Где я? ZANOZA.LVдаугавпилсская жизнь

Сначала нужно залогиниться или зарегистрироваться.

gordon: Феномен марганца

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Елена Сергеевна Базилевская– кандидат геолого-минералогических наук
  • Баренбаум Азарий Александрович– кандидат физико-математических наук

Александр Гордон: Начнем, наверное, именно с этой проблемы. Потому что все остальное поможет, может быть, объяснить существование этой проблемы, и приведут нас к выводу, что сегодняшняя геология, как вы сказали, – это наука скорее космическая, чем земная. Итак, в чем же, собственно, проблема?Елена Базилевская: Проблема марганца связана с тем, что до сих пор не было никакого определенного знания о том, каким путем образуются крупнейшие марганцевые месторождения. Проблема эта была обусловлена тем, что геология касалась только изучения континентов земли, а в океан она не уходила. Совсем недавно, наверное, лет 50 назад, вскоре после второй мировой войны, геологи вышли в океан. За этот срок – за какие-то 30 лет – в океане было сделано очень много открытий. Открытий, которые имеют глобальное значение. Геология, по существу, из науки континентальной превратилась в науку глобальную. Этот фактор позволил объединить целый ряд геологических событий на земле и открыть возможность нового видения геологии.

Что касается меня, то я занимаюсь марганцем. Передача называется "Феномен марганца на Земле", я так назвала свою статью. Месторождения марганца представлены в океане главным образом в виде железомарганцевых конкреций. Вот для примера я принесла два образца со дна Тихого океана, с глубины 5-ти километров. Вот эти – совершенно шарообразные и концентрически слоистые. А эти – уплощенной формы. В Тихом океане они находятся в северной части, между разломными зонами Кларион и Клиппертон. А.Г. Какой процент содержания здесь железа, а какой марганца?Е.Б. В этих конкрециях содержание железа – примерно 18% в среднем, и процентов 25 марганца, они более марганцовистые, чем конкреции, допустим, из Атлантического океана – каждый океан имеет свою специфику.

Эти конкреции, помимо чисто экзотического интереса, представляют большой экономический интерес. В них сорбционно связаны с гидроксидами марганца и железа (которые являются главными рудообразующими металлами этих конкреций) большой спектр тяжелых металлов, или малых элементов, таких как кобальт, никель, медь, свинец, цинк и прочее. По данным Батурина, до трех четвертей таблицы Менделеева скапливается в этих стяжениях. Это один аспект, который придает им важное экономическое, и я бы сказала, стратегическое значение. Второй аспект – это то, что благодаря высокой сорбционной способности гидроксиды марганца являются самыми активными природными сорбентами, они сохраняют экологию океана. Особенно это важно при усилении антропогенного влияния на наши бассейны. То есть кроме экономического значения, они еще и сорбируют на себе все токсичные излишки элементов, которые оказываются в морской воде.А.Г. А тут нет противоречия? Ведь если начнется активная добыча марганца и марганцево-железной руды, слой ее станет меньше, следовательно, она не сможет оказывать такое влияние на очистку Мирового океана? Е.Б. Вы абсолютно правы, потому что именно эти проблемы и являются главным основанием того, что мировое сообщество, которое объединилось в отношении освоения океана, пришло к выводу, что даже малейшее замутнение океана на глубинах 5 километров, там, где максимально распространены конкренции, приводит к тому, что эта взвесь не оседает сотни лет, а это меняет экологию. То есть тут есть явное противоречие, но надо просто искать способ, экологически безвредный для их освоения. Этим, собственно, сейчас и занимаются. Это является препятствием в данный момент, но все препятствия можно обойти.

На рисунке, который я хочу показать первым, показано распространение конкреций в Мировом океане. Более темным цветом закрашены рудные поля. К рудным полям относятся крупные площади с большой продуктивностью и высокого качества, то есть где большое содержание рудных металлов, которые особенно в них ценны, где малых элементов около двух или больше процентов. Самое главное такое рудное поле было открыто рядом экспедиций, в которых принимали участие суда развитых стран, оно расположено в северо-восточной части Тихого океана между разломами Кларион и Клиппертон. В свое время прошла конференция по морскому праву, и в этом поле были закреплены площади за теми государствами-участниками исследований, которые внесли наибольший вклад в изучение этой проблемы. В том числе Советский Союз имеет там юридически закрепленную площадь для добычи, которая пока еще не разрешена.

На этой карте видно, что максимальное распространение богатых рудных полей относится к тихоокеанскому бассейну и к восточной части Индийского океана.А.Г. А в Атлантике?Е.Б. В Атлантике есть конкреции, но рудных полей в том понимании, о котором я говорила, там нет. Там есть места, богатые конкрециями, но они имеют локальный характер. Для добычи они не пригодны. Это я и называю одним из феноменов марганца – его, так сказать, приуроченность к восточному полушарию.

Высокая концентрация марганца в восточной части Индийского океана и в Тихом океане связана с древностью этих океанов. А восточная часть Индийского океана и Атлантика – это молодые океаны. И конкреции там – современные, они не выходят за рамки 170-ти миллионов лет. При этом в Тихом океане накопление марганца больше, чем в Индо-Атлантическом сегменте в 70 раз. Это колоссальное количество марганца.

Второй феномен марганца заключается в том, что в породах земной коры марганец содержится в очень незначительных количествах. Примерно одна десятая процента – это то, что называется кларковое содержание, то есть среднее содержание. Железа при этом на суше в 50 раз больше. А в океане эти показатели меняются местами: среднее отношение марганца к железу в океане около полутора. И совершенно непонятно, откуда берутся такие количества марганца?

Первые исследователи, рейс которых состоялся 130 лет назад, обошли все океаны в течение трех с лишним лет и впервые обнаружили, что конкреции не являются какими-то уникальными, экзотическими находками, а они широко распространены на океанском дне, и особенно в Тихом океане. Они сделали предположение, что, скорее всего, марганец для конкреций поступает из недр океанского дна за счет вулканической деятельности.

Однако Вернадский в своих очерках "Геохимия марганца" писал, что в процессе выветривания из пород земной коры в течение веков высвобождается огромное количество марганца, он поступает в речную сеть и сносится в океан, и вызывает удивление, что в морской воде, в океанской воде нет никаких следов присутствия марганца. Дело в том, что, по-видимому, эта работа первых исследователей, которая вышла в 91-м году уже позапрошлого века, не дошла до России. Но предвидение Вернадского абсолютно правильно, как и положено такому корифею науки.

Количество марганца, внесенного в океан, зависит от того, сколько времени продолжался этот процесс. Далее: максимальное количество наносов откладывается в устьях рек. Там скорость осадконакопления такова, что марганцовые взвеси погребаются все новыми и новыми порциями. Но геохимия марганца такова, что оставаться в восстановительных условиях он не может, он мигрирует вверх, в кислородосодержащую среду. И таким образом он постоянно мигрирует, оказывается на поверхности восстановленного осадка, и дальше его путь – в океан, поскольку конкреции формируются, главным образом, в глубоководных котловинах океана.

Пути миграции марганца досконально изучал академик Страхов Николай Михайлович, который эту транспортировку марганца проследил по профилю через Тихий океан. И выяснил, что самая тонкая взвесь наиболее обогащена марганцем.

В то же время железо может повсюду очень активно осаждаться. Оно осаждается в прибрежных взвесях, потому что образует нерастворимые сульфиды, которые остаются на месте и входят в состав глинистых минералов. И тем самым соотношение между марганцем и железом несколько увеличиваются в пользу марганца – это первый этап их разделения. Второй этап – во время транспортировки через океан. Марганец более плавучий, и он уходит дальше.

Конкреции формируются очень медленно, скорости, темпы их образования разными исследователями оцениваются по-разному. Во всяком случае, большинство считает, что это миллиметры в миллион лет. В то же время осадки, на которых лежат конкреции, это совершенно четко установлено, формируются со скоростью миллиметры в тысячу лет. По идее, они должны быть погребены. А суть в этом опять же в геохимии марганца, потому что конкреция лежит на океанском дне, одной стороной она опущена в осадок, другая – на поверхности воды. На границе осадка – повышенное содержание всех элементов. Они сорбируются всей поверхностью осадка, а затем перераспределяются в конкреции.

Собственно говоря, конкреция потому и образуется, что излишние порции металлов, которые там накапливаются за миллионы лет, выдавливаются из осадка, они не могут уже насыщать осадок, он уплотняется, снижает свою пористость, с глубиной осадок даже обезвоживается. Поэтому эти металлы все выталкиваются вверх, и конкреции растут, они не могут погребаться, потому что стремятся в максимально окисленную среду, то есть на поверхность океанского дна.

В зонах спрединговых хребтов, зонах субдукций и других мобильных районах океана марганец очень подвижен – поскольку там происходит извержение мантийных пород новой коры, то марганец в этих условиях растворим. Создаются высокие температуры, снижается содержание кислорода. В общем, формируется восстановительная среда. И он мигрирует из этих условий, но далеко не уходит, потому что окислительные условия в современном океане очень высоки на океанском дне, и поэтому он опять осаждается где-то недалеко. При этом опять же происходит потеря части железа.

Поскольку количество конкреций в океане связано со временем сноса марганца с континентов, то естественно встает вопрос о том, когда началось это океанское осадконакопление. Вопрос о том, когда началось железомарганцевое рудообразование в мировом океане, неразрывно связан с историей возникновения самого океана. С одной стороны, осадочный железомарганцевый рудогенез, это процесс современный и происходит на дне современного океана, осадки которого нигде не насчитывают более 170 миллионов лет. Это максимальный возраст сохранившегося доныне океанского дна или, точнее, его мобильного ложа. Можно ли сейчас найти признаки существования более древних железомарганцевых отложений? На современном дне океана этого сделать невозможно ввиду его высокой мобильности. В то же время, как я отмечала, когда говорила о геохимии марганца, совершенно очевидно, что марганец имеет такое близкое сродство с океанской водой, что он переживает все катаклизмы, которые существовали на Земле, переходя в растворенное состояние. Поэтому марганец в океане может быть гораздо древнее, чем...А.Г. Чем сам океан.Е.Б. Чем ложе современного океана. То есть, в свете последних исследований значительно удревнилась история возникновения океана, и качественно изменилась геологическая история развития нашей планеты.

Первый суперконтинент, который сформировался в самом конце архея, в начале протерозоя, то есть, спустя почти 2 миллиарда лет после возникновения гидросферы и атмосферы на Земле, это Пангея-0 по Хаину. С ним как раз связано образование гигантских марганцево-рудных и железорудных формаций. Они приведены на этой картинке. Здесь контурами изображены современные формы континентов, которых раньше в таком виде не было. Но у них были ядра или кратоны, которые как раз соединились. При этом данные месторождения марганца, объединенные на площади, которая сейчас находится на разных континентах: в Южной Америке, в Индии и в Южной Африке, в Калахари, были объединены едиными геологическими условиями отложения и одинаковой минералогической зональностью марганцевых руд.

В ту пору в протерозое, когда образовались эти месторождения, объем морской воды, масса воды и состав ее были близки к современным, а атмосфера была кислородонасыщенной. То есть, в течение трехсот миллионов лет условия были близки очень к тому, что имеем мы на Земле сейчас. И вполне возможно, что тогда происходило не только образование марганцево-рудных бассейнов, но и развитие других форм жизни на Земле.

Отложение происходило в определенный промежуток времени, эти месторождения образовались между двумя и 1,9 миллиардами лет, в короткий промежуток времени, быстро. Для образования месторождений в короткий промежуток времени необходима предварительная концентрация металлов в какой-либо форме. А.Г. И последующие события, которые...Е.Б. Да, и последующие события, которые могут вынести его. Поэтому мы полагаем, что формой концентрации были железомарганцевые отложения, а событием, которое могло бы их вынести, могло быть падение астероида на океанское дно примерно 1,9 миллиарда лет назад. Вполне мог бы астероид или часть его упасть и в пучину океана. Во всяком случае, это было очень крупное тело, которое прорвало тонкую океаническую кору. Надо сказать, корни континентов, кора континентальная, бывает толщиной примерно до 300 километров, а океаническая кора – это максимум 10, чаще всего 7-8 километров. То есть, падающий астероид мог ее прорвать, и тем самым спровоцировать мантийное извержение на океанском дне. Что это значит? Это значит – колоссальные температуры, исчезновение кислорода.

Складываются такие условия, в которых, во-первых, происходит растворение железомарганцевых конкреций. В то же время вздымается океанское ложе. То есть начинается трансгрессия океана – подъем воды. И восходящими течениями растворенные металлы выносятся на окраины континента. В определенном месте, но в ограниченных, локальных рамках.А.Г. Что объясняет локализацию.Е.Б. Да, что объясняет локализацию. На этой картинке стрелками, которые опущены вниз на шельфовую зону, показана стратиграфическая последовательность отложения металлов – сначала карбонатные, потом окислы железа, затем карбонат марганца и окислы марганца.

После того как произошел этот взрыв (это была, конечно, глобальная катастрофа, очень древняя), океанское дно постепенно начинает залечиваться, оседает. Происходит регрессия, вода уходит с шельфовой зоны, и дальнейшая история развития этих месторождений связана с историей развития протерозойского суперконтинента. Возможно, что падение астероида и было причиной раскола этого континента. Азарий Баренбаум: Елена Сергеевна подняла очень крупную и важную проблему: откуда берутся на Земле месторождения марганца, и как эти месторождения образуются, и привлекала к этому космические факторы. Я должен сказать, что такие же проблемы существуют в отношении многих других полезных ископаемых.

Со времен Птолемея в науках о Земле господствует так называемая геоцентрическая парадигма. Согласно этой парадигме, все происходящие на Земле процессы можно объяснить тем, что твориться в самой Земле.

Но одних эндогенных факторов для объяснения всех происходящих на Земле процессов недостаточно, необходимо привлекать еще и факторы космического характера. Все эти факторы объединены или изучаются в рамках гелиоцентрической парадигмы, которая рассматривает прежде всего космические процессы в самой Солнечной системе. Однако наряду с ближним космосом, на нашу планету и в целом на Солнечную систему оказывают большое влияние процессы, происходящие в космосе дальнем – в галактике. О влиянии на Землю галактических процессов до недавнего времени практически ничего не было известно. Этот фактор серьезно во внимание не принимался исследователями.

Ситуация радикально изменилась буквально в последние 10-15 лет после открытия явления струйного истечения вещества из центра нашей и других спиральных галактик. Это явление оказалось столь важным и столь значительным, что, как показали наши исследования последних лет, без его учета нельзя понять и объяснить многие процессы, происходящие не только на Земле, но и в самой галактике. Благодаря открытию этого явления удается тесным образом соединить геологическую и астрономическую области знаний в рамках более общей системы представления.

Должен сказать, что отношение к этому открытию у специалистов неоднозначное. А суть этого явления состоит в том, что в процессе эволюции галактик, и нашей галактики в том числе, в их центре происходит постоянное разрушение звезд. Газопылевые продукты этого распада накапливаются в центре системы, образуя быстро вращающийся диск. И из этого диска на спиральной стадии эволюции галактик это вещество начинает истекать в виде системы струйных потоков. С этого момента у галактики формируется выделенная плоскость, и они из эллиптических становятся спиральными звездными системами.

Вещество сначала истекает в газопылевой форме, но по мере движения в галактической плоскости это вещество постепенно конденсируется в плотные газопылевые облака, кометы и звезды. Солнце, которое само является продуктом конденсации газопылевого вещества в спирально-галактических рукавах, движется вокруг центра галактики по некоторой орбите и периодически попадает в эти струйные потоки, периодически пересекает струйные потоки и спиральные галактические рукава. В эти моменты все объекты солнечной системы подвергаются, прежде всего, бомбардировкам галактическими кометами. Это происходит через каждые примерно 20-40 миллионов лет. И примерно раз в миллиард лет Солнце взаимодействует с массивными звездными образованиями, меняя параметры своей галактической орбиты.

Все эти моменты попадания Солнца в спиральные рукава и в струйные потоки в истории Земли отмечены как эпохи глобальных геологических, биологических и геохимических катастроф, к которым привязываются границы современной стратиграфической и геохронологической шкалы.

Вот на этом слайде показана спиральная структура нашей галактики. Наша галактика имеет 4 спиральные ветви логарифмического типа, эти ветви вращаются вокруг центра галактики и имеют два струйных потока. Они показаны на нашей схеме красным цветом. Вещество струйных потоков движется в радиальном направлении из центра галактики. Эта точка – наше Солнце. Оно находится несколько выше красной ветви фронта ближайшего струйного потока.

Хочу обратить ваше внимание, что ветвь Ориона Лебедя, который сегодня в астрономии ошибочно считается ветвью Киля Стрельца, это не что иное, как тот самый струйный поток, о котором я сейчас говорил. Все объекты этого потока движутся в плоскости чертежа из центра галактики к его периферии.

Пожалуйста, слайд 8. На этом слайде слева показана спиральная структура четырех логарифмических галактических ветвей. А синим цветом показана расчетная орбита движения Солнца в галактике. Мелкими циферками отмечены расчетные моменты попадания Солнца в струйные галактические потоки, там 10 цифр. Я должен вам сказать, что, вообще говоря, расчеты орбиты движения Солнца в галактике в свое время, в начале 50-х годов, были выполнены Паренаго. Однако эти расчеты проводились без учета скрытой массы нашей звездной системы и для несколько другого современного удаления Солнца от центра галактики. В этих расчетах впервые учтена скрытая масса галактики, это первое. И второе, сопоставлением с геологическими данными учтены моменты попадания Солнечной системы в струйные потоки галактического вещества.

С правой стороны показан график периодов попадания солнечной системы в струйные потоки галактического вещества. То есть, по оси ординат здесь отложено время между последовательными попаданиями Солнечной системы в струйные потоки. Я хочу обратить ваше внимание на то, что эта кривая носит периодический характер. И она модулирована периодом 250 миллионов лет, который по расчетным данным является аномалистическим периодом движения Солнца по орбите.

Хочу обратить ваше внимание на четвертую точку. Эта точка, я потом о ней буду говорить подробнее, повторяется для трех последних оборотов, и в фанерозойской истории Земли с ней связано начало палеозойской эры, это эра древней жизни и начало кайнозойской эры, это эра новой жизни. Это очень важные рубежи, в которых происходила резкая смена биоты на Земном шаре.

Должен сказать, вымирания, происходившие на Земле, прежде всего связаны с тем, что в эпохи попадания в струйные потоки Солнечная система, и Земля в том числе, бомбардируются галактическими кометами. Это совершенно новый класс космических образований, который, вообще говоря, мной исследуется впервые. До этих работ, до предложения галакто-центрической парадигмы об этом классе космических объектов практически ничего не было известно. В рамках той концепции, о которой я говорю, и было показано, что наблюдаемые сегодня кометы к галактическим кометам прямого отношения не имеют. Эти кометы являются продуктами рассеяния галактических комет на телах астероидного пояса.

Первые оценки массы галактических комет и количества их поступления в Солнечную систему были мною сделаны в 90-м году на основе анализа численности долгопериодических и короткопериодических комет в Солнечной системе. Буквально пять лет назад удалось провести достаточно корректные расчеты количества поступающего на Землю и кометного вещества, и количества падающих на землю комет по кратерам на планетах Солнечной системы, лишенных атмосферы.

Существует, вообще говоря, два типа галактических комет. Есть кометы, которые рождаются в струйных потоках галактики, эти кометы двигаются в галактической плоскости. И за время, примерно, 30 миллионов лет, как и звезды, они уходят за видимые пределы галактик. И есть кометы спиральных галактических рукавов, в которых, как мы полагаем, в свое время возникло и Солнце. Эти кометы двух типов отличаются составом вещества. Кометы спиральных галактических рукавов в своем составе имеют повышенные концентрации элементов со средними атомными весами. В частности, от натрия до кальция включительно.

На следующем слайде приведены эпохи образования отложения в фанерозое, немножко мы захватываем и докембрий, эпохи отложения фосфатов – это темные высокие узкие столбики. Потом пунктирной линией показаны соли, и сплошной темной линией показано отложение карбоната. Так вот, не менее интересен, чем феномен марганца, феномен отложения фосфата. Все крупнейшие формации фосфатов отлагались в очень узких стратиграфических интервалах времен. Это граница венды и кембрия – начало палеозоя. Это начало кайнозоя, и это Пермь-карбоновая граница.

Причем, отложение практически всех современных запасов фосфатных руд происходило за времена порядка десятка миллионов лет. И фосфор присутствовал во всех породах – глобально. В месторождениях сегодня содержится, по оценкам Жаркова, лишь 10 в минус шестой части того фосфора, который в свое время находился на Земле. Сейчас в качестве оценок запасов фосфора такие данные приводятся. Так вот, наша модель показала, что все месторождения фосфора приходятся на моменты попадания Солнца в струйные потоки и в спиральные галактические рукава, но на определенном удалении Солнца от центра галактики – на удаление радиуса коротации от центра системы.

А если вы посмотрите на две вторые гистограммы, которые отражают содержание солей и карбонатов, то вы можете заметить, что чем больше фосфатов отложилось, тем больше отложилось солей. Мало фосфатов – допустим, в девоне, значит, мало солей. То есть выполняется некая пропорция между содержанием солей и фосфатов. Это связано, как удалось нам показать в последних работах, с поступлением на Землю типичного космического вещества. Если учесть распространенность химических элементов в космическом веществе, причем, элементов, которые образуются в результате определенных ядерных реакций нуклеосинтеза – это прежде всего реакция горения кислорода, кремния и углерода, – то распределение полезных ископаемых, о которых я говорил, на Земле отражает распространенность соотношения тех химических элементов в космическом веществе, которые участвуют в образовании этих полезных ископаемых.

Более того, отложение разных типов солей – скажем, калийных солей, галита и карбонатов – определяется всецело распределением кальция, натрия, калия, хлора и других элементов в космическом веществе.А.Г. У меня вопрос о прогнозе.

На какой удаленности от галактических рукавов и истечения вещества находится Солнце сейчас, и когда оно войдет в очередное соприкосновение?А.Б. Солнце войдет в очередной рукав через 18 миллионов лет. Мы только-только вышли из струйного потока, всего лишь 600 тысяч лет назад. И с этим обстоятельством очень многие вещи связаны, вообще говоря, в Солнечной системе. Не будь этого обстоятельства, мы бы сегодня, например, не наблюдали комет...

gordon: Теория резонансного пения

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Морозов Владимир Петрович– доктор биологических наук, профессор Московской государственной консерватории им. П. И. Чайковского

Александр Гордон: Стоит начать, наверное, собственно с теории резонансного пения и с того, как у вас она возникла. 50 лет назад, вы говорите, вы начали исследования. Что же это всё-таки за теория такая?Владимир Морозов: Резонансная теория пения действительно возникла неслучайно. Идея резонансной теории пения возникла в 50-х годах, и она разрабатывалась и продолжает разрабатываться до настоящего времени вашим покорным слугой.

Я на лекциях когда говорю, сколько времени я занимаюсь этой проблемой, ограничиваюсь 40 годами, потому что 50 лет это вообще, конечно, срок очень исторический, древний. Тем не менее, проблема очень важная. Что такое резонансная теория пения? Вообще, теория это весьма важная путеводная звезда любой практики; она, как правило, возникает из практики, хорошая теория, и она и нацелена на совершенствование практики, решение каких-то практических вопросов. По-моему, Больцману, физику, принадлежит высказывание о том, что нет ничего практичнее хорошей теории.

Вокалистам с теорией не повезло. Представителям речевых профессий в этом плане больше повезло: там сотни теорий образования и восприятия речи. Что касается вокалистов, то там их две. Это так называемая миоэластическая теория колебания голосовых связок, которая объясняет характер этих колебаний, механизм. А она пошла от Иоганна Мюллера ещё в середине 19 века. Вторая теория это юссоновская теория французского исследователя Юссона касается тоже механизмов работы голосового аппарата певца, возникла в 50-х годах. И она как раз объясняет колебания голосовых связок как результат нервных импульсов центральной нервной системы. Миоэластическая теория говорит о том, что воздух колеблет голосовые связки певца, а юссоновская теория говорит, что голосовые связки, колеблясь под действием нервных импульсов, сами модулируют этот воздух и это активная деятельность голосовых связок. Но, к сожалению, эта теория не была ученым миром принята, ее практически отвергнули. Так что вокалисты имеют одну теорию о работе голосового аппарата. Но и то эта теория касается только одной части голосового аппарата. Голосовые связки и гортань это часть голосового аппарата. А он состоит из дыхательного аппарата, из гортани с голосовыми связками, из системы резонатора. О дыхании говорилось, что есть концепция работ на парадоксальном певческом дыхании. Но это тоже часть. Резонаторы остались за кадром научных интересов. И вот резонансная теория как раз и имеет целью восполнить дефицит знаний о певческом голосе в плане научного изучения роли резонансной системы.

Вот это научный аспект резонансной теории. И в этом плане резонансная теория вносит существенно новый вклад в понимание этих функций резонаторов пения. Во-первых, впервые обозначены 7 функций резонаторов пения. Это энергетическая функция резонаторов. Это генераторная функция резонаторов. Это фонетическая функция резонаторов, как свойство их формировать речь, но она традиционная, она признаваемая. Это эстетическая функция резонаторов, которая предусматривает формирование высоких эстетических качеств певческого голоса. Это защитная функция резонаторов. Это очень важная функция по отношению к голосовым связкам. Резонаторы способны защитить голосовые связки певца от перегрузок, поскольку они подвергаются очень большим нагрузкам. Это индикаторная функция резонаторов, показывающая, как надо настроить голосовой аппарат. И это активизирующая функция резонаторов, которая обеспечивает активизацию всего комплекса голосообразующих органов: гортани, дыхания и самих резонаторов. Вот это новый вклад, который вносит резонансная теория в понимание роли резонансной системы пения.

Практический аспект тоже очевиден. По-моему, Борис Хайкин назвал вокалистов особым цехом музыкантов. В чём эта особенность? Инструменталистам дается готовый музыкальный инструмент, настроенный и отлаженный. Вокалист имеет живой музыкальный инструмент это часть его тела, это нервы, мышцы, это психология, это медицина, – всё влияет на голосовой аппарат певца. И Хайкин, как дирижер, неоднократно замечал, как вокалист за кулисами перед выходом на сцену может потерять голос. От чего? От психологического стресса, от каких-то воздействий на психику. И вот вам особый цех.

И в связи с тем, что голосовой аппарат певца живой, здесь возникает масса комплексных проблем. Это и акустика, это и физиология, это и психология. И резонансная теория, она как раз и отвечает на эти вопросы. Как объяснить комплекс работ голосового аппарата с позиции таких фундаментальных теоретических наук? Это акустика, это физиология и психология. Я думаю, что мы, наверное, нашу беседу и построим по программе ответов на эти вопросы.

Но истоки резонансной теории идут от великих певцов. От великих певцов. Это, конечно, очень важно, потому что к кому, как не к великим певцам следовало бы нам обратиться, чтобы понять, что есть совершенный певческий голос и что есть совершенная вокальная техника. Но первый великий певец, к которому мы обращаемся сегодня, это наш соотечественник Фёдор Иванович Шаляпин и его голос. Лаури-Вольпи итальянский певец, солист "Ла Скала" сказал о нём, что Шаляпин стал басом-эталоном и его имя облетело континенты. При этом он отметил, что Шаляпин знал секрет резонансного пения. Как он сказал: "Шаляпин знал этот драгоценнейший секрет". Сам Лаури-Вольпи тоже его знал. Пресса писала о нём, что "его до диезы долетали до Луны". Это выдающийся певец. 30 лет на сцене "Ла Скала".

И другие мастера вокального искусства, скажем, Образцова Елена, которая сегодня ещё блистательно представляет наше вокальное искусство на мировой сцене, она убежденная сторонница резонансного пения. Она считает, что голос, профессиональный голос певца, не может быть сформирован без помощи резонатора. При этом добавляет, что должна быть связь резонатора и дыхания. Кстати, на этой связи, связи резонатора и дыхания, стоит большинство мастеров вокального искусства. Это альфа и омега резонансного пения, певческого совершенства, певческой техники.

Возникает поэтому, конечно, вопрос. Таких, кстати, исследований и высказываний мною собрано многие десятки, если не сотни. Но я привёл два, можно говорить и о других. Но возникает вопрос: почему же мастера так ценят резонанс, что это такое? И мы обращаемся, конечно, к теории резонанса. Вот на экране появилась кривая резонанса. Теоретически резонанс способен усилить звук до бесконечности; вот эта кривая в точке резонанса поднимается кверху, амплитуда резонирующего тела как бы теоретически устремляется в бесконечность. Практически она ограничена, и ограничение это зависит от характера резонанса. Второй закон резонанса состоит в том, что резонатор усиливает не любой звук, а лишь тот, который соответствует его собственной резонансной частоте. И, наконец, третий закон резонанса это очень важный закон для вокалистов. Резонатор усиливает звук, не требуя от источника энергии никакой дополнительной энергии.

На лекциях по резонансной теории в консерватории я демонстрирую такой опыт. Вот, кстати, показали нам резонатор Гельмгольца; он может усилить звук до 40 децибел, и даже простейший цилиндр тоже так делает. Откуда резонатор берет энергию? На лекциях я снимаю телефонную трубку. Слышите звук телефонного зуммера? Нет. Подставляем резонатор, заранее настроенный, – трубка запела, её слышат все в зале и даже за дверью. Отнимаем резонатор, трубка молчит или еле пищит. Откуда резонатор взял энергию? Это очень интересный теоретический вопрос. Нет ли здесь нарушения закона сохранения энергии, на которой зиждется всё, весь мир и вся наука? Нет, нарушения нет.

Дело в том, что любой источник звука без резонаторов – очень малоэффективная система. Голосовые связки певца представляют собой очень маленькие образования, 2 с лишним сантиметра у баса и полтора – у сопрано. Раскачать большие объемы воздуха, скажем, в Большом театре они не в состоянии, это малоэффективная система. Поэтому голосовые связки берут себе в союзники резонаторы. Голосовые связки, не будучи способными раскачать большие объемы воздуха, сами справляются с этой задачей: в резонаторах они способны создать большие акустические процессы, резонанс. А резонаторы, будучи озвученными, выступают в качестве как бы вторичных источников звука. И они-то уже излучают звук в окружающее пространство; и это излучение, уже увеличенное, скажем, на 20-30 децибел звучит и способно озвучить Большой театр и противостоять мощному противодействию симфонического оркестра, который создает большую акустическую завесу для певца. Но об этом попозже.

Вот очень важный закон резонанса. Резонатор увеличивает звук за счет повышения коэффициента полезного действия голосовых связок. Этот коэффициент – сотые и тысячные доли процента, по некоторым данным. И он увеличивается в десятки и сотни раз при действии резонаторов. И энергия здесь появляется как бы из самого же источника, но более рационально используется: большая часть энергии превращается в звук.

И этот замечательный закон известен у вокалистов под таким очень метафорическим определением: нужно петь на проценты, не затрагивая основного капитала. Любопытная такая сентенция, которая предусматривает, что работа голосовых связок это как бы основной капитал, а то, что резонаторы дают добавку на это, это проценты. Так вот и пойте на эти проценты. Старая сентенция, известная очень давно у вокалистов, но не всегда ее понимают.

Ну, конечно, резонаторы играют огромную роль во всех музыкальных инструментах. Если у музыкальных инструментов отнять резонаторы, со сцены Большого театра никто бы не услышал ни одного звука. Потому что источники сами не в состоянии озвучить такие площади. Вот орган. Он же весь практически состоит из резонаторов. Трубы – это, собственно, и есть резонаторы. Большие трубы усиливают низкие звуки, средние – средние, а высокие звуки порождаются совершенно маленькими трубками-резонаторами. Духовые инструменты – то же самое.

Теперь обратимся к проблеме: что же собой представляет с акустической точки зрения певческий голос? Акустика певческого голоса. То, что мы слышим. Самое главное в акустике певческого голоса – это его тембр. Сила, конечно, важна; и мощные певческие голоса до 120 децибел способны пробить оркестровую мощь и слышаться на её фоне, то есть озвучить большие помещения. Звуковысотный большой диапазон, вибратор. Но самое важное достоинство певческого голоса это тембр. Если голос огромный, но не имеет специфического, профессионального певческого тембра, это стихийное бедствие, как говорят, а не профессиональный голос. И вот что же такое профессиональный голос? Перед вами спектр певческого голоса. Это Шаляпин, поёт "Сомнение", последняя нота "ми", которую мы услышим в конце передачи, сейчас не будем терять время. Тембр обеспечивается обертонами. Вот эти столбики на спектре, которые сейчас представлены на экране, это и есть обертоны. Они сгруппированы в две группы. Нижняя певческая форманта – это группа обертонов слева; и верхняя певческая форманта это группа обертонов справа. Причем нам лучше представить этот график не в форме такого частокола, или гребенки обертонов, а в форме линии, огибающей вершины этих обертонов. Так мы дальше будем представлять наши спектры голоса.

Так, вот сейчас мы видим здесь на экране три спектра певческого голоса Шаляпина. Важно упомянуть, что форманты певческого голоса, и высокая и низкая, есть результат работы резонансной системы. В теории речеобразования и в теории певческого голосообразования это аксиома. Если есть усиление, значит, сработал резонатор. Сильные, большие усиления это работа резонансной системы. И вот мы видим сейчас уже другой звук шаляпинского голоса, Шаляпин поёт "12 разбойников", и конечный фрагмент – это куплет "За Кудияра-разбойника будем мы Бога молить". Высокая певческая форманта придает голосу звонкость, яркость, серебристость и полет. Низкая – придает мягкость, массивность, таково основное тело певческого звука. Но как доказать, что, например, высокая певческая форманта придает звонкость? Ещё где-то в 60-х годах я провел такие опыты, которые стали широко известны уже и у нас, и за рубежом. Я выделял с помощью аналоговых электрических фильтров высокую форманту из голоса мастеров. Шаляпин, Карузо, Баттистини, много мастеров. И мы наблюдали, что же происходит с певческим голосом.

Сейчас к нам пришел на помощь компьютер; и компьютерные методы очень изящно могут один обертончик удалить, или другой, или два и три. Певческая форманта Шаляпина состоит вот здесь из четырех обертонов – два центральных и два по бокам. Они не видно, они сглажены. Давайте удалим высокую певческую форманту из голоса Шаляпина и послушаем, что произойдет. Во втором опыте сначала Шаляпин будет петь полным спектром голосом, мы услышим звонкий, яркий, мощный звук. Во втором случае мы услышим глухой, как в вату, звук, лишенный певческой форманты. А в третьем случае мы должны услышать самую высокую певческую форманту, то есть то, что мы удалили из голоса, вот эти группы высоких обертонов. Это где-то в районе "ре" или "соль" четвертой октавы. У мужиков, мужчин, простите, это где-то "ре" – "ми" четвертой октавы, это крайние клавиши правой руки на пианино.

Но давайте послушаем, что будет с голосом Шаляпина. Дайте нам, пожалуйста, звук голоса Шаляпина, нормальный.

Фёдор Иванович Шаляпин. "12 разбойников". Полный спектр голоса. Сейчас дали на экране полный спектр голоса.

Шаляпин. С голоса удалена высокая певческая форманта.

Сейчас сама форманта.

Высокая певческая форманта Шаляпина из того же отрывка.

Тут я должен прокомментировать. Поскольку мы слышим, что высокая певческая форманта действительно звучит очень звонко, то она-то и придает певческому голосу звонкость. Её можно измерить и выразить в процентах. У хороших певцов этот процент достигает большой величины, порядка 30-40, 50 %, у Шаляпина даже ещё выше. У плохих – где-то порядка 5-10, голос глухой. И вот эта процентное содержание высокой певческой форманты в голосе Шаляпина я предложил в своё время назвать коэффициентом звонкости. Коэффициент звонкости голоса, поскольку он идет от резонаторов, определяет звонкость, он является резонансным показателем техники.

Вот Сергей Яковлевич Лемешев появился на экране. Это второй наш юбиляр. Шаляпину 130 лет исполнилось 13 февраля, а Лемешеву – в прошлом году 100 лет со дня рождения. Послушаем, как его голос реагирует на вот эту манипуляцию с обертонами. Пожалуйста. Сергей Яковлевич Лемешев. "Ариозо Ленского". Полный спектр голоса.

Лемешев. "Ариозо Ленского". Из голоса удалена высокая певческая форманта.

Высокая певческая форманта из голоса Лемешева, из того же отрывка.

Вот мы слышим высокую певческую форманту Лемешева он тенор, а нижняя звучит выше, нежней. Чем более драматический голос, тем более густо и как бы плотнее звучит высокая певческая форманта. У женщин она ещё может быть повыше и ещё нежнее. Она определяет, собственно, тембровые особенности типа голоса: лирический, драматический, лирико-драматический – это определяется распределением форманты.

Певческая форманта придает голосу и такое очень важное профессиональное качество как полётность, способность резать оркестр, пробиваться через него. Вот, пожалуйста, рисунок спектров звучания различных музыкальных инструментов. Здесь и оркестр, здесь и орган, и рояль. И мы видим, что они имеют падающий спектр.

Дайте, пожалуйста, следующий рисунок, где будет изображен спектр рояля, синий, и вот тёмным – это голос Шаляпина. Мы видим, как высокая певческая форманта Шаляпина буквально прорезает спектр оркестра. Именно потому она и слышится на фоне оркестра. Кстати, и низкая певческая форманта там имеет тенденцию тоже вырваться за пределы оркестрового спектра. Это очень важное свойство, так как дирижеры это свойство очень высоко ценят. Как говорят, если голос певца не режет оркестр, ему нечего делать на сцене Большого театра и любого оперного театра.

Что же говорит физиология о происхождении вот этих чудесных свойств певческого голоса? Обратимся к физиологии. Во-первых, дайте нам кривую слуха. Слух наш это орган, который неравнозначно чувствителен к разным звукам. Вот это аудиограмма, нижняя кривая это пороги слуха. Чем они ниже, тем чувствительней слух. Потому что это та самая минимальная энергия, которую мы слышим. Вторая кривая это спектр речи, который оказывается согласован со слухом. Чем больше чувствительность слуха, тем меньше обертоны певческого, речевого голоса. А вот певческий голос он как раз как бы перекачивает свою энергию в область максимальной чувствительности слуха и, собственно, от того хорошо и слышен, что как бы поражает самые чувствительные области нашего слуха. На этом основано такое воздействие певческой форманты на наш слух. Певцу не нужно сильно нажимать, что называется, на голосовые связки. Он может петь средним звуком, но он будет очень громкий, потому что он адресован в основном к чувствительным зонам нашего слуха.

Следующий рисунок, пожалуйста. Он нам покажет, как устроены резонаторы певческого аппарата. Это, так сказать, гипотетический разрез резонаторов. Они делятся на нижний – это трахея и бронхи и верхний то, что выше гортани, то есть глотка, носоглотка, ротовая полость, носовая полость и ещё различные придаточные пазухи носа. Но где же образуется низкая и где высокая форманта? Этот вопрос только сегодня, буквально в последние годы, получил окончательное решение, вопрос о происхождении высокой форманты. Были догадки, что она образуется в небольшой надгортанной полости. Об этом говорил Сергей Николаевич Ржевкин, наш крупнейший акустик, ещё раньше – Бартоломью. Впрочем, Бартоломью говорил об этом в те же годы.

И вот сегодня точно доказано с помощью моих исследований с компьютерным методом и моделью доктора физмат наук Сорокина Виктора Николаевич, что, действительно, высокая певческая форманта образуется в маленьком надгортанном резонаторе, который образуется сужением входа в гортань за счет сближения надгортанника и черпаловидных хрящей. Это маленький надгортанный резонатор, где-то порядка 3 кубических сантиметров.

А низкая певческая форманта это уже более низкая форманта, и ей нужен больший резонатор. И вот показано, что она образуется всем ротоглоточным рупором, начиная от гортани и до кончиков губ. При этом язык у певцов в классическом положении, как правило, лежит у кончиков зубов; в речи он ведет себя очень активно и перегораживает эту ротоглоточную полость как бы на две части, образуется такой сдвоенный резонатор Гельмгольца. При пении он предпочитает покоиться на дне ротовой полости.

Вторым резонатором, образующим низкую певческую форманту, является грудной резонатор. О нём есть менее согласованные мнения. Большинство признает, некоторые педагоги отрицают его роль. Но сейчас абсолютно точно научно доказано, что это резонатор. Здесь и опыты Фанта, крупного шведского ученого с японскими исследователями. Мои опыты были поставлены с помощью вибрационных измерений грудного резонатора уже с поверхности грудной клетки. Как это делалось? Следующий рисунок немножко нам прояснит это. Когда работают резонаторы, там образуются очень сильные звуковые переменные давления, которые отражаются на вибрации стенок резонатора. Вот перед вами вибродатчики, представляющие миниатюрные электростанции, которые, будучи приложенными к поверхности резонаторов, генерируют электрический ток, и он усиливается, и мы можем замерить интенсивность вибрации резонаторов.

Следующий, пожалуйста, рисунок. Он показывает нам, как мы измеряем грудной резонанс у Заслуженного артиста РСФСР Сергея Николаевича Шапошникова. Справа – ваш покорный слуга (это давнишние годы), слева – мой помощник Слава Попов. Таким образом, эти исследования показали, что вибрация является очень сильной у хороших певцов, и она воспринимается нашими это тоже физиология рецепторами голосового аппарата. Следующий, пожалуйста, рисуночек, который представляет этот аппарат. Это нервные окончания, как монеты, рассыпанные на слизистой оболочке, в толще слизистой оболочке. Такой препарат гистологический. Густая такая россыпь монеток. Это чувствительные нервные окончания, которые чувствуют эту вибрацию. И певец, когда поёт, он эту вибрацию ощущает, и эта вибрация является для него индикатором работы резонатора. С помощью обратной связи он как бы настраивает свой голосовой аппарат путем изменения формы, объёма, размеров. И это является, конечно, главным рычагом управления резонансной системы. Это физиологическая основа резонансного пения.

Вот здесь мы видим схему, согласно которой максимальное резонансное ощущение локализуется у певца в области твёрдого нёба, у корней зубов, и распространяется на другие области лица и головы, и даже есть выражение, что "звук сочится из глаз". Иногда часть лица вибрирует это работа резонаторов. Причем ощущения бывают столь сильные, что человек даже иногда ощущает головокружение от сильного звука. И когда ученица или ученик скажет, что "у меня закружилась голова от звука", педагог тут же зааплодирует, потому что это очень положительный симптом работы резонансной системы, звука резонаторов.

Теперь обратимся к психологии. Собственно, вот эти исследования они уже и подводят нас к психологическим аспектам. Можно нам дать следующий кадр? Здесь изображен профессор Кочи, это крупный в прошлом чешский певец, который был в Ленинградской консерватории. И он советует студенту консерватории петь так, чтобы звук ощущался на кончике носа. Это удивительное такое метафорическое описание ощущений, которые возникают в результате очень хорошо сформированной резонансной техники пения. Эти певческие ощущения, конечно, очень многообразны. И как ощущать певческий звук, это целая наука. Ведь ощущения бывают слуховые, вибрационные, кожно-тактильные, пневматические; они распространяются на всю географию тела, это и дыхательный аппарат, мышечные ощущения, это и гортань, голосовые связки, это резонаторные ощущения по всему телу.

На что певец должен обращать внимание? Поскольку гортань – важная область, то, казалось бы, надо главным образом туда обращать внимание и как бы манипулировать работой гортанных мышц и голосовыми связками. Есть такие методические установки, и многие певцы им следуют. Но великие певцы отрицают этот путь. Они говорят: "Гортани нет". Ну, ясно, что гортань есть, но они её не ощущают, не должны ощущать. Иначе по механизму идеомоторного акта может возникнуть нарушение работы гортани, гортань может зажать. А зажатая гортань, это, как Марк Осипович Резник говорит: "Всё, крышка. Сейчас много голосов с зажатой гортанью, это конченые голоса". Мы брали у него интервью в 93 года, и он нам пел, и как пел. Это Богом данная резонансная техника, которая давала ему возможность петь на сцене Большого театра 30 лет, выдающийся певец.

Вот метафорические представления работы дыхательного аппарата, которые я взял из книжки известного испанского фониатра Джорджа Перелло, но написаны они в содружестве с Монтсеррат Кабалье, весьма источник авторитетный.

Взгляните на эти рисунки. Вот так, по мнению многих певцов, ощущается работа диафрагмы и так называемая опора, певческая опора звука. Что такое певческая опора звука? Понять её весьма сложно. Это опора на диафрагму. И об этой опоре упоминает Шаляпин. Когда он учился у Усатова, а Усатов был ученик Эверарди и крупный певец... Ну, может быть, не крупный, но талантливый и профессиональный певец, солист Большого театра. И когда Усатов слышал, что голос певца начинает слабеть, он бил его наотмашь в грудь и прибавлял: "Опирайте, черт вас возьми, опирайте". Шаляпин говорит: "Я долго не мог понять, что опирать, как опирать". Оказалось, он говорит, надо было опирать звук на диафрагму, концентрировать его. И он опирал, научился этому. Впрочем, у него была очень серьезная природная предрасположенность к этим вокальным опорам, маскам и так далее. Это Богом данный талант, как в отношении исполнительства, так и вокальной техники.

Вот здесь мы видим даже шприц, пружину. Что имеется в виду под пружиной? Когда мне в студенческие, аспирантские годы (это опять же далекое прошлое) приходилось петь в хоре известного нашего хорового дирижера Григория Моисеевича Сандлера (он был дирижер и Ленинградского радио, и хора Ленинградского университета), то мы часто слышали эту рекомендацию: "У вас пружина? У вас пружина в груди. У нормальных людей в груди лёгкие у певцов может быть пружина. У нормальных людей в голове мозг у певцов может быть большое пустое место". Я слышал это от одного педагога, когда присутствовал в Киеве на мастер-классе. Его вела очень талантливая педагог, профессор. И у рояля был тенор, великолепный мальчик с прекрасным голосом, но вот верхняя нота "си бемоль" затуманилась, ну, не получается. Она и так и сяк, а потом говорит: "Костенька, ну, как мы с тобой в классе договорились. Договариваемся. Приготовь в голове большое пустое место и пой в это место". Костенька – врач, к тому же он чувствует, что это совершенно фантастическая нелепость. Мозг там. Как, что? Но свершается чудо. Нота звучит ослепительно, ярко, естественно, звонко, ну, солнечный звук. Зал взрывается аплодисментами. Кто в зале? Профессора, заведующие кафедрами, идёт Всесоюзный семинар, и это знатоки своего дела, они знают, что к чему, каким способом профессор привела певца к правильному звукообразованию. Она навела его на ощущение резонанса. Да, это фантазия. Но не фантазия ли царит на сцене? Выходит, допустим, Шаляпин в роли Бориса. Ведь это же Шаляпин, а не Борис. Но ведь если бы Бориса вывели на сцену живого вместе с Шаляпиным, то публика не признала бы его царем, признала бы Шаляпина, настолько он более правдив был, потому что он построил свой образ на воображении. И Шаляпин говорил: "Ничему нельзя научить того, у кого нет воображения". И вот на этом воображении строятся методы формирования резонансных ощущений и представлений и механизмов звукообразования.

