются манипуляторами, и можно прицельно отбирать пробы, есть огромный контейнер, куда всё это складывается. Короче, можно вести геологическую съёмку и поиски на глубине до 6 тысяч метров, а это 98 процентов дна океана. То есть, появились совершенно другие возможности по сравнению с тем, что было раньше.

Теперь, естественно, возникает вопрос: а что это даёт? Это даёт исключительно много, потому что, прежде всего, это изучение фундаментальных процессов, а кроме того, мы совершенно по-другому стали понимать те месторождения, которые давно уже разрабатывались на Урале, и даже организовали несколько палеоокеанологических экспедиций на Урал и Северный Кавказ.

Это представляется совершенно диким, но оказалось очень плодотворно, потому что если геологи не понимают какие-то явления, то мы вместе с ними и с применением подводных фото– и киносъёмок, определяем, что это, как, в каких условиях происходило. Можно таким образом изменить методы поисков, разведки и так далее. То есть это имеет очень большое значение для практики, для рудного дела.

Вообще о подводных аппаратах можно рассказывать очень много, это увлекательнейшее дело.

При каждом погружении на дно открывается своя жизнь, которую не увидишь на суше, животные совершенно другие. И процессы, которые здесь связаны с живыми организмами, тоже другие. Мы живём в мире фотосинтеза, в нашем мире всё, в конечном счёте, происходит от солнечной энергии и от трех биогенных элементов. На дне же – полная темнота, никакого солнца, и тем не менее, в лучах прожектора вы вдруг видите какие-то неземные картины, яркие окраски. И всё это живое, всё насыщено жизнью. Причём, жизнь здесь идёт на хемосинтезе. То есть здесь сероводород, метан и другие газы, которые поступают из глубин земли, превращаются хемосинтезирующими бактериями в органическое вещество, а дальше по пищевой цепи оно потребляется, и возникает богатейшая жизнь, просто богатейшая. Об этом тоже можно говорить очень много.

А.Г. У нас целая передача была посвящена как раз биологии чёрных курильщиков.

А.Л. Да, это замечательные совершенно вещи. И там многие организмы были впервые открыты.

Но я хотел о другом сказать. На примере изучения гидротерм и коренных пород, базальтовых лав, которые там выходят, мы пришли к выводу, что огромное количество вещества подаётся не только из глубин земли – об этом никогда раньше не было известно. Да, извергаются вулканы на суше. Это грандиозно, это явление может быть и уровня глобальной катастрофы. Но оказалось, что масштабы вулканизма, связанного с срединными хребтами, приблизительно в 10 раз больше вулканизма на суше. А следовательно совершенно по-другому нужно оценить вклад эндогенного вещества. Мы всегда знали, что вещество сносится реками, что-то приносится по воздуху, небольшие количества из космоса. Но оказалось, что многие элементы приносятся в основном из глубин земной коры. В частности, такой элемент как марганец. Удалось определить, что около 90 процентов марганца происходит из этих глубин.

Почему это интересно – потому что одним из источников полезных ископаемых в океане являются железо-марганцевые конкреции. И у нас эти работы велись в своё время. И даже удалось получить первый металл из этих конкреций. Вот я из кармана достаю медаль, которая сделана из первого металла, полученного из конкреций со дна океана. Таких медалей было сделано около десятка. Потом оказалось, что это пока экономически не очень целесообразно. Но, во всяком случае, в центральной части Тихого океана наша страна имеет участок, который в будущем, когда для этого будут подходящие экономические условия, предполагается разрабатывать.

Стало очевидно, что мы неправильно раньше оценивали вклад различных геосфер в формирование морской воды. Потому что морская вода – это тоже ископаемое. Морская вода существует, по крайней мере, миллиард лет приблизительно в том же составе, что и сейчас.

Но нельзя себе представить, что её состав всегда был одинаков, она всё время меняется. И одно из крупнейших открытий состоит в следующем. Мы сейчас историю морской воды, так же как историю всей тверди, и океанской коры, и связанную с ней историю континентальных океанских плит, всё это мы изучаем в динамике – сколько поступает и сколько уходит. Там циркуляционная система – холодная вода входит, потом нагревается до высоких температур на контакте с лавами и дальше поднимается вверх в виде гидротермальных источников. Так вот, когда морская вода входит, то она отдаёт несколько элементов соединений, которые забираются практически целиком – это магний и ион SО4. Таким образом, получается, что срединные хребты – это как бы совершенно гигантский природный химический реактор, который работает при высоких температурах и давлении, где перерабатывается морская вода. Это сопровождается и образованием рудных построек, и особым миром животных, и всем прочим, что мы сейчас знаем. Во всяком случае, этого раньше не знали и даже не предполагали. Но дальше – больше.

Итак, эндогенное вещество воздействует, причём обратимо, с морской водой. Но дальше мы стали изучать саму морскую воду совершенно с другой точки зрения – не как жидкость или как раствор, а как вещество во взвешенном состоянии. Потому что это источник донных осадков. О донных осадках мы знаем немало, пробурили их, можно сказать, до основания до базальтов, но каким образом они произошли? До сих пор это было неизвестно. А почему это важно? Потому что без этого нельзя понять, как происходят процессы осадкообразования, рудные процессы и прочие.

С применением методов нанотехнологий, которые сейчас стали внедряться, мы стали изучать эти мельчайшие частицы в ничтожных количествах. Достаточно сказать, что в среднем в одном литре океанской воды содержится одна десятитысячная грамма взвешенного вещества. Не буду рассказывать, как мы умудрились это сделать (в нашей стране впервые тоже это удалось сделать), но мы изучили эти осадочные вещества в толще вод. И оказалось, что здесь масса открытий, что все основные представления об осадочном процессе, которые были раньше, приходится оставить, к сожалению. И это интересно не только с точки зрения фундаментальной науки осадочного процесса, но это касается и загрязнений. Каким образом они распространяются, каким образом они удаляются? То есть теперь можно понять эти процессы. Это, конечно, очень большие и очень сложные работы, но, в конце концов, удалось установить, что распределение донных осадков и осадочного вещества идёт совсем не так, как считалось раньше.

В частности, только один пример приведу. Человечество живёт с древних времён на материках и всё в большей и большей мере своей деятельностью загрязняет реки и воздушные массы. Сейчас считается, что громадные масштабы этого загрязнения просто должны привести к большим бедам – прежде всего это выбросы углекислоты, а отсюда парниковый эффект, потепление климата, дальше тает вечная мерзлота, поднимается уровень океана – и катастрофа. Так вот, чтобы это выяснить, необходимо было изучение этих проблем, в том числе и с учётом океана.

Потребовалось изучение этого тонкого осадочного вещества не только в морской воде, но также в морских льдах, в воздухе над океаном, понадобилось понять, каким образом биосфера реагирует в целом. То есть потребовалось провести изучение всех систем, которые образуют единую систему Земли. Когда говорят про потепление климата и катастрофы, то исходят из того, что этим должны заниматься метеорологи. И действительно, вроде бы температура, атмосфера – это то, чем прежде всего они занимаются. Но новый подход, который даёт современное изучение океана, говорит, что мы должны изучить, хотим мы этого не хотим, взаимодействие всех внутренних и внешних сфер.

О внутренних сферах я уже говорил, о внешних сейчас не хватает времени рассказать, но в целом Земля уже сейчас представляется не как стабильная и фиксированная система, а как система очень подвижная, в которой происходит взаимодействие всех сфер – и внутренних и внешних. И когда мы говорим, скажем, о потеплениях, связанных с углекислотой, то выясняется (это опять-таки данные океанологии), что в океане углекислоты в 50-60 раз больше, чем в атмосфере. И что эти процессы изменения углекислотного баланса связаны, прежде всего, с биогеохимическими процессами в океане. И поэтому все прогнозы потепления, разговоры о квотах и так далее, с точки зрения современных данных океанологии – мягко говоря, неосновательны. С моей точки зрения, они не отвечают действительности, потому что масштабы тех процессов, о которых я мельком говорил, намного превышают то, что творит человек.

И ещё бы хотелось сказать (я об этом уже начинал говорить), о загрязнениях, которые с материков стекают в океаны и моря, например, в Балтийское море. Там живут 160 миллионов человек, кроме того, промышленность – всё это сбрасывается постепенно реками в море, и Балтийское море вообще часто, – может быть, сгоряча – называют «помойкой Европы». Но если вы поработаете в Балтийском море, то увидите, что дай Бог, чтобы таких помоек было побольше. А почему это происходит? Это тоже одно из открытий последних лет, названо оно мною явлением биофильтра на границе река-море. Объясню в нескольких словах, что здесь происходит.

Итак, все эти взвешенные и растворённые загрязнения поступают в море, и здесь происходит взаимодействие, с одной стороны, очень тонких, в значительной мере коллоидных, растворов и взвесей, с электролитом морской водой.

И в результате вначале происходит осаждение крупных частиц, в том числе и крупных частиц загрязнений. Затем коллоидные частицы начинают коагулировать и захватывают растворённые формы элементов, переводят их в донные осадки. Таким образом вода просветляется, и возникают условия для развития фитопланктона. Те растворённые остатки, которые прошли, забирает фитопланктон, это диатомовые водоросли, многие другие микроскопические организмы. А после этого фитопланктон является пищей для зоопланктона. Зоопланктон всё это дело отфильтровывает (это система биофильтра) и переводит в донные осадки в виде крупных частиц, пиллетов.

Таким образом, получаются – не очень научно выражаясь – как бы противогаз с тремя ступенями очистки, который надет на устье каждой крупной реки. Мы таким образом изучили великие реки Сибири – это Лена, Обь, Енисей. И сейчас работаем уже на Северной Двине. Оказалось, что 90 процентов взвешенных загрязнений, а точнее – 93, осаждаются здесь. Таким образом, природа сделала так, что человек, как он ни старается, но океан ему далеко ещё не удалось загрязнить. И я думаю, что и нашим потомкам это не удастся.

А.Г. А чем объясняется всё-таки такое незначительное, если сравнивать с материковыми отложениями, количество осадков на дне? всё-таки 300 метров – это не так много, как можно было бы себе представить.

А.Л. Это мало, конечно, это очень мало. Мы сумели определить не только распределение количеств этого взвешенного материала, но и потоки. Есть такие новые приборы, они внедрены всего около десяти лет тому назад, называются «седиментационная ловушка». Это, попросту говоря, большая воронка диаметром около метра, которая устанавливается на тросе, на определённых глубинах. И частицы, которые опускаются сверху вниз, там накапливаются. А снизу – приёмные флаконы, там за определённое время, – месяц, несколько месяцев, год – этот материал улавливается. И мы теперь можем знать, где, что, как, какие потоки существуют, это уже совершенно новая область количественной литологии и геохимии.

И совершенно чётко можно сказать, какой материал, где и как распространяется. И оказалось, что главная часть осадочного материала, 93%, как я говорил, садится в устьях рек. Но тогда, казалось бы, там должны быть какие-то тысячеметровые громадины. Действительно, геофизика показывает, что это так. Но не совсем это и так, если смотреть во времени. Глубоководное бурение показало, что главная часть осадочного вещества накапливается не в середине океанов, а по краям материкового склона. Континенты имеют подводную окраину, которая называется «шельф». Потом бровка шельфа, обычно это глубина от 100 до 200 метров. Дальше идёт крутой склон до глубин в 3-4 тысячи метров, и здесь как раз, у основания склона идёт граница двух типов коры, континентальной и океанической. И эта граница прикрыта сверху громадной толщей донных осадков. Что значит громадной? Это порядка 10-16, 20-ти километров.

А.Г. Ничего себе разброс.

А.Л. А какой же механизм? Раньше мы совершенно не представляли, каким образом это может произойти. А механизм очень интересный – теми же работами по тектонике литосферных плит в сочетании с другими методами удалось установить, что в истории океана были многократные моменты понижения уровня на несколько сот метров. А что при этом произойдёт? Скажем, это у нас шельф, он сейчас под водой, здесь глубина 100-200 метров. Когда уровень воды понижается, скажем, на 300 метров, с шельфа рыхлый материал сбрасывается течениями, волнами. Получается, что сначала всё это накапливается в устьях рек и в предлежащих частях шельфа, а потом сбрасывается, как бы бульдозером сметается к основанию склона.

Это явление я назвал лавинной седиментацией. Она имеет два уровня. Верхний уровень – в устьях рек, и нижний уровень – уровень постоянного хранения осадочного вещества, он отделён двумя-тремя тысячами метров от верхнего. Так вот, может быть, самое существенное то, что оказалось, что именно в маргинальных фильтрах накапливается значительная часть нефти и газа. И многие наши месторождения Сибири именно таким образом сейчас объясняются.

Но возникает сразу мысль: хорошо, если там накапливается, а здесь бульдозером сбросило, то, может быть, и там есть нефть? И долгое время считали, что ничего там нет, пока не начали бурить и почувствовали, уже во время работы «Гломар Челленджера», что там тоже есть признаки газов. У меня на глазах пеналы, в которых хранились керны, разрывало, а это значит, что это газ в твёрдой форме и в форме газогидратов. А следовательно, может быть и нефть.

Но дело в том, что эти месторождения можно так неудачно разбурить, что потом эти выходы нефти не закроешь. Поэтому в районе склонов до сих пор бурение не производится – именно из боязни загрязнения океана.

А.Г. И в принципе, там могут быть определённые запасы.

А.Л. Да. Но сейчас провели геофизические исследования, которые подтвердили потом бурением, пока только опытным, с применением всяких предохраняющих мер. И оказалось, что именно у основания склона находятся гигантские месторождения. Такие месторождения обнаружены у берегов Западной Африки и у атлантических берегов Южной Америки, это Бразилия и страны Африки. Запасы, которые там обнаружены, относятся к категории гигантских и супергигантских.

Таким образом, всякие мрачные прогнозы о том, что нефти нам хватит на 20-30 лет, не имеют силы. Сейчас все прогнозы отодвигается на большие сроки. И, по-видимому, первой, кто начнёт добывать, будет Бразилия…

Погода и биржевые цены

21.08.03

(00:38:20)

Участник:

Алексей Владимирович Бялко – доктор физико-математических наук

Александр Гордон: Насколько мы можем отодвинуть горизонт прогноза?

Алексей Бялко: Далеко не сможем. На это есть принципиальные преграды. Но прогноз тоже бывает разный. Можно предсказать хорошо – на день, хуже – на два. На неделю, в общем, ещё достаточно разумный прогноз. Но существует прогноз, кроме того, на месяц, на два, на три. Там просто включаются другие факторы, там другая точность, другие требования к прогнозу, но он всё равно есть. И наконец, есть прогнозы на столетие, там точности уже совсем мало, но на 50 лет тоже есть прогноз. Но он, скорее, уже не погодный, а климатический. Эту тему мы сегодня не будем затрагивать – потепление климата, это основа для серьёзного разговора. А сегодня я хотел бы с вами побеседовать о вариациях, именно краткосрочных вариациях погоды, о том, что можно сказать о них не только с точки зрения прогноза, но и о распределении этих флуктуаций погоды, которые мы, собственно говоря, каждый день наблюдаем.

Интерес к этому возрастает потому, что последнее время мы видим учащение погодных катаклизмов: наводнений, засух. С климатической точки зрения эти аномалии, по-видимому, будут усиливаться.

А.Г. Мы можем говорить о погоде, о потеплениях, о глобальных изменениях климата – не говоря о климате?

А.Б. Можно. всё равно о климате надо что-то сказать, потому что, чтобы говорить о флуктуациях, перед этим надо вычесть эту самую среднюю величину, которая и есть климат. Он тоже меняется. Поэтому вычитание среднего не всегда однозначно, но в каждой конкретной задаче его можно достаточно точно сформулировать. Я думаю, мы это сегодня увидим.

А.Г. Хорошо. Задача понятна.

А.Б. Я бы хотел, прежде чем говорить о флуктуациях, объяснить вещи, которые, в общем-то, всем известны. Но, тем не менее, простые вещи обычно ускользают от нашего внимания. Хочу сказать о физической основе этих колебаний погоды. Они приносятся к нам ветрами. А вот отчего возникает ветер, вам приходило в голову? Отчего вообще: «О чём ты воешь ветр ночной, о чём так сетуешь?..»

А.Г. В самых общих чертах я, наверное, смогу ответить на этот вопрос, но, честно говоря, не вдавался в детали.

А.Б. Ответ на него очень прост. Это явление физически называется – конвекция. Конвекцию понять просто: вот кастрюля у вас стоит на плите, снизу она подогревается, а сверху охлаждается. И собственно говоря, то же самое происходит с земной атмосферой. За моей спиной, на картинке, по-видимому, Земля, и жёлтыми стрелками обозначены солнечные лучи, которые на неё падают. Атмосфера наша достаточно прозрачна, поэтому существенная часть этих солнечных лучей достигает земной поверхности, океана или суши. И нагревает именно её. В атмосфере есть слои, которые поглощают излучение, в частности, озоновый слой. Но он берёт всего 2-3 процента солнечного излучения. Есть рассеивание излучения, которое сразу уходит в космос. А существенная часть, процентов 60-70, достигает земной поверхности и её согревает. И атмосфера прогревается снизу. Это вызывает восходящие потоки воздуха. Вот они изображены стрелками, вверх от самой поверхности земли. Они вовлекают с собой водные пары, и из-за этого, поднимаясь и охлаждаясь, образуются облака.

Но что нам важно: в основном солнечные лучи падают в район тропиков, и тропики поэтому, естественно, как мы знаем, прогреваются сильнее. И поэтому возникают потоки воздуха от тропиков на север и, соответственно, на юг (следующий, второй слайд, пожалуйста). И вот возникает система конвекции, глобальной конвекции. Справа показаны эти потоки, которые отходят от экватора к средним широтам. И там воздух начинает опускаться. Из-за того, что Земля вращается, такое прямолинейное движение ветра невозможно. Есть сила Кориолиса, которая закручивает потоки воздуха в Северном полушарии в одну сторону, в Южном – в другую сторону. Отсюда возникает некая симметрия Южного и Северного полушария. И от экватора возникает поток, идущий вдоль экватора с востока на запад – это пассаты.

Пассаты – это главные ветры на Земле, они есть как бы движущие силы всех остальных ветров. Сейчас мы к ним перейдём. А с другой стороны – они же порождают морские течения. И это постоянно действующий механизм (тут для простоты не нарисованы континенты). Но течения сталкиваются с континентами и отклоняются на север и на юг от экватора. Мы говорим сейчас об атмосфере, поэтому течения нас сейчас меньше интересуют, хотя для погоды это тоже очень важная составляющая. И погода на земле зависит от конкретного расположения континентов.

Но, казалось бы, ветры должны дуть от экватора и где-то в районе полюсов возвращаться. Но получается не так. Получается, что возникает на Земле как бы три таких конвективных ячейки, они называются: ячейка Хедли, Феррела и Полярный антициклон (на рисунке изображены слева). И поэтому в нашей полосе средних широт ветры дуют в основном с запада на восток. Вернее, ветры-то дуют во все стороны, а вот движение циклонов и антициклонов происходит с запада на восток, к нам они приходят из Европы. А на Европу надвигаются с Атлантического океана. Это как раз и даёт возможность предсказывать погоду, потому что мы в принципе знаем основные направления перемещения циклонов и антициклонов. Но что такое сами эти циклоны и антициклоны, более мелкие ячейки, чем основные ячейки конвекции?

Возникает непрерывное дробление общей конвективной картины на всё более мелкие и мелкие ячейки. Здесь самые большие антициклоны изображены как основные ячейки конвекции. На их фоне возникают более мелкие. И так до самых малейших дуновений ветерка. И вся эта гамма возмущений, весь спектр размеров циклонов, он и отражается в колебаниях, он сказывается на тех флуктуациях погоды, о которых мы будем говорить.

А.Г. Раз уж мы говорим о простых вещах – чем отличается циклон от антициклона?

А.Б. Третий слайд покажите, пожалуйста. Они тут изображены. Средний рисунок – это вертикальная плоскость. В циклоне воздух поднимается и, охлаждаясь наверху, образует облака. Поэтому при циклонах небо покрыто облаками. При этом на поверхности Земли воздух сходится к центру циклона, поднимается и наверху расходится. И эти направления изображены снизу и сверху. Снизу – на поверхности Земли, сверху – наверху, в верхних слоях тропосферы.

А закручиваются они потому, что существует сила Кориолиса. Это изображение для Северного полушария. В Южном полушарии направления закрутки будут обратные. Но циклоны – всегда области пониженного давления на поверхности Земли и повышенного сверху. А антициклоны – это области повышенного давления на поверхности Земли и пониженного – сверху. Самые верхние и самые нижние кривые относятся как раз к давлению на поверхности и, наоборот, в верхних слоях атмосферы.

И вся такая система ветров, она движется, она не стоит на месте. Поэтому циклоны всё время замещают антициклоны. И грубо говоря, у нас половина поверхности Земли покрыта из-за этого облаками, а половина – это ясная, солнечная погода, когда ветер опускается, движение происходит сверху вниз. Воздух при своём движении вниз согревается, и облака не образуются.

Это и есть причина того, что у нас погода бывает разная, причина того, что дуют ветры и причина того, что возникают температурные вариации. Погода, конечно, это не только температура, но температура – одна из простых характеристик, которые легко измерить, легко отследить. И на протяжении более чем столетия в тех широтах, где люди живут, которые населены, и примерно столетие вблизи полюсов и на океанах температуру измеряли достаточно качественно. И теперь эти данные сведены вместе. Я хочу показать эти данные – давайте подряд, с 7-й картинки. Восьмую, девятую, десятую, а потом ещё раз на них посмотрим.

Это ход температуры для нашего Северного полушария, для разных широт более чем за сто лет, с 1880 по 2000-й. Мы видим – посерёдке проведена усреднённая кривая – мы видим, что на всех четырех картинках она повышается. Повышается не совсем монотонно, но это и есть то, о чём мы…

А.Г. То, что заставляет говорить о глобальном потеплении…

А.Б. …не будем сегодня говорить, то есть потепление климата. А вот это средние широты. И другие покажите, чтобы можно было их сравнить. Там внизу подписаны широты, это самые северные, давайте на нём остановимся, потому что размах флуктуаций там наибольший. Все рисунки сделаны в одном размере, но если присмотреться к вертикальной шкале (в градусах), то видно, что размах самый большой – в северных широтах. А самый маленький – вблизи экватора.

А теперь давайте посмотрим, как распределены эти отклонения. Это 10-й слайд.

Вот распределение флуктуаций температуры для этих четырех полос, четырех земных поясов, они сведены на одной картинке. У нас по горизонтали отложены флуктуации температуры, а по вертикали – это гистограмма, она показывает, сколько флуктуаций приходится на данный отрезок отклонения температуры. Самая узкая и самая высокая кривая – это экватор и тропический пояс. А самые широкие, самые большие по амплитуде колебания – это гистограмма для самых северных широт.

Ещё одна существенная особенность этих кривых: они не гауссовые. Существует так называемое нормальное распределение. Покажите 11-й рисунок.

А.Г. Колокольчик Гаусса, так называемый.

А.Б. Да, колокол Гаусса. Колокол Гаусса, – и неслучайно он называется нормальным распределением. Есть в теории вероятностей центральная предельная теорема, которая доказывает, что если вы складываете много независимых случайных событий, то у вас в результате распределение должно быть гауссовым. А здесь, для температуры оно получилось не гауссовым. Выходит, что большие отклонения оказались более вероятны, чем гауссовы. А вблизи малых отклонений, там нечто вроде колокола Гаусса тоже есть, поэтому интуитивно мы погодные отклонения считаем как бы нормальными. Но большие отклонения, большие флуктуации погоды более вероятны, чем в нормальном процессе. И это очень существенно для предсказаний катастроф, для статистики, скажем, наводнений. Оказывается, если считать, что наводнения распределены нормальным образом относительно некого среднего, то эта картина будет очень далека от реальности, мы не сможем предугадать именно те большие отклонения, которые будут катастрофичны. Эту особенность погоды надо принимать во внимание, она неочевидна.

Давайте вернёмся, посмотрим на эти температурные кривые, на одну из них, ну скажем, на седьмую, ещё раз. Вы видите, как часты большие отклонения от среднего. Они не флуктуируют вокруг середины, а дают тонкие выбросы, которые и есть, собственно говоря, катастрофы. Представьте, что у вас среднемесячная температура выше на несколько градусов. В течение целого месяца держится аномалия – это и есть засуха. А если температура надолго опустилась низко, это, возможно, приведёт к неурожаю. То есть это тоже приведёт к экономическим следствиям, которые надо предсказывать и которые надо хотя бы статистически иметь в виду. Сейчас мы говорим не столько о конкретных предсказаниях погоды, сколько о такой статистике.

А.Г. Позвольте мне задать вопрос на понимание. Когда я слышу по радио прогноз погоды, и при этом мне сообщают, что среднесуточный показатель для сегодняшнего дня за сто лет наблюдений такой-то, это значит, что я менее всего должен ожидать именно такого – максимума или минимума – в этот день. То есть он менее вероятен, чем флуктуация.

А.Б. Раз вам говорят, что мы побили рекорд за сто лет, так это же и есть это самое аномальное отклонение.

Правда, надо опять-таки вспомнить, что потепление климата происходит, и у нас растёт количество этих аномальных отклонений, вы видите правую часть этой кривой – она, так сказать, начинает зашкаливать.

А.Г. Причём вверх.

А.Б. Причём вверх, да. Потому что средняя температура идёт вверх. Но аномалий становится тоже больше. Или растёт количество наводнений. Возможно, растёт за счёт средств массовой информации, нам, может быть, раньше не так часто говорили о наводнениях. Но статистика показывает, что их действительно становится больше.

А теперь я хотел бы, так сказать, перекинуть далёкий мостик и обратиться к другой части объявленной темы нашей беседы – к биржевым колебаниям, колебаниям цен на биржах. Это поразительная вещь, поразительное совпадение, что статистика биржевых колебаний оказалась очень близкой к погодной. О причине этого, может быть, я расскажу немного в конце, потому что тут есть что сказать, что объяснить, но давайте просто посмотрим конкретный график поведения биржи. Давайте 13-й график.

Это данные с 1997-го, если я правильно вижу, года. Так вели себя цены на нашей бирже, на РТС, цены трех ведущих компаний: «РАО ЕЭС России», «Лукойла» и «Газпрома». Вот, например, 98-й год, кризисный год, о котором все наслышаны. Это было глубокое падение биржевого индекса и, в частности, цен этих компаний. Они вели себя, в общем-то, почти одинаково, потому что это было свойство нашей экономики в целом.

Вот этот самый глубокий провал. Мы все знаем, что вроде бы кризис у нас был в августе, но если посмотреть (тут, может быть, при таком разрешении не очень отчётливо видно), то ведь он начался задолго до августа, в апреле-мае. И поэтому можно было, так сказать, предчувствовать многое… А продолжался кризис опять-таки дольше месяца – свой минимум он прошёл вовсе не в августе, а в октябре – лишь с октября начался рост.

Сейчас я не хотел бы говорить о биржевых предсказаниях, хотя сразу скажу, что это совпадение с температурой, о которой мы сейчас говорим, оно, в частности, даёт возможность утверждать, что биржа есть термометр страны. И по поведению биржевых индексов – по поведению всего комплекса акций на бирже – можно судить об экономике в целом и можно делать отдельные предсказания.

Но давайте посмотрим, как ведут себя отклонения. Вот за день произошли отклонения, скажем, на 1% или 2%, или 3, а вот как распределены эти отклонения. Видно, сколько раз у нас возникали дневные отклонения на 0,2%, сколько на 0,3%. Пожалуйста, 14-й график.

Вот распределения этих трех компаний: «Газпром», «РАО ЕЭС», «Лукойл», они разными цветами изображены. А по середине, наиболее узкое распределение – это…

А.Г. Доу Джонс.

А.Б. Да, распределение дневных отклонений индекса Доу Джонса. Оно здесь показано просто для того, чтобы понять, что наша биржа имеет флуктуации существенно большие, чем у них. Правда, вообще говоря, каждая отдельная акция всегда имеет большие флуктуации, чем биржевой индекс.

А.Г. То есть индекс Доу Джонса ведёт себя здесь, на этом графике, приблизительно как погода на экваторе.

А.Б. В общем, да, правильное сравнение. Но в данный момент я хотел бы обратить внимание на форму этой кривой, она тоже не Гауссова, по форме это не колокол получается, а как бы сглаженный треугольник. Но важно, что форма очень близка к погодному распределению. Правда, и для погоды, и здесь, этот треугольник снизу немного загибается вверх – это уже не экспоненциальное падение, а степенное поведение. Но точность графика на очень больших отклонениях невелика, вы видите, как он сильно флуктуирует. Точность уже не настолько большая, чтобы этот график как-то уверенно аппроксимировать. Поэтому в первом приближении, на взгляд, это распределение очень похоже на погодные отклонения.

Можно сказать и о том, что, конечно, уже меньше относится к науке. Это просто наблюдение подобия, но, тем не менее, отсюда можно сделать и конкретные выводы. Опять же, как и в случае погоды, в представлении большинства людей поведение биржи происходит нормальным образом, то есть всем кажется, что большие отклонения настолько маловероятны (как в гауссовом нормальном случае), что можно их и не принимать во внимание. Однако, именно те, кто чувствует, что отклонения изредка могут быть большими, они – скажем так, и выигрывают больше. Это так же, как и в случае погоды: если вы имеете представление о том, что катастрофа не так уж маловероятна, то её можно, если не предчувствовать, то по крайней мере, иметь в виду. Скажем, вы рассчитываете высоту плотин, дамб, предохраняющих от наводнения. Вы должны закладываться не на те наблюдения, которые прошли за сто лет, за период наблюдений, а должны заложить ещё немного и даже ещё порядочно, чтобы предупредить то наводнение, которого, может быть, не было за эти сто лет, но вероятность которого, тем не менее, существенна.

А.Г. И чтобы не случилось как в Голландии, когда дамбы рассчитаны были как раз, наверное, исходя из гауссовой вероятности, а затопило полстраны.

А.Б. Да, да. Но давайте вернёмся к поведению нашей биржи. 13-ю картинку, пожалуйста. Это к вопросу о том, можно ли вообще предсказать что-то конкретное. Вот, посмотрите, интересные есть места: вот у нас 2000 год. К сожалению, тут надо бы показать его в более крупном масштабе, но тем не менее…

А.Г. Но падение очевидно, да.

А.Б. Нет, нет, в сам 2000-й год…

А.Г. Ах, 2000 год…

А.Б. Перед 2000-м годом…

А.Г. Падение, да.

А.Б. Было падение, но перед началом 2000 года – рост. Вот это момент отречения Ельцина – а за ним пик. Момент президентских выборов – ещё более резкий пик. А потом – падение. У нас на носу ещё одни президентские выборы…

А.Г. Это значит, что биржа будет расти.

А.Б. Я бы так сказал: с большей вероятностью будет расти, чем падать. Потому что никакое точное предсказание насчёт биржи делать нельзя, это опасно.

А.Г. Ну да, «знал бы прикуп, жил бы в Сочи».

А.Б. Но, тем не менее, что-то сказать можно.

Теперь я хотел бы вернуться опять к научной части нашей дискуссии, потому что поведение игроков на бирже во многом определяется психологией, а чувствовать её – искусство. А научная составляющая там невелика. Хотя финансовая наука существует, то, о чём я говорил – это отнюдь не я изобрёл. Есть многотомные исследования биржи. Надеюсь, что после нашей программы будет ссылка на них на сайте. Но давайте вернёмся к погоде и посмотрим на график 9-а.

Вот те флуктуации температуры, о которых я говорил, которые прошли за 120 лет. Это случайная функция, и есть несколько способов анализа случайных функций и извлечения из них разной информации. То, о чём я говорил до этого, были распределения вариаций температуры. А это Фурье-анализ этих отклонений. То есть вопрос стоит так: колебания есть частые, есть редкие, спросим, есть ли характерные частоты в этих колебаниях? По графику, когда на него просто смотришь, очень трудно уловить глазом характерные колебания, потому что они присутствуют в любой продолжительности. А Фурье-анализ, или вейвлет-анализ, позволяет это сделать более точно. Делается следующее. Выбирается изменяющийся временной отрезок, постоянный по длине, который пробегает все наши измерения. Внутри каждого такого отрезка (обычно берётся треть длины, значит, если 120 лет – то 40-летний отрезок) проводится Фурье-анализ, то есть выделяются характерные частоты. И они откладываются на графике. Чем больше пик колебаний на данной частоте, тем более тёмным цветом она закрашена. Но почему этот вопрос интересен с теоретической точки зрения?

Вы уже знаете, что погода у нас определяется Солнцем. А на Солнце, как вы тоже знаете, есть 11-летние колебания. И поэтому вполне логична мысль и впервые её высказал Чижевский (её, по-видимому, многие высказывали, но он очень отчётливо её сформулировал), что раз на Солнце есть 11-летние колебания, то они должны проявляться и в земной атмосфере. Так вот оказалось, что как раз 11-летних колебаний мы здесь и не видим. А есть колебания пяти-шестилетние, которые, удваиваясь, дают нечто похожее на 11-летние колебания. Эти 6-летние колебания, в свою очередь, есть следствия явления Эль-Ниньо. В Тихом океане, раз в 6 лет – примерно с таким периодом – возникает прогрев океанской массы, и это наиболее крупная флуктуация погоды на Земле.

Интересно, что она связана с колебаниями земной оси. Земная ось имеет так называемые Чандлеровские колебания полиса с близким периодом. И связи этих колебаний отчётливо прослеживаются. Кроме того, здесь на графике отчётливо виден ещё годичный период, но на него не стоит обращать внимания, это как бы порок неточного выделения средней, климатической составляющей. Мы же вычли сезонный ход температуры: зима, лето, весна, осень. Здесь мы говорим только о её колебаниях над общим сезонным ходом.

Очень интересно, что на этих графиках, как оказалось, тоже обнаруживается явление Эль-Ниньо. Самые зачернённые области как раз и соответствуют этому явлению. Так что погода – вещь, конечно, очень сложная и плохо предсказуемая. Но статистика позволяет с ней немножко как бы разобраться. И если не справиться с конкретным предсказанием, то понять, чего, в принципе, можно ожидать от погоды – и от биржи.

А.Г. Эль-Ниньо, в последние годы, если мне не изменяет память и если я прочёл верную информацию, тоже ведёт себя странно. Там как бы флуктуация внутри этой гигантской флуктуации происходит.

А.Б. Это общая картина на Земле, когда большой циклон разбивается на маленькие и ещё меньшие, и существует весь спектр. И Эль-Ниньо, хотя мы и говорим о его периодичности, но одно вовсе не похоже на другое. Каждый раз оно проявляет себя по-своему. В этом смысле оно тоже трудно прогнозируемо. Но интересно, что колебания в Тихом океане, который географически очень далёк, скажем, от Европы, задают ритм всем земным колебаниям. И от него как бы волнами разбегаются следствия, прежде всего, на Америку, которая ближе, но даже и на Европу.

Кроме того, существуют другие колебания. В Атлантическом океане тоже происходят температурные колебания между севером и югом. Это второе по своей амплитуде, по значимости глобальное колебание погоды. У него нет своего характерного периода, оно как бы вторично. Но тоже с продолжительностью в несколько лет.

А.Г. А чем объясняется наличие на Земле неких зон возле, скажем, Южной Калифорнии, где круглогодичная температура подвергается наименьшим флуктуациям, наверное, во всей Северной Америке. То же самое можно сказать и о выпадении осадков в каком-нибудь Сан-Франциско или Сан-Диего – 25 градусов круглый год, безоблачное небо.

А.Б. Есть, наоборот, места на Земле, где дождь почти не прекращается, это, например, Исландия. Да, климатически им повезло. Но, вообще, если вернуться ко второму рисунку, то у нас на Земле есть зоны, где присутствует постоянный антициклон, где сверху воздух поднимается над экватором, образует облака, часто идут дожди. А там, где воздух опускается на широте 25-30 градусов, там ясная погода. Но это небольшое счастье, потому что эта широта как раз соответствует поясу пустынь на Земле. Все величайшие пустыни расположены именно на этих широтах в Северном полушарии. И в Южном тоже есть, но там просто суши поменьше. А жизнь в пустыне – это хорошо для Калифорнии, где вы имеете постоянное водоснабжение. Но вообще, жизнь в пустыне не подарок, там же и Долина смерти находится, совсем рядом.

А.Г. Совсем рядом, да.

А.Б. Да, так что проблема воды на Земле, и особенно в пустынных районах, это ещё одна большая глубокая тема, которую я очень рекомендую вам как-нибудь обсудить.

А.Г. Непременно. Возвращаясь к бирже. Если мы проводим аналог между поведением погоды и поведением биржевого индекса, то нельзя ли попробовать определить (я понимаю, что мы, наверное, выходим за рамки научного знания, но всё-таки, если уж мы начали размышлять об этом), какие конвекционные потоки вызывают похожие изменения на бирже?

А.Б. Вы знаете, тут вы, по-видимому, интуитивно угадали, и я об этом тоже хотел сказать, но всё это пока в области догадок. Есть схожесть конвекции потоков тепла и денег. Возьмём конкретный пример: ввели евро, и сперва оно никому особенно не было нужно – пока было безналичной валютой. Потом оно появилось в наличном виде. Потом оно понадобилось большему числу банков, и, в конце концов, простых людей (не европейцев), в результате пошёл поток перетекания денежных средств от доллара к евро, что и привело к тому, что евро стало расти, а доллар падать. Именно эта тенденция сейчас настолько острая, что она во многом определяет поток денег. Он внутри разбивается на меньшие конвекционные потоки, и всё более и более дробится. Схожесть конвекции и денежных потоков на рынках, я думаю, стоит проанализировать более подробно. Но для этого уже недостаточно иметь только информацию о биржевых индексах.

А.Г. К слову об информации. Мне представляется, что поскольку информация оказывает главное влияние на поведение биржи, – информация доступная всем и каждому, на основе которой каждый и все принимают решения – мне кажется, здесь тоже есть какое-то конвекционное движение, в обмене информации…

А.Б. Во-первых, одновременно она не бывает доступной каждому, информация идёт как бы волной распространения. Даже если посредством Интернета она моментально становится всем доступной, – скажем, Алан Гринспен выступает, а все слушают его речь, – это, действительно, общая информация…

А.Г. Или Сорос говорит, что он обрушит доллар.