Их много. Архипова она упоминает в своей книге "Музы мои" о том, что внутри у неё собор так учила её педагог, и мне это было понятно. А что такое собор? Это резонанс, это эхо. И вот эти ощущения характерны для резонансного пения. Поэтому не будем к ним критичны, к педагогам, когда они говорят о большом пустом месте в голове. Кстати, это предмет критики и насмешек над педагогами. Ну, что же, вы говорите, какой же это безграмотный народ, ведь там же мозг, ну куда ж там большое пустое место, это очень безграмотно. Изгнать эти все метафоры, все эти образы из педагогики, нужны точные научные термины! Ревнители науки призывают и вокальную терминологию как бы использовать научно обоснованно. Но из этого ничего не выходит. Педагоги упорно, уже не десятилетиями, а столетиями пользуются этими метафорическими образами. И это находит научное объяснение.

Я всю жизнь был сторонником этих методов; я защищал их от всяческого рода нападок со стороны непосвященных. И основанием для этого рода защиты явились труды наших отечественных ученых, ну, скажем, специалистов по физиологии и психологии: академика Анохина "Теория функциональных систем", академика Ухтомского "Теория доминанты", академика Узнадзе "Теория установки" и система Станиславского. Всё основано на том, что как будто бы вы царь Борис, как будто бы у вас внутри пружина или какое-то большое место, труба резонансная. Ардер – известный и талантливейший эстонский педагог рекомендовал певцу чувствовать, как будто он обнимает тубу. Обнимите тубу вы услышите мощные вибрационные ощущения. Вот так вы должны чувствовать свой собственный голос. Это замечательный инструмент настройки голоса, резонансной техники пения.

И не будем казнить вокальных педагогов: они правильно делают, что пользуются этими методами. Но здесь должна быть и мера, и, конечно, знание законов резонанса и резонансных ощущений, иначе можно голос завести куда угодно, может, даже не в ту сторону, а совсем в другое место, например, в голосовую щель можно загнать с помощью этого метода, это обоюдоострое оружие. Поэтому, прежде всего, необходима теоретическая установка, методологическая установка. Если на резонансной основе, то любая метафора поможет. Вот это касается наших психологических основ пения. Но в чем же практическая роль резонансной теории? Мы уже коснулись практических аспектов. Но основная практическая, конечно, роль в том, что она создает научно обоснованную идеологию вокального педагога или певца. И любое обучение уже может строиться на обоснованной платформе, а не путем проб и ошибок. Конечно, методов великое разнообразие, и резонансная теория указывает путь, указывает, что именно этот путь является правильным. Почему? Да потому что эти путем идут великие певцы.

Из резонансной теории мы выделили пять основных принципов резонансного пения. Великие певцы тоже весьма разнообразны, они индивидуальны. Множество этих высказываний пришлось переработать и выделить пять принципов резонансного пения. Это максимальная активизация резонатора на основе резонационных, вибрационных ощущений с целью получения даровой энергии, вот этого процента с капитала. Это принцип резонирующего певческого дыхания, который основан на совмещении пневматических и резонансных свойств голосового аппарата. Это принцип отказа от ощущения гортани как зоны, как говорил профессор Ольховский. Гортань заминированная зона, туда нельзя, опасно ходить, иначе можно прийти к этой "зажатости", по принципу идеомоторного акта. Это предпочтение метафорического, образного описания процесса. Язык педагога своеобразный, метафоричный, и люди художественного склада предпочитают им пользоваться и понимают друг друга.

И, конечно, есть ещё один принцип, пятый, это принцип целостности голосового аппарата. Он говорит о том, что ни на одну часть голосового аппарата нельзя подействовать: ни на дыхание, ни на резонатор, ни на гортань, чтобы это не отразилось на работе других частей. Педагоги это прекрасно знают; и, например, управление работой гортани опытный педагог ведет не путем непосредственного вторжения в его работу, а опосредовано, через изменение работы дыхания, в частности, диафрагматического дыхания, которое является самым необходимым условием достижения резонансного пения, об этом ещё Ламперти говорил.

Практические аспекты их много. Но я бы отметил такой важный аспект, как разработка нового метода диагностики, оценки вокальной одаренности и способности. Кто приходит в консерваторию? Приходят разные люди. Консерватория прослушивает много сотен певцов, отбирает сто, а из них 10-15 человек. Но этот отбор, насколько он обоснован, это тоже очень и очень вопрос непростой, иногда постигают разочарования и не потому, что педагог был плохой. Да, бывают неудачи у педагога. Но бывает, что и ученик не является благодатным материалом, от которого можно ожидать больших успехов.

Наша вокальная диагностика она сейчас получила патент Российской Федерации, патентного ведомства, включая целый комплекс этих оценок. Конечно, компьютерная оценка голоса. И по этой оценке мы судим о том, резонансный или нерезонансный метод использует певец и куда ему двигаться, чтобы этот метод был лучше? Конечно, психология, которая показывает, как психика певца предрасположена к художественному мышлению, к художественному творчеству. Сюда включается и не только музыкальный слух. Певец может обладать прекрасным музыкальным слухом. Но он должен иметь еще вокальный слух; я писал еще в 65-м году, что это взаимосвязь слуха с моторикой голосового аппарата. Этот слух совершенно необходим певцу, и он тестируется: мы можем определить его.

И, наконец, недавно я выдвинул идею эмоционального слуха. Сейчас она уже завоевала право гражданства, и мы оцениваем эмоциональный слух певца. Это принадлежность певца к художественно-мыслительному типу. Вы можете иметь прекрасный вокальный инструмент, но если у вас нет соответствующего запаса эмоций, то есть вы не принадлежите к художественному типу личности, то вряд ли вы тронете это же место у вашего слушателя.

Этот комплекс нам позволяет надеяться, что это не просто замена традиционных методов. Это их дополнение. Традиционные методы всегда будут и всегда останутся своим важным. Это опыт педагога. Это его слух, это его способность проникнуть в работу голосового аппарата. Все это очень важные механизмы оценки одаренности певца. И этот научный метод он приходит не на смену традиционного, он приходит в дополнение к традиционным методам.

Ну, и, конечно, эталоном, путеводными звездами, которые нам указывали путь к этим исследованиям, явились голоса выдающихся мастеров вокального искусства. И первый мастер, который указывает нам путь к совершенству, который является величайшим из певцов, это, конечно, Федор Иванович Шаляпин.(Голос Шаляпина)

gordon: Возникновение биосферы

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Заварзин Георгий Александрович– академик РАН, доктор биологических наук.

Александр Гордон: Если говорить о системном восприятии мира, а тема у нас сегодня такая, которая должна быть одним из краеугольных камней для понимания системы существования... "Возникновение биосферы" – звучит пугающе. Георгий Заварзин: Да, и постоянно задается этот вопрос, сейчас очень назойливо он возникает. Дело в том, что здесь есть два подхода. В течение второй половины 20-го столетия, по крайней мере, господствовал редукционизм, и была надежда, что познание элементов живой системы позволит приблизиться к пониманию, и действительно, продвинулись очень далеко.

Но на определенном этапе стало ясно, что существует и другая задача. Задача совершенно противоположная, когда нужно думать, допустим, не о лечении какого-нибудь синдрома Дауна или другой биомедицинской задачи, а когда нужно думать о выживании человечества.

И эта линия, между прочим, возникала раз от разу. Скажем, очень ярко это выразил совсем у нас забытый Александр Гумбольдт еще в конце 18-го столетия – как раз как стремление понять горизонтальный срез через всю планету. Потом она сменилось попыткой объяснить все через историю происхождения – то, что представляет, собственно говоря, несистемный подход. Надо сказать, что взлет русской мысли в последней четверти 19-го столетия как раз дал очень интересный подход. Одним из самых интересных людей в этом отношении был Сергей Николаевич Виноградский. Он, в общем-то, в наших учебниках попадается, но в зарубежных с него начинается, собственно говоря, микробиология. И он показал, что мир создается деятельностью невидимых (тем, что нельзя показать по телевизору, и поэтому я показать, так сказать, "зверушку" вам не могу). Но важно понять, что именно эти невидимые создают мир.

Когда это началось? В 80-х годах стало понятно, что в дополнении редукционизму, к стремлению понять генетические закономерности, нужно иметь большую систему. Называлась эта вся штука – геосферно-биосферная программа.

И она, в общем-то, воспроизводит идеологию Вернадского, но Виноградский, о котором я говорил, он на четверть века раньше и точнее сформулировал ее. Но он человек был довольно тяжелый, ему один раз в жизни удалось прочитать хорошую лекцию, и то – членам императорской фамилии, когда деваться было некуда.

Так что, история, которую нам показывают и по телевизору, и в музеях, составляет одну восьмую часть истории Земли, когда уже все очень хорошо сложилось, очень хорошо установилось и все эти птички, бабочки, цветочки и ягодки наложились на то, что было создано для них, и без вот этого основания они, собственно говоря, существовать не могут.

Поэтому для того чтобы понять, как возникла биосфера, мы вынуждены двигаться в темный мир докембрия. И такое серьезное продвижение в этом направлении было лет 30-40...

Вот на маленькой картинке, которая сейчас на экране, можно видеть, как распадается вся история Земли. Эта лестница сделана академиком Семихатовым, она изображает тот период, когда существовали только цианобактериальные маты, то есть все, что было на земле, это было цианобактериальное сообщество. Оно оставило совершенно четкие и надежные свидетельства своего происхождения. Я даже для того, чтобы вы мне поверили, я захватил камень, правда, не за пазухой... Это строматолит, который мне подарил Игорь Николаевич Крылов, один из первых, кто изучил эти вещи. Поверхность, которую вы видите, это как раз пленки цианобактерии, которая окаменела и осталась 800 миллионов лет – это Южный Урал. Вот камушек, который я подобрал около Онежского озера, ему несколько больше, два миллиарда лет. С той стороны вы видите реплику, а вот эта черная вершина, это то, как выглядит высохшая пленка. А с этим я очень прошу вас аккуратно, потому что она не окаменела, ей два года этой пленке. И если вы сравните тот зеленый камень, и этот, то они, в общем-то, окажутся совершенно одинаковыми. Значит, у нас возникает вопрос: а каким же образом в течение двух с чем-то миллиардов лет (хотя о сроках еще идут споры, в которые я не буду вдаваться) они выжили и продолжали существовать, почему их не вытеснили более совершенные цветочки?

Ну, вот то, что я вам показывал – живое, нынешнее – это с Курильских островов, из горячего источника, то есть выживают они в стороне от цветочков. И поэтому мы можем сказать, что область, занятая биосферой, по мере усложнения организмов сокращалась, в общем-то, а отнюдь не расширялась.

Возможности для жизни по мере совершенствования все сокращались и сокращались и приходили, так сказать, к нормальным условиям, которые мы сейчас видим в поле или в лесу.

И переход осуществился примерно два миллиарда лет назад, то есть установившаяся уже наверняка система была примерно два миллиарда лет назад – вот как раз черный камушек, который я вам дал.

Дело в том, что к тому времени уже сформировалась система биогеохимических циклов, а это основная машина планеты. Здесь в качестве основы работает углеродный цикл, и, вообще говоря, эту машину можно просчитать в единицах и граммах органического углерода, можно просчитать как в конвертируемой валюте.

Если покажут следующую картинку, то мне будет легче.

Вы видите, здесь работает цикл, в котором одна реакция обеспечивает поступление органического вещества и отношение атмосферная углекислота, органический углерод и кислород работают в молярном отношении один к одному. То есть для того, чтобы у вас в атмосфере остался кислород, нужно каким-то образом убрать из системы восстановленный углерод. Это действительно происходит, это машина работала, начиная с первых осадочных пород, которые известны – углерод уходил, и, соответственно, кислород оставался. Значит, один к одному работает СО2, О2 и органический углерод.

Вторая система жестко завязанных циклов – это синтез биомассы, потому что для синтеза биомассы нужно соотношение органического углерода и азота – шесть к одному, а для фосфора и органического углерода это соотношение будет больше, чем 116 к одному. Естественно, у растений, имеющих скелет (деревья, например), это соотношение будет гораздо больше, там гораздо меньше фосфора надо. Значит, эта часть жестко связана с совершенно жесткими количественными отношениями.

Теперь фокус в том, каким образом может остаться в атмосфере кислород? Для того чтобы он остался, нам нужно убрать углерод. Имеются два, собственно говоря, процесса – автотрофная ассимиляция фотосинтезом (идет естественная солнечная энергия) и есть второй процесс – разложение этого углерода.

Если дыхание полностью все сжигается, значит, баланс нулевой, ничего не получите, как в пустыни.

А если создаются какие-то условия, препятствующие микробам разложить это синтезированное органическое вещество, то, естественно, углерод уходит в осадочные породы, там основной его резервуар. Он превращается в устойчивый углерод керогена, и, собственно говоря, на этом начинает крутиться вся биогеохимическая машина планеты.

Постепенно в течение истории Земли за счет неполного разложения созданного органического углерода... Почему-то все забывают об одной вещи: смотрят на зеленое растение и говорят: "Ах, вот оно нам дает кислород и убирает углекислоту". Работает, на самом деле, не одно растение, может работать только система из двух компонентов.

Вот для России мы считали такие величины по климату, и получается, что из-за того, что наша страна холодная, из-за того, что у нас много болот, то углерод проваливается в эти резервуары восстановленного углерода. А триста миллиардов тонн углерода (меньше, я округлил цифру) остаются, и это как раз дает кислород в атмосферу. Не столько фотосинтез, которого в тропических лесах, конечно, больше, сколько невозможность разложить углерод в наших болотах, в нашем сезонном климате.

И такая же штука работала не на уровне одного года или сезона, она работала в течение миллиардов лет, причем, содержание этого керогена осталось примерно одинаково в осадочных породах.

Как это может получиться? Видимо, мы можем сказать, что хлорофильное покрытие Земли было более или менее постоянно, оно менялось в разы, но не на порядки. И с этих камушков, которые я вам показал, оно так вот и работало.

Значит, вся биогеохимическая машина планеты сформировалась с цианобактериального сообщества. Цианобактерии или сине-зеленые водоросли, как их иначе называют, составляют очень узкую по своим физиологическим способностям систему, они накапливают разнообразные органические вещества, и эти вещества начинают использоваться очень разными бактериями. То есть на каждую компоненту этого вещества нужно иметь свой "трофический маршрут", который начинается со сложного вещества, с целлюлозы, например, постепенно деградируются мелкие молекулы, доходит до ацетата уксусной кислоты, водорода и там начинает работать вторая часть цикла.

Итак, вот это нужно четко запомнить, что система состоит из продуктивной и деструктивной части.

Чтобы кончить с этими цифрами, я должен упомянуть, что сейчас в море еще работает серный цикл, где разложение идет в условиях отсутствия кислорода за счет восстановления сульфатов в сероводород – все морские системы так работают, как только уходят в анаэробные условия.

А в прошлом, примерно два миллиарда лет назад, в дополнении еще работал железный цикл, тот самый, который создал Курскую магнитную аномалию, Костамукшу, где были накоплены чудовищные запасы кислорода, связанного железом. Считают, что в эти запасы и в сульфаты моря ушло примерно 40 процентов когда-либо образованного кислорода, если считать по углероду, остающемуся в осадочных породах.

Значит, получается такая штука, что вы не можете обходиться одним растением, одним животным, вы обязательно должны брать биосферно-геосферную систему, которая взаимодействует. И без системного подхода вы ничего не можете объяснить. И чем дальше, тем все больше и больше приходится накручивать и расширять эту систему.

А большие системы изучать можно только одним путем: взять сначала очень большую систему, постепенно рассекать ее на части, решать куски и помнить, что когда ты разрезал, выделил какую-то подсистему и начал изучать ее, то тут рядом есть еще одна система, и они взаимодействуют для создания большой системы, например, как климат взаимодействует с биотой.

Теперь еще о чем можно рассказать? Как раз здесь показан кероген, и вот видите там, на пике, есть подъем в карбонатах в возрасте двух миллиардов лет, это как раз тот камушек, который я показывал.

Почему-то в этот момент произошло утяжеление карбоната. В то же время в органическом углероде держится примерное отношение изотопов около минус 25 промилле. И это служит четким доказательством того, что в течение всего обозримого периода работала система, аналогичная цианобактериальной, потому что изотопная характеристика – это характеристика типа усвоения зеленым растением. А зеленое растение, кстати, это тоже просто способ вынести цианобактерию, когда-то занесенную внутрь, на поверхность, в воздух, где больше света, и обеспечить ее водой.

У нас получается так, что вся история Земли в плане цикла углерода, была более или менее постоянна, всегда источником были фотосинтезирующие организмы, использующие цикл Кальвина или рибулозобисфосфатный цикл, но я не буду нагружать вас терминологией.

Два провала вниз объясняют тем, что, вероятно, в этот момент было большое образование за счет окисления метана. Потому что у метанокисляющих идет большее фракционирование, и углерод получается полегче. Но толком в этом нельзя разобраться, потому что тогда к этому же периоду нужно привязать избыток использования кислорода из атмосферы.

Вот на этих картинках показана общая схема.

Мы видим, что работают две взаимодополняющие системы. С одной стороны, наверху, я изобразил эндогенные процессы, происходящие в геологической среде. А внизу нарисовал солнышко, которое светит на биоту, использующую энергию. И у нас получается очень четкая машина, движущаяся Солнцем. В начале происхождения Земли, примерно четыре миллиарда лет назад, сформировалась атмосфера и гидросфера в результате дегазации, в результате ударов планетезималей. С другой стороны, происходило постоянно обновление поверхности Земли. И для того чтобы остался кислород, нужно провести две вещи – нужно убрать СО2 из атмосферы, чтобы не было парникового эффекта и мы не превратились в Венеру. Для того чтобы убрать ее, есть один реальный механизм – это образование известняков, доломитов – карбонатов вообще. Для того чтобы их образовать, нужно вынуть из изверженных пород кальций и магний и засадить их туда. В результате, после того как вы металлы вытащили из пород, у вас останется глина, а глина – это лучший глинистый минерал, естественно, тонко дисперсный материал. Это как раз самая выгодная вещь для того, чтобы захоронить кероген, и значит, вся машина очень жестко опять-таки завязана друг с другом, и вы не можете выбрать из нее какой-то один элемент. Вот в центре я изобразил эти циклы. Мы их подробно рассмотрели.

Теперь давайте сделаем еще следующий шаг – вот страшно упрощенная схема того, как работает трофическая система цианобактериального мата.

Зелененькое наверху – это продуценты, это сине-зеленые водоросли или растения. Верхнюю половину до пунктира занимают аэробные системы с блоками групп организмов и овалами веществ, а ниже пунктира – анаэробная система. Как видите, она опять-таки замыкается в цикл, и конечные продукты анаэробного разложения должны быть снова окислены.

Задача микробиолога – в каждый такой блок, в каждый квадратик посадить необходимые организмы. Вытащить их из природы, посадить в пробирку, изучить, как они работают, и потом скомпоновать в общую систему. Это работа микробиологами была проделана в течение последних ста лет. Причем, основателем этого подхода был тот самый Сергей Николаевич Виноградский. Он после революции остался во Франции, вел себя очень корректно, но, тем не менее, был не слишком популярен у нас в стране. Можно следующую картинку?

Есть, собственно говоря, два варианта устроить фотосинтетическую систему. Первый – это аэробная система, второй – система пурпурного океана. Мог быть такой океан. Пурпурные бактерии – это анноксигенные организмы, анаэробы. Они используют либо органическое вещество и водород как восстановитель, либо замыкают серный цикл. Такая штука могла быть и, вообще говоря, по одному из вариантов, она могла накачать все сульфаты океана, так что к этой группировке нужно относится серьезно. Но там есть и другие варианты, и вроде бы как раз проходят другие варианты, когда сульфаты накачиваются либо за счет образованного кислорода, либо за счет фотохимии.

Как видите, опять-таки, и здесь, в общей микробиологии, мы не можем работать с одной какой-то чистой культурой. Чтобы понять всю систему, нам приходится все время набирать, устраивать связки веществ, которые работают между микробами. Но можно сказать довольно уверенно, что те трофические системы, которые вы здесь видите, судя по тому, что мы смогли изучить в реликтовых сообществах, они работали в течение всей геологической истории, с самого ее начала.

И поскольку их достаточно для того, чтобы обеспечить работу всех циклов вместе, следовательно, мы можем утверждать, что система бактерий по своим химическим реакциям, по своим химическим способностям необходима и достаточна для поддержания биосферы на Земле, что все остальное есть надстройка над необходимым. И когда нам предлагают смывать бактерии с рук какой-нибудь отравой, то вместе с этим, к сожалению, внедряется представление о том, что, дескать, все они вредные и что чем стерильнее мы живем, тем нам будет лучше. Это абсолютное заблуждение, глубокое заблуждение. Потому что на самом деле вся наша система работает на тех бактериях, на которых нам наплевать.

Можно кадр назад вернуть? Это вот очень схематичное изображение того, где мы находим такие сообщества бактериальные, которые, скорее всего, аналогичны тому, что было примерно два миллиарда лет назад. Это изображение континента, который движется. На его активном крае появляется вулканический пояс, там мы находим термофильные микробы. Дальше, в середке, на континентальных платформах внутри континентов мы находим механизм удаления СО2 из атмосферы благодаря выветриванию, это содовые системы. Надо сказать, что в этой области, несмотря на весь упадок, моей лаборатории сильно удалось всех обогнать – поэтому я хочу похвастаться немножко.

Вот эти самые строматолиты, которые находятся в зоне образования седиментагинеза, это те организмы, которые задолго до скелетных организмов устроили сток углекислоты из атмосферы и создали карбонатный резервуар, избавили нас от убегающего парникового эффекта, произошедшего на Венере.

На следующей картинке как раз содовое озеро в Центральной Азии, где вы видите отложение соды на берегу. Озеро очень неглубокое, как видите, до колена исследователя. И, наконец, внизу сам цианобактериальный мат, такой же, каким, вероятно, он был миллиарды лет назад.

Вот говорят – "устойчивое развитие". На Земле было устойчивое развитие, когда никто никого не ел. А это было в период бактерий. Бактерии в принципе не могут друг друга есть, им приходится пользоваться другими, тоже не очень ласковыми, но другими путями.

Вот, пожалуй, то основное, что я хотел вам рассказать в очень поспешных и коротких чертах. Потому что каждый квадратик на моей схеме – это сотни организмов, которые нужно разгонять по матрице разных условий, зависящих от РН, температуры, минерализации, всего прочего – и для каждого существует свой набор. Но в принципе, такая трофическая схема достаточна для того, чтобы служить руководством для поиска нового зверя, нового микроба.

И дальше там идут всякие прикладные вещи вроде образования отложений осадочных руд. Это уже несколько специальная вещь. А на этой картинке вы видите очень увеличенный срез той пленки, что мы показывали, где наверху расположены цианобактерии, белые пятна – это отложение карбонатов. Дальше – черная полоса, это серный сульфатный цикл с образованием черного железа. А дальше – это все повторяется много раз.

Вот, пожалуй, галопом по истории... Я все-таки умудрился 4 миллиарда лет уложить во сколько? А.Г. В 35 минут.

Первый вопрос к вам. Когда я обращался к микробиологам в этой студии с просьбой разъяснить мне некие странности эволюции бактерий, мне сказали – это вот Заварзин придет, к нему тогда и вопросы, пожалуйста. Из ваших слов и из предыдущего знакомства с этим грандиозным, не нуждающимся в нас мире бактерий, у меня создалось впечатление, что они либо отказываются от эволюции по известным нам принципам, либо эволюционируют как-то по-своему. В чем здесь штука?Г.З. В той схеме, о которой я рассказывал сейчас, эволюция не нужна им. Просто не нужна. А.Г. Не нужна – это я понимаю. Но как ее избежать? Ведь мы привыкли считать, что эволюция неизбежна, что мутация накапливается, так или иначе, происходит отбор и так далее.Г.З. Ой, это не совсем так получается. Потому что эволюция идет, в общем, аддитивно. И я пытаюсь убедить своих коллег-эволюционистов в том, что для того, чтобы новое могло появиться, оно должно согласовываться со старым, с существующим. А раз так, сохранение старого является необходимостью для появления нового.

Только потом и частично может произойти замена. Скажем, цианобактерии, о которых я говорил, могут частично (и это произошло примерно миллиард лет назад) замениться зелеными водорослями, которые, кстати, теряют способность ассимилировать азот. И поэтому система вся остается жестко зависящей от ассимиляции азота бактериями.

Как раз нам сейчас показывают картинку, как живут термофильные цианобактерии вокруг выхода горячей воды. Вода там градусов 70 в середине, и они кругом располагаются, валиком. Это Камчатка. Так что вы бактерии можете руками потрогать и видеть их, когда их много. А.Г. Получается, что все, что было надстроено, весь этот шалашик, включая нас с вами, он совершенно не обязателен для существования огромной экосистемы. Мало того, в последнее время вмешательство одной из частей этой новой биоты, назовем ее так, наоборот пытается сбить этот ритм, это дыхание. Или все-таки у нас кишка тонка для того, чтобы бороться...Г.З. Чтобы напакостить? Нет, ну что вы. Наши возможности в этом отношении очень велики. Причем, главное – это не избыток углекислоты с выхлопными газами. Основная беда – это изменение ландшафта. Для того чтобы сохранить биоразнообразие, поддерживающее Землю, наше существование, нам необходимо сохранять ландшафт. И прежде всего – через углеродные циклы. Понимаете, мы не погибнем, если исчезнет амурский тигр. Очень жалко будет его, но мы не погибнем. А вот если шесть ведущих лесообразующих пород – елки, сосны, березы, лиственницы – засуховершинят и выйдут, то тогда вся система, по крайней мере, северного полушария, полетит в очень неприятном направлении. Вот тогда нам будет очень плохо.

Поэтому, получаются две совершенно разные вещи. Если вы хотите добиваться устойчивого развития, сохраняйте массовые виды – эдификаторы, как их называют в науке.

Если вы хотите сохранять биоразнообразие, пожалуйста, сохраняйте стерха, амурского тигра и все прочее. Но это совершенно другая игра. Это не устойчивость, это генетический резервуар. И самый важный генетический резервуар, кстати, это резервуар бактериальный – он-то идет для биотехнологии.

Значит, чтобы его спасти, вы должны спасти эти системы, вот такие, как я показывал, скажем, для термофилов. Значит, вы должны строить заповедники не только для косуль и калана, но и заповедники для микробов.

Потому что микробы максимально зависят от геосферной обстановки вокруг них. Они сохраняются только как экосистема... Вот тут мелькнула картинка места, где просто льется серная кислота, это на острове Кунашир, я добываю горячих микробов оттуда. Да, да, вроде ада это место. А.Г. Получается, что если благодаря нашим усилиям или любым другим изменениям в существующем порядке вещей, случится катастрофа, то единственными, кто может претендовать на то, что жизнь восстановится, пусть, может быть, даже несколько в другом виде, являются только бактерии. Потому что чуть-чуть изменится (чуть-чуть, я имею в виду, на десяток градусов) средняя температура на Земле, и это будет огромной проблемой для выживания всей биоты, кроме бактерий. Г.З. Да, но тут нужно иметь в виду две вещи. То, что выживут другие бактерии, произойдет так называемая адаптивная динамика, не адаптация бактерий тех, которые есть, а смена видов. Потому что для организма с коротким жизненным циклом, как у бактерии, для него выгоднее последовательно заменить один вид другим. В то время как для, скажем, дерева, пожалуйста, – держись в течение ста лет, как не будет колебаться вокруг тебя климат. Сам организм должен адаптироваться, а с бактериями – по-другому.А.Г. Замена вида вместо адаптации, да?Г.З. Замена вида... Вот мелькнула хорошая картинка – как я себе представляю Землю два миллиарда лет назад. Это снято на Сиваше, вы видите покров из сине-зеленых водорослей на очень мелкой лагуне, где эти самые камушки образовывались. Так что это вы можете сейчас руками почувствовать, увидеть все это. А.Г. Да, даже когда камень держишь, которому два с половиной или четыре миллиарда лет, и то некое волнение охватывает. А когда это жизнь, причем, жизнь в неизменившемся виде за такое время... Это меняет философию отношения к тому, что происходит.Г.З. Совершенно верно, это изменение мировоззрения. И мировоззрение это требует того, чтобы заменить индивидуальные изменения (мутаций, о которых вы говорили) пониманием кооперативной системы. А.Г. Но тут получается обидная штука. Кооперативная-то она кооперативная, но без нас может обойтись совершенно спокойно. Ну, вымер амурский тигр, ну и хомо сапиенс вымер, подумаешь... Г.З. Действительно, для существования биосферы это... Ну, что ж, динозавры вымерли – обычно на них ссылаются – их заменил кто-то другой, ну и что? А.Г. Ну, как? Это такой удар по антропоцентризму, что просто дальше-то уж некуда.Г.З. Видите ли, я естественник. И поэтому антропоцентризм для меня нечто находящееся в другой плоскости. Если мы захотим говорить о антропоцентристском мировоззрении, я буду говорить о других вещах. Я буду говорить о социальной психологии, я буду говорить об устойчивости кооперативных систем в отличие от систем индивидуальных – они аналогичны тем системам, которые я разбираю.

Скажем то, что я показывал, говоря о системе бактерий. Это то же самое производство на заводе. Тот же самый сетевой график, те же самые потоки в сетях. Это делается на одной и той же логической основе. А.Г. А как вы относитесь к идее пансперми? Г.З. Значит, вы хотите меня спрашивать о метеоритах? А.Г. Я хотел даже дальше спросить. Если пробы грунта с Марса к нам доставят, и там на самом деле была жизнь, понятно, что это была жизнь бактерий. Какие бактерии нам там искать?Г.З. Там, видимо, искать нужно анаэробов, развивающихся глубоко, за счет эндогенных реакций, нефотосинтезирующих.

Но с этими метеоритами есть гораздо более неприятные вещи. То, что бактериоморфные образования имеют метеоритный возраст в 4,6 миллиарда лет. Больше чем возраст Земли. Вот как с этим распутаться, я плохо себе представляю. А.Г. Ну, это прямое указание на то, что гипотеза пансперми имеет право на существование и даже получает косвенное доказательство. Г.З. Если, конечно, то, что мы видим в метеоритах, правильно интерпретируется. В чем есть очень большие сомнения и обоснованные сомнения. Во всяком случае, органическое вещество, которое мы находим в этих метеоритах, перестает быть доказательством абиотического синтеза.

То есть, всю сумму фактов нужно положить в другую коробочку и рассматривать аккуратнее. Ту сумму фактов, на которую намекают и МакКей, и Розонов, и Горленко, и Жмур, – те, кто интерпретируют свои находки как бактериоморфы. Отличить их, вообще говоря, от бактерий трудновато. Могут они быть органическими. Хотя бактерии очень легко имитируются минеральными образованиями.

Так что, это очень профессиональные вещи. Прежде чем найдем абсолютно достоверный кусочек, абсолютно достоверный снимок, все это находится под большим знаком вопроса.

Но главный вопрос – 4,6 миллиарда лет. Где наврали?

gordon: День Дельфина

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Всеволод Михайлович Белькович– доктор биологических наук
  • Александр Яковлевич Супин– доктор биологических наук

Александр Гордон: За прошедшие 30 лет что все-таки изменилось в представлении ученых о дельфинах, вообще о китообразных? И что мы знаем о них сейчас?Всеволод Белькович: Хороший вопрос. Дельфины, как они были загадоч-ными животными, так и остались, конечно, хотя наши знания существенно рас-ширились. Но надо учитывать одно обстоятельство. Дельфины живут в среде, ко-торая мало доступна человеку для исследования – это мировой океан. И мы о ми-ровом океане-то мало чего знаем. Так если остались на Земле загадки, то это там – в Мировом океане. Дельфинов 50 видов. Они адаптировались к условиям Аркти-ки, Антарктики, тропиков, рекам озерам. Это млекопитающие животные, но их образ жизни в воде привел к тому, что они стали очень похожи на рыб – обтекае-мое тело, грудные плавники, хвост. Но дышат легкими, рождают живых детены-шей, кормят их молоком. И действительно обладают хорошо развитым мозгом. Хотя у разных видов, конечно, он развит неодинаково. В общем-то это загадочное животное, такое же как сирена, как морской змей, который то появляется из воды, то исчезает. И, по существу говоря, знакомство-то подробное с ним произошло у древних греков, которые были ими очарованы – на монетах их изображали, на фресках, называли города и провинции – долфин, храмы строили в их честь. И, собственно, греки пришли к заключению, что дельфины исповедуют высшую, так сказать, меру справедливости – дружбу не за вознаграждение, бескорыстную дружбу. А потом точно так же, как с дельфинами шестидесятых годов, вдруг про-вал. Средние века, и никаких тебе дельфинов нет. Правда, король Франции считал это королевской рыбой, она подавалась на стол. Дельфины заплывали в реку, где стоял королевский дворец, смерд, убивший дельфина, казнился и так далее. Но это была другая история. И по существу знакомство широкой-то публики с дель-финами произошло, наверное, где-то в тридцатые годы, когда стали появляться океанариумы, которые сначала опять же заселяли рыбами. Но когда появились дельфины, то они стали любимцами публики. И привлекли к себе всеобщее вни-мание – контактностью, любознательностью, зрелищностью и так далее и так да-лее. И вот в моем представлении именно это было мощным толчком к тому, что-бы заинтересоваться целым рядом вещей. И одно из направлений – это адаптация этих животных к жизни в воде – быстрота плавания, глубина погружения, тем ме-ханизмам, которые позволяют нырять на большие глубины без всяких декомпрес-сий и так далее.А.Г. Собственно, дыхание.В.Б. Да. И второй большой круг вопросов – это болтливость дельфинов. И вот как-то два молодых физика, сидя в кафе, обсуждали эту проблему, то им пришла в голову мысль: ну, а почему бы не сопоставить вот ту болтовню, которая в группе дельфинов существует, с болтовней у нас за столиком? Они чисто формально подошли, какие там сигналы фигурируют. И оказалось, что как в речи на английском языке, так и в потоке сигналов дельфинов есть доминирующие звуки, это не говорило о том, что у дельфинов есть язык, но давало основание полагать, что они их используют с каким-то смыслом. А дальше всё закрутилось по сценарию довольно такому традиционному – сенсация, пошли деньги. Началось очень мощное наступление специалистов совершенно разных профилей, разных областей знаний. Это были и биологи, и физиологи, и лингвисты, и физики, и математики. И казалось, что вот-вот мы победим. Артур Кларк написал в своем романе, что в 90-м году язык дельфинов будет расшифрован и тогда они нам все расскажут об океане. Всё будет окей. Вот примерно такое представление в 60-е годы пришло в Россию с переводом книжки Джона Лилли "Человек и дельфин". Джон Лилли великий человек, конечно, еще и потому, что сумел нетривиально посмотреть на вопрос, высказать самые разные идеи, в том числе крамольные для своего времени. Ну, и как следует встряхнул общественность, так сказать, в этом плане. Вот Александр Яковлевич выскажет свою точку зрения по этому поводу. Но это был такой мощный импульс.Александр Супин: Но импульс был, конечно, не в книжке... Там были другие факторы, достаточно серьезные. Речь шла о том, чтобы использовать дельфинов, в том числе и в военных целях. Начали эти американцы, ну а где аме-риканцы, мы же тоже не можем отстать. Так что одной книжечкой, наверное, та-кой мощный импульс не мог бы быть дан. Тем более, ученые-то все относились к этому и, на мой взгляд, заслуженно относились, весьма скептически. Но, вот что мне кажется. Может быть, не совсем правильна такая оценка, что в шестидесятых годах был бум, а потом провал. Мне так не кажется. По-моему, просто произошло немножко другое. Начинали мы с чего – с большого размера мозга, с возможности речи и так далее. Ведь действительно, дельфиний мозг – это совершенно уникаль-ное сооружение по меркам животного мира.

Если сравнить несколько млекопитающих, размером тела примерно с та-ким же, как у человека (просто так легче сравнивать, потому что трудно сравни-вать мышку и слона), подобрать ряд животных примерно с сопоставимым разме-ром мозга. В таком ряду человек был бы существом совершенно выдающимся. У нас вес мозга – примерно полтора килограмма. Это немало, да? Это примерно 2 процента от веса тела. У любого другого животного, млекопитающего, крупного, вес мозга – хорошо если 200-300 граммов. У человекообразных обезьян доходит до 500, ну полтора килограмма. Это немыслимая планка для всех, кроме дельфи-нов. У дельфина такого примерно размера, как человек, мозг от полутора до двух килограммов. Зачем-то это всё нужно? Конечно, размер мозга – это еще не пря-мой показатель интеллекта. "Чем больше машина, тем умнее". Это, конечно, не совсем так. Но определенный резон в таком подходе, в таком взгляде на вещи есть. Если мозг очень большой, то для чего-то это нужно.

Он не просто большой, если посмотреть на фотографию мозга дельфина, то даже для анатома, который до этого, скажем, такого мозга не видел, это совер-шенно удивительная картина. Масса извилин и борозд, что, в общем, является по-казателем достаточно высокого развития мозга. Вся поверхность этого громадно-го мозга буквально испещрена несчетным количеством борозд и извилин, кото-рых вы не увидите в таком количестве на мозге любого другого животного. И для чего это нужно? Наверное для того, что поведение этих животных действительно отличается рядом достаточно удивительных особенностей. Нормальные, стайные отношения, сложное высокоразвитое поведение, это можно найти у многих жи-вотных. Но есть в их поведении элементы, которые, в общем, доступны далеко не всем из животных, даже из высших млекопитающих. И которые какое-то время считались прерогативой только человека.

Прежде всего, это способность строить свои коллективные отношения в расчете не только на текущие действия партнеров, но и на будущие. Вообще коллективное действие у животных, это вещь, так сказать, не слишком редкая. Возьмите стаю волков, которая загоняет добычу, у них прекрасно все координировано. Но до тех пор пока добыча не загнана и не начался пир. Тут уже каждый сам за себя. Тут ни о каких, так сказать, альтруистических побуждениях, конечно, речи быть не может. Что мы наблюдаем у дельфинов, скажем, при их охотничьем поведении? Всеволод Михайлович, наверное, мог бы рассказать об этом еще побольше, чем я. Ну, раз уж я начал, Всеволод Михайлович меня простит, да, что я влезаю в это дело.

Скажем такая форма поведения. Дельфин носом пропахивает морское дно, чтобы спугнуть оттуда рыбку, которая зарылась в ил. Своими челюстями, клю-вом, разгребает это всё. Но когда рыбка выскочит, он ее схватить уже физически просто не успеет, поскольку у него нос зарыт в иле. Эту рыбку хватает другой дельфин, который идет рядом над ним. Спрашивается, а тот, зачем трудится, если плоды его трудов ему не попадают? Он трудится, потому что он знает, что неко-торое время спустя, его партнер сменит его и сделает то же самое для него. Вот такие вещи у животных можно наблюдать очень редко. То же самое при загоне рыбы, когда животные достаточно часто используют стратегию загонщиков при охоте на добычу.А.Г. Это я могу понять, что он знает, что в следующий раз другой дельфин будет пахать носом ил или часть других дельфинов из стаи будет загонять рыбу. Но вы сами сказали, что они иногда помогают рыбакам. Тут-то выгода какая? В.Б. Прямая.А.Г. Они их кормят после этого?В.Б. Ну, в общем, тут есть, конечно, непонятные вещи. Не все дельфины этим занимаются. "Почему?" – первый вопрос.А.Г. Не все дельфины? Не все виды дельфинов или не все группы?В.Б. Вот берем какой-то вид N. В этом виде дельфинов есть два-три "уро-да", которые контактируют с людьми охотно. Может быть, с их точки зрения это плохое занятие, "недостойное" дельфина, не знаю, но другие этим не занимаются. И две деревни могут судиться за одного такого дельфина-помощника. Один рыбак говорит, что это моей деревни дельфин, другой говорит, нет, нашей деревни дельфин. Это Бирма. А в Южной Америке есть дельфины, переходящие из поко-ления в поколение. Вот рыбацкая деревня на берегу. И там, скажем, у десяти Пед-ро есть дельфины ручные. Педро выходит в море, к нему приплывает его дель-фин. А к другому рыбаку приходит его дельфин. А у некоторых рыбаков нет та-ких помощников-дельфинов. Их никто не приучал. Этот контакт возник спонтан-но от взаимодействия этих животных и человека во время рыбной ловли. Когда-то этот Педро вовремя подкормил дельфина, который оказался рядом с сеткой. По-нимаете, когда дельфин понял, что его не убьют, не поймают, не обидят и что ему это тоже выгодно, потому что он подгоняет рыбу, а ловит-то ее человек и дает ему. Это есть самая обычная кооперация – усилий надо меньше и человеку, и дельфину для того, чтобы ее поймать.А.Г. Для того, чтобы понять это...А.С. Как раз эта ситуация мне-то кажется более простой. Потому что тут отношения очень простые – дельфин подогнал рыбу к сети, рыбаки ее взяли, тут же дельфин получил вознаграждение. Тут достаточно простая система отноше-ний.А.Г. Понятно. Но если это наследственные дельфины и если меняется не только поколение рыбаков, но поколение дельфинов, каким образом один дель-фин передает другому дельфину информацию, что это выгодно? А.С. Ну, это элементарно – подражательное обучение достаточно извест-ная вещь в животном мире. Тут-то как раз никакой мистики и нету. В.Б. Да, здесь, в общем-то, всё объяснимо, в том числе и кооперативное поведение. Но вот другая типичная картина для черноморских афалин – кооперация самих дельфинов при охоте. Вот стадо лежит в море, потому что всему стаду искать рыбу не всегда выгодно, если они не очень голодные, или когда у них маленькие дельфинята, или когда ее мало. Есть группа дельфинов-разведчиков. Два-три дельфина, которые тщательнейшим образом исследуют берег.А.Г. Это всегда одни и те же разведчики, или они меняются?В.Б. Нет, нет, они разные. Форма плавников разная у них. Это я гаранти-рую, что они разные.А.Г. То есть, они уже рождены разведчиками?В.Б. Нет, это просто "сегодня я дневальный". И вот дельфины поплыли на разведку, посмотреть где что есть. Вот они внимательно обследуют берег. Один ближе к берегу плывет, а второй более мористо. И мы наблюдаем с берега, как рыба прячется от них. Прячется в водорослях, между камнями. И кефали это уда-ется – разведчик ее не замечает. Вот бухта. Один дельфин закрывает бухту, как военный корабль на выходе. А второй начинает плавать в бухте и гонять там ры-бу. Там камни, спрятаться некуда. И стайки рыб идут на выход, тут-то ее и кушай. Один загонщик, второй стрелок. Я не могу это доказать, но я уверен, что они ме-няются ролями. Потому что просто в животном мире по-другому не бывает. А.С. Обязательно, а иначе, с какой бы стати?В.Б. Но здесь ничего такого нет. И волки так же поступают, это обычная, в общем, вещь. А.С. Вот тут я не совсем согласен. Волки так поступают при координиро-ванных действиях.В.Б. Есть загонщики, есть те, кто идут на перехват добычи.А.С. Всё правильно, но пока идет охота, а не пока начали кушать. В.Б. Ну и что?А.С. Это принципиально.В.Б. А что во время кушанья происходит странного? Самка всегда получает свою еду. Щенки получают.А.С. Исключаем, конечно, случаи самки, которая кормит...В.Б. А что остальные? Все получили по своему куску, никого не съели. А.С. Все получили по своему куску, но никто не помогает другому есть, оставаясь голодным. Когда охотятся, охотятся все голодные. Когда начали есть, все едят и каждый – свой кусок. В.Б. Но и дельфин-загонщик не остается голодным. Он через некоторое время тоже поест рыбы. А.С. Вот здесь нет. С точки зрения моей, как все-таки физиолога, это принципиальный рубеж – расчет не на текущие действия, а на будущие. Это, в общем, на самом деле основа социальных отношений, которые потом развились в человеческом обществе. Мы ведь тоже действуем таким же образом. Мы что-то выполняем для других в расчете на то, что они потом выполнят свой долг по от-ношению к нам. Правда, не всегда так, к сожалению, бывает. В.Б. Но не все так поступают, думая о будущей выгоде. Люди гораздо ча-ще руководствуются правилами, законами. Хотя, конечно, может присутствовать и обычный расчет... А.С. Что значит – думая или не думая. Это... В.Б. Есть простые примеры, когда дельфин просто кормит другого дель-фина рыбой. Вот он сидит в бассейне, и от него отделены другие дельфины сетча-той перегородкой. У него рыбы здесь очень много. Он берет эту рыбу и, держа ее в зубах, просовывает тому, который плавает с той стороны, но не имеет рыбы.А.Г. Вы можете себе представить волка, который поступает также? В.Б. Я не специалист по волкам. Но это удивительные животные. Там мо-жет быть всё что угодно. То, что они приносят и кормят тех, кто не может это де-лать сам, выхаживают больных – это безусловно достоверные факты.А.С. Фактически мы, таким образом, приходим к более или менее согла-сию. Все-таки есть в поведении дельфинов такие элементы, которые другим животным, даже высокоорганизованным, не свойственны. В.Б. В поведение дельфинов гораздо больше совершенно удивительных вещей, чем просто потребление пищи. Дело в том, что это животные с очень вы-сокой социальной организацией. И, собственно, эти мало еще пока исследованные вопросы социальной организации групп животных являются очень интересными. В чем-то они очень напоминают ранние этапы развития человеческого общества, когда был матриархат, когда мужчины племени должны были уходить, потому что все племя не могло прокормиться на этой территории, а матери с детьми не могли быстро двигаться и должны были вести оседлый образ жизни. Вот это же мы наблюдаем у полярных дельфинов-белух, когда группы дельфинов-самцов уп-лывают в Баренцево море, а самки с детенышами остаются в теплом море, в Бе-лом, и кормятся на своих участках.А.Г. То есть они уступают им...В.Б. Да. Причем самцы в расцвете сил, так сказать, готовые к спариванию, они уходят. Какие силы их заставляют это делать? Что это за приказ? Что за мо-билизация? Кроме того, регуляция численности происходит совершенно опреде-ленно в этих местах репродуктивной концентрации. Не все белухи, которые могут в этом году принять участие в размножении, в нем участвуют. Происходит не очень понятное. Приплывают 6 самцов, в стаде есть 8 белух, которые, родив дете-нышей, по нашим представлениям и по поведению готовы к спариванию. Самцы плавают какое-то время в стаде, потом у них происходит "совещание". Все сам-цы, голова к голове всплывают, звездочкой такой, и какое-то время лежат на по-верхности. Происходит интенсивный обмен сигналами. Потом вдруг они развали-ваются в разные стороны, четыре самца выплывают, два остаются. Вот они так решили. Это приводит в изумление, это не мистика, это совершенно реально. И мы видим стабильное число детенышей из года в год: 14-15, 14-15, 14-15. Хотя можно было бы и 20 родить, и 25, но нет. Пищи достаточно, все хорошо, матери-альное благополучие есть, квартира обставлена мебелью. Но регуляция происхо-дит.А.Г. Я забыл спросить о популяции дельфинов в мировом океане. Все эти 20 видов какой численности, общей?В.Б. Можно сказать только примерно.А.Г. Разумеется.В.Б. Экспертная оценка такова. Я вспоминаю какую-то работу А.Г. Томилина, который этим занимался, он специалист как раз в этой области. Он называл цифру 400 миллионов дельфинов. Учтите, что 300 тысяч дельфинов в год выбра-сывают из рыболовных сетей. Такие странные цифры.А.Г. 300 тысяч из рыболовных сетей, значит, речь идет только о шельфе и только...В.Б. Это и пелагическая часть океана, потому что там ловят много рыбы...А.Г. 400 миллионов – это огромная популяция. А.С. Ну, на весь мировой океан это не так много.А.Г. Для млекопитающих это огромная цифра.В.Б. Насекомых намного больше. Но крупным китам, как вы знаете, крупно не повезло. Потому что их основательно добили до такого уровня, что с 86 года кроме японцев и норвежцев все прекратили промысел. Постепенно численность ряда видов восстанавливаются, конечно, но в экосистеме океана странные вещи происходят. Потому что экосистема сразу отреагировала на исчезновение китов. Например, в Антарктике. Там вдруг резко увеличилась численность тюленей, которые стали питаться пингвинами. Киты там уже плавают группами, в которые входят несколько разных видов – они должны кооперироваться, чтобы обеспечить себе прокорм, понимаете.А.Г. Но если стада разных видов могут кооперироваться, это значит, что коммуникация между ними происходит по системе (не будем это языком, может быть, называть) сигналов, которая доступна разным видам. А.С. Трудно сказать насчет того, насколько универсальны языки. Не будем говорить "языки" – системы звукового общения. В принципе, они могут быть достаточно разные, вплоть до того, что разные группы, разные стада одного и то-го же вида имеют статистически достоверно различающиеся системы звуковых сигналов. Американцы этим долго занимались, вели наблюдения десятки лет. По-казали вроде достаточно неплохо.В.Б. Но это не разные системы, там диалекты разные. А.С. Совершенно верно. Наверное, можно сказать так. Это правильный, наверное, термин. Разный диалект. Я как раз и хотел сказать, что это не значит то, что они общаются внутри группы на разных звуковых системах, диалектах, как хотите называйте. Не значит, что они не могут понимать друг друга.А.Г. Превращение вполне земных млекопитающих в вид, больше напоми-нающий рыбу, разумеется, привело к огромному количеству изменений жизнен-ных систем дельфинов. Расскажите, пожалуйста, об особенностях дыхания дель-фина. Ведь это же все равно легкие.В.Б. Да, легкие. Но имеют целый ряд интереснейших адаптаций. Итак, на поверхности делать нечего, кроме как получить свежую порцию воздуха. Пища в воде на разной глубине. У кого-то в поверхностном слое, у кого-то на глубине в сотни метров. Кашалоту надо нырять на километр, на 500, на 700 метров. Вот, будьте любезны приспособить свою дыхательную систему к этому. Первый меха-низм – это разделение от активного снабжения кислородом двигательного аппара-та и центральной нервной системы. Центральная нервная система получает от легких по малому кругу нормальное кровоснабжение. Мышцы обходятся тем, что есть в меоглобине, меоглобина очень много. Мышцы черного цвета. И они рабо-тают сами на себя без свежего кровотока, в них накапливается молочная кислота. Но она не поступает никуда и ничего не отравляет.А.Г. А куда же она девается?В.Б. Она там блокирована, пока он ныряет. И есть клапаны на сосудах, пе-рераспределяющие кровоток, есть клапаны в легких, которые закрывают альвео-лы, и так далее, и так далее. И главное, что это одна порция воздуха.А.Г. А какой объем легких?В.Б. Опять же, это по-разному – от 300 литров у крупного кита до 6-8 лит-ров у дельфинов.А.Г. Я говорю о тех дельфинах, которые сопоставимы с человеком по раз-меру.В.Б. С человеком сопоставимы по размеру? Это 6-8 литров. А.С. Но тут важно-то что? Как используются эти 6-8 литров у нас. У хо-рошего спортсмена тоже может быть 5-6 литров, но вообще-то при нормальном дыхании, когда мы с вами сейчас здесь беседуем, мы при каждом вдохе обмени-ваем, дай Бог, процентов 20 того воздуха, который заполняет...В.Б. Не воздух, а кислород.А.С. О кислороде особый разговор. Сначала просто об объеме воздуха. Дельфин при этом мощном коротком быстром выдохе-вдохе за секунду-две обме-нивает примерно 80 процентов объема.А.Г. То есть, он выдыхает 80 процентов и загоняет новые. А.С. Дальше. То, о чем говорит Всеволод Михайлович. Когда мы дышим в нормальном не очень душном воздухе, где кислорода 20 процентов, в воздухе, который мы выдыхаем, его остается еще 16 примерно.