А.Б. Но, тем не менее, и Сороса ещё надо внимательно прочесть, надо найти в Интернете это место, прочитать. Но особенность этой всеобщей информации в том, что её каждый понимает по-своему. Поэтому она и не приводит к однонаправленному движению. И тому же Соросу – одни люди верят, а другие думают, что это он говорит нарочно.

А.Г. Даже на уровне терминологии получаются смешные параллели, потому что, когда индекс любого рынка высок, говорят, что «рынок разогрет».

А.Б. И это тоже не слишком хорошо.

А.Г. Да, я просто в контексте нашего разговора отмечаю, что «разогретый рынок» – это ещё одна параллель климатическим процессам…

А.Б. Ну, нам до разогретости ещё достаточно далеко.

А.Г. Вы имеете в виду наш рынок?

А.Б. Сперва разогреемся как следует, а потом уж будем об этом печалиться.

А.Г. Сперва оттаять нужно, а потом уже разогреваться.

А вы сами-то играете на бирже, нет?

А.Б. Свободного времени не так много, но я всё-таки принимаю участие, да.

А.Г. И пользуясь вашими знаниями, вы в плюсе или в минусе?

А.Б. Ну, в общем, получается…

Гамма-всплески

26.08.03

(хр.00:50:14)

Участники:

Борис Евгеньевич Штерн – кандидат физико-математических наук

Алексей Степанович Позаненко – кандидат физико-математических наук

Борис Штерн: 60-е годы были славными и для астрофизики. Самыми урожайными на великие открытия. Навскидку можно назвать, по крайней мере, 4 таких великих открытия.

Алексей Позаненко: Астрофизических открытия.

Б.Ш. Да, я говорю про астрофизику. Первое – это знаменитое открытие реликтового излучения. Реликтовое излучение – это свет, который остался во вселенной с самых ранних времён, когда она была совсем молодой и горячей, с тех пор этот свет стал радиоволнами. И именно их в 65 году зарегистрировали Пензиас и Вильсен. Они не знали, что они открыли, но это было предсказанное открытие.

Следующее открытие – пульсары. 67-й год. Радиотелескопы нашли на небе пульсирующие источники. Причём с очень чётким периодом – в секунды. Как будто внеземные цивилизации посылают нам сигналы. Но довольно быстро и здесь нашлось рациональное объяснение, поскольку в теории уже существовал подходящий объект. Это нейтронная звезда. По происхождению нейтронная звезда – это труп обычной звезды, только больше, чем Солнце. По сути, это очень своеобразное чудо природы – это шар радиусом 10-20 километров, то есть размером с Москву, но с массой больше, чем масса Солнца. Его плотность больше плотности воды на 14-15 порядков. Кроме того, он обладает огромным магнитным полем, и вся эта конструкция вращается со скоростью иногда до 600 оборотов в секунду. Всё это работает как радиомаяк, отсюда и получаются эти импульсы. Это нам ещё понадобится – нейтронные звёзды будут персонажем нашей истории.

Следующее, а точнее, первое по хронологии, великое открытие – это квазары, они были открыты в 63 году. Наблюдали звёзды, как будто очень горячие, с совершенно непонятным спектром. И когда этот спектр расшифровали, тут и случился шок. Оказалось, что они обладают спектром известных элементов, но только смещённым в красную область – на 20 процентов, на 50 процентов, иногда даже в 2 раза. Природа красного смещения была более-менее понятна – это эффект Доплера. Объект от нас удаляется со скоростью, сравнимой со скоростью света – это соответствует модели расширяющейся вселенной. Но тогда мы должны поместить квазары на миллиарды световых лет от нас. Итак, они светят ярче галактик, в тысячи раз ярче галактик.

Мы будем использовать дальше термин «космологическое расстояние», это расстояния, сравнимые с расстоянием до горизонта вселенной. А что такое «горизонт», мы ещё скажем. Наконец, в конце 60-х годов были открыты космические гамма-всплески. С квазарами разобрались примерно за 10 лет, где-то к середине 70-х уже было более-менее понятно, что это такое – это сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик, которые всасывают в себя окружающее вещество, это называется аккреция, от этого они и светятся. А вот с гамма-всплесками была совершенно другая эпопея. Они водили за нос исследователей всего мира четверть века. Только в последние несколько лет завеса чуть-чуть приоткрылась. Но и сейчас мы не можем сказать, что хоть чуть-чуть приблизились к тому пониманию, которое было достигнуто для квазаров где-то уже в 70-х годах.

Начнём с открытия. Из нас двоих Алексей в большей степени наблюдатель, ему слово соответственно.

А.П. Да, экстравагантность открытия всплесков состояла в том, что были открыты не научными приборами, а спутниками-шпионами «Вела», запущенными для контроля за соблюдением договора о неиспытании ядерного оружия в средах. Таких спутников было запущено много, они имели название «Вела». В 69-м году была запущена «Вела-5». Именно эти спутники стали регистрировать вспышки, мощные вспышки гамма-излучения. Что это было такое? По кривой блеска, по количеству это не могли быть земные источники, связанные с испытанием. В то время достаточно сложно было определить направление прихода, потому что детекторы смотрят в 4 . И лишь благодаря тому, что было несколько таких космических аппаратов, то по задержке времени прихода фронта удалось определить, что, по-видимому, с большой долей вероятности, они приходят не с Земли. Ну, и количество сыграло роль. В общем, их было зарегистрировано несколько десятков, порядка 20 на этих спутниках. Такого количества испытаний просто ни одна страна не могла себе позволить.

Александр Гордон: За какой период?

А.П. С 69 по 73 год. Потом первый каталог насчитывал уже порядка 70 всплесков, потому что, когда вернулись назад, посмотрели предыдущие эксперименты на спутниках Вела-3, Вела-4, нашли всплески ещё и там.

Красивая история об открытии всплесков говорит о том, что в 73 году прошлого века эта данные рассекретили, и была опубликована первая работа. На самом деле всё было гораздо прозаичнее. Исследователь Рэй Клебесадел, разработчик этого прибора, когда было точно выяснено, что эти источники находятся не на Земле, положил эти данные в стол и лишь только в 72 году по просьбе начальства он вернулся к исследованию этих необычных явлений, необычных кривых. В 72 году он вернулся к исследованиям, а в 73 году была опубликована первая статья. И как раз в июне 73 года она была опубликована, то есть в этом году исполнилось 30 лет с тех пор, как были открыты гамма-всплески. 30 лет, и за эти 30 лет мы зарегистрировали очень много всплесков, больше 3 тысяч, во множестве космических экспериментов на различных космических аппаратах. Вот такая экстравагантная история.

А.Г. Какие приборы стояли на этих спутниках?

А.П. Это были сцинтиляционные детекторы, которые могли измерять достаточно жёсткое излучение – от 30 КэВ до 2 МэВ.

Б.Ш. Довольно небольшие по размеру, кстати.

А.П. Да, небольшого размера. Они были предназначены для того, чтобы контролировать испытания, а открыли такое замечательное явление, которым мы продолжаем заниматься уже достаточно долго. И эти всплески водят нас за нос и, по-видимому, ещё будут водить.

Б.Ш. В то время было совершенно неизвестно, откуда приходили всплески. Их наблюдали просто в виде внезапного роста темпа отсчёта гамма-квантов. Покажите следующую картинку, если можно. И эти кривые совершенно разные. На самом деле, трудно себе представить, что это всё относится к одному и тому же явлению. На самом деле, они вписываются в единую статистику, и похоже, что здесь просто работают какие-то неустойчивости, какая-то стохастика, природа играет в кости, когда генерирует эти кривые. Ко всему прочему – это очень яркий феномен. Чтобы открыть какое-то новое явление, как правило, требуются дорогие прецизионные установки. А вот это можно было открыть детектором размером с монету – будь он помещён на спутнике. По яркости это явление сравнимо с яркими солнечными вспышками – но Солнце рядом, а это неизвестно где.

А.Г. То есть их мог бы зафиксировать даже бытовой счётчик Гейгера.

А.П. Совершенно верно, но только будь он на орбите.

Б.Ш. 100 фотонов в секунду через сантиметр квадратный – вот характерная величина.

Что тогда думали по поводу этих всплесков? Думали, что это нейтронные звёзды, о которых мы говорили. Они вообще богатые на всякие неожиданные явления. Но тем временем история продолжалась…

А.П. Что только не думали, было достаточно много гипотез, мы расскажем про это, но после открытия всплесков их исследованию стали посвящать специализированные эксперименты. Таких экспериментов было достаточно много. Если мы посмотрим на следующую картинку, то увидим, сколько было экспериментов, которые исследовали космические всплески. Здесь на двух картинках перечислены эти эксперименты. Достаточно сказать о самых выдающихся, на наш взгляд.

С американской стороны это «Пионер Венера Орбитер», спутник, на котором был установлен детектор гамма-всплесков. И американский же «Солар Максимум Мишн». Но Советский Союз тоже не был в стороне от этих исследований. Это были такие эксперименты, такие как «Конус», разработанный в питерском Физтехе Евгением Павловичем Мазецем, «Снег» на космических аппаратах Венера-11-14. «Снег» был советско-французский эксперимент, а И.В. Эстулин руководил этим экспериментом в ИКИ. В общей сложности советские эксперименты зарегистрировали порядка 200 всплесков за эти годы.

А.Г. Я вижу, что по крайней мере 10 из этих экспериментов продолжаются и по сей день.

А.П. Да, да, и сейчас исследования продолжаются. И мы, наверное, пару слов попозже скажем об этом. Что же эти эксперименты дали? Они определили не направление прихода всплесков, а сам факт регистрации этих всплесков.

Б.Ш. Общую статистику.

А.П. Да, общую статистику. И направление можно было определять примерно по триангуляции – когда в пространстве расположено много спутников, то по времени задержки прихода плоского фронта можно было строить дуги, и дальше эти дуги где-то пересекались. Это называется error-box, т.е. область локализации всплеска. Они были достаточно большими. И люди пытались смотреть в эти области локализации (боксы) другими приборами, оптическими в частности. И ничего там не находили, эти боксы были пустые!

Б.Ш. Поэтому по-прежнему подозревали нейтронные звёзды. И однажды показалось, что это точно подтвердилось, что это доказано.

А.П. 5 марта 79 года случился очень мощный всплеск. Надо сказать, что он был зарегистрирован сразу же семью аппаратами, которые летали либо на орбите Земли, либо на межпланетных траекториях. Чем этот всплеск был замечателен? Он был очень мощный. Но это не всё. Удивительно, но в этом всплеске нашли период в пульсациях – порядка 8 секунд, чуть меньше 8 секунд. Что такое 8 секунд? 8 секунд это…

Б.Ш. Вращающаяся нейтронная звезда.

А.П. Да, вращающаяся нейтронная звезда. Близко по периоду к радиопульсарам, – хотя и больше, чем у них, но близко. Казалось, что проблема всплесков закрыта, по крайней мере, решена, потому что это пульсар, нейтронная звезда. В общем, радости было много, материала для исследований было много. Но в дальнейшем оказалось, что этот класс явлений, он маскировался под всплески.

Б.Ш. Это были не гамма-всплески.

А.П. Это был класс явлений, который потом получил название Софт Гамма-Репиторы (SGR).

Б.Ш. На одном из семинаров это предложили перевести как «мягкий повторитель», но мы не берём на себя такую смелость.

А.П. Да, очень трудно иногда переводить какие-то термины.

Итак, в чём оказалось его отличие от классических всплесков, о которых мы ведём речь? Оказалось, что энергетический спектр этих событий чрезвычайно мягкий. Он сильно отличается от классических всплесков, это во-первых. Во-вторых, оказалось, что они умеют повторяться. То есть если классические всплески никогда не приходят из одной точки пространства, то эти Софт Гамма-Репиторы повторялись, было найдено до сотни периодов активности этого источника. На сегодняшний день известно 5 Софт Гамма-Репиторов, которые периодически проявляют свою активность. Все, кроме одного, принадлежат нашей Галактике.

А.Г. То есть природа этих явлений совсем другая.

Б.Ш. Совсем другая и тоже очень интересная. Это другая загадка.

А.П. Сейчас это уже стало отдельно исследуемым подклассом явлений.

Б.Ш. Но, тем не менее, после некоего разочарования или, может быть, новой находки…

А.П. После ухода с этого ложного пути.

Б.Ш. Да, всё равно продолжали думать, что это нейтронные звёзды, просто какое-то другое их проявление, потому что это действительно чудо природы, богатое на разные эффекты.

Но здесь стало появляться одно смущающее обстоятельство, а именно – мы живём в плоской спиральной галактике. Вот снимок телескопа «Хаббл», на котором изображена реальная группа галактик. Это не фотомонтаж, это действительно такая группа. Та, которая снизу, видна ребром, она даёт хорошее представление о геометрии.

А.Г. И похожа на нашу Галактику…

Б.Ш. На наш Млечный Путь.

И если бы это были нейтронные звёзды, то мы должны были ожидать, что они распределены в плоскости этой галактики, там, где они рождаются. И все известные эффекты, которые связаны с нейтронными звёздами, они концентрируются в плоскости Млечного Пути. Эта плоскость нашей Галактики. Так вот, иногда удавалось определить направление, откуда пришёл гамма-всплеск. Оказывается, это направление было случайно разбросанным по небу и никуда не концентрировалось.

А.Г. То есть отовсюду. Мог отсюда, мог оттуда…

Б.Ш. Отовсюду. Тогда предложили такую идею. Хорошо, может быть, они не очень яркие и, может быть, мы их видим только с расстояния порядка толщины галактического диска? Вот мы сидим где-то здесь и видим гамма всплески вокруг себя. Так рассуждали в то время. Интересно взять «Маленькую энциклопедию космоса» издания 86 года. Там написано, что это, скорее всего, нейтронные звёзды. И там есть одна характерная фраза: «Источники гамма-всплесков обладают поразительной энергетикой. За вспышку излучается 10 в 40-ой степени эрг». Запомните эту цифру – 10 в 40-ой эрг – она ещё будет меняться. Что это такое? 10 в 40-ой эрг – Солнце столько выделяет примерно за месяц. А здесь за секунды и в гамма-диапазоне, конечно, это много и поразительно.

А.Г. Только в гамма-диапазоне?

Б.Ш. Только в гамма-диапазоне, да. Итак, было это смущающее обстоятельство. И пока так думали, комбинировали все эти геометрии, началась новая эпоха. Это начало 90-х годов. Запустили новый аппарат.

А.П. Долго ожидаемая обсерватория имени А.Комптона была посвящена исследованиям высокоэнергичных явлений в космосе. В частности, там был установлен прибор БАТСЕ (BATSE), который регистрировал всплески. Уникальность этого прибора была в том, что он был в 10 раз более чувствителен, чем работавшие прежде. Там были большие блины, большие детекторы, полуметровые, их было 8 штук, это с одной стороны. С другой стороны, его уникальность была в том, что он мог регистрировать в режиме реального времени направления прихода всплесков. С не очень большой точностью, порядка трех градусов, но этого было достаточно, чтобы построить то самое распределение и посмотреть, есть ли там концентрация к плоскости галактики или нет? Есть ли там концентрация к направлению на центр галактики или нет?

Это 91-й год, руководителем этого эксперимента был Джерри Фишман. (Кстати, эксперимент этот очень долго работал, он работал до самого затопления обсерватории в 2000 г.) После запуска, тут же стали регистрироваться всплески, с частотой примерно один раз в день. Тут все исследователи стали потирать руки – ага, пройдёт год-два, накопится достаточно статистики, построим это распределение и увидим, наконец-то, плоскость галактики. Не тут-то было.

93-й год, первый каталог BATSE, порядка трехсот всплесков, с координатами. Все стали строить распределение по небу, построили и прослезились – не было никакой концентрации ни к плоскости галактики, ни к галактическому центру!

Б.Ш. Но это ещё не всё, это ещё не самое страшное.

А.П. Была полная изотропия.

А.Г. Равномерная изотропия по всем направлениям.

Б.Ш. И это ещё не самое страшное. Обнаружилась сильная недостача слабых всплесков. Поясню. Допустим, вы получили в четыре раза более чувствительный детектор, значит, он стал видеть в два раза дальше, работает закон обратных квадратов расстояний. Но это значит, что он стал просматривать сферу в восемь раз большего объёма, и если всплески равномерно распределены в пространстве, значит, мы их должны видеть в восемь раз больше. А этого не было, было гораздо меньше. И на самом слабом конце распределения, где BASTE ещё должен прекрасно видеть всплески, он не досчитывался всплесков с фактором десятка. Что это могло означать? Изотропия и недостаток слабых – это значит, что источники гамма-всплесков образуют сферическое облако, в центре которого мы сидим, и это облако с краёв ограничено – за пределами этого облака источников мало, или их нет вообще.

Какие системы вообще имеют такую геометрию в космосе? Например, в Солнечной системе есть кометное облако Оорта, оно сферическое, мы в центре – но из комет не получишь гамма-всплесков. Хотя были и такие гипотезы, но их серьёзно не рассматривали.

Тогда придумали следующую систему. Вот у нас есть галактический диск, в нём рождаются нейтронные звёзды. Но они рождаются с большими начальными скоростями из-за взрыва сверхновой. Они вылетают из галактики и засеивают пространство вокруг неё большой короной из очень старых нейтронных звёзд. И, может быть, с этими старыми нейтронными звёздами происходят какие-то катаклизмы? Облако большое, мы хоть и смещены от центра, но не так сильно, и можем этой асимметрии не заменить. Тут возникает такая проблема, что здесь уже десятью в сороковой степени не обойдёшься, здесь нужно уже десять в 44-ой эрг, это уже тысячу лет Солнцу нужно выработать такую энергию.

А.Г. И спустить её за секунду…

Б.Ш. Тем не менее, гамма-всплески – объект богатый, и люди придумали как настричь с нейтронной звезды эти самые десять в 44-й эрг, это взрывное высвобождение магнитного потока, но не будем в это углубляться.

А.Г. При такой модели, на каком расстоянии должны были находиться эти нейтронные звёзды от нас?

А.П. Десятки килопарсек.

Б.Ш. Сотни, минимум сотни килопарсек, это триста тысяч световых лет.

Но есть ещё одна система с нужной геометрией – это вся Вселенная. Поясню. Лет 15 или больше назад знатоки из клуба «Что, где, когда?» сели в лужу, отвечая на вопрос школьника – почему ночью небо тёмное. Это мне один из знатоков рассказывал, Виктор Сиднев. Они решили, раз школьник, значит, вопрос должен быть простой, и ответили, что Земля загораживает солнечный свет – света нет, небо тёмное. Школьник был не так прост. Он имел в виду так называемый фотометрический парадокс Ольберса, а именно: если Вселенная существует вечно, если она бесконечная и однородная, небо должно сиять как поверхность Солнца – это очень простой факт, понятный в рамках школьной программы, не будем его объяснять, пусть останется домашним заданием для телезрителей. Но небо-то тёмное, а тёмное оно потому, что Вселенная расширяется и потому что она имеет горизонт.

Итак, что такое горизонт? Проще всего себе его представить таким образом. Сейчас мы знаем достаточно хорошо, что Вселенная родилась примерно 14 миллиардов лет назад. Это значит, что мы не можем видеть дальше, чем 14 миллиардов световых лет. Грубо говоря, это и есть горизонт.

Вот, что видит космический телескоп «Хаббл», глядя прямо в горизонт. Здесь суп из слабых галактик, здесь их столько, что не пересчитать, большинство из этих слабых точек – это галактики, находящиеся дальше, чем на полпути к горизонту вселенной. Там есть несколько галактик, которых «Хаббл» не видит, у них очень большое красное смещение. И если верна гипотеза, что работает эта геометрия всей вселенной, значит, большинство всплесков происходит от этих слабеньких галактик – понятно, почему этих источников не видели. Но если эта геометрия работает, это уже не десять в 44-й эрг. Цена вопроса – миллиард, это десять в 53-й эрг. Целая галактика выделяет такую энергию примерно за сто лет, а даже звезда покрупнее Солнца не высветит такой энергии никогда. И отдельная нейтронная звезда тут уже не проходит никак.

А.П. Энергетика велика.

А.Г. Любая звезда не проходит.

Б.Ш. Но на самом деле нейтронные звёзды бывают парными. Если у нас есть две большие парные звёзды, то они могут после себя оставить парный труп, парную нейтронную звезду.

А.П. За счёт слияния.

Надо сказать, что середина 90-х годов была критической для перехода сознания учёных от галактической модели к этой, космологической. Достаточно вспомнить очень интересный диспут в 95-ом году (он был показан по публичному телевидению в США) – это диспут на тему происхождения гамма-всплесков между двумя последовательными сторонниками различных гипотез. Гипотезу галактическую представлял Дон Лемб, а Богдан Пачинский – гипотезу космологическую. Участвующие в диспуте разделились на две партии, каждая партия приводила очень интересные и аргументированные доказательства той или иной гипотезы. Победивших не было, но этот диспут показал, что космологическая модель если не начинает преобладать в умах, то занимает существенную долю на рынке гипотез о происхождении гамма-всплесков. И тогда же на некоторых симпозиумах, семинарах можно было наблюдать антинаучное действие, когда на последнем заседании конференции ведущим конференции на голосование ставился вопрос – какова природа гамма-всплесков, космологическая либо галактическая. Таким образом решалась проблема происхождения гамма-всплесков.

А.Г. Проще было кинуть монету, наверное.

А.П. Наверное.

Б.Ш. Виден был дрейф общественного мнения.

А.П. Да, постепенно происходило накопление данных с эксперимента BATSE, которые всё больше и больше убеждали людей в том, что мы живём в геометрии Вселенной, а не в геометрии галактики либо короны.

А.Г. И всё-таки рекорд десять в 54-й? В 53-ей?

Б.Ш. Рекорд – почти десять в 55-й.

А.Г. Откуда же взять такую колоссальную энергию?

Б.Ш. Взять откуда? Я сказал об одном варианте – это две нейтронные звезды. Самое интересное, что такие пары нам известны, в нашей галактике есть их три штуки, это двойные пульсары. Причём видно, как они замедляются и теряют свою орбитальную энергию за счёт излучения гравитационных волн. Это значит, что когда-нибудь они сольются и упадут друг на друга, и вот это будет фейерверк. Скажу сразу, что десять в 54-й здесь не получится, но получится всё равно много.

Здесь есть такой эффект: мы считаем эти эрги, думая, что всё это взрывается как бомба, что энергия уходит равномерно во все стороны, а это не факт. Можно сильно сэкономить, если предположить, что это направленный взрыв, как луч прожектора. Если мы попадаем в этот луч, тогда требуется меньше энергии, но тогда мы много всплесков не досчитываемся.

А.П. Видим только то, что попадает лучом на нас.

Б.Ш. Это самое драматическое время, эпоха всех этих диспутов, голосований, когда люди более или менее пришли к галактической модели. На самом деле осталось два кандидата, и в это время доминировала как раз теория слияния двух нейтронных звёзд.

Но сейчас надо сказать, что ключевым моментом утверждения космологической модели был, наверное, 97 год?

А.П. Да, был момент, когда информация по всплескам накапливалась-накапливалась, но вся эта информация происходила из гамма-диапазона. Всплески оставались гамма-всплесками, но очень хотелось посмотреть, а есть ли что-то там в оптике, в других диапазонах волн, потому что, увидев что-то в оптике, можно отождествить это с каким-то известным астрономическим объектом…

А.Г. И кроме того, это всё-таки абсолютная локализация.

А.П. Да, и кроме всего, это более точная локализация. Совершенно точно.

Б.Ш. Там градусы, здесь – секунды.

А.П. В 97-м году был запущен итало-голландский спутник «Беппо-Сакс», который имел рентгеновские телескопы, и который мог достаточно быстро навестись на область локализации гамма-всплеска. То есть если мы в гамма-диапазоне имеем точность несколько градусов, то рентгеновский телескоп может уже эту область посмотреть и определить, есть ли там источник с точностью несколько угловых минут и даже лучше – в зависимости от яркости источника.

И вот 27 февраля 97-го года после очередного всплеска «Беппо-Сакс» навелся своим рентгеновским телескопом на область локализации всплеска, и увидел послесвечение в рентгене, т.е. увидел рентгеновский источник, который затухал, достаточно точно определил его координаты, передал на Землю, и далее большие оптические телескопы стали смотреть в эту точку. И, о, счастье, мы увидели то, что называем «оптический транзиент», оптический компонент от гамма-всплеска.

Почему так уверенно определили, что это оптический компонент? Его не было ни в каких каталогах, то есть это был новый источник и он затухал. Таким образом, было открыты рентгеновское послесвечение и оптический компонент. И что самое интересное, через некоторое время, когда источник достаточно потух, в оптике на его месте увидели галактику. Это называется родительская галактика. Увидели предположительно там, где сидит этот источник всплеска. И измерили спектральные линии от этой галактики.

А.Г. Их красное смещение…

А.П. Совершенно точно, нашли красное смещение – прямое доказательство космологической природы источников.

А.Г. И как далеко располагалась эта галактика?

Б.Ш. Здесь красное смещение – единица, это примерно 10 миллиардов световых лет.

С тех пор уже известны десятки таких случаев отождествлений, найдены послесвечения, для многих измерены красные смещения. Все – на космологических расстояниях, рекорд красного смещения – 4 с половиной. Вот один из таких случаев. Его уникальность в том, что здесь было поймано прямое оптическое свечение ещё в тот момент, когда продолжался гамма-всплеск.

А.П. Это знаменитый всплеск 23 января 1999 года.

Б.Ш. Оптический телескоп-автомат успел сработать и навестись по сигналу от BATSE, когда продолжался всплеск. Так вот, это свечение, находясь на горизонте Вселенной, было 8-й звёздной величины – можно увидеть в сильный бинокль.

А.П. То есть если знать куда смотреть, можно этот источник легко увидеть.

Б.Ш. На этом снимке он уже снизил яркость в миллион раз и всё равно ярче родительской галактики. Это говорит о масштабах явления.

В тот момент, в 97-98 годах, кроме модели, о которой я рассказывал – слияние двух нейтронных звёзд – появилась другая. Она появилась на самом деле ещё в начале 90-х, Стен Вусли её вначале предложил – что, может, это какой-то необычный тип сверхновой. Обычная сверхновая – разлетается огромная масса вещества и долго светит. Если предположить, что какая-то порция энергии прорвалась через всё это вещество в открытый космос, тогда она могла и дать такой всплеск.

И, начиная с 99 года, стали появляться всё новые и новые данные, что это скорее всего гиперновая. Во-первых – гамма-всплески происходят в областях, где идёт очень интенсивное звездообразование, где много вещества. В случае гиперновой всё понятно, это массивная звезда, она гибнет там же, где рождается. Если это пара нейтронных звёзд, она успевает улететь Бог знает куда.

Если проанализировать всю статистику гамма-всплесков, то получается, что источники к настоящему времени вымирают, раньше их было больше, теперь гораздо меньше.

А.Г. Ну да, мы же видим горизонт не только в пространстве, но и во времени. Всё это происходило 10 миллиардов лет назад.

Б.Ш. Совершенно верно. Но во Вселенной всё потихоньку вымирает – меньше квазаров, меньше сверхновых, меньше гамма-всплесков. Отчего, кстати сказать, в старой Вселенной жить безопасней.

А.Г. Чем ближе к нам, тем беднее картина – ближе во времени.

Б.Ш. Но ещё не вечер – звёзды типа Солнца будут рождаться ещё миллиарды лет.

А.П. Возвращаясь к истории открытий. История делается на наших глазах и отчасти нашими руками. Сейчас, кажется, наступил очередной ключевой момент в понимании природы всплесков.

29 марта этого года произошёл всплеск (они называются по дате) GRB030329. Он был уникален опять-таки курьёзом его обнаружения. Спутник НЕТЕ-2, который предназначен для быстрой передачи информации исследователям, что-то обнаружил, передал сообщение, что что-то зарегистрировано, но это точно не гамма-всплеск.

Через два часа, примерно, учёные, которые эксплуатируют спутник, пришли, посмотрели данные телеметрии и увидели, что на самом деле это ярчайший гамма-всплеск. Автоматика дала сбой – алгоритмы делаются людьми, людям свойственно ошибаться. Алгоритмам – тоже. Таким образом, примерно через два часа по миру через Интернет были распространены координаты гамма-всплеска. Они были известны с большой точностью – примерно три угловые минуты – и можно было наводить телескопы. Но в Европе и Америке была ночь, а телескопы были наведены в Австралии и Японии. И в Австралии уже через полчаса было обнаружено яркое послесвечение от всплеска.

Тут же передали по миру координаты. А мы сидели и ждали темноты. То, что мы увидели, когда настала ночь, вы видите на снимке.

А.Г. Это ваша группа делала?

А.П. Да, в Крымской обсерватории, КрАО.

А.Г. 30 марта?

А.П. 29 марта был первый снимок. И видно, как в течение 9 дней этот ярчайший объект постепенно уходит под чувствительность данного телескопа. Это не значит, что всплеск уже затух – мощные телескопы его продолжают наблюдать. Он сейчас порядка 22-й звёздной величины, что вполне наблюдаемо большими наземными телескопами. И по-видимому, его ещё долго можно будет наблюдать.

Но чем он был замечателен? Оказалось – когда на 14-й день детально измерили спектры – что эти спектры как две капли воды похожи на спектры сверхновой. Тут же в сети появилось сообщение…

Б.Ш. «Загадка всплесков решена!»

А.П. Да, решена – это сверхновая. Но не всё так просто. Всплески продолжают преподносить сюрпризы. Дело в том, что сверхновые имеют определённую кривую блеска – спадающую. А этот источник – после первоначального быстрого угасания – уже больше месяца стоит на одном месте, не падает, это первое. Второе: с большой долей уверенности можно говорить, что он меняет свою звёздную величину примерно на половину звёздной величины на протяжении суток, что никак не похоже на поведение кривой блеска сверхновой.

Б.Ш. Подмигивает и ухмыляется – я бы так сказал.

А.П. Поэтому рано говорить, что проблема источников всплесков уже решена.

А.Г. А какой объект может быть кандидатом на роль гиперновой?

А.П. Очень массивная звезда.

А.Г. Во сколько раз массивнее Солнца?

А.П. В 50, в 100 – ну, может быть, в 30, не знаю.

А.Г. И сколько таких объектов в нашей галактике?

А.П. Тысячи. Много…

Б.Ш. Более того, в нашей галактике есть одна звезда, про которую думают, что она рванёт как гиперновая. Эта звезда не так далеко, называется «Эта Киля» – она уже испускает предсмертные конвульсии.

Если она лучом своим попадёт в нас – мы это переживём, но она угробит все искусственные спутники Земли, мы останемся, скорее всего, без Интернета, без связи. Но она, скорее всего, промажет.

А.П. Хотелось бы верить, что промажет.

Б.Ш. Тогда это будет великий праздник – вал данных, да и просто феерическое зрелище для невооружённого глаза. Но вряд ли всё-таки нам на этом празднике удаться попристутсвовать, потому что характерный срок жизни измеряется сотнями, тысячи лет.

А.Г. То есть «вот-вот рванёт» означает, что это может произойти через тысячу лет.

Б.Ш. На самом деле мы до сих пор занимались феноменологией, отвечали на вопросы Что? Где? Когда? На вопросы «что?» и «где?» мы точно знаем ответ – на космологических расстояниях, миллиарды световых лет и преимущественно в ранней Вселенной. К ответу на вопрос «что?» мы более-менее приблизились. Но есть ещё вопросы «как?» и «почему?» Это уже сфера теории.

В смутные времена истории гамма-всплесков была просто вакханалия теоретических предположений. Шутили, что число теорий гамма-всплесков превышает число известных гамма-всплесков.

А.П. Был такой момент…

Б.Ш. Роберт Немиров опубликовал в своей работе список ста существенно разных теорий происхождения гамма-всплесков. Нет никакой возможности сказать обо всех, скажем только о той, которая кажется наиболее перспективной – она связана с гиперновой.

Как взрывается эта массивная звезда? Её внутренности в какой-то момент теряют устойчивость и начинают проваливаться в центр с ускорением свободного падения. В центре они, в конце концов, формируют чёрную дыру. Но не сразу – мешает момент вращения. И в какой-то момент в центре образуется аккреционный диск. Такой же плотный и такой же массивный, как нейтронная звезда – только плоский и с громадным магнитным полем. И эта штука вращается со скоростью порядка тысячи оборотов в секунду. Это чудовищное магнитное динамо. Это динамо генерирует две струи энергии вдоль оси вращения, вверх и вниз.

Уже делали численные расчёты, которым можно верить. Эти струи за считанные секунды прожигают миллионы километров тела звезды и вырываются в открытый космос. Вот там они и могут излучить эти гамма-кванты. Причём, это происходит со скоростью, близкой к скорости света. Они могут излучать гамма-кванты часами. Но из-за того, что источник движется почти со скоростью света, эти часы (а может быть, дни) сжимаются для нас в секунды. И мы видим эти секундные всплески.

Здесь остаётся масса вопросов. Вообще, модель, может быть, кажется фантастической…

А.Г. После этого звезда всё-таки должна рвануть…

Б.Ш. Рванёт, и как раз рассчитывали, что мы и увидели эту оболочку, если бы была оболочка.

Модель кажется фантастической, на самом деле она взята из жизни. Если можно, следующий рисунок с Галактикой М-87. Я уже говорил про квазары. Вот это маленький, слабенький квазар, в эллиптической галактике М-87, довольно близкой. Там в центре яркое пятно – это сверхмассивная чёрная дыра. Вокруг неё есть аккреционный диск. И работает эта же самая машина, только других масштабов. И видно, что она испускает эту струю. Это светят электроны больших энергий, но там же есть и гамма-квантики, вполне приличные потоки…

А.Г. То есть поглощается огромное количество материи, создаётся тот самый аккреционный диск…

Б.Ш. …являющийся генератором этой струи. Но остаётся масса вопросов. То есть мы просто не знаем массы вещей, не знаем, как они происходят. Мы не знаем, что генерирует эти странные кривые блеска. Мы не знаем, сколько работает эта центральная машина. Мы не знаем, как происходит взаимодействие струи с окружающим веществом, и вообще, что там играет главную роль. И всё время поступают новые, осложняющие ситуацию, так сказать, данные. Буквально месяц назад опубликовано сообщение об открытии сильной линейной поляризации прямых гамма-квантов. Как это интерпретировать, никто не знает.

А.П. То есть во время всплеска GRB021206 была измерена линейная поляризация в гамма-диапазоне.

Б.Ш. Теперь немножко об уроках истории изучения гамма-всплесков. Эта история, конечно, очень богата, и она много показала.

Во-первых, она показала, чего не надо делать. Показала, насколько легко люди становятся рабами своих взглядов, своих моделей, перестают верить в экспериментальные данные. То есть показала, столько было упёртых людей. Или, наоборот, тех, кто видит в данных то, чего в них нет. Видели спектральные линии, которые подтверждают теорию нейтронных звёзд. Видели повторяемость гамма-всплесков, которой тоже нет. Видели якобы концентрацию галактической плоскости. Видели корреляцию с крупномасштабной структурой Вселенной, чего нет. Это, в целом, общая болезнь. На научном языке это называется «завышенная оценка статистической значимости». Ею, к сожалению, очень многие болеют.

Гамма-всплески нам всё время подкидывают какие-то вещи, сажая учёных в лужу. Как будто повторяя: ты занимаешься расследованием, а не продвижением своих взглядов. Ты должен быть беспристрастным. Это прекрасный урок, я считаю. Кроме того, эта история продемонстрировала как надо. Это больше касается организации исследований. Раньше данные экспериментов были закрыты. Если ты не принадлежишь к экспериментальной команде, то чтобы получить доступ к этим данным, надо было вступить в некий торг. Одно из блестящих решений НАСА – данные открыты, поскольку они получены на деньги налогоплательщиков, пусть это будет общим достоянием.

А.П. Но это не решение – это политика НАСА.

Б.Ш. Да, но когда-то ей предшествовало решение. Теперь, работая с этими данными, любой человек, любой исследователь в мире может порыться в них и сделать открытие. Я говорю это не просто так, а потому что я сам обнаружил там вещь, которую не ожидал найти. Это гигантские всплески нашего, так сказать, домашнего галактического квазарчика «Лебедь-Х-1». Искал гамма-всплески, нашёл это. Потом другие люди посмотрели свои данные и нашли то же – это просто пример.

Кроме того, эта история учит нас кооперации – Алексей является участником этой кооперации.

А.П. Действительно, исследовать всплески без кооперации тяжело, потому что мы только что видели на примере оптический наблюдений, что когда в Америке ночь – в России день, и наоборот. То есть надо объединяться в какие-то группы, в какие-то коллективы для того, чтобы эффективно искать, эффективно получать данные. Это с одной стороны.

С другой стороны, всплески хорошо ловить на орбите. Потому что когда есть всенаправленные детекторы, когда всё время ночь, когда нет засветки, легко этот всплеск поймать. Но в оптическом диапазоне всё совсем не так. Проходит время, пока на Землю будут переданы координаты. Пока эти координаты дойдут до исследователей, пока даже автоматические телескопы, которые мгновенно могут разворачиваться, наведутся туда, куда надо, пройдёт то самое драгоценное время, и мы потеряем возможность наблюдать, а что же там было в момент самого события в других диапазонах.

Очень интересно заглянуть в оптическом диапазоне в машину, которая там работает во время всплеска. Это даст нам неоценимые данные для того, чтобы понять детали развиваемых моделей.

Б.Ш. Подписываюсь, как теоретик.

А.П. И для этого создана международная сеть поиска оптических всплесков. Не только по оповещениям, т.е. когда сигнал о всплеске приходит с орбиты, но и просто совместных наблюдений. Если удастся показать картинку, будет очень здорово. Эти наблюдения состоят в том, что поле зрения космического телескопа, в данном случае рентгеновского телескопа НЕТЕ-2, мы смотрим синхронно нашей оптической камерой, которая покрывает это поле. И таким образом, если произойдёт всплеск, мы не потеряем ни грамма ценной информации. Мы увидим на этой картинке не только то, что было в оптическом диапазоне во время всплеска, но также и то, что, возможно, предшествовало этому всплеску. А есть такие модели, которые предсказывают мощное оптическое излучение до всплеска.

Таким образом, если бы у нас был этот прибор, когда произошёл всплеск, тот, о котором мы говорили, 23-го января 99-го года, то здесь, на этой картинке, он бы был ярчайшей звездой. Восьмая с половиной величина – это много, это была бы очень яркая звёздочка. Так что интернационализация – в природе исследования гамма-всплесков, никуда не деться без Интернета и без совместных исследований этой проблемы.