То есть, мы используем только пятую часть воздуха, который мы вдыхаем, он вполне пригоден для дыхания другим существом, что, кстати, используют вра-чи, спасатели, когда делают изо рта в рот искусственное дыхание. Дельфин из этого объема высасывает тоже порядка 80% того кислорода, который там содер-жится. Тут еще просто обстоятельства помогают, потому что когда он уходит на глубину, внешним давлением грудная клетка обжимается, давление в легких по-вышается соответственно, повышается растворимость газа в крови. И этот кисло-род буквально выжимается.В.Б. Там еще, конечно, повышенная поглотительная способность эритро-цитов и плазмы крови и так далее...А.С. А дальше вступает в действие то, о чем Всеволод Михайлович только что сказал – огромный эритроцитный резерв, резерв кислорода, который может храниться в самом гемоглобине крови, в миоглобине мышц и плюс еще эконом-ное его расходование. То есть, в первую очередь – жизненно важные органы, во вторую очередь – все остальное, что может подождать. И вот так, что называется "с миру по нитке" сэкономили здесь, рационально обошлись с воздухом или с ки-слородом на этом этапе. Этап за этапом – вот и получается, что мы чувствуем удушье через минуту, наверное, после того как задерживаем дыхание. Дельфины могут уходить на глубину на десятки минут. Они ходят до 500 метров вглубь и там пасутся. Это какое время нужно, чтобы догрести туда, там найти пищу, тоже его там не ждет накрытый стол, это ж тоже надо потрудиться, расходовать энер-гию на активные движения и подняться обратно. Это такой вот дельфинчик.А.Г. Ну, а тут возникает вопрос уже не о кислороде, а об азоте. Это ж надо нырнуть на 500 метров, а потом подняться на поверхность.А.С. А в этом-то вся прелесть. Когда водолаз опускается на глубину, его снабжают воздухом в изобилии из баллона или от компрессора по шлангу, вместе с кислородом, который он использует для дыхания, он получает неограниченное количество азота.В.Б. А там не важно – азот или гелий, это совершенно безразлично, какой наполнитель идет. Он все равно получает больше, чем надо.А.С. Будем говорить о простейшем случае, о дыхании воздухом, значит, азот. Следствие то, которое мы, наверное, все знаем – это опасность декомпресси-онной болезни. Если давление сразу сбросить, растворенный в крови азот вскипа-ет и – самые трагические последствия. Но дельфин-то ныряет с небольшим запа-сом воздуха, только с тем однократным запасом воздуха, которым он наполнил свои легкие. Этот азот, он тоже, как и кислород, естественно, практически полно-стью растворяется в крови. Но этого объема просто недостаточно для того, чтобы даже при резком сбросе давления произошло вскипание крови. То есть, он может спокойно стрелой на поверхность вылететь, ему это совершенно ничем не грозит.А.Г. Но все равно ведь разница в давлении существует колоссальная – ме-жду внутренним давлением дельфина и внешним, на глубине 500 метров.В.Б. Нет, давление во всех тканях проникающее. Поэтому адмиралы не ве-рили: "Как же это кашалот может у вас нырять на полтора километра, батенька? Нашу лодку на 400 метрах раздавливает". Объясняешь, что давление проникаю-щее. Ткани тела кита – на 95% вода, а если есть полости, то там существуют ме-ханизмы для выравнивания давления.А.С. Эластичные ткани полностью передают давление.В.Б. Вода передает, она не сжимается, везде давление одинаковое.А.С. Воздух выжимается практически...В.Б. Есть места, где мощная кость. Как быть? Создается кровеносное спле-тение сосудов, которые заполняют эту полость. Давление в сосудах везде повы-шается, сплетение раздувается и заполняет всю полость, чтобы не было баротрав-мы. Точно так же такие же сосудистые сплетения есть в костях, где надо. Везде все есть, и все под компрессией находится. Давление передается, это сообщаю-щиеся сосуды, давление везде одинаковое.А.Г. Феноменальное устройство. Скорость, с которой плавают дельфины. Там тоже все, по-моему, не очень подчиняется физическим, биологическим зако-нам, насколько я понял.А.С. Наверное, все-таки подчиняются. Только если эти законы грамотно используются. Тогда и возник этот знаменитый парадокс Грея, который в течение многих лет обсуждался – то ли он вообще существует, то ли он не существует. В принципе, где мог лежать ключ к решению этого парадокса, было ясно с самого начала. Нужно каким-то способом организовать обтекание тела дельфина водой так, чтобы оно было не вихревым, как обычно происходит, когда большое достаточно тело обтекается с достаточно большой скоростью. Мы это называем лами-нарным, когда струи потока плавненько, не завихряясь, обтекает тело. Тогда со-противление резко падает и нужно не слишком много энергии для того, чтобы оно двигалось. Но дело в том, что подсчитывать этот энергетический баланс – это, в общем, дело такое мутное, скользкое. Сколько на самом деле энергии тратится в данный момент, сколько ее запасается, сколько берется из запасников. Поэтому долгое время это все было неясно, и потом вообще решили бросить, решили, что вообще никакого парадокса Грея нет, что все это ерунда. Но наш со Всеволодом Михайловичем добрый знакомый, зовут его профессор Романенко, подошел к этому делу немножко по-другому. Он не подсчитывал, сколько дельфин съел и сколько кислорода проглотил, чтобы таким образом его энергию подсчитать. Просто он снимал с помощью камеры кинематику движения животного, а зная кинематику движителя хвостового плавника, по известной формуле можно под-считать, какая энергия тратится, какая энергия этим движителем переводится в механическое движение, какое тяговое усилие и так далее.

Очевидно, каким-то способом дельфин умудряется снижать эти завихрения на своем теле. Каким способом, вот тут существуют разные идеи. И, скорее всего, несколько механизмов тут работает. Это может быть и упругость кожи, которая в зародыше давит зарождающиеся на поверхности вихри, и таким образом завихре-ние, конечно, возникает, но позже, при большей скорости и на более дальней точ-ке тела. Это может быть особенность работы самого хвостового плавника, кото-рый отталкивает воду назад, но в то же время отсасывает воду спереди, создавая перепад давления и таким образом отсасывая эти вихри и тоже увеличивая ту часть тела, которая обтекается еще до того, как появились завихрения. То есть, хотя дельфины могут двигаться с достаточно высокой скоростью, порядка 50 ки-лометров в час, для воды это очень высокая скорость, но, конечно, не очень дол-гое время, или оседлывая волны, создаваемые кораблями.В.Б. Это совершенно разные вещи – оседлывание волны или самостоя-тельное плавание.А.С. Об этом я и говорил, что, конечно, такие рекорды есть, но это не-множко другое, это не имеет отношения уже к вопросу об экономии энергии, но в целом иногда получаются достаточно рекордные результаты.А.Г. Есть еще один физиологический феномен, насколько я понял, это зре-ние дельфина. Он одинаково хорошо видит и в воздушной, и в водяной среде. Как это достигается, какими механизмами?А.С. Это целая детективная история. Действительно, любой пловец знает, что если он ныряет под воду, если не надета специальная маска, то сразу все становится нечетким, нерезким, не сфокусированным. И совершенно понятно почему. Основную, так сказать, функцию фокусирующей линзы в нашем глазу играет выпуклая сферическая поверхность роговицы глаза. А в воде, когда перед роговицей оказывается не воздух, а вода, эта линза перестает работать. У дельфина все наоборот. У него под водой роговица не работает, как линза, так же как и у нас. Потому что оптические свойства ткани за роговицей практически такие же, как оптические свойства воды перед ней. Значит, этой границы как бы не существует. Но зато у него есть очень мощный круглый, практически как шарик, хрусталик, который обеспечивает под водой нормальное зрение. Но тогда он должен был – по всем прикидкам, по всем расчетам – быть катастрофически близоруким на воздухе. Потому что, как только он поднимает голову над водой, появляется эта сферическая поверхность, дополнительная линза, и она создает рефракцию примерно еще в 25 диоптрий. То есть, он должен быть близорук на 25 диоптрий. Что такое близорукость на 25 диоптрий объяснять не надо любому, кто носит очки.

Для того чтобы глаз одинаково работал и под водой, и на воздухе, поверх-ность должна быть плоской. Вот как у фотоаппарата для подводной съемки. У не-го не выпуклая линза передняя, а обязательное плоское стеклышко. Пловец, кото-рый ныряет под воду, надевает маску с плоским стеклом, тогда граница раздела между водой и воздухом всегда плоская и это не создает дополнительного пре-ломления, не меняет оптики глаза. Но дело-то в том, что роговица глаза не может быть плоской, не имеет права быть плоской. Потому что форма глаза поддержи-вается внутри избыточным глазным давлением. Глаз не имеет внутри скелета, ко-торый бы поддерживал форму. Форму надо поддерживать строго, иначе фокуси-ровка нарушится.

Значит, механизм воздушного шарика. Глаз наш слегка поддут избыточ-ным давлением. И этим его форма строго выдерживается. Но раз он поддут, зна-чит, эластичная роговица не может быть плоской. Она обязательно прогибается, она обязательно сферическая. Как обеспечить плоскую поверхность, которая все-таки нужна для того, чтобы глаз видел одинаково и в воде, и в воздухе? Для этого пришлось весь глаз переконструировать полностью. Начиная от оптики и кончая световоспринимающей оболочкой сетчатки. Штука в том, что ведь самое важное – это обеспечивать фокусировку не на всей сетчатке, а на той ее части (она отно-сительно небольшая), которая обладает наибольшей разрешающей способностью. У нас с вами это, в общем, достаточно небольшая часть сетчатки, небольшой уча-сточек поля зрения. Если вы сосредоточите взор на моем правом ухе, то левое ухо уже будет видно неотчетливо, потому что его изображение уже не попадает на эту центральную ямку. И оказалось, что у дельфина эта область высокого разреше-ния, где, собственно, и обеспечивается острое зрение, во-первых, не одна, как у всех нормальных зверей, а две. Эти две области разъехались на края сетчатки. Для чего все это нужно? Вся сетчатка имеет форму почти неправильной полусферы. В центре этой полусферы – хрусталик, практически сферический. И свет падает на эти боковые части сетчатки через центр хрусталика. Не через центр роговицы, а через ее края. А края роговицы пришиты к плотной белковой оболочке и имеют кривизну намного меньшую, чем центр. Это показано было Белом Долсаном пря-мыми измерениями. И плюс к этому еще зрачок у него, соответственно, оказался реконструируемым. То есть, вместо одного отверстия у него при ярком освеще-нии зрачок перекрывается таким образом, что распадается на два отверстия, кото-рые через две крайние точки роговицы наперекрест пропускают свет к двум про-тиволежащим точкам высокого разрешения.А.Г. Детективная история, действительно.А.С. Да вот такая получилась история.А.Г. Тут огромное количество вопросов приходит по поводу дельфинов. Первый из них касается семейных отношений. Существуют ли семьи у дельфи-нов?В.Б. Да. Опять же надо говорить о конкретном совершенно виде. Есть от-личия у разных видов. Но вот, скажем, можно сказать несколько слов о наших арктических дельфинах, которые белухи называются. У них существует матриар-хат. То есть, линия материнская развивается, она доминирует. Все особи женского пола остаются с мамой на протяжении всей жизни. А самцы по мере достижения половой зрелости уходят, так сказать, в самостоятельное плавание. Но они оста-ются все в рамках одного стада. То есть, одна семья, другая семья, энная семья – все вместе они образует одно локальное стадо. И вся популяция состоит из таких локальных стад, которые внутри связаны теснейшими родственными отношения-ми. Они все друг друга знают. Связаны определенными, иерархическими закона-ми. В обычной ситуации ничего не заметно, но в критической ситуации – кто там главный – сразу понятно. Кто кого защищает, кто берет на себя ответственность за принятие решения.

Они воспитывают детей. Вот как раз летом в репродуктивных скоплениях, когда они имеют возможность все вместе собраться. В остальной жизни там де-лами надо заниматься. Это пример очень высокого уровня социальных взаимоот-ношений.А.Г. В естественной среде, кроме человека, какие враги есть у китообраз-ных, опять-таки соизмеримых по размерам с хомо сапиенс? В.Б. Их довольно много, в общем-то. Соизмеримых с хомо сапиенс – не-много. В Арктике это медведи, немножко, чуть-чуть. Вот гельминты хорошие враги, например.А.Г. Кто это, что это? В.Б. Да это черви всякие, паразиты. Которые вызывают массовую гибель, скажем, у морских свиней в Черном море, когда тысячи дельфинов-азовок выбра-сываются на берег, потому что у них все полости уха забиты круглыми червями.А.Г. То есть, они теряют гидролокационные способности.В.Б. Да, теряют. Это серьезная вещь.А.Г. Давайте все-таки вернемся к языку. Раз уж существуют диалекты, на-верное, должен существовать и язык, на котором они общаются. Что известно о нем на сегодняшний день? В.Б. У них существует активная система коммуникаций. Если употребля-ется термин "язык", то мы как-то уже сразу делаем перенос на человеческий язык. Система коммуникаций у них есть.А.Г. Хорошо, система коммуникаций, которая отличается, насколько я ус-пел понять, от систем коммуникаций многих других животных, практически всех млекопитающих, тем, что один сигнал может иметь несколько значений, напри-мер. А.С. Скажем так, не несколько значений, а то, что нет однозначного про-стого соответствия. Сигнал и некое, скажем, событие или команда и тому подоб-ное.А.Г. То есть, это подразумевает интонацию. А.С. То есть, привязанность какого-то сигнала передается определенной комбинацией сигналов. В человеческой речи это синтаксис. Каждый звук, каждая фонема сама по себе ничего не означает. Нечто обозначает только их определен-ная комбинация, связанная определенными правилами. У дельфинов не существу-ет такой системы синтаксической. Или, в общем, выделить ее и показать, какова она на самом деле, пока никому еще не удавалось. Но, по крайней мере, ясно хотя бы то, что это не простая элементарная система. Иначе бы ее...В.Б. Хотя бы потому, что ее не расшифровали до сего времени.А.С. Совершенно верно, иначе бы ее раскололи уже. Были некоторые дос-таточно серьезные попытки наладить такую коммуникацию с дельфинами и про-верить, могут ли они конструировать некие, скажем, "фразы", назовем их условно так: из каких-то элементов, которые условно можно назвать "словами". Но делать это можно по-разному. Сначала тот самый Джон Лилли, о котором говорил Все-волод Михайлович и которого, в общем, на мой взгляд, надо оценивать весьма скептически, пытался просто беседовать с дельфинами. Но эта затея, естественно, была обречена на неудачу. По причинам чисто физиологическим. Просто дельфин не может услышать то, что мы говорим. Потому что у него другой звуковой диа-пазон. Потому что звук, переходя из воздуха в воду, колоссально теряет в мощно-сти.А.Г. Он вообще не слышит человеческой речи? А.С. Думаю, что слышит, но очень плохо, очень плохо. Это самая крайняя низкочастотная для него часть его слухового диапазона, да плюс еще потеря мощности. Плюс к тому сама система чисто акустически, та система сигналов, ко-торую используют дельфины в своем общении, имеет характер таких свистов, пе-ресвистов, завываний и тому подобное, она достаточно сильно отличается от того, чем пользуются люди, и поэтому трудно было бы, конечно, ожидать, что каким-то таким способом удастся осуществить контакт. Но были и достаточно серьезные попытки. Скажем, работа Батто.

Он сделал что. Ну, во-первых, естественно, вся физическая сторона была обеспечена, то есть транслировались должным образом через гидрофоны сигналы в воду. Во-вторых, они транспонировались по частоте из того диапазона, которым пользуется человек, в тот диапазон, которым пользуются дельфины. И плюс к то-му, за основу были взяты звуки гавайского языка. Не смейтесь, дело-то, правда, действительно происходило на Гавайях. Поэтому когда это все транспонируется в область частот, которые слышат дельфины, получается нечто похожее на их пере-свист. В.Б. Но дельфины этого не понимают.А.Г. И вот вопрос, с обсуждения которого мы, собственно, начинали про-грамму еще до того, как вышли в эфир: "Совершают ли дельфины алогичные с точки зрения рационализма поступки, то есть, есть ли ощущение, что у них есть душа?" Вот тут, может быть, надо привести вашу формулировку души.А.С. Но боюсь, эта формулировка не общепринятая: что душа есть опера-ционная система мозга. Ответ на вопрос зависит от того, что называть душой. Ес-ли рассматривать это понятие достаточно широко, то можно сказать, что она есть у любого зверя с мало-мальски развитым мозгом в том смысле, что может ощу-щать боль, радость, удовольствие.В.Б. Это они ощущают, они любят, ненавидят, все нормально.А.Г. Могут ли они совершать алогичные, нерациональные поступки?В.Б. Мы слишком мало знаем, но примеры существуют.А.С. Для этого надо знать, что такое дельфинья логика. Мы ведь тоже сплошь и рядом совершаем алогичные поступки не в силу своего сверхвысокого интеллекта, а именно потому, что не можем сориентироваться и понять, какой по-ступок был бы логичным. С этой точки зрения, конечно, все звери совершают алогичные поступки.А.Г. Вопрос, видимо, стоял так – насколько все-таки жестко детерминиро-вано инстинктом поведение дельфина и насколько зависит от индивидуальной обучаемости?А.С. Там речь идет не об обучаемости, там речь идет о характере деятельности, о возможности делать определенные умозаключения, причем это экспериментально проверялось и дало позитивные результаты. Это интереснейшие опыты нашего, кстати, отечественного этнолога, к сожалению, его уж нет на этом свете, Леонида Викторовича Крушинского. Самые настоящие умозаключения. То есть, исходя из априорного знания свойств предметов, сделать заключение о том, как себя вести.

gordon: Предел времени

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Ростислав Феофанович Полищук– доктор физико-математических наук
  • Юрий Васильевич Шалаев– кандидат физико-математических наук

Александр Гордон: ...трудно понять, что такое время. А теперь нам приходится вообще отказываться от этого понятия. Что это за состояние такое, в котором даже о времени говорить нельзя?Ростислав Полищук: Это не означает, что исчезают вообще всякие понятия, а означает то, что понятие времени имеет предел применимости. А когда мы пытаемся продолжать применять это понятие времени неограниченно, мы наталкиваемся на некоторые противоречия, разрешение которых означает переход к более глубоким фундаментальным понятиям.

Оказывается, нельзя о понятии времени говорить, не рассматривая понятия пространства. Между пространством и временем есть граница – световой конус, световые образы, которые и нужно положить в фундамент представления о мире. Здесь получается так: релятивистский коготок увяз, всей птичке пропасть. И вся картина мира переворачивается. Потом Юрий Васильевич скажет более конкретно, как это получается.

Другое ограничение на применимость понятия времени – это квантовая механика, которая не позволяет как угодно мелко делить интервалы пространства и времени. И оказывается, что наш мир в своем фундаменте – квантовый, а там нет прежних понятий пространства, времени и материи. Имеется просто временное состояние вакуума между двумя его фазовыми переходами: от рождения Вселенной, где еще нет этих понятий, где они только возникают, рождаются, и до следующего перехода, который пока физика не знает, как обозначить. Речь будет идти об этом.

Умственным взором мы проникаем дальше – за пределы применимости этих понятий, которые сами вытягивают на поверхность точного знания новые понятия. Так что речь идет о развитии понятия времени. Но можно уже сказать, что нет вечности, потому что она предполагает бесконечную применимость понятия деления времени, тогда как мир возникает вместе с пространством-временем. И при этом возникает более сложная и интересная картина мира. Вот о чем мы сегодня хотим поговорить. Юрий Шалаев: Коль скоро мы рассматриваем проблемы, связанные со временем, то прежде всего, конечно, каждый из нас представляет, что есть понятие об обыденном, обычном времени, которое мы каким-то определенным образом ощущаем. И, естественно, мы понимаем, что время обладает некоторыми определенными свойствами. Например, такими как длительность, необратимость – оно течет из прошлого в будущее. Это обычные, привычные понятия.

Эти понятия, конечно, вполне естественны, и они нам помогают осознать течение времени, но надо сказать, что они не совпадают с теми представлениями, которые разработаны физиками.

Здесь надо сказать, что помогают нам осознать течение времени и произведения искусства, в том числе изобразительного искусства. Возьмем, скажем, импрессионистов. Это художники, которые стремились запечатлеть какие-то неповторимые моменты времени. Они пытались его остановить в своих картинах. И в результате получили такие замечательные образы, которые нам сейчас позволяют как бы вернуться в то самое время и ощутить эти неповторимые моменты времени, которые запечатлены в картинах импрессионистов. Но, как я уже сказал, наши обыденные представления не совпадают с научными представлениями, развитыми современной физикой. И поэтому мы в нашей беседе будем говорить о пределах применимости понятия времени, о связи необратимости времени с ростом энтропии. Р.П. Здесь на слайде мы видим первые мифологические картины мира. Мы видим, что даже в самых первых картинах мира есть какие-то границы. Вот это картина мира у халдеев, следующий слайд – картина мира у индусов, здесь тоже мир ограничивается каким-то пределом.

И интересно, что, оказывается, миф схватывает истину о мире. Но наука создает иногда свои научные мифы, закрывая истину, которая интуитивно содержится в мифах. Например, бесконечное пространство-время Ньютона. Оно довольно скучное, это мертвая механическая картина мира. Вот в известной иллюстрации из книги Фламмариона вы видите, что человек достиг края мира, смотрит за этот край и видит там совершенно другие вещи. Так вот, современная наука тоже как бы возвращается к понятию границы привычного мира, в том числе к понятию границы применимости пространства-времени.

На следующей картинке мифологическое мировое древо древней Германии. Интересно, что древо познания, выросшее из единого семени, содержит и корни, которые во все стороны проникают, и разросшуюся крону. Но все это выросло из единого семени – знание едино. Наука есть развивающееся понятие. Миф сразу схватил эту истину, но по-своему, мифологически, а наука просто детализирует и уточняет эти картины.

Следующая картина, это Микеланджело, была создана тогда, когда уже была осознана роль человека в сотворении мира, и был открыт космос человека. А вот современная научная картина мира – картина Солнечной системы – более прозаическая. А перед этим была египетская картина мира, где созвездия считались какими-то животными. И это было очень красочно.

Но что говорит современная наука? Солнечная система гораздо более точно отображает наше представление о ближайшем космосе. Следующая картинка – это изображение Солнечной системы. Она не столь поэтична, но, тем не менее, она ближе к истине, и науке пришлось много поработать, чтобы наполнить новым богатым содержанием ту картину мира, которая была в мифах, которая была уловлена в мифологической форме.

Так что же может сказать наука о времени? Наступление на понятие времени идет с двух сторон: со стороны теории относительности и со стороны квантовой механики. Я уже говорил, что время существует только вместе с пространством. Как известно, согласно Минковскому, и пространство, и время по отдельности – только "тени". Поэтому физика на самом деле – это физика событий. Юрий Васильевич скажет о том световом конусе, который мы видим на слайде. Это то, что говорит теория относительности о пространстве и времени. Ю.Ш. На этой картинке показано двухмерное пространство по двум осям и еще показана ось времени. Ноль – это некоторая точка пространства в начальный момент времени, событие. Покоящаяся в пространстве точка изображается осью времени, цепочкой событий в данном месте пространства.

Что касается конуса, то этот конус можно представить себе, как образованный системой фотонов, которые вылетают в некоторый начальный момент времени из начальной точки. Эти фотоны являются образующими данного конуса. Характерной особенностью этих образующих является то, что в соответствии с теорией относительности с пространством Минковского, на конусе расстояние между двумя точками являются нулевыми – такова псевдоевклидова метрика этого пространства-времени. Область будущего для исходного события содержится внутри этого конуса: любая точка, причинно связанная с начальным событием, находится обязательно внутри этого конуса. Предельными границами будущего являются образующие конуса, и вот они-то и интересы с точки зрения пересмотра свойств пространства и времени. Р.П. Ось времени – это мировая линия начальной точки пространства и находящегося в ней наблюдателя. Прожитое любой точкой пространства время – это длина её мировой линии. Ортогональные оси времени, – это оси пространства одновременности для этого наблюдателя.

Наблюдатель, движущийся с какой-то досветовой скоростью относительно исходного наблюдателя, изображается его мировой линией, наклонённой к исходной оси времени, и ортогональное его оси времени его новое пространство одновременных для него событий будет идти вдоль новых осей. В световом пределе ортогональное ему пространство выродится в световой конус, и его мировая линия будет идти вдоль светового конуса. В геометрии пространства-времени квадрат длины гипотенузы для пары разных событий равен разности квадратов длин пространственного и временного катетов – иначе нет разницы между пространством и временем. И для воображаемого светового наблюдателя являются одновременными такие события, как, скажем, начальный момент отправления на далекий квазар и момент прибытия туда – даже если в системе отсчета Земли расстояние до этого квазара равняется 10 миллиардам световых лет (то есть свет туда летит 10 миллиардов лет). Но длина этой мировой линии – это собственное время светового наблюдателя, и оно равно нулю. Для светового наблюдателя продольное направление пространства вообще "схлопывается" в нуль, пространство у него – двухмерное. И вместо привычного 1+3 расщепления на время и пространство преимущественным для него является 2+2 расщепление пространства-времени. Причем, равняется нулю расстояние не только до того объекта, куда он летит, скажем, квазара, но и для всех объектов, которые позади. В чем же тогда разница движения вперед и назад? В том, что изображение небесной сферы звезд в пределе стягивается в апекс движения, в точку, куда он движется, причем, стягивается с неограниченным голубым смещением. А вся задняя полусфера стягивается из-за релятивистской аберрации света в точку антиапекса с неограниченным красным смещением. И весь мир сзади как бы исчезает. И когда мы падаем в черную дыру и пересекаем горизонт событий, там тоже мир, который мы оставляем, схлопывается в антиапекс и как бы исчезает. Я делаю это замечание, потому что Роджер Пенроуз в своей новой прекрасной книге "Новый ум короля" не заметил этого факта, и говорит, что, когда мы падаем в черную дыру, мы не замечаем пересечения её горизонта событий.

Так вот эти предельные световые образы и являются ключом к новому пониманию пространству-времени, и это световое движение, на самом деле, не есть движение. Ну что же это за движение, где на преодоление нулевого пространства вы тратите собственное нулевое время?! Длина мировой линии вдоль светового луча от Земли до квазара и обратно равна нулю, а на Земле за время от момента отправления светового наблюдателя на квазар и до его возвращения на Землю с затратой нулевого мгновения собственного времени прошло 20 миллиардов лет. Это световое движение-состояние лучше назвать не динамикой, а релятивистской статикой. И теперь нам нужно объяснить как раз состояние покоя. Это очень просто. Состояние покоя – это два встречных световых движения, как бы "стоячая волна". И если мы строим мир из этих световых образов, из световых времен, то получается, что основным расщеплением является 2+2-расщепление, а когда этих расщеплений много, их суперпозиция и даёт обычное 1+3-расщепление.

Световая скорость в этом смысле не есть скорость. Что же это за скорость движения, если вы уже там, и весь мир стал двумерным, потому что поперечная двумерная геометрия не затронута, а продольная геометрия "схлопнулась" в нуль в пределе световой скорости. Значит, это уже не скорость, это вырожденное релятивистское состояние. Значит, в фундаменте мира (если перевернуть картину и опираться на световые образы) нет скорости, а стало быть, нет ускорения. И, таким образом, граница мира событий – этот световой конус, как граница пространственных и временных направлений, – на самом деле втягивает в себя вообще весь мир.

Но как же тогда получить обычное пространство-время? Возьмем тот фотон, который летит вперед, и тот, который летит назад. Комбинация их световых времён дает обычное временное и пространственное измерения.

Теперь обратимся к квантовой механике. Она тоже принципом неопределенности ведет наступление на понятие времени. Возьмем мгновенное пространство, трехмерное, искривленное. Его можно задать точкой бесконечномерного пространства трехмерных пространств. И уравнение Шредингера (в гравитации оно даёт уравнение Уилера-Девитта) описывает эволюцию этого трехмерного пространства, кривую в этом бесконечномерном пространстве мгновенных 3-проcтранств. Но согласно принципу неопределенности, если мы точно задали момент времени и в этот момент времени точно задали мгновенное пространство, то неопределенность импульса – не ограничена. Куда скакнет наше мгновенное пространство, неизвестно. А в физике, вопреки мнению некоторых физиков, реально существует только то, что можно измерить.

Если мы не можем измерить следующее состояние нашей Вселенной, нашего мгновенного пространства, то этого следующего момента времени просто нет. А стало быть – вообще времени нет! Джон Арчибальд Уилер уже несколько десятилетий говорит о том, что в квантовой механике нет привычного пространства-времени. А что же есть? Есть только пространство таких трехмерных пространств, и статус времени на самом деле понижается – есть как бы только кинокадры пространств. Так в кино или на телевидении то, что кажется движением, на самом деле является набором статических кадров. И вместо размерности четыре для лоренц-сигнатуры метрики пространства-времени (минус для временного измерения, три плюса – для трёх пространственных измерений) четырехмерного пространства-времени истинным измерениям отвечают только три плюса, то есть только пространство реально в квантовом мире.

Но, к сожалению, после этого революционного пересмотра истинной размерности нашего мира Уилер не учел, что у него возникает асимметрия неопределенностей в принципе неопределённостей Гейзенберга. Мы точно задали координату, а импульса нет, то есть мы "зарезали" время, спасая пространство. Но это противоречит духу релятивизма – пространство и время должны рассматриваться вместе и во многих отношениях равноправно. Так давайте разрежем трехмерное пространство на пленки с двухмерной геометрией. Теперь можно проследить эволюцию одной отдельной пленки, но за это мы платим тем, что не знаем геометрии соседних двухмерных пленок. Значит, если мы возрождаем снова время t, то нет одного пространственного измерения х, нумерующего плёнки. Значит, есть не t и x (t – временное, x – пространственное измерения), а есть t или x. Если у нас на равных правах есть и t, и x, то есть и два световых времени t+ x и t-x. Значит, реализуется только суперпозиция этих двух световых времен, а не оба они одновременно.

Но квантовая механика заставляет нас прибегать также к образам флуктуирования и дискретизации почти всего, что имеется. Например, воздух непрерывно колеблется, вакуум колеблется, все кипит, все как бы возникает и перевозникает: на мгновение возникают виртуальные частицы и так далее. Будем считать, что знак при одном из световых времен тоже флуктуирует и меняется с планковской тактовой частотой порядка 10 в степени 43 циклов в секунду. Тогда получается, что в комбинации световых времён возникает то время, то пространство, чередуясь с той же планковской частотой. В этом смысл нашей гипотезы флуктуирующей сигнатуры пространства-времени, которую можно легко принять, идя по следам революционных идей Уилера.

Такую же вещь можно сделать с пространственными координатами, если считать, что они тоже не коммутируют и что есть два комплексных световых измерения. Таким образом мы даже снизим размерность пространства-времени с трех, как у Уилера, до двух и получим, что сильно ломаная двумерная геометрическая поверхность или одномерная комплексная линия (что эквивалентно) и создает образ этого пространства-времени. Как маломерие рождает многомерие – об этом говорят фракталы. Например, можно кривую Пеано провести так, что она проходит через все точки квадрата и куба. То есть, сама она одномерна, но работает как площадь или объем. Сейчас теория суперструн пересматривает размерность мира так, что нульмерным точкам-событиям Эйнштейна приписываются дополнительные внутренние измерения. Наверняка в ваших передачах был разговор о суперструнных теориях. А.Г. Да, был.Р.П. Там появляются критические размерности для того, чтобы геометризовать остальные (сверх гравитационного, как у Эйнштейна) физические взаимодействия. А мы сейчас пересматриваем возможные внешние размерности пространства-времени. Таким образом, мы приходим к другой картине мира, где такие сильно флуктуирующие образы иной даже размерности рождают на нашем уровне картину пространства-времени.

А сейчас мы перейдем к проблеме необратимости времени, которая связана с энтропией. Юрий Васильевич может, наверное, сказать сейчас про 13 миллиардов лет?Ю.Ш. Я хотел бы немножко пояснить тот момент, о котором уже говорилось. Итак, световой наблюдатель вылетает с Земли и летит на некий квазар. Представим себе, что этот квазар находится где-то на расстоянии 10 миллиардов световых лет. В системе координат Земли такой квазар, в принципе, может существовать, потому что возраст Вселенной где-то около 13 миллиардов лет, а квазары и первые звезды появились где-то на уровне ста миллионов лет от Большого взрыва, который образовал нашу Метагалактику. Так вот, световой наблюдатель за нуль своего времени добирается от Земли до этого далекого квазара и затем за нуль собственного времени он же возвращается на Землю. Когда он возвращается на Землю, на Земле уже прошло 20 миллиардов лет. И что произошло с Землей? Надо сказать, что за время, равное примерно 7,5 миллиардов лет, с Солнцем произойдут довольно значительные изменения. А именно: в силу того, что ежесекундно Солнце теряет примерно 5 мегатонн своей массы- энергии в виде излучения, то через 7,5 лет Солнце прогорит...А.Г. Миллиардов лет – наверное?Ю.Ш. Извините, конечно – миллиардов лет.А.Г. Не пугайте аудиторию...Ю.Ш. Итак, через 7,5 миллиардов лет Солнце прогорит, взорвется, и раскаленный шар, как показано на этой картинке, расширяясь, поглотит Меркурий и Венеру, как показывают расчеты. Не останется в стороне и Земля. Скажем, она будет раскалена и, более того, у нее исчезнет гидросфера. То есть, тот самый световой наблюдатель, который двигался со световой скоростью до квазара и обратно, вернувшись через 20 миллиардов лет, может эту самую Землю и не застать. Р.П. Световой наблюдатель двигался нуль собственного времени. То есть, за одно мгновение он слетал туда и обратно, а здесь прошло время, сравнимое с возрастом Вселенной.

Здесь показано Солнце, где водородное ядро перегорает в гелий. Солнце – это слабенькая звезда, желтый карлик. Вещество, из которого мы образованы, рождено не Солнцем, а вспышками сверхновых звезд. Следующая картинка может нам это показать. Вот то, что остается от сверхновой звезды – там происходит столь мощная ядерная реакция, что звезда взрывается и рассеивает вокруг себя тяжелую термоядерную золу, и после гравитационной конденсации возникают новые солнца, новые уже звезды. Так что Солнце – звезда второго поколения. Наше с вами существование и наличие таблицы Менделеева в наших телах – доказательство того астрономического факта, что Солнце – звезда второго поколения, или даже третьего. Его возраст – 5 миллиардов лет. А то вещество, из которого мы состоим, возникло в недрах сверхновых звезд примерно 10 миллиардов лет назад. То есть, мы – дети звезд, мы – космические существа и представляем собой живую память космоса в этом смысле. Это по поводу эволюции Вселенной.

Теперь стоит поговорить о начале эволюции Вселенной. Она возникла в результате сверхмощного взрыва, когда еще не было ничего. Это было какое-то состояние вакуума. У него была сильно анизотропная неоднородная метрика, были столь сильные флуктуации метрики, что нельзя было говорить о длине, углах – метрики и обычного светового конуса вообще не было, там все колебалось. И вещества не было. Это было какое-то новое состояние вакуума. Наложение всех этих флуктуаций создало очень однородные образования, которые сопутствовали этому взрывчатому началу эволюции нашей Метагалактики. Что было "раньше" – наука пока не знает. Она ведь уже зрелая, она уже видит пределы своей применимости.

И энергетически выгодно было вакууму распасться и родить вещество и излучение, которые переходили друг в друга, происходили фазовые переходы вакуума – подобно тому, как вода при нагревании превращается в пар, а пар при остывании превращается в воду. Так вот, что было "до" начального состояния, что было раньше планковского момента времени 10 в степени минус 43 доли секунды, мы не знаем – просто даже самого времени, очевидно, ещё не было. Могла быть даже мера необычная, не архимедова. Архимедова мера – это когда большое есть результат повторение малого. А там, в начале мира, могли быть какие-то совершенно другие меры, какие-то совершенно другие понятия – может быть, квантовая теория гравитации уточнит эти неопределённые представления.

Итак, энергетически выгодно было родить вещество и излучение, а при расширении они стали остывать. И в начале электрон не имел массы покоя. Это тоже говорит в пользу световых образов, о которых мы упоминали, начиная с теории относительности. Это, конечно, некоторая интуиция, но эти световые образы работают уже потому, что собственное значение квантового оператора скорости – в точности плюс-минус скорость света, и никакое другое. Для того чтобы получить досветовые скорости, берут только четную компоненту оператора скорости, что как бы включает встречную световую волну и создает состояние покоя. То есть световые образы даже с точки зрения квантовой механики лежат в фундаменте нашего мира.

Вакуум распался на частицы света, а весомые частицы – это как бы сцепленный свет. Это, конечно, чисто эвристические, гипотетические рассуждения. Может быть, это не подтвердится, но ясно, что прежние понятия не выживут. Дальше вещество описывается уже так называемой фридмановской эволюцией, оно гравитирует, оно немножечко тормозит расширение. Но оно разрежается, и все в большей степени начинает определять эволюцию вселенной, плотность энергии-импульса, плотность массы-энергии вакуума, которая представлена так называемой космологической постоянной. И при этом характеристикой вакуума является постоянное отрицательное давление. И Вселенная, оказывается, не замедленно расширяется, а даже ускоренно. Современная физика не знает, чем же кончится это расширение, очевидно только, что будет какой-то новый фазовый переход. И мы видим, более-менее правильно описываем, только современное состояние, которое является временным состоянием между двумя фазовыми переходами вакуума.

Теперь, что же может сказать наука о необратимости времени? Здесь нужно сказать о том, что такое энтропия. Покажите новую картинку, пожалуйста.

Итак, что такое энтропия? Энтропия – это логарифм объема области фазового пространства, который содержит все точки, представляющие данное состояние физической системы. Одно и то же состояние может быть представлено множеством точек фазового пространства. Точка фазового пространства – это состояние физической системы. И одному и тому же состоянию, например, термодинамического равновесия соответствует очень много таких возможных состояний. И очень упорядоченные состояния физической системы занимают меньшие области фазового пространства. Что такое термодинамическое равновесие? Допустим, что мы бросили кусочек сахара в чай. Когда он растворился, то чай перешел в более равновесное, высокоэнтропийное состояние. И уже если состояние перешло в состояние равновесия, оно практически всегда будет там находиться. Юрий Васильевич может уточнить на конкретном примере соотношение энтропии для различных физических систем.Ю.Ш. Да, действительно, можно рассмотреть такой пример, когда мы имеем два объема. Скажем, один кубический метр газа и тот же газ, сжатый до одного кубического сантиметра. Энтропию газа можно посчитать, и оказывается, что отличие энтропии здесь составляет 1026 степени. То есть такое огромное отличие энтропии. А.Г. То есть разряженный газ обладает более высокой энтропией.Ю.Ш. Да, конечно. Так вот, если мы возьмем маленький кубик, один кубический сантиметр, и запустим этот газ в объем, равный одному кубическому метру, то газ начнет расширяться, займет всю область пространства, достигнет теплового равновесия и останется в таком состоянии практически навсегда.

Конечно, есть так называемая теорема Пуанкаре о возвращении. Можно посчитать время, за которое газ из этого большого объема сожмется снова в маленький прежний объём. Но оказывается, что время такого возвращения газа из большого объема в маленький в нашем примере составляет 10 в степени 10 в 26-й степени лет. А Вселенная имеет возраст всего 1010 лет. А.Г. Это на 26 порядков больше? Ю.Ш. Нет, больше даже на 10 в степени 25 порядков.Р.П. Никогда не дождаться... А.Г. То есть увеличение энтропии необратимо так же, как и ход времени.Р.П. Если представить, что Вселенная сначала расширяется, а потом сжимается, то все повторяется. Если энтропия для газа растет, когда он распределяется равномерно, то поскольку энергия статического гравитационного поля отрицательна, гравитация, наоборот, конденсирует материю и этим увеличивает её энтропию. В конце концов, большая звезда с массой, скажем, в три массы Солнца кончает свою эволюцию черной дырой, где еще больше энтропии. Таким образом, энтропия растет именно в сгустках. Это один из механизмов необратимости времени.

Необратимость еще идет и от квантовой механики, поскольку все физические уравнения, включая уравнение Шредингера, описывающее квантовую эволюцию системы, симметричны по времени, не говоря уже об уравнениях Дирака, Эйнштейна, Янга-Миллса. А моменты измерения не симметричны во времени. Есть сочетание симметрии возможностей, которые могут реализоваться, с асимметрией реализации только одной из возможностей. И есть запомненный выбор. Когда выбран один вариант, энтропия должна как бы уменьшиться – происходит некий скачок. Дело здесь в том, что при описании хаотизации квантовой системы следует переходить от хаотически и фрактально деформирующегося, но сохраняющегося её лиувиллевского объёма в фазовом пространстве, к выпуклой оболочке этого объёма, который растёт при хаотизации. Так вот, уравнение Шредингера не описывает этот скачок роста фазового объёма, который связывается с редукцией волновой функции при возмущении, вызванном измерением.