А.Г. А какое количество наземных телескопов в состоянии сделать то, о чём вы сейчас говорите?

А.П. Нужны специализированные телескопы. Дело вот в чём. По так называемым оповещениям могут работать только узкопольные телескопы. И этих узкопольных телескопов много – во время последнего всплеска было, я думаю, до сотни сообщений от разных групп наблюдателей, которые смотрели этот всплеск. Но специализированных широкопольных камер – единицы. Это достаточно дорогое, достаточно сложное удовольствие – сделать телескоп с хорошей чувствительностью и широким полем зрения.

А.Г. А какой здесь сейчас сектор?

А.П. 20 на 20 градусов. Предельная величина здесь – 12-я звёздная величина. Вообще роботизированных телескопов, порядка семи штук во всём мире, сейчас работает по программе поиска послесвечения всплесков. И ещё строятся такие широкопольные камеры, чтобы искать гамма-всплески совместно с бортовыми космическими телескопами, и искать оптическое излучение, непосредственно сопровождающее гамма-всплески. Можно сразу сказать, что пока ничего не найдено. Но должно пройти некоторое время, чтобы накопилась статистика, потому что эти телескопы только-только начинают работать.

А.Г. И потом – вероятность такого события, она всё-таки, наверное, невелика…

А.П. В общем, да. То есть если из поля в 4 они приходят раз в день, то из поля зрения 20 на 20 градусов нужно подождать год.

Но ожидание окупится. Потому что если мы увидим оптику и с хорошим временным разрешением исследуем её, то мы дадим пищу теоретикам.

Б.Ш. Есть интересная аналогия. Квазары сравнивают с маяками Вселенной. Кроме того что они интересны сами по себе, они просвечивают всё пространство на луче зрения с больших красных смещений, и мы видим, что там происходит. Гамма-всплеск в этом плане можно называть осветительной ракетой Вселенной, ракетой, которая ярче любых маяков. Его просто надо успеть поймать. И тогда гамма-всплеск просветит всё, что было во Вселенной после первых сотен миллионов лет. Практически все. Даст ответы просто на массу вопросов.

Паразитизм в живых системах

27.08.03

(хр.00:43:50)

Участники:

Сергей Алексеевич Беэр – доктор биологических наук

Людмила Александровна Гиченок – кандидат биологических наук

Сергей Беэр: Одной передачи для этого, честно говоря, мало, но я надеюсь, что это только начало, что будут ещё передачи, касающиеся симбиоза, паразитизма среди некоторых растений, среди грибов.

Не подлежит никакому сомнению, что симбиоз во всём его многообразии, в том числе и паразитизм, как его составляющая, оказали громадное влияние на ход эволюционных процессов на Земле вообще. Что такое паразиты? Сейчас речь пойдёт именно о паразитах.

Паразитос – в переводе с греческого «нахлебник», это, пожалуй, самый хороший перевод. А если точнее, то «пара» – это «близко, рядом, около», «ситос» – «пища, питание». Примерно во времена Перикла, это 5 век до нашей эры, паразитами называли государственных служителей, которые отошли от дел, стариков. Считалось, что они должны были жить в паразитариях, или параситариях, специально отведённых местах, а сами они назывались параситами или паразитами. Также паразитами в Греции называли ещё и завсегдатаев пиров – менестрелей, певцов, музыкантов.

В Древнем Риме смысл понятия «паразит» немножечко поменялся, но в принципе он остался тем же самым, то есть это люди, существующие за счёт другого человека. Именно в таком значении слово «паразит» было заимствовано биологией, медициной, ветеринарией, то есть это организм, питающийся за счёт другого организма – соками, пищей другого организма.

Кто такие паразиты? Скажем, малярийный плазмодий, некоторые гельминты, аскариды, вши, блохи, клещи, тараканы – это паразиты или нет?

Малярийный плазмодий, аскариды, вши, блохи – это паразиты, а вот тараканы – не паразиты, а свободно живущие организмы.

Всё дело в том, что паразит не может существовать без своего хозяина, а тараканы могут, им никакой хозяин не нужен. Правда, для таких организмов как тараканы, есть своё определение – это синантропные организмы, приближённые к человеку, как например, некоторые мыши, крысы, некоторые грызуны.

Паразитизм, паразиты бывают временные и не временные, стационарные. Временных паразитов связывает с хозяином только процесс питания, они приходят на хозяина только питаться, стационарные – это те, которые живут на или в хозяине более или менее продолжительное время. Паразиты могут быть экто-, то есть живущие на поверхности тела хозяина, и эндопаразиты, живущие внутри, в полостях, в клетках, в тканях хозяина.

Паразитологи часто именно таких паразитов, ведущих эндопаразитический образ жизни, называют истинными паразитами.

Есть ещё переносчики. Скажем, малярийный комар – не паразит, но он переносит паразитов, он является переносчиком, отчасти хозяином, потому что трудно назвать малярийного комара только переносчиком, в нём паразит частично развивается. И тем не менее малярийный комар – это переносчик, как и, например, некоторые клещи, которые могут переносить вирус энцефалита. Вирус энцефалита – это паразит, а вот клещи – это переносчики.

Что такое паразитизм? Примерно за сто последних лет появилось около 50 различных определений паразитизма, но среди них нет ни одного, пожалуй, которое бы полностью удовлетворяло биологов. Правда, справедливости ради, надо признать, что среди них практически нет и ошибочных, просто все они разные, в известной степени однобокие, характеризующие паразитизм с разных точек зрения – биолога, морфолога, систематика, медика, ветеринара, физиолога.

Прежде чем я перейду к следующей теме, я бы попросил показать вторую иллюстрацию. Это первая: вот этот красавец на экране, это и есть «паразит», терракотовая статуэтка, которую довольно трудно, оказалось, найти, но тем не менее мы нашли. Так представляли себе паразита – завсегдатая пиров. Вот какой красавец.

А теперь я попрошу показать определение паразитизма.

Паразитизм – это форма взаимоотношений двух различных организмов, принадлежащих к разным видам и носящая антагонистический характер, когда один из них, то есть паразит, использует другого – хозяина – в качестве среды обитания и источника пищи, возлагая на него регуляцию своих отношений с внешней средой. Это определение, так сказать, классическое, энциклопедическое.

В зависимости от того, в какой области биолог-специалист – морфолог, систематик, эволюционист, медик, ветеринар, наконец, общий биолог, – определение паразитизма обрастает разными добавлениями, оно становится уже не таким, как вы только что видели на экране. Если характеризовать отдельные составляющие паразитизма, то экологическая обусловленность паразитизма, взаимосвязь паразита с хозяином, взаимосвязь их обменов – это основные составляющие паразитизма, своего рода «питательная среда», в которой идёт процесс эволюции паразитизма.

А вот такие составляющие, как патогенность паразитов, обратные процессы – влияние хозяев на паразитов, формирование простых или сложных паразитарных систем, – это следствие, это своего рода эволюционные этапы существования паразитизма. Если что-то меняется в питательной среде – ход эволюционного процесса паразитизма может ускоряться или замедляться. Например, на какой-то стадии развития какого-то паразита он перестаёт существовать только в организме хозяина и может выходить во внешнюю среду и при этом не больше и не меньше, как менять свой тип обмена, скажем, из анаэробного переходить частично или полностью к аэробному обмену – это очень серьёзный и длительный процесс. Это сулит массу выгод такому паразитическому организму для его дальнейшей эволюции.

Или другой пример. В результате каких-то катаклизмов на Земле вымирает или частично сокращает свою численность какой-то один вид или сразу целая серия видов хозяев паразита… Неважно, каких – окончательных хозяев, промежуточных или дополнительных (потом, когда я буду касаться жизненных циклов, будет ясно, что такое окончательный, промежуточный, дополнительный хозяева). Итак, они вымирают, численность этих хозяев становится ничтожной, паразиту необходимо приспосабливаться к организмам других видов и видеть уже в них своих хозяев, круг хозяев меняется – это замедляет процессы адаптации паразита и замедляет поступательные процессы эволюции какого-то конкретного паразитического вида. В своё время, между 20 и 30-ми годами прошлого века был подмечен очень интересный факт, его подметил профессор Кнорре (тогда ещё студент). Он касается вот чего – мы не знаем ни одной группы паразитических организмов, которые бы отошли от паразитизма и вернулись к свободноживущему образу жизни.

Это очень интересный факт – прошла уже почти сотня лет, а мы до сих пор не имеем фактов обращения паразитов в свободноживущих организмах. Я думаю, что этого и не будет, просто мы постепенно осознаём, что стратегия эволюции паразитизма заключается в захвате всех четырех жизненных сред, по Вернадскому – водной, наземной, воздушной и биологической среды. И при возможности перемен этих сред по наиболее выгодной для конкретных паразитов схеме. Иными словами, паразиты – наиболее приспособленные к выживанию в земных условиях организмы. И взаимоотношение паразитов со средой своего обитания гораздо сложнее, чем у свободноживущих организмов. Они как бы завязывают в единый узел свои собственные экологические связи с экологическими связями своих хозяев, то есть свободноживущих организмов. А со своими хозяевами паразиты теснейшим образом связаны очень сложными паразитохозяйственными взаимоотношениями, которые проявляются решительно во всём и по всей иерархической лестнице: начиная от молекулярных связей и кончая связями на социосистемном, популяционном и, в конце концов, на экосистемном уровне.

Паразитизм – это составная часть симбиотических отношений. Если бы вдруг появилась необходимость изменения названия института, в котором я работаю, Института паразитологии Российской Академии Наук, то его было бы правильнее назвать Институтом сложных биологических отношений или Институтом симбиотических отношений или, ещё точнее, Институтом симбиоза.

В этом понятии сконцентрированы все модусы отношений между организмами.

В своё время, в начале прошлого века, академиком Скрябиным (тогда он ещё был не академиком, а профессором), была опубликована книга, вот она. Она называлась «Симбиоз и паразитизм в природе» и имела подзаголовок «Введение в изучение биологических основ паразитологии». Она уже стала раритетом, но у меня она есть, и я могу её сейчас показать. В этой книге были представлены многочисленные формы симбиотических отношений, их очень много, я даже хотел показать таблицу этих форм, но она бы заняла несколько страниц. Паразитизм – это только одна из них. А в большой таблице можно было бы описать все эти формы симбиотических отношений.

Если мысленно сложить всё то, что изложено в этой книге с трудами Фаминцева, Мережковского (естественно, биолога, а не брата его поэта Мережковского), Кнорре, Беклемишева, то это и была бы та основа понимания симбиотических отношений, опираясь на которую уже можно было бы строить современные воззрения на развитие симбиотических отношений в природе – сейчас, собственно, так и поступают.

Сколько паразитов на свете? Точно этого пока не знает никто. Это зависит от многих причин. Во-первых, кого, собственно, считать паразитом? Точного ответа на этот вопрос нет.

Александр Гордон: Раз вы заговорили о вирусах, то…

С.Б. Да, но вирусы – это не организмы. Даже среди организмов не всё ясно, уж не говоря о вирусах. Был период, когда вирусы и некоторые паразитические бактерии вообще были вычеркнуты из списка паразитов, хотя на самом деле являются самыми настоящими паразитами. Вирусы – не организмы, а просто информационные молекулы, одетые в некую белковую оболочку – вирусы, бактериофаги, и тому подобное. Но, тем не менее, они – паразиты. Это не принималось во внимание, и поэтому точного списка паразитов ещё совсем недавно просто не существовало. Были такие мнения: из 65 классов организмов 31 класс имеют паразитические формы жизни и 11 классов представлены только паразитами. Это было полвека назад. А как дело обстоит сегодня, как с современных позиций мы можем на это посмотреть? Посмотрим на таблицу, хотя дело совсем не в ней, я не рассчитываю, что её сейчас мы будем изучать. Да, я сразу прошу прощения, здесь названия многих групп животных, грибов и растений выглядят довольно странно с точки зрения специалистов, но я специально не стал ничего менять в авторском варианте. Я дал их так, как их дали Грумбрич и Дженкинс в совсем недавно появившейся книге «Биоразнообразие», 2000 года – что может быть новее?

Вторая графа таблицы – число видов в этой группе, а третья вертикаль – это уже моё произведение. Третья вертикаль создавалась в течение примерно двух лет, и она ещё не закончена. Практически невозможно в этой третьей вертикали указать даже приблизительное число паразитических видов, я ограничился пока лишь качественными показателями, крестиками. Три крестика означают, что все организмы в этой группе являются паразитами. Два крестика – примерно половина ведущих паразитический образ жизни, где-то 40 процентов. Одни крестик означает, что в этой группе есть паразитические виды. Прочерк – паразитов нет, а вопрос – вопрос есть вопрос, это то, в чём мы не уверены.

Таблица ещё не закончена, здесь на вашей передаче она показывается впервые. Я об этой таблице говорил на семинаре в одном из своих докладов по теоретическим проблемам паразитологии в Отделении биологических наук в Академии, но для широкого круга она показывается впервые.

А.Г. Поправьте меня, если я ошибаюсь – получается, что количество видов паразитов должно быть большим, чем количество свободноживущих?

С.Б. Есть такое мнение. Я знаю паразитологов, которые считают, что количество паразитов больше, чем число свободноживущих видов, если учитывать вирусы и паразитические бактерии.

А.Г. И ещё один вопрос на понимание. В определении было сказано, что хозяин и паразит обязаны иметь антагонистические отношения для того, чтобы их связи были признаны паразитическими. Насколько это верно? Если говорить о симбиозе…

С.Б. Да, сейчас мы об этом будем говорить, но дело в том, что определение, прозвучавшее здесь – это энциклопедическое определение, которое можно взять из энциклопедического биологического словаря, а дальше каждый вносит в это определение что-то своё.

Людмила Гиченок: Если можно, я продолжу.

Из всего, что здесь уже успел сказать Сергей Алексеевич, выясняется, что среди спецалистов-паразитологов нет согласия по главному вопросу: кто такие паразиты и что такое паразитизм? Казалось бы, ситуация парадоксальная, но она неслучайна. Она имеет свои причины, объективные и субъективные. Покажите, если можно, четвёртую картинку. Так вот, субъективные причины кроются в том, что паразитология подвержена очень сильному антропоцентрическому влиянию, которое состоит прежде всего в перенесении представления о пользе и вреде из мира человека в мир живой природы в целом.

И так было всегда. Немалую роль в этом сыграла и история, в том числе и семантическая история понятия «паразит». Так сложилось, что очень рано понятие «паразит» приобрело негативную окраску и уже давно ассоциируется с понятием вреда. Более того, в нашем сознании, сознании обывательском, и сознании даже научном эти два понятия – «паразит» и «вред» – ну просто неразделимы. Поэтому неслучайно, что подавляющее большинство существующих ныне определений паразитизма в том или ином виде содержат критерий патогенности, вредоносности в качестве главного. И справедливости ради надо сказать, что проявления патогенности часто очевидны. Достаточно посмотреть на картинки, которые сейчас на экране, чтобы в этом убедиться.

А.Г. Не к ночи будет показано.

Л.Г. Действительно, не к ночи будет показано, но телевидение показывает иногда ещё более страшные вещи. Так вот, здесь показаны страшные поражения, которые вызываются разными видами паразитов у человека.

Что касается объективных причин, то они состоят в трудности разграничения с позиций критерия «польза-вред» явлений паразитизма и сходных с ним, очень близких явлений, существующих в природе. Все эти явления, так же как и паразитизм, всегда связаны с формированием ассоциации организмов, принадлежащих к разным видам, то есть разновидовых ассоциаций. К таким ассоциациям, в которых партнёры очень тесно взаимодействуют, буквально на уровне физического контакта.

Обычно выделяют три основные формы, три основные типа таких разновидовых ассоциаций. Здесь на схеме мы видим соотношение этих понятий. Симбиоз – это любая форма разновидового сожительства, независимо от того, какие взаимоотношения складываются между партнёрами. Комменсализм – это односторонне выгодный симбиоз, паразитизм – антагонистический симбиоз, при котором паразит извлекает пользу от сожительства с хозяином, принося ему взамен вред. И, наконец, мутуализм – это взаимополезное сожительство или взаимополезный симбиоз.

Трудности разграничения этих понятий связаны с тем, что сам критерий, на основе которого они выделяются, субъективен и относителен. Уж если говорить о субъективности этого критерия, как-то сразу хочется задать такой риторический вопрос: а судьи кто? Ведь нет природных явлений плохих или хороших, вредных или полезных. Такими их делают наши оценки. А они, согласитесь, всегда так или иначе, в той или иной мере субъективны.

А.Г. Но один критерий здесь есть. Если паразит приносит непоправимый вред организму хозяина, вызывая его смерть, таким образом он убивает и сам себя. То есть это некая нецелесообразность.

Л.Г. Да, нецелесообразность. Я дальше об этом ещё скажу.

С.Б. Это уже хищник, а не паразит.

А.Г. Хищник, ведущий паразитический образ жизни.

С.Б. Просто хищник.

Л.Г. Я говорю о субъективности, потому что при оценках с нашей стороны без неё не обойтись, хотя конечно, объективные критерии существуют – в том случае, когда проведены специальные предметные исследования на этот счёт. Когда мы можем говорить, основываясь не только на эмоциях, а основываясь на точных научных фактах.

Если вести речь об относительности критерия польза-вред, то об этом говорят факты. Сейчас мы хорошо знаем, что имеются виды паразитов, которые приводят к разным последствиям не только у разных хозяев, но даже у одного и того же хозяина. Я приведу два примера. Есть такой жгутиконосец трипаносома бруцеи – кровяной паразит позвоночных животных. У человека он вызывает тяжёлую форму сонной болезни, которая очень часто заканчивается смертельным исходом. А для диких копытных животных, скажем, для антилоп, этот жгутиконосец безвреден. Или другой пример, хорошо известная всем бактерия кишечная палочка. Она обитает в кишечнике человека и никакого вреда не приносит, более того, она оказывается полезной, поскольку синтезирует так нужные нам витамины группы В. Но стоит этой палочке попасть в кровяное русло, как она становится смертельно опасной, поскольку может вызывать сепсис.

Так вот, невозможность удовлетворительно определить паразитизм с точки зрения примата патогенности приводит к мысли о необходимости выйти за пределы патогенетической концепции, а это требует смены парадигмы. И сейчас мы с вами попробуем это сделать. Давайте посмотрим на разновидовые ассоциации организмов не с точки зрения отношения пользы-вреда, которые, конечно же, между ними существуют, а с точки зрения типа среды обитания участников этих ассоциаций. Мы будем рассматривать только правую схему, на левую не обращайте внимания.

В ассоциациях первого типа оба партнёра обитают в одной и той же общей для них среде. Обычно это среда биокосного типа, то есть водная, почвенная и т.д. Причём, каждый из партнёров взаимодействует с этой средой непосредственно. Но, тем не менее, они живут вместе, потому что к некоторым факторам общей для них среды обитания они предпочитают приспосабливаться не путём изменения своей собственной организации, а используя какие-то свойства, подходящие для них, уже имеющиеся у партнёра. Именно такой тип ассоциаций наш соотечественник Афанасьев называл симбиозом, или симбиотическими ассоциациями.

А.Г. Можете привести пример?

Л.Г. Да, конечно, я только прежде хочу сказать, что в этом типе ассоциаций можно встретить все типы, о которых мы только что говорили: и мутуализм, и комменсализм, и паразитизм.