Возьмем новую иллюстрацию. Здесь энтропия растет. И вдруг происходит процесс измерения. И она снова скачком меняется, она снова (по Р. Пенроузу, у которого мы взяли эту картинку) уменьшается. Если мы повернем все назад во времени, то получается, наоборот, что сначала энтропия убывает, а потом скачком увеличивается. Но это процесс неестественный, потому что естественным является (когда нет ограничений на систему) постоянный рост энтропии. И наоборот, если мы повернем время назад, она опять-таки должна расти. Так вот проблема здесь в источниках низкой энтропии. Каковы могут быть источники низкой энтропии?

Источником энергии на Земле является Солнце. Юрий Васильевич, вы как астроном можете конкретнее описать эту ситуацию.Ю.Ш. Хорошо. На этой картинке мы видим Солнце, Землю с растительностью и даже с людьми. От Солнца Земля получает фотоны видимого спектра и переизлучает множество фотонов низкой энергии в инфракрасном диапазоне. Часть фотонов от Солнца поглощается, а часть отражается. При этом, поскольку энергия фотонов зависит от частоты, то фотоны оптического диапазона более энергичны, чем фотоны инфракрасного излучения. Фотонов инфракрасного излучения больше. Кроме того, они рассеиваются по разным направлениям. Кроме того, низкоэнтропийная энергия Солнца путем фотосинтеза растений преобразуется в более высокоэнтропийную форму, давая начало земной жизни, увеличивающей энтропию дальше.Р.П. И при этом растение становится для нас источником низкой энтропии, поскольку запускает пищевые цепи.А.Г. Всякая живая система понижает энтропию, за счет этого мы и живы.Р.П. Да, да. Так, что жизнь есть поток негэнтропии, обеспечиваемый самокоррекцией наследственного кода при условии притока свободной энергии. Это такое рабочее и работающее определение, физическое определение жизни.

Энтропию нельзя уничтожить, ее можно вытеснить. И нужен непрерывный приток энергии, чтобы поддерживать низкую энтропию. Так вот, Солнце является источником этой низкоэнтропийной энергии, которую Земля переизлучает в высокоэнтропийной форме. Благодаря Солнцу на Земле накопилась углеводородное топливо, которое в машинах тоже перерабатывается в высокоэнтропийную тепловую форму. И уран – это тоже низкоэнотропийное вещество, который на атомных станциях перерабатывается в свою высокоэнтропийную форму.

Сама жизнь, казалось бы, является опровержением второго начала термодинамики, потому что живые организмы – сложные, а биосфера очень многообразна. А ведь внутри биосферы еще возникает человеческое общество, разум – это тоже начало упорядочения, уничтожения энтропии. И социальные мифы даже абсолютизируют это начало в духе теократии или марксизма, государства Платона или учения коммунизма, где считают, что социальную энтропию можно полностью уничтожить. На самом деле, ее уничтожить нельзя, можно только вытеснять.

А вытеснение это происходит с помощью этих пищевых цепей. Причем, в биологии известно, что биосфера не может существовать без хищников, иначе травоядные, являясь хищниками по отношению к растениям, уничтожат все растения и сами умрут с голода. На ресурс хищников замкнут ресурс их жертв: если они уничтожат все жертвы, то сами погибнут. То есть здесь присутствует обратная связь.

А в социуме обновление социокультурного наследственного кода происходит через поляризацию мировоззренческих установок, но потом эти установки обязательно должны снова встретиться, чтобы обновиться. Страны Юго-Восточной Азии дают нам пример взаимооплодотворения западного техноцентризма и восточного культуроцентризма. За техническую революцию Запад заплатил высокую цену – это бездуховность, голый прагматизм. Культуроцентризм Востока – это застойность. Но оказывается, что именно восточная мировоззренческая установка более всего годится для наиболее высоких технологий, которые являются продуктом западного техноцентризма. Информационные технологии, телевидение в том числе, следствие того, что сначала происходит отталкивание резкое этих начал, а потом встреча.

В биологии – это половой диморфизм, половое различие, начиная с растений. Клонирование не имеет большой перспективы, потому что оно копирует оригинал вместе с генетическими опечатками и мутациями. Поэтому здесь пригодно только естественное обновление. А в культуре – это смена отцов и детей, это отталкивание предыдущего, а потом его возвращение. В общем, это сложная динамика.

Таким образом, физика и здесь питает нас новыми интуициями и предотвращает догматизацию, возникновение утопий, которые сами собой возникают в тех мифах, которые господствуют в обществе. В этих условиях одни люди нуждаются как бы в социальном успокоении, чтобы выдержать тот уровень жизни, на котором они находятся. А другие должны как раз сбрасывать иллюзии и отказываться от них, трезво подходить даже к анализу социальной системы – если физика способна математически моделировать поведение сложных динамических систем типа человечества. Но, конечно, только в общих (типа термодинамических или гидродинамических) параметрах, без акцента на индивидуальности, чем занимаются психология, экзистенциализм и т.д. Но физика уже позволяет не абсолютизировать те начала, которые нам рисуют социальные мифы, и показывает, что, может быть, если сейчас происходит отталкивание различных мировоззрений, например, конфессий, то когда-нибудь, возможно, они встретятся в какой-то новой форме, чтобы удержаться в обществе. Они тоже должны все время напрягаться и обновляться, тоже должны искать какие-то новые интуиции. А.Г. Здесь механизм вытеснения энтропии более-менее понятен. А в неживой природе какие могут быть механизмы вытеснения энтропии? Она же растет непрерывно, с течением времени. И скорее всего, в соединении, и никакого схлопывания не произойдет.Р.П. Как это происходит в неживой природе, например, во Вселенной? Если у нас имеется большой взрыв, то после остается более-менее однородное вещество. И энтропия непрерывно растет. Все не кончается большим коллапсом, а кончается множеством черных дыр. Не может энтропия уменьшаться, потому что вытеснение энтропии в системе происходит за счет увеличения энтропии в окружающей системе. Она только выталкивается вовне, чтобы здесь она могла уменьшиться.

Поэтому новое состояние науки может быть только пересмотром и уточнением таких понятий, как время и его необратимость (согласно второму началу термодинамики), поскольку оно будет иметь дело с той новой физической субстанцией, которая будет понята на новом уровне как сложнейшая теория вакуума. И тогда уже понятия энтропии и времени будут наполнены новым содержанием.

Но сегодняшняя картина нашей Вселенной такова, что гравитация – это кривизна пространства-времени, а у кривизны есть различные компоненты. Вещество, значит, – кривизна описывается тензором Римана, набором 20 компонент, который делится пополам. Тензор Риччи описывает вещество, определяющее деформацию трехмерных объёмов, их растяжение. Свободное поле, которое отрывается от источников, описывается тензором Вейля, который описывает приливные трансформации с неизменным объемом. Сначала рождается много вещества. Тензор Вейля почти равен нулю, а тензор Риччи очень большой, расходится. А в конце все схлопывается в чёрные дыры, вещество исчезает. И пространство, и время в них исчезают. Исчезает тензор Риччи, но возникает очень большая кривизна. Меняются эти компоненты в эволюции Вселенной – в начале и в конце. В начале – Большой взрыв. А если есть большой коллапс, то там очень много черных дыр. К этим сингулярным черным дырам, может быть, с какой-то другой стороны прикрепляются какие-то другие пространства-времена. Физика пока не может пройти этот барьер, рассказать, что там дальше находится.А.Г. Простите, я все-таки задам вопрос на понимание. Количество черных дыр будет непрерывно увеличиваться, поскольку, раз появившись, черная дыра начинает поглощать материю, тем самым увеличивая свой гравитационный радиус, и еще больше поглощая материю. Но при этом Вселенная непрерывно расширяется, да еще и – как доказано – с ускорением. Хватит ли гравитации отдельно взятых черных дыр, поглотивших в себя всю видимую материю (подчеркиваю, видимую материю Вселенной) для того, чтобы схлопнуться потом в большом коллапсе? И какую роль здесь играет физический вакуум и темная материя?Р.П. Та картина, которая здесь нарисована, отвечает тем представлениям, когда не было еще известно, что Вселенная расширяется с ускорением. Именно вакуум определяет ее дальнейшую динамику.

Черные дыры образуются коллапсированием вещества, но вещество разжижается и его роль становится все меньше. И именно вакуум, сколько бы он ни был слабым, определяет основной вклад в материю мира: семь десятых от так называемой критической плотности материи определяются массой-энергией вакуума, три десятых – неизвестной пока темной материей, и только три сотых доли критической плотности определяются видимой материей.

Каково будет следующее состояние Вселенной, мы пока сказать не можем. Просто наука настолько зрелая, что, как зрелый человек, она тоже задумывается о своих пределах, о смерти. Мы пока только видим, что старые понятия не работают, мы подходим к пределу их применимости, пересматриваем размерность пространства-времени, возможность сочетания его внешних и внутренних измерений. Мир можно представить на этом новом уровне, как иерархию мгновений, и при этом оказывается, что не только человек живет одно человеческое мгновение времени (два миллиарда секунд – длительность человеческой жизни), но и космос, даже космос живет одно космическое мгновение.

И человек внутри своего мгновения причастен к космосу. Я уже говорил, что человек – космическое существо. Он и во времени тоже занимает какое-то особое место, он – смысловой центр. Не географический – как было в предыдущей космогонии, в предыдущих системах мира, – а смысловой центр Вселенной. И он видит границы своей науки, видит, что старые понятия не выживают. Это бросает вызов человеку, и человек способен принять этот вызов. Для этого нужно шатать эти привычные понятия, в том числе понятия времени, его необратимости. Нет пока окончательного ответа на ваш вопрос. Но это показывает, что, говоря словами Гегеля, испанский сапог необходимости вынуждает науку пересматривать эти понятия, которые считались коренными, основными, фундаментальными в диалектическом материализме.

Можно еще поговорить о черных дырах. Всё кончается черными дырами. Если мы время повернем назад, тогда вместо черных дыр получаются белые дыры. И если пространство-время исчезает в этих черных дырах, то оно возникает из белых дыр. Но белые дыры квантово подавляются.

А о необратимости времени говорит ещё такой простой эксперимент. Вот лампочка роняет фотон на полупосеребренное зеркало. Фотон или пройдет насквозь, или отразится. Теперь повернем всю картину назад. Тогда то место, куда упал фотон, становится его источником. Но часть фотонов, которые идут отсюда, пройдут обратно, а часть отразится, но уже в другую сторону. Уже здесь из-за того, что возможности расщепляются, есть необратимость времени. Я говорил о симметрии возможностей и об асимметрии их реализаций. Значит, мир многообразен, потому что существует много возможностей и какие-то из них реализуются. Так простая сущность физического мира сочетается с необыкновенным многообразием их непростых проявлений.

Мы настолько обобщаем картину мира, что пересматриваем через теорию относительности и квантовую механику даже само понятие времени. И когда будет построена единая теория физических взаимодействий, тогда мы увидим более детально, как природа нащупывает размерность нашего пространства-времени, какова же природа времени и что за нею стоит.

Ясно только, что это картина будет удивительно необычной. Актуальной бесконечности и вечности нет, потому что они получаются в результате бесконечного повторения конечного правила. Это обедняет картину мира, потому что на самом деле нужно пересматривать сами правила. И поэтому мир все время обещает нам какие-то удивительно глубокие смысловые преображения всего мировидения, которые на самом деле есть детализация, пересмотр того, что было уже схвачено в мифе. Но как человека можно просветить рентгеновскими лучами, и мы увидим другие срезы, так и наука дает нам все более глубокие срезы реальности.

В фундаменте мира нет времени, даже пространство-время тоже возникает как временное состояние вакуума. Я не говорю о материи с ненулевой массой и полях Хиггса, но я думаю, что эти темы тоже затрагивались здесь – как безмассовая частица обретает массу. А масса – это физическая материя, так что понятие самой материи тоже причастно к понятиям пространства и времени.

Мы сейчас наблюдаем вакуум физических полей в форме пространства, времени и материи. Но наш умственный взор уже проникает за границу применимости этих понятий. И новая картина будет совершенно удивительна, но это будет четкая математическая картина, богатство которой соревнуется с теплыми, красивыми живописными произведениями. Юрий Васильевич, поскольку он, кроме всего прочего, и художник – прекрасно понимает эту эстетическую сторону. Наука имеет и эстетическую ценность, потому что ее строгие картины настолько обгоняют возможности обыденного воображения, что мы останавливаемся потрясенными перед тем миром, который нам открывается. И это неудержимо влечет и двигает науку вперед.А.Г. Позвольте напоследок задать вам вопрос на засыпку. Мы здесь говорили о квантовой природе гравитации, о квантовой гравитации, о предпринимаемых сейчас попытках детектирования гравитационных волн, о возможности с помощью изучения этих волн заглянуть за горизонт событий реликтового излучения, увидеть тот самый момент зарождения Вселенной. Меня убеждали в том, что образование вселенной в результате флуктуации первичного вакуума, либо по другим причинам – это квантовое явление. Говоря "квантовая Вселенная", меня убеждали в том, что появление видимой нами Вселенной из вакуума – это результат барьерного перехода частицы. Тогда встает такой вопрос: кто наблюдатель? Если, конечно, верить в то, что наблюдатель необходим.Р.П. Здесь у каждого физика своя точка зрения. Физики, когда пытаются об это говорить, часто пускаются в некоторые спекуляции, что мол "Творец посмотрел", "наблюдение создает мир". Мир, конечно, квантовый, и никакой другой. Классический мир – это просто макроскопическое видение квантового в своём фундаменте мира. Именно атомы определяют размеры звезд. Прочность атомов определяет то, что гора не может быть 10 км высотой, она расплывется.А.Г. Но если мы исходим из гипотезы Творца, тогда что?Р.П. Наблюдение на самом деле есть специфическое внутреннее взаимодействие в этой физической системе. Потому что наблюдатель сам квантовый, хоть он и макроскопический и немножко иначе, чем просто элементарные квантовые частицы, вступает в это физическое взаимодействие. Это специфическое взаимодействие, которое создает редукцию волновой функции. Но она сама происходит и без наблюдения. Эти реализации и сами происходят. Например, вакуум флуктуирует, возникают виртуальные пары частица-античастица, потом они снова схлопываются, и вакуум кипит. Но если этот процесс происходит на границе черной дыры, одна из частиц может туда упасть, а другая – излучиться. Это будет испарением черной дыры. Может произойти разное – пара может и схлопнуться, и вся упасть в дыру. Мир – это целый океан возможностей, где возникают какие-то реализации, исключая тем самым все другие возможные реализации. Так что феномен наблюдения можно перевести на объективный язык, где субъективный момент не требуется.А.Г. Всё. Спасибо.

gordon: Межзвёздные радиопослания

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Александр Леонидович Зайцев– доктор физико-математических наук
  • Лилия Николаевна Филиппова– астроном

Александр Гордон: Я вспомнил поговорку китайскую о том, что трудно искать черную кошку в темной комнате, особенно когда ее там нет. У нас была программа о том, почему молчит Вселенная. Почему мы при том уровне развития техники, которая у нас есть на сегодняшний день, ничего не услышали? Вы же хотите сказать, как я понимаю, о том, что если придерживаться режима молчания, то мы и ничего и не услышим. Надо говорить для того, чтобы получить ответ. И именно этим вы и занимаетесь?Александр Зайцев: Да. Возвращаясь к аналогии с кошкой – даже если она там и есть, но у нее глаза закрыты и не светятся в темноте, то мы ее не обнаружим. Вот хорошо бы, чтобы у этой "кошки" глаза открылись и стали видны в темноте. И у нас, на Земле, все для этого есть, в нашем распоряжении сейчас довольно мощные радиотехнические средства – это антенны и передатчики планетных и астероидных радиолокаторов. Поэтому уже сейчас можно ставить вопрос о том, чтобы земная "кошка" открыла глаза и её стало бы видно в темноте космоса.

Вы правильно начали с вопроса о том, что действительно, если все такие премудрые во Вселенной, что норовят только слушать, то какой смысл слушать? Надо чтобы хоть кто-то и излучал. И обоснованием этому служат несколько моментов. Один из них тот, что некая цепочка логическая во Вселенной в 95-м году была замкнута. Появилось доказательство того, что и у звезд есть планеты. До этого говорилось: да, в спектрах звезд мы обнаруживаем те же элементы, что и в спектре Солнца. Да, в межзвездной среде наблюдаются такие же элементы и молекулы, что и на Земле. Галактики вроде бы все внешне похожи, различных типов галактик не так уж много. Вроде бы все более-менее однообразно, а вот доказательство того, что есть планеты у других звезд, оно поступило к нам только в 95-м году, и это подводит базу под то, чем мы занимаемся. То есть, это не совсем безумное начинание.А.Г. Не совсем гиблое дело. А.З. Да, не совсем гиблое дело. Итак, можно перечислить: у нас есть мощные радиолокаторы, которые видны всюду, во всяком случае, в нашей Галактике. Появилось четкое свидетельство того, что у других звезд есть планеты и планетные системы. И третий момент, который останавливает людей против того, чтобы начать излучать – это то, что мы называем "ВЦ-боязнь", боязнь быть обнаруженными агрессивными ВЦ. ВЦ – это внеземные цивилизации. Но если мы внимательно приглядимся к Земле и вспомним, что и у России, и у Америки есть сети мощных радиолокаторов предупреждения о ракетном нападении, и они функционируют вот уже 40 лет, причем непрерывно. В отличие от нас, которые излучают эпизодические радиопослания, эти локаторы работают все время. Поэтому уже на расстоянии в 40 световых лет, те, кто с точки зрения некоторых ученых и общественных деятелей, мог бы представлять для нас опасность как агрессивная цивилизация, давно уже, если ОНИ такие могущественные, нас видят. Следовательно, "ВЦ-боязнь" – это тоже не контраргумент.А.Г. Но тут палка о двух концах – возникает некоторое противоречие в Ваших словах, потому что если существуют цивилизации, которые шумят так же, как и мы, то ОНИ тоже должны быть наблюдаемы нами. Где ОНИ? Почему молчит Вселенная?Лилия Филиппова: Это, как мне кажется, некий юношеский пессимизм и преждевременный вывод. Лично я считаю, что 40 лет исследований на нашей планете в рамках программы SETI (Search for Extra-Terrestrial Intelligence) и в Соединенных Штатах Америки, и в Австралии, и во многих других странах, и в России (например, на РАТАН-600 с 1997 г.) – это слишком маленькое время для опыта SETI нашей цивилизации, чтобы делать такие однозначные выводы о Великом молчании Вселенной.А.Л. А потом, с годами в радиодиапазоне мы шумим всё меньше и меньше. Где-то в 80-х годах пик нашего радиошума был пройден – с переходом к кабельному телевидению, волоконным линиям связи мы шумим всё меньше и меньше. И постепенно, я думаю, с переходом от мощных телецентров метрового диапазона с всенаправленными антеннами к спутниковому телевидению, когда антенны имеют узкие диаграммы направленности и смотрят с орбиты на Землю, мы, как и до изобретения радио Поповым, постепенно станем "молчаливыми" с точки зрения внеземных наблюдателей. Не имеет смысла расходовать такую большую мощность на всенаправленное телевещание.А.Г. То есть, это очень короткая вспышка цивилизационного развития, которая дает такой шум в радиодиапазоне.А.З. Да. И все через это прошли. И мы тоже проходим.Л.Ф. И, тем не менее, радиошумящие цивилизации, юные радиоцивилизации должны существовать. Этот радиошум оторвался от этих родительских планет этих цивилизаций, и, наверное, может быть зарегистрирован.

Я считаю, что надо больше наблюдать, вести непрерывный SETI-патруль, на разных длинах радиоволн электромагнитного диапазона. А все наши SETI-программы имеют небольшое выделенное время для наблюдений на больших телескопах, это какие-то эпизодические сеты наблюдений. И потом, полученная информация очень долго обрабатывается. Вот сейчас Александр Леонидович вспомнил, напомнил о могучей программе обработки данных, полученных данных с радиотелескопа Аресибо SETI@Home, в которую включились к настоящему времени свыше 3 миллионов желающих пользователей интернета. Об итогах этой обработки говорить еще рано, она в процессе. Не обработан ряд наблюдений по программе SETI, проводившихся в САО РАН на РАТАН-600 с 1997 года. Так что, выводы о Великом Молчании Вселенной, на мой взгляд, не теоретика, а участницы SETI-наблюдений, проводившихся у нас в стране, еще рано делать.А.Г. То есть, ваш принцип заключается в том, что раз обнаружено такое большое количество экзопланет (так они называются?), то вероятность того, что будет найдена планета, которая по типу приближается к земной, где будет возможно существование жизни, и как следствие – разумной жизни, приводит к тому, что шуметь надо нам, чтобы нас услышали.А.З. А потом, понимаете, яркость наших передач целенаправленных, в миллионы и миллионы раз выше, чем шум Земли. Одно дело – остронаправленная антенна, диаметром 300 метров, например, как в обсерватории Аресибо, или 70, как в Евпаторийском космическом центре и когерентное электромагнитное излучение, а другое дело то, о чем мы говорили – это наш радиошум. Даже в пике, в максимуме в 80-х годах соотношение яркостей здесь несравненное.Л.Ф. Действительно, большое количество открытых внесолнечных планет (экзопланет) у звезд, из которых более половины желтых звезд главной последовательности должно внушать оптимизм нашей юной радиоцивилизации, что мы не одиноки в Галактике, и стимулировать готовность землян заявить о себе. Потому что 100 лет использования радио с момента открытия – это, наверное, еще юный возраст для любой радиоцивилизации. Однако анализ экзопланет по их характеристикам этот оптимизм уменьшает.

На сентябрь 2003 года в Интернете в "Extra-solar Planets Catalog" помещена информация о том, что у 102 звезд нашей небесной сферы – это и Северного неба, и Южного, – открыто 117 планет, экзопланет юпитерианских масс. Конечно же, в первую очередь, на предмет обитаемости внесолнечных планетных систем, интригуют ближайшие к Солнцу звезды.

На проекции слайда, в крайнем правом углу отмечена звездочка Проксима Центавра. Это красный карлик низкой светимости, самая близкая к нам звезда, принадлежащая звездной системе "Альфа Центавра", состоящей из трех звезд, включая Проксиму, другими словами, из трех солнц, одно из которых очень похоже на наше. По спектральному классу главный компонент системы звезда спектрального класса G2 V главной последовательности и светит как 1.6 Солнца. А второй компонент этой системы – звезда, которая имеет 0.45 светимости нашего солнца.

Я об этом говорю потому, что, конечно же, ближайшие звезды наиболее привлекают внимание в плане поиска разумной жизни и отправки первых радиопосланий землян. Так что же нам Альфа Центавра показывает? А то, что на текущее время не обнаружены в системе Альфа Центавра планеты "земных масс" и даже экзопланеты. Тем более что пока нет чувствительных методов, способных обнаружить планеты земных масс даже у ближайшей звезды. Эти методы – дело будущего. Поэтому она остается за пределами внимания для отправки первых радиопосланий. Следующая из ближайших звезд, которая привлекает исследователей и особенно людей, занимающихся выбором целей для отправки посланий – это эпсилон Эридана. Следует отметить, что она была включена в программы самых первых поисков сигналов ETI на Земле, проводимых в США: в 60-е годы пионер SETI Фрэнк Дрейк с надеждой наводил для радиопрослушивания на нее антенну в Грин Бэнк – звезда молчала. А сейчас выяснилось, что вокруг этой звезды, которая имеет светимость гораздо меньшую, чем наше Солнце, процентов 30 от нашего Солнца, обращается экзопланета с массой почти как у Юпитера на расстоянии в 3.3 а.е., т.е., в сравнении с нашей Солнечной системой, в 3 раза дальше Земли от Солнца. Наличие второй планеты на расстоянии нашего Плутона еще уточняется.

И, конечно же, опять возникает желание осознать, является ли эта близкая звезда нашей соседкой, с которой можно обменяться радиопосланиями? Но тут выясняется, по спектральным методам наблюдений, следующее астрофизическое представление – обнаруженный "юпитер" у звезды эпсилон Эридана имеет очень вытянутую орбиту, с эксцентриситетом около 0,6. И кроме того, эта звезда оказалась по оценкам специалистов, в возрасте от 500 миллионов лет до 1 миллиарда. Отсюда – наличие там технологически развитой цивилизации представляется проблематичным. И все в совокупности, эту звезду не делают приоритетной для отправки радиопосланий.А.Г. Слишком молодая звезда. Л.Ф. И так мы можем перебирать одну за другой звезды "Каталога внесолнечных планет", и с удивлением обнаружить, что из 102 звезд со 117-ю планетами, у одних либо эксцентриситеты очень большие, у других либо возраст очень юный, у третьих звезд может быть наоборот, очень большой возраст, порядка 10 млрд. лет и больше, который говорит о том, что, может быть, эти звезды образовались на ранних этапах эволюции Вселенной. А у таких звезд "первого поколения" низкое содержание металлов, указывающее на свойства протопланетной среды, не способной сформировать твердые земноподобные планеты. В общем, короче говоря, из этих открытых 117 экзопланет, очень интересных для планетологов, для астрофизиков, которые занимаются изучением этих планетных систем и разработкой методов их обнаружения, наконец, для SETI-специалистов, очень малый процент остается привлекательных для отправки межзвездных радиопосланий. Но все-таки, такие звезды есть, и на той звездной карте, которая демонстрировалась, они показаны. Например, Большая Медведица подарила нам такой объект.А.Г. Можно вернуть карту, я хочу посмотреть, где они находятся.Л.Ф. Здесь отмечены эти планеты в левом секторе слайда вверху, звезда 47 Большой Медведицы и 55 Рака. В числе других звезд-адресатов они стали первыми целями земных радиопосланий в проектах Детского радиопослания и "Cosmic Call-3".А.З. До этого был ещё "Cosmic Call 1999". Надо бы последовательность хронологическую восстановить. То, что Лидия Николаевна сказала – это как бы часть обоснования того, что не на пустом месте строятся наши умозаключения, а именно, наличие звезд с планетами. Второй момент – это то, что только что было здесь продемонстрировано – это наличие соответствующих инструментов. В первую очередь – это самый мощный на Земле радиолокационный телескоп в Аресибо, который имеет 300-метровую антенну. Правда, неподвижную. И передатчик со средней мощностью в один мегаватт.

Соответствующие расчеты показывают, что с помощью такой радиосистемы на расстояние 70 световых лет можно передавать семь с половиной мегабит информации ежесуточно. Речь идет об адресном послании. Если этой системой пользоваться все время, можно гораздо больше передать, но просто оттого, что у этого инструмента неподвижное зеркало, то в течение суток он каждую данную звезду может сопровождать лишь 2 часа и передать на неё семь с половиной мегабит информации.

Много это или мало? Если, например, общаются Александр Леонидович и Александр Гариевич, то это очень даже много. А если ТАМ, на приемном конце кто-то разумный, но совершенно с другими представлениями, и перед тем, как гнать ему смысловую информацию, надо еще договориться о том, что есть наш язык, что есть наш алфавит, то, скорее всего, это не очень много.А.Г. Достаточно на первом этапе просто привлечь внимание.А.З. Конечно. А вторая антенна, используемая для передачи межзвёздных радиопосланий – это та антенна, с которой мы работаем – это евпаторийский планетный радиолокатор, и поскольку эта антенна может сопровождать цель, то в течение суток с помощью нее можно передать два мегабита. Поскольку ее мощность существенно ниже, чем у системы в Аресибо, но за счет большего времени слежения за каждой из звезд, получается два мегабита.

Вот таковы попытки обоснования того, что мы делаем.

А дальше можно начать рассуждать о том, как это всё могло бы выглядеть, я имею в виду наши радиопослания. То есть мы переходим ко второму разделу, который можно озаглавить "Теория межзвёздных радиополаний". И тут что хотелось бы сказать – по сути дела, строить-то приходится на голом месте. И поэтому исходить надо из самых общих предположений. А самые общие предположения какие? Ну вот, есть мы. Про себя мы что можем сказать? То, что мы хотели бы поведать другим о наших мыслях и чувствах, если говорить в самом общем виде. И что-то еще, связанное, может быть, с суммой знаний.А.Г. С нашими представлениями о мире.А.З. Да. Дальше идет уже канал передачи информации, то есть то, что на этой схеме обозначено как межзвездное радиопослание. И дальше уже приемный конец – тут, как я уже сказал, надо исходить из самых общих представлений, и, может быть, мы становимся на зыбкую почву, но, тем не менее, рассуждая о том, как могло бы выглядеть радиопослание, я мысленно себя все-таки ставлю не на Землю, а на приемную часть.

Наша цель – добиться того, чтобы тот, кто будет принимать наш сигнал, и анализировать то, что будет отображаться на его индикаторе, то ЕМУ было бы максимально понятно наше сообщение. И здесь можно постулировать что? Что наиболее универсальным подходом на Земле является спектральный подход. Не знаю, может быть, кто-то предложит что-то более общее. Но я исхожу из того, что есть такое спектральное представление. Мы говорим о спектрах звезд, о спектрах межзвездной среды, о спектрах галактик. И точно так же, когда анализируется радиоизлучение, то тоже говорится о его спектральной структуре.

Все земные анализаторы, ведущие поиск по программе SETI, они устроены на редкость однообразно. Это некий набор фильтров. Причем, этих фильтров сейчас уже до миллиарда – параллельных фильтров. Это, если говорить об аналогиях, пианино, на которое подается сигнал, и какая-то из струн начинает звенеть. Мы выделили то, что есть в этом шуме, который подан на все струны одновременно. Так вот, хотелось бы, чтобы, приняв наш сигнал и начав его анализировать, то есть, рассматривая, как выглядит спектр принятого колебания во времени, ОНИ могли бы увидеть что-то максимально простое. А для этого мы должны излучать однозначную функцию частоты. А если говорить об однозначных функциях, то что это такое? На первом этапе мы могли бы излучать константу. Потом излучать что-то непрерывное во времени, а потом излучать дискретное. И здесь постулируется, что, когда мы передаем непрерывную функцию, мы могли бы попытаться отобразить эмоциональную составляющую нашего сознания. А когда мы передаем дискретную функцию – это третья часть – это система логических построений, где шаг за шагом мы передаем наше представление о накопленных знаниях.

Вот такая структура предложена нами, но, к сожалению, из всех четырех посланий, которые были отправлены, только то послание, которое было разработано в России, придерживалось этой схемы. Все остальные были более простые, излучалась только третья часть. То есть радиопередача начиналась сразу с цифровой части. Но мне кажется, что сначала надо излучать именно монохроматическое колебание, которое, будучи принятым, позволит диагностировать каналы распространения радиоволн. Здесь мы как бы сообщаем им то, что сами не знаем. То есть, мы излучаем монохроматическое колебание – чистый тон, а ОНИ, приняв это, в первую очередь, астрономы и радиофизики, подвергнув анализу принятое колебание, из небольших флуктуаций амплитуды, частоты, поляризации извлекут сведения о межзвездной среде. Далее, как я уже сказал, идут непрерывные вариации частоты, и здесь мы попытаемся отобразить нашу эмоциональную сферу. И, наконец, логическая часть.

Так вот, возвращаясь к непрерывной функции, и забегая, может быть, немного вперед, здесь первое, что приходит на ум – это мелодия, музыка.А.Г. Да, музыка, конечно...А.З. А когда мы накладываем требования, что функция должна быть однозначная, это значит, что музыка должна быть без обертонов, а без обертонов музыку порождает терменвокс. Таким образом, мы переходим к тому, как мы могли бы передать мелодию. Но это будет, наверное, чуть-чуть впереди.

Вот такая была развита, может быть феноменологическая, может быть качественная, теория того, как мы могли бы это все делать. И может быть, также будет выглядеть и то, что, может быть, мы когда-нибудь найдём и примем. Разбираясь в том, что мы должны излучать, мы постепенно лучше начинаем понимать, как относиться к тому, что мы когда-нибудь, может быть, примем. Л.Ф. Я хотела сказать, Александр Леонидович, что можно создать для внеземных цивилизаций прекрасное Послание, по структуре, музыкальное, эмоциональное, цифровое, но если это послание будет отправлено к тем мирам, которые не обитаемы, то все затраченные ресурсы, вся творческая энергетика будут аннулированы. Поэтому одним из важнейших вопросов, с которым сталкиваются специалисты, работающие и по программе SETI, и по программе отправки межзвездных посланий (METI) – это выбор звезд-адресатов. И здесь подходы самые разные, потому что сколько людей, столько мнений. Что касается рабочей группы "Первого детского радиопослания внеземным цивилизациям", то был выработан очень жесткий подход по критериям для самого первого опыта радиопосланий к звездам.

Он включал в себя следующие моменты. Из звезд, окружающих наше солнце, в радиусе расчетной дальности обнаружения нашего сигнала (порядка 70 световых лет), для анализа отбирались звезды, которые принадлежат к главной последовательности, на которой они живут долго, миллиарды лет, и достаточно устойчиво светят. Среди звезд, которые являлись такими кандидатами, предпочтение отдавалось одиночным звездам. А если уж и встречались интересные двойные системы, а такие были (и одна из них стала звездой-адресатом детского Послания), то их компоненты должны быть достаточно разделены. И наконец, такой момент, действительно очень важный, как возраст звезды. Звезда может быть на главной последовательности, но родилась не так давно. Ее возраст может исчисляться всего миллионами лет, и примеры таких солнцеподобных звезд есть, например, в Орионе. Поэтому умышленно, априорно, принималось ограничение, чтобы звезды, включенные в программу звездного радиовещания, имели возраст в интервале от 4 до 7 миллиардов лет. Здесь могут быть большие споры, почему звезды не в возрасте 8, 9, 10 млрд. лет, ведь там могли бы существовать древние цивилизации и т.д., но нужно руководствоваться на начальном этапе какими-то ограничениями. Звезд ведь очень много. Поэтому мы руководствовались весьма жесткими критериями. И интервал возраста для звезд от 4 до 7 млрд. лет не такой уж узкий для попадания в "окно радиоконтакта".

Конечно же, рассматривались звезды с экзопланетами. Предпочтение отдавалось тем звездам, у которых орбиты экзопланет имеют малые эксцентриситеты (менее 0.2), особенно, если они находятся на марсианских орбитах, или юпитерианских, чтобы они давали возможность устойчивого существования гипотетическим земноподобным планетам в "зонах экосфер".А.Г. Сильно не нагревались, сильно не охлаждались.А.З. Не было бы большого перепада температур. Необходимы тепличные условия, аналогичные земным.Л.Ф. Еще такой важный момент предусматривался, чтобы звезды находились вблизи каких-то выделенных астрономий линий небесной сферы. Например, эклиптики, центра Галактики, антицентра. А также, чтобы они были доступны для радиотелескопа с передатчиком (радиолокатора), с которого планировалась отправка этих посланий. В рамках этих критериев отбирались звезды для Первого детского радиопослания 2001 года. Но были реализованы и другие, американские проекты отправки посланий. Когда у нас с вами сейчас идет разговор о межзвездных радиопосланиях, к 14-ти звездам Галактики летят со скоростью света приветствия землян.А.З. До того, что летят, давайте еще поговорим о том, что мало выбрать звезду, хорошо бы еще обосновать, на какой длине волны излучать. Вы говорили – 21 сантиметр, мне она не нравится, потому что на Земле она защищена от излучений, как ценный источник межзвездной информации.А.Г. То есть никто не имеет права шуметь на волне 21 см.А.З. Да. Я думаю, что и ТАМ также рачительно подошли к этому диапазону, и запретили излучать в этом диапазоне.

И тут мне больше импонирует подход Петра Васильевича Маковецкого, нашего замечательного ученого, который предложил две мировые константы и максимально простую между ними математическую операцию деления для того, чтобы обосновать тот диапазон, в котором хорошо бы и излучать, и искать. Эта волна, я ее называю "волна Маковецкого", равна длине волны межзвездного водорода – это 21 см, деленной на универсальную математическую константу – на Пи – получаем 6,72 сантиметра. Второй, не менее важный момент, или третий уже, – это как синхронизировать моменты начала нашего излучения. Потому что понятие синхронизации на Земле универсальное. У нас все засинхронизировано, наша передача засинхронизирована, и вообще, все программы теле- и радиопередач – всё подчинено идее расписания, синхронизации. Поэтому если мы будем без таких мировых каких-то опорных моментов времени проводить и поиски, и передачу информации, мы обречены на то, что опоздаем на автобус, на электричку. Или придем на вокзал намного раньше нужного времени.А.Г. Разминемся.А.З. Да, разминемся. Поэтому моменты вспышки сверхновых, о которых Маковецкий говорил в своей замечательной книге "Смотри в корень", мне тоже очень импонирует. Здесь есть простые геометрические соотношения, которые позволяют составить даже расписание, когда сигналы той или иной сверхновой до нас дойдут. То есть, составлены расписания приема передач, приуроченных к вспышке той или иной новой или сверхновой звезды.А.Г. В каком-то советском фильме была трогательная сцена, когда двое влюбленных говорят друг другу: "Ты смотри в восемь часов вечера на Луну, я тоже буду смотреть, и я буду знать, что ты думаешь обо мне". Синхронизация похожая.Л.Ф. Александр Леонидович, но тогда надо составить расписание вспышек сверхновых, поручить это астрономам, и пусть они составят такое расписание. Известно, что за 600 лет в нашей Галактике было зарегистрировано всего 4 вспышки сверхновых. Так что, задача связи по расписанию вспышек сверхновых будет явно не простой...А.З. Есть такая служба, но действительно, организационные сложности пока велики. Здесь как раз на экране таблица. Всего четыре межзвездных радиопослания за всю историю человечества отправлено. Организационные трудности, связанные с тем, чтобы именно в требуемый момент излучать, пока не позволяют реализовать эти идеи временной синхронизации...А.Г. А почему надо брать такие редкие события, как вспышка сверхновой, когда можно взять, скажем, коллапс нейтронной звезды, или слияние нейтронной звезды с черной дырой – любые гравитационные события такого масштаба?А.З. Конечно, можно взять, например, долгопериодические какие-то двойные звезды. Так, я думаю, и надо делать.

Будем двигаться дальше. Здесь перечислены те четыре межзвездных радиопослания, которые были отправлены. Первое из них было отправлено 16 ноября 1974 года с помощью 300-метровой антенны в Аресибо. Это послание было приурочено просто к вводу в строй этого мощного радиолокационного телескопа после очередной модернизации. Предварительно не было объявлено, что это готовится. А вот три других послания – об этом уже предварительно было сообщено, они разрабатывались гласно, и широкая общественность к этому была привлечена. И эти три радиопослания – "Cosmic Call" 99 года", Детское послание 2001 года и "Cosmic Call" 2003 года были отправлены уже нами из Евпаторийского космического центра.А.Г. Как удалены объекты, куда отправлены эти сообщения, и когда они дойдут?А.З. Аресибское послание было отправлено просто туда, куда в этот момент смотрела антенна, а она смотрела на туманность Мерсье, до которой 24 тысячи световых лет. В нашем же распоряжении уже было время, когда мы могли бы навести на ту или иную звезду, и тут те рекомендации, о которых говорила Лидия Николаевна, они имели место.

Здесь возникает резонный вопрос: что, все-таки, содержится в том первом аресибском послании? Оно очень короткое, 1679 бит. Что такое бит? Когда передается символ "0" – это частота чуть ниже номинала, когда передается символ "1" – чуть выше. Вот 1679 бит было передано. Расчет тут был простой, 1679 – это произведение двух простых чисел, и постулировалось, что ОНИ тоже в своё время пришли к понятию простого числа. И тогда эти 1679 бит ОНИ расположат в виде матрицы 23 на 73. И отображая ноль в виде пустого пространства, а единичку в виде какого-то значка, который контрастирует с белым, уже появляется такая осмысленная картинка, которая приведена в правом углу.

На самом деле здесь очень много информации. Вверху кадра вводится понятие двоичного числа. Далее в двоичной системе отображены атомные номера четырех элементов на Земле, которые составляют основу земной жизни: углерод, азот, кислород и фосфор. Затем идет спиральная структура ДНК, далее схематичное изображение человека. Ниже – Солнечная система и третья планета – чуть приподнята, чтобы показать, что человек живет на третьей планете. Слева – высота человека в длинах волн, после того как ОНИ приняли наше послание, ОНИ уже получили масштаб в виде длины волны нашего радиосообщения.Л.Ф. Через 24 тысячи лет...А.Г. Может быть – пролетая мимо?А.З. В длинах волн высота человека, а справа, опять же в двоичной системе, справа от человека – изображены 4 миллиарда в двоичной системе, в то время популяция человечества была 4 миллиарда. А ниже схематическое изображение аресибского зеркала, откуда было отправлено послание. И еще чуть ниже, к сожалению, это сейчас нам на экране не видно – это 300 метров в двоичной системе, размер зеркала опять же в длинах волн изображено. Смотрите, 1679 бит всего – это же мизер, и так много земляне смогли передать.Л.Ф. И все-таки то пионерское послание уже вошло в учебники, оно стало классикой. А.З. А дальше идет "Cosmic Call" ("Космический Зов") 1999 года – это уже заслуга американского ученого и бизнесмена Чарли Чейфера. Он придумал такую простую конструкцию письма. Сначала идет научная часть. И чтобы ее составить, а затем передать, надо где-то взять денег на аренду антенны и мощного радиопередатчика, для этого внизу – нижняя строчка, называется "Персональные послания граждан" – идут послания тех, в основном американцев, кто хотел бы присовокупить к научной части и свое текстовое обращение к звёздам.А.Г. И должен был заплатить. А.З. Да, но плата чисто символическая, 14,95 долларов и, к тому же, 90% тех, кто прислал свои тексты, они даже и этого не платили. Но тех 10%, которые были присланы, хватило на то, чтобы арендовать в Евпатории антенну, и отправить первое публичное радиопослание.

И чем оно еще интересно – я считаю это особенно важным – это то, что ни одно Министерство науки в мире не выдавало на это санкцию. То есть, минуя чиновников, люди напрямую, обратившись к сайту, который организовал Чарли Чейфер, собрали деньги, а потом, имея эти – очень незначительные средства – мы арендовали антенну в Евпатории и отправили такое послание. Такая схема, гениальная, я считаю, схема, использовалась также и в этом году для передачи послания "Cosmic Call 2003". Но структура нашей передачи не позволяет углубляться во все эти детали, поэтому мы уже переходим к Детскому радиопосланию.А.Г. Простите, а адресатом кто был, кому это было послано?Л.Ф. Были 4 звезды солнечного типа, – это оказались ближайшие кандидаты, отобранные американскими специалистами. 70 световых лет – самая далекая звезда из этой группы. И надо сказать, что когда отправлялось послание "Cosmic Call-1" в 1999 г., еще не было известно, что у двух из этих звезд в созвездии Лебедя, впоследствии будут обнаружены экзопланеты. А две другие звезды-адресата находятся в созвездии Стрелы, планеты у них пока не обнаружены.А.Г. 68 лет – туда, 68 лет обратно, ещё лет 10 на то, чтобы подумать над расшифровкой и ответом, это, подождите, я хочу сейчас посчитать, когда же мы получим ответ. В лучшем случае, если там кто-то есть, обратный сигнал мы получим через 146 лет.А.З. Понимаете, здесь надо немножечко не так рассуждать. То есть, коль скоро мы доросли до того, чтобы начать излучать, то надо говорить и думать только о том, чтобы нас услышали. А кто-то Третий, кто тоже дорос до этого состояния, тоже начал излучать и, в том числе, выбрал маленькую желтенькую звёздочку по имени Солнце. И мы уже примем не оттуда, куда мы в своё время отправили (это, конечно, предел мечтаний – принять ответный сигнал), а от того, Третьего. Тут надо говорить о переходе от эры Молчания к эре Передач межзвёздных радиопосланий.

Рамки передачи коротки, поэтому поговорим теперь о Детском послании. Детское послание было составлено по науке, о которой я говорил выше. Сначала был зондирующий сигнал, он длился 10 минут, и в него была введена поправка такая, чтобы со стороны удаленного наблюдателя мы выглядели все время на одной частоте, независимо оттого, что Земля вращается. Вторая часть была аналоговая, в ней был передан Первый терменвокс-концерт для других цивилизаций, он длился 15 минут, а третья часть цифровая – это классический подход предыдущих цифровых посланий.

Когда была начата вплотную разработка Детского послания (Лилия Николаевна лучше может об этом рассказать), группа ребят специально перебирала все то музыкальное наследие, которое оно знало, и составила программу концерта. В частности, здесь показаны сонограммы переданных мелодий, которые, как я уже говорил, были исполнены на терменвоксе. Слева – гимн Европейского сообщества – это финал 13-й симфонии Бетховена. Дальше – "Лебедь" Сен-Санса, и третья мелодия – это Гершвин, фрагмент из "Лета".

Здесь как раз показано, как будет отображаться то, что мы передали, на экране мониторов ИХ гармонических анализаторов спектра, при условии, если ОНИ тоже используют спектральный подход. То есть, получив такую картинку, ОНИ попытаются её осмыслить, и я думаю, что все ИХ научное сообщество навалится на эту картинку, и ОНИ, будем надеяться, ее расшифруют. А это вот – третья, цифровая часть, и здесь Лилия Николаевна более квалифицированно расскажет, поскольку она посвятила этому очень много времени. Вот компоновка цифровой части Детского послания.

Л.Ф. Работа над Посланием к звездам шла больше года. Она началась в 2000 году летом, и, где-то, к лету 2001 года окончательно сформировалось содержание рисунка, который ребята назвали "Эмблемой". Восхищенные числом ?, они постарались это послание сделать ?-посланием. Оно составлено из окружностей, из числа которых в 10 окружностях (символ десятичной системы) представлена ключевая, по мнению ребят, информация о нашей земной цивилизации. Но над чем спорили ребята – что должно быть центральным в Послании? Что интересно, когда действительно будет Звездная Весть принята? Нам, землянам, наверное, было бы интересно узнать, а как они выглядят? Откуда они? Откуда этот источник радиосигналов на небе? А вот как выглядят Отправители – это портрет юного землянина, доброжелательного такого, нарисован тоже в окружности в центральной части этой Эмблемы. А.З. Важно подчеркнуть, что это тот же растровый принцип, который и в аресибском послании был использован, то есть это все передается построчно в виде матрицы произведения двух простых чисел.

А это третий фрагмент цифровой части. Эта идея Бориса Григорьевича Пшеничнера, руководителя отдела астрономии Дворца детского творчества, передать подпись на двух языках. То есть это как клинопись разгадали, потому что был один и тот же текст на двух языках, также и здесь. Подписи идут на русском и английском языке – эта часть называется "Двуязычный словарь понятий-образов". Эта часть наиболее нам показалась выразительной, и мы ее использовали также и для последнего радиопослания, которое было отправлено в этом году – это "Cosmic Call 2003". Там был использован также и модифицированный язык "Лексикон", его вторая версия.

Слева на экране совсем мелко – это то, что составляет "Лексикон-2". Там 127 элементов в строке и 2078 строк – это как бы энциклопедия земных знаний. А справа – более простая вещь, но она более, по нашему мнению, изящная, потому что тут не только элемент знаний, но элемент еще изобразительных решений представлен. В этом письме тоже произведение простых чисел – 101 на 1201 – это "Двуязычный словарь понятий-образов", позаимствованный из Детского послания. А в конце то, о чем я говорил выше – это часть, связанная с письмами граждан, это то, на чьи средства всё разрабатывалось и отправлялось.А.Г. В 2036 году прибудет сигнал от "Cosmic Call 2003"?Л.Ф. Причем, он опередит прибытие сигналов "Сosmic Call-1" и сигналов Первого детского Послания, которые были отправлены в 1999 и 2001 годах. Близкое расстояние в 10 парсек до звезды из Кассиопеи, конечно, впечатляет. Но откровенно говоря, меня не впечатляет объект, который они выбрали. Светимость 13 тысячных солнца, это красный карлик, у которого не известен возраст, также как и у второй звезды. Но часть американских исследователей исповедует мысль, что именно около близких красных карликов наиболее вероятно сделать это потрясающее открытие – обнаружить разумную, технологически продвинутую цивилизацию.А.Г. Логика понятна, древняя цивилизация, которая смогла пережить гибель собственной звезды. Л.Ф. Но красный карлик – это не обязательно погибшая звезда, останки погибших звезд это белые карлики.А.З. Тут очень важно понять специфику межзвездных радиопосланий. Что такое земная передача информации по радио? Основное время занимает передача и прием. А здесь передача длилась, например, к каждой звезде 3 часа, и прием будет длиться 3 часа, а все время уходит на полет. Понимаете, мы еще можем несколько раз здесь встретиться, а 2036-й год ещё и не настанет. Такова специфика межзвездных радиопосланий. Основное время – это перелет на такие колоссальные расстояния...

gordon: Математика и ботаника

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Алексей Асафьевич Оскольский– кандидат биологических наук
  • Соколов Дмитрий Дмитриевич– доктор физико-математических наук

Дмитрий Соколов: Эта история началась года три назад, когда я впервые познакомился с Алексеем Асафьевичем и как-то впервые понял, что действительно между математикой и систематикой растений есть нечто общее. Исходным пунктом является очень большая сложность разнообразия растений. Как ни странно, книжка, по которой определяют одуванчики – это такой увесистый том, который человек с трудом поднимает. А у Алексея Асафьевича есть такой сослуживец – Саша Сенников, мы с ним гуляли на ботанической экскурсии в Нескучном саду, и он на моих глазах нашел новый вид ястребинок для Москвы и Московской области. А потом мы перешли по мосту через Москва-реку, а на другой стороне такая старая усадьба, по-моему, князей Оболенских, он там нашел новый для Москвы и Московской области вид одуванчика. Это показывает, насколько это еще не исследованная область. И это биоразнообразие очень многомерно. Оно и в геологическую историю простирается, мы же не только мгновенный его срез должны изучать, но и распространение по Земле. Мало знать, какие вообще есть виды растений. Нужно знать, какие есть растения здесь и сейчас, и как они сюда заносятся. На насекомых это нам даже лучше известно. Вот к нам проник колорадский жук, и каждый, кто выпалывает картошку на своем участке, знает, что это такое. Он проник и распространился по нашим местам. А также распространяются и растения. Это, пожалуй, самый такой простой момент общности интересов между математикой и ботаникой. Эта область ботаники называется "флористика", она изучает, что где растет. У меня есть такая хорошая научная знакомая Люда Хорун из Тулы, она собрала за двести лет базу данных по заносным растениям в Тульской области. Она действительно, как говорят математики, представительная. По ней можно количественно изучать, как в Тульскую область заносились виды растений.

Замечательно, что как только ее начинаешь количественно обрабатывать, там немедленно видно – вот произошла революция в 17-м году, в 80-х годах народное хозяйство Советского Союза работало в перенапряженном ритме, потом произошел экономический кризис. Это там прекрасно видно. Насколько я знаю, это первая такая полная база данных. Ее действительно можно количественно обрабатывать. Это сравнительно простые приемы обработки. Мы дальше будем говорить про более такие...Александр Гордон: Скорее качественные, чем количественные. Д.С. ... экзотические вопросы. Но в принципе, математика вполне в состоянии описывать количественно динамику заносных видов, то, как они распространяются. Довольно хорошо развит математический аппарат, который мог бы это описывать и дело за реальными данными и за желанием. Меня, надо сказать, совсем не научная сторона вопроса очень поражает. Вызывает затруднение финансирование этих работ, там требуются совершенно смехотворные деньги, порядка трех тысяч долларов в год, чтобы деятельность этой группы поддерживать. Мне трудно представить, что с этим могут быть затруднения, а они есть на самом деле. Не так там много в Тульском университете групп, которые работают на таком интересном уровне. А.Г. Это вечная боль...Тут три тысячи рублей иной раз трудно бывает получить.Алексей Оскольский: Тут может создаться впечатление, что Дмитрий Дмитриевич – ботаник, а я математик, хотя на самом деле это не так. Собственно, если обращаться к предыстории этой передачи, то она началась, наверное, со школы по теоретической морфологии растений, состоявшейся в Петербурге в 2001 году. В её организации я принимал участие. Мы тогда пригласили Дмитрия Дмитриевича сделать доклад о фракталах. Концепция фракталов очень популярна, фракталами интересуются и морфологи растений, поэтому нам хотелось услышать что-то более квалифицированное об этом предмете. Доклад Дмитрия Дмитриевича спровоцировал тогда тот самый спор, в котором может родиться истина или, по крайней мере, понимание чего-то нового. Нам был предложен некий математический язык, который позволил лучше описывать, а значит и лучше решать некоторые из насущных проблем ботаники. Про них мы и хотим сейчас поговорить.А.Г. Пожалуйста.А.О. Ну, а сейчас я хотел бы немножко иллюстрировать те проблемы, которые волнуют ботаников. В народе есть ощущение, что ботаника – это наука века 19-го, что практически всё уже открыто, и сейчас что-то где-то там уточняется на уровне третьего знака после запятой. Но это не так. Некоторые сенсационные, без преувеличения, открытия в ботанике сделаны в течение последних десяти лет. Вот покажите, пожалуйста, первую картинку.

Здесь на экране изображена веточка растения, дерева под названием Ti-codendron. Это родственник березы, ольхи или лещины (лесного ореха), относится к семейству березовых. Растет Ticodendron в Центральной Америке. Обратите внимание на то, какие у него плоды. У нашей березки-то это орешек с крылышком, здесь же это сочная костянка, как у абрикоса. Тем не менее, это родственник березы. Так вот, в Центральной Америке, в трех странах Ticodendron – это лесообразующая порода, однако ботаниками он открыт только в начале 90-х. Покажите, пожалуйста, следующую картинку.

Это еще более сенсационное открытие, сделанное в 1989-ом году. Это La-candonia schismatica, растение-паразит. Растение не зеленое, не имеющее хлорофилла и питающееся на корнях других растений. Тоже из Центральной и Южной Америки. Но самое удивительное – это цветок Lacadonia, в котором тычинки находятся внутри, пестики расположены снаружи. То есть это растение опровергает все основные каноны морфологии цветка.

Вот, пожалуйста, еще следующая картинка. Это дерево хвойное дерево, новый род хвойных под названием Wollemia. Вы, наверное, знаете о араукариях. Их иногда выращивают у нас в комнатах. Это хвойные деревья, но с довольно широкими листьями. Так вот, Wollemia – это новый род хвойных, который найден в 1994-м году в национальном парке Волеми, в 200-х километрах от города Сиднея, в Австралии. Город Сидней не маленький, окрестности его достаточно хорошо исследованы. Вообще, австралийцы очень любят и знают природу, свою флору. Я был в Австралии, так по ходу могу сказать, что там знать растения так же престижно, как у нас, скажем, знать русскую классическую литературу. Это предмет национальной гордости. Тем не менее, в двухстах километрах от Сиднея до последнего времени росло дерево, о существовании которого ботаники не знали. Причем его ископаемые остатки были известны аж с мелового периода.А.Г. То есть это кистеперая рыба ботаники.А.О. Ну, кистеперая рыба все-таки подревнее немножко. Но, тем не менее, хвойных не так много, и открытие нового рода хвойных – это достаточно интересное событие.

И покажите, пожалуйста, следующую картину. Вот Archaefructus, справа отпечаток, слева – реконструкция. Это самое древнее из известных растений, которые надежно можно отнести к цветковым. Считается, что цветковые появились в меловом периоде. Это растение найдено в самых верхних слоях юрского периода в Восточном Китае. И найдено совсем недавно, я не помню точно год, но это 90-е годы. К сожалению, до наших дней Archaefructus не дожил, но это открытие действительно можно сравнить по значимости с открытием кистеперой рыбы. Д.С. На самом-то деле с такими проблемами ботаники без помощи математиков справляются. А вопрос-то стоит в том, что нужно разобраться с теми структурными единицами – таксонами, как говорят специалисты – где разобраться трудно. Этих одуванчиков, как говорится, чертова уйма. Отличаются они, с одной стороны, значимо, а, с другой стороны, это очень сложная система. И тут, прежде всего, по-видимому, нужно поговорить о том, что такое вид, что мы, собственно, хотим узнать. А вещь это крайне непонятная. А.О. Положение таково, что мы часто говорим об охране того или иного вида, об исчезающих видах. Но при этом большинство людей не знает, что само понятие вид в ботанике, вообще в биологии, чрезвычайно проблематично. Что, собственно, такое вид? Есть разные концепции вида, весьма противоречивые. В систематике растений есть такое негласное определение, что вид – это то, что считает видом систематик, компетентный в данной группе растений. Так вот, наши дискуссии с Дмитрием Дмитриевичем позволили предложить язык для описания и немножко лучшего понимания, что такое вид. Как ни странно, тут-то помогла геометрия фракталов.Д.С. Вообще завет, которому нужно следовать, когда пытаешься применить математику где-нибудь вне ее поля деятельности, такой: сначала нужно очень долго и внимательно слушать, что говорят специалисты. Очень плохо, когда математик идет и начинает предлагать от того места, что он знает. А лучше всегда сначала очень-очень долго слушать, что говорят. Я в этом смысле нахожусь в тепличных условиях, у меня сын специалист по систематике растений. Я, собственно, через него познакомился с Алексеем Асафьевичем, и у нас дома такой постоянно действующий семинар по интересным вопросам науки.А.Г. Повезло вам, да.Д.С. Понимаете, создается действительно до некоторой степени парадоксальная ситуация. Вот московская школа ботаников видит гораздо меньше видов, чем санкт-петербургская, ленинградская школа ботаников. Само количество видов зависит от точки зрения. Такие на самом деле ситуации в математике известны. Тут немножко сбивает с толку то, что если мы попытаемся виды изобразить, как точки в каком-то пространстве, то это пространство лишь умопостигаемое. Я сейчас приведу пример, в котором тоже есть нечто подобное, только там ситуацию легче визуализировать. Можно следующую картинку?

Сейчас будет такая штука, которая называется "шкала геомагнитной полярности". Так в геологии принято показывать время. Это ось времени, разрезанная на три кусочка. Ось времени за 160 с чем-то миллионов лет. Указаны промежутки времени, когда ось магнитного диполя имела такое же направление, как сейчас. Они черненьким показаны. А беленьким – когда она была направлена прямо противоположно. Оказывается, что в ходе геологической истории ось магнитного диполя Земли быстренько переворачивается, практически мгновенно по геологическим масштабам.

Казалось бы, простой вопрос: сколько на этом рисунке зарегистрировано смен направлений геомагнитного поля. Казалось бы, совершенно ерундовый вопрос. Возьмем и посчитаем. Оказывается, это очень сильно зависит от того, с каким вы разрешением на принтере напечатаете эту картинку. Это показатель того, что на самом деле число инверсий здесь плохо определено. Число инверсий зависит от временного разрешения. Геологи так и описывают эту ситуацию. Вот есть, как они говорят, хроны, где преимущественно белое направление магнитного поля. Хроны, где были частые инверсии. Хроны, где было черненькое направление магнитного поля. А вопрос о том, сколько было конкретно инверсий, он не вполне хорошо определен. И если мы попытаемся измерять количество этих хрон, то их число будет расти в зависимости от временного разрешения заметно, степенным образом. Вот такие множества, они называются "фрактальными".

Это вообще интересная история. Слово "фрактал" вошло в науку с подачи ученого наших дней – Мандельброта, а на самом деле идея была высказана в 18-м году замечательным математиком Феликсом Хаусдорфом. Только он таких слов хороших не знал. Он сформулировал понятие "дробной размерности", мы его попозже посмотрим на других картинках. Множество точек на временной оси, когда случались инверсии, это множество с дробной размерностью. Оно занимает промежуточное положение между дискретным набором точек и непрерывной прямой. Все признаки того, что нечто подобное случается в гораздо более сложном пространстве признаков видов, налицо.

То есть складывается впечатление, что вопрос о том, сколько видов бывает одуванчиков поставлен не совсем правильно.А.О. Или сколько видов во флоре Московской области.Д.С. Да, сколько видов одуванчиков во флоре Московской области – это не совсем корректный вопрос.А.О. Не обязательно одуванчиков, а вообще, сколько видов растений во флоре Московской области. Д.С. По-видимому, какие-то хорошо определенные виды, разграниченные, организуются в роды, семейства, и так далее, а есть места в этом биологическом разнообразии, где эта структура выражена хуже. Здравый смысл подсказывает, что, наверное, там и происходит развитие биоразнообразия.А.О. Как раз ваш доклад навёл на мысль о том, что вид, помимо того, что он представляет собой некий природный объект, может рассматриваться как место. Именно место. А место – штука, если вдуматься, очень странная. Вот у нас комната, в ней есть места для стула, для стола и так далее. Но мы не можем сказать, сколько в комнате мест. Место – такой странный объект, который устроен фрактально. Стол находится в комнате, в Москве, в России, на земном шаре. И представление о виде именно как о некотором месте в естественной системе, на мой взгляд, достаточно продуктивно. Конечно, вид можно рассматривать как группу особей, которые между собой скрещиваются или обладают какими-то общими признаками. Однако такое топологическое представление вида просто как места может быть полезно и для систематики, и для флористики.

Но сейчас, наверное, стоит перейти к еще одному сюжету, связанному с применением математики, математических подходов в систематике растений. История с ним достаточно поучительна. В 1960-е годы немецкий энтомолог Вилли Хенниг разработал некоторый алгоритм для определения родственных отношений между группами организмов. Покажите, пожалуйста, следующую иллюстрацию.

Систематик работает с матрицей данных. Я здесь просто привел пример такой матрицы данных. У нас есть четыре самых разных организма: лягушка, черепаха, ворона, кошка. И некоторый набор признаков. Здесь для примера пять признаков. У нас есть некоторое представление об эволюции этих признаков, исходящее из каких-то общебиологических представлений. И мы можем чисто формально построить так называемую "кладограмму", то есть дерево, иллюстрирующее родственные связи между данными организмами. Здесь получается, что положение вороны при данном наборе признаков оказывается несколько противоречивым, в то время как положение черепахи или кошки более-менее понятно. К кому ближе ворона – к кошке или к черепахе? Я подчеркиваю, это пример достаточно умозрительный. Реально всё сложнее. Но здесь возможны два варианта. С кошкой ворону сближает теплокровность, с черепахой ее сближает сухая кожа, кожа, лишенная желез. И как раз существуют вычислительные алгоритмы для подобных операций, для построения подобных деревьев, и когда таких признаков и таких групп организмов сотни, то и таких неясных ситуаций тоже накапливается много. И поэтому долгое время систематики относились с большим скепсисом к таким кладистическим подходам. До 90-х годов, когда были усовершенствованы методы молекулярной биологии, и секвенирование, то есть определение последовательности ДНК, стало, в общем, рутинной лабораторной процедурой. Если не в России, по бедности, то на Западе. Сейчас это вопрос денег и небольшого количества рабочего времени. И как оказалось, сейчас...Д.С. Но все-таки в России тоже возможно...А.О. Сейчас у нас, слава Богу, это тоже вполне возможно. В Москве существует лидирующая группа по молекулярной систематике под руководством Андрея Сергеевича Антонова при Московском университете...Д.С. Да, я как представитель Московского университета не могу молчать...А.О. Мы в нашем Ботаническом институте очень гордимся, что этой зимой мы провели первый секвенс, наконец-то освоили. То есть одно дело Москва, другое дело – остальная Россия. Это тоже не надо забывать.Д.С. Ну, не надо... У вас все-таки лидирующий ботанический институт в России ...А.О. Сейчас вопрос о чисто техническом оснащении. Так или иначе, обнаружились объекты, которых можно брать много, строить матрицы данных с очень большим числом равновесомых признаков. Тот нуклеотид или иной нуклеотид в данной позиции – вот вам и признак. Этих нуклеотидов тысячи. И если для морфологических признаков, которые видны простым глазом, этот подход действительно не очень работал, во-первых, потому что признаков не так много, а во-вторых, а может быть, даже во-первых, потому что эти признаки заведомо неравнозначны, и вообще любой объект мы можем расчленить на неопределенное число признаков, то последовательности ДНК дают нам совершенно объективное расчленение на четкие и равновесомые признаки. И вот сейчас молекулярная систематика стала достаточно мощной областью, она уже прочно вошла, собственно, в ботанику. Хотя это и порождает определенные проблемы. Тут, наверное, вы расскажете лучше...Д.С. Вы знаете, тут просто целый комплекс очень интересных математических задач. Во-первых, эти все алгоритмы требуют совершенно бешеного машинного времени. И в особенности оно нужно для того, чтобы сделать результаты по-настоящему убедительными. Даже несмотря на то, что сейчас персональные компьютеры очень быстро работают, эта задача явно не для персональных компьютеров. Очень здорово, что мы не только в молекулярной биологии проходим этапы технического совершенствования, но и в вычислительной математике. И буквально за последние года два, наверное, может, три стало реальным систематически пользоваться компьютерными кластерами. А эти задачи буквально идеально приспособленные для компьютерных кластеров. Тут нужно опробовать много вариантов кладограммы, дерева, которое мы смотрели. И можно очень здорово распараллелить эти задачи, поручить разным процессорам компьютерным изучать разные варианты. Вообще говоря, когда вы собираете кластеры из большого числа компьютерных процессоров, очень-очень не просто сделать так, чтобы они все были эффективно загружены. У нас сейчас в университете в вычислительном центре появился такой достаточно мощный кластер, а есть и в Академии наук, и в других местах. Это очень серьезная область математики, как сделать хорошую загрузку разных процессоров.

Есть другая проблема. Классическая вычислительная математика сначала была проговорена и продумана еще в докомпьютерную эпоху, когда сначала долго объясняли, как этот алгоритм работает и почему его так надо организовывать, а не как-нибудь по-другому. Я верю, что те, кто писал кладистические программы, хорошо понимают, почему они должны работать именно так. Но это знание, оно в очень многом не очевидно. И вот для компьютерной реализации это очень необычная ситуация, когда вроде бы есть работающая программа, а как она точно работает и почему – пользователи затрудняются объяснить. Ну, с этим тоже, по-видимому, удастся сладить. Но в целом это очень привлекательная задача – сделать так, чтобы эти программы пошли на кластерах параллельных компьютеров и чтобы действительно мы понимали не просто рецептурно, как она работает, а концептуально.А.О. К сожалению, очень немногие систематики, пользователи подобных программ, вообще задаются вопросом: а что там внутри этой программы? То есть признаки грузят, на выходе получают кладограмму. Она им нравится или не нравится, и какие-то меняют условия, играют. А смысл того, что внутри, к сожалению, остается, как правило, за кадром. Тут возникает масса недоразумений. Лично я смотрю на эти программы и на эти деревья как на своего рода карты, карты разнообразия живого. Это отнюдь не генеалогические деревья, не дерево, которое изображает историю, буквальный исторический сценарий, как развивались данные таксоны, а именно как карта. И, точно так же, как в географии, существуют разные способы спроецировать земную поверхность, которая отнюдь не ровная, на плоскость карты. Существуют разные проекции. Существуют разные системы координат. Аналогично и здесь. Просто разные программы, насколько я понимаю, отличаются способом проецирования эмпирического разнообразия живых организмов на некоторую идеальную плоскость или на некоторое идеальное пространство. Но тут, наверное, можно перейти к распознаванию...Д.С. Распознавание образов вообще очень тяжелая область математики, где с большой кровью и с большим трудом дается прогресс. Есть такие очевидные вещи, которые человек легко решает. Я субъективно уверен, скажем, что вы не марсианин, а объяснить это компьютеру – очень непростая задача. И ее, в общем, нужно решать совместно и математикам и биологам. С моей точки зрения, для того чтобы подобные программы начали хорошо работать, должны появиться люди, которые в одной своей ипостаси, скажем, ботаники, а в другой – специалисты, скажем, по вычислительной математике.

Это трудно, но исторически примерно так развивалась, скажем, математическая физика. Были у ее истоков такие люди, например, как Андрей Николаевич Колмогоров. Математик, но писал и чисто физические работы. Скажем по теории турбулентности, за которые любому, самому заядлому физику памятник нужно ставить. Нужно, чтобы такие же люди появились у того места, где внедряются компьютерные программы. А.О. Тогда, может быть, надо говорить немножко иначе. Да, действительно, я уже сказал, что вид – это то, что считает видом компетентный систематик. То есть, виды обычно распознаются "в лицо". И для того чтобы научить распознавать других людей, несистематиков, указываются идентификационные признаки, определительные признаки. Но часто эта задача достаточно сложна. Здесь и нужно помочь несистематикам распознавать виды. Вот это – запрос от ботаников к математикам, который, как я понимаю, пока не вполне удовлетворен. Д.С. Вполне не удовлетворен.А.О. Что касается вашего рассуждения, я думаю, что сейчас появляется определенного рода профессия под названием "когнитология", наука об интервьюировании экспертов. Мы имеем дело не с субъективным, а так называемым экспертным знанием, и задача когнитолога поговорить, понять, раскрыть опыт, личный опыт эксперта, и формализовать его в таком виде, чтобы представить его в виде компьютерной программы.

Но теперь нам, наверное, стоит перейти к области ботаники, в которой нужда в применении математики прямая и непосредственная, это морфология растений. Когда речь идет о форме растений, то тут само напрашивается применение геометрии. Здесь вот существуют разные подходы, один из них развивается в Москве, в Зоологическом музее при Университете, где работает Игорь Яковлевич Павлинов. Он пропагандирует подход под названием "геометрическая морфометрия". Его статью об этом я прочитал буквально три дня назад в "Журнале общей биологии", в самом последнем выпуске. Подход в том, что описывается разнообразие формы некоего органа или целого организма, а затем выявляются правила топологического преобразования этой формы. Я видел эту работу, она любопытна, но пока лично я не знаю, как осмысленно применить этот метод для себя, для моих узких задач. Но я надеюсь, что, может быть, для распознавания видов он может быть и применен. Д.С. Морфология, которая является одним из базисов систематики, – наука о форме, и геометрия тоже наука о форме, только морфология растений – наука о форме растения, геометрия – наука о форме вообще. Тут общность интересов очевидна. Вопрос в том, как развить те геометрические подходы, которые действительно нужны. И тут мы еще раз выходим на применение фракталов. Действительно, многие растения демонстрируют нечто похожее на фракталы. Фракталы – это не просто объекты промежуточной размерности, это, как правило, объекты, у которых есть, как говорят, самоподобие. Они в малом устроены так же, как в большом. А.Г. Значит, он опознается по любому участку.Д.С. Да, опознается. Но нужно, наверное, иллюстрацию показать какую-нибудь.А.О. Использование фрактальных подходов в морфологии растений, в большой мере было подготовлено морфологическими исследователями французских ботаников. С одной стороны, это так называемая концепция архитектурных моделей, которая была предложена французскими ботаниками Алле и Олдеманом в 70-е годы. Эти ботаники долгое время работали во Французской Гвиане. Они столкнулись с необходимостью описывать структуру вегетативного тела тропических деревьев, но у них не было концептуального аппарата. Оказалось, что та морфология растений, те концепции, которые сложились у нас в Европе, в лесах умеренного пояса, в тропиках не работают. И тогда Алле и Олдеман предложили концепцию так называемых архитектурных моделей. Дерево рассматривается как конструкция, состоящая из модулей, которые в определенной последовательности нарастают друг на друга. Есть разные типы модулей, разные способы нарастания, и модели строятся комбинаторно. То есть, у одних деревьев идет непрерывное нарастание, скажем, одной вертикальной оси, у других происходит перевершинивание. Одна ось кончается цветком, то есть рост останавливается, у других осей рост открытый. Возможно горизонтальное положение побегов, а возможно и вертикальное. Всего известно 23 архитектурных модели, некоторые комбинации не могут быть реализованы в природе. Фактически, эта такая структуралистская концепция, которая, кстати, развивалась одновременно с работами Леви-Стросса. Я не знаю, читали ли Алле и Олдеман работы знаменитых французских структуралистов-гуманитариев, но наверняка интеллектуальная атмосфера того времени располагала к созданию подобных концепций...Д.С. Можно я про интеллектуальную атмосферу два слова скажу? Честность научная заставляет сказать, что впервые на это обратил внимание Свифт. У него есть хорошие стихи, которые всегда по этому поводу цитируются. Он не только "Путешествия Гулливера" написал. У него есть еще замечательные поэмы, рапсодия "О поэзии", в которой он пишет (перевод Маршака):

"Натуралистами открыты у паразитов паразиты.

И произвел переполох тот факт,

что блохи есть у блох.

И обнаружил микроскоп,

что на клопе бывает клоп,

питающийся паразитом.

На нем другой – ad infinitum".

Вот такая модульная структура в животном царстве. Надо сказать, Маршак этот отрывок специально подсобрал из разных мест этой поэмы. Мой хороший знакомый Дэвид Мосс из университета Манчестера по моей просьбе изучил, как Свифт это публиковал, и оказалось – в английском оригинале немножко более смазано сказано, а здесь у Маршака – очень здорово. А.О. Ну, тогда попросим следующую иллюстрацию. Вот другая концепция, тоже пришедшая из Франции, это концепция псевдоциклов. Концепция псевдоциклической эволюции, которая была предложена в 30-е годы французским биологом Госаном. Он обратил внимание, что у многих организмов, не только у растений, но, например, у колониальных животных, наблюдается удивительное сходство частей и целого, и рассмотрел это как общую тенденцию эволюции. Например, вот как на этой иллюстрации. Слева мы видим соцветие простой зонтик, у примулы, например, справа мы видим соцветие сложный зонтик, типичный для зонтичных – морковки или, например, тмина. Здесь видим, что структура повторяется на следующем уровне. Но интересно, что эволюция идет в направлении, во-первых, упрощения этих частей. То есть, эти простые зонтички в сложном зонтике в процессе эволюции редуцируются до одного цветка. А с другой стороны, вся побеговая система превращается в зонтик следующего порядка. И вот Татьяна Валентиновна Кузнецова, выдающийся морфолог, работавшая на кафедре высших растений в Московском Университете, и, к сожалению, безвременно оставившая нас, специально занималась псевдоциклами у соцветий зонтичных. Она проследила до 5 псевдоциклов у разных зонтичных. То есть, вот пример самоподобия, а заодно и фрактальных свойств (таких как автомодельная симметрия) у соцветий. Это как раз та биологическая концепция, которая просто напрашивается на математизацию. Д.С. Фракталы вошли в физику, отталкиваясь от свойства самоподобия. Хоусдорф понятие этой самой размерности в 18-м году сформулировал, но это все-таки была трудная математическая работа. А было такое событие, о котором всегда принято рассказывать. Замечательный гидромеханик Ричардсон во время мировой войны хотел сделать что-то хорошее. Его послали изучить, какова длинна береговой линии Англии. Понятное дело, нужно как-то страну оборонять, нападения с моря бывают. Вот он поизучал-поизучал вопрос и пришел к выводу, что бесконечная длина у береговой линии. Это даже лучше видно на береговой линии Норвегии. У нас есть рисуночек с длиной береговой линии Норвегии из известной книжки Федера о фракталах. Видно, что вопрос о том, какова длина той кривой, которая изображена на рисунке, зависит от того, в каком масштабе мы ее изучаем. Выбираем квадратики побольше, и, игнорируя тонкую структуру, длина береговой линии одна. Начинаем отслеживать все эти фиорды, всю эту мелочь – длина береговой линии начинает расти. И вот в зависимости от степени разрешения, она растет больше, больше... И никакого определенного числа нет.А.Г. То есть это все-таки конечная величина?Д.С. Конечно, если вы, совсем, буквально микроскопическими масштабами оперируете, встает вопрос, как движется береговая линия во время приливов и отливов. Вопрос теряет просто смысл. Но есть диапазон масштабов, где действительно наблюдается степенная зависимость длины линии береговой от степени разрешения. Да, это действительно очень похоже на то, что получается для растений. Даже в книжках по фрактальной геометрии есть картинки, которые называют листьями папортника. Они возникают, когда люди хотят проиллюстрировать, что такое фрактал. А с другой стороны, люди, которые хотят объяснить, как устроена архитектура растений, буквально такие же картинки рисуют безотносительно ко всяким фракталам. Наверное, стоит показать эти рисунки.

Это картинка более или менее произвольная из того же Федера. Такого характера растения вполне могут существовать.А.О. Водоросли, конечно.Д.С. А на самом деле, эта картинка, иллюстрирующая, как происходят построения кластеров химических соединений. А сейчас будут картинки из ботаники. Вот, это очень изрезанная картинка, видны ярусы, как строится организация...А.О. Самое главное для меня – это впечатляющее самоподобие, то есть сходство части и целого. В чем может быть тут еще интерес? В традиционной морфологии растений и животных рассматриваются два типа сходства между частями организма – гомология и аналогия. Скажем, рука человека гомологична крылу птицы, потому что эти конечности имеют общее происхождение, хотя и разные функции. Глаз человека аналогичен глазу осьминога. Это значит, что происхождение у них разное, но функция одна. Но в обоих этих примерах всё равно сравниваются именно части. А вот тут, когда мы имеем дело с фрактальными объектами, часть сравнивается с целым. И как раз эти работы дают законное основание для такого рода сравнения. Это несколько нетрадиционно для биологической морфологии.Д.С. Я впервые об этом узнал от Татьяны Валентиновны Кузнецовой. Она меня пригласила на школу для студентов-биологов кое-что из математики рассказать. Она там блестящий доклад сделала. Я просто тогда был потрясен, потому что всегда думаешь, ну, нарисовали там какие-то красивые картинки математические, а что действительно так бывает в живой природе... Конечно, огромная потеря, что она так рано от нас ушла. А.О. Как раз, наверное, следующую картинку стоит показать. То, на что вот смотрите, это растение вполне натуральное, смоделированное на основе этих фрактальных подходов. И подобные модели позволяют уже заниматься довольно тонким анализом биологического смысла этой фрактальной организации. То есть, скажем, здесь можно рассмотреть, как листья затеняют друг друга. Или что будет, если верхушку побега отгрызет какое-нибудь насекомое, как изменится рост. Соответственно, можно моделировать различные стратегии адаптивности, приспособления к условиям среды. То есть эти модели, с одной стороны, красивы и эстетичны, а с другой стороны, приобретают совершенно явный биологический смысл. Д.С. В таких вопросах очень легко увлечься внешней аналогией. Но на самом деле есть мотивация биологическая, почему фрактальная природа может быть значима. В свое время Галилей обратил внимание на то, что в живой природе должно быть такое ограничение. Представим себе, какие бы мы были, если бы жили на Юпитере. Галилей рассматривает этот вопрос в одной из своих книг. И приходит к выводу, что мы должны были бы быть карликами, потому что объем тела пропорционален кубу размера, а прочность костей пропорциональная квадрату размера. Но не вся правда в этой идее Галилея. На самом деле, если мы организуем такое модульное строение растения и разрешаем ему быть фракталом, то само понятие объема тела и площади поверхности преобразуются и можно выскочить из этой связки между объемом и площадью поверхности. Не исключено, что природа пользовалась этой опцией, как говорится. А.О. Но я бы к этому отнесся немножко иначе, на мой взгляд, все-таки все эти фрактальные эффекты – это результат общего строения, общей конституции растительного тела. Для него характерен, во-первых, открытый рост, это значит, что каждый последующий прирост встраивается в предыдущее тело. В этом – их отличие от животных, у которых что-то вырастает, но что-то постоянно теряется. И, с другой стороны, тут важна именно модульная организация. Таковы конститутивные свойства растительной формы, но они относятся также и к грибам также, грибы все-таки это другое царство, нежели растения. На основе этих свойств мы получаем фрактальные эффекты, подобие частей и целого, и в каких-то конкретных ситуациях они безусловно, имеют приспособительное значение...

gordon: Солнечная система

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Маров Михаил Яковлевич– член-корреспондент РАН

Михаил Маров: Тема, для разговора на которую вы меня пригласили, чрезвычайно емкая, и за обозримое время трудно осветить более или менее подробно различные аспекты этой многоплановой проблемы. Прежде всего, естественно, возникает вопрос: а зачем нам изучать Солнечную систему, может быть, нам достаточно уютно на собственной планете? Я слышал, причем сравнительно недавно, от некоторых коллег, обремененных даже некими научными званиями, такое: а зачем нам вообще это нужно? у нас масса земных проблем, поэтому давайте, прежде всего, сосредоточимся на Земле.

В этой ситуации мне приходится отвечать, отталкиваясь от совершенно очевидных положений. Прежде всего – мы (я имею в виду – наша страна) цивилизованная нация, по крайней мере, мы к таковым себя причисляем, и мы должны заниматься наукой, мы должны познавать то, что находится в нашем ближайшем окружении.

Второе – мы не можем рассматривать Землю – одну из планет Солнечной системы изолированно. Мы не существуем изолированно, мы слишком зависимы от всего того окружения, которое называется Космосом. И, наконец, как это всегда бывает в науке, то, что сегодня кажется просто неким удовлетворением любопытства, в дальнейшем становится ключевым для дальнейшего развития человечества, для его прогресса.

Так вот, если говорить концептуально, прежде всего, мы должны знать – а как это вообще все получилось, как Солнечная система произошла, как она эволюционировала? Второе – мы должны попытаться ответить на вопрос, что выделило Землю из тех девяти планет, которые мы традиционно называем большими планетами, оставляя в стороне Плутон, поскольку Плутон в настоящее время носит статус планеты чисто исторически, являясь очень крупным телом в занептуновом поясе, кометно-астероидном поясе.

Поэтому, повторяю, надо понять, что выделило Землю, и, изучая Землю в сравнительном планетологическом аспекте, дать ответы на многие ключевые вопросы, которыми занимаются геология, климатология, геохимия и так далее. То есть необходимо экстраполировать, генерализировать, что ли, эти данные на всю ту научную область, которая прошла определенный эволюционный путь в своем развитии.

И с этой точки зрения, первостепенный интерес, если угодно, в потребительском смысле, для лучшего понимания Земли представляют две модели, нам более всего близкие, – Венера, со стороны более близкой к Солнцу, и Марс, находящийся в противоположной стороне. Эти планеты удалены от Земли по космическим масштабам на ничтожные расстояния. Венера – на 0,3 астрономических единицы (астрономическая единица – это 150 миллионов километров), а Марс находится в полтора раза дальше от Солнца, чем наша Земля. Так вот, это две предельные модели, которые решительным образом не похожи на Землю, и соответственно сама природа дала нам возможность изучать их и понимать, за счет какого эволюционного пути они стали столь разительно отличными от Земли.

Наконец есть еще один аспект, а может быть, даже два. Третий аспект, который бы я выделил, – это, конечно, понимание того, как зародилась жизнь на Земле, была ли сама Земля колыбелью жизни? В представлениях некоторых людей присутствует своего рода земной "шовинизм", заключающийся в утверждении, что жизнь могла возникнуть только на Земле. Но может быть, это более распространенное явление? И мы можем говорить о том, что Земля не является исключением, а является одним из пристанищ жизни – не будем сейчас говорить о том, примитивной или более высокоразвитой.

Наконец, последний аспект, который мне бы хотелось упомянуть, – это то, что мы должны думать о поступательном развитии человечества. Задумаемся о том, каких успехов мы достигли всего за полвека, менее чем полвека. После того как мы вышли в космос, мы одно время не помышляли о том, что будем иметь возможность рассматривать различные тела Солнечной системы в непосредственной близости, сажать туда космические аппараты, проводить даже более сложные исследования.

Так вот, надо думать о том, что человечество так или иначе придет к тому, чтобы начать летать к этим небесным телам. И я глубоко верю – не надо думать о том, что это случится через 100 лет или через тысячелетие. Если человечеству суждено выжить, если всякого рода экологические, социальные и прочие катастрофы не погубят нас. Скажем, есть известная формула Френсиса Дрейка для исчисления количества потенциально возможных высокоразвитых индустриальных цивилизаций. Так вот, если сомножитель в формуле Дрейка, который отвечает длительности существования высокотехнологичной цивилизации, благоприятен в случае Земли, то мы можем рассчитывать на то, что будет своего рода, в хорошем смысле, экспансия человечества и в пределах Солнечной системы, и, возможно, вне ее. То есть человечество может рассматривать Солнечную систему, а не только Землю, в качестве своего законного, естественного дома.

Собственно, это, пожалуй, те четыре основных критерия, на которые мы опираемся, когда говорим об исследованиях в этой исключительно интересной области. Я должен сказать, что мне, наверное, в жизни очень повезло, потому что я пришел в эту область не сразу, не со студенческой скамьи, это получилось через несколько различных этапов моей личной биографии. Но, так или иначе, мне довелось проводить различные эксперименты на наших космических аппаратах. Причем, повторяю, наверное, счастливая судьба состоит в том, что я застал эпоху нашего космического расцвета, когда мы действительно были впереди всех, когда мы получали очень весомые, очень значимые результаты. Когда, что называется, "руки дрожали", когда мы получали ту информацию, которая еще не известна человечеству. Вы можете себе представить то возбуждение, которое человека охватывает, когда он открывает что-то действительно новое. Так вот, это новое мы получали в экспериментальной части. И повторяю, мне, моим ближайшим коллегам очень-очень повезло в том, что мы застали ту эпоху. Это сейчас мы очень сильно отстали, не будем сейчас говорить о всякого рода причинах, которые к этому привели. Но мы действительно заслужили вполне определенное признание, потому что в значительной мере были первопроходцами в этой области.

Но одновременно с этим мне довелось очень много работать над различного рода математическими моделями, которые призваны обобщить, объединить различную информацию, которая поступает, и взглянуть на нее более широко, попытаться переосмыслить определенные теоретические представления, изначально существовавшие.

Вы упомянули о некоторых книгах, в частности, о концепции Азимова. Так вот они покоятся на наших данных, отражающие эпоху начала нашего глубокого проникновения в Солнечную систему, которую мы сейчас называем рекогносцировкой.

Так вот, к концу прошлого столетия, после очень успешных полетов, в частности, полетов в дальнюю Солнечную систему "Вояджера", "Галилея", до этого – "Пионеров", у нас раскрылись глаза, мы действительно очень многое узнали. А сейчас совершенно сумасшедшие результаты получаются и по Марсу, и по малым телам. Мы имеем возможность высаживать аппараты... Не мы, а американцы, но под "мы" я имею в виду человечество. Мы высаживаем аппараты на малые тела, мы говорим о том, чтобы запустить спутники вокруг этих малых тел. И, скажем, NEAR Шумейкер – так называется аппарат для исследования астероидов, сближающихся с Землей, – уже практически это сделал. И после того как он стал спутником, он опустился на поверхность этого астероида, я имею в виду астероид Эрос. Кстати, очень небольшой астероид. Он имеет форму картофелины, максимальный размер где-то порядка 35-ти километров, а два других размера – по 8. Так вот, на это тело опускается космический аппарат, не просто фотографирует его при сближении, а проводит исследование на поверхности.

И опять-таки, вернемся к математическим моделям, к моделям, которые обобщают эти данные. Скажем, экстраполируя ту область, которую исследует NEAR, можно говорить о том, что количество мелких кратеров на этом астероиде отвечает цифре (если брать с порогом порядка 15-20 метров) порядка 100 тысяч. Это сразу же дает представление о тех исключительно важных динамических процессах, которые мы имеем в Солнечной системе. То есть это соударение, это очень сильная модификация вещества, его переработка вследствие такой метеоритной бомбардировки – и так далее, и так далее.

Так вот, то направление, которым мне довелось заниматься в течение уже многих лет (а сейчас это, пожалуй, стало основным в моей деятельности, поскольку эксперименты очень ограничены) – это своего рода механика природных космических сред. И сюда подпадает очень многое – это развитие различного рода моделей, связанных с многокомпонентной радиационной гидродинамикой, это разреженный газ, это турбулентные процессы в различного рода сплошных средах с привлечением кинетических процессов. То есть, исследование обратной связи между гидродинамикой и химической кинетикой. Это по существу совершенно новое направление, которое мы, позволю себе сказать, достаточно успешно развиваем в течение примерно последних двух десятков лет.

Поэтому эти модели очень сильно стимулируют и экспериментальные исследования. И это стимулирование в значительной мере связано с тем, что открываются не только новые возможности, о которых я говорил в плане космической техники, в плане использования космических аппаратов для достижения самых, может быть, амбициозных целей. По крайней мере, в ближайшем будущем эти такие, например, цели, как сопровождение кометы при помощи космического аппарата, и прослеживание всей эволюции, связанной с сублимацией газа при ее сближении с Солнцем. Это совершенно фантастическая вещь, это не просто какие-то отдельные обрывки информации при быстром пролете около кометы, это действительно ее сопровождение в течение, по некоторым предварительным прогнозам, может быть года, может быть полутора лет. Это очень большой срок – конечно, не в геологическом смысле, но это очень большой срок для того, чтобы такую эволюцию прослеживать.

Так вот, с одной стороны, совершенно колоссальная перспектива и уже наблюдаемый прогресс в космической технике. Параллельно с этим совершенно колоссальные, новые результаты, которые получаются с помощью наземных инструментов.

Наземные астрономические инструменты дают нам возможность сейчас делать то, что когда-то было абсолютно немыслимо. Скажем, в качестве яркого примера, можно назвать исследование колец Урана. Кстати, просто попутно: все планеты-гиганты имеют кольца, причем кольца различной конфигурации. Самый знаменитый пример – это кольца Сатурна, у которого их множество систем. Кстати, в каждом из этих видимых колец находится до тысяч мелких колечек, и это связано, в частности, с динамикой поведения этих колец вблизи космического тела. Значительное число этих колец, как это сейчас на экране показано, поддерживается спутниками, которые находятся в окрестности этого кольца. И неслучайно они называются спутниками-пастухами, они как бы пасут те частицы, которые составляют кольцо.

Так вот, кроме Сатурна, повторяю, у всех планет, – у Юпитера, у Урана, у Нептуна – тоже есть свои системы колец со своими замечательными и определенными свойствами. Скажем, очень узкие есть колечки у Урана, 9 колец, чрезвычайно узкие и очень тонкие. У Нептуна – это кольца, которые не складываются в единую систему, а представляют собой отдельные дуги.

Связано это с тем, что происходит размазывание частиц, существующих на различных расстояниях, с различными скоростями – частиц, обращающихся вокруг тела. И они не имеют возможности соединиться в единое кольцо, потому что есть система резонансов от спутника, и это резонансное явление отражается в виде таких разрывных колец. Примеров таких можно очень много привести.

Так вот, повторяю, это было в начале выдающихся успехов в наземной астрономии. А сейчас эти успехи вообще грандиозны. Скажем, последние несколько лет открывается один за другим колоссальное количество спутников в окрестности опять-таки планет-гигантов. Вообще открытие спутника – это всегда было грандиозным событием. В свое время "Вояджеры", американские аппараты, последовательно пролетели мимо Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна. Где-то в районе, по-моему, 2015 года они должны выйти на периферию Солнечной системы, пересечь ту область, которая связана с натеканием солнечной плазмы на межзвездный газ, где образуется своего рода ударная волна. Это, кстати, тоже очень интересная вещь, которую предстоит исследовать. "Вояджеры" открыли большое количество новых спутников у всех этих планет при пролете мимо них, и открытие каждого спутника было событием.

Так вот, мы думали, скажем, что у Юпитера – 17 спутников, у Сатурна – 18. А за последние несколько лет мы узнали, что у Юпитера их – порядка 40, у Сатурна – 32. Сейчас поступила совсем новая информация: у Нептуна, самой далекой планеты Солнечной системы, тоже открыто три новых спутника, и это сделано не при помощи космических аппаратов, а при помощи так называемой ПЗС-матрицы. Она обладает очень высокой чувствительностью и устанавливается на телескопы умеренного размера. Это колоссальный прогресс, который нам позволяет сильно расширить представление о Солнечной системе.

Ну, и наконец, математическое моделирование. Оно стимулируется не только этим новым потоком знаний – всегда надо на что-то опираться, когда вы строите модель, а не только напрягать серое вещество и использовать ту квалификацию, которую вы получили в течение вашей научной жизни. Очень важно при всем при этом обладать очень хорошими инструментами. И в данном случае инструментами являются, конечно, отличные компьютеры, которые сейчас стали привычным инструментом. И теперь мы можем просчитывать те модели, которые раньше были абсолютно не в состоянии считать (скажем, я упомянул о химической кинетике, которая связана с гидродинамическими процессами). Это стало возможным именно благодаря тому, что мы можем использовать машины терафлопного уровня. Это, конечно, грандиозное достижение.

Я чувствую, что я, может быть, немножко увлекся этим общим аспектом.Александр Гордон: Вы рассказали о том, как богат и широк сегодня инструментарий, какие замечательные открытия делают с его помощью. Но мне бы хотелось дальнейшую беседу, если вы позволите, построить таким образом: "Прежде мы думали, что... Теперь мы знаем, что..." Потому что Солнечная система, в общем, достаточно обманчивая вещь. Зная из школьной программы о достижениях Коперника, мы, так или иначе, на протяжении всей жизни, получая какую-то информацию, выстраиваем каждый себе свою Солнечную систему. Она достаточно схожа с другими, – все системы схожи друг с другом, – но оказывается, мы не знаем каких-то вещей, которые являются основными, основополагающими в этой системе.М.М. Я себе позволю, Александр, учитывая дефицит времени, несколько схематично ответить на ваш вопрос. Скажем, мы имели абсолютно смутное представление о ближайших наших соседях, я с этого начал.