А.Г. Главное условие здесь, что они находятся в общей среде.

Л.Г. Совершенно верно, в общей среде, но тесно рядом.

А.Г. Каждый так или иначе соприкасается с этой средой.

Л.Г. Да, это обязательное условие. При этом каждый из них (или один, а второй может быть нейтральным) использует какие-то особенности своего партнёра для того, чтобы лучше приспособиться к этой среде.

Здесь могут быть любые отношения «польза-вред», могут быть и паразитические, и мутуалистические, и комменсальные. Классическим примером, хорошо всем известным, являются взаимополезные сожительства, скажем, актинии с раком-отшельником или с крабом, рыбы-прилипалы и акулы. Чуть позже мы покажем эти слайды. Именно к этому типу ассоциаций я бы отнесла и эктопаразитов, хотя это, может быть, покажется странным моим коллегам-паразитологам. Но ведь эктопаразиты живут на поверхности тела своего хозяина и прямо и непосредственно взаимодействуют не только с ним, но и с той средой, в которой живёт и хозяин тоже.

А в ассоциациях второго типа один из партнёров поселяется и обитает внутри тела другого, которого обычно называют хозяином. Здесь складывается принципиально иная ситуация, то есть, партнёры оказываются обитателями разных сред. Хозяин живёт в биокосной, скажем, водной среде, а его внутренние обитатели, я называю их онтобионтами (чуть позже я объясню почему) оказываются обитателями «живой среды». Очень специфической, «живой» среды, которая и представлена живым организмом их хозяина. Такие ассоциации, когда один организм поселяется внутри другого живого организма, я называю онтобиотическими ассоциациями.

Теперь пусть покажут слайды, касающиеся симбиотических отношений, я не буду их комментировать. Потому что, во-первых, хочу сэкономить время, а во-вторых, я полагаю, что многие из этих картинок и этих примеров достаточно широко известны, покажем их просто чтобы скрасить неприятные ощущения после картинок о патогенности паразитов. А я продолжу разговор об онтобиотических ассоциациях, которых в природе существует несметное множество.

Более того, я думаю, что вряд ли найдётся на земле организм, внутри которого никто бы не жил, такое у меня есть убеждение. Эти онтобиотические ассоциации можно классифицировать, используя самые разные критерии, в том числе и отношения пользы-вреда, которые, конечно же, между ними существуют. И если мы это сделаем, то обнаружим среди онтобиотических ассоциаций все известные их типы. Ведь дело в том, что патогенность, как и некоторые другие специфические особенности онтобионтов, в том числе и паразитов (потому что паразиты входят в онтобиотический тип ассоциаций) есть всего-навсего следствие поселения онтобионта внутри живого организма хозяина. И вся жизнедеятельность онтобионта, происходящая во внутренней среде живого организма, не может не оказать на него какого-то влияния, безусловно. Но отнюдь не всегда проявление патогенности неизбежно, это зависит о того, каким путём пойдёт процесс взаимной адаптации онтобионта и его хозяина.

И уж если говорить о паразитах, о вредных существах, то неплохо было бы помнить, что катастрофический или фатальный вред своему хозяину паразиты приносят всё-таки достаточно редко. Потому что общая стратегия паразитов, как и вообще любого онтобионта, образно говоря, – не проедать капитал, убивая своего хозяина, а жить на проценты с него. Тем не менее, у паразитов это случается. Но даже такие высокопатогенные паразиты отнюдь не заинтересованы в уничтожении хозяина как вида, иначе это означало бы соответственно уничтожить свою среду обитания.

А.Г. Следовательно, они должны иметь какой-то путь перехода от хозяина к хозяину.

Л.Г. Да, конечно. И не один путь, а множество разнообразных путей, но в этой программе, к сожалению, мы их затронуть не успеем.

Так вот обычно сильно ослабляет хозяина, либо даже убивает его, паразит только тогда, когда без этого невозможна или сильно затруднена реализация его жизненного цикла, то есть сохранение его как вида в природе.

А.Г. Когда вид на вид, тут уже…

Л.Г. Совершенно верно. И катастрофический вред, который безусловно случается – в природе мы знаем такие примеры – всегда бывает скомпенсирован на уровне популяции. Всегда. Такие паразиты в норме чаще всего заражают незначительную часть популяции хозяина. Но при чрезмерном размножении хозяина, когда плотность его популяции сильно возрастает, естественно, что увеличивается возможность массового распространения паразита и он распространяется. Он вызывает эпидемическую вспышку, идёт массовая гибель хозяина, при этом резко сокращается численность популяции хозяина. Но вслед за этим тут же идёт на спад само заболевание. В частности и потому, что в выжившей части популяции хозяина возрастает доля устойчивых к данному возбудителю хозяев. Таким образом паразит как бы выступает в качестве регулятора, удерживающего на каком-то определённом уровне численность хозяина.

Вот, если хотите, вам один только штрих к портрету паразита как нормального, естественного сочлена природных сообществ. Исключением из такого правила являются эволюционно молодые или совсем новые ассоциации онтобиотического типа, у которых изначальный антагонизм ещё не сглажен в процессе совместной эволюции естественным отбором.

А.Г. Это касается вирусов.

Л.Г. И вирусов, и не только. Я приведу пример, касающийся вовсе не вирусов. В таких случаях, действительно, острые ситуации могут возникать уже на популяционном уровне и приводить к пагубному влиянию на состояние популяции хозяина.

Очень хорошим примером является смертельная эпизоотия у ценной осетровой рыбы аральского шипа, которая случилась в Арале ещё в 36-м году и была вызвана сосальщиком ницшия стурионис, не свойственным аральскому шипу. Этот сосальщик был завезён в Арал с севрюгой, 90 экземпляров её были интродуцированы из Каспия – тогда модно было заниматься акклиматизационными мероприятиями, вот и завезли. И если этот сосальщик для естественного хозяина, для севрюги, особой опасности не представлял, то коренному жителю Арала, который ещё ни разу не встречался с этим паразитом, досталось крепко, его популяция была сильно подорвана ещё до того, как Арал вообще перестал существовать как серьёзный водоём.

Так вот, различия между ассоциациями онтобиотического типа по признаку вред-польза, они, в общем, не столь и существенны в рамках той парадигмы, о которой я сейчас говорю. Важнее то, что все онтобионты, и паразиты, и мутуалисты, освоили одинаковый тип среды, очень специфическую среду – живые системы.

Смена парадигмы, как мне кажется, позволяет осознать поразительные вещи. Во-первых, начнём с того, что на каком-то этапе эволюции жизнь начала осваивать не только водную, наземную среду, но ещё одну предельно крупную сферу – самое себя, или совокупность всех живых организмов. Кстати, эту совокупность живых организмов академик Павловский называл «онтосферой», от «онтос» – «сущее». Вот откуда термин, который я предлагаю – «онтобионт» и «онтобиоз». Второе. Становится очевидным, что освоение живой среды обитания – это нормальный, естественный и неизбежный процесс, в который, с одной стороны, бесполезно, а с другой стороны, небезопасно, а может быть, даже и преступно вмешиваться, пытаясь без достаточно серьёзных причин и грамотных биологических оснований бороться с какими-то онтобионтами, не угодными человеку.

А.Г. Вмешательство может быть пагубным.

Л.Г. Очень пагубным, и, в том числе, и для самого человека. Потому что масса заболеваний, с которыми мы сейчас сталкиваемся – все эти СПИДы, лихорадки Эбола, – это, с моей точки зрения, в огромной степени плата за то, что человек слишком активно вмешивается в природные экосистемы, естественным сочленом которых он не является.

Теперь последнее и главное. Мне кажется, становится очевидным, что освоение живой среды обитания – это крупномасштабное событие в эволюции жизни на Земле, поскольку его вклад в формирование многообразия видов, ничуть не меньше, если даже не больше, чем, скажем, процесс выхода жизни из океана на сушу. Это вполне сравнимые явления, мне даже кажется, что у онтобиоза масштабы значительно больше. Ведь онтобионты освоили, по сути дела, все уровни организации жизни, начиная с самых примитивных бактерий (у них есть свои онтобионты) и кончая самыми высокоорганизованными млекопитающими в лице человека.

А.Г. А у онтобионтов бывают онтобионты? У паразитов бывают паразиты?

Л.Г. Да, бывают. Сверхпаразиты, так их называют паразитологи. Но называть их паразитами или нет, это, повторяю, нужно доказать.

А.Г. Поэтому я сказал «онтобионты».

Л.Г. Совершенно верно, бывают. Это, конечно, не беспредельный процесс, эта пирамида, как вы понимаете, но бывают.

Так вот, оказалось даже, что онтобионтам стали доступны все части живого организма – отдельные клетки, ткани, органы. Оказалось, что, скажем, внутриклеточные паразиты могут поселяться даже в святая святых клетки – в её ядре. И это огромное разнообразие очень специфических мест обитания уже само по себе объясняет то огромное видовое разнообразие онтобионтов, которые заселили эти места обитания.

Поэтому я думаю, что вряд ли будет преувеличением утверждать, что существующее ныне на Земле многообразие видов в огромной мере обязано экспансией жизни самое на себя. Живая среда обитания весьма привлекательна для заселения. Почему? Потому что живые организмы обладают целым рядом весьма специфических свойств, которые являются для возможных обитателей, если можно так сказать, экономически привлекательными. Я назову только одно свойство – практическая неисчерпаемость живой органики. Организм в процессе своей жизнедеятельности постоянно сам себя возобновляет, и это усилия хозяина, а не онтобионта, который потом будет в нём жить. И есть ещё ряд других свойств.

А.Г. Стабильность среды, наверное.

Л.Г. Совершенно верно. Как замечательно – иногда дилетанты вопросами и некоторыми очень дельными замечаниями попадают в точку, очень приятно.

Но с другой стороны, на пути освоения живой среды обитания встречаются очень крупные и очень серьёзные проблемы. Они порождаются другими фундаментальными свойствами живого организма, как возможной среды для обитания. Таких свойств много. К сожалению, сейчас невозможно этот вопрос затронуть. Но каждый уже состоявшийся онтобионт прошёл свой, очень длительный и очень непростой эволюционный путь приспособления к этим специфическим свойствам живой среды обитания. Одни в результате пришли к паразитизму, а другие пришли к мутуализму, то есть к взаимополезному сосуществованию.

А.Г. Но все онтобионты начинали как свободноживущие организмы?

Л.Г. Совершенно верно, как свободноживущие организмы.

А.Г. А обратной дороги нет.

Л.Г. Обратной дороги, видимо, нет.

Я ещё одно хочу сказать. Это целый букет проблем: насколько непрост путь к такой, казалось бы, безбедной жизни у паразитов, не так уж она и легка у них. И уж во всяком случае, не так лёгок путь к этой жизни. Это предмет для отдельного и серьёзного обсуждения, а здесь я хочу сказать только вот о чём.

Отмеченные проблемы и некоторые другие фундаментальные проблемы, связанные с эволюционным процессом освоения живой среды обитания, практически невозможно решать, оставаясь в рамках классической паразитологии, с её устоявшимися представлениями о сущности паразитизма. А ведь именно паразитологии мы обязаны зарождением представлений о жизни внутри живой среды обитания. И именно эта, уже полуторавековая, очень непростая, всё ещё длящаяся, и, казалось бы, безрезультатная дискуссия о сущности паразитизма и явилась как раз той питательной средой, в которой эти представления формируются.

А.Г. Получается, что представления об этих формах жизни паразитируют на паразитизме.

Л.Г. Да, пожалуй.

Дело в том, что если паразитологии удастся сменить парадигму, то она выйдет на новый фундаментальный уровень, и ей будут по плечу и такие проблемы. Но это непросто сделать, потому что придётся отказаться от примата патогенетической концепции. Это непросто сделать и при сохранении прежнего понятийного и терминологического аппарата, и инерции научных традиций. Но если же этого не случится, то мне представляется, что паразитологии уготована судьба прикладной науки.

Но перед этим она выполнит высокую миссию. Она просто обречена на неё. Она должна породить новую фундаментальную науку, которая уже давно в её недрах зреет. И эта новая наука будет заниматься поисками общих закономерностей возникновения жизни внутри жизни. Я не знаю, когда возникнет или оформится эта наука, я не знаю, как она будет называться, но мне, конечно, хотелось, чтобы она называлась онтобиологией.

А.Г. Эволюционной онтобиологией.

Л.Г. Эволюционная онтобиология, общая онтобиология.

С.Б. У нас осталось всего четыре минуты, но, может быть, я успею ещё сказать вот о чём.

Паразиты не бывают без своих хозяев. И каждому паразиту свойственен свой простой или очень сложный жизненный цикл. Априори можно было бы считать, что число паразитарных систем должно соответствовать числу видов паразитов. Но это не совсем так. Дело в том, что часто паразитологи сопрягают паразитарные системы не с видами паразитов, а со стадиями их жизненных циклов. А некоторые паразиты имеют очень сложные жизненные циклы.

Вот сейчас на экране показан один из самых сложных жизненных циклов, свойственный одному очень широко распространённому в России паразиту. Если передачу смотрят сибиряки, они это прекрасно понимают, потому что это знаменитый описторхис фелинеус, вызывающий описторхоз. Россия держит первое место в мире по первичному раку печени на фоне описторхоза, перекрывая все остальные регионы примерно в семь раз.

Это крошечный гельминт, меньше одного сантиметра, плоский крошечный гельминт. Но в своё время во время войны в одном из концлагерей умер сибиряк. Немцы со своей немецкой педантичностью вскрыли его и обнаружили в печени этого сибиряка 64 тысячи описторхисов. В своё время в одной из экспедиций мы вскрыли кошку (здесь на фотографии видна печень этой кошки), и лаборантки, которые вскрывали кошку, сказали: «Ой, Сергей Алексеевич, вы зря загубили животное. Кошка-то с котятами». Потом мы присмотрелись, а это не кошка, а кот. И это не котята, а это кисты набитые описторхисами. Я вскрыл такую кисту – она с маленький грецкий орех. В ней было 680 описторхисов. Это не значит, что они там утрамбованы, они плавают в серозной жидкости, но, тем не менее, их колоссальное количество. Вот здесь, в этой кошке, по самым скромным подсчётам, их около 20-ти тысяч, может быть больше.

На этой схеме то, что сверху, над чертой – это окончательный хозяин – кошка, собака, свинья, человек. А дальше идёт сложнейший жизненный цикл. Яйца попадают в воду, развиваются в моллюсках, это сложный цикл партеногенеза, последовательный, многостадийный цикл партеногенеза. Дальше, после того как всё это закончилось в моллюске определённых видов, в воду выходят ксерокопии, выходят личинки, церкарии, которые должны попасть в дополнительного хозяина, в данном случае, в рыбу семейства карповых. И уже поедая её вместе с личинками, которые находятся в цистах, заражаются кошки, собаки, в том числе и люди. В кислом содержимом желудка растворяется внешняя оболочка – эти цисты двухоболочечные, а в щелочном содержимом растворяется внутренняя оболочка. И для молодых паразитов дальше наступает очень непростой период, потому что они должны плыть против тока жёлчи в жёлчных протоках, для них это очень сложно. Но они достигают таким образом печени, где присасываются своими двумя присосками, и там застревают. Вот что такое жизненный цикл описторхис фелинеус.

А.Г. Так они размножаются в печени потом или нет? Или весь цикл должен пройти снова?

С.Б. Нет, в печени живут половозрелые. А в моллюске идёт сложнейший партеногенетический цикл.

А.Г. Я понимаю, но 20 тысяч взрослых индивидов, которые попали в эту кошку, они все попали в неё из рыбы?

С.Б. Совершенно верно, они все попали при поедании рыбы. Во время войны был подмечен очень интересный факт. Лев не питается рыбой, но во время военной бескормицы льва в киевском зоопарке накормили рыбой, и он заболел описторхозом, самым настоящим, кошачьим – ничего не поделаешь, как и положено. У одного этого вида паразитов примерно 60 с лишним видов окончательных хозяев. Промежуточных хозяев – 3-4-5, в зависимости от того, как сейчас систематики-малакологи представляют себе эту группу переднежаберных моллюсков. И около 20-ти видов дополнительных хозяев – рыб семейства карповых.

А.Г. В наших широтах это случается?

С.Б. На колоссальный территориях Российской Федерации…

А.Г. Карп, карась, лещ…

С.Б. Это как раз не карп, карп не заражает, ничего не поделаешь – биохимия виновата. Язь – если это Сибирь. Вобла, если это Волжский бассейн.

Имеется много изолятов, потому что он распространён на колоссальной территории, каждый изолят со своими группами хозяев.

И ещё хочу сказать вот о чём. Покажите, пожалуйста, следующий цикл. Я хочу обратиться к примеру антропопрессии – вмешательству человеческого фактора в жизненный цикл паразитов. Здесь показан один из самых свежих примеров изменения экологической обстановки крупных городов и создания – другого слова я не подберу – медико-экологической, паразитологической проблемы крупных городов. У нас это Москва, Санкт-Петербург, а вообще, это проблема всего мира. Это так называемые шистозоматиды. Настоящих шистозоматид у нас, в средней полосе, к счастью, нет. Это удел Африки – там кишечные, мочеполовые шистозоматиды. Этим болеет население 72 стран мир, это заболевание – шистозоматоз – находится на втором месте после малярии. Но у нас есть птичьи шистозомы, которые могут поражать человека. Их личинки могут попадать под кожу человека, а человек как мишень им гораздо предпочтительнее лапки утки. Если человек купается в водоёме, где они есть, то они очень активно и охотно на него нападают. Здесь на схеме показан их жизненный цикл. Вверху – окончательные хозяева, утиные, дальше яйца попадают в воду и личинки уже плавают там и активно ищут моллюска. У них сложнейший поисковый режим, они действуют как самонаводящаяся торпеда и находят моллюска, а дальше – цикл партеногенеза. Дальше церкарии выходят в воду. А ещё дальше показано существо проблемы, то есть внедрение в человека, а не в своего окончательного хозяина, утку. Это следствие антропопрессии, вмешательства человека, паразитарного загрязнения, если хотите. Кстати, я и ещё несколько человек получили несколько лет назад диплом на открытие, открытие связано как раз с описанием этого антропогенного вмешательства.

Сакральная физика

28.08.03

(хр.00:48:48)

Участник:

Юрий Иванович Кулаков – кандидат физико-математических наук

Александр Гордон: Как по прошествии сорока с лишним лет, в течение которых вы развиваете вашу теорию, относится к тому, чем вы занимаетесь, официальная академическая наука?

Юрий Кулаков: Так как речь идёт о создании математизированной физической герменевтики – новой области знания, предметом изучения которой являются первоначала всего сущего, и, прежде всего, первоначала физики, математики, химии и биологии, – области знания, лежащей за пределами академической науки, то естественно, что отношение к такому роду деятельности со стороны официальной науки должно с неизбежностью быть как к чему-то подозрительному и одиозному, чужеродному и в высшей степени тенденциозному.

В самом деле, очень трудно отказаться от привычных представлений и допустить совершенно еретическую мысль, что в основании Мира лежат не пространство-время, не элементарные частицы и четыре вида их взаимодействий, а некоторые абстрактные «программы» – какие-то «физические структуры», предшествующие Большому взрыву и допускающие строгую математическую формулировку.

Как-то летом 1967 года обратился ко мне студент – выпускник физфака Геннадий Михайличенко с просьбой взять его к себе в аспирантуру. «Знаете, Гена, – сказал я ему, – проблема, над которой я работаю, абсолютно не диссертабельна. Никто в мире не занимается подобными вещами. Уверяю Вас, никакой диссертации по этой тематике Вы не защитите». Позже он признался мне: «Я был молод, полон сил, и я был уверен, что успею ещё написать и кандидатскую, и докторскую диссертации. Но мне хотелось узнать, чем же занимается Кулаков, о чём он с таким энтузиазмом говорит на своих лекциях. Что-то необычное, заумное, непонятное».

А мой учитель Игорь Евгеньевич Тамм уже тогда понимал, что настало время, когда нужно взглянуть на науку «с высоты птичьего полёта» и увидеть те внутренние пружины, те законы, которые управляют этим миром. Настало время возродить платоновскую идею, согласно которой за этим материальным миром скрывается некий мир иной реальности.

Как-то, во время поездки в Дубну, Игорь Евгеньевич сказал мне: «Если Вы хотите стать настоящим физиком, а не высококвалифицированным ремесленником, Вы не должны исключать возможности существования иных форм реальности, отличных от формы существования материальной действительности».

В те уже далёкие времена, в годы господства диалектического и исторического материализма эти слова казались мне еретическими, вызывали сладостное ощущение запретного плода и открывали передо мной новые горизонты. Но только теперь, спустя много лет, я по-настоящему понял их глубоко провиденциальный смысл.

В определённом смысле современная физика находится в состоянии, подобном тому, в каком она находилась в конце XIX века. Тогда тоже казалось, что физика в основном построена и только на горизонте, на фоне ясного неба, маячили два непонятных облачка – необычное поведение света в опытах Майкельсона и странное распределение энергии в спектре чёрного тела.

И никто не подозревал тогда, что начало XX века явится точкой бифуркации, в результате чего почти мгновенно сменятся приоритеты, и именно из этих двух облачков «под гром среди ясного неба» как раз и родится вся современная физика, и XX век станет жестоким атомным веком.

Нечто подобное происходит в физике и сейчас, в начале XXI века. После открытия кварков, казалось бы, всё стало на свои места. Осталось уладить вопрос с Великим объединением и подчистить кое-какие детали, чтобы сказать, что физика в основном построена. Однако похоже на то, что задача нахождения последних элементов материи наталкивается на дурную бесконечность. Ясно, что с увеличением энергии сталкивающихся частиц будут рождаться всё новые и новые «элементарные» частицы с всё большими и большими массами, претендующие на роль «последних кирпичиков Мироздания». И похоже, что этому процессу нет конца.

Казалось бы, современная наука, может ответить почти на любой вопрос; во всяком случае, так считает академическая наука. Она считает, что есть только некоторые трудности в физике элементарных частиц. Ну, например, проблема Великого объединения в микромире. И это очень важно. А всё остальное – дело техники.

Но оказывается, что современная наука не может ответить на главные вопросы, которые волнуют человечество. Она их просто не замечает, либо переадресует их философам. Какие же это вопросы?

Первый вопрос – почему мир устроен так, а не иначе? Например, почему атомы так малы, а вселенная так велика?

Второй вопрос – откуда берётся всё разнообразие физических законов?

Третий вопрос – почему мир развивается от простого к сложному? Почему, возникнув из элементарных частиц, он усложняется и усложняется, возникает жизнь, и, наконец, возникает человек?

Четвёртый вопрос – что такое жизнь? как возникла жизнь?

Пятый вопрос – что такое человек? как возник человек? как возник человеческий язык?

Может быть, ответив на первые два вопроса, мы найдём дорогу к решению всех остальных?

Игорь Евгеньевич в последний месяц своей жизни, умирая, лёжа прикованный к дыхательному аппарату в своём кабинете, сказал мне: «Знаете, Юрий Иванович, в чём наша беда? Беда в том, что мы навязываем природе наш собственный человеческий язык. А законы природы написаны на некоем универсальном языке».

Это было как раз в тот период, когда после потрясающих успехов квантовой электродинамики получили согласие с опытом с точностью до восьмого знака и наткнулись, как на стену, на проблему сильных и слабых взаимодействий. И какие бы модели ни предлагались, они всё равно не приводили к успеху.

Так вот, он говорил: «Надо не модели предлагать, а нужно понять язык, на котором записаны законы природы, нужно найти единый источник всех физических законов». В начале двадцатого века эта проблема волновала многих философов «серебряного века». Они понимали, что есть что-то, стоящее за этим материальным миром. Но они не знали математики, они не знали современной науки. Но только опираясь на современную науку, на современную математику, на современную физику, можно попытаться расшифровать этот язык и «найти единый источник всех физических законов».

И вот он поставил передо мной такую задачу: «Попробуйте найти этот универсальный язык. А где его искать? Он в законах. Он в законе Ньютона, в законе Ома, в уравнениях Максвелла, в уравнениях квантовой механики. Но только нужно найти то общее, что присутствует в каждом законе. То есть, отбросив детали, как бы подняться над физикой на высоту птичьего полёта и посмотреть на эти законы сверху и найти нечто общее, универсальное».

И мне действительно повезло. Повезло сорок с лишним лет тому назад. Я нашёл метод, как можно отбрасывать ненужные детали и оставлять самое главное. И этим самым главным и явилась физическая структура.

Чтобы проиллюстрировать, что такое структура, которая лежит в самом основании мира, я приведу такой пример. Возьмите компьютер. Если заглянете внутрь, то вы увидите множество проводников, множество деталей. И если вы даже будете изучать эти детали досконально методами физики, вы всё равно не поймёте, что такое компьютер, что составляет его сущность. Так вот, сущность компьютера составляет программа. Программа это нечто иное, чем те самые детали, без которых компьютер не будет работать. Но в то же время без программы компьютер превращается просто в ненужный никому железный хлам. Так вот, по такому же принципу и построен Мир как единое Целое.

Вот главное – нужно открыть то, что скрывается за этим видимым миром материальной действительности. Это ещё Кант или до него уже многие философы говорили, что существует внешнее и внутреннее. Явление и сущность. Феномен и ноумен. Вот на этой диаграмме как раз и показана первая дихотомия, отделяющая наш материальный мир, который можно потрогать, который можно изучать приборами, отделяющая от мира иной реальности, как раз от мира этих структур, от мира этих программ.

Начало XXI века – это не просто календарная дата, а это начало новой Единой картины Мира. Я убеждён в том, что в двадцать первом веке объектом изучения науки, и физики в частности, станет именно невидимый Мир Высшей реальности. Такой же невидимый, как и микромир. Но оказывается, этот мир совершенно иной природы. Он тоже может быть исследован с помощью математики.

И посмотрите, какая любопытная особенность этого Мира. Для изучения микромира нужно было расщепить целое на части. И расщеплять как можно больше и детальнее, расщеплять всё дальше и дальше.

Но для того чтобы ответить на вопрос, что же лежит в основе Мира, нужно посмотреть на этот Мир как на единое целое. Необходимо целостное описание Мира. То есть отвлечься от деталей и увидеть целое.

Представьте себе, что мы приходим в картинную галерею и нас подводят к картине, которая находится перед нашим носом на расстоянии десяти сантиметров. Мы видим пятна, краски, переходим в другое место – снова пятна, краски. А в целом картину мы не увидим. Для этого нужно отойти от картины на несколько метров. Вот так же и нужно посмотреть на Мир, отойдя от него. Значит, нужна математика, которая наоборот основана не на анализе, не на расщеплении, а на синтетическом видении мира.

И вот оказывается, такая математика (исчисление кортов) уже создана. Это и есть Теория физических структур. У меня появились талантливые ученики и последователи. И через несколько лет в Новосибирске, в Горно-Алтайске, в Барнауле, в Москве появилась целая школа по Теории физических структур.

В Московском университете к нашей школе близко «неслиянно и нераздельно» примыкает научное направление, развиваемое известным физиком-теоретиком, профессором кафедры теоретической физики МГУ Юрием Сергеевичем Владимировым – моим близким другом и коллегой.

Итак, нужно воспользоваться новым математическим исчислением кортов, которое оперировало бы не с отдельными элементами, а с конечными множествами – кортами. Заметьте – в современной физике никто не рассматривает одновременно множество разных физических объектов. Современная наука занимается рассмотрением отдельных физических объектов и отдельных явлений.

При этом мне вспоминается моя последняя и единственная встреча с академиком Владимиром Александровичем Фоком, к которому я приехал в 1970 году в Ленинград, чтобы рассказать ему о своих работах по Теории физических структур и, в частности, о новой точке зрения на закон Ньютона.

Он встретил меня весьма доброжелательно, пригласил к себе домой и приготовился внимательно выслушать меня. Но когда я сказал:

– Рассмотрим два тела и две пружинки и измерим четыре ускорения …

Здесь он перебил меня:

– Простите, о чём идёт речь? о механике материальной точки? или о механике системы, состоящей из двух материальных точек?

Я ответил:

– Речь идёт о механике материальной точки, то есть о новой точке зрения на закон Ньютона.

– Но почему же вы рассматриваете два тела? Нет, я вас не понимаю! – и выключил свой слуховой аппарат, дав понять тем самым, что дальнейший разговор на эту тему лишён для него всякого смысла.

Действительно, очень трудно взглянуть на хорошо известную ещё с детства механику с существенно иной, непривычной точки зрения.

Чтобы объяснить, что такое корт, я начну, пожалуй, с наиболее наглядного примера.

Что такое физический закон? Не закон Ньютона и не закон Ома, а физический закон вообще? Чтобы ответить на этот вопрос, начнём с простейшего примера – с законов, лежащих в основании геометрии евклидовой прямой, геометрии евклидовой плоскости и геометрии трёхмерного евклидова пространства.

Возьмём две произвольные точки, лежащие на прямой, – двухточечный корт (корт – сокращённая форма слова кортеж. Кортеж – конечная последовательность элементов какого-либо множества), и измерим расстояние между ними. Это расстояние ничем не ограничено и может меняться от нуля до бесконечности. Никакого закона ещё нет.

Но если мы возьмём трёхточечный корт и измерим три расстояния между его тремя точками, то мы столкнёмся с качественно новой ситуацией. Три точки на прямой можно рассматривать как вершины «сплюснутого» треугольника, площадь которого равна нулю при любом расположении точек. Но с другой стороны, площадь треугольника зависит от длин трёх его сторон (формула Герона). Следовательно, между тремя расстояниями существует определённая связь, которая и есть простейший закон одномерной евклидовой геометрии.

Рассмотрим теперь трёхточечный корт на евклидовой плоскости и измерим три расстояния между его тремя точками. В этом случае площадь треугольника может меняться от нуля до бесконечности и, следовательно, между тремя расстояниями нет никакой связи.

Но если мы рассмотрим четырёхточечный корт и измерим шесть расстояний между его четырьмя точками, то мы столкнёмся с ситуацией, подобной той, которая наблюдалась на прямой. А именно, четыре точки на плоскости можно рассматривать как вершины «сплюснутого» тетраэдра, объём которого равен нулю при любом расположении точек. Но с другой стороны, объём тетраэдра зависит от длин его шести рёбер (формула Тартальи). Следовательно, между шестью расстояниями между четырьмя точками, произвольно расположенными на плоскости, имеет место вполне определённая связь, которая и есть простейший закон двумерной евклидовой геометрии.

Рассмотрим теперь четырёхточечный корт в трёхмерном евклидовом пространстве и измерим шесть расстояний между его четырьмя точками. В этом случае объём тетраэдра может меняться от нуля до бесконечности и, следовательно, между шестью расстояниями нет никакой связи.

Но если мы рассмотрим пятиточечный корт и измерим десять расстояний между его пятью точками, то мы обнаружим существование вполне определённой связи между десятью расстояниями пятиточечного корта. Эта связь и есть простейший закон трёхмерной евклидовой геометрии.

Аналогичным свойством возникновения закона при достижении векторного корта определённой длины обладает множество векторов в n-мерном линейном пространстве: если длина корта меньше или равна размерности линейного пространства, то векторы этого корта линейно независимы и между их скалярными произведениями нет никакой связи; если же длина векторного корта больше размерности линейного пространства, то векторы этого корта линейно зависимы и между их скалярными произведениями есть вполне определённая связь (обращение в ноль определителя Грама). А это и есть простейший закон, которому подчиняются векторы n-мерного линейного пространства.

Однако множества точек евклидовой прямой, евклидовой плоскости и трёхмерного евклидова пространства обладают ещё одним замечательным свойством.

Если в случае евклидовой прямой взять не один трёхточечный корт, как в предыдущем случае, а два произвольных трёхточечных корта и измерить девять расстояний между каждой точкой первого корта и каждой точкой второго корта, то все эти девять расстояний окажутся связанными между собой одним вполне определённым соотношением, которое является фундаментальным законом, лежащим в основании одномерной евклидовой геометрии.

Точно так же поступим в случае евклидовой плоскости. Рассмотрим два произвольных четырёхточечных корта и измерим шестнадцать расстояний между каждой точкой первого корта и каждой точкой второго корта. Можно показать, что все эти шестнадцать расстояний связаны между собой одним вполне определённым соотношением, которое является фундаментальным законом, лежащим в основании двумерной геометрии.

В случае трёхмерного евклидова пространства рассмотрим два произвольных пятиточечных корта и измерим двадцать пять соответствующих расстояний. Можно показать, что все эти расстояния связаны между собой одним соотношением, представляющим собой фундаментальный закон, лежащий в основании трёхмерной евклидовой геометрии.

Итак, мы можем сказать, что фундаментальный закон, лежащий в основании n-мерной евклидовой геометрии, представляет собой определённый вид отношений между двумя (n+2)-точечными кортами.

В случае векторной алгебры мы можем сказать почти то же самое: фундаментальный закон, лежащий в основании n-мерного векторного пространства, представляет собой определённый вид отношений между двумя (n+1)-векторными кортами.

Если мы перейдём от евклидовой геометрии и векторной алгебры к рассмотрению фундаментальных физических законов, лежащих в основании самых различных разделов физики, то мы всюду обнаружим одно и то же:

два множества физических объектов различной или одной и той же природы;

репрезентатор – прообраз квадрата расстояния между двумя точками в евклидовой геометрии или прообраз скалярного произведения двух векторов в линейной алгебре;

два корта конечной длины, состоящие, соответственно, из s произвольных элементов первого множества и r произвольных элементов второго множества,

и верификатор – функцию s r числовых переменных, связывающую между собой s r репрезентаторов.

Оказывается, с точностью до физической интерпретации все фундаментальные физические законы – законы механики, теории относительности, термодинамики, электродинамики, квантовой механики и даже статфизики, а также многие разделы чистой математики построены по одному и тому же проекту, по которому построены евклидова геометрия, геометрии Лобачевского и Римана и векторная алгебра. Другими словами, можно сказать, что вся физика может быть изложена на едином языке сакральной геометрии.

В отличие от традиционной «антропной» геометрии на одном множестве, сакральная геометрия с самого начала строится на двух множествах различной природы. И, как и следовало ожидать, общеизвестная антропная геометрия представляет собой особый случай вырождения сакральной геометрии, когда исходные два множества сливаются в одно.

Естественно, что при таком вырождении многие разделы более богатой и содержательной сакральной геометрии (например, геометрии криптовекторов и криптоточек, имеющие самое прямое отношение к физике) оказываются утраченными.

Но самое главное, граничащее с чудом, является возникновение в сакральной геометрии неизвестных ранее сакральных самодостаточных функциональных уравнений. В отличие от всех хорошо известных в математике уравнений (алгебраических, дифференциальных, интегральных, функциональных), содержащих различные операции (сложение, умножение, возведение в степень, дифференцирование, интегрирование и т.п.), в сакральных уравнениях нет никаких операций, кроме подстановки одной неизвестной функции – репрезентатора в другую неизвестную функцию – верификатор.

И самое удивительное состоит в том, что эти уравнения имеют единственные решения, представляющие собой фундаментальные законы, лежащие в основании всех разделов физики, геометрии и некоторых разделов чистой математики.

Будучи переведённым на обычный человеческий язык, это утверждение означает следующее: если у вас имеется некий фундаментальный закон, то он должен иметь такую и только такую форму. То есть, где бы вы ни оказались, на Земле или далеко за пределами Солнечной системы, например, на звезде Альфа Центавры, или где-то ещё, если там существует какой-либо универсальный закон, то можно заранее написать возможные его формы. Оказалось, что всего существует только четыре решения. И вот всё многообразие физических законов механики, термодинамики, электродинамики, квантовой механики, теории относительности – всё в конечном итоге сводится к одному из этих четырех решений.

Представляете, как гениально просто выглядит сакральный План Творения, предшествующий Большому взрыву!

Другими словами, нам удалось найти то единственное зёрнышко, из которого вырастают разные разделы физики – механика, термодинамика, теория относительности, квантовая механика. Нужно задать только ранг соответствующих кортов – единственный свободный целочисленный параметр, и вы получаете формальное выражение для того или иного фундаментального закона. А дальше вы должны дать для этого выражения соответствующую физическую интерпретацию.

Представьте себе архитектора, который должен построить дом. В его распоряжении всего четыре типовых проекта с произвольным числом этажей и рабочих помещений (по аналогии с целочисленным рангом двух кортов).

Но этот дом пока будет состоять из голых стен, железобетонных перекрытий и пустых комнат. А для того чтобы этот дом, так сказать, ожил, нужно создать необходимый интерьер. Только тогда будет окончательно законченный дом.

Точно так же созданию той или иной физической теории предшествует чисто математический раздел Теории физических структур. И только тогда, когда вы дадите физическую интерпретацию, то есть укажете, из каких физических объектов образованы исходные два множества и какая измерительная операция скрывается под именем репрезентатора, то только тогда у вас получится конкретная физическая теория.

После этого, спускаясь вниз, вы получите, как соответствующие инварианты, те или иные физические величины и исходные уравнения этой теории в традиционных обозначениях, и придёте к той самой традиционной, хорошо всем известной физике.

Итак, образно говоря, физика представляет собой пирамиду, состоящую из двух частей: верхней – сакральной физики, в основании которой лежит абстрактная Теория физических структур, и нижней – антропной физики, в основании которой лежат наглядные антропные модели. Между ними расположен некий «облачный слой», подобно смогу закрывающий верхнюю половину.

В отличие от объяснений в антропной физике, сводящих любое физическое явление или закон к наглядным (антропным) моделям, понимание идёт дальше – оно выстраивает цепочку понятий до последней общезначимой первопричины неживой природы – до физической структуры.

В свете вышесказанного, герменевтика – это форма знания, в основании которой лежит выявление сущности и смысла, скрытых за очевидными явлениями.

Что же касается сущности физических и геометрических законов, то для того чтобы понять, в чём смысл и сущность основных законов и понятий физики и геометрии, необходимо было создать новую область знания с новыми целями, с новыми задачами, с новым математическим аппаратом – исчислением кортов.

Перед нами стоит необычная задача: реконструкция физики как единого целого на принципиально новых основаниях с целью:

1. раскрытия её внутренней простоты, самосогласованности и гармонии;

2. установления нового взгляда на хорошо известные ещё с детства, привычные понятия и законы;

3. облегчения преподавания физики в средней школе и в университете;

4. устранения накопившихся в физике мифов;

5. объединения физики и математики в единую область знания и

6. установления границы их применимости.

Что же такое математика? Что является объектом её изучения? С точки зрения антропной физики математика – это придуманный математиками аппарат, который непостижимым образом оказался весьма эффективным при использовании его в качестве многочисленных моделей Мира материальной действительности.

С точки зрения сакральной физики или Теории физических структур, математика – это область знания об объективно существующих категориях и математических структурах, составляющих монолитный фундамент Мира Высшей реальности. Математики открывают, а не изобретают их.

Та математика, которая изучается в средней школе, в университетах, исходит из некой наглядной природы математических объектов. То есть в одном случае говорят – это число, в другом случае говорят – это прямая, окружность, эллипс, поверхность, в третьем случае говорят – это функция. То есть предполагается, что математические объекты имеют некую «природу», в соответствии с которой вся математика разделяется на целый ряд разделов.

И вот математиков заинтересовала такая вещь, а что скрывается за этими конкретными разделами математики? Давайте откажемся от этой неуловимой «природы» математических объектов и будем просто обозначать эти объекты какими-нибудь символами.

При этом выяснилось, что вся математика свелась к следующему.

Имеется некое множество, имеется система аксиом, которая описывает отношения между элементами множества, не прибегая к понятию «природы» математических объектов. Такие «обезличенные» множества с заданной на них системой аксиом назвали математическими структурами.

Французские математики под общим псевдонимом Бурбаки установили, что вся математика представляет собой некую картину, написанную тремя красками. Они установили существование трёх порождающих математических структур из которых следует вся математика. Это – алгебраическая структура, структура порядка и топологическая структура. Если взять часть аксиом из одной структуры, соединить с другой, то мы получим много разных разделов математики.

А потом задали такой вопрос – хорошо, а что есть общего между структурой порядка, структурой алгебраической, структурой топологической. А давайте отбросим не только «природу» математических объектов, но эти аксиомы. И тогда математики подошли к самой вершине, они назвали её категорией. Категория определяет отношения между произвольными ко– и контравариантными объектами с помощью, так называемых, морфизмов.

Таким образом, оказывается, что мир математики представляет собой пирамиду, разделённую на две части неким «облачным слоем», отделяющим верхнюю часть пирамиды – сакральную математику, имеющую дело с наиболее абстрактными понятиями: категорией и математическими структурами, от нижней части – антропной математики, имеющей дело с математическими объектами, в которых можно усмотреть наличие определённой математической «природы», и которые вносят в математику определённый элемент наглядности. Что же касается сакральной математики, то она вплотную подводит нас к понятию Истины.

Что есть Истина? На этот вопрос невозможно ответить, оставаясь на уровне антропного знания. Вспомните известную картину Ге «Что есть истина?» Перед лицом неправедного судьи – Пилата стоит Христос. Он почти не говорит с ним, Он почти не оправдывается, потому что Он знает, что для Пилата нет Истины. Она его не интересует. Ведь Пилат, спрашивая: «Что есть истина?», – произносит это риторически, как бы заранее зная, что ответа нет, что никакой истины нет.

В самом деле, если оставаться на уровне антропной науки и принять в качестве критерия истины практику или согласие выводов теории с опытом, то истина превратится в банальность типа: Мел – бел, или Волга впадает в Каспийское море. Дело в том, что в основании «дольнего», «плоского» антропного знания лежат наглядные модели – образы, а понятие Истины неразрывно связано с понятием прообраза, возникающим уже на другом уровне «горнего» сакрального знания. Один единственный прообраз (сущность) проявляется и находит своё выражение во множестве образов (явлений), и потому Истина ассоциируется с горной вершиной или с вершиной пирамиды в «горнем» мире сакральной науки.

Таким образом, в мире сакрального знания критерием Истины является не «соответствие действительности» и не столько согласие выводов теории с опытом, сколько похожая на чудо, самосогласованность множества на первый взгляд совершенно различных явлений, вытекающих, как следствие, из одного единственного общего принципа. И чем больше и разнообразнее такое множество, тем надёжнее работает этот критерий. В этом смысле Теория физических структур удовлетворяет самым высоким критериям Истины.

Итак, по большому счёту, согласие выводов теории с опытом не является критерием Истины, как принято считать, а лишь критерием правдоподобия. Что же касается подлинного критерия Истины, то им является самосогласованность всего со всем.

Как следует из Теории физических структур, все без исключения разделы физики и геометрии образуют единую самосогласованную систему, которая мгновенно развалится, если в её основании заменить хотя бы один камень.

Таким образом, мы приходим к мысли, что наглядным образом Истины является вершина пирамиды. Вершина в физике – это физическая структура; вершина в математике – это категория; вершина в биологии – это генетический код; вершина в сакральной антропологии – это лингвистический код.

Спускаясь вниз с этих сакральных «заоблачных вершин», мы получаем всё разнообразие этого мира – разнообразие законов физики, разнообразие математических теорем, разнообразие живых организмов, разнообразие и неповторимость личностей.

Таким образом, мы приближаемся к разгадке Плана Творения. Что было до Большого взрыва? На этот вопрос официальная наука не отвечает. Она утверждает, что после Большого Взрыва возникло и пространство-время, возникли законы, возникли элементарные частицы, поля. А вот что было до Большого взрыва? Этот вопрос считается бессмысленным.

А на самом деле он вполне осмысленный. Согласно теории номогенеза, предложенной Л.Бергом и С.Мейеном, до Большого взрыва была Программа Творения. Большой Взрыв – это и есть начало реализации этой Программы.

Представьте себе дом, которого ещё нет. Есть проект этого дома, где всё предусмотрено вплоть до отверстий в стенах, куда будут проходить трубы и провода. А дома ещё нет. А дом начинается с фундамента, и он растёт, растёт в соответствии с этой программой.

Вот также устроен Мир. В какой-то момент в Мире Высшей реальности включается та или иная программа. То есть эта программа в целом, она как бы состоит из пакетов программ. Вот есть пакет программ, которые ответственны за создание материальной оболочки мира. Вещество, поле, физика – всё, на этом кончается.

Потом включается новая программа – программа возникновения жизни. Вот очень любопытно, посмотрите, целью этой программы является человек. Человек как бы должен олицетворять Творца мира, воплощённого телесно. И вот для того чтобы существовал человек, необходимо создать среду обитания, его ойкумену. Причём, удобную среду, чтобы всё было согласовано. То есть, в частности, для человека, для его существования очень важен некий периодический процесс: работа – отдых, работ – отдых. И нужно согласовать закон физиологии с законом движения Земли, то есть нужно закрутить Землю так, чтобы за 24 часа сменялась ночь на день. Необходим другой цикл, чтобы менялись времена года, нужно ось Земли повернуть на определённый угол – и возникает периодическая смена времён года.

То есть в этой программе предусмотрено заранее всё для того, чтобы возник человек, чтобы этот человек мог жить в этом мире.

И вот любопытно, существует два способа использования энергии для живого организма. Первый высокоэффективный способ – это горение. Происходит окисление, при этом выделяется большое количество энергии. Но для этого нужен кислород. Второй низкоэффективный способ – тление. Это когда крупная молекула разбивается на две молекулы поменьше, происходит тление. Выделяется энергия, но очень мало.

И вот, смотрите, как красиво задуман этот мир – для того чтобы появился процесс горения, необходимо создать кислородную атмосферу. Для этого создаются микроорганизмы, так называемые прокариоты, которым наша планета в первую очередь обязана существованием кислородной атмосферы.

Дело в том, что они обладают удивительным свойством разлагать воду и тем самым создавать свободный кислород. Прокариоты, по-видимому, практически не знали естественной смерти. Они могли существовать в весьма жёстких условиях, которые три миллиарда лет тому назад были на нашей Земле: активная вулканическая деятельность, интенсивная ультрафиолетовая радиация, не удерживаемая озоновым слоем. Они были самыми приспособленными живыми существами, которые когда-либо жили на Земле. Их потомки, например сине-зелёные водоросли, и сейчас обладают исключительной жизнестойкостью.

Но когда кислородная атмосфера достигла своего нужного уровня, прокариоты были вытеснены эукариотами с их кислородным дыханием, из которых спустя один миллиард лет возникли живые организмы. Эукариоты были уже смертны в обычном смысле этого слова. Эту цену они заплатили за обретение кислородного дыхания, но вместе с ним они приобрели во много раз большую, чем у прокариотов, эффективность использования энергии.

Но каждая программа как бы закодирована определённым образом. Так физические законы, оказывается, закодированы очень простым образом – одним сакральным уравнением. Это сакральное уравнение замечательно тем, что все его решения представляют собой фундаментальные законы, лежащие в основании всей физики и геометрии. Самое удивительное то, что можно доказать, что никаких других законов не может быть никогда. Другими словами, мной обнаружено самое общее свойство любого фундаментального закона, накладывающее на вид этого закона гораздо более сильное ограничение, чем, например, требование сохранения физической размерности. Каждый школьник знает, что когда вы пишете какую-то формулу, описывающую тот или иной физический закон, то физическая размерность справа обязательно должна совпадать с размерностью слева. Таким образом, сразу же можно сказать, верна ли эта формула или нет.

И вот оказывается, если потребовать, чтобы этот закон был бы справедлив для любых объектов из данного множества, то это требование оказывается очень жёстким требованием. Оно может быть строго математически описано и сформулировано в виде одного сакрального уравнения. Как показал Михайличенко, это уравнение имеет единственное решение, допускающее простую физическую или, точнее, сначала геометрическую интерпретацию.

Вот эта теорема о существовании и единственности решения сакрального уравнения и является главным результатом Теории физических структур. И вот в отличие от академической науки, которая имеет дело с уравнениями алгебраическими, дифференциальными, интегральными, функциональными, где всегда присутствует некая операция, которая как бы вносится руками, вот эти сакральные уравнения не содержат внутри никаких операций – ни операций сложения, ни операций умножения, ни дифференцирования. Они просто представляют собой две неизвестных функции, вложенные одна в другую. Эти уравнения возникли в рамках Теории физических структур сорок лет тому назад. В каком то смысле – это самые простые уравнения, так как в них ничего не вкладывается извне «руками»,

Это воистину сакральные уравнения, лежащие в самом основании Мира и порождающие все фундаментальные законы физики и геометрии. Удивительные свойства этих уравнений рассмотрены в многочисленных публикациях моих учеников – профессора ГАГУ Геннадия Григорьевича Михайличенко и старшего научного сотрудника Института ядерной физики СО РАН Владимира Ханановича Льва. И странно, что никто из математиков не обратил на них внимания.

Сорок лет прошло с тех пор, как я ушёл из академической науки, чтобы посвятить остаток своей жизни поиску сакрального языка, на котором написаны законы природы. Мне повезло, что по предложению Тамма я оказался в Новосибирском университете. Там я нашёл идеальные условия для реализации своих идей. Ректор университета, академик Беляев предоставил мне полную свободу заниматься тем, чем я хочу. И хотя он не очень понимал, чем я занимаюсь, он никогда не отказывал мне в многочисленных командировках на различные конгрессы, конференции и семинары, и буквально спас меня от репрессий, последовавших после подписания нами «Письма сорока шести». Всё это дало мне возможность заниматься своим любимым делом: читать спецкурс по Теории физических структур, в течение многих лет вести семинар по ТФС и, в конце концов, создать из моих учеников и последователей целую школу по Теории физических структур.

Мой ученик Геннадий Григорьевич Михаличенко совершил научный подвиг, доказав фундаментальную и весьма трудную теорему о существовании и единственности четырёх типов физических структур. Полученные им результаты, несмотря на их «еретическое» происхождение, были защищены им сначала как кандидатская, а затем и как докторская диссертации в Институте математики СОАН СССР. После него по этой же «еретической» тематике были защищены ещё три кандидатских диссертации.

Теперь представьте себе физику и математику как большую горную страну и в этой стране – «горнюю» деревню, лежащая вдалеке от протоптанных дорог. И вот в этой деревне собралось несколько, тогда ещё молодых, физиков и математиков, неудовлетворённых положением дел в теоретической физике, чтобы подвести под неё надёжные основания.

Исходные идеи и строгая постановка математической задачи были ясны

с самого начала. Однако построение Теории наткнулось на, казалось, непреодолимые математические трудности. Но вот аспирант Михайличенко доказал свою удивительную теорему. Тем самым он пробил первую тропу сквозь лес, который окружал эту деревню, перевитый лианами, и заросший колючками. За ним пошли Владимир Лев, Юрий Сергеевич Владимиров, Виктор Иванович Шахов, Андрей Симонов и другие, существенно расширившие эту тропу.

И вот мы вышли на берег океана. Перед нами открылся новый, невиданный ранее, Мир Высшей реальности, построенный по единой сакральной Программе, со своими задачами, со своим математическим аппаратом, с новыми понятиями и новыми, неизвестными ранее, сакральными уравнениями.

Мы строим корабль. Понимаете? Корабль! И спускаем его со стапелей. Вот эта книга, которую я писал в течение сорока лет (С каким-то суеверным страхом вспоминаю, что столько же лет водил свой народ по бесплодной пустыне Моисей) и которую я готовлю к изданию. Она как раз и представляет собой этот Корабль с алыми парусами. И уже ветер полощет его паруса.

Теперь нам нужно набрать команду – не менее сорока человек, которые отправились бы с нами в этот новый, невидимый и ещё неизведанный и неисхоженный Мир Высшей реальности. Дело в том, что у меня имеется не менее сорока различных задач из области сакральной физики и сакральной математики, которые я знаю, как они решаются. Я знаю их решение. Но мне нужно сорок человек – физиков и математиков, которые бы взяли на себя труд спуститься с сакральных высот на уровень антропной математики и переписать последовательно и строго решения этих задач на обычном языке традиционной академической науки.

И тогда мы будем публиковать все эти наши работы в специально созданном журнале «Теория физических структур», где мы соберём все наши опубликованные и ещё неопубликованные работы по ТФС. У нас уже есть более ста семидесяти опубликованных работ. Но это – лишь куски, фрагменты всей Теории физических структур. Их невозможно читать, если ты не знаешь, не видишь изложения всей этой новой науки в целом, с самого начала и до конца. Это должна быть толстая книга, толстая монография. И вот после этого уже можно читать эти работы.

А.Г. Может быть, ваш призыв будет услышан, и найдутся эти сорок человек после сегодняшней программы.

Ю.К. Я надеюсь на это.

А.Г. У меня к вам вопрос, который выходит за рамки, наверное, вашего знания и этой программы уж точно. Вопрос тоже сакральный, который преследует человечество всё время, как только оно начало заниматься наукой, – зачем? И как по-вашему, вся эта, с вашей точки зрения, грандиозная вертикально выстроенная структура, постановки задач и их решения. Вся эта махина, которая была создана только для того, чтобы мы с вами имели возможность сегодня общаться. Зачем? Запустит ли она следующую программу? И какой эта программа может быть? Зачем в этом мире человек?

Ю.К. Вся эта «махина» была создана не только для того, чтобы мы имели возможность общаться сегодня. Она представляет собой попытку взглянуть на Мир в целом как бы сверху, с вершины сакральной пирамиды.

Зачем это нужно? Это нужно, прежде всего, чтобы понять, что Мир построен на разумных началах, чтобы убедиться в существовании сакральной Истины и единого сакрального Плана Творения.

Это нужно, чтобы, взглянув на Мир «сверху, с высоты птичьего полёта», увидеть то, чего не увидишь, находясь «на земле, в дремучем лесу, перевитом колючими лианами фактов».

Это нужно, чтобы убедиться в объективном существовании двух Миров – антропного видимого Мира эмпирической (материальной) действительности и сакрального невидимого Мира Высшей реальности, существующих нераздельно и неслиянно.

Это нужно для того, чтобы найти естественный и разумный путь из Мира эмпирической действительности в Мир Высшей реальности, найти строгое математическое доказательство связи, существующей между этими Мирами.

Это нужно, чтобы понять, какое место занимает человек в этом Мире, в чём смысл его существования.

И наконец, это нужно для того, чтобы удовлетворить величайшую потребность человека в свободном полёте мысли, в открытии новых явлений, новых сущностей и новых Миров.

Вспомним в связи с этим повесть-притчу Ричарда Баха «Чайка по имени Джонатан Ливингстон». Смысл её состоит в следующем. В Стае чаек, которые одержимы только добычей рыбы с приходящих судов, вдруг появляется чайка, которая открыла для себя красоту и радость полёта. Она устремляется в небо и испытывает при этом огромное счастье от самой возможности свободного полёта. Эта чайка по имени Джонатан Ливингстон хочет обучить своих собратьев мастерству высшего пилотажа, показать им, какие при этом дали открываются перед ними.

Но чайки Стаи не захотели поверить в радость полёта. Они были глубоко убеждены в том, что им не дано постигнуть смысл жизни, ибо он непостижим; они верили только в одно: они брошены в этот мир только чтобы есть и оставаться в живых до тех пор, пока у них хватает сил. Всякий, кто думает иначе, должен быть изгнан из Стаи. Чайку по имени Джонатан Ливингстон судила Стая и приговорила к Изгнанию.

Так вот, человеку, наряду с материальными потребностями, присущ вот этот страстный интерес к познанию всего нового, необычного, к открытию новых стран и новых областей знания. В поисках новых миров люди надевают скафандры и покидают Землю. Летят куда-то, на какие-то планеты. Зачем? Какая от этого польза?

А человеку нужна не только польза. Ему скучно просто потреблять и просто жить в тепле и сытости. Понимаете? Он хочет вырваться из унылой повседневности, увидеть этот новый мир. И этот мир доставляет, оказывается, огромное наслаждение, гораздо большее, чем сытый желудок, дача, машина и комфорт в квартире.

Но зачем искать новые миры так далеко? Подлинную красоту можно увидеть совсем рядом – в Мире Высшей реальности. Одним из наиболее сильных побуждений, ведущих в этот сакральный Мир, является желание уйти от унылой повседневности с её мучительной жестокостью и беспросветной пустотой, уйти от уз вечно меняющихся собственных прихотей и бесплодных желаний. «Эту причину можно сравнить, – писал Альберт Эйнштейн, – с тоской, неотразимо влекущей горожанина из шумной и мутной окружающей среды к тихим высокогорным ландшафтам, где взгляд далеко проникает сквозь неподвижный чистый воздух и наслаждается спокойными очертаниями, которые кажутся предназначенными для вечности».

Прекрасной иллюстрацией этого состояния сопричастности вечности является знаменитая картина Шишкина «Рожь»: бездонное синее небо, полновесные колосья ржи, летящая ласточка, васильки, вековые сосны. Вот в этом Мире легко и приятно работать и жить. И есть путь в этот Мир; этот путь уже пройден нами.

Я просто приглашаю всех: давайте забудем на время о пользе, будем искать Истину! Но, оказывается, сама Истина обладает большой потенциальной полезностью. И высокая Истина, безусловно, приведёт к пользе. Но только не надо сразу искать эту пользу. Получается так, что если всё свести к пользе, то Истина уходит. Уходит, как вода меж пальцев, как драгоценное зерно из дырявого мешка.

Оглавление

Боги Древнего Египта

Квантовая космология

Динамическая нестабильность воды

Oкраска рыб

Молекулы и информация

Критическая солёность

Перенос излучения

Дно океана

Погода и биржевые цены

Гамма-всплески

Паразитизм в живых системах

Сакральная физика

Реклама на сайте