Итак, Венера – когда запускали первые космические аппараты, мы не знали, на какое давление эти аппараты рассчитывать. Я очень хорошо помню первое обсуждение с главным конструктором АКБ имени Лавочкина Георгием Николаевичем Бабакиным, очень рано ушедшим из жизни, памяти которого я посвятил одну из своих книг. Мы обсуждали, какое давление может быть на поверхности.А.Г. Какие гипотезы были?М.М. Гипотезы были такие: от 0,5 атмосфер до тысячи, грубо говоря. Поэтому Бабакин принял, я бы сказал, генеральское решение, он сказал: "будем строить на 15". И, как оказалось, на высоте 23 километра при давлении, правда, в 18 атмосфер (это был конструкторский запас) мы были раздавлены. То есть давление на поверхности оказалось 92 атмосферы. Мы себе этого не представляли. Хотя о температуре по радиоастрономическим данным уже были представления – неоднозначные, но, тем не менее, они существовали: что температура на поверхности порядка 500 градусов, если точнее, 470 градусов Цельсия.

Далее, углекислый газ – страшно негостеприимная среда. О том, что на поверхности, какой рельеф, никаких вообще представлений не было. Мы очень смутно себе представляли, что скрывает эту поверхность. Это не только плотная атмосфера, но и облака, которые тоже оказались экзотическими: они сложены из серной кислоты примерно 85-процентной концентрации. Это, кстати, заставило очень серьезно поработать в технологическом плане, чтобы парашюты смогли выдержать такие условия.

Явления на поверхности. Мы сейчас знаем, что Венера обладает достаточно молодой поверхностью, что там, по-видимому, совсем недавно в геологическом смысле (это десятки, сотни, может быть, миллионов лет, что несопоставимо с возрастом Солнечной системы в 4 с половиной миллиарда лет) закончилась, а может быть, даже и продолжается, вулканическая деятельность. И так далее, о Венере можно говорить исключительно много.

Итак, это абсолютно новый взгляд на эту планету, и мы (я уже говорил о математических моделях) очень много занимались тем, что обусловило такие процессы, таковы современные условия на Венере.

Что касается так называемого необратимого парникового эффекта, чем он вызывается, как планета эволюционировала? Мы думаем, что на Венере изначально был достаточно мощный океан, но в силу начальных этапов эволюции этот океан был потерян. И есть некие свидетельства, которые подкрепляют такую модель, такую гипотезу.

Марс. Сейчас запущен "Марс-Экспресс", аппарат Европейского космического агентства. Успешно работают на орбите "Марс-Сорвейер" и "Марс-Одиссей", американские аппараты, они дали очень много новой информации. Мой коллега Брюс Яновский как-то написал: "Я думал, что знаю о Марсе все, но оказалось, – это он сказал в 2001 году, – что я знаю очень и очень мало".

Так вот, мы сейчас имеем достаточно много свидетельств того, что на Марсе, видимо, есть вода, которая в основном, видимо, существует в подповерхностном слое достаточно близко к поверхности. И это не просто обнаружение реального свидетельства наличия воды при помощи нейтронных мониторов, которые летают до сих пор на "Марс-Одиссее", и мы очень гордимся тем, что один из этих приборов наш, российский. Но он определяет воду исключительно в тонком слое порядка одного метра.

Это, кстати, тоже отдельный разговор, и очень интересный. Ведь определяется наличие не воды, а водорода. И есть некие вариации, причем и сезонные, и долготно-широтные вариации. Это связано с тем, что есть определенные новые представления о минеральном составе поверхности, потому что водород связан не только в воде, он связан еще в гидротированных минералах.

Кроме того, мы знаем, что в полярных шапках Марса запасено огромное количество льда, если мне память не изменяет, это десятки миллионов кубических километров. Но если ее равномерно разлить по поверхности, то это всего будет слой, может быть, в 25-30 метров. Но, безусловно, воды на Марсе гораздо больше. Кстати, оценки показывают, что за счет диссипации, убегания, могло быть потеряно всего несколько метров такого водяного слоя. Спрашивается: где остальная вода? По-видимому, она в подповерхностном слое. И сейчас есть яркие геологические свидетельства, что эта вода располагается достаточно близко.

Там есть не только старые высохшие русла, но и конфигурации типа оврагов, которые показывают, что происходит вынос воды изнутри. Причем, опять-таки модели показывают, что уже на глубине несколько сот метров, до километра, существуют уже достаточно теплые условия, и там может быть жидкая вода. Я, кстати, говорил об этом в одной из своих книжек, тоже где-то в 80-х годах. Эти вопросы мы когда-то очень бурно обсуждали с совершенно великолепным специалистом, планетологом Карлом Саганом. Так вот, эти представления сейчас подкрепляются реальными данными. Таково изменение нашего взгляда на Солнечную систему, о котором вы меня спрашиваете.

И наконец, если там есть жидкая вода, а мы видим эти свидетельства, значит, есть гораздо большая вероятность действительно обнаружить живые организмы на Марсе. Вот показан метеорит, который был найден в Антарктике, ALH-80001, это шерготитовый метеорит, который является определенным свидетельством наличия жизни. Но дебаты продолжаются: свидетельство ли это биопродуцирования организмов, или это все-таки просто некая органика. Скажем, полициклические ароматические углеводороды, которые там обнаружены.

Кстати, эти находки имеют нанаметровые размеры, и были возражения, что на Земле таких нет. Это неверно, на Земле есть такого рода образования, это некие, что ли, ископаемые.А.Г. Окаменелости.М.М. Да, окаменелости. И в этом смысле мы можем говорить о том, что все-таки, по-видимому, биогенное происхождение этих находок более вероятно. Об этом, в частности, свидетельствует и то, что там сосуществуют сернистые соединения вместе с гематитами, то есть с железистыми образованиями, и так далее.А.Г. Но органика не значит – жизнь.М.М. Я имею в виду "биогенное происхождение", это значит, что они продуцируются именно за счет таких процессов.

Но загадки продолжаются, не надо думать, что нам сразу же все стало ясно. Да, мы говорим о том, что существует большая вероятность встретить там жизнь. На Марсе для меня исключительно интересным представляется то, что обнаружено палеомагнитное поле. То есть Марс имел достаточно сильное магнитное поле, когда у него еще, видимо, было достаточно мощное жидкое ядро. Потому что мы исходим из представлений о необходимости динамо-механизма для формирования магнитного поля, его возникновения и поддержания.

Так вот, эти следы магнитного поля не равномерно распределены по планете, и это тоже может иметь объяснение. Различные области, возможно, нагревались по-разному и проходили так называемую точку Кюри, где происходит полное размагничивание. Но в определенных местах эти следы сохранилось. И очень интересна корреляция следов магнитного поля с гематитами. Что такое гематиты? Это хорошо известная ржавчина. Как образуется ржавчина из железистых соединений? При наличии воды (опять-таки вода!) и наличии кислорода. Но одновременно с этим на Марсе колоссальные пространства образованы такими минералами, как полевые шпаты и пироксены. Это очень хорошо известные изверженные породы. Но возьмите пример Гавайев: свежеизверженная лава в течение нескольких лет при наличии воды и кислорода превращается в глины. Если на Марсе образуются гематиты (а я сказал, при каких условиях это может быть), то почему там сохраняются такие неокисленные изначальные породы? Это одна из загадок. И примеры можно продолжать.

Опять-таки, мы абсолютно ничего не знали о внешних областях Солнечной системы, у нас были очень смутные представления. Полнейшей неожиданностью, открытием было наличие мощнейшего вулканизма на Ио. Это один из четырех галилеевых спутников Юпитера. Кстати, все эти четыре галилеевых спутника по размерам находятся между Луной и Меркурием. Так вот, мощнейший вулканизм на Ио, где постоянно наблюдается где-то около десятка действующих вулканов. А всего таких вулканов, по оценкам, где-то порядка 500, и это на теле размером меньше Луны! То есть вулканизм на Ио гораздо более мощный, чем на Земле. Чем он поддерживается? Приливными влияниями. Дело в том, что есть определенная синхронизация орбит. За четыре оборота Ио Европа обращается два раза, а самый крупный – Ганимед – всего один раз. И это притяжение в мощном гравитационном поле Юпитера создает колоссальное приливное воздействие, диссипация этой приливной энергии приводит к мощнейшему разогреву недр. Раньше мы ничего об этом не знали.

Следующее – Европа. Европа оказалась не менее интересной. И неслучайно к ней сейчас планируется полет одного из аппаратов, этот вопрос серьезно обсуждается в американском НАСА. А.Г. Полет чуть ли не с посадкой и с бурением.М.М. Совершенно верно, с посадкой и бурением. Это, кстати, и в одном из наших проектов тоже просматривается.

Так вот, Европа, по-видимому, обладает достаточно мощным водяным океаном, возможно, с достаточно высокой соленостью. А атмосферы там практически нет. Поэтому обязательно должна быть толстая ледяная кора. Мы видим свидетельства этому – трещиноватость, мощнейшие желоба, которые проходят по поверхности и более или менее периодически обновляются свежим льдом. То есть это выходы, это трещины. Причем там есть некие неупорядоченные структуры, и это связано с тем, что при вращении этот жидкий слой отстает от вращения центрального ядра. То есть получается, вообще говоря, очень интересная закономерность, достаточно легко объясняемая с физических позиций.

Но самое интересное – это то, что там есть какой-то гидротермический процесс, возможно, там есть то, что называются "черными курильщиками", которые обнаружены у нас в океанах. То есть, есть все время подвод. А мы знаем, что в черных курильщиках благоприятно себя чувствуют бактерии, они просто великолепнейшим образом переносят гидротермальные, супертермальные температуры.А.Г. Там целая фауна существует...М.М. Абсолютно точно. Там температуры выше точки кипения. Кстати, если уж я об этом упомянул – есть совершенно четкие свидетельства, что биосфера есть и на большой глубине в Земле. Это так называемая глубинная биосфера. И по оценкам, величина биомассы, которая присутствует на глубинах до, может быть, нескольких километров, сопоставима с тем, что у нас есть на поверхности.А.Г. Это для меня совершеннейшая новость.М.М. И это показывает нашу зашоренность, ограниченность наших представлений. А раз это глубинная биосфера, то она не нуждается в фотосинтетическом процессе. Для жизни нужны три фактора: энергия, питание и обязательно дыхание. Пища, дыхание – обмен веществ. Так вот, в случае фотосинтеза все понятно, к этому мы привыкли. А глубинная биосфера, по всей вероятности, поддерживается за счет химических, гидротермальных процессов. Различные растворы, которые существуют на глубинах, за счет химических процессов, прежде всего экзотермических реакций, поддерживают эту энергетическую часть.

Так вот, на Европе, возможно, мы имеем эти процессы. Кстати, эти концепции можно распространить и далее. Они оказываются исключительно интересными с точки зрения возможности наличия жизни на других планетах, не только на Марсе или на Европе. Так вот, на Европе мы имеем, вообще говоря, очень высокую вероятность наличия жизни в этом океане.А.Г. Магнитное поле есть у Европы?М.М. Небольшое. И это, кстати, дополнительное свидетельство того, что там есть соленый океан, без него магнитного поля не существовало бы.

И вы знаете, мы имеем исключительно интересную вещь. Я возвращаюсь к тому, о чем я бегло упоминал – вопрос жизни. Я говорил о жизни на Марсе, я говорил о миграционных и столкновительных процессах в Солнечной системе, эти столкновительные процессы исключительно важны. Если у меня будет время, я еще два слова об этом скажу.

Так вот, дело в том, что на планеты все время выпадает различное вещество, различные тела. Опять-таки, это было нам неизвестно. Мы жили зашоренными и говорили: "все это там, нас этот не касается". Касается. С Марса или с Луны вещество гораздо легче доставить на Землю, чем наоборот – массы различные, скорость убегания разная. Так вот, происхождение метеорита LLH 800001 связано с Марсом, в значительной мере потому, что уникален изотопный состав той атмосферы, следы которой присутствуют в этом метеорите.А.Г. А за счет чего он был выброшен с Марса?М.М. Он был выброшен, по всей вероятности, за счет удара мощного астероида, эти процессы постоянно происходят. Такая бомбардировка постоянно происходит, посмотрите на Луну, посмотрите на Марс. На Земле это более-менее стерто гидросферой и биосферой. То есть, повсеместно присутствуют кратеры различного состава, различного возраста, в разной степени эродированные. Падение достаточно крупного астероида способно выбить это вещество. В результате мы имеем постоянный обмен веществом между планетами. Это очень интересно – транспорт вещества, носителем которого являются эти выброшенные обломки. А если это так, то мы приходим к очень интересному выводу: а может быть, жизнь зародилась не на Земле, а на Марсе и с Марса была занесена на Землю? Мы не можем на этот вопрос ответить.

Почему я об этом сказал, рассказывая о Европе? Да просто потому, что Европа в этом смысле более интересна. На Европу доставить что-то гораздо более тяжело, чем на любую из планет так называемой земной группы.

Дело вот в чем. Скажем, мы найдем жизнь на Марсе, какие-то примитивные формы на уровне бактерий, даже прокариотов, вряд ли эукариотов с ядром. Если мы найдем такие биологические формы, такую примитивную жизнь, я не думаю, что она будет очень сильно отличаться от земной, просто потому, что такой обмен должен был происходить. А Европа в этом смысле совершенно уникальный объект.

С этой точки зрения для меня исключительный интерес представляет Титан, потому что там есть достаточно сложные углеводороды – изначальная, примитивная органика, которой чего-то не хватило, по-видимому, для того, чтобы произошел переход от неживой к живой материи.

Что такое жизнь? Жизнь – это репликация, это прежде всего системы, способные обмениваться информацией и переносить ее. По-моему, это очевидно. Но легко так сказать, а нобелевский лауреат Френсис Крик когда-то сказал, что для него это абсолютно невероятно. Более позитивным является другой нобелевский лауреат – Кристиан Де-Дюв, который сказал, что жизнь является, с его точки зрения, "космическим императивом". Это очень интересно. И с этой точки зрения, мы можем ожидать, что все-таки какие-то следы мы можем найти.

Но опять-таки, надо отвлечься от земного, так сказать, шовинизма. Я все-таки считаю, что вряд ли можно себе представлять жизнь зародившейся на одном таком теле – слишком мала вероятность. А вот если эту вероятность помножить на то количество планетных систем, которые ныне очень быстро открываемых у других звезд, то вероятность очень сильно повышается.

Кстати, опасения о том, что живое вещество не может выдержать экспонирования жесткому излучению в космосе в течение миллионов лет, очень сильно, с моей точки зрения, завышены. От этой опасности достаточно небольшой защиты. Опасность представляет только прямое попадание в ядро, что крайне маловероятно. Потому что между атомом и ядром разница примерно в шесть порядков – поэтому вероятность разрушения ядра очень мала. И с этой точки зрения, я рассматриваю высказанную еще в конце позапрошлого века Свентусом Аррениусом гипотезу панспермии, как очень серьезно заслуживающую внимания.

И наконец, поскольку времени осталось немного, буквально несколько слов хочется сказать о том, что мы совершенно не имели представления о сложной системе колец у всех других планет: Сатурна, Урана, Нептуна. Мы не знали о таком количестве спутников, мы знали только основные. Мы не знали об исключительно интересной динамике процессов в атмосфере Юпитера.А.Г. Я хотел задать вопрос. Что стало известно после выпадения фрагментов кометы Шумейкера на Юпитер?М.М. Вы знаете, планета слишком энергоемка, чтобы на нее таким образом повлиять. Но интересен сам факт: в мощном гравитационном поле Юпитера произошло разрушение кометы, которая, по-видимому, изначально была захвачена где-то в 30-х годах, затем существовала, сближаясь с Юпитером, и наконец приливными силами была разорвана на 22, если не ошибаюсь, фрагмента. И они последовательно выпадали в атмосферу. Мне довелось видеть кое-что из этих событий. И вы знаете, это, конечно, грандиозное зрелище: ведь Юпитер по массе в 330 раз больше Земли.А.Г. А по объему насколько?М.М. По объему это примерно столько же, потому что плотность Юпитера около единицы.

Юпитер по размеру в 10 раз больше Земли, немножко больше, чем в 10 раз. Так вот, это мощнейшее гравитационное поле влечет к себе тело, оно входит в атмосферу с гораздо большей скоростью, чем в атмосферу Земли. Наибольший из фрагментов был, по-моему, размером порядка полутора километров, это процесс в миллион мегатонных бомб. И, конечно, тело не может остаться безучастным, это мощнейшее возмущение. Оно затягивается на нескольких дней, может быть, недель, то есть в конечном итоге атмосфера релаксирует, приходит в нормальное состояние.

Но сама динамика этих процессов исключительно интересна. Мы видим грандиозные циклоны и антициклоны, причем длительно существующие. И, кстати, очень интересно сравнить эти процессы – с учетом других масс, других энергетических соотношений. Получается, что если у нас средняя длительность циклона или антициклона – неделя-две, то их длительность на Юпитере – десятки тысяч лет. И об этом, в частности, свидетельствует большое красное пятно. Кстати, большое черное, темное пятно обнаружено и на Нептуне тоже, очень интересная конфигурация. И в значительной мере это связано с тем (это опять-таки открытие), что существует внутренний мощный тепловой поток из недр, который значительно превышает то, что такая планета получает от Солнца, превышает в разы.

Я упомянул о Плутоне. Плутон – это квазипланета, его поперечник примерно две с половиной тысячи километров. И это, наверное, одно из наиболее крупных тел в так называемом поясе Эджеворта-Койпера. Это пояс, который расположен за Нептуном на расстоянии от 30-ти до примерно тысячи астрономических единиц. Еще дальше, на периферии Солнечной системы – облако Аорта. И из облака аорты и из пояса Койпера к нам приходят тела, носители первичной информации о ранних этапах зарождения и эволюции Солнечной системы – кометы. Исключительно интересные тела. Кстати, мы довольно много занимаемся у нас в отделе, в институте этими телами и с точки зрения механики, и с точки зрения физики, развиваем именно различные численные модели.

Так вот, Плутон... Вы знаете, интересно то, что каждое небесное тело в Солнечной системе имеет свои особенности, попытался их как-то упомянуть. Но сейчас очень хочется сказать о Плутоне. Плутон имеет огромный по размеру – в сопоставлении с самим телом – спутник Харон. И особенность этой двойной системы состоит в том, что Харон обращается точно на таком расстоянии, как геостационарный спутник на Земле. То есть вы имеете созданный самой природой, будем говорить, не гео-, а плутостационарный спутник, который все время смотрит в одну точку, то есть так, как мы подвешиваем на геостационарной орбите спутник специально для того, чтобы четко охватывать определенную область на Земле.

Ну, и наконец, я обещал несколько слов сказать об очень интересных вещах, связанных опять-таки с тем, что Земля не изолирована от остальной Солнечной системы. Это постоянные процессы обмена веществом, это выпадение вещества на Землю. Астероидов огромное количество. По оценкам, астероидов с размерами около одного километра порядка ста тысяч, и это, конечно, огромная цифра. Кстати, в каталоги занесено только 30 процентов. Хотя орбиты известны примерно у 50-ти процентов. Но нужно, чтобы астероид пришел не один раз, чтобы точно каталогизировать объект.

Так вот, очень интересно, что значительная часть астероидов из пояса Дживорты Койпера – через промежуточный захват Юпитером или непосредственно – мигрирует...А.Г. Столкновения, изменения орбит...М.М. Даже не столкновение, а просто возмущение. Это я хочу настойчиво подчеркнуть. Дело в том, что не надо рассматривать Солнечную систему как некое застывшее стационарное образование. Это динамичное образование, в какой-то мере, к ней хорошо применимо даже такое понятие, как хаотическая динамика. Многие тела мигрируют через область Юпитера (или непосредственно) во внутренние области Солнечной системы. В частности, мы исходим из того, что такой процесс был наиболее сильным в конце периода формирования планет-гигантов, его еще называют периодом максимальной метеоритной бомбардировки, когда тысячи, десятки тысяч комет забрасывались во внутренние области и бомбардировали Землю, Венеру, Марс.

Кстати, оценки принесенного вещества для этих планет сопоставимы. И здесь возникают две интереснейших проблемы...

gordon: Регресс в эволюции многоклеточных

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Владимир Вениаминович Алёшин– кандидат биологических наук

Александр Гордон: И поэтому когда я готовился к сегодняшней программе и увидел название темы, вдруг эта простая лестница или филогенетическое древо, как мы его себе представляем, стало у меня, как под ветром, гнуться, путаться. Я уже на самом деле не понимаю: если возможен регресс в эволюции живых существ, причем сложных, многоклеточных, то что такое тогда эволюция?Владимир Алешин: Действительно, независимо от того, чему нас учили в школе на уроках биологии, мы могли бы задуматься над тем, чему нас учили на уроках физики. Для того чтобы возникла или поддерживалась сложная структура, мы должны затратить энергию на ее консервацию. Тепловое движение молекул, космические лучи, ошибки при репликации – все это энтропийные факторы, которые неизбежно приводят к мутациям. Они стремятся разрушить сложную структуру. И они ее разрушат во всех тех случаях, когда не будет затрачена энергия на ее поддержание. Это энергия – тела живых существ, погибших в ходе стабилизирующего отбора, движущего отбора. И как только угасает алтарь жертв, которые приносит вид, эта форма разрушается.А.Г. Мы же не видим вещи в их развитии, мы видим либо установившиеся виды, либо некие формы, которые не позволяют нам судить о том, как был этот вид устроен давно. Так что, наряду с развитием, оказывается, есть еще один движущий фактор эволюции – регресс.В.А. Я бы не назвал регресс движущим фактором. Регресс – это результат действия энтропийных факторов, мутагенеза. Или, может быть, еще каких-то факторов, которые мы сейчас должны заново переосмыслить, потому что мы столкнулись с бесспорными результатами регресса не только среди паразитических животных, которые были описаны раньше, которые не вызывают удивления у специалистов, но и у свободно живущих животных. Это многочисленные свидетельства очень глубокого регресса. И мы видим, что благородная идея, что эволюция обязательно ведет к прогрессу. И она оказывается ложной. Часто это приводит к регрессу.А.Г. Ну, тогда я не понимаю действие отбора. Ведь нас учили, что как только возникает вредная попытка регресса, вот то самое разрушение, о котором вы говорите, отбор должен сделать все, чтобы отбраковать этот экземпляр и не дать возможности ему передать свои гены в следующее поколение. Вы ж говорите об устойчивой передаче этих мутаций до такой степени, что вид просто разваливается на некое примитивное существо.В.А. Очевидно, все случаи регрессивной эволюции не противоречат действию отбора, видимо, в некоторых случаях потеря тех или других органов не сказывается на приспособленность организма. Давайте я вам покажу картинки, чтобы было легче понять, о чем я говорю.А.Г. С удовольствием. Вот одна уже появилась, я вижу.В.А. Тут мы видим личинку асцидии, которая представляет собой настоящее хордовое животное. Дальше эта личинка садится на субстрат и теряет подвижный хвост, в котором хорда, мышцы...А.Г. И превращается...В.А. И превращается во взрослую асцидию. Таким образом, ее индивидуальное развитие регрессивно. Как это развитие возникло? Каковы были предки асцидии? Можно предполагать, что они были похожи на эту личинку и в дальнейшем признаки хордовых остались только личиночными. И это путь регрессивного развития. Можно, правда, выбрать и другой сценарий. Такой, что у сидячих животных расселительные личинки оказались той основой, на которой возник тип хордовых.

Это лепешка – трихоплакс. Они изредка появляются в морских аквариумах и выглядят, как налет грязи на стекле. Вот мы видим разрез ее, прошу задержать эту картинку. На срезе видно лишь два слоя клеток. Этот трихоплакс выглядит, как пирожок с двумя слоями эпителиальных клеток и тоненькой начинкой отросчатых клеток. У него нет ни переднего, ни заднего конца. Тем не менее, это многоклеточное животное. Живет он так – наползает на скопление бактерий или водорослей, в образовавшуюся щель изливает пищеварительные ферменты, ну а потом переползает на следующее место.

Когда-то трихоплакс был очень знаменит, как вероятный предок всех многоклеточных. Потому что это, на самом деле, может быть одно из наиболее просто устроенных многоклеточных животных. У него нет ни одного органа – ни рта, ни кишечника, ни органов чувств, ни мышечных, ни нервных клеток. И поэтому он казался возможным предком – так, как и некоторые другие многоклеточные животные. Вот схема строения одного из таких животных – ортонектиды. Это червячок, у которого покровы представлены однослойным эпителием. И этот мешочек заполнен гомогенным продуктом, гаметами, яйцеклетками или сперматозоидами, в зависимости от того, какой экземпляр попался. И всего лишь несколько волокон мышечных идут вдоль тела этого животного. Рождается ортонектида из гигантской клетки, плазмодия, который прорастает в ткани беспозвоночных, афиур, немертин, моллюсков и некоторых других.

Похожи на ортонектид дециемиды. Это тоже паразитические существа со сложным жизненным циклом. Слева легко рассмотреть устройство дециемиды. Это гигантская осевая клетка, несколько миллиметров длиной, с одним ядром и покрыта чехлом ресничных клеток. В цитоплазме осевой клетки лежат генеративные клетки и эмбрионы на разных стадиях развития, которые по мере созревания также покидают тело дециемиды. С одной стороны, это существо многоклеточное. С другой стороны, здесь все клетки счетные, нет никаких органов чувств и нет специализированных клеток, которых можно ожидать в многоклеточном животном, – мышечных или нервных. Когда-то дециемиды, ортонектиды, трихоплакс – все эти организмы были очень знаменитые, потому что казались предками многоклеточных животных.

Можно переформулировать нашу задачу таким образом. Как нам ориентировать ряд от простых форм, примеры которых мы видели, к сложным? Или наоборот. Оказалось, что в этом нам могут помочь макромолекулы, которые имеются у всех многоклеточных животных, а также и за пределами многоклеточных. Пример такой макромолекулы показан на рисунке. Видно, что это очень сложная структура. Каждая точка – это символ нуклеотида (это малая рибосомная РНК, ее модель). Сейчас мы рассмотрим в большем увеличении кусочек этой молекулы, которая подсвечена.

На этом большом плакате в верхней части рисунка собраны самые разные существа. От бактерий до многоклеточных животных, губок и грибневиков, структура молекулы у которых соответствует первому типу. В нижней части этой простынки собраны соответствующие участки, выбранные из многоклеточных животных других типов. По сути, мы можем по этому признаку все многообразие разделить на две группы.А.Г. Таким образом получили инструмент, с помощью которого можно выстроить тот самый ряд, о котором вы говорите. Показать кто кому родственник.В.А. Вот результат построения дерева с использованием молекулярных признаков. На подсвеченном фоне мы видим многоклеточных животных и только их. Но за одним исключением, на котором я остановлюсь. И это свидетельство того, что те способы, которые мы используем, дают разумные результаты.

Мы видим, что все многообразие живых существ распалось на две группы. Одна показана черным, а другая цветным. Многоклеточные животные отчасти попали на черный фон – губки и грибневики. Монофилитическую группу вместе с билатерально-симметричными животными составляют книдарии, трихоплакс. И, таким образом, мы можем заключить, что общий предок многоклеточных животных обладал, по крайней мере, тем набором признаков, которые свойственны грибневикам.

Это схема грибневика, желетелого организма довольно сложного строения. У него в отличие от кишечнополостных имеется аборольный чувствующий орган, сложно разветвленная гастроваскулярная система, снабженные мускулами щупальца, гонодукты. Открытие ползающих грибневиков в конце 19-го века было зоологической сенсацией, потому что их тут же записали в предки билатерально-симметричных животных. Теперь же мы видим, что они не имеют непосредственного отношения к предкам билатерально-симметричных животных. Но сложная структура, свойственная грибневикам, должна быть отнесена, по крайней мере, к общим предкам. К общему предку грибневиков и ветви, которая ведет в другую сторону, к билатерально-симметричным животным – кнедариям, к трихоплаксу, артенектидам, дециемидам.А.Г. То есть, получается, что грибневик от общего предка пошел по привычному нам эволюционному пути прогресса.В.А. Ну, или, по крайней мере, не испытывал масштабного регресса.А.Г. Да, а та группа, которую вы описали сейчас, несмотря на то, что предок у них общий, явно регрессировала в процессе эволюции.В.А. Да, об этом можно говорить вполне определенно.А.Г. А у этой точки зрения есть противники или против вот этой молекулярно-генетической картины не поспоришь?В.А. Что касается положения среди многоклеточных животных – трихоплакс, ортонектид и дециемид, то этот вопрос можно считать полностью решенным. Хотя детали топологии дерева продолжают оставаться предметом, который требуют дальнейших исследований.В.А. Вот на этой картинке мы видим результат работы генов, которые у билатерально-симметричных животных определяют эмбриональное развитие. А именно передне-заднюю ось. И здесь эти гомеотические гены, управляющие эмбриональным развитием, определяющим передний и задний конец, работают у животного, у которого нет ни переднего, ни заднего конца, ни права, ни лева, ни головы, ни кишечника, ни рта, ни органов чувство. И, очевидно, что эти структуры существовали.А.Г. То есть, они достались от предков, у которых все это было.В.А. Они достались от предков, так точно.

А вот изображение иглокожего ксилоплакса, которого не так давно, лет десять назад, обнаружили на топляке, на досках и бревнах, которые затонули глубоко в море. У этого иглокожего также нет кишечника, нижняя сторона – это мембрана, которой ксилопуаксас прижимается к деревяшке и таким образом питается. На самом деле это морская звезда. Невозможно представить, чтобы отсутствие кишечника у морской звезды было первичным. Точно так мы можем представить и возникновение трихоплакса. Отказавшись от свойственного другим кишечнополостным способа охоты на добычу, он стал собирать крошки со дна, все шире и шире раскрывая рот. Если ксилоплакс надеется на гуманитарную помощь, которая сверху на дно упадет, то также и у трихоплакса рот расширился, он проходит по краю тела, а передне-задняя ось оказывается перпендикулярной субстрату. Таким образом, рот проходит по краю тела и нижняя поверхность, нижний эпителий это и есть кишечный эпителий.

Можно следующую картинку. Здесь мы видим простейших, они всегда фигурировали в курсе протозоологии, это миксоспоридии. На нижней части показан плазмодий миксоспаридии. В жаберном лепестке рыб, внутри плазмодия множество ядер, некоторые обособляются, превращаются в спорогенные клетки, а спорогенные клетки образуют споры. Спора – многоклеточная. Больше всего она похожа на шкатулку. Бывают они разной формы и строения. Ну, например, две створки, на каждой створке по стрекательной капсуле, а внутри шкатулки одна двуядерная клетка или две одноядерных. Электронно-микроскопические исследования показали, что клетки споры соединены десмосомами, как это наблюдается в эпителии многоклеточных животных. А здесь показаны фрагменты коллагенного соединения, которое также характерно для многоклеточных животных. Наличие стрекательных капсул давно заставляло некоторых специалистов предполагать, что миксоспаридии родственны кнедариям. Эта очень сложная структура и ее независимое возникновение кажется маловероятным. Но до тех пор, пока не были получены данные о молекулах миксоспаридий, это было экзотическим предположением, которое, скорее, могло рассматриваться в качестве казуса. Однако мы видели фрагмент сложной структуры молекулы рибосомной РНК, которая в важном для нас диагностическом участке у миксоспаридий такая же, как и у билатерально-симметричных животных.

А вот эта картинка показывает особую малоизвестную миксоспаридию, которая, в отличие от тех, которых мы видели – паразитов рыб – паразитирует в пресноводных мшанках. Пресноводных мшанок не каждый видел. Это будденброкия, которая сохраняет признаки червеобразного организма.

Можно следующую картинку. Это поперечный срез будденброкия. Видны мышечные ленты, которые у остальных миксоспаридий полностью отсутствуют. Таким образом, мы вынуждены признать, что регресс в случае миксоспаридий привел не только к потере всех органов, как это мы видели на примере трихоплакса или дециемид, но к тому, что полностью разрушена вся структура многоклеточного организма и возникла организация одноклеточного.А.Г. То есть, именно данный вид – это некая промежуточная стадия, которая находится на пути регресса, но не регрессировала окончательно в те виды, о которых вы говорили вначале?В.А. Видимо, это одна из линий регрессивной эволюции. И результат этого регресса здесь наиболее глубокий, потому что утеряны всякие признаки, свойственные многоклеточным животным.

Кроме вот таких крайних случаев, которые мы рассмотрели, видимо, многочисленные случаи регресса в дальнейшей эволюции многоклеточных животных также происходили. И таких примеров, как мы можем тоже заключить из результатов независимого построения деревьев по молекулярным признакам, также там остается немало. Один из наиболее ярких – это ксенотурбеллярии. Ксенотурбелла была описана, как один из самых примитивных и просто устроенных представителей многоклеточных животных. В результате анализа молекулярных признаков она была отнесена к моллюскам и совсем недавно описана личинка ксенотурбеллы, которая сложно организована. На левой части рисунка мы видим эту личинку. У личинки есть нога, зачатки жабр. То есть, результат молекулярного анализа, относящего ксенотурбеллу к моллюскам, можно считать достаточно объективным.А.Г. В данном случае лучше, наверное, говорить – не зачатки жабр, а остатки жабр.В.А. Да, пожалуй.А.Г. Простите, я вклинюсь с вопросом. А если экстраполировать возможность регрессивной эволюции на более сложные организмы, в том числе на высшие формы? На приматов, скажем? Тогда уже не таким бредом представляется недавнее заявление о том, что нынешние бесхвостые обезьяны и человек имели общего предка. Только человек пошел по линии прогресса, а обезьяны по линии регресса. И что у шимпанзе и хомо сапиенса общий предок не на семь миллионов лет назад отстоит, а что он как раз находится где-то между первыми гоминидами и хомо сапиенс. Что эта ветвь, отделившись, пошла разрушаться приблизительно по такому же принципу, о котором вы говорите. Подобную экстраполяцию на высших животных можно делать? Как, по-вашему?В.А. Я не очень понимаю, как нам сравнить прогрессивность и регрессивность гоминид, потому что может быть многие из тех действий, которые совершают люди по отношению к своим собратьям, это ужасно. И то, что это происходит, можно считать регрессом.А.Г. В этой связи – я знаю одну научную работу генетика из Новосибирска, который утверждает, основываясь, в первую очередь, не на филогенетическом материале, а, как это ни странно, на единственной вещи, которая отличает нас от животных, то есть на способности к речи. И показывая, каким образом деградировала речь у хомо сапиенс со времен известных нам, от Гомера и до наших дней, он пытается таким образом доказать, что хомо сапиенс сам стоит на пути регресса. И потеря некоторых функций мозговой деятельности, то есть резкое их снижение, говорит о том, что хомо сапиенс как раз регрессирует, а не прогрессирует, как бы мы этого не хотели.В.А. Идея о том, что эволюция обязательно ведет к прогрессу, эта благородная идея, как мы видим на этих примерах, не имеет достаточной поддержки. Мы можем видеть, что иногда эволюция приведет и к регрессу, в том числе не обязательно паразитических, но и свободноживущих животных.А.Г. Но законы эволюции одни, и поэтому мы можем перекидывать мостик от достаточно все-таки простых многоклеточных к существам, которых мы, по крайней мере, считаем высшими. В принципе, такой мостик имеет право на существование.В.А. Для того чтобы сохранить или увеличить, чтобы достичь прогресса, надо не надеяться на то, что эволюция сама вывезет, а затрачивать на это большие усилия. И то, что мы видим в нашем мире, во многих случаях представляет собой откат назад. Очень существенный откат. В старых учебниках, по которым мы еще учились, была записана критика младогегельянцев в адрес их учителя Гегеля, который прусскую монархию посчитал высшей ступенью в развитии государства, чересчур обобщив вывод о том, что все сущее разумно. Несомненно, структура трихоплакса, существа, которое потеряло все нервные, мышечные клетки, любые органы, несомненно, она разумна. Она обеспечивает его выживание, его биологический прогресс. Но с точки зрения морфологии это – регресс, причем очень глубокий, и очевидно, что в тех вопросах, которые волнуют людей больше всего, в их жизни, в их социальной жизни, мы также можем встретиться и встретились со случаями регресса, необычайно глубокого и поразительного.А.Г. Но тут мы с вами вступаем уже на поле битвы социологов и политиков.В.А. Да, я думаю, что лучше нам оставаться в той области, где я могу привести реальные примеры.А.Г. Потому что так и до евгеники недалеко. При почти полном отсутствии естественного отбора, по крайней мере, при снижении его давления на сегодняшнее человечество, на хомо сапиенс, очень многие умы на протяжении 20-го века задумывались об искусственном отборе, но, смотрите, к чему это привело.В.А. Я думаю, что этого пугала евгеники, может быть, не стоит бояться – генетический груз реально существует, но эти процессы очень медленные. Да, мы должны о них знать и научиться бороться с наследственными болезнями. Это будет сделано.

Но гораздо больнее для нас не длительное накопление генетического груза, которое будет происходить в течение миллионов или десятков миллионов лет, а то, что у очень многих людей с возрастом в результате мутаций возникает раковая опухоль. И мы должны научиться преодолевать такие генетические дефекты уже сейчас.

gordon: Судьбы планет

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Леонид Васильевич Ксанфомалити– доктор физико-математических наук

Леонид Ксанфомалити: ...Марс будет настолько близок к Земле, как он не был в течение последних примерно десяти тысяч лет. На самом деле это всё очень условно, потому что близкое противостояние и далекое противостояние не очень различаются между собой. Но сам по себе астрономический факт интересен. Любопытно, что последние примерно сто лет интерес к Марсу не увядает. Я посмотрел литературу и обнаружил, что все эти сто лет Марс был, в общем, в центре внимания публики. Очень интересно, что в 1897 году в России была опубликована книжка Камиля Фламмариона, в которой он, в частности, писал о том, как живут марсиане. Он писал, что марсианское общество ушло от нас очень далеко вперед в области культуры, что они живут семьями, что они овладели науками, искусствами и вообще представляют собой очень совершенное общество.

Но любопытно, что наряду с такими экскурсами, которые временами Фламмарион допускал, он вместе с тем писал очень интересные вещи о планетах, и даже, пожалуй, астрономы второй половины 20-го века – все учились по его книжкам, и не только астрономы, не только ученые, не только люди, интересующиеся наукой. У нас вообще небо было очень популярно почему-то в то время. В 1898-м году была опубликована опера Римского-Корсакова "Царская невеста", там есть ария Марфы, помните? "В других краях, в других мирах такое ль небо, как у нас", – поет умирающая Марфа. Опять-таки проявление интереса к небу.

И этот неувядающий интерес к небу, интерес, в конечном счете, к Марсу, подталкивает и сейчас исследователей к запуску одного за другим аппаратов к Марсу, к исследованиям с целью определить самое-самое, казалось бы, загадочное явление – жизнь. Есть ли жизнь на Марсе, откуда взялась жизнь на Земле? Мы когда-то говорили с вами, примерно год назад, как эти явления связаны, и что жизнь, по-видимому, если возникает на одной планете, обязательно должна была перенестись и на другую планету.

Так что это противостояние привлекло внимание любителей астрономии. Насколько мне известно, они мобилизуют свои телескопы, ведь до августа осталось уже недолго, и Марс будет наблюдаться большой армией, как любителей, так и профессионалов. Вместе с тем в последние годы у Марса появились новые космические аппараты. И как всегда это бывает, появляются новые технические средства, появляются новые возможности и появляются новые открытия.

Я не случайно начал с проблемы жизни на Марсе, ее ищут, комментируют и в литературе, и во всяких юмористических изданиях. Вместе с тем ведь вопрос о том, как искать и где искать жизнь на далекой планете, ученым ясен, потому что искать-то надо там, наверное, где есть вода. Та форма жизни, которую мы знаем, всегда будет связана с водой. Поэтому поиски жизни на Марсе, здесь можно поставить знак равенства, были равны поиску воды на Марсе.

В течение длительного времени мы считали, что Марс, и это правда, очень сухая планета. Но, вместе с тем, оказалось, что новые открытия, новые результаты, которые были получены с новыми аппаратами, принесли такие сведения, о которых мы раньше и не догадывались, и которых мы и не ожидали. То есть на Марсе обнаружены если не современные потоки, то, во всяком случае, временами возникающие потоки воды. Наблюдаются горные ручьи на склонах, и, по-видимому, есть даже какие-то пруды, заполненные, скорее всего, льдом. Но образовавшийся пруд говорит о том, что когда-то вода в него втекла.

Сейчас на экране Марс, видимый с одной стороны. Это планета, которая по размерам почти вдвое меньше Земли, но все же вдвое больше нашей Луны. Марс давно привлекает астрономов еще и потому, что это очень удобный объект для наблюдения, хотя, в общем-то, в телескоп мало что можно различить. Те снимки, которые вы видите, так же как следующая картинка, – это Марс с разных сторон. То, что мы видим, это поверхность Марса, потому что атмосфера очень разреженная, она в 150 раз более разрежена, чем земная атмосфера. Это атмосфера, состоящая, в основном, из углекислого газа.

Тем не менее, даже эта очень разреженная атмосфера иногда создает бури над поверхностью Марса. Она переносит какие-то ничтожные количества влаги от полюсов к экватору, от экватора – к полюсам, и нужно сказать сразу же, что в условиях крайне холодного климата Марса вода, как предполагалось, может существовать только в виде льдов или инея. Но то, что было обнаружено сейчас, было совершенно неожиданно.

На следующей картинке вы видите вершину, высочайшую вершину Марса. Это гора Олимп, которая имеет высоту 27 километров. Школьники знают, у нас гора Эверест имеет высоту 8 тысяч 848 метров. Мы с детства все знаем эту цифру. А тут 27-километровая вершина. Естественно, давление на уровне этой вершины получается практически в десять раз ниже, чем на уровне поверхности. Какой поверхности? Мы считаем на Земле от уровня моря. Там, конечно, никакого моря нет, но есть условная поверхность на уровне примерно 6 миллибар. Это, повторяю, углекислый газ.

На следующей картинке вы видите гигантскую такую рытвину, которая проходить чуть ли не наполовину вдоль экватора Марса. Это гигантский каньон, каньон Долины Маринера, по имени первого аппарата, который летал туда, к Марсу вместе с нашими первыми "Марсами". Это тот вид планеты, который можно увидеть с космического аппарата, приближающегося к планете, кружащего над нею, в частности, такого аппарата, как "Марс Глобал Сервейер", который обнаружил эти очень интересные образования на поверхности Марса.

На следующей картинке вы сейчас видите, что сама поверхность Марса довольно скучная. Это камни, красноватый песок, и что интересно, красное или розоватое небо. Небо розовое именно потому, что пыль поднимается с поверхности, и мелкая фракция пыли очень долго висит в атмосфере – до следующей бури. Бури, кстати, бывают связаны очень часто с противостоянием с Землей. Но, конечно, Земля-то тут ни при чем, а происходит это потому, что, приближаясь к Земле, Марс одновременно приближается и к Солнцу. Это понятно.

Космический аппарат, который летал несколько лет назад, опустил на поверхность Марса тележку размером с детскую коляску, вы ее видите здесь. Он исследовал поверхность опять-таки под тем же самым углом. Что же представляет собой эта поверхность? Сейчас мы знаем ее состав, но, видимо, до сих пор не обнаружено ни малейших признаков жизни, которая бы существовала на поверхности Марса. Но, может быть, все-таки она могла бы в виде простейших микроорганизмов существовать в глубине грунта. Это возможно. Потому что в Антарктиде, мы знаем, многие микроорганизмы могут зарываться в грунт, могут существовать даже в условиях льда. Исследования, которые были на этот счет проведены, показывают и подтверждают, что жизнь очень легко приспосабливается к самым различным условиям.

Тот снимок, который вы видите сейчас на экране, это уже нечто новое. Размер этого участка всего 28 километров. Здесь видно старинное русло, здесь вода текла по поверхности Марса в невообразимо далеком прошлом, более 3 миллиардов лет назад. Но что интересно? На краях, на склонах этого русла, обнаружено, сейчас уже можно сказать, что-то, напоминающее ручьи на склонах земных оврагов.

Следующая картинка показывает это даже немножко лучше. До недавнего времени считалось, что то, что мы видим на Марсе, на склонах – это осыпи песка, камнепады, которые и образуют, как показано на этой картинке, размытую структуру на дне этого каньончика или на дне этого кратера. Но вместе с тем, посмотрите, на склонах видно то, что я бы назвал протоками или ручьями. Но у них есть одна очень странная особенность – они сужаются книзу. То есть, впечатление такое, что эти ручьи текут вверх. Конечно, вверх там ничего не течет, но что получается с водой на Марсе? Оказывается, что все эти источники находятся на склонах, то есть вода выплескивается на поверхность из каких-то тающих масс подпочвенного льда. И сам этот лед находится на достаточно большой глубине.

Он там образовался очень давно, и он тает из-за, скажем, повышения температуры за счет радиоактивного ли распада, за счет каких-то, может быть, других явлений. Это приводит к тому, что лед начинает таять, и появляются эти потоки на склонах, на глубине примерно от 150 до 500 метров по сравнению с поверхностью окружающей равнины.

Но что получается в условиях очень морозного климата? Средняя температура – минус 60 градусов нашей 100-градусной шкалы. Представьте себе, что вы на морозный грунт выплеснули ведро воды. Что с ним произойдет? Морозный грунт, отчасти впитав эту воду, тут же заставит ее замерзнуть. Давление на Марсе настолько низкое, что до сих пор считалось, что любой поток тут же испарится. Но это немножко наивно, потому что в школе когда-то нас всех учили, что для того, чтобы испарить один килограмм воды, нужно затратить довольно много – 2,5 тысячи джоулей, или 540 калорий. Где эта вода возьмет такую энергию, столько тепла? Взять ей негде. Поэтому в марсианских условиях испариться может не более одного процента этой воды. Все остальное начинает течь по поверхности, взаимодействуя с морозным грунтом и замерзая.

Таким образом получается ледяное ложе. Но оказывается, что постепенно вода расходуется и, в конце концов, где-то на расстоянии около сотни-двух сотен метров это русло и заканчивается. Самые большие русла, которые были обнаружены, имеют, думаю, размер до семи километров. То есть, все же вода течет. В некоторых случаях это получается, наверное, из-за того, что в летнюю пору все-таки грунт немножко теплее.

На этом снимке вы видите вообще поразительную вещь. Внизу вы видите ограниченное извилистой границей что-то вроде пруда, озера что ли. Причем, ширина его полтора километра. Это довольно большое образование. И видно, как по стенке этого кратера, а его размер тоже порядка нескольких километров, стекают грязевые потоки, вода, перемешанная с мелким песком, с илом, и внизу они образуют такое небольшое озеро. Причем, по-видимому, граница образуется из-за того, что вода в замороженном грунте создает некую стенку, очень похожую на то, что бывает и на Земле. На следующей картинке показаны такие бассейны. Есть удивительное место неподалеку от нашей страны, в Турции. Место это называется Памук-Кале, там тоже с горного склона текут потоки, которые несут кальциевые гидросоли. Александр Гордон: Это не лед?Л.К. Это не лед, хотя когда туда попадаешь, возникает обманчивое впечатление, что это обледенелый склон. Но люди ходят босиком в этой теплой воде, и она образует отложения кальциевых солей. Конечно, на Марсе это не кальциевые соли, но чтобы удержать такие пруды, как мы сейчас видели, естественно, нужна для этого какая-то укрепленная стенка этого пруда. Она образуется из промерзлого грунта. Таким образом, то, что было обнаружено в этих новых исследованиях, это такие стекающие по поверхности потоки. Причем, критики тут же заявили – "ну, это же было очень давно". Да нет, посмотрите, некоторые из них темные, некоторые светлые – это говорит о том, что они, по-видимому, существовали в разное время. Более того, в некоторых местах на фоне совершенно, казалось бы, высохшего следа потока, появляется новое темное образование. А.Г. Прямо на глазах, по сути. Л.К. Прямо на глазах. С космического аппарата обнаружили, что за интервал времени порядка полугода образовались новые источники там, где их полгода назад не было. В другом случае это произошло через полтора года, но, во всяком случае, это происходит, безусловно, в наши дни. Таким образом, не такая уж сухая планете Марс.А.Г. Значит, не просто вода есть, а есть жидкая вода.Л.К. Есть жидкая вода и то, что вы видите на этом снимке – это аналоги таких процессов. Исследователи поехали в Исландию и смотрели, что получается там. Там тоже таяние подпочвенного льда приводит к появлению таких потоков. Собственно, это то, что я хотел вам рассказать о Марсе, это последние новинки.

Вместе с тем, говоря о том, что происходит сейчас на Марсе, мы не можем не думать о том, что будет происходить с Марсом дальше, что будет происходить дальше не только с Марсом, что будет происходить с Землей. В нашей солнечной системе, как вы знаете, 9 планет, и первые 4 планеты находятся совсем близко к Солнцу – это Меркурий, Венера, Земля и Марс. О судьбе этих планет, в том числе о судьбе Марса, мне хотелось бы поговорить дальше. Это часть, которую можно было бы действительно так и назвать – судьбы планет.

До недавнего времени во всех учебниках, в популярной литературе мы могли прочесть, что Земле гарантировано существование в тех же условиях, в каких она существует сейчас, еще по крайней мере в течение пяти миллиардов лет. Потому что у Солнца запас еще 5 миллиардов лет безбедного существования. Это действительно так, даже более того – 7 миллиардов лет. Но не все так оказалось гладко.

Представьте себе, как работает Солнце – если объяснять на пальцах, просто. Вы знаете, что существуют термоядерные реакции. Они происходят в центре звезды. Когда звезда образовалась, весь материал, главным образом водород, под действием тяжести устремился к центру этой звезды, а как вы знаете, при сжатии газ нагревается, и он нагревается до тех пор, пока наконец не началась термоядерная реакция.

В термоядерной реакции 4 атома водорода превращаются в атом гелия, все получается прекрасно, выделяется энергия. Из ядра эта энергия постепенно проникает к оболочкам звезды, и мы видим Солнце, которое светит, имея температуру фотосферы 6 тысяч градусов. Все прекрасно. Но что происходит на самом деле в ядре?

По мере того как сгорает водород и образуется гелий, не все остается неизменным. Почему? Есть такая простая формула, что давление равно произведению числа частиц на постоянную на температуру. Если вы 4 атома водорода превращаете в один атом гелия, частиц становится меньше. В результате, казалось бы, давление должно уменьшится. Внешние оболочки только и ждут, чтобы противодействующая им энергия позволила им сжаться, и начинают сжимать ядро несколько больше. В этом сжавшемся ядре термоядерные реакции идут быстрее. И так происходит непрерывное ускорение. Быстро ли? Да нет, не быстро. За 4,5 миллиарда лет существования Солнца этот процесс прибавил в излучении 30 %. Но это же огромное время. И что будет дальше?

За миллиард лет прибавится еще 10 %. Но для Земли это оказалось не так уж безобидно. Потому что живем-то мы в узком температурном интервале. Мы сейчас жалуемся – в Москве холодно. Июнь – в Москве холодно. Но ведь разница-то составляет всего 10 градусов. Прибавьте 10 градусов, будем говорить – жарко, да? И все условия не только жизни на поверхности Земли, но и вообще все условия самого существования планеты, существования ее гидросферы связаны с тем притоком солнечной энергии, которую мы получаем каждый день. Поэтому, если этот баланс нарушить, а нарушиться он может очень легко, то возникнут всякие неприятности. Я прокомментирую несколько статей, которые в последние несколько лет появились одна за другой и которые предсказывают, что будет с планетой Земля и с другими планетами Солнечной системы. Если это интересно.А.Г. Конечно.Л.К. Там, во-первых, говорится о том, что даже сравнительно небольшое повышение температуры приведет к тому, что углекислый газ, которым все так недовольны и который создает парниковый эффект, начнет энергично поглощаться поверхностью. Но это не так уж и хорошо, потому что в этом случае растениям будет нечего есть. По прогнозам авторов одной из статей получится так, что за сравнительно короткое время (примерно такое же время, как нас отделяет от динозавров, это сто миллионов лет) углекислого газа для растений не останется, растения погибнут, а значит, животным нечего будет есть. Такие прогнозы были сделаны примерно в 1982-м году, и потом много критиков по этому поводу высказывали свои мнения.

Критики касались главным образом того, что этот вывод как всегда слишком категоричен. Если мы ожидаем, что роскошная природа Земли будет поставлена на край гибели благодаря тому, что углекислого газа не станет, то это, конечно, не так. Во-первых, времени вполне достаточно, чтобы растения приспособились. Во-вторых, есть такие растения, они относятся к классу С4, кукуруза, например, это высокоорганизованные растения, которые потребляют в десятки раз меньше углекислого газа, чем другие растения. Но я здесь не специалист, я не могу оперировать этим материалом вполне свободно...А.Г. В любом случае, сто миллионов лет – время для эволюции достаточное. Л.К. Аккуратные расчеты показали, что это даже не сто миллионов, а может быть раз в 8 больше. И тогда получается, что вроде бы вообще все прекрасно. Но не так уж прекрасно, как это кажется на первый взгляд. Потому что неумолимые изменения светимости Солнца, повышение энергии рано или поздно приведут к тому, что этот процесс дойдет до какой-то точки, а дальше начнется куда более неприятное явление.

Парниковый эффект, который существует на Венере (Александр Тихонович Василевский у вас рассказывал об этом) существует потому, что солнечная энергия проникает сквозь атмосферу к поверхности, разогревает ее и нижние слои атмосферы, а в инфракрасном диапазоне это излучение выйти обратно не может. Такие же условия могут возникнуть на Земле, причем здесь есть куда более активная штука, чем углекислый газ, это водяной пар. Он обладает чудовищным парниковым эффектом. Этот парниковый эффект может привести к тому, что температура на поверхности Земли начнет повышаться очень быстро. А это в свою очередь приведет к еще более быстрому испарению океана. Таким образом возникает положительная обратная связь. Сейчас ее нет, потому что Земля находится в более-менее стабильном состоянии, об этом можно поговорить детальнее. Но ситуация примерно такова.

Что же произойдет тогда дальше? Венера потеряла, по-видимому, свою воду не только потому, что она испарялась, но и потому, что в верхних слоях атмосферы теряли водород разрушаемые солнечным кратковолновым излучением молекулы воды. То есть молекула Н2О разбивалась на кислород и водород, и водород, как очень легкий газ, уходил в космос. Предполагается, что так Венера растеряла всю свою воду. Если этот механизм дойдет и до Земли, то нас ожидает примерно то же самое, что изображено на этой картине. То есть, тогда будет потерян весь запас воды, который есть в океанах. Разгоревшаяся поверхность выделит углекислый газ, который связан породами, о которых я говорил. И тогда начнется настоящий ад на Земле, потому что температура повысится до уровня кипения воды и выше, и жизни на поверхности Земли может не остаться.

Когда это может произойти? Я уже говорил – предполагают, что это произойдет где-то через 800 миллионов лет. Я вообще-то не знаю, почему это нас так должно интересовать, я не уверен, что человечество дотянет до этого времени. Может быть, наши потомки все-таки окажутся настолько мудры, что сумеют...А.Г. Ну не человечество, так другие формы жизни пусть живут.Л.К. А какие другие формы?А.Г. Да любые высокоорганизованные формы. Мы-то можем уничтожить сами себя в два счета, это мы уже доказали, по-моему, с достаточной очевидностью.Л.К. Но живем же.А.Г. Пока да. Но если Земля останется пригодной для жизни, тогда есть надежда. Собственно, об этом и речь, насколько я понимаю. А.Г. А кто может быть вместо нас?А.Г. Ну, я же не могу за Господа Бога выступать или за эволюцию. Да кто угодно. Как только мы перестанем мешать Земле, может быть и возникнет какая-нибудь эволюционная цепочка, которая приведет к тому, что мы называем разумом. Л.К. Я когда-то читал, что медведи очень перспективны.А.Г. Может быть. Были созданы целые теории о том, что было бы с динозаврами, если бы они продолжали эволюционировать. Очень милый получался такой не гуманоид, но разумный динозаврик о двух ногах. Пути ж неисповедимы. Л.К. Очень любопытно. А.Г. 800 миллионов – вы сказали?Л.К. Примерно так, 800 миллионов. Если через это время действительно Земля приобретет такой вид, как показан здесь, то, казалось бы, дела совсем плохи. На следующей картинке график, который не должен пугать наших слушателей. Там показано, что происходит с Солнцем. Вот линия, которая понемножку идет слева вверх, там написано "сегодня". Точка "Сегодня" – в этом состоянии находится Солнце. Вы видите, излучение Солнца уже поднялось. Показано, как излучение повышается. По горизонтали показано время жизни Солнца. И потом, повышаясь с каждой сотней лет, с каждым миллионом лет, это излучение дойдет до того, что где-то через три миллиарда лет падающей на Землю энергии будет на 40 % больше.

Здесь уже начнутся те самые неприятности, о которых можно было бы уже говорить, как о непреодолимом внешнем факторе, если бы тут же не был найден выход. Так ли уж это непреодолимо? Если смотреть на этот график, то что происходит дальше. За возрастом для Солнца 12 миллиардов лет, или от нас отсчитывая – 7 миллиардов лет, Солнце уже погибает. Солнце уходит с так называемой главной последовательности, и ничего хорошего там ждать не приходится, потому что оболочки Солнца настолько расширяются, что и Венера, и Меркурий, и, вероятно, Земля окажутся уже внутри Солнца. Солнце превращается в красный гигант. Это заключительная, конечная стадия существования звезды, после чего в течение примерно 700 миллионов лет эволюционный трек Солнца приводит к тому, что оно превращается, в конечном счете, в белый карлик. Но не об этом речь. Здесь уж сделать ничего нельзя. Остается только удирать из Солнечной системы.

Но оказывается, что сама по себе эта восходящая горизонтальная, спокойная ветвь не так уж ужасна. Было предложено красивое решение. На следующей картинке вы можете его увидеть. Идея появилась, собственно, тогда, когда появились первые космические аппараты. Когда-то я говорил, что самое недостижимое тело в Солнечной системе – это Солнце. К далеким планетам можно полететь. А до Солнца долететь нельзя, потому что Земля движется по орбите со скоростью 30 километров в секунду, и ракеты не могут обеспечить такой импульс. Поэтому к Солнцу можно лететь только с помощью так называемых гравитационных маневров. Что такое гравитационный маневр?

Допустим, ваша ракета подлетает к какой-то планете. Угол и направление сближения выбираются так, что, повернувшись в гравитационном поле этой планеты, аппарат уже летит с другой скоростью, если рассматривать скорость относительно Солнца. Относительно самого аппарата ничего не прибавилось, ничего не убавилось. Но изменение направления скорости, как векторная сумма, чему учат в школе, приводит к тому, что вы можете, если хотите, замедлить скорость, а если хотите – ее прибавить. Когда-то у вас выступал Сурдин Владимир, так вот он опубликовал как-то статью, что можно таким способом так разогнать аппарат, что послать его даже к звездам. То есть, преодолеть скорость в 42 километра в секунду.

Дальше уже совершенно ясно. Так почему бы не использовать этот самый прием для того, чтобы сместить Землю с орбиты? Для этого предлагается следующий ход. Выбираем астероид помассивнее, допустим, какой-нибудь 150-километровый астероид с довольно большой массой, устанавливаем на нем очень мощную ракетную установку, которая немножко смещает его, придавая ему такой импульс, который позволит ему сблизиться с очень массивной планетой. Лучше всего с Юпитером. Вот как показано на этой схеме. Далее. Повернувшись в поле Юпитера, аппарат уходит на такую трассу полета, что в конце концов он приближается к Земле и, обмениваясь импульсом, который он захватил у Юпитера, астероид обменивается импульсом с Землей так, что Земля чуть-чуть отодвигается от Солнца. А астероид летит дальше. Можно его опять направить к Юпитеру. Конечно, дело жутко рискованное. Потому что, не дай Бог, он врежется в Землю. Наверное, наши потомки придумают, как все это сделать. И оказывается, что если тело таких размеров, о котором я говорю – 150 километров – употреблять для этого раз в 6 тысяч лет, то этого обмена вполне достаточно для того, чтобы Земля каждый раз смещалась ровно настолько, насколько будет увеличиваться облучающая ее солнечная энергия.А.Г. А разве сам процесс этого смещения безболезнен для Земли?Л.К. Давайте попробуем!А.Г. Я не возражаю.Л.К. Во всяком случае, год, конечно, станет длиннее, да, наверное, и другие обстоятельства нужно будет принимать во внимание. Здесь много чего есть. Во всяком случае, те катастрофы, о которых пишут ученые в своих работах, – сплошные наводнения, дожди или засухи, повышение уровня океана, полное исчезновение полярных шапок, – все это, если рассматривать идеальный какой-то эксперимент, который природа ставит над Землей, все это неизбежно. С другой стороны, уже сейчас мы видим, как этого можно избежать. Примерно так выглядит решение проблемы повышения излучения Солнца, влияния его на Землю. И та картинка, которую вы видели, "Последний замечательный день на Земле", не воплотится, и таких замечательных дней может быть еще очень и очень много. Весь вопрос в том, чтобы сохранить человечество на Земле, о чем вы и говорите.А.Г. Предположим, мы сохранили человечество на Земле, но дальше получается опять интересная история. После того как Солнце станет красным гигантом, Земля должна быть удалена от него на такое расстояние, чтобы не попасть в атмосферу Солнца и, в то же время, чтобы быть обитаемой, получать от него достаточное количество энергии. Но дальше-то произойдет схлопывание, и Солнце превратится в белый карлик. И тогда Землю нужно будет двигать на орбиту современного Меркурия, если не ближе, для того чтобы получать от этой умершей звезды какое-то количество энергии, достаточной для существования. То есть, это решение все равно промежуточное?Л.К. Более того, решение для красного гиганта вообще не предусмотрено. Красный гигант – это все, тут уже выхода нет никакого. Тут нужно покидать солнечную систему, если для этого у вас есть порох, и отравляться куда-то. Я говорил о постепенной, плавной стадии спокойного существования Солнца на так называемой главной последовательности.А.Г. То есть, пока главная последовательность не исчерпала себя...Л.К. Пока, попросту говоря, не сгорел весь водород в ядре. Потому что, что происходит дальше? Когда весь водород в ядре сгорел, оболочки начинает падать внутрь, приносится такое количество водорода, которое вызывает вспышки, и здесь уже ничего хорошего от этой звезды ждать не приходится. Классическое существование звезды на главной последовательности – вот то, о чем можно говорить. А.Г. А не проще ли придумать нечто, напоминающее солнечный зонтик? Вывести на орбиту массы какого-то вещества, которые обладают хорошей отражательной способностью, и увеличивать присутствие этой массы на орбите на 10 % за 6 тысяч лет (или сколько там получается?) для того, чтобы получать от Солнца, которое увеличивает свой энергетический поток, столько же энергии, сколько мы получали до этого? Ну, цвет неба немножко изменится. Звезды будет наблюдать с Земли труднее. Но проблема будет решена?Л.К. Предлагаете? Почему не опубликовать такое предложение?А.Г. Я боюсь, что к тому времени, когда оно станет злободневным, человечество не будет иметь возможности его прочесть. Но это отдельная история – про судьбы человечества.

Да, увлекательно. Хорошо, предположим, мы обеспечили себе жизнь на 7 миллиардов лет вперед. Л.К. Вот только что это за мир, в котором мы будем жить? Я как раз сейчас разговаривал с вашими коллегами и попытался как-то обобщить, насколько исчерпывающи наши представления о мире, в котором мы живем, правильно ли мы понимаем, что такое Вселенная? Заведомо, конечно, мы далеко не все знаем. Интересно, что 2000 лет назад Сенека писал, что природа не раскрывает свои тайны раз и навсегда. И то, что нам кажется совершенно очевидным сегодня, будет предметом исследования для исследователей будущего. Он был совершенно прав, и, собственно говоря, мы всю эту историю в науке наблюдаем.

То, что было известно, казалось ясным и понятным вчера, становится непонятным сегодня. Это непонятное – окружающий нас мир. Я почему-то все время возвращаюсь сегодня к началу ХХ века – потому что тогда науку сотрясали мощные, я бы сказал, революции. Где-то сто лет назад, если помните, подводился итог, в частности физики, и маститые ученые того времени писали, что в физике уже все ясно. Как писали тогда, в конце позапрошлого теперь уже века или в начале прошлого, ХХ, – осталось несколько легких облачков на горизонте.

Но эти-то легкие облачка на горизонте создали потом и термоядерную бомбу, и электронику, и чего только они не создали. Сейчас, как раз на границе тысячелетий опять наблюдается такая же вещь, на этот раз в космологии. Для меня было полной неожиданностью, что те исследования, которые еще недавно казались совершенно абстрактными, это исследования так называемого реликтового излучения, привели к совершенно парадоксальному результату. Наверное, среди ваших гостей были люди, которые рассказывали о реликтовом излучении.

Я напомню, что когда Вселенная еще только образовалась, то после этого гигантского взрыва прошло достаточно много время, 400 тысяч лет, когда Вселенная была непрозрачна для собственного излучения. Спустя 400 тысяч лет после взрыва она стала прозрачной, излучение стало проходить через нее, и оно гуляет по Вселенной до сих пор. Вот его-то и наблюдают, оно называется реликтовым. Это реликтового излучение – излучение с очень низкой температурой, 2,7 Кельвина.

Когда где-то в последней трети прошлого века его открыли, ученые с большим интересом отнеслись к нему, не догадываясь, что за этим стоит. Потом стало ясно что к чему, и стали искать в этом излучении неоднородности. Об этом тоже рассказывалось, по-моему, в одной из ваших передач. И эти неоднородности-то потом и привели к тому, что выяснилось, что мир, в котором мы живем, это совсем не то, что мы думали.

Сейчас, когда этих исследований проведено очень много, когда эти неоднородности известны с точностью до миллионных долей градуса, то есть когда измеряются 10 микрокельвинов, то эти неоднородности оказались ключом к тому, что происходило во Вселенной в первые доли секунды существования Вселенной. Это настолько первые доли, что даже страшно сказать, это число определяется 32-мя нолями после запятой – секунд после возникновения Вселенной. В это время возникли неоднородности. Они потом и дали все то, что мы видим сейчас. Эти неоднородности привели к возникновению галактик, звезд, в конечном счете, планет.

По результатам этих исследований специалисты пришли вот к какому выводу. То, что мы видим сейчас – галактики, планеты, туманности, вся межзвездная среда – составляют всего шесть десятых процента от всего вещества и энергии в космосе. Что же представляет собой все остальное? Вначале в это даже было трудно поверить. Оказалось, что 70% составляет так называемая "темная энергия". Темная энергия, в частности, виновата в том, что Вселенная, по-видимому, расширяется. 20% составляет так называемая "темная материя", опять-таки загадочное вещество. Стали искать, что это может быть такое?

К этим 0,6 процента удалось прибавить сначала один процент. Оказалось, что существуют, в частности, межгалактические облака водорода с очень высокой температурой. Они настолько горячи, что трудно зарегистрировать их излучение – слишком разряженная среда, и их рентгеновское излучение очень слабое. Но, тем не менее, удалось его зарегистрировать. Затем обнаружили то, что называется "барионами", это, в конечном счете, атомы, это нейтроны и протоны. В общем, наскребли их примерно на 4%. 26% представляет собой так называемая "темная материя". И 70 %, как я говорил, составляет темная энергия. Что это может быть?

Нужно сказать, что исследования, которые стали наиболее сенсационными результатами нынешних дней, эти исследования привели к тому, что ревизия представлений физики стала проникать во все ее поры. Если правильны те предсказания, которые сейчас опубликованы в литературе, то, скорее всего, эти 26% представляют собой какие-то еще неизвестные элементарные или субатомные частицы. Где они существуют? До сих пор совершенно неясно, где их искать и как их искать. Нет буквально никаких данных для того, чтобы приблизиться к решению вопроса о том, что такое темная энергия.

Вместе с тем, появляются совершенно неожиданные идеи, которые порой поражают своей парадоксальностью. Я хочу в заключение сказать о том, что наблюдалось в конце позапрошлого века, и о том, что наблюдалось, между прочим, и около 25 лет назад.

Помните имя Кирхгофа? Законы о разветвлении тока учат в школе, законы Кирхгофа. К Кирхгофу кто-то подошел когда-то и сказал: "Знаете, открыт новый физический закон". "Ха-ха, – сказал Кирхгофа, – неужели осталось еще что открывать?" Это было в последней трети позапрошлого века. Буквально слово в слово это повторилось и в прошлом веке. Я уж не буду называть имя одного из своих учителей, он был очень прогрессивным человеком. Он выступил однажды у нас в институте с докладом, что все в физике открыто. Уже после того как он выступил с докладом, что все в физике открыто, были открыты эти новые явления, которые, насколько я понимаю, полностью изменят наше представление о мире.

Я иногда думаю, куда все это ведет? Безусловно, это ведет к совершенству нашего овладения природой, овладения какими-то еще неизвестными приемами исследований. Может быть, к новым средствам связи, я не перестаю думать о том, что радио – это очень архаичная штука. Радио – это прекрасное средство связи для Земли. Здесь все прекрасно. Но уже когда мы посылали космические аппараты к другим планетам, уходило Бог знает сколько времени на работу с ними. Когда аппарат "Вояджер" был у Нептуна, 8 часов уходило на связь, 8 часов распространяется сигнал. И когда мы говорим о связи с аппаратами, которые отправятся к звездам, это же в лучшем случае 5 туда, 5 лет обратно. Неужели в природе нет ничего, что позволило бы найти средство по скорости лучшее, чем радио? А.Г. Но тогда оно должно быть быстрее скорости света...Л.К. Бог его знает, к чему относится сама скорость света. Скорость света относится к пространству. А.Г. И связана с массой. Л.К. Связана с массой. Но здесь я пока остановлюсь. А.Г. У меня в связи с этими открытиями есть еще один вопрос к вам. Некое шапкозакидательство есть и сейчас. Даже когда 70% темной энергии и 26% темной материи не дают никаких ответов, все-таки приходится слышать время от времени, что это те самые легкие облачка. Картина абсолютно повторяется. Говорят, что нам бы еще чуть-чуть, и мы будем там. Я редко задаю этот вопрос, но меня всегда возмущала такая постановка вопроса. Во-первых, кто обещал? Кто, когда обещал, что нам все будет ясно в устройстве мира, что не существует вещей, просто не постижимых с помощью того аппарата, который у нас есть? А у нас ведь есть только сознание, для того чтобы постигнуть мир, который мы этим же сознанием так или иначе контролируем. Кто обещал, что формула "мир сложнее, чем наше представление о нем" перестанет существовать в этом своем виде?Л.К. Он всегда будет сложнее. А.Г. Тогда возникает вопрос. "Естественное", беру в кавычки, человеческое любопытство уже к очень многому привело за достаточно короткий период развития науки, если сравнивать даже с возрастом жизни человека. Homo sapiens существует, как нам известно, сотню тысяч лет, а наукой человек занимается две тысячи лет из этой сотни. И вот уже до чего додумался. Но представим себе, что человечество (вернемся к тому, о чем вы говорили) будет жить еще 800 миллионов лет, и даже несколько миллиардов лет. Учитывая путь, который мы прошли за две тысячи лет, есть соблазн экстраполировать вперед этот темп развития, темп понимания, темп движения вперед. Но если мы убеждены в том, что мир сложнее, чем наше представление о нем – а наше представление усложняется в геометрической прогрессии – насколько же сложен мир на самом деле? Вот в чем вопрос.Л.К. Вы знаете, я, может быть, некстати, но приведу пример, который когда-то почерпнул от своего кота. Я вам не рассказывал?А.Г. Еще один кот в науке.Л.К. У меня был потрясающий кот, это был самый гениальный кот из всех, которых я видел. Это был кот-исследователь. И я даже потом написал статью по поводу идеи, на которую меня навел мой кот. Это был удивительный кот. Его интересовало все.

У меня испортился телевизор. Я обнаружил, что там не работает какая-то микросхема, разобрал телевизор на столе. Кот, как всегда, устроился рядом. У него была такая манера, он ложился рядом и лапочкой накрывал глаза, чтобы свет не мешал. Рядом лежала микросхема. Он, глядя на меня, хитро ее лапой подтаскивал к себе. Микросхема, знаете, это такой паучок с острыми лапками. Он ее попытался укусить. Потом он ее понюхал. Потом он ее потрогал лапой. Потом он осторожно пододвинул ее к краю стола, и сбросил оттуда. Микросхема подпрыгнула на своих ножках, а кот прыгнул за ней. Он ее тронул лапой, и он потерял к ней интерес. Он про нее знал все: она пахнет химией, она жесткая – если ее укусить, она колючая – если ее тронуть лапой, и она подпрыгнет – если ее сбросить со стола. Таким образом, кот был полностью образован. Это к вашему вопросу о мире.А.Г. Очень похоже на наше представление о мире, на то, что мы о нем знаем.

И тем не менее, мне кажется, что перспективы все-таки есть. Ведь не зря те же самые две тысячи лет, что развивается наука, человечество если не совершенствовало, то как-то по-другому пыталось представить свои отношения в религиозной сфере, в области духа, в искусстве. Вот в искусстве уж заведомо никакого прогресса нет, постигается все время одно и то же разными поколениями, но прогресса-то нет.Л.К. Но все-таки разными способами. А.Г. Но прогресса нет. Вы же не можете сказать, что художники Возрождения писали хуже, чем современные художники, или что у них была хуже техника, чем у современных художников. Так сказать нельзя. Поэтому мне кажется, что пришло время великого объединения не в физике, а пришло время великого объединения во всех областях, где человечество две тысячи лет пыталось, как ваш кот, поиграть с этой микросхемой. И попытки такие, как я понимаю, хотя и робкие пока, предпринимаются.

У нас была не так давно запись, где физик, человек, который занимается квантовой механикой, сказал, что, видимо, и там достигнут некий барьер, который можно преодолеть только в том случае, если мы будем учитывать психологию наблюдателя – раз уж наблюдатель включен в квантовую систему, как необходимый ее элемент. И если мы поймем, что такое сознание, которое проводит эксперименты, отбирает его результаты, может быть, тогда, на этом стыке, мы пойдем немножко другим путем.Л.К. С другой стороны, есть и реальные доказательства, вполне объективные свидетельства тому, о чем вы сказали перед этим. О том, что мы упираемся в невозможность определенных экспериментов. Я не специалист в этой области, но мне как-то попалась книжка Девиса "Суперсила". Там автор очень подробно и убедительно доказывает, что пробиться в том же квантовом мире выше определенных энергий невозможно. Потому что нужно для этого, скажем, ускорить с энергией Солнца. А.Г. А потом там и Галактики, а потом и с энергией Вселенной.Л.К. То есть, какие-то естественные ограничения есть. Однако интеллект человека – вещь очень сложная. И очень часто бывает, что то, что реализовать невозможно в лоб, можно обойти и найти ответ с другой стороны. Вся история науки об этом говорит. А.Г. В конечном счете, я хотел вот к какому выводу прийти, может быть, несколько преждевременному. История науки, история искусства, история цивилизации приводят к убеждению, что все, что делалось ранее, было сделано только для одного – чтобы усовершенствовать тот самый познавательный аппарат, который мы получили даром от природы, или Бога, или не знаю каких еще сил. И то, что раньше не помещалось в нашем сознании (потому что морфологически мы же никак не изменились за эти сто тысяч лет), теперь находит там место. Вроде как редукция волновой функции. А может быть, в этом конечная цель – сделать эту область по крайней мере равной по объему изучаемому миру и тогда, наконец, познать его?Л.К. Но, с другой стороны, нельзя не учитывать, что как только появилась речь, вся дальнейшая эволюция интеллектуальных возможностей человека уже была предопределена...

gordon: Истоки мышления и сознания

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Зоя Александровна Зорина– доктор биологических наук
  • Анна Анатольевна Смирнова– кандидат биологических наук

Зоя Зорина: Поиск биологических истоков мышления и сознания человека – тема вечная и многогранная. В конечном итоге к ее анализу так или иначе причастны самые разные направления и биологии, и психологии. Взгляды на эту проблемы зачастую оказывались полярно противоположны, но наука конца ХХ века весомо доказала правоту предсказания Дарвина о том, что "разница между психикой высших животных и человека, как бы ни была она велика, это разница в степени, а не в качестве". И доказательства этому были получены разнообразными методами. Это, прежде всего, многочисленные традиционные лабораторные эксперименты, но есть и совершенно особые данные. Речь идет о том, что амери-канские ученые в течение почти 30 лет обучают обезьян простым аналогам языка человека, и оказалось, что шимпанзе и гориллы общаются с человеком (а иногда и друг с другом) на уровне 2,5 летнего ребенка. В этой студии мы с М.Л. Бутовской говорили об этих опытах достаточно подробно, и сегодня я больше их затрагивать не буду.

Но существует и другая сторона вопроса – как глубоко уходят эти корни в наше прошлое, и на каких ветвях и на каких этапах филогенеза появлялись поведенческие признаки, которые можно рассматривать как хотя бы какой-то прообраз мышления человека. Прежде чем к этому переходить, давайте договоримся, что мы говорим только о конкретных четких вещах. Мы говорим, что мышление это обобщенное, опосредованное отражение действительности, связанное с оперированием символами, что мышление способствует улавливанию и познанию основных законов окружающего мира и принятию на этой основе решения в новых ситуациях. Последний признак особенно важен.

Одно из определений мышления дал Александр Абрамович Лурия. Он говорил о том, что мышление возникает в ситуации, когда у субъекта нет готового решения. То есть привычного, сформированного за счет обучения, или же инстинктивного. И это тоже ключевой момент, это определение можно конструктивно использовать для планирования экспериментов на животных.

С другой стороны, Н.Н. Ладыгина-Котс, основательница отечественной зоопсихологии, писала еще в 20-е годы, что, говоря о мышлении животных, не нужно смешивать такие понятия, как ум, разум, рассудок, нужно четко говорить о логическом мышлении, которое основано на процессах абстрагирования, построения понятий и которое выражается в формировании умозаключений, понятий и суждений. Это второе, тоже очень важное и конструктивное положение.

И существует целый ряд методов для исследования зачатков мышления у животных, которые исходят из этих положений. Они чрезвычайно многочисленны, но можно разделить их на две основные группы. С одной стороны, разработаны тесты, позволяющие выяснить, в какой мере животные могут решать новые задачи в новых ситуациях. Первоначально такую способность называли инсайтом. Другая группа тестов позволяет оценить способность животных к обобщению и абстрагированию, а у высших животных – к оперированию символами.

Оглядываясь на развитие исследований в 20 веке, можно констатировать, что за исключением рыб и амфибий, у представителей трех других классов позвоночных, у рептилий, млекопитающих и птиц, в той или в иной степени обнаружены хотя бы самые примитивные, но все-таки зачатки мышления. Зачатки той или иной способности с первого же раза правильно отвечать в ситуации, для которой у них нет "готового решения". Наиболее просты эти зачатки, естественно, у примитивных животных. А чем более развит представитель класса млекопитающих или птиц, чем сложнее его мозг, тем большим спектром подобных способностей он обладает.А.Г. А у рыб и амфибий не искали или не нашли?З.З. Искали, но не нашли. Искали очень пристально. И проиллюстрировать вот это положение, что пусть самые примитивные задатки мышления появляются независимо в разных группах, относящихся к разным ветвям эволюции, можно на разных примерах. Мы будем сегодня говорить о птицах. И выбор этот интересен хотя бы потому, что мозг птиц – это особая структура, которая эволюционировала совершенно независимо от млекопитающих. Если шимпанзе – наши ближайшие родственники, а все остальные млекопитающие – все более и более далекие, то птицы нам, в общем, совсем не родственники, потому что предки этих двух современных классов – млекопитающих и птиц – отделились от своих предков – рептилий в незапамятные времена, а дальше их развитие шло параллельно и независимо. И самый главный результат этого независимого развития – то, что мозг птиц устроен совершенно по-другому, чем у млекопитающих. У птиц нет новой коры, а с этой структурой связывают высшую психическую деятельность человека и высших млекопитающих. Некоторое время считалось, что раз у птиц нет новой коры, то как будто бы и ничего нет. И поэтому вообще всю тонкость и сложность приспособительного поведения птиц относили за счет развитой системы инстинктов, в крайнем случае, за счет способности к обучению.

И, тем не менее, с помощью физиологических методов где-то уже к 60-ым годам ХХ века стало очевидным, что птицы обладают в принципе всеми необходимыми системами для приема, проведения и переработки информации, вплоть до самых сложных. Что в пределах класса птиц существуют разные градации развития мозга. И соответственно есть смысл поискать в этом направлении – исследовать и у них зачатки мышления.

Надо сказать, что высшие представители класса птиц с наиболее крупным и сложно организованным мозгом образуют три семейства – совы, попугаи и врановые. На совах вообще никто никогда не работал. Попугаев, как ни странно, изучают очень мало. Единственное исключение – американский психолог Ирен Пепперберг, которая уже около 30 лет изучает когнитивные способности попугаев. И если успеем, что-то про нее скажем. А врановым птицам везло немножко больше. Периодически к ним обращались те или иные исследователи. И очень часто получалось, что, благодаря обращению к этому объекту, открывалась некая новая страница в наших знаниях о поведении животных вообще.

В частности, К. Лоренц в своей первой работе по социальному поведению животных, "Компаньон в мире птиц", написанной в начале 30-х годов ХХ века, опирался на свои наблюдения за поведением галок. А его коллега О. Келер в конце 30-х годов впервые установил, что к обобщению способны не только шимпанзе, но и другие, не столь высокоорганизованные позвоночные. И объектом его исследований были главным образом врановые, а также попугаи. А когда в 60-е годы в Московском университете была организована наша лаборатория, Лаборатория физиологии генетики и поведения, то одним из первых объектов экспериментов оказались вороны. Именно у них создатель нашей лаборатории, выдающийся специалист по поведению животных, ныне покойный, Леонид Викторович Крушинский, пытался отыскать зачатки мышления.

Постановка исследований в лаборатории Леонида Викторовича базировалась на четкой физиологической основе. Он пытался разработать универсальные методики, которые позволяли бы применять сравнительный метод и предлагать задачи разным животным, представителям разных таксономических групп. Его методики позволяли не просто описывать поведение животного при решении задачи, но дать ему однозначную количественную оценку. Это были широкие сравнительные исследования – около 30 видов животных было обследовано уже где-то к середине 70-х годов.

Леонид Викторович разработал несколько элементарных логических задач. Первая из них наиболее популярна, это так называемая задача на экстраполяцию направления движения раздражителя, который исчезает из поля зрения птицы. Как показано на слайде, голодные птицы просовывают головы через щель, видят перед собой две кормушки – одну с кормом и вторую – пустую. Затем кормушки разъезжаются и скрываются за непрозрачными преградами. Для животного возникает новая ситуация, которую надо разрешить при первом же предъявлении. Животное должно проэкстраполировать, т.е. мысленно представить себе траекторию направления движения корма после исчезновения из поля зрения, и решить, с какой стороны нужно обойти ширму, чтобы получить корм.

С помощью предъявления этой задачи была получена широкая сравнительная характеристика способности элементарной рассудочной деятельности животных. Не останавливаясь на подробностях, можно сказать следующее. В таблице звездочками отмечены те группы животных, которые достоверно чаще выбирают правильное направление движение корма. Таблица показывает, что наибольших успехов достигают хищные млекопитающие и дельфины. А вот грызуны и кролики решают эту задачу слабовато. Принципиально отметить, что ее достаточно неплохо решают черепахи и ящерицы.

И прекрасно решают эту задачу некоторые птицы. По своим показателям они приближаются к хищным млекопитающим. Тут есть масса всяких интересных деталей и нюансов, на которых я не останавливаюсь, но есть два важных факта. Во-первых, способность к экстраполяции, к решению этой элементарной логической задачи, представлена у широкого спектра видов позвоночных. Она есть даже у рептилий, хотя и в слабой форме.

С другой стороны – способность к решению этой задачи у высших представителей класса птиц развита так же, как у хищных млекопитающих.

Такова была первая прикидка, сделанная с помощью этого метода. Но одна методика – это одна методика. А для того чтобы дать действительно более или менее полную оценку уровня мышления животных, нужен спектр тестов. И имеющиеся у нас сейчас характеристики, это результат применения большого числа тестов. Можно упомянуть, что есть еще одна задача, более сложная, в которой животное должно представлять, что объемная приманка может быть спрятана только в объемную фигуру, а не в плоскую, и искать ее нужно только в объемной фигуре. Такую задачу решают только обезьяны, дельфины и медведи. Хищные млекопитающие с ней уже не справляются. А вот врановые птицы решают эту задачу достаточно хорошо, хотя и не все поголовно, а лишь половина особей.

Таким образом, даже результат применения этих двух задач, который вполне совпадает с рядом других исследований, о которых сейчас у нас нет времени говорить, показывает, что способность к этой стороне мышления, то есть к решению новых задач в новой ситуации, во-первых, появляются у достаточно примитивных животных, начиная с рептилий. Она присутствует у многих млекопитающих, даже довольно примитивных. Однако уровень этих способностей тем выше, чем сложнее организация мозга. Причем похожие градации в развитии рассудочной деятельности есть и в пределах класса птиц, и среди млекопитающих. Можно предположить, что эволюция этой психической функции происходила хотя и независимо, но параллельно. Причем врановые птицы по многим показателям достигают весьма высокого уровня – дельфинов и низших узконосых обезьян.

В этой связи невольно приходит на ум общераспространенное представление о сообразительности этих птиц, которое сложилось в результате наблюдений за их поведением. Например, есть достаточное число свидетельств того, что врановые могут применять некие посторонние предметы для добывания недоступного корма, когда, так сказать, видит око, да зуб неймет. Видимые, но недоступные приманки. Известно, как голодная сойка в одной из американских лабораторий оторвала полоску от газеты, постеленной в клетку, согнула ее пополам с помощью клюва и через прутья подскребала к себе кусочки корма, которые валялись снаружи. Чем вам не обезьяна, которая палкой подкатывает лежащий далеко за решеткой банан! Этот и подобные факты очень важны, потому что одно из важнейших проявлений мышления животных, это способность к изготовлению и применению орудий, которая широко изучается на приматах.

Есть и более современные, более показательные данные. Сейчас в Кембридже исследуют новокаледонскую ворону, вид-эндемик, который в природе добывает пищу, регулярно изготовляя и применяя орудия разной формы. По-видимому, у такого поведения есть генетическая основа. Это один из характерных для данного вида инстинктов. Но что будет, если такая птица попадает в совершенно новую ситуацию? Двух выращенных в неволе, в изоляции от сородичей птиц, привезли в лабораторию и предложили им решить новую для них задачу. Экспериментальная установка представляла собой прозрачный цилиндр, на дно которого помещали ведерко с кормом. Рядом выкладывали палочки, короткие и длинные, прямые и изогнутые. Так вот птицы в достоверном большинстве случаев выбирали крючок, чтобы подцепить ведерку за ручку и достать из этого цилиндра.

И однажды возникла совершенно неожиданная ситуация, когда среди предложенных для выбора инструментов не оказалось крючка. И тогда одна из ворон по кличке Бетти, схватила проволочку, заклинила ее в щели стола, загнула, сделала крючок и поддела это самое пресловутое ведерко.

Сейчас эта лаборатория собирается подробно изучать способность к обобщению, к абстрагированию, к построению аналогий у этих птиц, то есть многие из тех вопросов, о которых мы далее расскажем.

Итак, мы рассмотрели пока только одну из сторон мышления – способность к экстренному решению новых задач в новых ситуациях. И у врановых птиц, наших очень далеких и сомнительных родственников, она представлена достаточно выразительно и, в общем, во многом не хуже, чем у обезьян.

Но существует другая сторона вопроса. Другая сторона мышления и, соответственно, другие эксперименты, которые изучают способности к обобщению и абстрагированию. Под обобщением понимается способность мысленно объединять различные предметы, стимулы, события по общим для них и наиболее существенным признакам. И эта способность – основа человеческого мышления. Она лежит в основе человеческого абстрактного мышления и использования символов, т. е. в основе речи. Поэтому вполне очевидна роль изучения этой стороны мышления животных, когда речь идет о попытках найти биологические истоки мышления человека.

Исследования такие весьма многообразны. Как всегда, все начиналось с приматов. И показано, что способность приматов, особенно человекообразных, к обобщению и к абстрагированию чрезвычайно высока и достигает так называемого уровня довербальных понятий. То есть животные, обобщив некие стимулы по общему для них существенному признаку, могут переносить выработанную реакцию на совершенно новые стимулы, применять это обобщение к стимулам другого класса. Допустим, например, что животное научили выбирать по признаку сходства с образцом стимулы разного цвета: образец красный – выбирай красный, образец синий – выбирай синий. И так далее. Многие животные продолжают выбирать правильно, если им показать совершенно новые цвета. Это допонятийный уровень обобщения. Но когда им предлагают для выбора, допустим, стимулы с разной штриховкой, то в этой ситуации только высшие, наиболее продвинутые животные выбирают по сходству и эти ранее незнакомые им стимулы другой категории.

Причем опять-таки способность к элементарному обобщению на допонятийном уровне, без этого перехода через категории, представлена не только у высших животных, но и у достаточно примитивно организованных. Во-первых, в нашей лаборатории, я уже об этом говорила, у черепах обнаружена способность к обобщению и к переносу выработанного навыка в новые ситуации. Способность к примитивному обобщению есть даже у голубей, которые не решают ни одну из упомянутых нами элементарных логических задач. Но после безумных сотен и тысяч сочетаний они каким-то образом тоже формируют некие обобщения.

Способность к обобщению изучали и у врановых птиц. И, в частности, мы показали, что вороны могут обобщать признак "большее число элементов". В первой серии их обучали, используя разные пары карточек, где число стимулов было от 1 до 12, и давали приманку за выбор карточки, на которой число элементов больше. Вороны усвоили правило выбора довольно быстро, несмотря на то, что каждый раз им предлагали новую пару. А потом мы применили новые карточки: от 10 до 20, а потом и до 25. И во всех этих случаях вороны достоверно демонстрировали способность выбирать стимул, содержащий большее число элементов.

Эти данные, а также некоторые другие, дали нам возможность перейти к исследованию наиболее сложной стороны мышления животных, попытаться поискать у этих наших совсем неродственников способность к символизации. То есть поискать у них способность связывать некое, сформированное ими обобщение с ранее нейтральным для них знаком, который при определенных условиях может становиться символом, которым можно оперировать в разных ситуациях. В этой работе при изучении символизации мы тоже обратились к модели счета.

Анна Анатольевна меня поправит, потому что слово "счет" мы употребляем в очень примитивном, что ли, грубо популяризаторском смысле, потому что на самом деле это вещь тонкая, и здесь нужно очень точно расставлять акценты.Анна Смирнова: Термин "счет", как и многие другие, пришли в сравнительную психологию из психологии человека. И, разумеется, этот термин подразумевает тот процесс, который используют взрослые, соответственно обученные люди для определения абсолютного, точного числа элементов в каких-либо множествах. Люди применяют для этого специальный алгоритм – совершенно четкую и определенную процедуру. Мы используем вербальные, то есть языковые числительные – 1, 2, 3 и т.д. Для того чтобы точно определить число элементов в множестве, мы, называя каждый элемент (1, 2, 3 …), отделяем тем самым посчитанные элементы от еще не посчитанных. При этом имя последнего элемента в множестве, например "шесть", описывает все множество целиком. З.З. Не только шестой, но и все шесть.А.С. Любое последнее числительное описывает все множество. Это специальная процедура, присущая именно нам, взрослым, или просто соответствующе обученным людям. Разумеется, животные, не обладающие второй сигнальной системой, используют какие-то свои способы для распознавания числа элементов в множестве. И они довольно точно распознают этот признак, как говорила Зоя Александровна. Точно сравнивают множество именно по числу элементов в них. То есть выделяют признак числа из всех прочих признаков, описывающих множество – площади, плотности расположения и т.д.

А для исследования способности животных к символизации, в нашем случае, серых ворон, мы использовали парадигму выбора по образцу. В этой задаче птице на специальном подносе предъявляют две кормушки. Кормушки накрыты крышками – карточками (стимулами для выбора). В процессе обучения птица узнает, что корм (личинки мучного хрущака) находится только в одной из двух кормушек, и старается найти этих червей. О том, в какой из кормушек лежит подкрепление, животное может узнать, сопоставив изображение на карточке-образце, которая находится между кормушками, с изображениями на карточках для выбора. Правилом успешного решения данной задачи является выбор карточки, соответствующей образцу. То есть, если птица видит на карточке-образце множество из четырех элементов и скидывает карточку, накрывающую кормушку, на которой также изображено четыре элемента, она найдет искомого червяка. Это задача называется "выбор по соответствию с образцом". Таким образом, она дает нам возможность корректно спросить у животного, что оно считает сходным, а что оно считает различным. Именно эта парадигма была использована для исследования способности ворон к символизации.

Нашей задачей было установить, способны ли вороны связать информацию о числе элементов в различных множествах с исходно индифферентными для них знаками – символами. Это были арабские цифры от одного до четырех. Исходно все начиналось с демонстрационной серии. Для ее успешного решения воронам было достаточно уметь использовать правила выбора по образцу, которому они были обучены ранее. Животное видит на карточке-образце изображение четырех элементов, скидывает карточку для выбора с четырьмя элементами и находит четыре червяка. В следующем предъявлении животное может увидеть в качестве образца карточку с изображением цифры, найти из двух карточек для выбора стимул с такой же цифрой, скинуть ее, и опять-таки найти число личинок, соответствующее изображенной цифре. Таким образом, мы демонстрировали птицам "цену" каждого стимула.

Надо подчеркнуть, что мы не позволяли им одновременно сопоставить множества и цифры. В одних предъявлениях образец и соответствующая карточка для выбора были множествами, а в других – цифрами. Но их связывало то, что под соответствующими цифрами и множествами вороны находили соответствующее число личинок. Усваивали они эту информацию, или не усваивали, мы пока не знали. Для того чтобы это проверить, нужно было провести тестовую серию. Следующий слайд, пожалуйста. В тестовой серии ситуация была совершенно новой. Если в качестве образца они видели цифру, то для выбора им предъявляли два множества. То есть абсолютного сходства или соответствия между образцом и карточкой для выбора не было. Успешно решить подобную задачу можно, только сопоставив ранее полученную информацию о количестве червей под каждым стимулом. Такая операция называется операцией транзитивного заключения. Это одна из базовых операций логического вывода: если А = В, а В = С, следовательно А = С.

В нашем случае под цифрой 4 птица ранее находила 4 червяка. И под множеством из 4-х элементов она также находила 4 червяка. Следовательно, цифры и множества соответствуют друг другу. Мы брали, разумеется, в расчет только самые первые предъявления, то есть старались максимально исключить возможность обучения в ходе теста. Мы получили результаты, подтверждающие, что вороны способны к такой операции логического вывода. Кроме того, они способны связать информацию о числе элементов во множествах разного типа (изображениях на карточках и реальных множествах мучных червей) с ранее нейтральными, индифферентными для них знаками – арабскими цифрами. Сходным образом (следующий слайд) мы исследовали их способность к некой комбинаторной операции, аналогичной арифметическому сложению. З.З. Перебью тебя. Способность к выполнению арифметических операций – это один из критериев истинного счета.А.С. Да, конечно. И как раз нашей задачей было не только выяснить, могут ли они установить соответствие между некими знаками и определенной информацией, но и могут ли они оперировать этими знаками. То есть, насколько свободно они этим владеют.

Здесь также экспериментальные серии подразделялись на демонстрационные и тестовые. Демонстрационная серия абсолютно отличалась от тестовой. В демонстрационных сериях карточки были условно разделены линией на две равные части, а кормушки были разделены на две равные части реальной перегородкой. В двух отсеках кормушки ворона находила число личинок, соответствующее изображению на разделенной карточке. Например, в одной части карточки изображено два геометрических элемента, и в соответствующем отсеке кормушки птица находит два червяка. В другой части карточки изображены два элемента, и птица находит два червяка в соответствующем отделе кормушки. То есть, опять-таки, мы просто предоставляли животным информацию о том, что под соответствующим образом разделенными множествами на карточках они найдут соответствующим образом разделенное количество личинок в кормушке.

В тестовой серии использовали только цифры. То есть, опять, напрямую перенести навык, полученный при исходном обучении, в ситуацию теста было нельзя. Это была новая задача и новая ситуация. И с этой задачей вороны успешно справились. Механизмом решения подобной задачи, вероятно, вновь служит операция, аналогичная транзитивному заключению. К моменту этого теста вороны уже обладали информацией о том, что определенная цифра и определенное множество соответствуют определенному количеству мучных червей. И на этой основе они смогли решить тестовую серию. Таким образом, они не только усвоили соответствие исходно индифферентных для них знаков и информации о числе, но и довольно свободно оперировали этими знаками.А.Г. А какой процент ворон?А.С. С этой задачей справились все вороны, обученные выбору по образцу. То есть, на самом деле, сложной задачей является исходное обучение задаче выбора по образцу; сложно установление этого "общего языка", позволяющего спросить что сходно, а что отлично. На этой стадии отсеиваются птицы, не способные справиться с задачей. А.Г. Или не желающие.А.С. Да, а дальше все идет уже достаточно свободно. З.З. Надо сказать, что именно в этой ситуации мы столкнулись с колоссальной индивидуальной изменчивостью. Так сложилось, что первая серия прошла очень удачно, птицы обучились достаточно быстро, и мы подумали, что дальше все так и будет, но потом оказалось, что формирование этого правила, "выбирай такое же", требует у разных ворон совершенно разного числа сочетания, притом огромного. Аня лучше знает, она подскажет эти цифры. Но, в общем, это выходит за пределы разумного. Они то ли отвлекаются, то ли им надоедает, или может быть, они не желают работать с экспериментатором. Это вообще достаточно серьезные осложнения в проведении когнитивных тестов. Потому что чем более высоко организовано животное, тем скучнее ему вот эта долбежка. Например, наши коллеги говорят, что попугаи просто не будут так работать. Вот голубь – он будет долбить. Есть работа, в которой некое обобщение было сформировано после 27 тысяч сочетаний.А.Г. Каторжный труд и для экспериментатора, и для голубя.З.З. Экспериментаторы в данном случае – это автоматические системы, это ладно. А что это за "адаптивное поведение", когда оно формируется после такого числа сочетаний – это уже другой вопрос. Так что здесь у нас все время стоит вопрос, как заставить ворон побыстрее усваивать это правило, которым они явно оперируют в естественной жизни. Но те вороны, с которыми нам удалось проработать, они показали, что вороны обладают такими способностями, нам даже удалось провести контроли, которые убеждали нас, что это все не случайно, и что феномен имеет место. А.С. В дополнение была приведена серия, в которой птицам предоставлялась возможность свободно выбрать между двумя кормушками, накрытыми карточками с изображениями цифр. Уже не ситуация выбора по образцу, а просто выбор между двумя кормушками. Птица могла выбрать любую карточку и получала при этом то количество червей, которое соответствовало изображенному на карточке символу или комбинации символов.А.Г. Но разрешали только одну кормушку открыть?А.С. В дополнение была приведена серия, в которой птицам предоставлялась возможность свободно выбрать между двумя кормушками, накрытыми карточками с изображениями цифр. Уже не ситуация выбора по образцу, а просто выбор между двумя кормушками. Птица могла выбрать любую карточку и получала при этом то количество червей, которое соответствовало изображенному на карточке символу или комбинации символов.А.Г. Те же цифры и давали?А.С. Конечно. Тем не менее, животные в такой ситуации находили кормушку с кормом абсолютно случайно – на уровне 50%, и, кроме того, проявляли откровенное недовольство, нервозность и нежелание работать в такой ситуации.А.Г. Конечно – "обманывают!".З.З. Ну да, дурят.А.Г. Какое количество ворон прошло через эти тесты?А.С. Эти работы были сделаны на 4-х воронах. А в процессе обучения "выбора по образцу" отсеялись многие и многие.А.Г. Это вороны, выращенные в неволе? Или нет?А.С. В основном, нет, это случайные птицы. В основном, это птиц, которых приносят люди – либо птицы с подбитыми крыльями, либо слетки, подобранные весной и летом, выращенные до августа, сентября. Потом они людям надоедают, и они их отдают нам.А.Г. Когда я готовился к передаче, читал цифры по экстраполяции, там были, если я правильно помню, галки и вороны.З.З. И сороки, и грачи понемножку.А.Г. Почему вОрон не указан?З.З. Потому что вОрон – это сложная птица, редкая. И хотя у нас жил именно в тот период в лаборатории ворон Карлуша, предложить ему задачу на экстраполяцию как-то не сложилось. А вот вторую задачу – поиск приманки в объемной, а не в плоской фигуре, мы предъявили трем воронам. И два из них прекрасно решали задачу, а третий не желал сотрудничать.

И вообще, вопрос о способностях воронов стоит у нас в плане исследований. Постоянно нам задают два "проклятых" вопроса. Первый – а правда, что ворон, во-первых, живет 300 лет – это такой устойчивый миф, непонятно, откуда он взялся, но только ленивый не задает этот вопрос. Но этим мы, как вы понимаете, заниматься не будем. А вот второй вопрос – правда ли, что ворон умнее всех остальных птиц? Причем ответ предполагается положительный. Но прямых данных для ответа на второй вопрос пока нет, и вряд ли они скоро появятся – на них практически никто не работает. Но можно отметить, что у ворона очень крупный мозг. Если у вороны индекс цефализации – 14, у голубя – 4, то у ворона – больше 18. Но практически нет никаких специальных исследований, которые бы сравнивали когнитивные способности воронов и ворон. Спасибо, что хоть на воронах что-то проводится.

Правда, в фильме Би-би-си "Разум животных" есть кадры, как вОроны в опытах американского исследователя Б. Хейнриха с ходу решают придуманную им задачку: на довольно длинной веревке, привязанной к перекладине, болтается приманка, и молодые птицы пытаются ее на лету схватить, но это им не удается. Взрослые же вороны садятся на перекладину и выуживают приманку, подтягивая лапами и клювом веревку. Каждый ворон делает это своим способом. И похожий эпизод мне недавно рассказали мои соседки по даче. Они наблюдали, как ворона охотилась за куском сала, который они с помощью довольно длинного шнурка прикрепили к бельевой веревке, чтобы подкармливать синичек. Сначала ворона пыталась схватить сало с лету, но очень быстро бросила это бесполезное занятие. Вместо этого она отлетела к столбу, к которому была привязана веревка, и стала развязывать узел. Ей это, правда, не удалось, была зима, веревка обледенела, да и соседки мои, они хорошо, крепко завязывают узлы. Тем не менее, ворона тоже нашла еще один способ решения данной задачи – уже третий. Поэтому я думаю, что еще не скоро мы сможем ответить объективно на вопрос: кто умнее – вОроны или вороны, да и не так он актуален.

В целом, приведенные данные, как мне кажется, убедительно показывают, что не только способность к решению простых задач в экстренных ситуациях распространена достаточно широко у представителей разных ветвей филогенеза, но даже способность к символизации, по крайней мере, ее зачатки, присутствуют у такой специфической группы позвоночных, как птицы.А.Г. У меня последний вопрос, поскольку время почти истекло. Говоря о попугаях, о которых вы хотели сказать в самом конце, у меня как у дилетанта возникает соблазн пойти на такого рода эксперимент. Если приматов обучают языку-посреднику, то в качестве языка-посредника с попугаями может выступать английский, русский или любой другой, который попугаи осваивают. Проводились такие исследования, или это преувеличенные представления о сообразительности попугаев?З.З. Во-первых, постепенно копится материал наблюдений, которые говорят о том, что говорящие попугаи, живущие в семьях, в ряде ситуаций употребляют ранее заученные слова вполне осмысленно. Но это пока – область наблюдений. Наблюдения они и есть наблюдения, они становятся фактом только когда проходят лабораторную проверку.

Во-вторых, американская исследовательница Ирен Пепперберг с 1978-го года работает с попугаем Алекс (жако). Она обучает его специфическим методом "модель-соперник". Алекс выучивает слова, соревнуясь и подражая второму экспериментатору, который получает поощрение, если произносит нужное слово и отвечает на вопросы лучше, чем Алекс. Попугай усвоил небольшой лексикон и с его помощью активно отвечает на вопросы. С помощью этого диалога Ирен пытается охарактеризовать суть когнитивных способностей попугая. То есть те вопросы, которые мы задаем птицам с помощью карточек и каких-то еще стимулов, она задает Алексу впрямую. Она, например, показывает ему какое-то количество предметов и спрашивает: сколько их здесь? Он отвечает – 5. И может пояснить: "Два зеленых и три красных, один круглый и четыре кубика" и т.д. Это исследование очень многоплановое, она применила целую батарею тестов, так что спектр когнитивных способностей попугаев в работе Пепперберг реализован очень хорошо. И для нас это очень ценная работа. Она совпадает с нашими данными о способности птиц к обобщению и абстрагированию.

gordon: Живая и неживая материя

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Мстислав Владимирович Крылов– доктор биологических наук
  • Михаил Наумович Либенсон– доктор физико-математических наук

Мстислав Крылов: Эволюция живой и неживой материя подчиняется одним и тем же концептуальным законам физики и химии. И поэтому мы вместе с доктором физико-математических наук Михаилом Либенсоном решили разработать эту проблему на двоих.

Наверное, ты начнешь, расскажешь, как возникла Вселенная, об инфляционной гипотезе, о большом взрыве, а потом я уже перейду к тому времени, когда начала формироваться естественная материя и живые организмы.Михаил Либенсон: Спасибо за такую возможность. Я должен сказать, что, хотя я знаком с общим взглядом на Мир, основанным на теории Большого Взрыва; с тем, как возникла и развивается Вселенная, я не являюсь глубоким профессионалом в этой области. Я читаю лекции "Концепции современного естествознания" студентам одного из вузов Петербурга. И очень этой темой интересуюсь. Но, поскольку здесь претензий на какие-то новые вещи у нас нет, я просто напомню, что, согласно теории Большого Взрыва, Вселенная возникла как флуктуация, и первоначально, в первый момент, который и определить-то трудно (потому что я дольше говорю, чем это состоялось), плотность исходного вещества (Вселенная возникла из сингулярности) была чудовищной – 10 в 97-й степени грамм на кубический сантиметр, а температура – 10 в 32-й степени градусов, Кельвина, или Цельсия (тут неважно, в чем определять), а дальше началось стремительное расширение того, что образовалось, и температура падала. А то, что образовалось, начало стремительно меняться, преобразовываться. И проходило некоторые стадии. Эти стадии в течение первых трех минут прошли так много ступеней эволюции, что изучение их еще только, так сказать, начинается. Если перечислить только, то сначала получилось нечто с огромным отрицательным давлением, и, согласно общей теории относительности, такая вещь не могла быть устойчивой. Из неустойчивости получилось то, что уже стало после расширения обычным веществом. Но там присутствовала огромная доля излучения. И то, что известно из физики элементарных частиц, позволило понять, что потом, спустя ничтожные доли секунды, получились первые барионы, а через очень короткое время пошло образование ядер. И на протяжении долей секунды образовались первые ядра самых легких элементов – водорода и гелия. Образование же тяжелых элементов, кирпичиков хорошо нам знакомого вещества, произошло уже гораздо позже и длилось не доли секунды, а миллионы лет. И за это время то, что возникло, охватило огромные области. Но к этому мы ещё вернемся, когда появятся картинки, а пока коснемся вот чего. Главный и очень важный момент для общего нашего рассказа в том, что мы увидим серьезные усложнения системы, которая возникла как некая неоднородность.

Усложнение – это очень важное свойство мира, который продолжает расширяться, оставаясь неравновесным и сугубо нелинейным, по оценкам, уже 12-15 миллиардов лет. Вот что можно сказать во вступлении о неживой природе. М.К. Ну что же, расширяющейся Вселенной свойственна неравновесность. И многие процессы, протекающие во Вселенной, неравновесны, в том числе и жизнь. Жизнь можно охарактеризовать как открытую неравновесную систему, находящуюся в стационарном состоянии, когда приток вещества и энергии равен оттоку.

В неравновесных системах могут проходить процессы самоорганизации. Эти системы становятся чувствительны даже к очень слабым воздействиям. Они становятся чувствительными к слабым гравитационным полям, к электромагнитным полям. Короче говоря, эти системы становятся необычайно чувствительными к любым флуктуациям. И они способны подстраиваться под изменяющиеся условия. Кроме того, эти системы имеют ещё стремятся к уменьшению производства энтропии. Одним из мощных антиэнтропийных факторов является усложнение системы. Поэтому усложнение, о котором сказал Михаил Наумович, определяется именно состоянием системы, её неравновесностью. И эти усложнения, конечно, протекают с участием обратных связей, либо положительных, либо отрицательных.

Что можно сказать об общности законов физики и химии для живых организмов? Размеры клетки определяются законами диффузии. Известно, что масса клетки растет пропорционально кубу, а поверхность клетки, через которую осуществляется диффузия веществ, также растет, но пропорционально квадрату. Значит, клетка не может быть очень большой. Таким образом, закон диффузии накладывает ограничения на размеры клетки.

Еще пример – мы все прекрасно знаем, что стволы растений, крупных деревьев, скажем, имеют в разрезе радиальную форму. Вот эта радиальная форма определяется гравитацией. Скажем, "торпедовидная" форма животных, быстро перемещающихся в плотных средах – акул, дельфинов – определяется гидродинамическими законами. Наконец, размеры или, вернее даже, масса летающих птиц определяется законами аэродинамики. Самая большая птица, которая может летать, это дрофа, и она не может иметь весь больше 23-24 килограмм.Александр Гордон: Жить в физике и быть свободным от физики невозможно.М.К. Невозможно. Законы физики диктуют очень жестко конформацию живой материи.М.Л. Если можно, я тут скажу несколько слов. Уже прозвучало, что и неживой и живой материи присуще свойство самоорганизации. Надо сказать, что это очень важная концепция – концепция самоорганизации, которая известна давно и происходит от естественных наук. Она стала более широкой и глобальной по своему значению, влиянию и применению, чем первоначально.

Здесь существенно подчеркнуть, что самоорганизация возникает в открытых системах, где должны быть развитыми системы обратных связей – положительных и отрицательных. Положительные обратные связи важны в том отношении, что в нелинейной системе может самопроизвольно происходить переход из одного состояния в другое. Флуктуация, которая связана положительными обратными связями с этими условиями, позволяет ей самой не самоуничтожаться быстро, а продолжать действовать. И постепенно системе уже невозможно оставаться в предыдущем состоянии, и она переходит в новое. А отрицательные обратные связи стабилизируют ситуацию. Поэтому мы имеем во времени некий переход. В пространстве он может сопровождаться образованием диссипативных структур, вообще, неким формообразованием. И это существенно. Причем, имеются системы с накоплением изменений.

Система может запомнить изменение, а потом его усилить на следующих циклах. Это тоже объединяет и физические законы, и то, что может иметь место в биологических системах. Об этом мы ещё поговорим попозже. М.К. Я хотел бы поговорить о том, каким образом процессы, существующие в неживой материи, используются живыми системами. Так скажем, передача энергии в сопряженных химических реакциях происходит через промежуточный продукт. Если мы себе представим реакцию, скажем, А-В-С, а следующую реакцию сопряженную С-D-E, то С будет общим продуктом для этих двух цепочек химических систем, причем, в одной она будет конечным продуктом, а в другой системе будет начальным продуктом. Такие процессы существуют в неорганической природе, и они очень широко распространены в биологической природе.

И очень важны для понимания функционирования живых систем так называемые процессы кросс-катализа. Например, реакция Жаботинского-Белоусова, где химические молекулы синхронно меняют своё тождество, и раствор превращается по цвету то в красный, то в синий. Эту реакцию называют "химическими часами" – через равные промежутки времени меняется цвет раствора. Это объясняется тем, что конечный продукт катализирует начальный продукт, это кросс-катализ. Такие реакции широко наблюдаются в биологии. Скажем, синтез нуклеиновых кислот определяется белками. А структура белков, и их синтез определяется нуклеиновыми кислотами. Кросс-катализ имеется и в неживой природе, и в живой природе, то есть существует некий континуум эволюционных процессов в этих системах.М.Л. В итоге такого вступления мы постарались проследить примеры закономерностей, известных из физики и хорошо уже проверенных, в частности, закономерностей самоорганизации, и сделать качественные выводы, которые очень похожи на то, что имеет место и в живой природе. Это дает больше оснований думать о том, что они действительно связаны между собой. И вообще говоря, в чём-то природа едина и не нуждается в каких-то специфических, очень иногда надуманных концепциях, объясняющих непреодолимое различие между неживой и живой природой. Мы, конечно, не касаемся всего сразу. Здесь очень много вопросов можно задать. Мы можем говорить только о том, о чём говорим сами.

И ещё можно сказать вот что. Концепция рождения и развития Вселенной, собственно, не такая уж старая. Когда я учился в школе, нас учили, что Вселенная безгранична, она никогда не начиналась во времени, и никогда не закончится. И уже начав работать, я узнал, что существуют просто захватывающие по своему сюжету сценарии развития Вселенной, – это уже вторая половина 20 века.

Любопытно вот что отметить. Считается, что 20-й век это время триумфа биологии. Сколько много важных Нобелевских премий присуждено за выдающиеся работы в области биологии и примыкающей к ней медицине. Много работ, конечно, и по физике удостоено Нобелевской премии. Но среди выдающихся достижений науки, на мой взгляд, как-то не очень заметно то, что сделал ряд ученых (их не так много), которые разработали концепцию Вселенной. Просто для этого нужно иметь глубокие профессиональные знания, гораздо более глубокие, чем может пропустить через себя даже человек, имеющий высшее образование. И в этом трудность – как донести это до слушателей, читателей, зрителей.А.Г. Ещё одна проблема. Дело в том, что наблюдательные экспериментальные данные, особенно в астрофизике, с каждым днём обновляются, прибавляются, заставляют теоретиков менять свои представления о том, что было справедливо ещё год назад, два года назад. Поэтому, конечно, астрофизика – и космология, как следствие, – сейчас тоже впереди, на коне. Но всё-таки, не проводя жирной черты между живой и неживой природой, утверждая, что и та, и другая развиваются и действуют по одним и тем же законам усложнения, самоорганизации и усложнения – всё-таки мы натыкаемся-то на невозможность экспериментальным путем получить ту самую первую форму жизни, ту самую первую, не знаю, как её назовём, – "матрицу", способную репродуцироваться. И это остается огромной загадкой.М.К. Я бы на этот вопрос ответил так. В неравновесных системах идут необратимые процессы. Время имеет направленность, и поэтому невозможно повторить то, что уже было. Попытки это сделать, правда, предпринимаются, но, в общем, они большого успеха не имеют. Дело в том, что, скажем, амфибии произошли от рыб. Но амфибии не могут превратиться в рыб. Ступеньки такие: рыбы, амфибии, рептилии, птицы и млекопитающие. Млекопитающие опять вернулись в воду, дельфины, китообразные – но ведь они не приобрели жабры. Они решили эту проблему иначе. То есть эволюция необратима. В зоологии это формулируется как закон Долло. Но это лишь частный случай общего закона однонаправленности времени. А.Г. Но, тем не менее, присутствуют же регрессивные формы в эволюции, когда некий вид сознательно отказывается от морфологических признаков, которые он приобрел в течение эволюции – по сути дела, упрощаясь, а не усложняясь. Это же тоже эволюция.М.К. Это характерно для многих паразитов. Паразит возлагает часть функций на хозяина, система паразит-хозяин при этом усложняется.А.Г. Продолжайте, извините, что перебил.М.К. Я хотел ещё остановиться на основной нашей концепции, мы почему-то о ней ничего не сказали – на том, что материя принимает формы в соответствии с условиями. И, как я уже говорил, – в сильно неравновесных состояниях материя подстраивается под условия.А.Г. Когда вы говорите "форма", вы что имеете в виду?М.К. Скажем, если о неорганической материи, я бы сказал так: водород превращается в гелий при определенных условиях. Чтобы эта реакция произошла, нужно 10 миллионов градусов.А.Г. Всё понятно.М.К. На ранней Земле простейшие организмы жили без свободного кислорода, то есть не было кислорода, и они прекрасно существовали и размножались. И они дали начало сине-зеленым водорослям, которые стали использовать энергию солнечного света, то есть начался фотосинтез. В результате метаболизма начал выделяться свободный кислород, и он стал появляться в атмосфере. И этот кислород уже был ядом для тех начальных форм, которые породили новые. Поэтому эволюцию можно сформулировать таким образом (вот на этом этапе, крупномасштабно, чтобы понять): новое зарождается в недрах старого, новое изменяет условия, и эти условия становятся неприемлемыми для старого. И старое должно либо погибнуть, либо уйти с авансцены. М.Л. Либо трансформироваться.М.К. Поэтому анаэробы, организмы, которые могут жить только без наличия свободного кислорода в атмосфере, вынуждены были уйти в илы, то есть туда, где нет свободного кислорода. А всю арену жизни заняли организмы, которые используют свободный кислород. Таким образом, они очень сильно продвинулись, потому что использование кислорода позволяет более эффективно осуществлять метаболизм. А.Г. Хотя любопытно было представить себе, как пошла бы анаэробная эволюция, если бы не случилось то, что случилось.М.К. Да. Это очень интересно. Но всё-таки есть такая точка зрения, что они непременно бы дали начало организмам, которые начали использовать энергию солнца. М.Л. Ну да, быть более приспособленными к тем условиям, которые есть.М.К. Потому что закон усложнения диктует материи этот путь – физический закон, кстати.А.Г. А закон усложнения говорит о том, до какой степени материя может быть усложнена?М.К. Нет, нет.А.Г. То есть это бесконечный процесс.М.К. Физики говорят: "будущее не задано", поэтому трудно сказать.М.Л. Это на самом деле вопрос очень дискуссионный и интересный, в принципе. Вот скажем, очень сложная система, многофакторная, открытая система, где есть сильные обратные связи, которая способна к неустойчивости. Тут предсказать поведение системы очень трудно. Более того, есть так называемый горизонт прогноза для таких систем, когда небольшое отклонение в начальных условиях ведет на определенном шаге к непредсказуемому результату. И в этом плане словесные представления недостаточны.

Математическое описание – где да, где нет. Но даже при его наличии мы получаем некую непредсказуемость. И это очень важный вывод современной синергетики, одной из очень быстро прогрессирующих областей знания. К ней относятся по-разному разные ученые, я не хочу в эту полемику вступать, но именно ей принадлежит такой вывод, что мир непредсказуем – в широком смысле. Поэтому здесь нельзя говорить о детальной точности.

Но можно обратиться теперь к другой точке зрения по этому вопросу. Мы говорим: мир не равновесен. И это очень правильно. Собственно, все науки, астрофизика, космология, все они уже экспериментально свидетельствуют о том, что мир действительно не равновесен. Он не линеен, это тоже понятно. Но спрашивается: а всё-таки к чему стремится весь Мир – с большой буквы? К какому-то равновесию, в конце концов, как какая-то конкретная система, или нет? Каково глобальное будущее? Так вот спрашивается: на какое время давать прогноз? И тут ответа, конечно, нет. Потому что и этот вопрос остается вопросом.

То есть с любой точки зрения есть разные решения... До сих пор неизвестно точно, какова средняя плотность вещества во Вселенной. То ли она будет непрерывно раздуваться и расширяться, то ли будет, в конце концов, возвратное движение и схлопывание, которое пойдет по другому пути, и само по себе это будет уже совершенно другой процесс эволюции.А.Г. Но вот от астрофизиков я слышал версию о том, что открытие физического вакуума и определение того факта, что Вселенная расширяется с ускорением, говорит всё-таки о конечном разуплотнении вещества во Вселенной, по крайней мере, в видимой его части, и, так или иначе, финал неизбежен.М.Л. Ну, да. Это другой финал. Правильно? Да, это иная схеме финала. Но время достижения финала в этом смысле тоже растяжимо. То есть, на что заказывать прогноз?М.К. Физики постулируют, что будущее не задано, и, тем не менее, они не могут удержаться от гипотез. Предположим, что же будет, когда Вселенная перестанет расширяться и время потечет в обратную сторону? Ибо Вселенная, по модели Фридмана, пульсирует.М.Л. Вот я вижу картинки. Это что значит?А.Г. Это значит, что вы можете говорить о них. Пожалуйста.М.Л. Я узнал одну из своих картинок, которая относится к теме самоорганизации. Это довольно старая картинка. Это вспышка излучения импульсного лазера, которое через линзу фокусируется на поверхность материала и производит облучение с довольно высокой плотностью мощности, так что поверхность изменяется. Среди различных изменений, простых и сложных, можно заметить типичные картины самоорганизации, которые нам интересны. О них я могу чуть подробнее рассказать, если мы увидим следующую картинку.

Вот такая интересная шляпка. Был сделан следующий опыт, сделан физиками Узбекистана, тогда Узбекистан был республикой Советского Союза. Это излучение непрерывного лазера на углекислом газе подавалось на поверхность медной пластины, довольно толстой. Излучение было достаточным для того, чтобы пластина оплавилась. И вот из области расплава начал подниматься вот такой "пенек", который возвысился и закристаллизовался. Это некие довольно сложные композиции из металла, его окислов: это медь, Cu2О, покрытая сверху пластиночками (затвердевшими окислами), как шапочкой . Это типичная картина самоорганизации. Такой результат не задан никакими условиями самой медной пластины. "Пенек" появился в результате действия излучения и факторов, которые способствовали вытягиванию материала, вроде как зарождающегося смерча. Это один тип самоорганизации при воздействии лазерного излучения. Я занимаюсь лазерным воздействием очень давно, поэтому мне ближе эти картинки. Следующие две тоже очень интересны.

Вот тут, может, не очень хорошо видно, но, если приглядеться, то можно увидеть серию "полосочек", или рябь на поверхности. Это более мягкое воздействие уже нескольких импульсов лазерного излучения на поверхность полупроводника. А "полосочки" соответствуют образованию так называемых самоорганизующихся поверхностных структур. Не говоря детально о том, как это происходит, я хочу сказать, что во многих областях науки были сделаны любопытные шаги вперед. Например, в оптике стало возможным говорить о том, что при падении света на границу раздела, не всех сред, но многих, на поверхности происходит не только отражение света и преломление, но и частичное преобразование света в поверхностную электромагнитную волну. Она интерферируют с падающей, и в интерференционном поле образуется такой рельеф. Этот рельеф закрепляется – поверхность оплавлена и начинает чуть-чуть испаряться, в температурных максимумах индуцированного поля происходит "выедание" луночки, а в минимумах остается бугорок.

Интересно вот что. Чем больше высота такой структуры, тем сильнее преобразование света в поверхностную волну, тем глубже модуляция, и от импульса к импульсу идет усиление такой структуры.

А вот следующая картина, она наиболее характерна. Когда я показываю её на лекциях, я спрашиваю: что это такое? Самый простой ответ, типичный, между прочим, что это вязаный свитер, с дырками, правда. Вот приглядитесь, можно так сказать? Свитер, правда?А.Г. Можно сказать, да. А можно отнести это, кстати, и к вашей области деятельности. Поскольку похоже на поверхность какого-нибудь листа...М.Л. А вот на самом деле это тоже последовательное воздействие на поверхность, скажем, германия (в данном случае неважно) серии лазерных импульсов, которые привели к образованию целой гаммы поверхностных волн, которые интерферируют и очень сильно изменяют форму поверхности. В чем здесь самоорганизация? В процессе такого воздействия возникают и усиливаются положительные обратные связи между изменениями высоты рельефа и коэффициентом преобразования лазерного излучения в поверхностную волну – от импульса к импульсу. И если добавить, что здесь тысяча импульсов воздействовала, это будет очень любопытно.

Так вот, можно провести некие аналогии между тем, что происходит в таких опытах (кстати, они достаточно интересны и сами по себе) и, допустим, какими-то биологическими процессами. В чем сила самоорганизующейся системы? В появлении таких обратных связей. Она закрепляет то, что получилось, даже при импульсном воздействии, и сохраняет это до следующего такого воздействия. Возможна эстафетная передача с постепенным переходом от исходной системы к новой. Ведь, собственно, такой системы не было, она появилась и осталась тут в виде картинки, можно образец показать. Можно эту систему разрушить, условия изменятся, и такой рисуночек пропадет.

В биологии тоже такое возможно, и в химии это возможно. И в этом смысле самоорганизация – это действительно процесс, который очень широк по своим возможностям. Вот о чем я хотел сказать.М.К. Я хочу немножко рассказать о процессах самоорганизации, проходящих в живых системах. Ты упомянул очень интересную вещь – это эстафетность эволюции. Потом поговорим подробнее об эстафетном характере эволюции.

Молекулы ферментов синтезируются на матричной РНК из аминокислотных остатков и имеют линейную форму. Потом уже идет сложный процесс, когда они "сходят" с этого конвейера, и молекулы приобретают трехмерную структуру, они усложняются, самоорганизуются. И сама молекула, организуется таким образом, что свободной энергии становится мало. Причем жизненные процессы идут только в водной среде. В воде, которая окружает её, энтропия увеличивается. Так что энтропия воды либо остается на постоянном уровне, либо даже возрастает. Но в системе молекулы она уменьшается. Это ещё раз подтверждает, что неравновесные процессы, в общем, ведут не всегда – это не абсолютная вещь – но, по крайней мере, иногда ведут к уменьшению энтропии.

Рибосомы, на которых идет синтез белка, самоорганизуются. Есть такой фермент альдалаза: если её подкислить, то она диссоциирует на две нефункциональные части. Если её до нейтральной рН довести, скажем, до 7, то они опять реассоциируются. Они помнят о том, как они были когда-то соединены. Причем, эти реакции очень специфичны.

Нативные гемоглобины ассоциируются только от того животного, от которого они произошли.

Теперь я хотел бы немножко поговорить об эстафетном принципе эволюции. Прежде, чем появился гелий, был водород... И даже можно раньше начать. Прежде, чем появилась молекула, был атом. Дальше я перейду сразу к живому, не буду дальше развивать эту мысль. Сначала появился химический элемент, потом молекула, потом комплексы молекул, потом межмолекулярные комплексы, мембраны, различные органеллы, как я уже говорил, рибосомы – даже частицы вируса подвержены самоорганизации. Но всё это происходит, как вы видите, эстафетно. Сначала простая форма организации, на её базе строятся следующие формы и так далее. Сначала рыба, потом амфибия, амфибии предшествуют рептилиям, а рептилии предшествуют птицам и млекопитающим. То есть имеется некий процесс, в котором обязательным условием для возникновения следующей сложной организации является предшествующая ей менее сложная организация. А.Г. То есть, грубо говоря, не изобретается сначала велосипед, а потом мотоцикл. Сначала велосипед, потом велосипед с моторчиком, потом велосипед с гораздо более сильным моторчиком. И уж только потом...М.К. В последнее время молекулярные биологи у многих организмов секвенировали геномы – это последовательность нуклеотидных оснований ДНК. И это позволило выявить, что организмы, далеко отстоящие друг от друга систематически, как например, человек и мышь, имеют до 95 % одинаковых генов. Раньше в это вообще бы никто бы не поверил. Из этого видно, что эволюция имеет необратимый эстафетный характер. М.Л. Это тоже рассматривать как пример специфической самоорганизации – постепенной, в меняющихся условиях. Я тут повторю Славу: в меняющихся условиях живая система по принципу физико-химических процессов, протекающих в ней, формирует обратные связи, которые именно и дают приспособление к условиям и закрепляют некие новые признаки. А поскольку все эти системы нелинейные и неравновесные, это возможно. И где-то происходит насыщение подобного процесса, вступают в действие обратные связи другого знака, идет закрепление. Это может идти на уровне химическом, физико-химическом, на уровне уже более крупномасшатбном. В конце концов, ведь нельзя говорить о том, что появившееся новое живое – новый вид, скажем – что он будет сам по себе жить. Новый вид будет жить в условиях реального мира, среди других живых существ, где идет борьба за выживание – хотя это и не определяет все. Определять всё будут вот эти цепочки обратных связей.М.К. Относительно борьбы за существование, я вам должен сказать, что эволюция идет в экосистемах. И одним из самых талантливых, я бы так сказал, энергичных ученых, развивающих эту идею (она возникла значительно раньше, у Вернадского; Берг говорил ещё об этом), является академик Заварзин. Он считает, и это, по-моему, совершенно верно, что отношения в экосистемах преимущественно кооперативное. Именно поэтому существует организм и поэтому существует система.

А в качестве простого примера можно привести, скажем, синтез кислорода растениями, который используют млекопитающие, и выдыхание углекислого газа, который используют растения. Достаточно отключить какую-то систему, и вся эта экосистема может рухнуть. Значит, это отношение всё-таки кооперативное, и это объясняет существование в экосистемах, на Земле и очень примитивных организмов, очень древних (сине-зеленые водоросли до сих пор можно найти), и высоко продвинутых, таких, как человек, скажем. То есть эти организмы занимают соответствующие экологические ниши, и они могут существовать только вместе, раздельно они не могут существовать. Поэтому обязательное условие существования отдельного индивидуума – соответствие системе.

Что интересно, и в социологии это проявляется. Вот пророки крупных религий, и Магомет, и Христос, они не соответствовали по своим взглядам системам, и они вначале подвергались гонению. Значит, когда что-то не соответствует, тогда начинает работать естественный отбор. То есть естественный отбор, на мой взгляд (может быть не абсолютно, но в большинстве случаев), играет консервативную роль в эволюции. М.Л. Стабилизирующую роль.М.К. Он стрижет, как говорится, то, что выросло, он придавливает. Вот что можно сказать о гетерогенных системах. А.Г. Но стрижет, простите, признаки и прогрессивные, и регрессивные?М.К. Да, да – и прогрессивные, и регрессивные. Так что побеждает не сильнейший, а побеждает соответствующий. Когда мы наблюдаем, скажем, ритуальные бои за самку у птиц или у млекопитающих, часто это интерпретируется так, что побеждает сильнейший. Но на самом деле побеждает соответствующий взглядам самки на то, каким должен быть самец её вида. Понимаете, он должен себя вести типично, так, чтобы самка сказала: "Да, вот это голубь". Не канарейка или какой-то другой вид птицы. То есть эти ритуальные бои подтверждают его самость, его принадлежность к этому виду.А.Г. Всё-таки, если можно, в нескольких словах об эволюции неживой материи. Потому что с живой материей все более-менее понятно. Но если жизнь и нежизнь развивается по одним и тем же законам, то мы должны находить следы эволюции неживой материи не в первые три минуты существования Вселенной, а до сегодняшнего дня. М.К. Я могу ответить на этот вопрос?М.Л. Ради Бога. А я добавлю.М.К. Дело в том, что, во-первых, стартовые условия на Земле в известной мере определили эволюцию. Одна из основных гипотез происхождения Земли та, что после взрыва сверхновой газовые облака и остатки сверхновой в результате вращения сформировали Солнечную систему, в центре которой звезда и вокруг нее вращаются планеты. Так вот в планету Земля случайно попали 20 химических элементов, которые необходимы для построения жизни. Кроме того, сформировалась определенная плотность этой планеты и её...А.Г. Удаленность от Солнца.М.К. ...её удаленность от Солнца. Вот эти условия позволили сформироваться жизни. Таких условий на других планетах Солнечной системы нет, и пока мы там жизни достоверно не находим. Мы её ищем и очень тщательно, но пока ничего не получается.

Так вот, в первые, ранние периоды образования Земли химические элементы, которые в неё вошли, начали "развиваться" сами собой, автоматически, с обратными связями – хотя это не живая система. Из неорганических элементов под влиянием солнечной энергии и энергии тепла Земли начали появляться органические молекулы. Появились все аминокислоты, появились все нуклеотидные основания, появились сахара, липиды, то есть те кирпичики, из которых составляется жизнь.

И вот в данном случае я бы хотел перейти, может быть, к более интересному...А.Г. Нет, вы не спешите. Мы только подошли к самому интересному. Хорошо, в результате самоорганизации, самоусложнения живой материи возник набор органических веществ. А как они-то самоорганизовались?М.К. Этот процесс длился около миллиарда лет. Предполагается, что на основе тех механизмов, о которых мы говорили, начали формироваться комплексы молекул, мембраны, органеллы, клетки. Я хочу сказать на эту тему следующее. Здесь присутствует все-таки редукционный подход. Мы говорим о частях и потом пытаемся их соединить. Живая система, как она функционирует?

Здесь я еще раз возвращаюсь к тому, о чем мы говорили. Илья Романович Пригожин, физик, в 47-ом предложил теорию, а в 77-ом только ему за это дали Нобелевскую премию – 30 лет ждал почти. Он сделал то великое открытие, что в неравновесных системах происходит усложнение и как следствие – самоорганизация, потому что неравновесные системы стремятся к самоорганизации. Таким образом, движущим механизмом самоорганизации, или организации живого, является именно то, что эти системы неравновесны. А неравновесны они потому, что Вселенная неравновесна. А.Г. Но тут еще один вопрос. Существуют новейшие теории, которые говорят, что 70 процентов материи, которая существует – это физический вакуум, а еще 27 процентов, как я услышал от астрофизиков – это темные материи, или темные энергии. И только 1 процент – это наблюдаемый нами мир, то есть звезды и так далее. И одна миллиардная, неисчислимо малая доля процента – это живое вещество. Все-таки, если говорить о неживом веществе в масштабах Вселенной, каков эволюционный путь этого вещества? Вы мне рассказали, как формировалась жизнь на Земле и почему это можно считать эволюцией неживой природы, ее дальнейшей самоорганизацией и так далее. А все остальное, вся остальная масса вещества во Вселенной, как она эволюционирует?М.К. Жизнь можно рассматривать как естественный процесс эволюции материи...М.Л. Сначала отойдем немножко от жизни в сторону неживой материи. Допустим, мы забудем о начальных нескольких минутах – сначала все это однородно расширялось, а потом появились неустойчивости. И сначала появляются отдельные фрагменты материи. И там шли, насколько я понимаю, с большой эффективностью реакции антианнигиляции, излучение превращалось в вещество. Это вещество разлеталось сначала с огромными скоростями, постепенно скорости замедлялись, формировались мощные гравитационные силы. И вещество фрагментами образовывало протогалактики. Наступила темная эпоха. Излучение было микроволновым, оптического света не было, и эта темная эпоха длилась много миллионов лет.

Из протогалактик образовались первые звезды. Они были очень яркие, они были очень большие, больше Солнца в сотни раз по диаметру. Они привели к сильной ионизации окружающего молекулярного газа. Я, конечно, опускаю целый ряд моментов. И все это послужило началом того этапа расширения Вселенной, который длится до сих пор. Потом из протогалактик получились звезды, а потом звездные системы – галактики, а далее – скопления галактик. Это все можно наблюдать, это достижения оптической и радиоастрономии, среди которых следует упомянуть открытый Хабблом важный закон разбегания галактик, который лежит в основании теории Большого взрыва и подтверждает модель расширения Вселенной из первоначальной сингулярности.

Вопрос в другом: и что дальше? Но прежде: не что дальше, а что внутри всего этого дела? Уже ясно, и мы сегодня немножко касались этого, что химические элементы формировались в недрах звезд где-то уже спустя миллионы лет после взрыва. Из данных астрономии, которые сейчас позволяют ретроспективно "уйти" на несколько миллиардов лет назад, видно обеднение спектра излучения далеких объектов – количество химических элементов было меньше, чем сейчас. Но ведь вещество действительно составляет очень малую часть Вселенной. Все остальное – темная материя: это элементарные частицы, но тут много дискуссионного, неоткрытого до конца. А вот дальше, если мы будем говорить о структуре галактик, эволюция которых прослежена и неплохо, то там можно выделить отдельные звездные системы. Теперь уже известно, что существуют планетарные системы не горячие, некие тела больших размеров, которые не коллапсируют, у которых температура не несколько тысяч градусов – это была версия, – а гораздо меньше, и где возможны условия для других процессов. Так вот что это такое? Мы видим уже новые агрегатные состояния вещества, есть образования не просто газов, а конденсированых сред: жидких, твердых. Они принимают определенную форму, которая определяется динамикой их движения, и если у них есть атмосфера – газовая оболочка вокруг них – то формы получаются более гладкие, сглаженные.

Бурная история Земли, которая тоже неплохо изучена, говорит о том, что сначала это была горячая планета (но не сверхгорячая, как звезда), и там была бурная тектоническая деятельность, менялся химический состав атмосферы, менялось содержание разных элементов в ней, которые были захвачены на предыдущей стадии.

Вот эволюция неживой материи. От отдельных атомов к молекулам, к изменению агрегатного состояния, к образованию "огромных" форм из этих агрегатных состояний гидросферы, атмосферы, суши. Плюс взаимодействие с очень сложными процессами изменений климата, я уже не говорю о погоде. Плюс учет природы, как огромной системы, как того, что изучают науки о земле. С учетом различных полей, которые влияют на наши условия, – это электромагнитные взаимодействия и гравитационные. Все остальное находится гораздо более компактно. Так вот это эволюция неживой материи.

Я думаю, тут можно поставить и точку, конечно, если говорить о том, что нынешнее состояние довольно протяженно во времени – и будет протяженным. И это существенный момент.М.К. Позвольте мне, а то сейчас время закончится. Надо нам все-таки сказать о том, что формирование жизни – это естественный процесс эволюции материи. И везде во Вселенной, где имеются соответствующие условия, может существовать жизнь. То есть, Земля – это не единственное космическое обитаемое тело. Не единственное. И если учесть, что во Вселенной имеется около десяти в одиннадцатой степени звезд, которые могут иметь планетные системы, то вероятность таких условий, как на Земле, повышается. И еще я хотел бы обратить внимание на то, что и неживая, и живая природа обладают модульным принципом построения. М.Л. Я согласен. М.К. Сейчас особенно большие успехи делает генетика. Показано, что эволюция идет не в результате точечных мутаций изменения гена, а модулями, как в архитектуре. Вы можете из кирпича построить и простую хижину, и дворец, и храм. И вот из этих генов можно построить любой – ну, не любой, а разные организмы. М.Л. И вот тут важно проследить переход от того, что мы знаем о неживой материи, к живой. В чем он заключается? Тут ответа нет пока, это сложный вопрос. М.К. Потому что четкого перехода нет.М.Л. Конечно. Но вместе с тем он позволяет определить некие формы переходные, которые, с одной стороны, по своей структуре, атомному составу, могут быть отнесены скорее к неживой природе, но которые приобретают новые функции, которые могут их отличать от обычной неживой природы в дальнейшем развитии, самоорганизации.М.К. Все-таки эволюция квантована, хотя ты, по-моему, с этим не очень согласен? Поэтому есть индивидуумы, есть отдельные виды, есть мужчины, есть дети – это все кванты жизни. Поэтому переходные формы, о которых ты сказал, мы не наблюдаем. Нет переходных форм между живым и неживым.А.Г. Но мы и эволюцию не наблюдаем. Мы наблюдаем только историю эволюции. М.Л. Это могло совершиться когда-то.М.К. В общем-то есть некоторые наблюдения по формированию новых видов, но они очень скромные, сейчас о них говорить, по-видимому, не стоит.М.Л. Конечно. Дело в том, что и существование науки, которая позволяет все это проследить, – это ничтожная искорка. Такой ничтожный момент времени, что тут вопросов можно задать много, и даже задать их еще надо уметь. Поэтому вот путь, который мы считаем очень перспективным: первое – и в неживой, и в живой природе происходит усложнение. Второе – очень существенны процессы самоорганизации, которые и могли быть тем переходным мостиком, который преодолел этот разрыв.

И где-то должны были быть, конечно, качественные скачки...

Страницы: