Где я? ZANOZA.LVдаугавпилсская жизнь

Сначала нужно залогиниться или зарегистрироваться.

gordon: Квантовая космология

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Андрей Анатольевич Гриб– доктор биологических наук
  • Михаил Леонидович Фильченков– доктор биологических наук

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

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

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

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

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

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

Но окончательным решением проблемы можно считать 1965 год, когда Пенроузом и Хокингом в Англии была доказана теорема, что если Вселенная расширяется и если в этой Вселенной материи удовлетворяют обычным условиям, так называемым уравнениям состояния, то у Вселенной обязательно в прошлом было начало. Эта теорема называется теоремой о сингулярности. И вот этот момент, можно сказать, – это момент, когда было установлено, что действительно Вселенная – совсем не то, что о ней думали. Что идея вечной во времени Вселенной, которую мы сейчас видим, эта идея, по всей видимости, должна быть оставлена. Надо заметить, что у нас в стране еще в 80-х годах все студенты в университетах, институтах изучали диалектический материализм, в котором черным по белому было написано, что Вселенная вечна и бесконечна. И никаких разговоров о том, что когда-то было начало, не велось. Но это история вопроса, может быть, Михаил Леонидович сейчас добавит исторических фактов.Михаил Фильченков: Я хотел начать с того, что еще до Фридмана, в 17-м году, после того как Эйнштейн создал общую теорию относительности, он предложил модель стационарной Вселенной. И, собственно, поэтому он и возражал Фридману. Но буквально в это же время де Ситтер – это голландский астроном – предложил тоже нестационарную модель, но без сингулярности. Под сингулярностью подразумевается некое такое состояние с бесконечной плотностью, где и кривизна обращается в бесконечность. Это решение описывало как бы пустой мир, но с постоянной кривизной. И вот этот пустой мир, с постоянной кривизной, получил название Вселенной с космологической постоянной. Как космологическая постоянная она выражается через эту постоянную кривизну. Расширение – то, о котором говорил Андрей Анатольевич, но не упомянул – какой закон расширения, получил Хаббл, в смысле, Хаббл зарегистрировал только факт расширения. А вот что получил конкретно Фридман: все масштабы растут с течением времени по степенному закону. То есть, Хаббл наблюдал зависимость скорости удаления галактик от расстояния. Она оказалась линейной. А вот сами масштабы в зависимости от времени растут по степенному закону. Если у вас, допустим, есть какое-то излучение, скажем, электромагнитное, то закон – корень квадратный из времени. А если другая какая-то материя, то другой закон. Но закон степенной. То есть, расширение достаточно медленное. А в модели де Ситтера, т.е. с космологическим членом, расширение по экспоненте, т.е. гораздо более быстрое. Поскольку это была модель пустой Вселенной, то есть галактики там были как некие пробные частицы, которые просто движутся, но не определяют динамику этого расширения (динамику определял так называемый космологический член в уравнениях Эйнштейна), то после того как было получено решение Фридмана, которое описывало динамику, определяемую материей, наполняющей Вселенную (галактики, излучения и так далее), то, конечно, от модели де Ситтера быстро отказались, потому что она ничего реального не описывала. Это продолжалось некоторое время.

А вот приблизительно начиная с 60-х годов, стали обращать внимание на эту модель. И она попала в учебники, скажем, есть знаменитые книги по гравитации, допустим, Томан. Там уже это решение упомянуто. Но, в общем, вторую жизнь этому решению дал ленинградский ученый Эраст Борисович Глинер. Он в 65-м году предложил такую модель, в которой Вселенная расширяется сначала быстро, то есть по экспоненте. То есть, как бы пустая Вселенная, потом переходит на стадию расширения вещества. Вот то, что описывал в своей модели Фридман. Но, правда, причина этого перехода была не ясна. И поэтому работы Глинера сначала, в общем, не очень были встречены положительно научной общественностью. Он еще в 70-м году опубликовал работу. Где-то в конце 70-х годов – в начале 80-х, были еще работы Старобинского, Мостепаненко, потом дальше Гута. Через некоторое время выяснилось, что это, по-видимому, какое-то скалярное поле, которое и описывается этим космологическим членом. В результате определенных процессов, которые происходят во Вселенной, когда скалярное поле сильно осциллирует, начинает рождаться материя – эти самые частицы, излучение, которые потом определяют динамику Вселенной в модели Фридмана. И заслуга Глинера заключалась в том, что он предложил этот сценарий. Потому что, собственно, он использовал решение де Ситтера. Ну и, кроме того, он считал, что и конечная стадия гравитационного коллапса приводит к этому решению де Ситтера, то есть внутри черной дыры не сингулярность, а этот вакуум, описываемый космологическим членом. Кроме того, когда было предложено решение де Ситтера, то сразу из него следовало, что теоремы о неизбежности сингулярности не работают в силу того, что так называемое сильное энергетическое условие (то есть, что давление должно быть больше, чем некая величина отрицательная), для космологического члена не выполняется. И поэтому теоремы Хокинга-Пенроуза о неизбежности сингулярности в таком сценарии не работают. А.Г. Хорошо, я теперь скажу о том, какой же картина в космологии сегодня представляется нам после этих открытий. Дело в том, что иногда открытие Фридмана сравнивают с открытием Коперника. Я бы сказал, что оно неким образом является антикоперниковским. Во-первых, потому что Коперник, в действительности, просто возродил точку зрения Аристарха Самосского в Греции, который уже говорил о том, что Земля вращается вокруг Солнца. Кроме того, мы знаем, что кроме Коперника был Джордано Бруно, после которого возникла некоторая определенная модель Вселенной, которая весьма популярна была в 19-м веке и в начале 20-го. Что это за точка зрения? Эту точку зрения Лемэтр, один из создателей космологии, назвал кошмаром бесконечности.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

И вот квантовая космология, которая возникла где-то в середине 80-х годов, пытается ответить на этот вопрос, а именно, пытается описать раннюю Вселенную в рамках квантовой физики. И произошло введение понятия так называемой "волновой функции Вселенной". Михаил Леонидович довольно много занимается этой темой. Я думаю, он прокомментирует лучше эту ситуацию.М.Ф. Но здесь я хочу вернуться назад. У Вас была передача "Квантовая гравитация", и я хочу немножко добавить, что же такое квантовая гравитация, а потом объяснить, что такое квантовая космология. Проблема квантования в гравитации, в общем-то, довольно сложна, и нельзя сказать, что существует какая-то теория. Существуют просто различные подходы. То есть если рассматривать, скажем, какие-то слабые гравитационные поля на фоне почти плоского пространства Минковского, то тогда удобно провести такое квантование, которое обычно проводится в электродинамике. Есть такая наука – квантовая электродинамика.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

И для того, чтобы этого не было, вы, благодаря многомировой интерпретации, предлагаете, что каждое измерение происходит в каком-то другом мире. Это так называемый мультиверс, об этом Андрей Анатольевич скажет. Я еще только хотел добавить, что, на самом деле, не всё так плохо. Когда вы рассматриваете квантовую космологию, например, рождение Вселенной, то оказывается, что после того как происходит туннелирование, которое соответствует рождению Вселенной (с очень малой вероятностью), волновая функция оказывается такой, что из нее можно вывести, какая будет зависимость масштаба расширения от времени, то есть возникает время. Оно запрограммировано в самой квантовой механике. То есть до того, как Вселенная родилась, не было времени. Но если вы знаете эту волновую функцию и берете ее на предельно больших, масштабных факторах, то из этой зависимости, точнее, из ее фазы, вы можете найти однозначно, как будет вести себя этот масштабный фактор в зависимости от времени. То есть у вас возникает время. Возникает, правда, некая трудность с наблюдателем. Об этом Андрей Анатольевич, конечно, подробно расскажет.Александр Гордон: Прежде можно еще один вопрос я задам. Вы говорите о маленькой вероятности флуктуации, в результате которой возникает Вселенная. А какое время при этом имеется в виду? Вероятность – за какое время?М.Ф. А всё дело в том, что туннельный эффект происходит за нулевое время, потому что он происходит под барьером и...А.Гордон. То есть вероятность события за нулевое время.М.Ф. Да. За нулевое, при туннельном эффекте никакого времени нет, оно возникает после.А.Гордон. Да, спасибо, я получил информацию. Не понял, но получил информацию.А.Г. За короткое время, которое осталось, я хочу о двух вещах сказать. Во-первых, можно ли получить какие-то наблюдательные следствия из квантовой космологии? Можно ли что-либо из этого увидеть? Грубо говоря, это такой вопрос: а можно ли увидеть само начало Вселенной? Кое-что на эту тему можно сказать.

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

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

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

Эта точка зрения, вообще говоря, конечно, противоречит нашей идее становления. О том, что все-таки что-то становится в будущем, и что будущее – это множество возможностей. И квантовая механика вообще говорит о том, что, да, это так, по всей видимости. И тут...А.Гордон. Блок Вселенной и детерминизм тогда просто неизбежен?А.Г. Не обязательно детерминизм. Потому что в блоке Вселенной возможна такая вещь, что события существуют, но между ними не всегда есть такая связь, что вы можете из одного события предсказать будущее. В этом смысле это не означает детерминизма. Но квантовая механика утверждает большее. Она даже утверждает, что свойства квантовых объектов вообще не описывается как событие в обычном пространстве. Это связано с проблемой, которую немножко затронул Михаил Леонидович, который сказал, что проблема, возникающая в квантовой космологии, это проблема наблюдателя.

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

И, наконец, интерпретация, где предлагается построить много параллельных вселенных, а наблюдателей нет. К сожалению, там очень много трудностей. Почему? Я, например, лично эту интерпретацию не разделяю. Потому что здесь трудности чисто математические. Там есть две нерешенных проблемы. Одна называется, так сказать, сугубо на нашем языке – проблема предпочтительного базиса, которая там не решена, а вторая – это то, что в квантовой физике нельзя ввести для квантовых свойств так называемую логическую функцию истинности. То есть эти объекты квантовые существуют как потенциальные возможности, как говорил мой учитель Фок, а не как наше видение Вселенной. Поэтому параллельная Вселенная – это не то же самое, что наша.А.Гордон. Пять минут нам добавили, продолжайте, пожалуйста.А.Г. Параллельные Вселенные, о которых сейчас говорят и в масс-медиа, нельзя представлять себе так же, как нашу Вселенную. Они отличаются от нашей, если следовать квантовой механике. Потому что они не в том же смысле "есть", как наша Вселенная "есть". Слово "есть" к ним нельзя употреблять. И в этом отношении проблема наблюдателя в квантовой космологии является достаточно открытой. А.Гордон. Поправьте меня, если я ошибаюсь, но там, по-моему, еще была теория фрактального... А.Г. Об этом можно сказать. Фрактальная теория обычно связана с теорией многих миров, но не обязательно...М.Ф. Дайте, я скажу. Осталось мало времени, но я все-таки хотел бы немного затронуть этот вопрос. Где-то в районе 86-го года Линде предложил модель, в которой инфляция (когда у вас какие-то вселенные раздуваются) на самом деле происходит не только в нашем мире. Мир – это мегагалактика, т.е. наблюдаемая часть Вселенной. А большой мир состоит из многих вселенных. И наша – только одна из них.А.Гордон. Частный случай.М.Ф. Частный случай, да. И при этом очень много строили таких моделей, что эти пузыри раздуваются, они как-то пересекаются или не пересекаются. Из одного пузыря можно попасть в другой. В частности, была такая гипотеза, как гипотеза Ли Смолина: скажем, есть какие-то черные дыры, возникающие в результате гравитационного коллапса. Поскольку внутри них образуется опять тот же самый вакуум, он опять расширяется в какую-то уже другую вселенную, и в этой вселенной образуются опять черные дыры, они опять коллапсируют, и этот бесконечный процесс представляет собой некую фрактальную структуру. Это, конечно, некая полуфантастика, но вот интересно...А.Гордон. Это решает вопрос с наблюдателем.М.Ф. Но это нас возвращает к кошмару бесконечности. То есть опять бесконечный мир. Мы от этого ушли, но у нас может быть постановка задачи и другая. А существуют ли какие-то способы попасть из одного мира в другой? И в 87-м году Гут и Фархи (Гут – это тот, кто предложил по сути дела инфляционную модель) предложили такую, в общем-то, сумасшедшую идею о создании вселенной в лаборатории. То есть, требуется всего-навсего только 10 килограмм вещества, которое нужно сжать достаточно сильно, чтобы образовался этот самый вакуум...А.Гордон. До каких размеров надо сжать?М.Ф. Сжать нужно до очень маленьких размеров – десять в минус 24-й сантиметра. При этом оказывается, что та энергия, которую нужно при этом затратить, она никакая не космическая, она сейчас имеется на Земле. То есть энергии вполне достаточно. Другое дело, как сжать. Но энергии даже в современной технологии достаточно, чтобы сжать. Другое дело, что мы не знаем, как сжать. Но энергия уже такая есть. То есть, если какая-то сверхцивилизация найдет такой способ, то она может, в принципе, создать новую вселенную. Тогда оказывается, что рождается новая Вселенная, причем это все происходит под гравитационным радиусом, поэтому наш наблюдатель как располагал 10 килограммами вещества, так он и будет их видеть. А расширение произойдет в новую вселенную – возникнет новая вселенная. Причем эти десять килограмм соответствуют почти копии нашей Вселенной, то есть с такими же галактиками, и прочее. То есть, в таком вот небольшом объеме. Правда, неизвестно, может, в нашей лаборатории что-то измениться с нашим вакуумом. Были такие гипотезы, что это может как-то плохо отразиться на нашем мире.А.Гордон. А кроме того, как мы узнаем, что эта вселенная родилась?...М.Ф. Как мы узнаем? Мы никак не узнаем. Но здесь есть другой вопрос, секундочку. Еще есть другой подход – это как послать какое-то сообщение в другую вселенную?...А.Гордон. Простите, я забуду вопрос. А мы в этом случае можем являться наблюдателем по отношению к той вселенной, которая создалась? Или все-таки нет?М.Ф. Нет, но если кто-то к нам пошлет сообщение, то мы сможем его принять. Поэтому мы можем послать сообщение и можем принять. А.Гордон. Было бы кому.М.Ф. Да, да. Так вот, ситуация следующая – есть такая фантастическая модель, что цивилизации существуют какое-то конечное время, и они должны как-то передать свою информацию каким-то другим цивилизациям в нашей Вселенной и в других вселенных. Мы не знаем, сколько цивилизаций существует. Но мы знаем, что есть наша, по крайней мере. И как они могут передать информацию из одной вселенной в другую? Они могут передать либо через черные дыры, которые...А.Гордон. Каков объем информации?М.Ф. Да, объем информации. Объем информации очень интересный. Оказалось, что вероятность передачи очень маленькая, а информации, которую мы можем передать, приблизительно столько же, сколько содержится в геноме человека. То есть, мы можем передать через этот туннель...А.Гордон. Вы и с этим тоже не согласны?М.Ф. Подождите, я сейчас закончу. А.Г. Геном передан сюда из другой цивилизации?... М.Ф. То есть понимаете, оказывается так, что чем больше информации, тем меньше вероятность ее передать. Если передать легко что-то, то информации очень мало. Для того чтобы передать, скажем, геном человека, нужно е в степени минус 10 в десятой степени.А.Гордон. А чтобы передать Книгу Бытия, сколько нужно?М.Ф. А для того, чтобы передать просто какую-то маленькую книгу, нужна вероятность е в степени минус 10 где-то в восьмой степени. То есть в принципе кто-то может эти сообщения к нам прислать. И возможно даже, что и сама жизнь явилась результатом того, что кто-то передал этот геном...А.Гордон. Чем это лучше, чем Господь Бог?М.Ф. А это неизвестно.А.Г. Может быть, я закончу. Здесь, мне кажется, мы имеем возврат к некоторому эллинскому богословию. Потому что чем эллинское богословие отличалось от христианского? У них боги находились где-то на Олимпе. Здесь предлагается где-то другое место, другая вселенная, откуда Боги посылают эту информацию. Но так как теория весьма спекулятивна, потому что ее проверить нельзя, то я лично...А.Гордон. К тому же, она все равно не дает ответа на вопросы, которые мы ставим...А.Г. К сожалению, да. Но я лично предпочитаю христианское богословие, как более развитое, чем эллинское, которое здесь сейчас предлагается.М.Ф. Нет, это только гипотеза...А.Гордон. С вашей точки зрения наблюдатель был и...А.Г. Если брать просто стандартную копенгагенскую интерпретацию, то мы должны как-то анализировать этот вопрос о наблюдателе. Либо это сегодняшние наблюдатели, которые судят о прошлом, либо мы должны говорить о сознании в каком-то более широком смысле.А.Гордон. То есть вполне возможно, что наш взгляд туда за горизонт этого события, вернее, на горизонт событий, с помощью тех самых гравитационных волн – это и будет тот самый взгляд наблюдателя, который, возможно, создал нашу Вселенную.А.Г. Да, это уилеровская точка зрения – участвующая Вселенная, – то, что вы сейчас излагаете.А.Гордон. Потрясающе. Но время уже кончилось...

gordon: Антропный принцип

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Вадим Васильевич Казютинский– доктор философских наук
  • Андрей Николаевич Павленко– доктор философских наук

Александр Гордон: ...проблема, перед которой мы стоим и которой до конца не понимаем. Гости употребляли словосочетание "антропный принцип", и даже прозвучало суждение здесь как-то, что только основываясь на положениях антропного принципа можно когда-нибудь объединить все знание, накопленное человечеством – естественнонаучное, гуманитарное, мистическое, даже религиозное – с тем, чтобы наконец истина нам открылась. Но никто, будучи связан темой программы, рассуждая о своем сокровенном, так и не объяснил ни мне, ни нашей аудитории, что же это, собственно, такое – антропный принцип. И у меня, несмотря на то, что я читал материалы к этой передаче, до сих пор остается целый ряд даже не вопросов, а некоего, знаете, такого, что ли, недоверия к основным положениям, которые я успел прочесть. Я, может быть, после ваших объяснений попробую в 2-3 словах объяснить, почему у меня возникает такое недоверие. Давайте начнем с главного – что же это такое все-таки?Вадим Казютинский: Главное – это вопрос о том, зачем нужен антропный принцип. Он должен ответить на вопрос, почему вселенная такова, какой мы ее наблюдаем. Это очень необычный вопрос. Раньше такие вопросы в науке не ставились. Раньше в науке ставились другие вопросы: как устроена вселенная, как она эволюционирует, а вот почему она такова – этот вопрос возник только на очень поздней стадии развития науки. Почему?

Известно, что наша вселенная расширяется. И расширение вселенной описывается фридмановской теорией, теорией расширяющейся вселенной. Но, вообще говоря, мы в науке привыкли, что теория дает одну модель для одного объекта, а фридмановская теория дает бесчисленное множество, континуум моделей для нашей расширяющейся вселенной, метагалактики – это уже неувязка. Много раз пытались объяснить эту неувязку – почему этих моделей много? Как выбрать начальное условие для расширяющейся вселенной? Ответ был таков. Нужно выбрать начальные условия таким образом, чтобы они были совместимы с фактом существования человека. Такова первоначальная постановка проблемы, в наше время.

Когда лет 30-40 назад, в 60-е годы прошлого века, этот вопрос был поставлен, он вызвал невероятный бум. Невероятный бум. Например, английский космолог Дэвис сказал: "У меня есть ощущение, что происходит нечто невероятное в науке. Совершенно новые проблемы, новые объяснения. Антропный принцип – это не физический принцип. Это принцип какой-то надфизический", – сказал он.

Антропный принцип призван ответить на вопрос, почему вселенная такова, какой мы ее наблюдаем. Есть два подхода к решению этого вопроса. Первый звучит так: если бы вселенная была бы другой, если бы ее свойства были немного иными, чем мы их наблюдаем, мы просто не существовали бы. И некому было бы судить о вселенной. Это первый подход. Его придерживаются очень многие космологи и астрофизики. Другой подход: вселенная такова, какой мы ее наблюдаем, потому что существует человек. Этот ответ немножко двусмысленный, немножко загадочный.

Английский космолог и математик Брендон Картер, обсуждая эти проблемы, выдвинул антропный принцип, который он сформулировал в виде двух принципов – слабого и сильного. Антропный принцип звучит так: то, что мы ожидаем наблюдать во вселенной, должно быть совместимо с условиями нашего существования как наблюдателей. Вы скажете: это тривиально. Да, конечно. Но сильный принцип звучит уже не тривиально: Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе ее эволюции было возможным появление человека. Вот из-за этого сильного антропного принципа и развернулись те дискуссии, которые продолжались многие десятилетия, и только сейчас начинают стихать.

Фактически, выяснилось, что эти проблемы отнюдь не новы, они уже в древней философии развивались, они обсуждались и великим английским естествоиспытателем Уоллесом, в конце 19 века. Уоллес пришел к выводу, что вся эта вселенная, со всеми ее величественными закономерностями, была необходима для того, чтобы на Земле возникла жизнь. То есть проблема вот в чем: человек есть неотъемлемая часть вселенной, мы неотделимы от нее. Древняя идея, что человек – это микрокосм в составе макрокосма, эта идея находит сейчас выражение точным языком космологии. Такова проблема.

Уоллес выдвинул два типа объяснений. Почему вся вселенная, которую мы наблюдаем, необходима для того, чтобы мы с вами могли бы существовать. Он сказал, что и материалист, и человек верующий, каждый по-своему легко справится с этой проблемой. Материалист будет говорить, что все есть дело случая. Человек верующий, к каковым Уоллес относил самого себя, будет считать, что человек это есть цель, предзаложенная высшим трансцендентным существом, цель, ради которой и развивается вселенная, потому в ней все так хорошо и подогнано.

Но в наше время, в 50-60-70 годы эта проблема перешла в некий новый план, в план проблемы фундаментальных физических констант. Был установлен такой физический принцип (это не антропный еще принцип, это физический принцип), согласно которому ряд фундаментальных констант, которые установлены современной наукой, так тонко подогнаны друг к другу, что малейшее изменение хотя бы одной из них привело бы к другой вселенной. Вселенная оказалась бы совершенно иной, чем мы ее наблюдаем. Получалось некое возвращение к пифагорейской идее о том, что в основе мира лежит число.

Но всегда возникает вопрос, какие же это константы? Здесь на экране они выписаны. Иногда добавляют к ним некоторые другие константы. Но фактически речь идет о массах трех элементарных частиц, образующих нашу вселенную. Масса электрона, масса нейтрона и масса протона, важна их разница, затем идут 4 константы фундаментальных физических взаимодействий. Константа электромагнитного взаимодействия, константа сильного взаимодействия, константа слабого взаимодействия; сильное – слабое – это ядерное взаимодействие. Константа гравитационного взаимодействия. И, наконец, размерность пространства, она, как известно, равна 3.

Что выяснили физики путем тщательного анализа? Мы не физики с Андреем Николаевичем, мы в физическую сторону вдаваться не будем, скажем только следующее. Если бы масса электрона была бы больше, чем она есть всего лишь в 2,5-3 раза, то во вселенной проходили бы совершенно другие типы ядерных реакций, чем они есть, не было бы, возможно, образования сложных структур. Таким образом, если бы константы были чуть-чуть иными (для электрона это чуть-чуть – 2,5-3 раза, для разницы масс нейтрона и протона – в 1,6 раза), то, опять-таки, сложные структуры не могли бы образоваться. То же касается различных взаимодействий. А что касается размерности пространства, то если бы пространство было, представим себе, двумерным, мы не могли бы с вами в нем существовать. А если бы оно было не трехмерным, а четырехмерным и более, то не могли бы существовать устойчивые орбиты. Планеты падали бы на звезды или улетали бы в бесконечность.

Короче, если бы этот набор констант, к которому, повторяю, добавляют иногда и некоторые другие, скажем, скорость расширения нашей метагалактики, ее среднюю плотность (а некоторые авторы выбирают свой набор констант в дополнение к этому), то вселенная была бы совсем иной. В ней бы не было ни атомов, ни ядер атомов, ни звезд, ни галактик. Существует, таким образом, тончайшая подгонка этих фундаментальных констант друг к другу. Их изменение привело бы к другой вселенной, в которой человеку бы не было места. Это лезвие бритвы, по которой прошла наша вселенная, оно просто поразительно. Никто никогда не думал, что эта игра констант может быть столь тонкой. И космологи, физики, астрономы задумались над этой проблемой. Таким образом я ответил бы на ваш вопрос. Ощущается ли проблема в такой постановке?А.Г. Разумеется, ощущается.В.К. А далее два объяснения, которые были названы. Одно объяснение такое. Мы можем наблюдать не всякую по своим свойствам вселенную, потому что только в такой вселенной мы можем существовать. Второе объяснение – вселенная такова, какую мы наблюдаем, потому что существует человек – как некая цель или по некоторым другим причинам. Есть принцип соучастия, который телеологию, цель не вводит. Но все равно без человека, в отсутствие человека вселенная была бы другой.

Я думаю, что главным является именно сильный антропный принцип – вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе ее развития допускалось существование наблюдателей. Эта формулировка Брендона Картера. И она-то своей неожиданностью, экстравагантностью вызвала огромные споры. Прежде всего, модальность долженствования не свойственна научному принципу. Это некое требование к природе, и это очень странно. Вокруг этой формулировки и развернулись всевозможные споры. Андрей Павленко: Я со своей стороны, хотел бы несколько снизить градус восхищения антропной аргументацией или, говоря более мягко, как-то ограничить сферу его универсальности. И в этой связи дополнить сказанное уже Владимиром Васильевичем.

Здесь, с моей точки зрения, следовало бы различить фактическую сторону дела и ту, которую мы называем философской интерпретацией этого принципа. Фактическая сторона очень конкретна, то есть она связана с конкретными людьми, конкретным временем, а в самой физике она связана с решением каких-то конкретных физических проблем. Дело в то, что в космологии начала 20 века, вслед за подтверждением Э. Хабблом нестационарной модели Фридмана в 1928 году, появляется очень большое количество интерпретаций этого открытия. Некоторые исследователи оценивали его позитивно, как реальное событие, другие исследователи говорили, что открытие Хаббла не подтверждает нестационарную модель Фридмана, и приводили ряд физических аргументов. В результате этой неоднозначности в оценке открытия Хаббла, 30-40 годы прошлого столетия характеризуются некоторым откатом от нестационарных моделей. И в космологию приходят так называемые статичные модели, то есть модели, которые описывают не эволюционирующий мир, как это было у Фридмана. Это модели Хойла, Дикке, Бонди и других исследователей.В.К. Стационарная вселенная.А.П. Да, модели стационарной вселенной.

В такой ситуации, а также в связи с тем, что не было точной оценки возраста вселенной после открытия Хаббла, было не совсем понятно для самих космологов, как определить или с той или иной степенью точностьи датировать возраст нашей наблюдаемой вселенной. Возрасты предполагались самые невероятные – от возраста, который совпадал с возрастом Земли, что было бы совершенно нелепостью, до каких-то совершенно невероятных значений.В.К. И даже меньше, 2 миллиарда лет было первоначально.А.П. По радиоактивному методу возраст определялся равным приблизительно 4,5 миллиардам лет.

И тогда физику Дикке приходит в голову совершенно фантастическая идея. Он поставил перед собой задачу: на каком основании из всего множества этих моделей выбрать наиболее реалистическую, то есть ту, которая описывает наблюдаемую вселенную, с одной стороны, а с другой – дает адекватную оценку её возраста. Ему приходит в голову поразительная идея. В самом деле, вселенная, если мы признаем, что она эволюционировала, должна была бы пройти такие стадии эволюции, о которых упоминал Владимир Васильевич, которые бы позволили на некотором этапе ее эволюции возникнуть наблюдателю. Дикке в своей статье, посвященной антропной аргументации в 1961 году в журнале "Nature" так и говорит: "Вселенная должна была бы эволюционировать так, чтобы возникли физики, которые могли бы это осознать".

Поэтому, исторически, выдвижение антропной аргументации было сделано самим физиком, это есть некоторый апофеоз физического знания. То есть вселенная проэволюционировала вплоть до физиков и, конкретно, до Дикке, который смог это осознать. И это, конечно, было очень серьезным достижением. В то время была дискуссия в связи с этим. Дикке полемизировал с другими физиками, например, с Полем Дираком и так далее.

В этой связи, я бы хотел обратить внимание еще и вот на какой любопытный факт: независимо от Дикке в 1957 наш советский, а теперь уже российский ученый Григорий Моисеевич Идлис, живя в Казахстане, опубликовал в местном академическом журнале статью с аналогичными идеями. И поэтому, если мы откроем такую известную книгу, как "Атропный космологический принцип", опубликованную Типлером и Барроу в 1986 году, то Идлис там упоминается в качестве одного из родоначальников этой идеи.

Это означает, что идея, в каком-то смысле, витала уже в воздухе. И люди живя и работая в совершенно разных местах – ведь Советский Союз был все-таки отрезан информационно – приходили к схожим выводам. Но уже в 73 году, то есть приблизительно через 14-15 лет после того, как Дикке эту идею высказал, Брендон Картер предложил уже в явной форме две формулировки принципа на Краковском конгрессе, которые стали классическим определением слабого и сильного антропного принципа.

Но Картер ведь тоже не на пустом месте предлагал эти принципы. В докладе он говорит следующим образом: до науки 20 века в физике и в космологии господствовал принцип Коперника. В соответствии с этим принципом наблюдатель не занимает никакого привилегированного места. Почему? Потому что Копернику этот принцип был жизненно необходим, ибо если бы он не опирался на этот принцип, было бы чрезвычайно трудно убедить своих оппонентов в том, что верна гелиоцентрическая модель. Он не мог апеллировать к чувственно воспринимаемым результатам. Почему? Потому что на протяжении, практически, 2-х с небольшим тысяч лет, человечество, уже зная модель Аристарха Самосского о том, что Солнце находится в центре мира, тем не менее, эту модель не принимала. Почему? Потому что она никак не согласовывалась с чувственными наблюдениями. То есть нужно было отказаться от привилегированности земного наблюдателя.

И вот поэтому Коперник утверждает этот принцип в своей работе "Об обращениях небесных сфер" и в некоторых других – в "Малом комментарии" и так далее. Поэтому Брендон Картер говорит (это четко у него зафиксировано в слабом принципе), что все-таки в каком-то смысле наблюдатель занимает привилегированное положение. В каком смысле? В том смысле, что его существование совпадает с существованием вселенной, и таким образом здесь нет того, на что указывал Владимир Васильевич, нет жесткого долженствования. Есть такое совпадение.

А сильный принцип действительно говорит о том, что вселенная должна на некотором этапе эволюции допускать существование наблюдателя. Если первый принцип просто констатирует некоторые совпадения качеств наблюдателя и окружающего мира, что, в общем, само по себе является тривиальным, то сильный принцип уже как бы выходит за рамки науки, и в строгом смысле очень многие ученые – физики и космологи – конечно, к нему относились осторожно.В.К. Крайне отрицательно! Считали его ненаучным.А.П. Но не все. Все-таки были такие крупные физики, как Стивен Хокинг, которые пытались его каким-то образом все-таки применить. Но в чем была прелесть слабого принципа? В том, что качества вселенной совместимы с существованием наблюдателя. Это сразу развязывало руки физикам и космологам в отбраковке нереалистических моделей. Почему? Раз ваша теория или модель (теория – это уже сформировавшаяся модель, получившая подтверждение) не допускает появления на таком-то этапе, скажем, во вселенной в возрасте около 14-15 миллиардов лет существования наблюдателя, подобного земному, значит, она нереалистична. И это вполне естественно. То есть принцип, безусловно, имел какое-то выбраковочное значение.

Но я бы хотел все-таки здесь обратить внимание на некоторые нетривиальные моменты, связанные с этим принципом, с моей точки зрения, на моменты, которые имеют сугубо философскую природу, а не физическую. Как уже сказал Владимир Васильевич, мы физику оставляем физикам. Заключаются они вот в чем, с моей точки зрения.

Первое. Владимир Васильевич здесь говорил о некоторых константах, которые известны современной науке. Некоторые он упомянул, а о некоторых только вскользь рассказал. Так вот, некоторые константы все-таки были известны, например, в 18 веке. Скажем, Ньютону уже была известна гравитационная константа. В 18 веке, даже в конце 17-го, уже измерили скорость света, то есть, знали, что скорость света имеет строго определенное значение. Возникает вопрос, а почему в 18 веке никому в голову такая идея не пришла? Такой чисто философский вопрос.

Другой момент, очень с моей точки зрения интересный, заключается в следующем. Постановка этой проблемы в связи с антропным принципом, естественно, стала возможной только после того, как в науку пришла так называемая эволюционная теория вселенной Фридмана, или теория эволюционирующей вселенной Фридмана. Которая, раз уж она имеет место быть, и раз она получила два очень известных подтверждения, то естественным образом возникает вопрос, что раз нечто имеет начало, то, стало быть, оно должно иметь и конец. И таким образом здесь своеобразная роль наблюдателя, который оказывается зависимым от свойств вселенной. Без этой эволюционирующей теории, теории эволюционирующей вселенной, конечно, антропный принцип не имел бы такого значения, такого резонанса, который он получает.

И еще один очень важный момент, без чего, безусловно, мы до конца не поняли бы или не осветили в достаточной степени его значения. Он заключается в следующем. Дело в том, что сам принцип Коперника, на который ссылается Брендон Картер в своей краковской речи или краковском докладе, он сам являлся своеобразной антитезой, или противопоставлением, античному принципу, зафиксированному в явной форме у Платона в "Тимее".

Согласно этому принципу, который мы условно могли бы назвать космологическим принципом Платона, космос является образцом, образцом для уподобления. И таким образом человек, с точки зрения платонизма, ни в коей степени не мог бы считаться некоторой вершиной эволюции этого космоса. Это нонсенс, с точки зрения античного мировоззрения. Но в таком случае получается поразительная вещь: антропный принцип является, фактически, ничем иным, как перевернутым с ног на голову космологическим принципом Платона, когда не вселенная, не мир, окружающий человека, является целью, так сказать, к которой он стремится, а сам человек оказывается на вершине.

Перед тем как прийти сюда, к вам на передачу, я пересмотрел еще раз первые стихи книги "Бытия" в Библии. И действительно, там и в 1 главе, и в 9 главе книги Бытия сказано, что Бог дал вам Землю, плодитесь, размножайтесь, владейте, обладайте. И эта, совершенно ясно присутствующая в ветхозаветном писании мысль о том, что все дано для человека, в определенном смысле получает уже чисто физическое, как мы уже отметили, у Дикке, выражение, когда вселенная и ее качества эволюционируют так, что на некотором этапе появляются физики, которые способны это осознать. Вот это, безусловно, тоже не может быть не отмечено.

В.К. Я хочу, если можно, продолжить с того места, на котором я кончил. Сильный антропный принцип и слабый антропный принцип. Слабый антропный принцип, собственно, что говорит? Он говорит, что выделена эпоха, в которой существует человек. Человек может существовать не во всякую эпоху нашей вселенной. Для того чтобы он мог возникнуть, должны были пройти многие миллиарды лет, об этом говорил Андрей Николаевич. И должны были образоваться планеты, условия для них. В общем, выделена эпоха в эволюции вселенной, и в этом главный смысл слабого антропного принципа.

Смысл сильного антропного принципа в том, что выделена сама наша вселенная, она особенная. Возникает главный вопрос – а как возникло это сочетание констант? Как произошла эта тонкая подгонка констант, которая и позволила нам с вами возникнуть и беседовать здесь, в этой студии? И по этому поводу современные научные ответы на новом уровне повторяют как раз то, что в свое время говорил Уоллес.

Очень многие авторы считают, что наша вселенная возникла спонтанно, случайно возникла путем флуктуации вакуума. Об этом уже было в ваших передачах. И в ней совершенно случайно, спонтанно, возникло то сочетание констант, которое мы имеем. Но необходимо предположить, и Картер сделал такое предположение, что есть множество других вселенных, других метагалактик, других объектов, подобных нашей метагалктике, где законы те же, но константы другие. И там, в тех вселенных, жизни нет, потому что сочетания констант были такими, что они не допускают возникновение жизни. Вот почему наша вселенная оказывается выделенной среди других. Вот в чем антикоперниканский смысл сильного антропного принципа – что чисто случайно это все возникло.

Картер формулирует принцип самоотбора: наша вселенная возникла такой, какой она есть и какой мы ее наблюдаем в результате некоего космического самоотбора, который происходил по естественным причинам. Но очень многие теологи и космологи, например, Фред Хойл, развивают идею телеологии. Они говорят, что человек есть цель, к которой стремится все бытие, то есть они повторяют таким образом вторую из альтернатив, которую наметил Уоллес, они развивают очень детальную аргументацию, в подробности которой нам сейчас недосуг вдаваться, важна основная идея.

Например, Фред Хойл, известный астрофизик, говорит, что во вселенной оперировал некий сверхинтеллект, который устроил ее данным образом. И констатацией этого – проблема для теолога исчерпывается. Но я лично придерживаюсь другого, третьего, точнее, направления, которое может быть здесь высказано.

Сейчас возникла синергетика, о ней тоже была речь на ваших передачах, и мы знаем, что происходит некая самоорганизация природы. Причем в этих процессах самоорганизации мы наблюдаем некую квазителеологию, то есть будущее каким-то образом временит настоящее. Есть некие аттракторы, к которым стягиваются решения уравнений, которыми описывается современное состояние. Будущее каким-то образом определяет настоящее. И вполне возможно предположить, что само существование человека потенциально было заключено в той начальной флуктуации, которая породила нашу вселенную, но актуально эта идея, то есть этот процесс возникновения человека, реализовался не случайным образом и не телеологическим, а в виде некоторой квазителеономии, некоторой квазицели, поставленной самой природой, не каким-то сверхестественным интеллектом, а самой природой.

И здесь я бы хотел упомянуть еще одного человека, которого бесконечно уважаю и который очень много сделал для анализа антропного принципа. Это профессор Иосиф Леонидович Розенталь, сотрудник Института космических исследований нашей Академии. Он выдвинул такую идею, и вполне справедливую: объяснять наличием человека физические закономерности – это немножко легкомысленно. Физик должен мыслить как физик и должен искать физические объяснения этим закономерностям, значениям констант, тонкой подгонки, гармонии этих значений. Поэтому Розенталь выдвинул принцип целесообразности, согласно которому наблюдаемое сочетание констант необходимо и достаточно для существования того, что мы наблюдаем во вселенной. Причем, это касается не только человека, это касается и звезд, и всего остального. Он не апеллировал к человеку, и поэтому наряду с антропным принципом он выдвигает принцип целесообразности. Принцип некоторой квазицели, многократно подчеркивая, что он при этом не имеет в виду никакую сознательно поставленную цель.

Мне кажется, что философское значение этих рассуждений состоит вот в чем. Мы наблюдаем некие проявления целесообразности в живой природе. Это хорошо известная вещь, она объяснена, но мы теперь должны признать, что в самоорганизующейся вселенной есть некие проявления квазицелесообразности, на разных ее уровнях, начиная с ее спонтанного рождения. И это некий новый момент современной картины мира. Человек включается в этот контекст квазицелесообразности, квазителеологии. Таким образом, не какое-то трансцендентное существо, а сама природа заложила в начальный момент некую программу, которая и реализуется сейчас в виде человека и , возможно, других цивилизаций. В этом и состоит, мне кажется, огромное мировоззренческое значение антропного принципа.

Мне часто говорят, что я преувеличиваю значение этого принципа. Но, право же, это весьма нетривиально.А.Г. Да, у меня вопрос возник в связи с этим. Если такая самоорганизация, квазицель, была поставлена самой природой самой себе, и так или иначе будущее определяло прошлое, то есть отбор шел в определенном направлении и организация шла в определенном направлении, значит ли это, что с возникновением человека и с появлением разума цель достигнута?В.К. Никоим образом.А.Г. Тогда что дальше?В.К. Самоорганизация будет продолжаться, и какие формы она примет – мы не можем сейчас предсказать. Мы были бы фантастами, если бы мы предсказали, какие дальнейшие формы еще будут. Существующее положение может быть промежуточной целью. Вернадский говорил о том, что нынешний человек в его нынешнем состоянии – это некое промежуточное существо, что человек будет совершенствоваться. Вполне возможно. Мои философские рассуждения этого не отрицают. Андрей Николаевич?А.П. Да, Владимир Васильевич. Вы очень интересно рассказываете. Действительно, эта идея целесообразности принадлежит Аристотелю, который ввел сам термин – энтелехия. И Аристотелю, в некотором смысле, просто ничего не оставалось, как ввести его, потому что он отрицал одушевленность мира, признаваемую его учителем Платоном. Ему нужен был механизм, который бы заменял душу, поскольку платоновский космос подчинялся душе, она была порядком, математически обустроенным, то есть имеющим и математическую сторону, и музыкальную, и так далее. Аристотель это все отрицал. Ему нужно было что-то создать взамен этого. И тогда он предлагает телеологию.

Но вы, Александр, совершенно правильно спросили Владимира Васильевича, может ли существовать форма жизни или форма наблюдателя, если мы уж возвращаемся к теме антропного принципа, которая отлична от человеческой и стоит выше или наоборот ниже в отношениях к самому человеку. Владимир Васильевич сказал, что это промежуточная цель, но тогда и антропный принцип оказывается абсолютно бессмысленным. А.Г. Я поэтому и спросил, что я чувствую, что в этой системе другому наблюдателю, кроме человека, места нет.А.П. Владимир Васильевич, конечно, несколько, может быть, заинтересованно не открывает все карты. Он говорит, что да, есть какие-то современные модели, описывающие спонтанное рождение. Действительно, физика и современная космология нам говорят о том, что – эта идея хаотически развивающейся вселенной была предложена нашим соотечественником, известным физиком Андреем Дмитриевичем Линде в 1983 году – существует целый ансамбль вселенных, огромное множество. Есть разные оценки, вплоть до 105 таких вселенных. И тогда получается, что мы своим антропным принципом просто фиксируем мир, в котором мы конкретно живем, как, например, ту квартиру, в которой мы живем – но есть еще очень много других квартир в этом многоэтажном многоквартирном доме.В.К. Но не жилых.А.П. А это не факт, никто этого не может ни отрицать, ни опровергать...А.Г. Они могут быть заселены кошками и собаками...А.П. Эта интерпретация вносит совершенно другое понимание. И мне кажется, что Линде предлагает очень интересную интерпретацию, которая перекликается с платоновским пониманием, он говорит, что речь идет не о том, что вселенная зависит от существования наблюдателя, это слишком сильное утверждение, и уж тем более не о том, что вселенная должна быть такой, что она должна допускать существование наблюдателя. А о том, что существует корреляция между свойствами наблюдателя и свойствами вселенной. А это уже совершенно другое. Это уже скорее напоминает платоновский космос, хорошо организованный, где микрокосмос соответствует макрокосмосу.А.Г. То есть мы потому и существуем, что вселенная такова. А.П. Да. Существует некоторая корреляция, то есть соответствие некоторых свойств, но нет причинной зависимости. И физики, честно говоря, побаиваются этой причинной зависимости, поэтому многие из них просто верят в то, что все эти константы, о которых говорил Владимир Васильевич, а, главное, совпадение этих констант, которые дают большие числа...В.К. Подгонка.А.П. Да, что они получат, в конце концов, чисто физическое объяснение. Это в значительной степени обусловило очень жесткую критику антропного принципа. Особенно после появления книги Типлера и Барроу в 1986-м году. Как только не называли этот принцип, доходили в своей оценке вплоть до того, что это абсолютно бессмысленный антропный принцип и так далее. Он, во-первых, ничего не предсказывает, то есть на основании этого принципа ничего не было предсказано. Во-вторых, этот принцип дает объяснения постфактум, то есть он прекрасно объясняет то, что и так уже известно без антропного принципа. И в этом смысле он оказывается абсолютно бесполезным для науки. Такого мнения придерживается американский научный публицист Гарднер, и некоторые другие. Поэтому здесь, конечно, ситуация очень спорная. А.Г. Каковы все-таки сегодня основные аргументы противников антропного принципа, кроме того, что вы перечислили: непредсказательность, абсолютная бесполезность, некоторая заносчивость, я бы сказал.В.К. Я думаю, что многие физики не обрадуются, глядя нашу передачу, и выслушав то, что сказал Андрей Николаевич. А.П. Это Гарднер сказал, это не я.В.К. Нет-нет, я понимаю. Дело в следующем: в современных работах, в целом ряде книг, в том числе в работах профессора Розенталя, о которых я говорил, например, в вышедшей в этом году вторым изданием его книге "Геометрия, динамика, вселенная", подчеркиваются аргументы в пользу и антропного принципа, и принципа целесообразности.

Насчет того, смог ли он предсказать какие-то конкретные физические особенности нашей вселенной. Картер хитрит, когда говорит, что он мог предсказал то, что уже и так было известно. Я как раз согласен с Андреем Николаевичем в том, что эвристическая роль этого принципа невелика.А.П. С Гарднером. В.К. С теми, кто считает, что эвристическая роль этого принципа невелика. Но есть довольно много людей, которые считают, что он позволяет нам понять, по какому лезвию бритвы прошла эволюция вселенной, пока она не создала человека.

В заключении еще один момент, о котором мы не говорили. Дело в том, что масса наблюдаемой вселенной составляет, как мы знаем, всего лишь 2 примерно процента от общей массы нашей вселенной. 98 процентов – это скрытая масса. Есть только предположения о том, что это такое – вакуумный конденсат, неизвестные типы элементарных частиц, скажем, слабо взаимодействующие сверхмассивные нейтрино и тому подобное. А.Г. Мы говорили здесь уже о темной материи и темной энергии.В.К. Антропный принцип касается не этой материи, а того магистрального ствола эволюции, который протянулся от кваркглюонной плазмы, о которой тоже шла речь в ваших передачах, и до человека. Получается так, что 98 процентов массы нашей вселенной осталось в каком-то субэлементарном состоянии. И какой-то магистральный ствол эволюции идет от начального состояния вселенной до человека и, возможно, дальше. Да-да, эта ниточка протягивается. Смысл антропного принципа, мне кажется, нужно рассматривать именно в том контексте, что он описывает этот магистральный ствол: мы возникли, а вокруг нас находятся огромные массы темной, неизвестной материи. А.Г. Да, это хоть красиво. Хотя здесь же в программе я слышал выражение...

gordon: Виртуальное картографирование

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Александр Михайлович Берлянт– доктор географических наук, профессор

Александр Гордон: ... роскошный, отличного качества, прекрасного разрешения снимок из космоса участка территории 10 на 10 километров. Вот в любую точку на территории США ткни, и они тебе снимок 10 на 10 километров сделают. И я подумал – потрясающая возможность получить идеальную карту, причем в хорошем масштабе. Притом что мне еще при жизни здесь приходилось создавать карты деревенской местности, где я жил, потому что официальным картам верить нельзя было. Там были иной раз катастрофические расхождения – по политическим мотивам или каким–либо другим. Я тогда подумал, вот конец картографии. Если всю землю можно вот так сосканировать из космоса, что ж делать бедным картографам? Так вот вопрос к вам: что делать бедным картографам?Александр Берлянт: Вообще, картография должна быть информационной службой этого государства. Собственно, это основное ее назначение, по моему мнению. А существует она, так сказать, в трех ипостасях. С одной стороны, это наука, наука о том, как с помощью карт человек может познать окружающий мир. С другой стороны, это безусловно техника, и очень серьезная техника, которая говорит о том, как сделать карту, как использовать карту, как работать с картой и так далее.

И, кроме того, это еще и производство. Потому что это такое производство, которое выпускает товарную продукцию – карты, глобусы, атласы. Это довольно большое производство, приносящее стране определенный доход. Эта тройственность – характерная черта этой науки.

Кроме того, сами ученые еще не вполне согласны в том, что это за наука. Одни говорят, что карта – это модель, модель мира и, следовательно, это наука о моделировании. Поскольку она моделирует природу, общество и все такое, то это, скорее всего, наука, относящаяся к географическим, во всяком случае – к естественным наукам.

С другой точки зрения считают, что картография, это наука о том, как передавать графическую информацию, как передавать пространственную информацию. Считают, что картограф стоит с одной стороны – он берет какую–то информацию и передает ее пользователю. И тогда карта – это уже никакая не модель, а это канал информации от того, кто этой информацией владеет, к тому, кто ее получает.

Есть еще третья точка зрения – что картография это наука, вообще говоря, языковая. То есть, это наука о некотором языке, которым пользуется человек, наряду с математическим языком, с химическим языком, с языком музыкальных знаков, нотной грамотой.

Поэтому в этом отношении единства у картографов нет. Скорее всего, картография – это и то, и другое, и третье, всего понемножку. Это и модель мира, и, с другой стороны, определенный канал информации, и, кроме того, это еще и язык, на котором люди общаются между собой. И более того, среди некоторых картографов бытует мнение о том, что этот язык даже более естественен для человека, чем разговорный язык. Когда человек еще не умел говорить и не умел высказываться, он уже умел рисовать, допустим, на песке, или на скале, или на камне схему и показывать своим собратьям, своим соплеменникам места охоты, выпаса, перегонов скота и так далее. И когда человек еще не владел членораздельной речью, он уже имел этот навык рисовать что–то и что–то показывать. Так же, как, между прочим, у человека есть врожденный внутренний инстинкт ориентирования в пространстве, так вот карта и есть язык такой ориентации.А.Г. У человека или у мужчины все–таки?А.Б. У человека, у человека. Может быть, у мужчины несколько больше, но в марте пока еще не будем говорить "только у мужчины".

Вот в таком положении находится картография как наука. С одной стороны, как наука, техника и производство, и с другой стороны, как такая область, которая захватывает разные разделы естественных и общественных наук.

Она очень тесно связана с географией. Вообще, когда–то, на заре ее развития, география – то есть, "описание гео", и картография, то есть "рисование карт", – были почти синонимы, они не разделялись. Потом они довольно сильно разделились, а теперь снова ставится вопрос о том, чтобы они постепенно сливались.

Теперь карта. Это особая такая модель, очень удобная для человека, он никак не может от нее отказаться. И ни в каких, пожалуй, обстоятельствах он не сможет обойтись без карты. Собственно, она, наверное, будет существовать до тех пор, пока человек 80 % информации получает через зрение.

И во всех языках есть мысль о том, что лучше один раз увидеть, чем много раз услышать или потрогать. И есть разные пословицы, вроде той китайской, что одно изображение стоит тысячи слов.

Это действительно так. Человек, когда видит пиктографическую картинку, например, говорящую о том, что здесь переход под землей, он быстро понимает ее без всяких слов. И в этом огромное преимущество карты.

Карта – это знаковая модель, в отличие, скажем, от снимка, о котором вы говорили, что можно из космоса получить изображение Земли. Она – знаковая модель.

А знаки – это очень сильная вещь, потому что они позволяют, например, отобразить на карте те объекты, которые человек никогда не видел, которые просто никогда не видел и никогда в жизни не увидит.

Скажем, вот поверхность какой–нибудь планеты, на которой он никогда не был, а карта ее есть. Скажем, морское дно со всеми возвышенностями, горами, разломами и тому подобное. Это тоже такой объект, который человек никогда не видел и никогда не увидит, разве что утопленник, так сказать, в последний момент увидит морское дно.

А у нас есть карты морского дна всего мира. Там можно показать те явления, которые человек вообще не воспринимает своими органами чувств. Скажем, у нас есть карты магнитных аномалий, очень подробные, которые показывают, как расположены эти магнитные аномалии. Конечно, никакой человек их почувствовать не может, как, скажем, силу тяжести или какие–нибудь другие подобные вещи. Он их почувствовать не в состоянии.А.Г. Параллели и меридианы тоже не видны.А.Б. Параллели и меридианы – да, совершенно верно, это тоже абстракция. Можно вообще показать на карте абстракции. Скажем, какой–нибудь индекс сухости какого–нибудь пустынного района, который представляет собой некий расчетный показатель, учитывающий количество осадков – человек никогда этого не видел. Или, скажем, показать обеспеченность человека какими–нибудь финансовыми средствами – тоже в расчетных величинах.

Вот это все позволяют сделать карты в отличие от снимка. Поэтому снимок – это все–таки не карта. Снимок – это как бы копия того объекта, который человек видит, той местности, которую он видит, и очень иногда полезный, очень важный.

Вам, например, важно увидеть все детали на этой местности, все подробности. А карта – это тот же снимок, но уже пропущенный через мозги человека, через руки человека. И именно он, картограф, решал, что показать, что оставить, что снять с карты, как и что показать, что выделить на первый план, от чего, так сказать, избавиться как от какой–то незначительной мелочи.

Поэтому карта и снимок – это несколько разные вещи, и они друг друга не перекрывают. Ну, а та точка зрения, что с развитием, скажем, космических съемок и после того как будет вся Земля заснята, картография, так сказать, погибнет или раствориться, или уйдет на второй план, эта точка зрения тоже не состоятельна, потому ни один снимок, полученный из космоса, нельзя привязать к Земле и нельзя обработать, если нету карты.

То есть, для того чтобы его положить на основу, чтобы знать, где он, чтобы его, так сказать, привести к горизонту, для всего для этого прежде всего необходима карта.

С другой стороны, картография сейчас уже никак не может жить без снимков. Эти два аспекта очень хорошо уживаются, очень хорошо взаимодействуют.

Ведь такие же точки предположения были, когда впервые начала внедряться в естественные науки математика. И тогда появилось такое мнение, что поскольку есть компьютер (тогда еще были огромные компьютеры, которые занимали целое помещение), что поскольку вся информация вложена в компьютер, то зачем теперь карта? И что карты будут не очень нужны, и человек будет все задачи, тем более пространственные задачи, легко решать с помощью карт.

Но жизнь показала, что все пошло несколько иначе. И теперь какой компьютер считается самым лучшим? Тот, у которого большой экран – чем лучше экран, тем лучше компьютер.

Потому что человек никак не может отказаться от наглядного образа. Если говорить научными терминами, то человек решает свои задачи не алгоритмически, не следует постепенно, не анализирует, вернее, человек решает задачи, не только анализируя, но и эвристически. Он сразу видит некий образ, и этот некий образ ему подсказывает какие–то решения, какие–то пути исследования. Причем, некоторые вещи человек сразу отметает, он на них даже не обращает внимания. Вот шахматист. Шахматист, когда перед ним партия, он ведь не перебирает все ходы подряд, он просто знает, что некоторые ходы можно даже не смотреть, пустой номер, там ничего нет.

Так и человек анализирует карту – он углубляется только в те образы, которые ему подсказывают какие–то решения, дают какие–то пути исследования.

Вот что можно сказать о карте.

Теперь я бы еще сказал, пожалуй, о том, что карта за свою многовековую историю... Когда появились первые карты – мы не знаем, но первые картоподобные рисунки датируются сроком около 14–15 тысяч лет тому назад. Это наскальные рисунки, это рисунки на деревянных, на глиняных табличках. Позднее – это рисунки на деревне, на бивнях мамонтов, на костях животных. На бересте, на дереве, на шелке в Китае, и на вазах старинных мы находим картографические рисунки. Даже в Библии есть упоминание о карте, например, в книге пророка Иезекииля сказано: "И ты, человек, положи перед собой кирпич и нарисуй на нем план города Иерусалима". Это были те самые глиняные таблички с картографическими рисунками, которые дошли до нас и которые, согласно исторической науке, сохранились где–то в Месопотамии.

Так что это очень древнее изобретение. И, кстати, сейчас на экране изображена такая древняя дорожная римская карта. Она анаморфирована, то есть все формы на ней искажены. Можно увидеть там, на юге, в левом углу этой картины, дельту Нила, сильно разветвленную. И потом такой узкой полосой проходит Средиземное море и еще видно Красное море немножко. Так вот это дорожная римская карта, так называемая пейтингерова таблица. Названа она по имени немецкого ученого Пейтингера, который в самом начале 16 века ее нашел, описал и у себя в коллекции держал.

Она представляет собой свиток длиной примерно, по–моему, метров 17–ти и шириной около трети метра. Она разворачивалась по мере движения человека от Британских островов до Индии. И на ней красными тонкими линиями показаны дороги.

Причем, дороги по протяженности своей искажены, и по направлениям они тоже искажены. Зато очень точно показано, где эти дороги пересекаются, где они разветвляются. И, кроме того, на ней показаны все населенные пункты и стоянки римских легионеров. Вот это все на ней очень четко отражено.

Это было сделано очень давно. А вот то, что мы сейчас видим, это современная карта метрополитена. В данном случае тут приведен район города Барселона – потому что он тоже имеет такую вытянутую форму.

Так вот на карте метрополитена (как московского метрополитена, так и любого другого) тоже не сохраняется ни расстояние, ни направление, но отлично видна топология – все станции пересадок есть.

Так вот карты претерпели огромные изменения за века своего существования – и в способах изображения, и во внешнем виде, и в самом, так сказать, рисунке. Это уже не рулоны большие, это карты на бумаге, или карты на экране в автомобиле, или карты на экране компьютера.

И картограф рисует уже не резцом, и не кисточкой, и не карандашом. Кто бы мог подумать – он рисует мышкой, мышкой на экране, а не кисточкой на бумаге, не резцом на гравировальном камне.

Но функции у них остались те же. Функции остались абсолютно те же, какими всегда они были. Есть очень много аналогий между старинными картами и современными. Одна такая массивная плита была найдена в Саудовской Аравии, в Аравийской пустыне, точнее, недалеко от залива Акаба. И после того как археологи ее изучили, они пришли к выводу, что это карта предназначена была для сбора податей. То есть, собственно говоря, карта была кадастрового назначения, такого же назначения, как и современные кадастровые карты.

То есть, хотя средства изображения менялись, но язык ее практически остается тем же самым, точно так же, как язык, скажем, древних летописей не очень сильно отличается по сути своей от современного языка, хотя все остальное поменялась. Стало быть, карта такую длинную, долгую эволюцию прошла. И никак она не растворяется ни в аэрокосмических снимках, ни в математических моделях. Она живет с ними бок о бок.

Теперь можно было бы сказать еще о том, как идет современная эволюция карты.

Карта очень тесно взаимодействует с аэро– и космическими снимками. Вообще говоря, космические съемки поставили все с ног на голову, с головы на ноги – в общем, перевернули всю картографию. Потому что раньше, чтобы получить, например, карту лесов такой огромной страны, как Россия, нужно было снимать сперва в крупных масштабах. Отдельно лесные хозяйства, потом все сводить вместе, получать карты лесов крупного района, потом районы сводить вместе, получать обзорную карту всей страны.

И пока не были сделаны съемки отдельных участков, нельзя было получить большую обзорную карту на всю страну в мелком масштабе – все приходилось сводить. А во время этого сведения, естественно, накапливались какие–то погрешности, ошибки.

В конце концов, космические снимки позволили пойти совершенно другим путем. Потому что большой охват пространства, который космические снимки дают, позволяет сперва получить мелкомасштабную карту на всю страну, а потом уже детализировать ее на отдельных участках, где нужно. То есть, принципиально другой подход.

Я уже говорил, что снимки получаются детальные и очень, очень подробные. А карта пропущена через голову и несколько абстрактна, несколько условна. И в настоящее время сделаны уже попытки (эти карты существуют) совместить изображение. Фотоизображение накладывается на картографическое изображение. То есть, в карту впечатывается фотографическое изображение, называется это "фотокарта".

Фотокарты (иногда их называют ортофотокарты, чтобы подчеркнуть их ортогональность, снимок все–таки бывает наклонный), космофотокарты, они сейчас в большом ходу, в очень большом ходу, их очень много. И даже не всегда можно отличить обычную карту от фотокарты. Очень удобно, потому что они совмещают подробность, детальность снимка с обобщенностью карт. Вот это стало развиваться, я думаю, с 60–х годов и, может быть, особенно интенсивно эти фотокарты стали делать американцы во время вьетнамской войны, потому что им там трудно было ориентироваться на местности. Пожалуй, они. А сейчас это очень активно развивается во всех отраслях знаний.

Потом человек пошел дальше. Потому что в картографии всегда борются два направления. Одно направление картографии, это стремление сделать модель наиболее метричной, чтобы с нее можно было снять максимум метрической информации: высоты, глубины, расчленения, уклоны, удаленность, наклоны, градиенты и прочее, прочее, прочее. А вторая тенденция – это стремление сделать карту наиболее наглядной. Чтобы когда на нее смотришь, видеть просто местность, рельефную местность, пластическое изображение.

И эти два направления между собой, так сказать, диалектически, как нас учили, конфликтуют. Иногда стремление сделать карту очень пластичной мешает наглядности.

И после того как стали в большом ходу фотокарты, стали задумываться о возможности сделать карты трехмерными. Это называется "три ди–карта" и в этом направлении было сделано очень много. Сперва делали вручную, строили разные рельефные блок–диаграммы.

Теперь это делается компьютерным образом, встроенные программы это делают моментально. И мы получаем трехмерное изображение рельефа. Мы видим все возвышенности, низменности, можем поворачивать эту модель так, как нам удобно, разглядывать с разных сторон. Можем вытягивать по одному направлению или по другому, то есть менять масштаб так, как нам удобно. Вот, кстати, то, что сейчас на экране, это как раз фотокарта одного из районов Бангладеш. Это очень сильно заболоченная местность, дельта большой реки и джунгли, там пробраться с топографической съемкой тяжело. Поэтому французы (это французская карта) со своего спутники "СПОТ" делают очень подробные изображения и вгоняют его в рамки карты. И на этой карте есть все, кроме рельефа. Здесь не очень хорошо видно, но там есть и названия населенных пунктов, и дорожная сеть, и подробное фотоизображение вместе с картографическим изображением. А вот слева за рамкой показаны масштабы, различные склонения, в общем, все, как на обычной карте. Делается это очень быстро, почти в реальном режиме. И получаются такие кары для развивающихся стран, которые пока не могут себе позволить полноценной картографии, полноценной наземной съемки. Когда стали делать трехмерные модели, то следующим этапом было натягивание на эту трехмерную модель фотоизображения. То есть, она уже не только трехмерная, но еще и с фотоизображением, которое демонстрирует почти реальную местность. И, если можно так назвать, это были "фото–блок–диаграммы". То есть, уже была представлена местность со всей реальной ситуацией и со всеми реальными ее высотами, понижениями и тому подобным.

Далее захотели придать этой модели еще и динамику. То есть, появились картографические анимации. Электронные технологии позволили это изображение анимировать. Модель стала вращаться, ее стало возможно поворачивать, наплывы различные делать, удаления, выделять какие–то части, освещать, затенять и так далее.

Она стала еще более наглядной. Такое фотоизображение – это та модель, которая сейчас на экране...А.Г. Это какой–то вулкан?А.Б. Да, это гора где–то на севере, на границе между США и Канадой, по–моему, расположена. Вот такое изображение уже почти совсем реальное.

Кроме того, теперь делают виртуальные модели. Мало того, что это трехмерка, мало того, что на нее натянуто фотоизображение, но, кроме того, она еще может поворачиваться и вращаться, можно делать ее облет. То есть, можно показать, вот так, как сейчас показано на экране, как во времени меняется изображение. Как будто бы человек совершает облет этой местности.

И кстати, это очень легко вошло в жизнь и стало всем понятно, потому что телевидение показывает, скажем, сводку погоды на фоне как раз облета поверхности нашей страны. Причем, появляются две анимации. На одной – программа показывает, что территория России вращается перед зрителем, а на другой картине зритель как бы пролетает над этой местностью. Эта та самая виртуальная анимация и все ее воспринимают очень легко и просто. Это уже виртуальная модель.

Кроме того, технологии позволяют еще выбирать маршрут. Можно выбрать маршрут и сказать, что "я хочу пролететь вокруг этой горы вот по такому маршруту". Более того, я хочу снизиться на этой горе и опуститься вот на это место, провести там какие–то измерения. Более того, можно с помощью этих виртуальных технологий покрыть землю, скажем, зеленым покровом, как летом, или покрыть снегом, как будто это зимний день. Можно добавить звук, если на модели изображено какое–то озеро, а если морской залив, то можно еще добавить шум прибоя. И тогда уже будет полное впечатление, что ты находишься в реальной местности, можешь опуститься, можешь облететь ее.

Если это виртуальный город, то можно попутешествовать по улицам, между ресторанами, банками, жилыми домами и тому подобное. Можно осветить ее по–разному. Можно придать этой модели вечернее освещение или, скажем, дневное освещение. Или поместить облачность, которая будет частично закрывать город.

В общем, все можно моделировать. То есть, картография дошла до такого момента, что можно управлять этой моделью в компьютерной среде – мы получаем почти реальную модель.

Вообще, слово "виртуальное" у нас теперь используется в самых разных смыслах. Говорят, "он виртуально здесь присутствует", то есть "как бы присутствует". На самом деле "виртуальное", строго говоря, должно пониматься как "почти реальное". Вот такие "почти реальные" модели картография теперь изготовляет, эти технологии есть и довольно, надо сказать, доступные. И тут оказывается, что кроме этой абсолютно реальной модели человеку все–таки нужна условная карта.

Потому что он оказывается как бы на реальной местности, в совершенно реальной местности с реальным почвенным или растительным покровом, но только – без карты.

Он не знает, где он, какая здесь высота, как называется эта почва, какого возраста здесь геологическая порода. То есть оказывается, что на эту виртуальную модель нужно (рядом с ней или прямо на ней) поместить еще обычное условное картографическое изображение, без которого тоже нельзя обойтись.

Вот такова эволюция картографических способов изображения, шедшая от простого к сложному, а теперь пытающаяся опять вернуться к самому простому.

Если же говорить о самых новых вещах в картографии, то это ее соединение с Интернетом, с глобальными сетями, где в настоящее время обращается огромное количество карт.

Все знают, наверное, карты погоды, которые можно получить в любой момент. Очень широко известны разные туристские карты – турист, отправляясь в любое место, может найти это место, вызывать эту карту, посмотреть эти маршруты. В некоторых случаях туристские карты специально размещаются с целью привлечения туристов.

Иногда можно найти топографическую карту даже на наших российских сайтах, причем масштабов, которые не очень, так сказать, открыты в настоящее время в продаже. Но разные умельцы помещают в Сети эти карты. И такое огромное количество этих карт в Интернете, что один европейский картограф сказал, что получить необходимую картографическую информацию из Интернета, это все равно что напиться из шланга. То есть, идет такое обильное поступление этой картографической информации, что надо думать о том, как ее отобрать и получить именно то, что ты хочешь.

Тем не менее, благодаря возможностям Интернета появилась возможность вводить туда картографические произведения и оперативно их обновлять.

Создание государственных карт, а тем более, государственных атласов, национальных атласов, то есть, атласа страны – государственная задача. Каждая страна имеет свой национальный атлас так, как каждая страна имеет свой герб, свой гимн, свою энциклопедию –– также она имеет национальный атлас.

Все страны имеют национальный атлас, за исключением России, которая в этой работе была одной из первых. У нас было много методик разработано, много научных положений выдвинуто в этой области и создано много атласов. Но национального атласа Россия не имеет, потому что национальный атлас страны должен охватывать и природу страны, и экономику страны, и население. А теперь еще – и экологию, и историю. Там должны быть представлены карты, которые характеризуют страну в целом.

Так вот у нас всегда были проблемы с информацией, которая касалась хозяйства. И до сих пор, к сожалению, Россия, как это ни стыдно, ни позорно, до сих пор не имеет национального атласа, хотя существующая Федеральная служба геодезии и картографии уже приступила к изданию этого атласа. 4–томный он будет – уж делать так делать. И первый том этого Национального атласа будет издан, очевидно, в этом году...А.Г. Это будет географический атлас?А.Б. Он будет общегеографическим. То есть, это будут карты типа общегеографических, физических, топографических. С большим количеством космических снимков, с подробными картами городов. Все это там будет. Но карты природы и карты экономики – это следующие тома. И когда они будут сделаны ... Я не думаю, что увижу это издание целиком еще при жизни.

Ведь это очень долгое дело. А Интернет позволяет иметь такой атлас в Сети и обновлять его по мере выхода каждой карты. Не ждать, когда будет собран огромный том, фолиант большущий, занимающий пол–письменного стола, а прямо посылать эти карты в Интернет.

Причем, если есть новые данные, скажем, прошла новая перепись населения, значит, по новой переписи населения будет составляться новая карта. Ее быстренько посылают в сеть, и человек может ею пользоваться.

Во многих странах созданы такие информационные атласные системы, целые институты, которые являются информационной системой в государстве, на этом уровне работают. И некоторые карты там находятся постоянно. Ну, скажем, геологическая карта долго не изменится, и карта, скажем, лесов, дорог, они не так быстро меняются, как карты социально–экономической тематики, и поэтому их можно обновлять. Это очень удобно.

Есть Интернет–атласы, многие страны создают их на основе старых бумажных атласов. Например, такая страна как Швеция издает национальный атлас в 17–ти или 20–ти выпусках, то есть томах. Скажем, один том целиком посвящен лесам. Другой – целиком посвящен биологии. Третий – целиком посвящен населению – и так далее. Они имеют возможности быстро обновлять эту информацию.А.Г. У меня вопрос к вам, если позволите: а с чем связан тот факт, что до сих пор крупномасштабные карты у нас не разрешены к продаже?А.Б. Ну, вы понимаете, что есть закрытые объекты, секретные объекты, которые, собственно говоря, ни одна страна показывать не хочет. И в этом смысле, очевидно, какие–то масштабы действительно должны быть закрыты. Во всяком случае, та информация, которая на этих масштабах содержится, должна быть закрыта...А.Г. Ну, можно написать, как прежде писали – "пионерский лагерь".А.Б. Можно вообще не показывать эти объекты. Ну, скажем, стоит там какой–то радар – можно нанести местность без этого радара. Для автомобилистов важны дороги, и им нужно знать – где дороги, а дачникам – где стоит их дача, где находится лес. В принципе, этот вопрос можно решить. Космические снимки, о которых вы начали говорить, показывают местность с такой подробностью, что там уже десятки метров видны.

Поэтому, когда эти карты закрыты, это создает больше всего неудобств для нас самих. И по этому поводу идут сейчас жесткие дискуссии между нашей Государственной картографической службой и общественными организациями, которые заинтересованы в получении этих карт, дискуссии – до каких пределов нужно закрывать эту информацию?А.Г. И сейчас где установлен предел?А.Б. Сейчас 100–тысячные карты, то есть, в одном сантиметре один километр, продаются в виде атласов и в виде карт. Это открытая вещь. Более крупный масштаб, скажем, в одном сантиметре 500 метров, считается закрытым до сих пор. Ну, наверное, в этом какой–то смысл есть. А может быть, и нет. Тут трудно сказать. Более того, тут много сложностей, потому что космические снимки крупного масштаба, которые вы можете купить за рубежом за приличные деньги, дают местность в более крупных масштабах.

Ну и считаются закрытыми данные о координатах пунктов. Но большинству населения точные координаты пунктов не так необходимы.А.Г. А потом, какая сейчас проблема с координатами, если можно купить за 100 долларов GPS–приемник и определить, где ты находишься.А.Б. Да, совершенно верно. Более того, американцы, по–моему, в прошлом году открыли эти данные по координатам своих спутниковых систем. И теперь каждый может знать и пересчитать эти вещи. И вот мы в настоящее время покупаем большое количество этих спутниковых систем, это такой маленький телефончик. Ты держишь его в руке, он тебе показывает координаты. Чем ты дольше стоишь на точке, тем точнее и точнее он показывает эти координаты.

Так мы должны получить специальное лицензионное разрешение на возможность использования этого спутникового приемника. То есть, это не вполне открытая вещь, особенно, если этот приемник работает с высокой точностью.А.Г. То есть, это зависит от точности работы приемника?А.Б. Да, от точности.А.Г. Потому что они же есть в продаже.А.Б. Да, они есть в продаже и продаются без лицензий. Но когда ты будешь вести съемку, у тебя могут спросить разрешение на эту съемку. Вы помните, были и конфликты с туристами, которых принимали за шпионов, или с реальными шпионами, уж не знаю как там. Во всяком случае, их заставали за тем, что они, стоя возле какого–то объекта, отмечали по этому приемнику его координаты. Такие случаи были.

Так что путь картографии сейчас лежит в тесном соединении с информационными технологиями, с дистанционным зондированием, с аэрокосмическими методами и с Интернет–технологиями. И если говорить о дальнейших перспективах, то многие ученые – и западные, и наши – сходятся в мысли о том, что карты будущего будут разумными изображениями, которые будут иметь и третье измерение и будут показывать временное измерение. Ведь карты можно делать еще и во временном масштабе. То есть, пускать их быстро или медленно. В зависимости от этого мы увидим разные вещи на этих картах.

И, кроме того, они еще будут иметь разную генерализацию. То есть, при удалении будет видно одно, при приближении – будем видеть местность более подробно, и это будет не просто увеличение картинки, а показ другой, более подробной картинки. Многие считают, что если мы сделаем карту и потом к ней сильно приблизимся, то что–то там новое увидим. Нужна специальная технология, чтобы положить сперва карту обзорного масштаба, потом карту более крупного масштаба и увидеть именно ее. Вот такие будут как бы разумные изображения. Но предугадать это очень трудно, как поэт сказал – "нам не дано предугадать".

Здесь прогнозы – вещь очень условная. Я вспоминаю вычитанное мною в одной книжке интересное свидетельство о прогнозистах. Одного специалиста по транспорту в начале 19–го века в Лондоне спросили: "Как будет развиваться транспорт в Лондоне в дальнейшем?" Вы знаете эту историю?А.Г. Да, да, да.А.Б. И он сказал, что транспорт будет развиваться очень бурно. Будет огромное количество конок, и, стало быть, все улицы Лондона на метр покроются навозом. Вот так он себе представлял развитие транспорта. Так еще 100, 200 лет назад картограф не мог себе представить, что карты будут рисовать "мышкой". Так и мы не знаем, что преподнесет прогресс. Это могут быть самые неожиданные вещи.А.Г. Ну, я думаю, что в ближайшем времени, учитывая развитие GPS–технологий, можно будет рассчитывать на мобильную карту у себя в кармане, которая обновляется в режиме реального времени и показывает тебе, где ты на планете находишься.А.Б. Совершенно верно. И показывает еще множество параметров, которые к этой точке относятся...

gordon: Формула эмоций

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Раевский Владимир Вячеславович– доктор биологических наук, зам. Директора Института Высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН.

Владимир Раевский: Мне хотелось бы рассказать о некоторых аспектах науки, которая родилась в нашей стране, науки о высшей нервной деятельности. Особенно стоит ее отметить сегодня, потому что в апреле этого года мы будем отмечать столетие выступления Ивана Петровича Павлова на Мадридской конференции. Это первое его выступление, посвященное данной науке. Впервые была сделана заявка именно на этой конференции об этом новом направлении.

Собственно говоря, высшую нервную деятельность сам Иван Петрович Павлов определял как науку о поведении. А поведение – это, собственно говоря, единственная форма адаптации организма к окружающей среде, независимо от того, что имеется в виду: или это адаптация к какому-то болевому или болезнетворному разрушающему воздействию, или это адаптация к социальным каким-то проблемам, или потребление необходимых веществ для жизни организма. Все это поведение. И если мы будем знать о поведении достаточно много, ну, например, принцип его формирования и механизмы, лежащие в основе его развития, мы сможем решать практически все вопросы, связанные с нашей жизнедеятельностью. Поэтому очень важно было с самого начала определить, а что же является, лежит в основе поведения.

Надо сказать, что в течение многих сотен лет основополагающим было открытие, сделанное Рене Декартом. Он сформулировал очень четкую позицию, которая давала возможность экспериментатору практически исследовать физиологические процессы, протекающие в организме. И все это исходило из введения в обиход термина "стимул". После чего и сформировалась определенная последовательность "стимул-реакция". И до сегодняшнего дня мы не только пользуемся этой формулой, но и много исследователей по-прежнему придерживаются убеждения, что именно по этому принципу формируется поведение.

Иван Петрович Павлов совершил революцию в свое время в этом направлении. Он вводит новое представление, он вводит понятие "сигнал". Это принципиальное отличие. Принципиальное потому, что, вы понимаете, когда мы говорим о стимуле, который побуждает к какому-то поведению, мы сразу же обращаем внимание на то прошлое, от которого строится наша адаптация. Когда мы говорим о сигнале, мы говорим о напоминании, о предупреждении, о будущих событиях. И таким образом, мы во всеоружии имеем возможность встретить будущее. В этом действительно заключается истинная адаптация.

Надо сказать, что до сегодняшнего дня, пожалуй, это гениальное открытие Ивана Петровича Павловича, что поведение строится по принципу сигнала и последующей реакции, недостаточно востребовано в нашем обществе. А мне думается, что оно должно быть востребовано не только, скажем, применительно к физиологическим исследованиям, к развитию научной мысли, но просто в нашем обществе. Потому что, одно дело, если мы будем строить свое произвольное поведение, ориентируясь на прошлые события (вас раздражает какой-то человек и вы рефлексируете в отношении него), и совсем другое, если вы строите свое поведение и отношение с ним по принципу – сигнал и будущие отношения с ним.Александр Гордон: Целая социальная философия тут складывается.В. Р. Абсолютно верно. Но интересным оказывается то, что Иван Петрович Павлов, введя вот это представление о стимуле, о сигнале и реакции, дал в руки исследователя конкретный инструмент для изучения механизмов, лежащих в основе поведения, развертывающегося по этому принципу. К чему и относится, собственно говоря, условный рефлекс. Вообще, появление этого направления породило несколько интересных моментов в истории науки, в развитии науки.

Прежде всего, в поле зрения исследователя оказалась такая категория, как время. Естественно, если это сигнал, если это предупреждение о будущем событии, то мы, собственно говоря, должны были бы совершить путешествие в будущее. Мы должны были бы обладать какой-то машиной времени, которая перенесла нас в будущее; мы бы могли подсмотреть, что же там такое, и соответствующим образом легко и непринужденно подойти готовыми к этому будущему событию. И вот, собственно говоря, роль этой машины времени и выполняет мозг, который позволяет нам предвидеть это будущее. А за счет каких механизмов? И здесь оказывается очень интересная вещь. Действительно, мозг – это машина, не только позволяющая нам путешествовать в будущее, но которая позволяет вообще путешествовать во времени. Есть сигнал, который указывает на некоторые возможные события в будущем. Но что это за события? И вот здесь мы с помощью нашего мозга отправляемся в прошлое для того, чтобы выяснить – а о чем раньше говорили подобные сигналы для нас? И потом начинаем выстраивать то будущее, к которому, вероятнее всего, мы можем прийти.А. Г. Простите, я перебью, но мне кажется, что эта схема, она идеальна для физиолога. В том же самом классическом опыте Павлова, после того как у собаки появлялся условный рефлекс, в ответ на сигнал начинал выделяться желудочный сок.В. Р. Совершенно верно.А. Г. То есть собака готовила свой организм, предсказывая каким-то образом будущее, "зная" в кавычках, что раньше этот сигнал предвещал появление пищи. И с физиологией здесь более-менее понятно. Но как перейти к работе мозга в других отношениях, к той же самой психологии или к эмоциональной составляющей, к эмоциональной конгнитивности, если хотите? Как тут мостик провести?В. Р. Собственно говоря, важнейшим элементом, который появился в поле зрения исследователей явилось то, что всякое поведение строится на основе некоей потребности. И даже во всех экспериментах на собаках Павлова, все-таки нужно было сначала, чтобы собака поголодала, тогда можно было вырабатывать у нее пищевые условные рефлексы, иначе она просто не работала. Значит, здесь необходимо ввести такое очень важное понятие как потребность. Я думаю, что если мы введем это понятие, то мы сможем прийти и к тому вопросу, который вы ставите.

Итак, потребность должна определять поведение всех, в том числе и человека. Что это за потребность? Вот мы обратили внимание на то, что мы обязательно должны путешествовать во времени. Так вот, академик Симонов, который предложил несколько очень интересных и продуктивных идей, предложил разделить все потребности на три категории, причем, по критерию реализации во времени. Самая быстро реализуемая потребность – это биологическая потребность. Совершенно очевидно: я хочу пить, вот здесь у меня стоит стакан, я буду пить. Вторая категория потребностей – социальная. На их реализацию иногда уходит целая жизнь: я захотел стать директором банка – стану ли я им, еще надо посмотреть, но я готов работать во имя этого в течение всей своей жизни. И третья категория – идеальная потребность, которая вообще предполагает возможность неудовлетворения ее в течение человеческой жизни. Например, не стал я экономистом, но я постараюсь сделать все, чтобы мои дети стали экономистами. И вы помните, сколько сил и энергии прикладывал Наполеон Бонапарт для того, чтобы создать свою династию.

И вот таким образом, если мы представим себе значение такого важнейшего фактора как потребность, мы, наверное, можем с вами построить действительно принципиальную схему поведения, ее организации и у человека тоже.

Но здесь очень важным является и следующий момент. Вы правильно заметили, что на самом деле с собакой Павлова все было достаточно определенно. Скажем, в предварительных экспериментах ей давали какую-то еду и она ждала эту еду, или предъявляли болевые раздражения и она готова была прореагировать на это болевое раздражение.

В реальной нашей жизни существует вероятность тех будущих событий, к которым мы стремимся. И если мы должны построить модель будущего, то мы, конечно, должны предугадать и рассчитать вероятность этих будущих событий. И это, собственно говоря, то обстоятельство, которое возникло реально после открытия Ивана Петровича Павлова и к которому в течение длительного времени трудно было подступиться. И здесь опять же Павел Васильевич Симонов, имя которого я уже упоминал, сделал очень важное и принципиальное открытие. Он предлагает использовать такое явление как эмоция в качестве инструмента, определяющего возможность этого вероятностного прогнозирования. Опять же, можно было бы закончить это тем философским заключением, что "да, эмоции имеют значение". Для этого важно было (Павел Васильевич был физиологом) опять же дать в руки экспериментатора конкретный инструмент, с помощью которого можно было бы объективно изучать те процессы в мозгу, которые протекают в это время и которые действительно управляют этими процессами.А. Г. То есть эмоция как инструмент подготовки к одному из возможных сценариев будущего. Не как реакция на развитие этого сценария, а как подготовка.В. Р. Совершенно верно. В общем, к проблеме эмоций исследователи подступали с разных позиций.

Ну, например, было представление о том, что эмоция является побудительным моментом для поиска какого-то решения. Действительно, если вспомнить ту же собаку Павлова – есть некий условный сигнал, который ничего для нее как будто бы не значит, но является новым. Это действительно вызывает определенного рода возбуждение, которое можно классифицировать как тревогу или, как Павлов образно говорил, как реакцию "что такое?" Действительно: "что это такое?" И вот это возбуждение, которое охватывало достаточно широкие отделы мозга у собаки, было основанием для того, чтобы установить связь этого индифферентного, собственно говоря, раздражителя, с тем важным событием, которое последует в будущем. И когда эта связь устанавливалась, то этот раздражитель приобретал то самое сигнальное значение, от которого и строилось поведение совершенно определенного порядка. Это один подход, где действительно очевидно просматривается явление эмоции.

Но формула эмоций, которую предложил Павел Васильевич Симонов, если можно было бы каким-то образом на нее взглянуть, характеризовала несколько другое явление. Она характеризовала вероятность получения полезного результата в перспективе. И, естественно, она была построена от того, о чем мы с вами говорили, – от потребности. Потребность – это самый основной фактор, который заложен был в данную форму.

Итак, эмоция, с точки зрения Симонова, представляла собой производное от потребности и информации, позволяющей выявить вероятность удовлетворения этой потребности.

И вот в этих скобках вы можете увидеть, что первая П – это потребность, а дальше идет разность информации, которая необходима для решения данной задачи для удовлетворения потребности; и информации, которая вычитается из нее, которой организм реально обладает в тот момент, когда эта потребность у него возникла.

Очень важно отметить, что эту формулу, наверное, целесообразнее рассматривать не в статичном варианте. Потому что поведение разворачивается во времени и на каждом этапе информация может быть большей или меньшей. Собственно говоря, это и определяет особенность эмоционального переживания. Если для примера взглянуть просто в статике, то это можно одной формулой оценить следующим образом. Если необходимая информация совпадает с той, которая реально присутствует, то эмоция возникает положительная, потому что организм знает, как решить эту проблему. Если же информация реально недостаточна, то возникает негативная эмоция. И, собственно говоря, она в этом случае может быть побудительным мотивом к поиску тех сигналов из окружающей среды, которые смогут направить это поведение в нужное русло. Причем, даже временное получение какой-то полезной дополнительной информации может сразу вызвать воодушевление и, соответственно, положительные эмоции. Это немножко напоминает игру, в которую играют дети, "холодно и горячо", когда они выискивают что-то спрятанное. Действительно, он еще не нашел, но уже когда ему говорят о том, что "вы двигаетесь в нужном направлении" он знает, что делать, и у него появляется позитивная эмоция.

Что еще можно сказать по поводу этого явления? Дело в том, что, выведя эту формулу, как основополагающую, Павел Васильевич смог наделить ее определенным физиологическим содержанием и морфологической основой. Я не знаю точно, как действительно развивалась эта мысль, но на самом деле можно представить себе такой сценарий, логику того рассуждения, на какие структуры в центральной нервной системе можно было бы выйти при решении вопроса – где же происходят те процессы, о которых мы говорили? Совершенно очевидно, что если мы говорим о потребности, то это должны быть те структуры, в которых в биологическом отношении рождается та или иная потребность. А к этому времени уже знали, что основные потребности биологического порядка – такие, как жажда, и такие, как голод, – они связаны с определенными областями в гипоталамусе. И, конечно, прежде всего, эта структура должна была оказаться в поле зрения исследователей. Не менее значимыми в плане связанности с идеей мотивации (то есть потребности) оказались структуры лимбической системы.

Вообще, структуры лимбической системы в эволюции появляются тогда, когда необходимым становится обучение новым серьезным навыкам и хранение приобретенных навыков в памяти. И так как этот комплекс структур появляется во исполнение данной функции, то, конечно, все структуры лимбической системы должны были оказаться в поле зрения экспериментатора. И, наконец, – новая кора. Новая кора – высший уровень анализаторов, которые позволяют оценивать информацию на самом высоком уровне. И она, значит, должна была быть включена в список тех структур, которые надо было очень серьезно исследовать для того, чтобы определить, а как же действительно складываются те процессы, которые определяют поведение, основываясь на вероятностном прогнозировании будущих событий.

И, действительно, удалось установить, что достаточно много структур принимают участие в этом процессе, но их можно разделить на две принципиальные группы. Опять же, одни из них мотивационные, то есть связанные с потребностью. Это две структуры, это тот гипоталамус, о котором я говорил, и особые ядра в подкорке, так называемый миндалевидный комплекс. А к информационным структурам с полным основанием можно было отнести гиппокамп и новую фронтальную кору.

И вот дальше возникает действительно огромное количество исследований, которые подтверждают значение каждой из них. Я думаю, что вообще на самом деле, может быть, интересно было бы обратиться к конкретным примерам, которые иллюстрируют это событие. Итак, потребность. Потребность – это, действительно, гипоталамус. Можно выделить, например, латеральную зону, где можно было обнаружить (и действительно были обнаружены) нейроны, по крайней мере, двух классов. Одни нейроны возбуждались при голоде и при нарастании этой негативной эмоции, которая требовала удовлетворения. А другие нейроны возбуждались в тот момент, когда животное становилось сытым или когда стимулировались особые зоны в центральной нервной системе, так называемые зоны самостимуляции. Я, на всякий случай, расскажу об этих зонах самостимуляции, может быть, наши слушатели не все об этом знают.

Смысл заключается в том, что в свое время Олдсом были обнаружены такие точки в мозгу, при стимуляции которых возникала ярко выраженная позитивная эмоция, которую можно было проверить в поведенческих экспериментах. Если этим животным, в частности крысам, представлялась возможность самим наносить раздражение в эти структуры, они не слезали с этой педали и стимулировали себя, получая все время удовольствие. Так вот, нейроны, которые были обнаружены в гипоталамусе (второй класс нейронов) действительно прежде всего реагировали на эту форму самостимуляции.

Таким образом, в гипоталамусе можно было выделить, по крайней мере, два класса структур. С одной стороны, возбуждающихся во время мотивации, которая требовала удовлетворения. И с другой стороны, нейроны, активность которых подавляла эту мотивацию и свидетельствовала о том, что все благополучно, что это возбуждение снимается.

Особенно интересным оказалось, на мой взгляд, значение вот этого амигдолярного комплекса. Здесь произошла удивительная вещь. Ведь на самом деле редко, когда у нас существует одна мотивация или одна потребность, правильнее сказать. Их может быть и несколько. И в силу каких-то причин мы в данный момент выбираем одну из них в качестве главного мотива нашего поведения, актуализируем ее, а в силу каких-то других причин мы выбираем другую как объект нашей реализации. Это очень интересные эксперименты, которые были придуманы основателем нашего института Эзрасом Асратовичем Асратяном. Он сделал следующее: одна и та же комната, одна и та же собака, один и тот же условный сигнал. Но только утром этот условный сигнал подкрепляется едой, а вечером дается болевое раздражение. И вот эта модель переключения поведения из одного в другое оказалась очень интересной для объективного изучения роли различных структур, и оказалось, что если разрушить этот мигдолярный комплекс, то переключение с выбора одной мотивации на другую существенно затрудняется. Его очень трудно реализовать.

Теперь о значении информации. Здесь, в частности, важным является эффективность или достоверность подкрепления данного условного сигнала каким-то положительным моментом, например, едой. Можно подкреплять условный сигнал стопроцентно, на каждый сигнал давать подкрепление, а можно подкреплять его, скажем, в 50 процентах случаев.

Так вот оказалось, что если разрушить гиппокамп (это еще одна структура, очень интересная), то животные теряют способность вырабатывать условный рефлекс на маловероятное подкрепление. А если разрушить фронтальную кору, – это совсем удивительно, – у нее улучшается выработка на маловероятное подкрепление. Вот как интересно складывается аранжировка в этих структурах, которые реально позволяют строить поведение в зависимости от разных ситуаций. Причем, жизненных ситуаций, более или менее вероятных подкреплений и, соответственно, более или менее вероятного прогнозирования будущих событий.

Надо сказать, что это направление исследований позволило поставить целый ряд конкретных экспериментальных проблем, которые, на мой взгляд, были очень интересны для решения. Например, выбор животного между высоко вероятным подкреплением, но низким по качеству – дают собаке, например, мясо-сухарную смесь. И второй вариант, когда той же самой собаке предоставляется возможность получить мясо, но не каждый условный сигнал будет подкреплен мясом. Примерно в 50 процентах случаев будет мясо, в 50 процентах – ничего. И предоставляется свобода выбора. Либо вырабатывается одна тактика поведения, либо другая.

И действительно удается обнаружить, что животные разделяются на эти две группы. Одна из них предпочитает маловероятное, но всегда, то есть "синицу в руках", а другие – "я хочу журавля в небе, пусть даже не каждый раз поймаю". От чего это зависит? Зависит, оказывается, от двух причин, очень интересных. Раз здесь задействовано удовлетворение пищевого возбуждения, то, конечно, это зависит от уровня голода. Если очень голодные животные, все они начинают переходить на маловероятное подкрепление, ведь надо есть. А если у них оптимальный уровень сытости? Здесь, оказывается, это зависит от типа высшей нервной деятельности. И здесь мы подходим к очень интересному моменту, толчок которому дал тоже Иван Петрович Павлов.

Отталкиваясь от типов темперамента, которые были открыты Гиппократом, он обнаружил, что всех животных можно классифицировать по типу высшей нервной деятельности, которая весьма хорошо накладывается на типы темперамента по Гиппократу. Это холерик, сангвиник, меланхолик и флегматик. Оказалась удивительная вещь: абсолютно как будто бы нестыкуемые, очень далеко стоящие друг от друга по типу высшей нервной деятельности животные, такие как, например, сангвиник (положительный тип) и меланхолик (трус и вообще непонятно что), предпочитают маловероятное, но высококачественное подкрепление. А холерик и флегматик склоняются к низкокачественному, но постоянно выдаваемому подкреплению. Это был первый шаг.

Но после этого исследователи задумались: а можно ли каким-нибудь образом посмотреть нейрохимию этого процесса? Связано ли это с какими-то нейрохимическими механизмами, определяющими ту или иную стратегию поведения? Это был очень важный момент. Потому что эти исследования сразу выходили на новый качественный уровень. И удалось обнаружить, что блокада одной из медиаторных систем мозга – дофаминовой – переводит сангвиника и меланхолика из предпочитающих высококачественное, но маловероятное подкрепление на высоковероятное, но низкокачественное подкрепление (как у холерика и флегматика). Я привожу эти примеры не для того, чтобы охарактеризовать значение флегматика или сангвиника. Дело в том, что толчок, который дала информационная теория эмоций теории потребности, выражался в том, что стали возможны конкретные исследования, характеризующие структурную аранжировку организации поведения, нейронный механизм этого поведения и нейрохимический механизм этого поведения.А. Г. Тут возникает вот какой вопрос. Здесь, во-первых, бытовое выражение "эмоциональная тупость" приобретает свое яркое воплощение, а во-вторых, это заставляет задуматься – если эти типы характеров генетически детерминированы, следовательно, и эмоциональное поведение генетически детерминировано. Или все-таки обучение, которое особь проходит в социуме, или в лабораториях, или в природе, оказывает какое-то влияние на тот путь, который она выбирает, на стратегию поведения?В. Р. Совершенно разумный вопрос. И, знаете, очень сложный для решения. Сейчас в литературе встречаются заявления о том, что на 70 процентов наше поведение определяется генетическими факторами и на 30 – факторами обучения.А. Г. Как это подсчитать, интересно?В. Р. Как это посчитать, действительно. Хотел бы я знать, как посчитать. Давайте обратимся к конкретным экспериментам, а после этого вы мне подскажете, как это считать.

Очень хорошо известно, что животные, например утенок (будем говорить даже о конкретном животном), сразу после вылупления из яйца способен выделить в окружающей среде материнское "кря-кря" и следовать в этом направлении. Возникает совершенно очевидный вопрос: выделение этого сигнала – это генетически предопределено или нет? Этот вопрос задал себе один из американских исследователей, Джильберт Готлиб и решил от него сразу не отмахиваться, а решил поставить несколько экспериментов.

Основа для первого эксперимента заключалась в том, что он знал: утка, высиживающая яйца, произносит "кря-кря", а скорлупа звукопроводна. И таким образом утята могут запечатлеть это "кря-кря", да еще в тот момент, когда у них создается комфортное состояние в связи с присутствием утки в гнезде. Да, да, просто идет элементарное обучение. Решить вопрос можно было очень просто, что он и сделал на самом деле. Берут яйца, кладут их в инкубатор, вылупляются эти птенцы и им предъявляется "кря-кря".

Надо сказать, что первый эксперимент дал совершенно определенный результат. Эти птенцы выделяют "кря-кря" и следуют за ним. Ну, казалось бы, можно было бы и закончить. А Готлиб не закончил. Он обратил внимание на то, что на определенной стадии нахождения в яйце эмбрионы начинают вокализировать и таким образом озвучивать друг друга. А вдруг они учат друг друга? Он взял одно яйцо, положил его в инкубатор, вылупился птенец, дали ему "кря-кря", и он пошел на него. И Готлиб ставит третий эксперимент. А вдруг этот птенец сам себя озвучивает и поэтому запоминает это "кря-кря"? Он подрезает голосовые связки эмбриону. Представляете? Этот птенец не произносит "кря-кря" до момента вылупления. Он вылупляется и не идет на "кря-кря". Вот теперь давайте посмотрим, в чем здесь дело.

Понятно, что в данном случае совершенно очевидна необходимость запечатления этого "кря-кря" в период эмбрионального развития. Этот вопрос решен. А как можно решить: нужен ли элемент обучения для какой-то формы поведения или она может разворачиваться исключительно на генетической основе? Разве нельзя сказать в любом случае, что вы были не столь настойчивы, как Готлиб? И надо сказать, что это не единственный пример. На самом деле, можно было привести несколько примеров, которые действительно показывают и подчеркивают, что необходим определенный опыт, пусть даже в эмбриональный период, до рождения, для того, чтобы были возможны самые первые реакции, которые производят новорожденные.А. Г. Но в данном случае существует генетически детерминированная программа самообучения.В. Р. Хорошо. Безусловно, никто же не говорит, и не дай бог кто-нибудь подумает, что генетика не нужна и генетический код не нужен. Ни в коем случае. Просто речь идет о том, что, наверное, не стоит отделять одно от другого, что и информация, заложенная в геноме, и факторы среды, которые присутствуют на всех стадиях эмбрионального развития, и то и другое имеют принципиальное значение для нормального развития.А. Г. Простите, а Готлиб остановился на этом эксперименте?В. Р. С этим экспериментом – да.А. Г. Потому что напрашивается еще один эксперимент. Утенку с подрезанными голосовыми связками во время эмбрионального периода предъявляется "му-му". И дальше смотрят, идет он на "му-му" или не идет.В. Р. Насколько мне известно, нечто подобное действительно есть, но не в этом эксперименте. Но просто нужно сказать, что у всех животных, в том числе и у этих птиц, все-таки есть определенное, связанное с динамикой и с принципом развития, соответствие слуховых анализаторов и предпочтения к видоспецифическому сигналу. Все-таки видоспецифический сигнал, возможность его выделения в определенной степени детерминируется динамикой развития в данном случае слухового анализатора на всех его этажах, начиная от слухового эпителия и кончая высшими отделами мозга.А. Г. Но с другой стороны, известно, что визуализация у тех же утят происходит на первый объект, попавшийся в их поле зрения, если этот объект совпадает с представлением о матери.В. Р. Абсолютно верно. Я думаю, что в этом случае нужно было бы также присмотреться. И я убежден, что где-нибудь можно было бы выкопать основания для того, чтобы обнаружить, где там есть элемент обучения.

С другой стороны, можно себе задать следующий вопрос: а в какой, в общем-то, степени это имеет значение для конкретных исследований и не является ли это просто философствованием, которое то ли нужно, то ли нет? Мне думается, что это действительно имеет принципиальное значение. И я тоже хотел бы привести пример, как мы пробуем использовать это в своих реальных экспериментах. Если мы говорим о ранних формах поведения, то среди них есть такая форма поведения как оборонительное поведение. Удивительная вещь – как оно формируется. Когда мы говорим об экспериментах на животных, очень часто мы используем некий условный сигнал и болевое раздражение, которое должно сформировать некоторое аверсивное поведение и оборонительное поведение этих животных. К сожалению, в природе так сделать нельзя. И реально в жизни целого ряда живых существ подобная проба на контакт с хищником может закончиться сразу, одномоментно, и больше у них никаких возможностей для существования не будет. Особенно драматичным это может оказаться для птенцов в гнезде.

Представьте себе, птенцы галдят, они зовут родителей, они голодны. И в это время появляется где-то в округе хищник. И родители издают специфический сигнал тревоги – птенцы должны замолчать, причем, все. Если один из них не замолчал, хищник его найдет, и закончится онтогенез всего выводка, а не только того, кто нарушил покой. Как формируется это поведение? Так и напрашивается ответ, что это все генетически предопределено, правда?

Памятуя об экспериментах Готлиба и памятуя о том, что среда оказывает определенное регулирующее влияние, мы начали исследование того, как формируется это оборонительное поведение у птенцов мухоловки-пеструшки. И вышли на очень интересные результаты, причем, с хорошим морфологическим и функциональным подтверждением. Результат в том, что, во-первых, этому надо учиться. И, действительно, несколько дней после вылупления птенцы этому в той или иной форме учатся. Но самое интересное то, что ранняя поведенческая реакция – вот это самое замирание, – оно как бы взято блоком из пищевого поведения.

Может быть, где-нибудь есть птенцы? Это можно было бы показать, это очень интересно. С одной стороны, существуют птенцы, которые раскрывают клюв и призывают родителей, и прилетевшая взрослая птица будет кормить их. Вот вверху справа изображены птенцы, которых накормили – кого-то накормили, он сытый, он уже улегся, а кто-то еще с полуоткрытым ртом.

А что из себя представляет оборонительное поведение, которое приведено на нижнем рисунке? Это тот же самый выводок – немножко позже звучит сигнал тревоги, они все улеглись как сытые птенцы и замолчали. И вот оказалось, что не только по поведенческому критерию, но и по эмоциональному критерию эти реакции практически однозначны. И в том и в другом случае происходит уменьшение частоты сердечных сокращений. Это удивительно, что первая поведенческая реакция – оборонительная – сопровождается не повышением сердечного ритма, что свойственно оборонительной реакции, а наоборот, снижением его.А. Г. Правильно ли я понял, что родители, используя вторую фазу пищевого поведения, подавая сигналы, учат птенцов реагировать на этот сигнал, даже если он прозвучит в то время, когда птенцы голодные, чтобы птенцы перешли во вторую фазу пищевого поведения, то есть в оборонительное поведение?В. Р. Мы так считаем. Хотя на самом деле работа не закончена, но у нас есть достаточно серьезные данные для того, чтобы бы думать именно так, как вы сказали.

И здесь я хочу сказать, что эти исследования действительно очень трудоемкие, их нужно проводить на территории реального обитания этих животных. И нам здесь повезло, это все сделано в Приокско-террасном заповеднике, и Михаил Николаевич Брынский, директор этого заповедника, как раз опекает наши исследования и мы ему искренне признательны.А. Г. А это птенцы какой птицы?В. Р. Это мухоловка-пеструшка, это дуплянки. Если у вас будет возможность, приезжайте к нам, покажем эксперимент.А. Г. Благодарю за приглашение. К слову, перейдем к поведению высших животных, с вашего позволения.В. Р. Конечно.А. Г. Я вдруг вспомнил, как отбирают народы Севера щенков в помете. Когда сука принесла пять или шесть щенков, понятно, что всех оставлять не резон; их выносят из теплого помещения, из чума или из дома, где они лежали, и относят на некоторое расстояние от дома. Щенки инстинктивно возвращаются обратно; первого, кто вернется домой, оставляют в живых. Но также в живых оставляют того, кто вообще не идет домой, кто начинает заниматься исследованием местности вокруг. Эти два щенка выживают, остальных убирают. Это врожденный темперамент? Такое поведение щенков, – оно детерминировано генетически?В. Р. Я хотел бы сказать следующее. Что опять же является врожденным, а что является приобретенным? Очень интересная проблема.

Является ли врожденной та форма поведения, которая выявляется у животного сразу после рождения? Ну да, это можно назвать врожденным. Но требует ли эта форма поведения определенного пренатального опыта в то время, когда этот щенок находился в утробе матери? И, действительно, я могу привести достаточно много примеров тому.

Вы, например, говорите о том, что кто-то ищет, а кто-то нет. Замечательно. Каким образом происходит поиск соска матери у тех же самых кошек, у всех млекопитающих? Этому нужно учится или он знает, какой сосок нужно искать? Казалось бы, должен знать, и он этому учится. А каким образом? Он запечатлевает запах околоплодных вод, которые по своему химическому составу весьма близки к молозиву. Это очень красиво было показано. Вводили феромоны в амниотическую полость матери-мыши, и после рождения мышат каждый из них полз к тому соску, который был смочен соответствующим феромоном.

Я думаю, что не следует говорить о чем-то как целиком генетически предопределенном, и, безусловно, нельзя придавать чрезмерное значение средовым факторам. И то и другое просто необходимо.А. Г. Вернемся все-таки к форме эмоций.В. Р. Конечно.А. Г. Что касается высшей нервной деятельности высших животных, включая и человека. В этой формуле меня заинтересовала одна из характеристик эмоций – там были степень, знак и качество.

Что такое качество эмоций, как оно определяется и зависит ли оно от того, кого мы рассматриваем в качестве биологического объекта?В. Р. Единственное, что я хотел бы уточнить – здесь очень важной является качественная сторона той информации, которая будет определять эмоцию.

Она складывается, как вы помните, из двух составных элементов. Один составной элемент – это та информация, которая необходима. Но эта же информация не дана от Бога, это та информация, которая извлечена из памяти у конкретного данного животного и именно она зависит от качества той потребности, которую сейчас испытывает это живое существо. Это первое значение.

Второе – это информация, которой располагает данный субъект. И опять же – это не то, что находится вокруг нас, нужно же еще определить и уточнить, что именно это является очень важным для данного поведения. Это процесс в высшей степени активный. Опять же в нашем институте, в двух лабораториях, это очень четко было показано. Например, в исследованиях на человеке в лаборатории Алексея Михайловича Иваницкого было очень хорошо показано, что восприятие внешних раздражителей, внешних сигналов проходит через разные структуры мозга и то, что не имеет отношения конкретно к выполнению, или к реализации данной потребности просто вытормаживается. А на уровне отдельных нейронов (это работы директора нашего института; кстати, он был у вас здесь, это Игорь Александрович Шевелев) была показана удивительная вещь, что вообще в зрительной коре целый класс нейронов способен реагировать практически на любой стимул.

Но есть такой механизм как торможение, который как искусный скульптор, из всего круглого рецептивного поля вычленяет какую-то определенную конфигурацию, которую будет воспринимать данный нейрон. То есть, представляете, мы подходим с вами к полке. Мы ищем книгу определенной толщины, определенного наклона или определенного цвета и так далее, что соответствующим образом обеспечивает нам эффективный поиск. Этот элемент должен быть заложен в представление о той информации, которую мы способны избрать.

И теперь очень важный момент: а можем мы померить то, что необходимо и то, что есть? И выделить: а каким-то образом хватает этого или не хватает? Причем, лучше было бы это померить и определить до того, как будет совершено действие.

Конечно, если действие характеризуется тем, что испытуемый не принял правильное решение, то это, очевидно, значит, что здесь у него был дефицит той информации, которая обеспечила бы ему решение этой задачи. Можно ли это обнаружить? Оказывается, да. Проводились исследования активности мозга у человека на стадии между предъявлением раздражителя и его решением какой-то определенной когнитивной задачи. Изучая связи, которые формируются между различными структурами мозга, можно определить, что если связи идут по этому типу, то вероятнее всего задача будет решена правильно, а если по этому типу, то вероятнее всего он не сможет найти правильное решение. И это можно предугадать до того, как он реально это совершит. То есть в руках исследователей сейчас есть инструменты, позволяющие выделить такие функции и их анализировать.А. Г. Раз уж вы заговорили о человеке и об экспериментах в этой области. Все-таки наш с вами мозг немного отличается от мозга других высших животных, в том числе и асимметрией, – хотя доказано, что асимметрия есть у целого ряда птиц. Какую роль асимметрия мозга играет в выборе линии когнитивного поведения и в том числе в эмоциональном выборе?В. Р. Дело в том, что по поводу асимметрии мозга и эмоций (как и по поводу многих других проблем) существуют разные точки зрения. Мне кажется очень интересным и продуктивным такой взгляд на асимметрию: на самом деле каждая функция представлена и в левом, и правом полушарии, но по-разному. Способ, которым решается задача в левом полушарии, отличается от способа решения в правом.

И, по всей видимости, у человека этот разный способ решения одной и той же задачи весьма серьезно раздвинут, и различия очень высоки. Но мозг сможет работать только в том случае эффективно, если он может все время сравнивать и включать способности левого и правого полушария.

И здесь мы сталкиваемся с удивительным и очень интересным фактором. Чем мозг человека отличается от мозга животных наиболее разительно? Оказывается, он отличается по количеству нервных волокон, проходящих через мозолистое тело, связывающее левое и правое полушария. По этому индексу наиболее существенно отличается мозг человека от мозга других животных.А. Г. Обмен гораздо интенсивнее происходит, между прочим.В. Р. Да. На самом деле левое полушарие решает много одних проблем, правое – других, но когда они объединяются вместе, это дает переход количественного элемента в качественный.

А что происходит во время болезни, такой, как шизофрения? Это удивительная вещь: во время первого приступа шизофрении (это тоже данные, полученные в нашем институте Валерией Борисовной Стрелец) происходит функциональное расщепление этих двух полушарий. Нет связи, мозолистое тело не повреждено, все нейроны есть, но абсолютно нет никаких связей между левым и правым мозгом.А. Г. Сигналы не проходят.В. Р. Да. Это, собственно говоря, фактически и является причиной для очень серьезных нарушений психической, интеллектуальной и прочей деятельности.А. Г. Вот если вернуться к фантазиям о социальной философии, с которых мы начали. Ведь если употреблять эту формулу эмоций для того, чтобы поддерживать человека, зная степень его заинтересованности в чем-либо и зная необходимость в информации и постоянно подпитывая его и в том, и в другом желании, значит так можно держать не только человека, но и целый социум в определенного рода подчинении?В. Р. Конечно, конечно, это же очень интересная проблема.А. Г. Да, проблема интересная и страшноватая, надо сказать.В. Р. Естественно, как любая проблема, связанная с управлением поведением человека. Но с другой стороны, волей неволей мы должны к ней так или иначе подходить, у нас ведь есть много социальных проблем, с которыми следует бороться. Обратите внимание на интересную вещь.

Наркомания. Человек получает удовольствие от чего? От того, что он вводит себе наркотическое вещество. Это же очень легко. Не нужно решать теорему Ферма...А. Г. Как та крыса...В. Р. Да, вколол и все прекрасно. Может быть, действительно можно было бы решить эту проблему, если бы мы научились повышать значение каких-нибудь социально оправданных мотиваций, предоставлять информацию о их выполнении и показать, что получение удовлетворения от данной формы деятельности для вас будет много предпочтительнее, чем просто вколоть наркотик. Это же действительно интересный подход.А. Г. Интересно, что сейчас абсолютно стихийно, не вооружаясь этой формулой, средства массовой информации (так или иначе пытаясь заниматься мониторингом уровня мотивации и направлением мотивации) вбрасывают как раз ту самую информацию, которая лучше всего воспринимается большей частью населения. Удовлетворяя, как они считают, информационный голод, а на самом деле эмоциональный, как мы с вами видим.В. Р. Безусловно, если они действительно попадают на ту мотивацию, или на ту потребность, которая действительно сейчас актуальна для этих людей. Ну, а так как у нас общество группируется вокруг определенных идей, то вполне вероятно, что это очень сильное оружие для того, чтобы направить общество на те или иные цели. Так что это в ваших руках.А. Г. Спасибо, спасибо.

gordon: Боги Древнего Египта

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Андрей Борисович Зубов– доктор исторических наук
  • Элеонора Ефимовна Кормышева– доктор исторических наук

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

Я, когда готовился к сегодняшней программе, подумал, неужели я, наконец-то, буду прав, да еще и получу какие-то доказательства этого?Элеонора Кормышева: Думаю, что вы их получите. Поскольку сегодня как раз здесь перед вами люди, очень любящие и интересующиеся, и занимающиеся профессионально египетской религией, и пришедшие к тому, что египетская религия на самом деле не политеистична, как это пишут в учебниках часто, как это порой приходится слышать и от наших оппонентов – очень уважаемых людей и ученых. Но в данном случае сегодня перед вами те, которые египетскую религию рассматривают именно таким образом.

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

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

Вот это, пожалуй, стало для меня ключевым. И затем, читая тексты самых разных эпох, составленные самыми разными авторами и школами, я все больше и больше находила подтверждение именно этой идее. И, в конечном счете, мое глубокое убеждение, что множество, великое множество богов и удивительное единство человека с природой (может быть, я слишком египтоцентрична, я слишком люблю эту страну) – такого, кроме как в Египте, мне кажется, не было нигде. Но за всем этим стоит единый Творец, все остальное – лишь иерофания его творения. Вот так мне представляется египетская религия, а точнее, египетские боги, та тема, на которую мы сегодня говорим.А.Г. Вы придерживайтесь той же точки зрения?Андрей Зубов: Знаете, Александр, когда вы сказали о своей интуиции в египетской пустыне ночью, я сразу же вспомнил, что та же интуиция, не знаю, слышали вы об этом или нет, посетила когда-то Владимира Соловьева, который лет 130 тому назад ночью вышел в пустыню близ Великих Пирамид и пережил очень сходные чувства.А.Г. Видимо, это универсальное воздействие пустыни...А.З. Универсальное действие пустыни как таковой, на умного, глубокого человека, задумывающегося о сущности бытия. Мой путь был намного менее поэтичным. Я занимаюсь сравнительным религиеведением и занимаюсь религиями древнего, доисторического человека. Палеолит, неолит. Изучая этот предмет, я все более и более убеждался, что мы не можем говорить о политеизме там. И говорить вообще, о всей этой классической схеме, которую предложил когда-то Эдвард Тэйлор и которая вошла в сознание наших составителей школьных учебников – сначала был анимизм, потом политеизм, потом монотеизм. Это, в общем-то, абсолютно умозрительная схема, которая исходит из мысли, что когда-то не было вообще ничего, никакой религии, а потом человек ошибочно пришел к тому, что у него есть душа, независимая от тела, и дальше пошло-поехало.

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

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

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

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

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

"Сладость Твоя в северном небе,

добротой Твоей исторгаются души.

Любовью Твоею слабеют руки.

От красоты облика Твоего немеют персты.

И в видении Тебя забывают о себе сердца.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Сокрытый, пребывающий во всем. Полнота и высота небосклона.

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

Привет Тебе, сотворившему нас. Хвала Тебе за все творение твое.

Хвала Тебе за все чужеземные страны,

От высоты небесной до преисподних земли, до бездн зеленого моря".

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

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

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

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

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

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

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

Это лишь те немногочисленные примеры из египетского пантеона, которые, как мне кажется, помогают нам понять, почему в египетском представлении о божествах соединяются единство и множество.А.Г. В качестве иллюстрации я могу представить себе человека, совершенно незнакомого с православием, который впервые заходит в православный храм и видит иконостас. Вряд ли он сочтет православных монотеистами, если он будет отталкиваться только от изображений.А.З. Этот образ часто приходит мне на ум. Ведь даже многие простые русские благочестивые люди, я часто сам слышал это, говорят: вот Владимирская, она – добрая, а Казанская, она – строгая. Не понимая, что, конечно, речь идет об одной Божьей Матери, а Казанская и Владимирская суть просто два различных иконографических типа. Но это – одна из причин, почему у нас ученые очень часто затрудняются называть египетскую религию монотеистической. Действительно, как прекрасно сейчас рассказала Нора, мы здесь видим и образ человека, и видим образ быка, образ коровы. Видим какие-то странные изображения, которые шокировали еще греков и римлян, – голова сокола на человеческом теле, или голова лягушки на теле женщины и т.д. Все что угодно.

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

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

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

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

Любой человек, который бывал в Египте, знает, что египтяне очень любят изображение глаза. Глаза с крыльями. Глаз так, глаз сяк. А на самом деле, в конечном счете, это всегда глаз, который творит мир и спасает умершего Осириса. А творение по-египетски это "ири", то есть от глагола "видеть". Создавать – это видеть. Опять же, это образ древнего, еще живописного, а не рукописного бытия человечества. А потому различные богословские формы воплощались в художественных образах, а не в словесных формах. Когда мы читаем, скажем, какой-нибудь акафист Богородицы, если продолжать ваш образ посещения храма, то мы там встречаем образы: Гора сырная, или Высота неусеченная. Представьте себе, что все это нарисуют. Скажут, да помилуйте, сколько было каких-то разных странных божеств. А на самом деле это все лишь эпитеты Божией Матери. Вот то же самое и в Египте.Э.К. Хотелось бы тоже продолжить тему Хэпри, которую Андрей очень хорошо сейчас начал. Есть замечательный текст: "Я – Хэпри утром, Ра днем и Атум вечером", который блестяще иллюстрирует идею того, что одно и то же явление может иметь очень много имен. Кстати, уже в греческих текстах Исида многократно названа имеющей множество имен. Идея восходит своими корнями к Египту. И становится совершенно ясно, что это некое единое начало, которое создает самые разные образы, которые могут по-разному называться: Восходящее Солнце, Солнце среди дня, Заходящее Солнце. Это все имена богов, которые просто воплощают это явление или идею.А.З. Разные имена одного Бога – даже можно сказать.Э.К. Одного, собственно говоря. Правильно Андрей сказал про Солнце, что нельзя говорить, что Солнца – это Бог, такое понимание, действительно, совершенно неправильно, его надо исключить. А.Г. Как в иудейском монотеизме имена Яхве, или имена Пророка в исламе. А.З. "99 прекрасных имен Аллаха" в исламе. Это же не 99 богов, не дай Бог.Э.К. Всё то же самое мы имеем в Египте, но, возможно, нужно вчитаться в достаточно трудные для понимания египетские тексты. И еще одна тема, которая мне очень близка и очень меня волнует, это тема городского бога, если говорить о Египте. И это та тема, которая сейчас вами была затронута, тема Богоматери, локальной Богоматери, которая существует, конечно, и в православии, и в католицизме, и все мы это знаем, это не требует доказательств.

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

Так же и сегодня, скажем, казанцам ближе будет образ их Богоматери, владимирцам – их. Хотя, скажем, мы в столице с равным пиететом относимся и к той, и к другой.А.Г. Есть интересная статистика, что обычно, приходя в церковь, православные, не в Москве, не в центре, больше всего молитв обращают к Николаю Угоднику, как они его называют, то есть, возводя его тоже в ранг Божества, а не святого. Э.К. Да, безусловно. И это все присутствует в Египте, присутствует в египетских текстах. И если в этом разобраться, совершенно понятно, что один и тот же Бог, одно и то же имя – и масса эпитетов. И где-то половина из них будет связана с местностью, потому что страна растянута вдоль Нила. Они не общаются друг с другом. Они ходят в свой храм, в храм своего города. Проходят, конечно, тысячелетия, прежде чем у них вообще возникает понятие "государственный Бог". Его на каком-то этапе вообще не существовало, несколько тысячелетий они жили без этого понятия. А.З. И без государства заодно.Э.К. Мы сейчас уйдем от темы государства, но понятие "государственное Божество", которое почиталось бы во всей стране, возникает совсем не сразу в Египте. И очень долго эта страна существует на так называемых городских богах. И это порой бывает аргументом: "А вот как же так, вот городской Бог, а вы тут говорите о монотеизме?" Кстати, на довольно серьезных конференциях мне приходилось выслушивать от своих оппонентов аргументы в этом плане. Но если мы почитаем тексты, то становится совершенно ясно, что это такое для египтянина. Впрочем, как мы уже говорили, сейчас происходит то же самое. А.З. По сути говоря, если мы посмотрим на всю совокупность тех лиц, если угодно, или тех сущностей, которые египтяне объединяли словом "бог"... А я напомню, что по-египетски "бог" – это "нечер". Все произношения египетские, естественно, условны. Мы не будем уходить далеко в филологию, скажу только, что египетский язык не знал гласных, и соответственно все огласовки – это уже или поздние реконструкции по коптскому языку, или совершенно искусственные конструкции ученых, когда между согласными вставляется звук "е". Так что да простят нас слушатели, что мы говорим на этом достаточно искусственном наукообразном египетском языке.

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

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

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

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

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

И, наконец, это те, кто так или иначе связаны с миром священным. Например, жрецы после очищений, когда они священнодействуют в храме, пройдя очищение, они тоже нечер. Целая система категорий.А.Г. Это ближе всего на русский язык, наверное, можно перевести как "святость".А.З. Безусловно. Безусловно. Но обратите внимание. Опять же, поскольку у нас постоянные переклички идут с Писанием и с христианской традицией, вспомните знаменитые слова псалма: "Я сказал: вы боги и сыны вышнего вси". И сам Христос в Евангелии объясняет, что это такое. Если те, к кому обращено слово Божье, именуются богами и не может нарушиться Писание, и т.д. То есть даже те, к кому говорит Бог, они божественны в силу того, что к ним обращено Его слово. Или, например, апостол Павел говорит: "Один есть Бог, хотя много так называемых богов и на небе, и на земле. Но мы почитаем одного Бога, сотворившего небо и землю". То есть, вот разница – есть много так называемых богов, духов, но мы почитаем Бога-Творца. А.Г. Но в Книге Бытия и сам Господь говорит, что нельзя давать вкушать от древа, иначе будут как мы, говорит он, обращаясь к неким сущностям. А.З. Да, "будет Адам как один из нас, знающих добро и зло". То есть один из нас, из мира Божьего, познал добро и зло. Это очень глубокое место, но если мы станем его разбирать, то уйдем в такие гностические вещи, что лучше оставим до следующего раза.Э.К. У нас, к сожалению, время идет быстро, а тема чрезвычайно интересная. Хотелось бы сейчас в рамках нашего разговора немного остановиться и на представлении египтян о загробной жизни. Поскольку мы немножко поговорили о том, как они жили на земле, как они представляли себе все это – вот именно "представляли", Андрей очень правильно употребил это слово, они это не видели, но воображали, это было именно так. Но ведь главное для египтянина – это не жизнь на земле, а жизнь вечная. И вот как они мыслили себе эту вечную жизнь?

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

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

Так вот этот символ богини Маат является высшим судьей. И по тому, какая чаша весов перевесит, будет определена судьба. Это чрезвычайно интересно. Если сердце полно злых дел, и это определяется на страшном суде, в одну секунду – вы видите, с правой стороны сидит жуткое чудовище – ему будет брошена душа на съедение, и это означает полное уничтожение. То есть никакой надежды на...А.Г. Абсолютная элиминация...А.З. Насчет полной элиминации, это утверждать сложно...Э.К. Нет, поглощение – это означает невозможность воскреснуть. А в противном случае, если все-таки человек признан праведным, оправданным, то его ждут райские поля. Кстати, египетская культура дает нам изобразительный ряд и рая – 13-е изображение, если можно сейчас на экран, это гробница из Дейр эль Медины. Мы здесь видим, как человек попадает в райские кущи – в полном смысле этого слова. Здесь замечательные растения, плоды. И с легкостью в белых одеждах собирается урожай. А.Г. Но человек всё равно трудится. Э.К. Трудится, но он с легкостью всё это совершает – в удовольствие. Это труд в удовольствие. Это совсем не тот труд, который показан в египетских гробницах, где действительно полностью воспроизведены сельскохозяйственные сцены. Нет, здесь именно райские поля.

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

И еще одна чрезвычайно интересная и уникальная вещь, это так называемая отрицательная исповедь. То есть человек исповедуется не в том, что он сделал плохого, а что он не делал из плохого. И исповедуется перед каждым из судей, которых должно быть 42. И каждый из них ведает тем или иным грехом.А.Г. То есть 42 греха.Э.К. 42 греха, которые произносятся в отрицательном смысле.А.З. То есть персональное обращение, "о такой-то и такой-то, я не убивал". "О другой, я не воровал". И так далее.Э.К. Я не прелюбодействовал, я не отнимал воды у жаждущего. Вот такие вещи он должен произнести. Судьи изображены примерно в одинаковых – как бы сложенных – позах, они в значительной степени безлики, хотя по каким-то коронам можно их определить. Они, собственно говоря, и решают, что будет происходить с душой умершего человека.

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

Но судьба самого Осириса, конечно, фантастична. Он жил на земле... Здесь настолько много от биографии Спасителя, что порой даже страшно это и произносить, но это действительно так. В конечном счете, он удаляется, и больше никогда не возвращается на землю, он переселяется в мир иной. Вот почему он очень часто изображен в белой одежде, как мумия, то есть как тот, который ожидает своего часа, чтобы воскреснуть. С Осирисом это произошло, но он продолжает носить одежду мумии, и так он и изображен. Его сопровождают верные сестры и жены, Исида и Нефтида, одна из них здесь с ним. Они всегда с ним так и остаются. Хотя это не мешает им спускаться на землю, общаться с людьми и помогать людям. Это явный, конечно, прообраз Богоматери. Но это, я думаю, отдельный сюжет, о котором мы могли бы тоже говорить с большой, правда, осторожностью, но довольно много.А.З. Да, конечно, ты права, но здесь параллели напрашиваются сами собой, и если мы вспомним "Деяния апостолов", там есть такой момент, когда архидиакона Стефана приводят в синедрион, и синедрион осуждает его на смерть, и он произносит большую речь, рассказывая обо всей истории еврейского народа. В частности, Стефан говорит и о Моисее. И говорит, что "научен был Моисей всей премудрости египетской и был силен в словах и делах". Так вот, разумеется, эта премудрость, это, конечно же, не премудрость строить пирамиды или лечить, не знаю, какие-нибудь инфекции. А это, конечно же, духовная премудрость, потому что Моисей был пророком, Моисей был учителем духовным, а отнюдь не практическим инженером или каким-то другим работником. Поэтому между Египтом и христианством, безусловно, масса нитей, и это знают египтологи, это знают исследователи текстов. Другое дело, что надо всегда очень аккуратно, конечно, проводить сравнения, иначе мы кое-что можем спутать.

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

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

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

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

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

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

Если же человек не выдержал испытания... Ты сказала, что Амамат, это – исчезновение. Многие грешники очень бы хотели просто исчезнуть. Но я боюсь, что Амамат, это тоже один из прообразов христианских образов. Вспомним западную стену любого католического собора. Это огромная пасть ада, куда входят грешники. Они не исчезают. Но они обретают вечную жизнь, полную трагедии и муки вне Бога. Вот что-то подобное обретают грешники, я так думаю, и судя по, скажем, "Книге врат", также думали египтяне. Так что Египет в этом смысле является для нас картинкой того, как верили задолго до наших дней, и прообразом того, что открыло потом христианство и реализовало здесь на земле. А.Г. Интересно. Значит, всё-таки есть доля правды в словах этологов, когда они утверждают, что состояние, которое мы называем совестью и преступлением некоего внутреннего нравственного закона, свойственно и многим высшим животным, и что человек получил сначала ощущение неудобства, неудовлетворенности при нарушении некоего закона, а потом сформулировал это в заповеди или в антизаповеди...А.З. Да, в любом случае, это заповедь.Э.К. Очевидно, да.А.З. Я думаю, что это, в общем-то, верная вещь. Другое дело, что есть категориальное различие между животным и человеком. Я думаю, в тот момент, когда возникает категория совести, она связана с категорией свободы, животное становится человеком, самоответственной личностью, которая уже может быть судима, но которая и может быть обожена...

gordon: Синхротронное излучение

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Михайлин Виталий Васильевич– доктор физико-математических наук
  • Халилов Владислав Рустемович– доктор физико-математических наук

Александр Гордон: ...во-первых, мне очень понравилось определение "светящийся электрон". А во-вторых, сама история открытия увлекательна. Расскажите, если можно, с самого начала.Виталий Михайлин: Начинается все с работы Д.Д.Иваненко и И.Я.Померанчука 1944года. В книге Д.Гамова " Моя мировая линия" приведены воспоминания Д.Иваненко о научной жизни того времени и о том, как они с И.Померанчуком пришли к идее синхротронного излучения. Хотя так оно тогда не называлось. Как раз в это время в Америке построили первые синхротроны. А на научном семинаре, который проходил в Московском университете, обсуждалась проблема ограничения энергии в бетатроне – доходили до какого-то предела и не могли дальше ускорить. И Иваненко, и Померанчук на одном из семинаров (так он пишет в воспоминаниях) пришли к выводу, что это ограничение возникает за счет того, что происходят очень большие потери на излучение. И в первой работе они показали, что эти потери пропорциональны энергии в четвертой степени. Причем, многие известные физики возражали и говорили, что это излучение должно было бы гаситься. Но Иваненко и Померанчук решились и опубликовали свои результаты в "Физрэв" и в наших "Докладах Академии наук". Статья эта называлась " О максимальной энергии, достижимой в бетатроне" и в ней они показали, что потери пропорциональны энергии ускоренного электрона, а вот где это излучение, в какой спектральной области, они не написали.

А дальше получилось очень интересно. Американцы тут же отреагировали и стали искать это излучение. Блюит стал искать его в микроволновой области. Потом будет ясно, что это был неверный путь. Он косвенно показал, что эти потери есть, орбита схлопывалась в бетатроне, но прямого излучения он не видел. А прямое излучение увидели в 1947 году, на одном из первых синхротронов фирмы " Дженерал электрик". Синхротрон от бетатрона отличается тем, что бетатрон – индукционная машина, магнитное поле и несущее и ускоряющее – как в трансформаторе. А в синхротроне поворотные магниты расположены по кольцу, где электроны поворачивают, там они и стоят. И вот инженер Флойд Хабер проводил профилактику. Камера стеклянная, внутри она покрыта аквадагом, чтобы заряд стекал. В одном месте этот аквадаг счистили, ( это сделал Флойд Хабер, молодой инженер, к сожалению, дальше я не нашел его следов в литературе) и он видит это яркое излучение.А.Г. В оптическом диапазоне?В.М. В оптическом диапазоне. Машина маленькая, мы ее потом покажем. Причем, это было яркое голубоватое свечение. Я много раз наблюдал это излучение, на разных машинах, оно производит фантастическое впечатление. Ну, а дальше он пригласил своих коллег, он был в группе Поллака. Это было 24 апреля 1947 года. Мне легко запомнить, мне как раз 12 лет исполнилось.

Вообще Иваненко и Померанчук называли этот эффект – "светящийся электрон" А тут его на синхротроне увидели. Если бы это излучение увидели на бетатроне, может быть, оно бы называлось "бетатронным", а так стали называть "синхротронным". А дальше поскольку эффект колоссальный, речь пошла о Нобелевской премии. Бесспорными были два человека – Иваненко и Померанчук, нужен был третий. Спор пошел между Поллаком и Блюитом, забыли про Хабера, этого мальчика, который мог бы быть третьим. Пока обсуждали, Померанчук умер, а посмертно Нобелевские премии не дают. Потом мы вернемся и посмотрим, как Флойд Хабер наблюдает это излучение. А сейчас взглянем на эту карту. Во всем мире сейчас около 80 центров синхротронного излучения. Это очень дорогие установки, Курчатовский источник синхротронного излучения стоил около 70 миллионов долларов, а 100 миллионов долларов дают на всю Академию наук, то есть это сложные, дорогие установки. И вот взгляните, на Россию. В Москве – пять источников СИ. Первый – на 250 МэВ Векслеровский в Институте ядерных исследований, он сейчас законсервирован, но его можно включить в любую минуту. В ФИАНе две машины: одна работает с 1954 года, другая в Троицке под Москвой. И Курчатовский источник синхротронного излучения – из двух накопителей: малая машина работает уже 20 лет. Вторая машина на 2,5 ГэВ работает уже с 1999 года, и этот источник посещал президент.

В Новосибирске существует Сибирский международный центр синхротронного излучения с двумя накопителями, которые построили еще при Г.И.Будкере. На территории бывшего Союза есть еще одно пятнышко, это накопитель в Харькове на 100 Мэв. В Армении работал синхротрон АРУС. А вообще, взгляните на карту, в Европе, в США, только в Японии почти 20 источников, в Бразилии, в Сингапуре...А.Г. Индия, Китай.В.М. В Канаде к концу года запустят Канадский источник СИ. В общем около 80 центров, в некоторых несколько машин.

Выставка "Экспо-2000" в Гамбурге проходила под девизом "Синхротронное излучение – свет будущего", в немецком варианте, а в английском – "Свет будущего тысячелетия". Но это свет не в бытовом смысле, а свет для исследования. Дело в том, что сейчас почти все эффекты, которые связаны с взаимодействием излучения с веществом, исследуются с синхротронным излучением. А.Г. Прежде, чем вы продолжите, я хотел бы, чтобы вы дали определение синхротронному излучению. Что это?Владислав Халилов: Ради Бога. В наиболее простом определении, это излучение релятивистского (то есть движущегося со скоростью близкой к скорости света) заряда (в данном случае электрона, поскольку в синхротроне ускоряются электроны), который движется по криволинейной (круговой) траектории, и, следовательно, имеет центростремительное ускорение. Ну, в общем, с точки зрения... А.Г. Но движется при этом в магнитном поле? В.Х. Да, в магнитном поле. Его называют также магнитно-тормозным излучением, еще циклотронным можно назвать это излучение. Циклотронное излучение отличается от синхротронного излучения тем, что в циклотроне излучают нерелятивистские (медленно движущиеся) частицы. Синхротронное излучение – это, по существу, циклотронное излучение плюс эффект Допплера, то есть смещение длины волны излучаемой движущимся источником в короткую область.

Несколько слов по поводу терминов, которые были употреблены, наверное, не все это знают. Бетатрон – это ускоритель, синхротрон – это тоже ускоритель. Накопитель – это накопительное кольцо, это как бы жаргон. Дело в том, что в бетатроне и синхротроне частицы ускоряются и их цикл прохождения по траектории – очень короткий, короткое время ускорения и всё, они выбывают как источники излучения. Накопитель, это кольцо, в котором пучок электронов сохраняется в течение длительного времени на равновесной орбите – до 24 часов, до суток и даже больше. Этот пучок поддерживается на равновесной орбите благодаря тому, что там специально устроены некие короткие промежутки с переменным электрическим полем. Виталий Васильевич уже говорил, что синхротронное излучение вначале считалось вредным, потому что при излучении электрон теряет энергию. А есть тесная связь между радиусом равновесной орбиты электрона и его энергией. Когда электрон излучает, он теряет ...А.Г. Теряет энергию.В.Х. Да, теряет энергию.А.Г. И теряет свою орбиту.В.Х. Да, и значит, радиус орбиты движения электрона изменяется. И ясно, так как область движения электрона не может быть слишком большой (она ограничена, скажем, стенками ускорителя или накопителя), то вследствие излучения, энергия и радиус орбиты изменяются, и он выбывает из режима ускорения, падая на стенку. А вот для накопительного кольца придумали, каким образом избежать этого. В 4-х коротких прямолинейных промежутках, расположенных по орбите, ставят резонаторы с высокочастотным (переменным во времени) электрическим полем, частота которого подобрана ровно так, чтобы потери энергии электрона на излучение за один оборот, были бы скомпенсированы за счёт ускорения электрона электрическим полем при прохождении этих промежутков. И за счёт этого механизма средняя энергия, а потому и радиус равновесной орбиты электрона, практически не изменяются в течение длительного времени, и пучок электронов сохраняется в кольце очень долго.

Это, может быть, хорошо и для синхротронного излучения, потому что пучок электронов можно использовать многократно в качестве источника излучения. В ускорителе пучок использовали один раз и всё. А в накопительном кольце – в течение длительного времени. И сейчас, я так понимаю, в основном накопительные кольца и используются в качестве источников излучения.В.М. Я начинал на синхротроне, но сейчас существуют накопители, на которых эти пучки могут держаться не часы уже, а десятки часов, дни, недели. И машина уже строится специально как источник излучения, там и сечение пучка подбирается и добиваются малого угла расхождения, все это определяет яркость источника. Но там есть хитрости, которые связаны просто с оптикой. Вот у нас сейчас на экране отрывок из статьи Блюита в " Курьере ЦЕРНа" к 50-летию открытия синхротонного излучения. Он пишет, что 24 апреля 1947 года четыре физика ( Поллок, Лэнгмюр, Эльдер и Гуревич) увидели это излучение. Про Флойда Хабера забыли, в статье его даже не упоминают. Вот смотрите. На фото слева Флойд Хабер, он еще совсем молодой, и четыре больших физика.А.Г. Несправедливость какая. Он собрал больших физиков, чтобы показать то, что он видел. В результате, его в истории не осталось.В.Х. Он был молодой, у него хорошее зрение. В.М. Но это действительно большие физики. А это стеклянная камера синхротрона...А.Г. Диаметром в метр всего...В.М. В журнале "Курьер ЦЕРНа" рядом с этой фотографией помещена фотография современного накопителя энергии в Гренобле, где диаметр – порядка сотен метров. Мы его покажем позже. А это само излучение, так его видно.

Теперь поговорим про само излучение, про его свойства. Как устроен ускоритель: это четыре квадранта, в самом простом случае, может быть и больше. Квадранты раздвинуты, это прямолинейные промежутки, где устанавливаются резонаторы для того, чтобы подталкивать электроны. Их может быть не только четыре, но это уже детали. А.Г. Принципиальная схема ясна.В.М. Да, принципиальная схема начинается с четырех. Инжектор, линейный ускоритель... Еще на слайде виден красненький сгусток. Идеальный сгусток электронов в 3 сантиметра, и тогда время излучения этого сгустка всего 100 пикосекунд, такое короткое время. Накопитель по схеме мало будет отличаться, схема будет похожая.

А вот дальше мы перейдем к теории без формул. Ускоряемый заряд, если он не релятивистский, будет излучать диполь Герца. А если скорости приближаются к скорости света, а они весьма приближаются – скорость электрона с энергией 6 ГэВ будет такая: шесть девяток после нуля. Для экспериментатора это вообще почти скорость света, но, как мы знаем, по теории относительности здесь не может быть скорости света.

А здесь показано два случая. Первый случай, скорость и ускорение совпадают, и по формуле Джексона излучение диполя вытягивается в направлении ускорения. Но этот случай малоинтересен. А вот в другом случае, когда электрон движется по круговой орбите, очень интересный этот диполь Герца трансформируется совсем по-другому. Нижняя половинка его вытягивается в нижнюю диаграмму направленности, а вторая половинка натягивается на неё. То есть мы видим боковые стороны источника, вот такой эффект потрясающий. Но вообще в искусстве это известно как "обратная перспектива" (в иконах, например).

А вот тут уже трехмерное изображение диаграммы направленности, так выглядит мгновенное излучение электрона. Угол расхождения...В.Х. Обратно пропорционален энергии электрона. Поэтому чем больше энергия, тем меньше угол, в котором сосредоточено излучение, тем лучше угловая направленность, тем уже световой пучок.В.М. А дальше по орбите как грязь с колеса, со всех точек, где электрон поворачивает, будет идти синхротронное излучение. И поэтому можно на этом источнике сделать десятки выводов, и одного источника может хватить на всех физиков страны. Чего на самом деле пока у нас не сделано. В.Х. Но сколько туда нужно закачать энергии, чтобы получить столько излучения.В.М. А здесь показан спектр излучения для одного, двух, трех, четырех, пяти, шести ГэВ. При шести ГэВ максимум излучения при десятых ангстрема, это область рентгеновского спектра. В ЦЕРНе работал до последнего времени коллайдер на 170 ГэВ, максимум был в области гамма-излучения, но никто не использовал это синхротронное излучение. Сейчас его разобрали и строят коллайдер на 14 ТэВ для того, чтобы искать там Хиггсовский бозон.

На левом графике угловое распределение синхротронного излучения для разных длин волн. Более жесткое излучение более остро направлено. Получается так, если вы смотрите на него: в центре рентген, потом ультрафиолет, синий и на краях – красный.

Это позволяет отделить в эксперименте жесткую часть излучения от мягкой. И на самом деле такие угловые и спектральные характеристики делают источник уникальным.

А вот этот график получил наш коллега Олег Куликов, рано погибший – помимо того, что он был очень хорошим физиком, он был и альпинистом. Куликов экспериментально получил такие поляризационные характеристики. Он показал, что в плоскости орбиты почти 98 % линейной поляризации. А если мы уходим от плоскости орбиты, появляется другая компонента, с электрическим вектором перпендикулярным плоскости орбиты. Получается круговая поляризация. То есть по поляризационным характеристикам получается совершенно уникальный источник, потому что материалов, которые здесь можно использовать для поляризации, нет. Природа сама дала источник с такими характеристиками, при которых можно получить линейную поляризацию, круговую, в промежуточных точках – элиптическую. Кстати, как раз, поляризационные характеристики позволили доказать, что из Крабовидной туманности к нам приходит синхротронное излучение.А.Г. Вы сказали, что природа дала источник, но дала его странным образом – после того, как технология была готова, чтобы этот источник разглядеть. А наблюдательные данные подтверждают то, что есть и в природе.В.Х. Я хочу здесь пару слов сказать. Я не знаю, насколько подготовлена наша аудитория ... Один ГэВ – это энергия, которая в две тысячи раз больше, чем энергия покоя электрона, то есть энергия электрона, который движется с очень маленькой скоростью. Я для порядка скажу еще, что энергия покоя электрона приблизительно равна 0,5 МэВ, отсюда получаем 1000 МэВ или 1 ГэВ.

Теперь, что касается природы. Вообще говоря, если посмотреть с точки зрения фундаментальности и уникальности явления, то едва ли можно сказать, что это уникальное явление. Всякий ускоренно движущийся заряженный источник – когда он, как электрон в магнитном поле, движется по круговой орбите – излучает.

Для того, чтобы было такого типа излучение, с такими свойствами важно другое. Движение по круговой орбите, это раз, и релятивистские энергии, это два. И необходимо, чтобы движение заряда было с ускорением, например, с центростремительным ускорением.

Были разные модели. Виталий Васильевич уже сказал о Крабовидной туманности, действительно, считалось, что это излучение от электронов, которые движутся в галактических магнитных полях, наша Галактика заполнена магнитными полями. Что это синхротронное, а точнее магнитно-тормозное излучение электронов можно было определить по спектру излучения. Кроме того, примерно известны напряженности магнитных полей звезд, галактик и так далее. Поэтому это излучение отождествляется с синхротронным.

Но я ещё хочу сказать о другом эффекте, который обсуждался очень интенсивно лет 30 назад, и с ним тоже были связаны большие надежды, по существу, научный переворот, о гравитационном синхротронном излучении. Было затрачено много средств, особенно в Америке, были уникальные эксперименты по поиску источника гравитационных волн синхротронного типа.

В частности, в одной из моделей предполагалось, что в центре нашей галактики есть огромная, массивная черная дыра, с массой больше массы Солнца примерно десять в восьмой степени раз. И космические частицы, двигаясь вокруг черной дыры по почти светогеодезическим траекториям с колоссальной скоростью, излучали гравитационные волны ровно таким же синхротронным механизмом, за счет того, что эти частицы обладали центростремительным ускорением. Вот такое излучение пытались наблюдать на Земле. Были экспериментальные работы, в частности, группы Вебера, которые вроде бы показывали, что такое излучение наблюдалось, но, к сожалению, никакие другие лаборатории не подтвердили эти эксперименты.

И ещё буквально два слова, тоже, наверное, для аудитории, насчет линейной поляризации и циркулярной, круговой поляризации. Электромагнитное поле излучения, как известно, характеризуется взаимно-перпендикулярными электрическим и магнитным векторами. Если электрический вектор колеблется в одной плоскости, то это будет линейная поляризация. Но, этот вектор может и вращаться.

И оказалось, что синхротронное излучение обладает такими уникальными свойствами, что при определенных углах можно наблюдать циркулярную поляризацию или линейную поляризацию. В частности, если оно наблюдается очень близко к плоскости орбиты движения электронов, то там будет линейная поляризация, примерно где-то процентов 80.В.М. По вопросу круговой поляризации в своё время была статья Виталия Иосифовича Гольданского. Он, кстати, был первым председателем комиссии по синхротронному излучению. И он предполагал, что круговая поляризация синхротронного излучения могла вызвать асимметричный синтез. А основа жизни – это асимметричный синтез, белки и сахара – это хиральные структуры. Я помню, он очень спешил её опубликовать и опубликовал в журнале "Коммунист", у меня этот журнал есть. Эта идея до сих пор бродит по миру. Я недавно рецензировал статью, в которой как один из вариантов асимметричного синтеза предполагается воздействие синхротронного излучения.А.Г. Но для этого оно должно присутствовать в природе в гораздо большем масштабе...В.М. Ну, конечно, здесь интенсивность очень небольшая. На Земле такого излучения не было во время зарождения жизни.А.Г. Но это, кстати, довод в пользу теории панспермии: если где-то могла создаться ситуация, при которой было такое излучение, давшее асимметричный синтез...В.М. Да, да. На самом деле, идея очень разумная, конечно, не глупая идея. А.Г. Теперь мы подходим уже вплотную к ответу на вопрос, что от этого нашему колхозу и почему такое количество ученых занимается этим. Ведь это не только, как я понимаю, теория, это имеет и прикладное значение.В.М. У всех подобных источников есть прикладное значение и даже промышленное.

На следующем рисунке приведена линейная поляризация для разных энергий, и круговая поляризация, которая достигает ста процентов. Например, чтобы исследовать дихроизм, очень легко переключить левую круговую поляризацию на правую. Но это подстрочное замечание.

Прежде чем мы двинемся дальше, одно замечание о развитии рентгеновских источников. Рентгеновское излучение было открыто в 1895 году. До 1963 года яркость этих источников практически не увеличивалась. Она стала увеличиваться, когда изобрели рентгеновские трубки с вращающимся анодом. А дальше – источники синхротронного излучения, вот какой рост. Синхротронный – в первом поколении. Дальше специализированные источники, это второе поколение. И третье поколение, о котором, если времени хватит, мы два слова скажем. За пол века увеличение яркости почти на 15 порядков. В настоящее время в Дубне строится машина третьего поколения. Там достигаются уже фантастические яркости. На следующем слайде – один из новейших источников синхротронного излучения в США. Здесь, помимо круговых орбит, в прямолинейные промежутки встроены устройства, которые специально искажают магнитное поле – ондуляторы. Справа внизу – излучение линейного ондулятора. Тут специально вносится искажение в магнитное поле с маленьким радиусом. А маленький радиус приводит к более жесткому излучению при той же энергии. Поэтому ондулятор был первым встроенным устройством. А если использовать длинный ондулятор, 1200 элементов периодичности, то там происходит эффект самоусиления, фактически, фазировка на очень большом расстоянии, и получается когерентное рентгеновское излучение. Под строительство этого источника американцы получили деньги из программы СОИ. Потому что у этого длинного одулятора получаются мгновенные мощности в гигаватты. То есть это сравнимо с мощностью всех электростанций страны.А.Г. Такая рентгеновская пушка.В.М. Да, рентгеновская пушка. Они испытывали ее, но это военное приложение, слава богу, не понадобилось.

А вот другое, очень важное приложение. Из ондулятора можно сделать лазер на свободных электронах. Можно также из линейного ускорителя получить электроны, повернуть их в периодическое поле, и получится лазер на свободных электронах. В.Х. Есть два типа лазеров. Есть лазер на связанных электронах, так сказать, обычный, где рабочим телом являются атомы, молекулы. И лазер на свободных электронах, такой термин тоже сейчас активно употребляется. С моей точки зрения, отличие состоит в следующем. В лазерах на связанных электронах, то есть в обычных лазерах, спектр энергий электронов строго дискретный.

И в принципе, там достаточно создать инверсную заселенность верхнего уровня энергии, а нижний уровень освободить, и далее пучком света определенной частоты можно сбросить все электроны с верхнего уровня на нижний, получается усиление...А.Г. Накачка.В.Х. "Накачать" – это возбудить электроны. В обычном состоянии, состоянии термодинамического равновесия заселены нижние уровни, то есть уровни с меньшей энергией. А чтобы получить усиление, необходимо создать инверсную заселенность, то есть населить электронами верхний уровень с большей энергией.

Тут уместно ещё сказать, что идея, собственно, принадлежит Эйнштейну. Ещё в 1917 году он высказал эту идею, о возможности вынужденных переходов электронов между состояниями в двухуровневой квантовой системе.

Что касается лазера на свободных электронах, то, с моей точки зрения, это практически те же самые системы, но они имеют квазинепрерывный спектр энергий. Почему свободные? По крайней мере, в одном направлении, если мы рассматриваем трёхмерное пространство, электроны в них движутся свободно, так как вдоль этого направления никакие силы на электроны не действуют. Дискретный спектр энергий зависит от какого-то дискретного квантового числа. Если же речь идет о движении в ондуляторах или в магнитном поле, то, например, вдоль магнитного поля электрон движется свободно, а спектр энергий электрона квазинепрерывен. И поэтому в лазере на свободных электронах расстояние между уровнями энергии мало. В лазере на связанных электронах оно велико, скажем между первым и вторым уровнем ...А.Г. Отсюда дискретность.В.Х. Да, а здесь спектр энергий квазинепрерывен. Поэтому в лазере на свободных электронах всегда задействованы три уровня. И если вы даже создадите инверсную заселенность среднего уровня, а нижний станет пустым, то вынужденные переходы электронов возможны как на нижний, так и на верхний уровни. Однако здесь оказывается существенным так называемый эффект отдачи за счет излучения фотона. Когда фотон взаимодействует с электроном, последний переизлучает фотоны. Из-за того, что спектр непрерывный, электрон чувствует любую отдачу при взаимодействии, хотя энергия и импульс фотона малы, в то время как при дискретном спектре он не получает отдачи. А здесь он чувствует даже маленькую отдачу. За счет этого задействованы три уровня. Игра идет на том, что уровни слабо неэквидистантны, частоты и вероятности переходов вниз и вверх чуть-чуть отличаются, так что результате получается усиление падающего пучка фотонов.

Кроме того, можно дать такое определение: в отличие от лазеров на связанных электронах, лазеры на свободных электронах, это, как правило, устройства, в которых используются макроскопические электромагнитные поля. Скажем, электроны в накопителях движутся в макроскопическом магнитном поле.

В ондуляторе то же самое – мы видим макроскопическую траекторию. И кроме того, теорию лазера на свободных электронах можно строить как квантовую теорию (то есть фактически по Эйнштейну), а можно построить классическую теорию, используя чисто классический подход, рассмотрев, скажем, механизмы группировки электронов за счет действия электромагнитной волны и последующего когерентного электромагнитного излучения этих электронов.

Но тут всё же уместно отметить, что впервые идея о лазере на свободных электронах была высказана ещё в 1933 году Капицей Петром Леонидовичем и Дираком. Они рассмотрели теоретическую задачу рассеяния электрона на стоячей световой волне. По существу, это что-то вроде ондулятора. И тогда уже предсказали, что в такой системе возможно усиление этой волны за счет электронного пучка, взаимодействующего со стоячей волной.

У лазера на свободных электронах есть ещё одно преимущество.

Дело в том, что атом создан природой, частоты, на которых он излучает фиксированы. Мы не можем залезть в структуру атома и изменить его частоты. А здесь, мы можем перестраивать частоты, изменяя энергии электронов, меняя напряженности макроскопических полей (это в наших силах), то есть мы можем получать излучение на разных участках спектра.

Но, правда, есть и большой минус. Пучки электронов, к сожалению, значительно менее плотные, чем в лазерах на связанных электронах и мощности всё же маловато здесь получается.А.Г. Но зато это источник когерентного излучения.В.Х. Да, да.В.М. Это встроенные устройства для источников третьего поколения. Это то, что в Дубне строится, они начинают не с кольца накопителя, а с линейного ускорителя на выходе, которого стоит лазер на свободных электронах.

А здесь на картинке то, что было в "Курьере ЦЕРНа" рядом с маленьким синхротроном. Это современный европейский источник СИ, общеевропейский. Видите, рядом с ним маленькие автомобильчики? Это уже рентгеновский источник гигантских размеров. На нижнем рисунке показано, как с орбиты выводятся каналы синхротронного излучения. Это рентгеновский эксперимент. Двинемся дальше, чтобы успеть рассказать немножко про применение. Кому сказать, чтобы ..

На следующем слайде показано, как выходит из поворотного магнита излучение, оно голубенькое, а дальше – биозащита. В рентгеновском источнике нужна, конечно, биозащита. На этом слайде показано, в каких областях применяют синхротронное излучение: в биологии, в литографии, в физике, в медицине...А.Г. Это излучение, по сути дела, заменяет источники рентгеновского излучения.В.М. Да, конечно, в молекулярной биологии, для рентгеноструктурных исследований белков размером в один ангстрем. Начиналось-то всё с твердого тела, а сейчас много работ по биологии. И у нас в стране есть группа, в Пущино, которая успешно этим занимается (А.А. Вазина). Применение для микролитографии, для микроэлектроники. Физика, конечно тоже есть, про неё пока не будем.

А вот очень интересное применение в медицине. Казалось бы, почему такое сильное рентгеновское излучение в медицине, в диагностике, оказывается менее вредным, менее опасным, чем обычная трубка? С трубками используют весь спектр, а здесь можно использовать монохроматическое. Поэтому в интеграле радиационные нагрузки в сотни раз уменьшаются.

Следующий рисунок из немецкой книги про синхротронное излучение. Авторы пишут, что Ньютон ничего не знал о синхротронном излучении. Но то, что он открыл – дисперсия света – используется практически во всех спектральных приборах, которые устанавливаются в камерах синхротронного излучения. Вообще-то здесь специфика определения есть, очень много преимуществ, потому что параллельный пучок, можно сразу ставить дифракционную решетку без входного коллиматора.

Пример на слайде – наша установка в Курчатовском институте для вакуумного ультрафиолета. А вот применение в медицине. Пациент сидит в кресле, которое перемещается по вертикали. Здесь показан пример двухцветной рентгеновской диагностики. Из ондулятора выходит излучение, два рентгеновских монохроматора дают разные длины волн. Одна длина волны – до максимума поглощения контрастора, который ввели. А другая – в максимуме контрастора. А дальше компьютер обрабатывает результаты, и на снимке остаются только сосуды. В Америке эта диагностика уже широко применяется.А.Г. Но такой диагностический центр должен быть привязан, так или иначе к синхротрону.В.М. Да. Но в Японии их больше 20, там нет проблем, скорее труднее трубку поставить. Конечно, важно, что радиационные нагрузки меньше, а разрешение намного лучше.

Можно следующую картинку. Это перечисление других применений синхротронного излучения. Это и инвазивная ангиография, и диагностика остеохондроза. Здесь, показано, как меняется структура костей у человека. Сначала кость крепкая, а потом она превращается в некую сетку. Причем это анимация, где видно, как это происходит, а снято всё на синхротроне.

Следующую картиночку. Здесь показано, что при исследовании синхротронным излучением твердого тела можно получить электроны с глубоких уровней. Это рентгеновские люминофоры, а дальше сцинтилляторы, то, что нужно для ядерной физики. Получается такой круг: сначала это излучение было для ядерной физики вредным, потом его стали применять. Теперь синхротронное излучение дает полезные результаты для ядерной физики, сцинтилляторы ведь для нее нужны.А.Г. От вредного до необходимого.В.М. Следующую картинку можно? Это пример наш. Мы исследовали вольфрамат свинца – это сцинтиллятор который устанавливается в ЦЕРНе, в новом коллайдере, в двух детекторах. И там была та проблема, что не видели короткую компоненту. На синхротронном излучении был получен спектр возбуждения, было показано, что можно использовать очень короткое свечение экситона, и этот кристалл может работать как очень хороший сцинтиллятор. Синхротронное излучение позволило получить такой результат. а дальше они устанавливаются. На слайде детектор и для масштаба человечек, я не знаю, видно человечка, это точка такая серая?А.Г. Да, да, видно.В.М. Высота в семиэтажный дом, таков размер детектора. Видно кольцо сиреневое – это сцинтилляторы. А.Г. Тут возникает вопрос. Понятно, что в квантовой механике, в исследовании микромира это может помочь очень сильно. А в наблюдательной астрономии?В.М. В наблюдательной астрономии тоже. Черепащук не рассказывал, что они наблюдают объекты, которые могут излучать магнитно-тормозное излучение? В своей книге по астрофизике В.Л. Гинзбург много говорит о магнитотормозном излучении. В.Х. Говорят, что напряженность магнитного поля нейтронной звезды (пульсара) была измерена благодаря регистрации синхротронного излучения электронов, движущихся в магнитном поле пульсара. Более точно, вблизи поверхности пульсара, движение электронов вдоль силовых линий магнитного поля релятивистское, а в перпендикулярной силовым линиям плоскости – нерелятивистское. То есть вблизи пульсара, электроны излучают на циклотронной частоте (определяемой напряженностью магнитного поля) плюс релятивистский сдвиг частоты за счет эффекта Допплера. Поэтому, по частотам электромагнитного излучения, приходящего от пульсара и регистрируемого на Земле, можно измерить напряженность магнитного поля нейтронной звезды.А.Г. Теперь я начинаю понимать, почему это называется "светом будущего". Потому что это проникло во все области, которые интересуют физиков.В.М. Да, а это археология, это древняя греческая ваза в манчестерском музее. Подозревали, что верхняя и нижняя части – разного происхождения. Провели исследование с помощью синхротронного излучения и показали, что всё-таки эти части одного происхождения.

Археология очень много использует сейчас это излучение. В Англии в позапрошлом году была конференция "Синхротронное излучение в археологии". Это очень точный элементный анализ, который не разрушает объект. Просто светишь синхротронным излучением и смотришь рентгеновский спектр. Совершенно не нужно даже соскребывать что-то, в искусствоведении даже применяется. А.Г. Да, да, в той же самой иконописи, когда записывались одни сюжеты под другими, можно разглядеть скрытый слой...В.М. Пример из Германии недавний. Они анализировали гравюру Дюрера, там со временем идет накопление ртути, и исследование показало, что кусочек был дорисован. Я слышал эту историю от директора нового берлинского источника.

И наконец, красным показано, то, что будет в Дубне. Это источник третьего поколения. Если мы источник в Дубне все-таки построим, то отставания у нас не будет. Мы в России изобрели этот источник, открыли его здесь, очень долго держались впереди, а теоретики наши всегда держатся в передовых, никто их не обгоняет. В.Х. Еще необходимо рассказать про эффект самополяризации.В.М. Вот под последнюю картинку, на которой изображена схема нового Дубненского источника синхроторонного излучения, можно рассказать про эффект Соколова-Тернова. В.Х. Тем более что прошло ровно 40 лет, в 1963 году этот эффект был предсказан. Здесь речь, собственно, не о применении синхротронного излучения, а я бы сказал, о фундаментальности его. Очень мало у нас явлений, которые, так или иначе, могут подтвердить правильность теоретических расчетов. Их можно перечислить по пальцам, скажем, квантовая электродинамика, прекрасная наука, можно хорошо считать. Потому что там константа взаимодействия мала, можно считать по теории возмущений. Есть эффект Лэмба, поляризация вакуума, аномальный магнитный момент – всё.

Так вот, оказывается, синхротронное излучение – благодаря Соколову и Тернову, которые в 63-м году открыли эффект самополяризации электронов – дает возможность, если угодно, проверить правильность наших теоретических умозаключений, правильность наших расчетов по квантовой электродинамике. Оказывается, синхротронное излучение существенно влияет на свойства самого электрона, на состояние электрона.

Как происходит эффект самополяризации? Кроме, значит, импульса и энергии, которые характеризуют состояние электрона, есть ещё такое квантовое число как спин. Когда электрон движется по равновесной орбите в накопительном кольце, он может излучить фотон и перейти в низшее состояние, как с переворотом спина, так и без переворота спина. Вероятность перехода электрона в низшее состояние без переворота спина для современных накопителей примерно в миллиард раз больше, чем вероятность перехода с переворотом спина.

Благодаря тому, что в дуантах, о которых говорил Виталий Васильевич, есть электрическое поле, которое возвращает электрон ровно на ту же самую (по которой он двигался до излучения фотона) орбиту ... Представьте себе сгусток (пучок), состоящий из миллиарда электронов. Миллиард минус один электрон, излучив фотоны, перешли в низшее состояние без переворота спина и только один электрон – с переворотом спина, то есть начальное спиновое состояние этого электрона изменилось. Затем все без исключения электроны вернулись в начальное энергетическое состояние за счет электрического поля накопителя. Очень важно, что электрическое поле компенсирует потери энергии электрона, но не меняет его спиновое состояние. И если такой сгусток электронов держать примерно в течение часа на равновесной орбите накопителя, то все электроны, в конце концов, согласно законам квантовой механики (а это вероятностная наука) должны перейти в такое состояние, в котором их спины будут направлены ровно против магнитного поля. Это уникальное явление.

Во-первых, оно дает возможность подтвердить, что квантовая электродинамика, которая была построена Швингером, Томанагой, Фейнманом – совершенно правильна, она работает идеально, по крайней мере, в низших порядках теории возмущений. И второе, уже с точки зрения применения, этот эффект дает возможность получать поляризованные пучки электронов, что важно уже для дальнейших экспериментов. Этот эффект авторами был назван эффектом самополяризации, его часто также называют эффектом радиационной поляризации. Потому что этот эффект происходит за счет излучения фотонов электронами.В.М. В мире его называют эффект Соколова-Тернова.

В заключение, на слайде схема Дубненского источника синхротронного излучения- ДЭЛСИ, который сейчас строится. Линейный ускоритель собирается прямо сейчас. Многие узлы привезены из Голландии. Я надеюсь, что он скоро заработает. Это будет источник третьего поколения. Это – будущее и разумно, что это будет в Дубне. А.Г. Будем надеяться, что будет, несмотря на то, что у нас происходит...

gordon: Трансформация элементов

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Жорж Лошак– профессор (Париж)
  • Леонид Ирбекович Уруцкоев– доктор физико-математических наук

Александр Гордон: Доброй ночи, перед тем как программа началась, буквально сейчас, мы обсуждали такое явление, как Комиссия по борьбе с лженаукой, созданная Академией Наук Российской Федерации. Почему? Потому что результаты экспериментов, о которых речь пойдет сегодня, оцениваются физиками и другими учеными в смежных областях крайне неоднозначно. Я должен это подчеркнуть для того, чтобы отвести от моей скромной персоны, от программы огонь критики. Пусть весь огонь критики ляжет на тех, кто сегодня будет в кадре. Проблема крайне спорная, еще более спорная, чем темы, которые иногда мы затрагивали в этой передаче. Тем не менее, сразу после рекламы мы поговорим о такой, казалось бы, давно ушедшей от нас вещи, по крайней мере, по результатам эксперимента, как алхимия. Короче говоря, как из чего-то может получаться чего-то без добавления в это что-то необходимой для этого изменения энергии. Уже чувствуете, чем пахнет? Насколько я понял из того, о чем вы говорили, и из тех материалов, которые я прочел... Если эксперименты, о которых пойдет речь ниже, не полная чушь – это цитата из вас же, то вся современная теоретическая наука просмотрела не больше не меньше, как один из видов взаимодействия. То есть одну из самых фундаментальных вещей, которые существуют в современной теоретической физике. Что же это за взаимодействие, если ваши эксперименты не чушь? Жорж Лошак: Вы знаете, я вообще не люблю, когда начинают перечислять возможные взаимодействия. По-моему, это секрет Бога, а может быть, и Бог этим никогда не интересовался. Есть ли четыре взаимодействия, или пять, или восемь – это мне совершенно безразлично. Вопрос в том, что наука далеко, наверное, неполная, что приходиться говорить каждый раз, когда выдумывают новую область науки, как это случилось во время Ньютона или в наше время, то есть в начале ХХ века. А каждый раз, когда направление развилось, начинают думать, что наука закончена, и что все, что будут встречать в природе, будет объяснимо тем, что уже знают, и я думаю, что каждый раз это ерунда. Несмотря на то, что из всех известных нам теорий что-то останется, безусловно, например, из теории Ньютона осталось почти все. Только оказалось, что некоторые явления, некоторые типы феноменологии эта теория не объясняет, и поэтому создали электромагнетизм, термодинамику, квантовую теорию и так далее. И также будет и с нашей наукой. Да, надо сказать вдобавок, что нет, как бы сказать, закрытой логики в нашей науке. Несмотря на то, что всегда пытаются следовать логике в науке, мы ее почти никогда не находим. И из-за этого во всяких явлениях, которые мы знаем, есть щели, маленькие щели. Из этих щелей может возникнуть в любой момент новая теория или новый вид известных нам теорий. Так вот, в этом случае можно сказать следующее. Нам известен электромагнетизм, который есть обширная, грандиозная часть физики, и который хорошо изучен и многое объясняет. Мы этим электромагнетизмом теперь и пользуемся в телевидении. Без Фарадея, без Максвелла не было бы нашей передачи. Но этот электромагнетизм имеет недостаток симметрий. То есть это называется электромагнетизм, но все основано, на самом деле, на электричестве, и даже основная часть магнетизма основана на электричестве, и теория как бы хромает. Представьте себе, что это уже знал Максвелл. Максвелл это знал и просто решил, что поскольку он знал намного больше об электричестве, чем о магнетизме, несмотря на то, что в его время знали много о магнетизме, он не допустит возможности возникновения магнетизма как бы из ничего, и решил, что магнетизм будет возникать из электричества, как и сказал сам Ампер до него. Он знал, он хорошо чувствовал, что чего-то не хватает. Это заметил намного сильнее Пьер Кюри после него. Пьер Кюри в конце 19-го века создал, можно сказать, всю область симметрий в общей физике. И создал теорию симметрий в электромагнетизме. Основываясь на этом учении, совершенно новом, он высказал гипотезу, что могут существовать зернышки магнетизма, как существуют зернышки электричества. Не забудьте, что в то время электрона еще официально не знали, начинали думать об этом, но все-таки не знали. И он в очень короткой статье описал симметрические свойства, которые могли бы быть свойствами магнитных частиц. Что есть магнитная частица? Это означает следующее. Все знают, что есть магнит. В магните есть два полюса – северный и южный. Если распилить магнит на два, получается два магнита и так далее. Значит, задается вопрос, как во время Демокрита в Древней Греции: что случится, если мы будем и дальше так распиливать магнит? Физика обычно даёт ответ, что будут всегда маленькие, все меньше, но будут все-таки маленькие магниты. А задача: существуют ли в природе частицы, которые носят только один полюс? Либо – северный, либо – южный. И другие частицы, которые имеют второй полюс. Кюри дал некоторые описания симметрии таких частиц. После него возникли во время 20-го века сотни работ по этой теме. Никто никогда не видел магнитного монополя, но пытались угадать, какой вид он может иметь. Какие следы он оставит, как он будет взаимодействовать с электрическими зарядами, с обычной материей в мире. И среди этих работ была одна знаменитая, которая принадлежит известному английскому физику Дираку, который написал основное уравнение электрона. И Дирак доказал, что, исходя из очень общих рассуждений электромагнетизма, магнитный заряд, примерно, в 70 раз больше, чем электрический заряд. Если найти монополь, который этому закону не подчиняется, так это будет большой загадкой. Потому что это доказательство и другие, которые нашли позже, все они основаны на самых глубоких идеях об электромагнетизме. И надо сознаться, что если найти экспериментально что-то другое, то это будет глубокой неприятностью для теоретиков. Конечно, ясно, что если экспериментаторы докажут, что это неверно, ну так пускай, надо будет изменить весь электромагнетизм. Что я в этой области сделал. Написал уравнение для магнитного монополя, которое основано на уравнении электрона Дирака. То есть, я показал, я не говорю, что я доказал, я показал. Я показал, что можно смотреть на электричество и на магнетизм, как на некоторую гору. И один спуск будет электричество, а другой – магнетизм. Уравнение Дирака написано на одном склоне горы. И описывает только электричество. И значит, я показал, что можно ввести в уравнение Дирака другой термин, чем тот, который он ввел в теорию электрона, и тем описать другую часть теории, которая описывает легкий магнитный монополь. А.Г. То есть, восстановить симметрию, по сути. Ж.Л. Восстановить симметрию. Но когда вы пытаетесь это делать, первое, что оказывается, это что такой симметрии нет. И что монополь не так похож на электрон, как можно было бы надеяться. Есть многие виды такой частицы, которая резко отличается от электрической частицы, и я их тщательно описал при помощи вычислений, то есть это настоящая физическая модельная теория, когда пишешь первые уравнения и первые принципы, потом остальное вытекает из того, что написали. Это можно охарактеризовать таким образом, что, во-первых, этот монополь очень легкий. В первом варианте теории он даже без массы, как фотон. Что резко отличает этот монополь от того, который открыли в общей теории элементарных частиц, известный монополь Т'Хофта и Полякова, который, наоборот, очень тяжелый по теории. Во-вторых, есть как бы вершина этой горы. И есть надежда перейти с одной стороны на вторую. Я должен тут подчеркнуть, что перейти с одной стороны на вторую мне не удалось. Я не понял, что надо для этого делать. И это, может быть, удалось моему другу Уруцкоеву. Потом надо сказать еще и другое. Что по этой теории оказывается, что основную роль играет то, что называют киральностью. То есть, способность быть левым или правым. И что монополь и анти-монополь связаны только с вращением частицы и с вращением в левую или в правую сторону. Это означает, что частица проявляется, как то, что можно называть квантовым волчком. Всем известно, что такое волчок. Квантовый волчок – это волчок, в котором основные черты меняются дискретным образом, а не непрерывным, как это происходит с обычным волчком. Можно тут добавить, что эту идею изначально имел именно Кюри. И он смотрел на монополь не как на квантовый волчок, потому что он не знал квантовой теории, конечно. Но он выдумал эксперимент, чтобы найти магнитный монополь, который был бы основан на той же идее. А тут этот эксперимент, как известно, не работал, поскольку если он бы работал, это было бы всем известно уже больше, чем сто лет. А.Г. И мы бы сейчас об этом не говорили. Ж.Л. И об этом уже не говорили, когда следствие оттуда только. А тут это свойство волчка исходит из самой теории. И тогда получается одна фундаментальная черта этого монополя. Она состоит в следующем. Если волчок прецессирует одним или другим образом, он проявляется с известным зарядом. И что заряд, магнитный заряд, связан с этим вращением. А есть основное вращение. То есть, минимальное вращение этого волчка. Тогда магнитный заряд исчезает, он обращается в нуль, и монополь становится нейтрино. А нейтрино мы теперь очень хорошо знаем. Нейтрино – это очень легкая частица, которая производится при бета-распаде. То есть, в радиоактивности. И для этого я высказал гипотезу, что, может быть, эти монополи имеют то же свойство появляться в некоторых радиоактивных распадах. Если это правда, то значит, эти магнитные монополи могут влиять на радиоактивные распады и вводиться, в общем, в ядерную физику, несмотря на то, что по описанию они принадлежат миру атома и молекул, миру электрона, а не миру радиоактивности. Я думаю, что это, может быть, самая главная гипотеза. Ну что можно еще рассказать. Много. А.Г. У меня вот какой вопрос. Исходя из вашей гипотезы, из уравнений, которые написаны, – какой эксперимент нужно было бы поставить, чтобы доказать существование вашего монополя? Ж.Л. К сожалению, я этого не знаю. Я должен даже добавить, что обычно предвидение элементарной частицы вам дает только предвидение существования некоторых ее свойств. Но совсем не обязательно помогает вам предсказать рецепт... А.Г. Как это получить. Ж.Л. Например, если вы возьмете известное уравнение Дирака для электрона, так из этого уравнения исходят самые замечательные свойства электрона, которые все на сегодня проверены экспериментом. Но я вам могу сказать, что если бы не наблюдали электроны до Дирака, так он совсем не помог бы понять, что надо сделать, чтобы их найти. Так что, искренне говоря, я совсем не знаю, что надо сделать. А может быть, наш собеседник это нашел. А.Г. Я почему задаю этот вопрос. Потому что вы, проводя ваши эксперименты, никакого монополя не искали. Судя по всему, по вашим собственным словам, вы слышали о гипотетическом существовании монополя, но не сильно занимались этой проблемой. А что вас привело к экспериментам, в чем суть этих экспериментов и что же вы все-таки получили? Леонид Уруцкоев: Я постараюсь кратко рассказать, как я дошел до такой жизни. Вообще начиналось все, честно говоря, достаточно безобидно. Шел некий совершенно не фундаментальный, а чисто прикладной эксперимент. Исследовались некоторые возможности электровзрыва бетона. Достаточно обычный эксперимент. Правда, он хорошо диагностировался. Этот эксперимент проходил в Курчатовском институте, в бывшем отделении физики плазмы. Начинался он где-то году в 97-м, когда приватизация в стране шла полным ходом. И наука достаточно сильно развалилась. Установку мы собрали из того, что было. Поэтому когда меня спрашивают, почему у тебя восемь кабелей, ну просто потому, что был вот такой кабель, такого диаметра. Который был, и другого у меня не было. А чтобы он каждый раз не рвался, я должен был поставить восемь. Почему такая энергетика, да потому что столько нашли конденсаторов. Нашли бы больше, было бы больше. То есть, эксперимент был в некоем смысле случайный. Но от старой советской жизни у нас осталось достаточно много различной, хорошей диагностической техники. И мы на простой эксперимент навесили всю ту технику, которая у нас была. В частности, у нас была очень хорошая дорогая скоростная камера, которая позволяла нам делать 300 кадров в секунду. Не было бы ее, мы бы, наверное, проморгали бы все. Когда стали снимать электровзрыв бетона, то заметили некоторые странности. Я попросил бы показать первый слайд. А.Г. Да вот его приготовили. Л.У. Вот исходная ситуация, сейчас прозвучит выстрел. Он-то не прозвучит, мы его не услышим, но это будет видно. Время действия очень короткое, десять в минус четвертой секунды, а время одного кадра равняется трем тысячным секунды. То есть, три на десять в минус третьей. Ток уже кончился. Дальше у нас должен идти разлет этого самого кирпича. Вот видно несколько кадров. Вот пошел разлет. Обратите внимание на свечение. Уже тока нет давно на первом кадре. Тем не менее, все это продолжается, все это летит. На что мы обратили внимание? Масштаб понятен, время между кадрами понятно. У нас была возможность грубо оценить скорость, с которой летят эти куски. Когда оцениваешь скорость, перемножаешь квадрат скорости на массу, берешь половину и получаешь некоторую среднюю энергию, которая сидит в кинетической энергии. И вот что получалось. Практически вся энергия батареи сидела в этой кинетической энергии. А экспериментаторы знают, что из батареи перевести в нагрузку можно примерно половину. Формального-то нарушения закона сохранения не было, но... А.Г. КПД был очень высок. Л.У. Да. Откуда такой КПД? И вот это сильно возмутило и заставило внимательно посмотреть. А.Г. На одну секунду вас прерву, потому что, на мой взгляд, вы не уточнили для дальнейшего разговора необходимую часть эксперимента. Взрыв происходил, вы испаряли, по сути дела, фольгу. Мгновенно испаряли фольгу. Причем, в водной среде. Л.У. Совершенно справедливо. Эксперимент достаточно простой. Такие эксперименты ставили давно и много. Наш отличался только тем, что было навешено много диагностики. Я просил бы запустить слайд-фильм. Второй момент, который нас сильно удивлял, откуда такое свечение. Почему так сильно светится и вылетает вода, возникает свечение. Этой яркости вполне достаточно было, чтобы снять оптический спектр свечения. Сняли спектр, света много, спектр получился легко, но очень сложный. Поскольку объект непонятный – бетон, что там светит, это было неясно. В некоем смысле было топтание на месте. С одной стороны, мы не могли расшифровать спектр, непонятно было, какие элементы все-таки. А с другой стороны, неясно было, что дальше делать. Выручил случай. Случай совершенно простой: кончились деньги на покупку кирпичей. Поэтому решили пострелять на воде. То есть, на льду. Сделали лед, и фокус состоял в том, что когда получили спектр, вышло, что спектр один и тот же. Что, вообще говоря, материал здесь ни при чем, что важен электрод и вода. Тогда мы быстро переделали схему эксперимента. Взяли бак, засунули туда восемь проволочек, нажали кнопку, рванули. А.Г. А вода дистиллированная? Л.У. Да, конечно. У нас она достаточно хорошей чистоты. И вот что странно. Если мы посмотрим сейчас на этот рисунок, видно, что над электродом возникает не очень понятное свечение. А чтобы была видна вторая проекция, то поставили зеркало под 45 градусов, так чтобы можно было убедиться, что это действительно шарик. Это съемка уже очень быстрая. Время экспозиции – это минус в четвертой секунды, то есть это время порядка самого электрического импульса. Таких кадров мы делали несколько – у нас была такая возможность. Это электронно-оптические преобразователи, которые срабатывали через тысячную долю секунды. Видна динамика. Вот второй кадр. Свечение живет, этот шарик живет и процветает. Ток уже давно закончился, а это его не смущает – он светит и светит достаточно серьезно. А.Г. И какое время жизни этого шарика? Л.У. Время жизни раз в 50 превышает время электрического импульса. Поскольку я, будучи аспирантом, занимался достаточно интенсивно транспортировкой электронных пучков – мы, простите, сэр, – учились сбивать ваши самолеты. То очень хорошо знал, что задача состояла в том, чтобы провести мощный электронный пучок через атмосферу. И пучок был очень мощный, поэтому он через нейтральный газ не шел, а ему нужен был плазменный канал, и его надо было как-то создавать. И я с этой задачей промучился несколько лет: ну не идет пучок. Плазма рекомбинирует быстрее. Пока я успевал послать следующий, этот уже рекомбинировал. И я твердо знал, что времена рекомбинации – это микросекунды, ну, десяток микросекунд, а тут такое свечение при каких-то четырех киловольтах. Вот так живет это плазменное образование. То, что я не мог годами получить, тут вдруг получается само собой. А.Г. Простите, перебью вас, чтобы потом не отвлекаться на тему критики ваших экспериментов, сразу вставлю пять копеек своих. Это очень похоже на шаровую молнию, которая возникает при тех же самых условиях. А если вы знакомы с кластерной теорией возникновения шаровых молний, то вот классический эксперимент по получению шаровой молнии в лабораторных условиях, который блестяще подтверждает кластерную теорию. Вода есть, линейный импульс есть – вот, получите... Л.У. И нити-то подобные есть, по крайней мере, по двум параметрам. Во-первых, откуда берется энергия? И совершенно не понятно, как образуется? Мне так и не удалось понять, как это образуется. Все съемки, которые мы делали, это было сначала сплошное сверкание, потом он уже как нарисованный. Я так до сих пор и не знаю, как он образуется. Я знаю, как он разваливается. Разваливается на мелкие клочки. Но у нас и времени не было заниматься. Было понятно, что это какая-то аномалия. Но спектр мы к тому времени расшифровали. Этим занимался один из наших старых сотрудников. Он пришел и первое что сказал: "Ты знаешь, если бы я не сам снимал этот спектр, я бы просто сказал – не морочь голову, это солнечный спектр. Они один в один: с такими же линиями самопоглощения. Приблизительно оценили температуру – солнечная. В общем, достаточно похоже. Но вот что меня сильно смущало. В спектре всего около 2000 линий, и тысяча из них принадлежит железу. Светятся даже самые слабые линии железа. Но стреляли-то мы на титане, проволока была титановой. У титана тысяча линий, а тысяча линий – железо. Это вызывало большое чувство негодования: откуда столько железа? И так мы долго-долго мучались, не могли понять, откуда мы видим столько железа. Пока мы не додумались отдать на масс-анализ фольгу и то, что остается. Тут было первое откровение: обнаружили это самое железо в заметных количествах. А.Г. В фольге? Л.У. В том, что осталось. В самой фольге – она была, слава Богу, из старых запасов – было 99 и 9, это была фольга советская, надежная. Но на всякий случай, конечно, много раз проверили, стали отдавать воду на анализ, и все, что было вокруг, убрали всё железо, проверили полиэтилен. Это обычные все те вопросы, которые очень любят задавать. А.Г. Устраняли шум... Л.У. Ну, да... очень любят задавать оппоненты-академики вопрос: а вы воду проверяли? Проверяли, конечно. Мы месяцев семь занимались, поскольку результат оказался настолько неожиданным. А.Г. И сосуд проверяли, разумеется? Л.У. Всё проверяли. Убрали все из зала. Нас все-таки в школе учили хорошо, и мы твердо знаем, что, если положил титан, то должен вытащить титан, если там нет ничего другого. И вот полгода ушло на то, чтобы как-то осознать этот факт. Причем процент-то был очень заметный. Это были не какие-то микропримеси. Это было процентов до 10. А.Г. Здесь-то и заговорили про алхимию. Л.У. Да. Но, может быть, не стали бы всерьез увлекаться, если бы не одно обстоятельство. У титана пять изотопов. 48-ой титан – это примерно 74 процента, это естественная смесь. Так вот что было удивительно. Если появляется 5 процентов примеси, то на 5 процентов 48-ой титан исчезает. То есть происходит перекос изотопного соотношения, исчезает один изотоп. И поскольку проблема разделения изотопов, она не очень простая, то было не очень и понятно. Но прошло полгода, немного свыклись, проверили один масс-спектрометр, сделали все анализы, отдали на все методики. Сначала думали – ошибка масс-спектрометрии как таковой. Сделали достаточно много других измерений. Результат стоял. Тяжело было с ним согласиться, но решили так: если уж чудо происходит, и каким-то образом ядра переходят из одного в другое, то радиоактивности должно быть с избытком. Ведь кулоновский барьер-то никто не отменял, как-то его надо преодолеть. Поскольку мы с 86-го по 96-ой плотно занимались Чернобылем, то гамма-кванты мерить умели. И нейтроны мерить умели. Мы вообще-то выпускали профессиональную аппаратуру по этому профилю. И поэтому, конечно, все это поставили. Какое-то превышение ...А.Г. По гамма? Л.У. По гамма, да. Но количество частиц, которые трансформируются, это десять в девятнадцатой степени. Хотя бы по одному гамма-квантику, ну и нас бы уже давно не было. Значит этого нет. Детекторы молчат, ядра трансформируются. В общем, какая-то полная чехарда. И тогда совсем от безнадежности поставили ядерные эмульсии. К счастью, к тому времени осталась еще в нашем институте жива группа, которая этим занималась. А.Г. А что за технология? Я просто не знаком... Л.У. Это технология на самом деле не очень сложная, старая, ее еще, по-моему, Мысловский предложил, то есть на стеклянную пластинку поливается 100-микронным слоем эмульсия и ставится под излучение. Излучение оставляет следы, и по ним на основании карт и атласов можно сказать, что это за частицы. Поставили и результаты получили сразу же. Первые выстрелы дали. Но это не было похоже ни на что. Вся группа, которая занималась... А.Г. Излучение было, но природу его понять невозможно. Л.У. Во-первых, расстояние регистрации достигало нескольких метров. Туда ни бета, ни альфа не долетает, гамма не дает треки – должна была бы быть засветка. Совершенно непонятные следы. Характерная черта – есть параллельный след. Вот какой-то ужасный трек. Если считать по энергии, то это гигантских энергий частица. Это должен был бы быть Гэв – если по плотности почернений считать. Но не получается. Если бы это была такая частица, то, во-первых, почему она летит непременно в плоскости? А во-вторых, у нее должны быть усы. Такие от трека отходят дельта-электроны, ядерщики их называют "волосатая нога". Трек типа "волосатой ноги", то есть, она очень энергична, выбивает электроны. А тут все чисто, все гладко. Можно было бы сказать: это какой-то артефакт. Но их тысячи. Вот в одном выстреле поставлены две эмульсии и получены совершенно одинаковые картинки, их различить нельзя, ту и эту. Но понятно, что царапины и артефакты с такой точностью воспроизвести нельзя. Значит, это все-таки физический эффект. Что это такое? Не очень понятно. Если считать в кулоновском приближении, кулоновский механизм торможения, то тогда это несусветная энергия. А другого механизма мы не знаем. В общем, в такой ситуации мы находились, пока я не пожаловался одному из своих коллег Циноеву на то, что на эксперименте происходит черт знает что: и ядра трансформируются, треки какие-то получают, магнитные петли сходятся... А он в качестве шутки сказал: слушай, а может, это у тебя магнитный монополь? Я говорю: какой магнитный монополь? Дираковский. Я что-то слышал когда-то еще в студенческие годы, но к нему никакого касательства не имел. Но пошел, почитал. Чем больше я начинал читать, тем больше это по некоторым параметрам начинало уже ассоциироваться с экспериментом – что-то подобное здесь, что-то похожее там. Надо отметить, что теоретики здесь постарались. Может быть, только по общей теории относительности работ больше, чем по магнитному монополю. Гигантское количество! Я сидел месяца три-четыре непрерывно. Всё это охватить нельзя, но основные вещи как-то по типам для себя разложил. И тогда уже нужно было ставить какой-то эксперимент. Ж.Л. Многие все-таки говорят одно и то же. Л.У. Безусловно. Основные работы я для себя разбил на три части. Тогда был поставлен, по предложению Циноева, вполне прямой эксперимент. Воспользовались одной из работ, сделанной теоретиками в нашем институте – Мартемьянов-Акимов: если такие частички существуют, то они должны застревать в железе. А для этого можно взять 57-ое железо и с помощью эффекта Мессбауэра аккуратно измерить величину поля на ядре. Если такие частички застревают, то тогда это должно сказаться на поле. Измерение достаточно тонкое, но оно было сделано и привело к результату. Дальше было много дискуссий, так это или не так. На сегодняшний момент это повторили в Казани и получили тот же результат. Причем они уже достаточно уверено получили сдвиг поля на ядре кило-гаусс при плюс-минус 30 гаусс, то есть, далеко за 10 ошибок вылезает. Их можно поздравить с результатом. Как его интерпретировать? – это уже вопрос к уважаемым теоретикам. Собственно говоря, дальше ждать было особенно нечего, и было принято решение – публиковать в таком виде, как есть, куцем и недоделанном. Конечно, весь огонь критики, который можно было, всё вылили. Вместо того чтобы взять и проверить эксперимент. А.Г. Эксперимент в общем несложный. Л.У. Конечно. Он достаточно извращен диагностически, но сама по себе установка, она не очень сложная. Появилась рабочая гипотеза. А вот слово "монополь", оно всех раздражает. Неважно, как это называть, важно, какие свойства это проявляет. Первое, что больше всего всех раздражает – трансформация. Трансформация, она, как оказалось, идет по совершенно определенным законам, не так вот – взял и золото посыпалось. Нет. Увидели, что из одной фольги, например титановой, получается свой строгий набор элементов. И не просто набор, а набор, если посчитать энергии связи исчезнувших материнских ядер и возникших дочерних, то сбалансированный по энергии связи. И непонятно, как из одного состояния в другое перескочило. Прямого противоречия с законом сохранения нет. Есть ошибочка чисто экспериментальная. И это понятно, это связано с масс-спектрометрией. Но катастрофы нет. Понятно, что это можно вытянуть. Но вопрос остается: как это произошло? Это же должны быть огромные энергии. А их нет. Как это? Кто отменил кулоновский барьер? Итак, давайте посмотрим свойства: первое – трансформирует ядра, второе – меняет поле на ядре, третье – оставляет следы, четвертое – мы провели опыты с радиоактивностью: видно, что влияет на бета-распад и достаточно заметно. Вот альфа-распад, тут не хватает точности измерений и уверенности сказать, но с бета-распадом мы точно видим, что ситуация плохая, ну просто катастрофа. А.Г. А что происходит? Л.У. Сегодня мы с Жоржем смотрели, я ему показал, что замедляется. Можно сказать, что такое впечатление, что меняются вероятности переходов, где-то надо здесь копаться. Слишком все сыро, чтобы сейчас что-то можно было сказать. Понятно, что на бета-распад это излучение влияет гораздо сильнее, чем на альфа-распад. И в этом смысле, оно больше склонно к слабым взаимодействиям, нежели чем к сильным. Обычно мы ищем в сильных, а вот здесь совершенно не ясно, откуда такие гигантские сечения в слабых. То есть вопросов больше, чем ответов. Но мой подход достаточно простой. Надо потихонечку набирать факт за фактом, селектировать, проверяя, далее двигаться вперед. Потом уж придумаем, как его назвать. А.Г. А вы пробовали применять какие-либо другие материалы, кроме титана в качестве исходного для фольги? Л.У. Конечно. А.Г. И что там со спектром? Л.У. Каждому исходному материалу соответствует свой спектр. Более того, дубнинцы сделали совершенно нетривиальный ход, на мой взгляд. Мы проверяли только по энергии связи, а они задали таблице Менделеева другой вопрос. Берем титан 48-ой. Какие мы можем набрать комбинации элементов, не нарушая при этом четности и самых основных законов. И оказалось, к удивлению, что это единственный вариант. У них получилось, что это на самом деле единственный вариант. Не знаю, насколько правильно составлена программа и подходы, но это, действительно, имеет право на существование. Просто никто до них не додумался задать такой вопрос. Оказывается, можно и вот так посмотреть. Поэтому называйте это как хотите, хотите – алхимия, кстати, не очень плохое слово и надо помнить своих предков. И вся фармакология пошла от алхимии, и химия тоже. Почему все время поливаем. Да, алхимия развивалась под идею производства золота. Но я вас уверяю, человечество, оно утилитарно. Деньги всегда были у одних, а исследовать хотелось другим. А деньги богатые дают только под то, что может принести доход. И так было всегда. И человечество с тех пор не изменилось ни на йоту, и это будет и в будущем – я уверен. А.Г. У меня вопрос к нашему гостю. Познакомившись с результатами эксперимента, вы подумали о том, что это тот самый монополь, или у вас есть другие объяснения тому, что происходит в лаборатории? Ж.Л. Вы знаете, я лично не специалист в ядерной физике. Так что я по ядерной физике слушаю то, что мне объясняют. И у меня других объяснений нет. У меня другие заботы, другие вопросы, чтобы ответить на основной вопрос, на мой взгляд, являются ли они монополями или нет. Так можно сказать несколько вещей по этому поводу. Во-первых, можно задать вопрос: вообще являются ли эти частицы монополями или нет? А если да, так являются ли они "моими" монополями или нет? Потому что если вы обнаружили где-то электрический заряд, – это совсем не доказывает, что это электрон. Это может быть совсем другое, например, протон или какое-то ядро. Значит, есть несколько вопросов. Чтобы ответить на вопрос, является ли это вообще магнитным монополем, по-моему, надо глубже изучать поведение этих частиц в электромагнитном поле. В группе Уруцкоева поместили монополь в магнитное поле, и проверили взаимодействие с атомами железа. Но надо поместить и в электрическое поле. Потому что не забудьте, если это магнитные монополи, так они не должны двигаться по полю, а должны заворачиваться вокруг него и вдобавок при одной энергии они должны заворачиваться намного сильнее, в 70 раз сильнее, чем электрон. Это такие характеристики, которые нужно обязательно найти. А.Г. То есть, уже есть один из экспериментов, который необходимо поставить – это обнаружение того, что получается в электронном поле. Л.У. В магнитном поле мы сделали. И, собственно говоря, почему возникла гипотеза? Вы меня правильно поймите. Я и не утверждаю, что это монополь. Вот те длинные треки быстро свернулись вот в такую комету. А.Г. Это в магнитном поле? Л.У. В магнитном поле. В слабеньком магнитном поле треки качественно сразу изменились. То есть поверхность почернения осталась той же, а вид качественно изменился. Поэтому это добавило некоторой уверенности, что вот эта самая штука по крайней мере взаимодействует с магнитным полем. То есть, аргумент в пользу того, что это излучение. Раз оставляет трек, значит излучение. Видно, что оно корпускулярное, это не волна. След достаточно странный, он такой точечный. В этом смысле волчковая модель Лошака подходит качественно, на интуитивном уровне. Какие же есть аргументы в пользу того, что это магнитная частица? Первое, что она явно не электрическая, она бы не добежала. Оставляет взаимодействие, значит, это должна быть, скорее всего, магнитная. Реагирует с магнитным полем. Захватывается железом, меняет поле на ядре. И вот, пожалуй, все экспериментальные аргументы в пользу магнитных зарядов. А.Г. Еще один вопрос. А вы исследовали влияние этого странного излучения на живые клетки? Поскольку вы все-таки имеете дело в эксперименте с каким-то видом излучения, и тут мало ли что может произойти? Вы, слава Богу, тьфу-тьфу, живы и здоровы, но мало ли что. Л.У. Да, Александр. Когда сообразили. Но это было года через два после того, как начали эксперимент. Были некоторые пилотные опыты. В общем, влияния отрицательного не оказывает, по крайней мере, на том уровне мощности, как у нас. И даже, как говорят биологи, и наоборот. По крайней мере, на мышах они видят, что это достаточно благотворно влияет на организм. Влияние есть, и это сейчас то, что можно было бы отнести к фактам. Работа выполнена ими достаточно аккуратно, и эффект явно вылезает за ошибку. А.Г. А кто эти работы выполнял? Л.У. Работа выполнялась челябинским медицинским центром. Потому что мы были связаны по старой тематике, и у них большой опыт по изучению... А.Г. Влияния радиации... Л.У. Да, влияние радиации на организм. Поэтому они к этому делу и подключились. Эффект есть. Но там-то дело совсем безнадежное. Потому что если мы еще хоть как-то, на понятном объекте, все-таки пленка – понятный объект, сцинцилятор понятный. То там-то еще и объект сам непонятен, то есть непонятно, что влияет на клетку, которая непонятно как устроена. Но сам факт меня поражает. Потому что у нас вот такого размера сцинциляторы, и мы с большим трудом что-то видим, а тут вот такие маленькие, по нашим понятиям, мало атомов, и вдруг здесь это влияние ловится достаточно "дубово", методы их были очень просты. И в чем дело, я, откровенно говоря, не понимаю, почему это столь эффективно взаимодействует – излучение с клеткой. А.Г. Грубо говоря, обычный биологический эксперимент: есть контрольная группа... Л.У. Да. Заводится стадо – я их терминологией немного овладел, линейных мышей, штук 400 сразу покупается, и их по партиям, по весу. Это большая, тяжелая работа, как я понял. И ужас в том, что ты никогда не можешь привести в исходное состояние. Если я могу, то организм назад уже в эту точку – нет. И дальше уже статистика, и пошло, и пошло, поехало. То есть, труду их позавидовать нельзя. У нас гораздо проще – с неживой-то материей работать. А.Г. У меня вот какой вопрос. Теоретически обоснованное существование монополя заставляет, по крайней мере, с точки зрения элементарной логики, попробовать обнаружить его в окружающем мире. Верно? Провести ряд каких-то экспериментов, которые касались бы не столько ядерной физики, скажем, и не столько электромагнетизма, но затрагивали бы астрофизику. И затрагивали бы все что угодно. Да? Ну, есть же космос, он огромный, почти необъясненный, с огромным экспериментальным полем. Черт его знает, что существует... Такие вопросы космологам и астрофизикам задавались? Ж.Л. Можно задать себе хотя бы один вопрос. Как известно, есть теория, и очень хорошая теория энергии Солнца. По этой теории основным явлением является бета-распад. Эти бета-распады должны производить нейтрино. И поскольку нейтрино почти ничто не останавливает, они должны дойти до Земли, их можно зарегистрировать. Это совершенно верно. И их наблюдают. К сожалению, есть одна трудная задача – не хватает тридцать процентов. Так, на первый взгляд, можно сказать, что это не так важно, потому что это же не хватает 30 процентов только по сравнению с теоретическим предвидением. Так надо просто изменить теорию. А это не так просто. Потому что эта теория замечательно замкнута. И если попытаться ее изменить, чтобы увеличить число нейтрино, так это влияет на другие предвидения, что уже совсем не подходит. Есть некоторые гипотезы по этому поводу. Одна из гипотез – это что все нейтрино, которые излучаются Солнцем, могут быть не электронные нейтрино, которые предвидены, а мюонные нейтрино, то есть связанные с мюонами. По-видимому, за последнее время это объяснение пользуется некоторым успехом. Я скромно предлагаю другую гипотезу, а может быть, среди этих нейтрино есть магнитные монополии, тогда легко доказать, что они останутся на Солнце и нас никогда не достигнут. И может быть, из-за этого их не хватает. Но это тоже гипотеза. Ну, а что касается критериев, характеристических экспериментов, которые можно делать. Так можно еще задать себе другие вопросы. Например, я предложил просто ввести электрическое поле, чтобы посмотреть, как они вращаются вокруг этого поля. И вообще вращаются ли они. Это проверить надо. Можно допустить еще следующее. Можно показать, что если ввести крест магнитного и электрического поля, так получается явление, которое известно с электронами и которое дает некоторый дрейф движению. Этот дрейф можно предвидеть, и он будет не тем же самым для монополя или для электронов. Это очень легко вычислить и, мне кажется, не очень сложно это проверить. Но, допустим, что это получится. Так это покажет, что это монополь. А это еще не доказывает, что это "мой" монополь. Потому что, чтобы доказать, что это "мой" монополь, надо проверить моё волновое уравнение. Это означает, что этот монополь имеет поляризацию волны. И тогда эту поляризацию можно наблюдать при помощи таких экспериментов. Этих вычислений я еще не сделал. Да я все-таки хочу кое-что по этому поводу добавить. Что у вас есть в России одна замечательная книга, которая для меня одна из Библий для уравнения Дирака. Это "релятивистский электрон" Соколова и Тернова. Можно сказать, что все то, что знают об электроне, там находится. И значит, все возможные вычисления по электрону можно там найти. И вдобавок я столько рылся в этой книге и столько проверял все вычисления, что могу утверждать, что до сих пор я никакой ошибки не нашел. При помощи этой книги мне не так сложно взять мое уравнение и перенести на монополь то, что мы знаем об электроне. И пытаться предвидеть новые эксперименты. Ну, я перед вами обещаю сделать эти вычисления. А.Г. Мы прервемся на рекламу, а когда мы вернемся, я хочу, чтобы вы ответили вот на какой вопрос. Если монополи из космоса все-таки попадают на Землю, какие эффекты они должны вызывать на Земле? И есть ли что-то, что до сих пор не объяснимо в поведении земной ли коры, ядра, взаимодействий на Земле, что можно было бы объяснить с помощью теории монополя? Л.У. Прежде чем регистрировать монополи, если они действительно существуют в природе, надо понять как это делать. Жорж кратко сказал о монополях, но ведь это есть наше представление о них. И это совсем не то, что может оказаться в самой природе. А.Г. Я даже понял, что есть три группы представлений о монополе. Л.У. Да, есть дираковские монополи, швингеровские, так называемые классические монополи, есть монополи Полякова-Т'Хофта. Такие, очень тяжелые, поборником которых у вас выступал Рубаков Валерий. Совершенно не подходят все эти монополи. Есть взгляд итальянцев. Это Риками, Маньяни, которые пытаются взглянуть на монополи как на некое сверхсветовое движение электронов. И надо отметить, что эта точка зрения совершенно не противоречит специальной теории относительности. То есть, если такая частица родилась, то она имеет право на существование. А.Г. То есть, она родилась уже сверхскоростной. Тогда нет необходимости преодолевать... Л.У. Преодолевать скорость света. Но такая точка зрения не очень хороша, на мой взгляд. Если такие монополи существуют и не взаимодействуют с нашим миром, то нам нет смысла об этом говорить. Что нам толку рассуждать о том, что никак себя не проявляет, это можно нафантазировать все что угодно. Все эти замечательные теории, о которых рассказывал Рубаков, квалифицированный, талантливейший человек, на мой грубый экспериментальный взгляд, все эти струны, мембраны, доменные стенки – все прекрасно, все красиво. Это мне сильно напоминает наше здание Академии наук. Вы смотрите издалека и видите такое вот... А.Г. Золотые мозги. Л.У. Да. А когда подходите близко, видите эту аляповатость, и главное, полную нефункциональность. Я не хочу, чтобы меня так восприняли, но здесь может оказаться нечто подобное. А.Г. Нет, но теория струн – поэтически красивая вещь. И хотя бы поэтому имеет право на существование. Л.У. Имеет право на существование все. И это безупречно математически построено. Безусловно. Но, мне кажется, что теория не должна отрываться от эксперимента, иначе она становится уже теорией ради теории. И она не должна отрываться от философии. Было достаточно забавно наблюдать за Гордоном, когда эта теория рисовалась. Это наш четырехмерный мир, а это будет еще шесть измерений. Ну, конечно, шесть. Если эти шесть измерений есть, тогда откуда у нас закон сохранения энергии, импульса и так далее. Если они есть, но с нами не взаимодействуют, ну что тогда об этом говорить, если мы не можем проверить. То есть, я человек простой. Я считаю все надо проверять. И в первую очередь, наше представление о мире. Теория – это представление о мире. Эксперимент эту реальную взаимосвязь пытается установить. А.Г. Да нет, речь там как раз о том, что это как раз те редкие эксперименты, в которых наблюдается явное нарушение закона сохранения энергии. Это можно списать как раз на теорию струн, на те самые шесть измерений. Л.У. Это как-то не очень хорошо. Принцип сохранения энергии столь удобен, что, конечно, списывать его на что-то можно, но очень жалко такой красивый принцип. Он очень много дает физике. Просто как принцип. Ж.Л. Можно добавить один исторический анекдот. Когда начали изучать бета-распад, то не обнаружили сохранения энергии. А что сделал Паули? Чтобы попытаться ее спасти, он выдумал нейтрино. И 25 лет спустя его обнаружили. И был прав тот, кто спас закон сохранения энергии. Л.У. Более того. Если бы не пошла атомная энергетика, и не было бы реактора, то, собственно говоря, это еще вопрос, удалось ли бы обнаружить нейтрино, ведь его "засекли" на реакторе. Мы бы до сих пор спорили. Нейтрино – оно есть или его нет. И в этом смысле удачно сложился атомный проект. Для физики атомный проект был очень удачный. Это дало развитие атомной энергетике. Большие были вложены деньги. И удачно. Повезло, что было обнаружено нейтрино. Вряд ли бы стали строить специальную для этого лабораторию. Ж.Л. Я хотел бы еще добавить одну вещь. Я очень интересуюсь этими работами, несмотря на то, что я в этой области никогда ничего не делал. Я хотел бы рассказать следующее. Я сказал, что мое уравнение монополя дает нулевую массу, потому что оно основано на инвариантности. Но можно добавить массовый член в уравнении. Он не линейный, потому что если был бы линейный, то это был бы член Дирака. И он обычно не подходит, не всегда, но все-таки обычно не подходит. Оказывается, что такое уравнение, которое дает магнитные монополи с массой имеет решения, которые сверхсветовые. А это очень удивительно, потому что, насколько мне известно, это единственное уравнение, которое дает, как говорят, тахион, то есть сверхсветовую частицу, но в котором искусственно не ввели свойства, которые нарочно дали бы эти сверхсветовые решения. Они появились там совершенно нормально, что дает некоторую связь с теорией. И совсем не понимаю, что это означает. Л.У. Собственно поэтому-то Лошак заинтересовал нас, что у него монополь достаточно легкий. Это значит, что энергии, которой требуется, нужно не очень много, а, собственно говоря, как все монополь искали. Стукали два пучка. Разгоняли как можно больше энергии. А, может быть, надо было делать не так, а как у нас в эксперименте. Мы стукаем два тока мощных, а обычно токи слабенькие, микроамперы. У нас-то сотни кило-ампер бьют друг о друга, грубо говоря, а там микроамперы. Может быть, вот в этом дело. А.Г. То есть, искали в ядерных взаимодействиях, а надо было искать все-таки в магнитных. Л.У. В магнитных, да. Может быть, авторитет и увлечение всей ядерной физикой настолько превалирует, что мы что-то проскочили в электромагнетизме. Вот и неполное понимание, ушла дальше физика элементарных частиц. И сейчас мы пытаемся все-таки немножко назад вернуться, может быть, мы что-то пропустили. Это попытка, это не надо воспринимать как жесткие утверждения. Давайте попробуем так. Ну, поисследуем еще, какие-то выводы сделаем, какие-то проведём практические эксперименты. Как Жорж предлагает. Сделаем это скрещенное поле ему. Посмотрим поляризацию, придумаем какой-то тонкий эксперимент. Нарушение пространственной четности. Так потихонечку и наберем. А.Г. Прежде чем я задам вам вопрос о том, что все-таки на чем основывается основная критика результатов вашего эксперимента и что критики приводят в качестве доказательств несостоятельности возможного возникновения целой теории, я задам абсолютно идиотский вопрос, который может быть при монтаже и уйдет, поскольку я только что-то слышал об этом. Кто-то из тех людей, которые занимаются Солнцем, чуть ли не в материалах к этой программе утверждал, что после того как был совершен облет Солнца американским спутником, было установлено, что магнитное поле самого Солнца обладает очень странными свойствами. То есть, похоже, что оно однополярно. И это каким-то образом про ваши монополи говорит? Если недостающее количество нейтрино, которые доходят до нас, может замещаться монополями, которые не могут преодолеть солнечного магнитизма, то есть солнечной... Ж.Л. Вы знаете, что не надо забывать, что есть очень сильные магнитные поля в солнечных пятнах. Это объясняется, по моему мнению, очень сложно. А если были бы не пучки, а моря монополий, это тоже бы объясняло существование этих магнитных полей! Это все то, что я могу сказать по поводу Солнца. Хотел бы добавить одно. По поводу одного вашего предыдущего вопроса. Допустим, что все-таки монополи уходят из Солнца и доходят, падают на Землю. Так не надо забывать, что они магнитные частицы. Значит, они попадут, по-моему, на полюсы. Потому что их будут притягивать земные полюсы, ну так надо, чтобы Уруцкоев туда поехал! Л.У. Нет, я боюсь холода. Не обязательно, Жорж, из эксперимента видно, что это излучение аномально взаимодействует с кислородом. И если это действительно так (он единственный парамагнитный газ), то я думаю, что может обрасти шубой как некий магнитный Дебай. Так сказать, будет радиус Дебая, экранировка магнитная, и тогда, казалось бы, не будет двигаться к полюсу, просто экранированный и все. Ж.Л. То есть, останется в атмосфере, может быть. Л.У. Я бы не стал фантазировать. Слишком мало мы знаем сейчас. А.Г. Мы сейчас прервемся на рекламу, а после этого узнаем все-таки, что ваши критики говорят о результатах ваших экспериментов. Из ваших же уст. Я думаю, что это будет достойным завершением программы. Л.У. По этому вопросу у меня уже есть неплохая статистика. Я могу сказать так. Процентов 95 это обсуждать не желают вообще, считая все это глупостью. 5 процентов оставшихся делятся, примерно, пополам. Те, которые считают себя специалистами в эксперименте, мне начинают объяснять, после стандартных вопросов о проверке воды, того, сего, пятого, как это получается. Но при этом они, как правило, такие выдвигают гипотезы, что их бы неплохо было бы записать. Нарушение второго начала термодинамики – это самое меньшее, что они допускают при этом. Это вот те, кто пытаются дать объяснения по эксперименту. А те, кто по теории, то они мне начинают объяснять, почему этого быть не может. Да это и сам прекрасно знаю – почему этого быть не может! Меня интересует, почему это может быть. Почему не может, я знаю – на пятерку отвечу любому. Вот кто бы мне ответил, как это может быть. Вот, собственно говоря, и все. Но такие вещи проверяются. Вот это надо проверять. Потому что если бы мне это рассказали, я сказал бы: ребята, давайте проверим. Я вас уважаю и люблю, но хотел бы убедиться сам. И это нормально, вот это я понимаю. Вот унтер-академический аргумент: не может быть, потому что не может быть никогда. Это, конечно, серьезно, если нет лучших аргументов. А.Г. Вы сами говорили о пятичасовом семинаре в Дубне. И как отнеслись там к вам? Л.У. Нормально. Это был нормальный, доброжелательный семинар. Искренний. Вопросов была масса, острых в том числе. И это нормально. И часть вопросов с вниманием выслушана и принята к сведению. Дубнинцы сами проверяли, сами полгода провозились. И, между прочим, наблюли гораздо более тонкие вещи, чем мы. У них получше оборудование. И там такой аллергии не было. Просто все задаются вопросом: а как это может быть? А.Г. Что же это все-таки такое? Л.У. Похоже, здесь не обойтись без глубокого пересмотра каких-то основ, где-то что-то пропущено. Такое впечатление. Вот нет треков на эмульсиях, и все нормально. Все по классике, титан кладешь – титан вытаскиваешь.А.Г. Давайте мы условимся, что после того как вами будет поставлен эксперимент в магнитном поле и в перекрещенном поле и вы посмотрите то, что получается – закручивается ли? А если да, то с какой скоростью? Ведь это может ваши теоретические предвидения о монополе подтвердить или опровергнуть и запутает дело еще сильнее. А мы с вами встретимся и в коротком информационном выпуске этой программы сообщим о ходе этих экспериментов. Л.У. То есть, когда мы запутаемся окончательно, мы придем. А.Г. Да, милости просим. Л.У. Спасибо большое вам.А.Г. Спасибо вам.

gordon: Перенос излучения

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Юрий Николаевич Барабаненков– доктор физико-математических наук

Александр Гордон: Для меня "фотоника" – это неологизм. В моей жизни впервые встречается это слово, хотя слово "фотон" мне известно и я понимаю, что это производное. Но все-таки чем занимается эта наука? Юрий Барабаненков: Вы знаете, мне бы не хотелось начинать с фотоники, потому что эту тему я оставляю для завершения разговора. А.Г. Хорошо, начните с того, с чего вам удобно. Ю.Б. Я хотел бы начать с того, что тема нашей беседы формулируется как "Перенос излучения в рассеивающих средах". И в рамках этой темы я хотел бы обсудить следующие 4 вопроса. Первый вопрос. В чем заключаются основные представления о переносе излучения в рассеивающих средах и как эти представления изменялись с годами по мере изучения новых явлений, новых сред. Первый вопрос. Он касается феноменологического и микроскопического подходов при рассмотрении вопросов переноса излучения в рассеивающей среде. Третий вопрос. Как изменились феноменологические представления о переносе излучения в рассеивающих средах после предсказания явления локализации излучения в рассеивающих средах. И четвертый вопрос касается того, насколько феноменологические представления в состоянии оказать какую-то заметную помощь при исследовании оптических свойств так называемых фотонных кристаллов.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Собственно, на этом я могу закончить.А.Г. Спасибо большое.

gordon: Турбулентность

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Захаров Владимир Евгеньевич– академик РАН

Александр Гордон: ...признавался, что, когда он предстанет перед Создателем, главная просьба, которая у него будет, – открыть тайну турбулентности. Поскольку у меня накопились к Создателю другие вопросы, я пользуюсь случаем, адресую этот вам. В чем, собственно, тайна турбулентности? Почему это такой странный раздел в классической физике, который до сих пор необъясним. Или уже объясним?Владимир Захаров: Это был Теодор фон Карно, знаменитый механик. Действительно, была такая история: он был приглашен на конгресс по механике, ему нужно было сделать доклад о турбулентности, он вышел и в течение 40 минут молчал. А.Г. Красноречивое молчание, вы не хотите повторить его?В.З. Нет, почему? С тех пор много чего достигнуто. Я начну с того, что турбулентность – вещь, несомненно, всем знакомая. Хотя бы тем, кто в самолете летает. Периодически пилот говорит: мы входим в зону турбулентности. Чрезвычайно обыденное явление. Откройте кран с водой? и если напор достаточно большой, то движение будет турбулентно, то есть хаотично, неупорядоченно. И совершенно ясно, что описать такое движение в деталях невозможно. Это есть турбулентность в ее классическом понимании, то есть именно хаотическое, неупорядоченное движение несжимаемой жидкости. Так понимали турбулентность в 19 веке, со времен работы Рейнольдса. Так понимает ее и сейчас какая-то часть этого комьюнити.

Но постепенно стало понятно, что турбулентность есть явление гораздо более общее. Очень остро встал этот вопрос, скажем, в начале 60-х годов, когда всем казалось, что еще немного – и мы построим реактор, который будет осуществлять управляемую термоядерную реакцию, то есть удерживать плазму. "Плазма" было тогда очень модным словом, как известно. Потом выяснилось, что плазма не удерживается в реакторах, в магнитных ловушках, потому что она турбулентна. И эта турбулентность есть совсем другая турбулентность. И знание о гидродинамической турбулентности, которое было к тому времени накоплено, уже недостаточно. Тогда стала развиваться теория турбулентности плазмы, а потом стало ясно, что бывает турбулентность и всяких других типов. Например, по мере развития лазеров стало ясно, что существует оптическая турбулентность. Если лазер очень мощный и он проходит через стекло, то там луч света начинает рассеиваться хаотически, сам на себе, как говорится, в абсолютно прозрачной среде. Это есть оптическая турбулентность.

Заметим, что поскольку свет – это волны, это турбулентность волн. И это есть отличие от гидродинамической турбулентности, классической турбулентности, ибо там никаких волн нет. Жидкость считается несжимаемой, значит, в ней волн – если нет свободной поверхности – не существует, есть только вихри. Поэтому эта вихревая турбулентность еще называется сильной. Волновая турбулентность еще называется – слабой. Но есть много очень общего и в той, и в другой турбулентности. Вы видите сейчас классический пример сильной турбулентности, очень сильной. Здесь еще к тому же двухфазная среда. То есть это вода, перемешанная с воздухом. И поэтому это тоже нестандартный, хотя и очень обыденный пример турбулентности. Как построить статистическую теорию этого явления? Необыкновенно трудная задача, конечно.

Грубо говоря, можно сказать, что есть вихревая турбулентность в гидродинамике и волновая турбулентность там, где есть волны. На поверхности жидкости есть волны. Поэтому есть два типа турбулентности. Если вы рассматриваете масштабы очень большие, существенно больше длины волны, то там у вас эта система описывается волнами, это волновая турбулентность. А это явление "опрокидывания волн" и в нем развивается сильная вихревая турбулентность.

Потом стало ясно, что турбулентность можно представить себе где угодно. В жидком гелии, например, есть два типа звука – первый и второй, они тоже могут создавать волновую турбулентность. Можно волновую турбулентность возбуждать в твердых телах, в сверхпроводниках. Много разных типов турбулентности сейчас существует.

Что характерно для них для всех? Это некое движение сплошной среды, которое – поскольку оно хаотическое – нужно описывать статистически, проследить за индивидуальным процессом абсолютно невозможно. Поэтому возникает идея, что это нечто похожее на статистическую физику, например, на газовую кинетику. Например, газ в этой студии – ведь это что такое? Движение молекул воздуха, и оно тоже совершенно хаотическое. Но, тем не менее, есть средние характеристики – плотность, температура. И мы знаем, как зависит температура от плотности. Это задача статистической физики. Есть еще общее: и турбулентность, и статистическая физика, она же термодинамика, грубо говоря, это сходные главы в физике, потому что они должны описывать статистически сложные хаотические процессы, которые должны описываться статистически.

И тем не менее, статистическая физика в большой степени продвинута, множество задач там решено, тогда как в турбулентности ситуация очень трудная. Скажем так, сильная вихревая турбулентность до сих пор осталась проблемой. И те вопросы, которые задавал себе Карно, на самом деле не имеют еще ответа, увы. А слабая турбулентность или волновая, она сейчас очень хорошо продвинута. Собственно, это и есть предмет моих исследований. Мы к этому еще вернемся.

Тем не менее, между статистической физикой и турбулентностью есть одно совершенно колоссальное отличие. Причем не важно, какая это турбулентность, волновая или вихревая, это отличие все равно существует. В статистической физике центральную роль играет понятие статистического, термодинамического равновесия. Здесь, например, даже если вы рассмотрите объем газа, размером, предположим, в 1000 кубических микронов, то уже в этом объеме есть равновесие, там 1 микрон уже не будет.

А в турбулентности есть стационарные состояния, но равновесия нет, турбулентность чрезвычайно далека от равновесия. Потому что в турбулентности постоянно происходит диссипация энергии. Я так это объясню – я придумал такой забавный социологический вариант объяснения турбулентности. Представьте себе город, в котором есть люди и деньги. У каждого человека есть какое-то количество денег. И люди как-то обмениваются этими деньгами. Если город обнесен стеной и стена совершенно непроницаемая, то через какое-то время установится равновесие. То есть люди обладают разными способностями обращаться с деньгами, у кого-то будет больше денег, у кого-то будет меньше денег, и возникнет некое стационарное распределение. Это и есть термодинамическое равновесие.

И все время будут появляться какие-то очень богатые люди, те, у кого много денег – и ничего страшного, появляются, и появляются. А теперь представьте себе, что эта стена проницаемая. И что на самом деле есть возможность уйти из этого города, но нужно при этом заплатить очень высокую цену – тогда возникнет поток через эту самую стену. Причем если планка стоит очень высоко, уходить будут только самые богатые, да? Значит, эта функция распределения будет меняться. В турбулентности это и происходит. В самых малых масштабах там происходит превращение энергии в тепло. Почему они должны уходить? Это есть следствие второго начала термодинамики. Нужно прийти в равновесие не только в этом городе, а во всем мире, и поэтому эти деньги востребованы остальной частью, "термостатом", как говорят. Кстати, тот пример, который я сейчас привожу, в статистической физике называется "микроканонический ансамбль", когда все совершенно замкнуто.

Теперь представим себе, что есть поток. Но тогда, чтобы было стационарное состояние, нужно эти деньги непрерывно туда как-то производить, то есть вкачивать. И представим себе, что в этом городе рождаются люди, и каждому выдается некоторое количество денег при рождении – но существенно меньшее, чем то, которое нужно для того чтобы этот город покинуть. Предположим, 1 доллар. А чтобы покинуть, нужно 100 долларов. Значит, дальше будет происходить какой-то обмен. И постепенно установится стационарный спектр, то есть распределение капиталов по людям.

При этом возможны два существенно разных варианта. Заметим, что это абсолютно одинаково, это настолько общая вещь, что она верна и для волновой турбулентности, и для вихревой. Это их объединяет – то, что есть такие потоки, то есть возникает поток денег из города. Это называется "прямой каскад". А дальше, чтобы описать этот каскад, мы должны как-то договориться о правилах игры. Предположим, никаких правил нет. И тогда можно, скажем, убивать людей и отбирать у них деньги. Естественно, тогда в результате не будет появляться бедных людей. Потому что каждый человек, который имеет какие-то деньги, он втягивается в эту игру, он может быть либо убит, либо пойти дальше, стать более богатым. Еще дальше – он может либо быть убитым, либо стать более богатым. Это есть стационарный спектр. Эта картина была придумана Колмогоровым, и спектр гидродинамической турбулентности известен как "колмогоровский спектр". Этот колмогоровский спектр во время войны, в 42-м году, был сформулирован Колмогоровым, а потом Обуховым. Предположим, что мы этих людей нумеруем индексом К, который есть волновое число. Если люди – это вихри, у каждого вихря есть длина лямбда, два пи деленное на лямбда – это К, волновое число. Тогда энергетический спектр, то есть количество капиталов, получается равным К в степени минус пять третьих. Это знаменитый колмогоровский закон.

Поразительно, что это до сих пор гипотеза, это не доказанная вещь. Хотя Колмогоров это изобрел, анализируя экспериментальные данные, главным образом, по турбулентности в атмосфере. И он нашел этот закон экспериментально, потом придумал ему некоторое теоретическое обоснование, но оно не строгое с точки зрения математики. Поэтому этот колмогоровский спектр, – совершенно знаменитая вещь – не есть точное решение каких бы то ни было уравнений. Это только гипотеза, и, кстати говоря, все время подвергаемая сомнению, все время говорят, что, может быть, там не пять третьих, а, предположим, нужно еще добавить ноль ноль четыре.

Но эксперименты становятся все точнее и точнее. Некоторое отклонение от колмогоровской теории уж точно обнаружены, но более тонкие.А.Г. А в чем сложность постановки эксперимента?В.З. Прежде всего в том, что нужно иметь большое число Рейнольдса, то есть нужно иметь систему достаточно больших размеров. Потому что рождение этих вихрей происходит в масштабе, который задается размерами системы, а размер диссипации, то есть тот размер, при котором они превращаются в тепло или, скажем, уходят из города, выражаясь языком нашего примера, очень маленький. Для того чтобы померить этот колмогоровский спектр, нужно иметь как можно большую разницу в этих масштабах. Если она, скажем, в 100 раз отличается, то это уже хорошо, где-то в атмосфере такие процессы наблюдаются.

Но вообще я должен сказать, что эти эксперименты можно осуществлять реально только в природных условиях, то есть в атмосфере или в проливах, там еще лучше возможности. Но все геофизические эксперименты всегда очень сложны, потому что они неконтролируемы экспериментатором. Если у экспериментатора есть экспериментальная установка, то у него там множество всяких есть проволочек и ручек и он там все регулирует. А когда эксперимент ставит сама природа, то мы должны только, как говорится, ловить момент, когда условия соответствуют тому, чего мы хотим. Потому эксперименты всегда трудны.

А численный эксперимент, даже на современных компьютерах, совершенно не позволяет приблизиться к каким-то реальным вещам. То есть, например, описать процесс того, как я сейчас взмахнул очками в воздухе, промоделировать это на компьютере невозможно. Не хватит никаких мощностей.А.Г. То есть только идеальный профиль в идеальной среде.В.З. Ну, в идеальной среде, но, тем не менее, все равно там остаются турбулентные следы, которые компьютером не моделируются.

Мы понимаем теперь, что такое прямой каскад – это уход энергии за пределы системы в системе, где нет никаких правил игры. Иными словами, нет никаких дополнительных законов сохранения.

А теперь представьте себе такую вещь. Представьте себе, что есть правила игры и запрещено убивать. Запрещено убивать, но можно обыгрывать в карты. И, скажем, собираются четверо и играют в карты. Один выиграл, остальные проиграли. Тогда по-прежнему будет накопление, появление богатых, которые будут потом исчезать, но одновременно будет накопление и нищих. Обыгранных, которых нельзя убивать. И поэтому возникнет накопление нищих, бедных, то есть волн с малой энергией. А волны с малой энергией имеют малое волновое число, то есть большую длину – будут возникать большие масштабы. И если в классической картине турбулентности есть только прямой каскад, когда из больших масштабов появляются мелкие, то в турбулентности, в которой есть дополнительный закон сохранения (в данном случае запрещающий убийство), там будут появляться также большие масштабы. В основном, надо сказать, основная масса людей будет превращаться в нищих. Это и есть обратный каскад, который открыли мы с Филоненко. А.Г. То есть получается, что длинная волна отдает свою энергию?В.З. В гидродинамической турбулентности большой масштаб отдает свою энергию мелким масштабам. Большой вихрь превращается в мелкие вихри и так далее, и так далее. Если же есть дополнительный закон сохранения, какой бы он ни был, тогда происходит обратный процесс – из коротких масштабов появляются длинные. В частности, образование длинных волн во время шторма – это как раз совершенно классический пример обратного каскада. Там есть некий дополнительный закон сохранения, хотя он почти невидим, он довольно глубоко скрыт. Это закон сохранения волнового действия. Этот обратный каскад и приводит к тому, что появляются длинные волны. Когда начинается шторм, то в начале есть только короткие волны.

Наверное, вы все это наблюдали: вы стоите на берегу, начинается ветер. Сначала появляются только короткие волны, потом они становятся длиннее, длиннее, длиннее, длиннее. Это и есть накопление волн с малой энергией, потому что при данном числе волн, энергия будет пропорциональна частоте, а у длинных волн и частота меньше – в этом дело. Поэтому этот обратный каскад есть явление интересное, и оно осуществляется в двумерной турбулентности.

То, что мы сейчас видим – это классическая волновая турбулентность. Здесь есть прямой каскад и обратный. Прямой каскад – это появление ряби. Если вы посмотрите на картины всех художников-маринистов, которые рисуют волны, вы увидите, что на этих волнах прорисована обязательно мелкая рябь. Это появление ряби и есть прямой каскад. Эта рябь, так сказать, ведет энергию в область больших волновых чисел к диссипации. Она является слугой второго начала термодинамики. Потому что второе начало термодинамики стремится эту энергию диссипировать, уничтожить, распределить между молекулами, превратить в тепло. Но есть законы, запрещающие это. Это преобразования ряби можно сделать только в мелких масштабах. Но поскольку здесь есть дополнительный закон сохранения, несущая длина волны автоматически удлиняется, и возникают все более и более длинные волны.

Каскад – это совершенно универсальное явление, в любом типе турбулентности всегда есть каскад. А.Г. И в вихревом, и в волновом?В.З. И в вихревом, и в волновом. В случае вихревой турбулентности есть вопрос, который до сих пор не имеет ответа – где этот каскад, как эта диссипация энергии распределена в пространстве? То есть, является ли она более или менее равномерной во всем объеме, либо наоборот – возникают какие-то маленькие зоны, где энергия главным образом и диссипирует. Колмогоров утверждал (хотя вряд ли он ясно себе это представлял, но неявным образом в его теории заключена такая идея), что это происходит равномерно. Тогда этот вопрос не задавали еще, но если бы его спросили, он бы, наверное, так и ответил, что "да, происходит равномерное распределение". Если, скажем, нарисовать диссипирующую энергию в виде светящейся материи, то это будет равномерное покрытие, распределение. А альтернативная точка зрения, что наоборот будут происходить отдельные вспышки, в которых диссипирует энергия.

Но как на самом деле – никто не знает. И этот вопрос настолько важен, что сейчас установлена премия в миллион долларов тому, кто его решит. Он переформулирован на математическом языке как вопрос о существовании особенностей в уравнении Навье-Стокса. Потому что если есть такая особенность, то это как раз и есть место, где происходит диссипация энергии. Множество народу стремится его решить. Этот вопрос является одной из десяти проблем, за которую в математике назначена такая награда. Уже года 3 как произошло, но пока она никому не вручена.

Так что волновая турбулентность значительно проще, вихревая турбулентность – гораздо более трудная проблема. И в ней действительно на эти вопросы нет пока ответа. Это связано с проблемой коллапса в гидродинамике, то есть с вопросом о возникновении особенностей: могут ли возникать такие точки, в которых завихренность обращается в бесконечность. Это вопрос открытый и чрезвычайно важный. Есть много соображений, но пока окончательно вопрос не решен. Кроме того, стоит проблема чрезвычайно трудного численного счета. А.Г. То есть там возникает сингулярность...В.З. Да, возникает сингулярность или нет – это вопрос, на который в области изучения вихревой турбулентности нет ответа. А в волновой турбулентности, к счастью, все значительно проще. Там можно построить замкнутую математическую теорию. И спектры, определяющие каскады энергии, найти аналитически точно, показать, что они суть точные решения неопределенных уравнений, исследовать потом их устойчивость, сравнить с экспериментом. Это все сделано и это, конечно, очень существенное достижение. Там тоже бывают сингулярности. Скажем, в этих волнах, которые мы видим, возникает волна очень большой амплитуды. Я думаю, это какая-нибудь волна из тех, что называется "freakwaves", "странные волны", которые иногда возникают. Это тоже совершенно открытый вопрос. О нем я чуть позже скажу.

Если вы посмотрите на море, скажем, при достаточно малой скорости ветра, грубо говоря, 6 метров в секунду (если скорость меньше 6-ти метров в секунду, то море гладкое, и на нем никаких барашков нет). А когда скорость ветра увеличивается, на море начинают появляться отдельные белые зоны, это зоны, в которых уже происходит переход от слабой турбулентности к сильной, то есть возникают эти опрокидывания волн, и в нем, конечно, локально очень большая диссипация. То есть на поверхности жидкости диссипация несомненно распределена неравномерно, распределена в отдельных случайных точках. Когда потом скорость увеличивается, они постепенно заполняют все море, но все равно это распределение весьма и весьма неоднородное и случайное.

Здесь это, по крайней мере, видно и можно построить теорию всего этого дела. А для вихревой турбулентности этот вопрос остается открытым. А.Г. Вы хотели рассказать о девятом вале.В.З. Девятый вал – это действительно совершенно разумный вопрос. Потому что если вы посмотрите запись волн в таком достаточно стандартном волнении, то увидите, что волны не равны друг другу, они разные – есть распределение. Период этого распределения более или менее известен, он связан с тем, что строго периодическая волна неустойчива, она из себя рождает модуляцию. Это и есть так называемая модуляционная неустойчивость.

А вот сейчас вы видите развитие опрокидывания волны большой амплитуды. Здесь виден характерный клювик, а на нем очень сильная двухфазная турбулентность. Там воздух с водой перемешан – это и приводит к тому, что возникают волны большой амплитуды. В этом смысле девятый вал – это наблюдение над реальностью, взятое из природы. Но там есть еще более интересный вопрос, вязанный с тем, что иногда возникают волны просто очень большой амплитуды.А.Г. Те самые freakwaves. В.З. Те самые freakwaves. Эти волны бывают очень большой амплитуды, они могут превышать по высоте, скажем, среднюю амплитуду в 4-5 раз.А.Г. Откуда они взялись?В.З. Этот вопрос до сих пор остается открытым. Потому что на самом деле слабая турбулентность, волновая турбулентность имеет ограниченную область применимости. Скажем так, она описывает явление в среднем. Но, кроме того, бывают такие редкие явления, которые уже не поддаются этому описанию.

Есть функция распределения вероятности высоты волны. Для большинства волн она гауссова. Близка к гауссовому, к нормальному распределению. И эта часть описывается слабой турбулентностью прекрасно. Но есть своего рода "хвосты" у функции распределения, это весьма редкое явление, и они сильно негауссовы. Именно в этих хвостах и сидят эти самые freakwaves. Как возникают эти хвосты – чрезвычайно интересная задача. Я собираюсь ей заниматься в ближайшее время. Потому что здесь методы слабой турбулентности уже явно недостаточны. Мы встречаемся здесь с трудностями, сходными с теми, которые имеются в теории вихревой турбулентности. При этом надо сказать, что это, конечно, связано с океанскими течениями. Потому что существуют такие зоны в океане, куда вообще корабли стараются не заходить. Например, в Африке, к западу от Кейптауна есть такая зона, где все время возникают freakwaves. Это связано с тем, что там есть градиенты течения, это не чисто волновая система, они еще взаимодействуют с океанскими течениями. И там очень часты катастрофы. Эта freakwaves может деформировать, скажем, палубу у авианосца. Это очень серьезная штука. Если эта волна в 20 метров...А.Г. Когда я задавал вам вопрос в самом начале, в чем же состоит тайна турбулентности, я ожидал не только математического или физического обоснования загадочности этого явления. Есть нечто, вероятно, что выносит эту проблему за рамки математики и физики. Вы сами для того, чтобы ее проиллюстрировать, выбрали аналогию города, людей, отношений и денег. У меня готов вопрос о социальной турбулентности, потому что уж очень явления переселения народов, образования государств, изменения условий жизни похожи на хаотические вихревые, скажем, классические турбулентности. Вы не находите?В.З. Вы знаете, эти явления действительно близки к области описываемой теорией турбулентности, но все-таки они отдельны от нее. Это так называемые системы с сильной диссипацией. Да, в общем, некоторые модели турбулентности могут быть прямо применимы к описанию социальных явлений, хотя, может быть, специалисты по социальным явлениям будут возражать, считая эти модели слишком простыми. Но аналогия действительно есть, и я сам на это с большим интересом обратил внимание.

Какое-то количество лет назад я со своими учениками занимался турбулентностью в плазме. И мы обнаружили, что можно построить модели даже более простые, чем классические модели волновой турбулентности – модели конкуренции мод. Скажем, в лазере, у вас есть первоначально некоторая спектральная линия. Если излучает один атом, то он излучает достаточно широкий спектр излучения, у него форма линии. Но если много атомов поместить вместе и осуществить накачку, то есть сделать систему сильно неравновесной, так что она начнет генерировать лазерный свет, то в результате возникнет очень узкая спектральная линия, значительно более узкая, чем линия...А.Г. Одного отдельного атома.В.З. Да. А почему? Потому что все спектральные моды конкурируют друг с другом, и в результате одна из них побеждает все остальные. И когда вы напишете эту модель, то с удивлением обнаружите, что можете дать ей немедленно социологическое обоснование, как некоторой модели конкуренции, скажем, игры на бирже. И потом можно изучить ее стационарное решение и сделать некоторые предположения, которые уже не нравятся, скажем, социологам. Хотя я докладывал эту работу у социологов, у экономистов, точнее. Она вызвала у них довольно большой интерес, сейчас есть ее последователи в Германии. Получается, что это модель либеральной экономики, хотя, конечно, и чрезвычайно упрощенная модель либеральной экономики. В этой модели либеральной экономики, когда вы изучаете ее равновесие, то выясняется, что в результате такой конкуренции капиталы концентрируются в нескольких руках. Это довольно грубый математический факт. Он, конечно, основан на сильных предположениях об аналитичности функций, которыми это описывается, а это вызывает сомнение, но, тем не менее, это довольно-таки фундаментальный математический факт.

Что касается модели переселения, то здесь, действительно, есть определенные связи с такими моделями турбулентности. Понимаете, причиной переселения народов был разный уровень рождаемости у разных племен. Допустим, какое-то племя каким-то образом повышает свой жизненный уровень так, что позволяет выжить большему количеству детей, чем у соседей. Обычно у примитивных народов рождается очень много детей. Большая часть умирает, но если, предположим, выживают четверо-пятеро, то рост происходит по экспоненте. Экспонента – это очень мощный фактор. И тогда через 100 лет племя увеличивается, скажем, в 16 раз – грубо говоря. Им, естественно, не хватает пространства, они начинают двигаться. И движение происходит во все стороны.

Такие же явления возникают и во всех других физических системах, где появляется такой процесс неустойчивости. А дальше происходит диффузия. Это ближе всего к области физики, граничащей с химией, это теория реакций, автоколебательных реакций. Например, волны на сердце так распространяются. В определенных химических системах есть такая реакция Белоусова-Жаботинского. На блюдечке вы создаете определенного рода смесь, и в ней возникают движущиеся волны. Это очень похоже на то явление, о котором мы говорим, когда возникают какие-то зоны, где одного вещества становится много, и оно движется агрессивным образом. Есть такие модели. Но, тем не менее, так вот просто все это описать данной моделью невозможно. Здесь нужно проявлять большую осторожность, разумеется. Но есть определенное сходство, да, что делать? Ведь это так называемая непостижимая эффективность математики, о которой говорил Виннер. Совершенно удивительно, как простые математические модели оказываются универсальными, насколько много явлений можно описать одной и той же моделью.

Поэтому, когда я посмотрел модель конкуренции мод при таком ее применении, мне пришло в голову, что ею можно описывать распределение денег при игре на бирже. Сначала мы к этому не отнеслись серьезно, но потом, когда посмотрели на результаты, то вывод оказался, я бы сказал, очень забавным.

А.Г. Вы сами не хотите воспользоваться своими предсказаниями?В.З. Что значит – воспользоваться? Это не означает, что я умею это делать. Это совсем другое дело. А.Г. Я почему начал говорить о переселении народов. Ведь когда говорят – "волна переселения", то это очень близко к той картине, которую вы нарисовали при увеличивающемся ветре на поверхности океана. Необъяснимо, ни с того ни с сего возникают те самые точки диссипации, тот самый срыв волны, который вызывает накачку сначала региона, а потом и глобальную накачку – в тех пределах, конечно, которые к тому моменту известны. В.З. Нет, эта модель непосредственно все-таки сюда не подходит. Но есть другие модели, родственные им, которые подходят ближе. Но это уже детали, так сказать, "кухня"...

gordon: Парадигма современной генетики

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Леонид Иванович Корочкин– член-корреспондент РАН

Леонид Корочкин: ...чтобы поговорить немножко о современной генетике. Об этой науке достаточно много говорят, и пишут тоже, наверное, достаточно много. Но, к сожалению, авторы передач и заметок допускают досадные неточности в освещении той ситуации, которая сложилась в генетике. И мне бы хотелось внести ясность в эту проблему, особенно в связи с тем, что все-таки генетика как-никак является – и с моей точки зрения, и с точки зрения многих других ученых – ключевым, основным разделом биологии.

Часто пытаются противопоставить современную генетику и классическую генетику, и утверждают, что современная генетика накопила такой огромный фактический материал, который, в общем, ниспровергает основные положения классической генетики, ниспровергает систему взглядов, или, как сейчас модно говорить, парадигму современной генетики, и что требуется срочная замена этой парадигмы на новую, соответствующую современной генетике. На самом деле это не так, достижения современной генетики действительно огромны, но ни одно достижение не противоречит тем взглядам, которые были высказаны генетиками-классиками. С генетикой не случилось ничего похожего на тот переворот, который совершил, скажем, Коперник, заменив своей системой Птолемея, или допустим, Эйнштейн, развив систему Ньютона и Галилея.

Я постараюсь на целом ряде примеров проиллюстрировать то, что, действительно, новая, современная генетика, развивает, детализирует те представления, те основы, которые были заложены классической генетикой и ее основоположниками, тем, что когда-то называли вейсманизм-менделизм-морганизм. Но устои классической генетики не сокрушило даже наиболее, пожалуй, выдающееся открытие в этой области, сделанное во второй половине прошлого века, открытие того, что носителем наследственности являются не белки, а ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота, это открытие не разрушило основные постулаты классической генетики.

Действительно, основное положение классической генетики то, что носителем наследственности является не клетка в целом, а какой-то клеточный компонент, какая-то структура, а именно – структура, локализованная в ядре, а именно, хромосомы, и эти хромосомы подразделены на участки – гены – каждый из которых отвечает за развитие определенного признака. Но и тезис о том, что ДНК, а не белок есть носитель наследственности, никак не поколебало этого классического положения, выдвинутого еще основоположниками генетики.

Далее. Следующее по важности открытие, это открытие сложности строения гена. Оказалось, что ген представляет собой не сплошную последовательность ДНК, а такие как бы чередующиеся участки, одни из которых что-то кодируют, а другие ничего не кодируют, являясь бессмысленной последовательностью, или несут какой-то смысл, не имеющий отношения к синтезу соответствующего продукта.

Так вот, когда происходит синтез продукта ДНК, рибонуклеиновой кислоты (которая, собственно, и штампует белки по программе, которая задана ДНК), то считывается она со всей последовательности ДНК, которая составляет ген. Потом бессмысленные участки выпадают, а остающиеся могут сочетаться в разной последовательности. То есть в пределах одного гена могут быть (хотя и не всегда) закодированы два-три разных белка, но это тоже никак не противоречит основной мысли генетики, что существует материальный носитель наследственности и что за какие-то признаки отвечают определенные гены. Так что здесь все в порядке, и никаких таких противоречий с классической генетикой, с ее постулатами нет.

Но тут возникает очень важный вопрос: как же так получается? Гены, наследственная информация во всех клетках нашего организма одна и та же, но ведь наш организм построен из разных органов, из разных тканей, из клеток разных типов, каждая из которых имеет свою специфическую функцию, отличающуюся от других клеток, от других тканей и так далее. В чем же здесь дело?

Ответ на этот вопрос тоже был дан еще классической генетикой, в частности, одним из ее основоположников и отцов Томасом Хантом Морганом. Дело в том, что в разных клетках набор-то генов один, но между ними имеется функциональное различие, в разных клетках функционируют разные гены. И эти функциональные различия в генетическом аппарате от клетки данной ткани при ее делении передаются дочерним клеткам, это явление называют "эпигенетическая наследственность". И эта эпигенетическая наследственность свойственна не только высшим организмам, многоклеточным, но и бактериям, простейшим, бактерии и простейшие обладают такой эпигенетической наследственностью. То есть, скажем, какая-то бактерия попала в определенные условия так, что в функционирование включились новые гены, и это состояние функционирования передастся потомкам этой бактерии. Но на основании этих данных стали говорить, что, дескать, тезис о том, что приобретенные признаки не наследуется – устарел, что нужно его заменить другим положением – приобретенные признаки наследуются.Александр Гордон: Поэтому у нас жирафы здесь показаны как самый яркий пример такого понимания.Л.К. Да, типичный пример. Он вытягивает шею, упражняется, и вот, пожалуйста, у него шея растет и у потомков тоже растет.

Здесь можно отметить путаницу понятий, которой страдают даже и биологи порой, к сожалению. Понятие о наследовании приобретенных признаков исторически так сложилось, что о нем можно говорить только тогда, когда есть разделение организма на соматические клетки и на зародышевый путь, так называемый, половые клетки. О наследовании приобретенных признаков можно говорить только в том случае, если приобретенные в процессе жизни сомой признаки, – вот как длинная шея у жирафа – передаются в половые клетки и потом воспроизводятся у потомков. Допустим, я научился играть в шахматы, значит, мой потомок еще быстрее научится, у него потомок еще быстрее научится, и потом родится особь, которая с самого рождения прекрасно играет в шахматы.А.Г. Такого не бывает, да?Л.К. В жизни, конечно, такого никогда не бывает. Недаром смеются над опытами Вейсмана, когда он рубил хвосты мышкам, и в потомстве все равно длина хвоста не менялась. И в то же время ссылается на работу одного горе-ученика и сотрудника Ивана Петровича Павлова, который вроде бы показал, что приобретенные условные рефлексы передаются по наследству, но это оказалось ошибкой – потом этого беднягу Павлов выгнал с работы. Но, несмотря на то, что это было четко опровергнуто, все равно продолжают на него ссылаться.

У меня есть другой пример. Допустим, я занялся с бодибилдингом, накачал себе вот такие мышцы, а потом бросил заниматься. Что с мышцами будет? Они вернутся к начальному состоянию, а то еще и хуже, совсем дряблыми станут. То есть наследственный аппарат, гены этих самих мышц, не помнят, что им нужно сохранять такое состояние. А уж чтобы половыми клетками это как-то передалось, это уже совершенно немыслимая ситуация. Пожалуй, наиболее остроумное возражение относительно концепции наследования приобретенных признаков выдвинул наш выдающийся ученый Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский. Он говорил: "Ну, как же так, если приобретенные признаки наследуются, откуда же девственницы берутся?" Действительно, откуда же им тогда взяться. Тезис о том, что приобретенные признаки не наследуются, это один из основных тезисов классической генетики, он незыблем, никакие новейшие достижения его не подорвали.

Правда, часто ссылаются на открытие так называемых подвижных генетических элементов (которые на самом деле к наследованию приобретенных признаков никакого отношения не имеют), что они как раз помогают объяснить случаи, когда приобретенные признаки могут наследоваться.

Что такое подвижный генетический элемент? Это, вообще говоря, открытие современной генетики, но работы в этом направлении были начаты еще генетиками-классиками. Нобелевскую премию за открытие этих подвижных генетических элементов получила как раз МакКлинток, которая еще в 20-30-е годы об этом писала. И на дрозофилах американский генетик Демерек такие же данные получил. С открытием новых методов, с разработкой генно-инженерной техники, с развитием молекулярной генетики все эти явления объяснимы уже на молекулярном уровне.

Подвижный генетический элемент – это такие фрагменты ДНК, такие участки генома, которые могут перемещаться по хромосомам, менять свое положение, и, внедряясь в какой-нибудь ген, менять его проявление, вызывать изменение этого гена. Там еще есть набор таких повторяющихся элементов, скажем, идут тринуклеатиды, и сотню, тысячу раз они повторяются. И посчитали, что, дескать, это показатель нестабильности генома, мол, раньше считали, что геном стабилен, а он не стабилен.

Но ведь то, что геном изменяется, и раньше было известно, мутации были уже открыты. Что такое мутации? Мутация – это изменение, естественно, генома. Поэтому открытие подвижных генетических элементов тоже не подрывает общей концепции, которая говорит о том, что все-таки существуют специфические носители наследственности что эти носители наследственности сосредоточены главным образом в ядерном аппарате, главным образом в хромосоме – потому что подвижные генетические элементы тоже по хромосомам перемещаются.А.Г. Простите, у меня вопрос. Кое-чего я никогда не понимал, может быть, сейчас наступит ясность. Когда должен смутировать геном, чтобы эта мутация была передана по наследству?Л.К. Если мутация происходит в половой клетке, то она передается...А.Г. В половой клетке?Л.К. Ну как может передаться мутация в соматической клетке?..А.Г. То есть, любая мутация в половой клетке, произошедшая во время жизни индивида, передается по наследству?Л.К. Да, передается по наследству.

Но надо сказать, что здесь есть другой очень интересный момент, тоже хорошо известный в классической генетике. Но сейчас он вызывает особый интерес и получает экспериментальные обоснования, приводит к очень важным выводам в объяснении как процессов индивидуального, так и эволюционного развития. Мутировать могут разные гены, и эффект от этих мутаций может быть разный. Может измениться только небольшой признак, может произойти такое изменение, что его удается выявить только в сложной системе скрещивания. А может произойти изменение такого гена, которое отражается на развитии органа или даже целостного организма. Такие гены были и раньше известны, считалось, что есть главные гены и вспомогательные. Но сейчас, с разработкой их с молекулярной позиции, эти главные гены получили название "гены-господа", а другие гены, которыми они управляют, "гены-рабы".

Ген-господин отвечает порой за развитие целого органа, например, глаза. Этот ген-господин дает соответствующий сигнал целой группе вспомогательных генов, которые ждут этого распоряжения, и эти гены начинают работать, начинают синтезировать определенные белки, клетки дифференцируются в определенном направлении, между клетками возникает определенное взаимоотношение, которое определяется и контролируется этими генами, и возникает орган, например, глаз. У дрозофилы есть мутация безглазости, если эта мутация произошла, глаз не развивается, безглазая дрозофила получается. И такой же тип мутации наблюдается у млекопитающих, называется "малые глаза", это тоже недоразвитые глаза.

Современная генетика характеризуется тем, что в нее широко внедрены методы молекулярной биологии, молекулярной генетики, генной инженерии. Использование этих методов позволяет заставить работать гены-господа в тех местах, где они обычно молчат. И если заставить, например, ген-господин, от которого зависит развитие глаза, у дрозофилы работать в необычном месте, например, в лапке, в крыле, на брюхе, то получается дрозофилиный глаз на брюхе, на крыле, на лапках. Такие опыты и на лягушке делали, получили точно такие же результаты.

Самое интересное то, что нужно вместо дрозофилиного гена-господина вставить с помощью современных молекулярных методов ген-господин, взятый, допустим, от мыши, или от человека, ген, который у них заведует образованием глаза, и под влиянием функционирования этого гена, скажем, в лапке или в крыле у дрозофилы развивается глаз.А.Г. Глаз дрозофилы?Л.К. Естественно, не человеческий, что было бы конечно совсем интересно...

Правда, пока никто толком не изучал, идут ли какие-то связи в центр, воспринимает ли этот глаз какую-то информацию. Потому что если он нервными связями с центром не связан, естественно, этим глазом она видеть не может. Но такого рода явления имеют колоссальное эволюционное значение, и работы современной генетики проливают свет на механизм эволюции. Есть много различных гипотез об эволюционном процессе. Несомненно, что эволюция была, потому что ведь есть такие биологи, которые вообще отрицают существование эволюции, есть такие, которые говорят, что с человека все начиналось. На самом деле, конечно, эволюция была, началась она с низших форм, и такого рода мутации, по-видимому, играют ключевую роль в возникновении новых видов.

Эволюционная генетика до сих пор оставалась в рамках полуфилософских гипотез и теорий, а теперь возникла возможность экспериментально изучать эволюционные процессы, в частности, на некоторых группах дрозофил близких, родственных видов. Можно, используя генно-инженерные методы, исследовать, как эта эволюция происходила. Потому что, по-видимому, важнейшую роль в эволюционных событиях сыграли эти подвижные генетические элементы, которые были, вообще говоря, открыты классическими генетиками, но представление о которых было детализировано и конкретизировано современной генетикой.А.Г. То есть, все-таки современная генетика подвергает сомнению традиционные представления об эволюции?Л.К. Понимаете, здесь сколько эволюционистов, столько и представлений. Современная же генетика вносит струю экспериментальной воспроизводимости. В науке главное, чтобы можно было воспроизвести какие-то результаты. Собственно, наука и связана с воспроизводимостью, с экспериментами, которые могут быть воспроизведены. Если какое-то явление нельзя воспроизвести в эксперименте, то о науке уже трудно говорить, это уже то, что лежит за пределами науки. В частности, о происхождении жизни есть масса гипотез, но их в принципе не проверишь, не воспроизведешь, поэтому эта сфера находится уже за рамками науки, лежит в области, скажем, философии биологии.А.Г. А как можно верифицировать ту гипотезу, что эволюция идет путем набора малых мутаций?Л.К. Она, по-видимому, идет не так, не набором малых мутаций. В особенности, в нашей отечественной эволюционной генетике, да и в западной тоже, сейчас есть тенденция объяснять эволюционные процессы так называемыми макромутациями. Такими мутациями, которые вызывают значительные, резкие сдвиги в процессе индивидуального развития, по типу генов-господ. Эти процессы могут взрывообразным способом, сразу привести к образованию нового вида. Причем, мутации этих генов-господ иногда носят курьезный характер. Например, был журнал (он, наверное, и сейчас есть) "Хирургический архив", в 60-е годы я где-то взял его номер, и там была небольшая заметка с иллюстрациями.

К хирургу обратился пациент, у него на голове вырос половой член – пришлось удалять. Гистологический анализ показал все признаки, все части полового члена. Вот пример мутации, когда сработал ген-господин... Ну, у него и в нужном месте тоже было то, что надо. И вот...А.Г. Тут масса вопросов возникает: зачем удалил, например...

Значит ли это, что гибрид, полученный при скрещивании этого индивидуума с женщиной...Л.К. К сожалению, гибриды не получали, это было бы, конечно, очень интересно...А.Г. Но теоретически возможно, с какой-то долей вероятности, что его потомки будут обладать теми же достоинствами?Л.К. Да, с какой-то долей вероятности могло бы быть такое. И подобные процессы...А.Г. Простите, я вопрос на понимание задам. Представим, что в этом курьезном случае мужчина отказывается удалять лишнее достоинство, а вместо этого находит женщину, которой это безумно нравится, у них рождается восемь детей, среди который три обладают теми же самыми достоинствами, и они находят женщин, которым это тоже нравится, а остальные не находят женщин, потому что уже появилась мода не на один, а на два половых органа...Л.К. Тогда пойдут к хирургу наверное...А.Г. Выходит, что мы буквально за несколько поколений получаем новый вид?Л.К. Да. Примерно так.А.Г. Вот такая схема.Л.К. Примерно. Конечно, этиология таких изменений другая, но они возможны. Кстати, Морган предполагал, что и человек возник примерно так: от какой-то обезьяны родилось существо более похожее на человека, чем на обезьяну, потом признаки эти могли как-то усилиться. Возражения всегда были такими: а скрестится оно, допустим, с непохожим существом и смажутся все признаки. Но, оказываются, подвижные генетические элементы помогают выбрасывать целые пакеты таких измененных организмов, которые как бы сразу образуют небольшую группу родоначальников нового вида...А.Г. То есть, это не индивидуальная, а видовая мутация?Л.К. Да, это пакет. И такого рода события могут привести к эволюционным преобразованиям, преобразованиям генетического аппарата, и затем к появлению новых видов. Такие экспериментальные работы у нас в России ведутся, в частности, Михаил Евгеньев, мой друг, в Институте молекулярной биологии этим занимается, я немножко с ним в этих экспериментах сотрудничаю.

Приятно осознавать, что этот тезис, который тоже изменил лицо современной генетики, тем не менее, был высказан еще генетиками-классиками, в частности, МакКлинток, Демереком. Сначала он был встречено в штыки, считалось, что этот тезис как-то не очень вяжется с основными положениями генетики, но на самом деле я никаких противоречий с взглядами, свойственными классической генетики, не вижу. И, скажем, старые учебники по генетике по-прежнему можно использовать, там многого нет, но основные знания по генетике можно получить из этих учебников. Это тоже один из показателей – скажем если взять учебники физики начала века, то уже сложно будет составить представление о современной физике. А представление о современной генетике, в общем, какое-то можно составить, прочитав даже учебники 30-х годов.

Я в свое время, когда генетика еще была под запретом, учился в Томске, в медицинском институте. Там у некоторых преподавателей хранились старые книги. У моего учителя по гистологии, профессора Хлопкова, стоял шкаф с книгами: первый ряд – "Против реакционного менделизма-морганизма", труды Лепешинской и так далее. А потом как-то мы с ним про Вейсмана заговорили, он говорит: "А ты Вейсмана-то читал?". Я говорю: "Да вы что, это же реакционер!" Он подошел, первый ряд книг вынул, а там дальше – Морган "Наследственность", Вейсман... Я по старым этим книжкам и получил знания о том, что творится в генетике, и в дальнейшем это мне очень помогло усвоить то, что творится в современной уже генетике. Так что прочный запас знаний из этих старых учебников можно получить, во всяком случае, классические законы генетики там хорошо изложены, и их никто не отменял. Вся генетика зиждется на этих законах, а молекулярная генетика помогает как-то детализировать, изыскивать те тонкие пути, по которым реализуются эти законы. Это не отмена, это дальнейшее развитие классической генетики.

Интерес к генетике подогревается в последнее время еще и тем, что, как мне кажется, растет и растет социальное звучание этой науки. Идет масса дискуссий, потому что, как выяснилось, формирование различных свойств личности в значительно большей степени зависит от генов, чем мы раньше предполагали. Раньше считалось, что есть среда, есть воспитание, и все идет от них, а гены это так – можно что угодно воспитать. Но, оказывается – нет. На животных было показано, что такие свойства, как, допустим, агрессивность, трусость, способность к обучению определяются генетически. Были обнаружены даже гены, от которых зависит способность к обучению, предрасположенность к агрессивности, особая трусость и так далее. А коль скоро речь заходила про человека, говорили, что нет, у человека все по-другому, там работают другие принципы – воспитание, духовные качества, они с генами никак не связаны, зависят от окружающей среды и так далее. Но оказалось, что не совсем так, что многие свойства личности, которые формируются у человека в процессе его индивидуального развития, тоже связаны с генами. В частности, агрессивность, наклонности к противоправным действиям, могут определяться генетически.

Даже гомосексуализм – животных, у дрозофилы уже давно был выделен соответствующий ген. И у человека был найден гомологичный ген, который тоже отвечает за это качество. А что касается животных, то я помню, в детстве наблюдал у нас во дворе кота, который только за котами ухаживал и кошек совершенно игнорировал. Тогда меня это поразило, но теперь понятно, что кот был с соответствующим геном.

Но как только речь заходит о человеке, всегда возникают яростные дискуссии, малейшее оригинальное высказывание часто вызывает гнев и среди ученых, и среди публики – "расизм, евгеника" и так далее и так далее. Но расизма никакого нет, если констатировать различие между людьми не только по внешним признакам, но и по психологическим качествам, по свойствам высшей нервной деятельности, ничего здесь такого страшного нет, перед Богом все равны, никто этого не отрицает, но по свойствам, конечно, существуют значительные различия. И уж никак не обвинишь в расизме – поскольку он был африканцем – бывшего президента Сенегала Сенгора, ныне покойного, философа. Он писал: Господь наградил разные расы разными качествами, белым больше присущ рационализм, черным – больше эмоциональные качества, желтым больше интуитивные качества, все наделены этими качествами, но в разной степени, и ничего расистского в этом высказывании нет.

Теперь о евгенике. Евгенику у нас очень часто ругали и продолжают ругать, но, по-моему, постепенно отношение к этой науке меняется. В учебнике Лобашева было сказано, что это раздел генетики, который интересуется различными патологическими процессами в развитии человека и старается как-то предотвратить генетически детерминированные заболевания. Сейчас то, что мы называем медицинской генетикой, это действительно наука, которая выявляет патологические гены у человека, разрабатывает способы, с помощью которых можно вмешиваться в процессы индивидуального развития и исправлять те дефекты, которые зависят от этих поврежденных генов. Некоторые болезни уже давно лечились, например, есть болезни обмена веществ, которые определяются генетически, и если определить сразу после рождения, что у ребенка есть предрасположенность к этой болезни и посадить его на соответствующую диету, вырастает нормальный человек. Если его на обычную пищу посадить, то наблюдаются дефекты в умственном развитии, отставание в развитии, получается урод.

Следует отметить еще одно достижение современной генетики (которое не отменяет классику, но существенно ее дополняет). Оказывается, что эти генетические системы, эти гены удивительно консервативны. То есть практически у всех организмов имеется набор одних и тех же генов, и набор этих структурных генов, которые кодируют белки и какие-то белковые продукты, или особые виды рибонуклеиновой кислоты, у всех одинаков – разница количественная, она связана с определенными моментами, о которых я сейчас скажу.

Считается, что у человека – 30-40 тысяч структурных генов, у дрозофил 14. Но эта разница не оттого, что у человека 14 генов, как у дрозофилы, а другие гены его, человеческие. На самом деле есть такие гены, которые присутствуют не в одной копии, а в нескольких. Возьмем так называемый ген Notch, от которого в значительной степени зависит развитие нервной системы, да и кожи эпидермиса. У дрозофилы, скажем, он один, а у человека этих генов (немножечко друг от друга различающихся) – четыре. Или ген Delta, который тоже имеет отношение к развитию нервной системы. У дрозофилы он один, а у человека их 2-3, у млекопитающих его тоже больше, чем у дрозофил. Поэтому из одних и тех же кирпичиков складываются разные организмы, и естественно встает вопрос – как же это все происходит?

Происходит это, по-видимому, за счет регулирующих генов, генов-господ, которые по-разному организуют развитие. Во-первых, определяют время синтеза белковых продуктов, во-вторых, место, где они образуются, и определяют, таким образом, специфику развития данного организма. Вообще, время формирования различных закладок, время функционирования различных генов играет, по-видимому, решающую роль в процессе индивидуального развития. Об этом тоже начинали говорить еще классики генетики, но в настоящее время это направление приобрело довольно широкий размах.

Допустим, в процессе развития происходит взаимодействие разных тканевых закладок, скажем, разных отделов мозга. Клетки, которые состоят в разных отделах, взаимодействуют между собой, и очень важно, чтобы время этого взаимодействия совпадало со временем их готовности к этому взаимодействию, то есть одна что-то индуцирует, стимулирует, а другая отвечает на этот стимул. Мутация часто приводит к временным рассогласованиям, порою получается, что должен развиваться какой-то отдел мозга, а сигнала еще не поступает, тогда он недоразвит. И наоборот, сигнал поступает, а он не готов отвечать на этот сигнал. В результате могут быть какие-то умственные нарушения, недоразвитие мозга, определенная форма патологии.

Большой интерес вызывает у генетиков наследование способности к обучению. На животных тоже было показано, что можно вывести крыс или мышей умных и можно глупых. Часто используют тесты оценки индивидуального развития для оценки умственных способностей. Можно сказать, что показано, что способность к обучению действительно генетически детерминирована, но это не должно приводить к каким-то пессимистическим выводам. Допустим, кто-то невероятно способен к математике, но если кто-то не способен к математике, то он может быть способен к музыке, быть прекрасным композитором, быть хорошим писателем, певцом и так далее, это тоже хорошо, не знаю даже что лучше. У каждого есть какая-то группа способностей, важно вовремя эти способности выявить и развивать.А.Г. Все равно обидно, у одних способности к математике, у других – к физическому труду.Л.К. Физический труд физическим трудом, но вспомним знаменитых спортсменов: Пеле – футболист, Рой Джонс – боксер, Каспаров и Фишер – шахматисты, их имена тоже гремят, и они, по-моему, не жалеют, что выбрали этот спорт, и неплохо, что у них эти способности были. Так что чтобы все возможности реализовались, конечно, нужно их вовремя выявить, потому что эффект данного гена зависит, естественно, от влияния окружающей среды.

Все дело в том (это тоже было раньше выявлено, а сейчас показано и на молекулярном уровне), что эффект каждого гена, оказывается, неоднозначен, имеется, как говорят, предел колеблемости в проявлении каждого гена. Этот предел колеблемости называется нормой реакции, то есть с помощью различных факторов, различных влияний можно сдвинуть проявление этого гена в положительную или в отрицательную стороны. Но у каждой линии мышей или породы кошек эта норма реакции строго ограничена и дифференцирована. Американцы делали эксперименты на крысах: одна группа крыс содержалась сразу после рождения в клетке, богатой всякой обстановкой – игрушки, лестница. Другая – в тесных клетках, без игрушек и тому подобного. Оказалось, что когда крысы стали взрослыми, то у тех, которые развивались в благоприятных условиях, толщина корковой пластинки была намного выше, чем у тех, которые развивались в плохих условиях, а это крысы одной и той же линии со сходным генетическим материалом.

Если взять мышей или крыс другой линии, то у них будет тот же эффект, но пределы этих различий...А.Г. Норма реакции...Л.К. Да, норма реакции у них будет своя. То есть каждый имеет свою норму реакции, это тоже один из характерных тезисов современной генетики.А.Г. Леонид Иванович, прежде чем вы продолжите, один вопрос, который меня мучает с тех пор, как вы сказали, что современная генетика придерживается той эволюционной теории, что развитие происходит через уродство.Л.К. Можно сказать и так.А.Г. И вы тут же сказали, что есть определенные гены, которые отвечают за способность к обучению, за агрессивность, за трусость. Эти гены тоже могут мутировать пакетом?Л.К. Да.А.Г. То есть мы можем получить на каком-то этапе (если говорить о гомо сапиенс) неожиданный популяционный выброс смутировавших генов поведения, а не фенооблика...Л.К. Может быть, да...А.Г. Что может хорошо объяснить и социальную историю человечества?Л.К. Безусловно, те преобразования, которые происходили в генетическом аппарате, как-то отражались и на развитии человечества. Вот Гумилев старался как-то привлечь генетические факторы к объяснению тех поворотов истории, которые имели место. Он выделил даже такую группу – пассионариев. Он так примерно и предполагал, что произошел какой-то взрыв мутаций, который повышал количество этих пассионариев в популяции. Потому что исторические переломные моменты сопровождались появлением большого количества такого рода лиц, которые стремились что-то изменить, что-то сделать в разных областях.А.Г. Но мутации эти все-таки – спонтанные, случайные?Л.К. Вероятно, мутации, которые называют спонтанными, в большинстве случаев объясняются как раз с помощью перемещения упомянутых подвижных генетических элементов.

Был такой генетик – Раиса Львовна Берг, дочь знаменитого географа и биолога, Льва Семеновича Берга, автора одной из эволюционных концепций. Она открыла периоды моды на мутацию. В какие-то годы вдруг происходят взрывы мутации в популяции дрозофил (она с дрозофилами работала). Причем, эта мода ограничивалась какими-то определенными признаками, например, щетинки меняются как-то в этот период, мутируют – вместо прямых становятся витиеватыми, как будто обожженными. В другой период брюшко размягчается или глаза меняются – это моды на мутации. Были специфические периоды, которые характеризовались взрывом, взлетом таких мутационных событий. Очень трудно тогда это было объяснить, но сейчас склоняются к тому, что эти взрывы связаны с тем, что вдруг начинают проявлять, неизвестно почему, высочайшую активность эти подвижные генетические элементы. Начинают прыгать, перемещаться. Причем, у них есть какая-то специфичность перемещения, какие-то специфические точки посадки – поскольку мутации специфичны. И это приводит к взрыву мутации в популяции.А.Г. И может привести к взрыву видообразования?Л.К. Да, и может привести к взрыву видообразования. Такого рода концепцию как раз выдвинули некоторые палеонтологи в Америке – Гоулд, Элдридж, Стэнли. Когда они исследовали ископаемые останки, то оказалось, что есть периоды, когда ничего не происходит, миллионы лет проходят – и ничего, никаких изменений, а потом слой в 100-200 тысяч лет – и вдруг все начинает меняться.

Валентайн, один из американских палеонтологов, предполагал, что такие взрывообразные события в эволюции связаны с какими-то генетическими причинами, к числу таковых он тоже относил подвижные генетические элементы. Но у него никаких фактических данных не было, потому что он работал на очень древнем материале – кембрий, докембрий. Но известно, что имеются такие периоды, скажем, венд – докембрийский период, одним из первооткрывателей которого явился наш палеонтолог Федонкин, когда вдруг появляются практически все типы бесскелетных. А потом в кембрий опять внезапно появляется скелет у тех, кто были бесскелетными.

То есть подобные взрывы в истории развития животного мира имели место, и по всей вероятности они были связаны с подвижными генетическими элементами. Одно время был большой бум их исследований, сейчас немножко успокоились в этом отношении. Сейчас интересы, пожалуй, в значительной мере переключились в сферу нейрогенетики, большой интерес вызывает эта область генетики, поскольку там произошли действительно удивительные открытия. Башкирские генетики, причем солидные генетики, связанные с московскими, открыли шесть генов, ответственных за стремление к самоубийству. То есть оказывается, такой признак, как тенденция покончить жизнь самоубийством, тоже в какой-то степени зависит от определенного сочетания каких-то генов, потому что есть целых шесть генов, от которых это зависит.

При различных патологиях мозга локализовано множество генов, и действия их изучены, это тоже одна из сфер современной генетики, которая пользуется большой популярностью и активно развивается во многих странах. В частности, открыт ген старческого слабоумия, болезни Альцгеймера, наш ученый, мой бывший студент, Женя Рогаев открыл этот ген. Открыт и ген болезни Хентингтона.А.Г. Все это, все гены присущи только гомо сапиенсу?Л.К. Самое интересное, что, скажем, ген старческого слабоумия и ген болезни Хентингтона открыты у дрозофилы, правда, пока неизвестно, что они там делают...А.Г. А ген самоубийства тоже у дрозофилы открыт?Л.К. Он у нее наверняка есть, только непонятно, что он там делает, потому что есть гомология между генами. Достижение современной науки, связанное с работами на молекулярном уровне, с молекуляризацией, так сказать, науки, это открытие удивительного консерватизма мира генов. Наверняка то, что есть у человека, есть и у дрозофилы. Так что у дрозофилы тоже такие гены есть, но что они там делают, не знаю. Мы сейчас пытаемся посмотреть, что с ними происходит, какие изменения они могут вызвать. Их сейчас можно с помощью генной инженерии заставить очень активно работать, а можно, наоборот, выключить. Мы пытаемся на дрозофиле такого рода эксперименты ставить.

Я уже говорил, что человечий ген-господин можно ввести дрозофиле. Оказывается, если от дрозофилы элементы генома ввести в клетки человека, они там тоже работают. Более того, это можно даже для каких-то клинических целей использоваться, потому что у дрозофилы есть участок генома, который отвечает на повышенную температуру – то, что для дрозофилы повышенная, у человека она, скажем так, нормальная. И если какой-то ген человека плохо, допустим, работает, можно его поставить под контроль этого элемента ДНК дрозофилы, который реагирует на температуру. Для него эта температура человеческого тепла будет высокой, для человека нормальной, и ген будет стимулировать нужный человеческий ген, тот будет выдавать какой-то продукт, скажем, инсулин, если больному диабетом ввести эти клетки.А.Г. То есть такой спусковой механизм...Л.К. Этот дрозофелиный регуляторный участок среагирует на температуру и заставит работать ген, который кодирует инсулин, инсулин будет вырабатываться, и не нужно будет больного лечить инсулином. Естественно, тут придется уже брать его клетки, и поскольку в них нарушен синтез инсулина, их трансформировать таким геном, который способен синтезировать инсулин, а потом ввести обратно, и иммунологической несовместимости никакой не будет.

То есть весьма разнообразное применение находят эти генетические данные, в особенности, пожалуй, в области медицинской генетики, в области нейрогенетики, которая опять-таки повышает социальное звучание генетики и вызывает дополнительные дискуссии. Поскольку это сложный вопрос, коль скоро речь заходит о человеке. Тут встает проблема воспитания, нужно понять все-таки, какую роль играют гены в воспитании. На однояйцовых близнецах показана огромная роль генетического материала. Если, допустим, один однояйцовый близнец футболистом стал, то и другой обязательно станет. И более того, если один вратарем, то и тот вратарем будет. Часто однояйцовые близнецы и болеют одинаково. Причем, такую работу проводили в разных условиях воспитания. И оказалось, что те качества, которые у однояйцовых близнецов проявляются сходно, не зависят от того, в какой семье воспитывались эти близнецы. Различия в системе воспитания, в системе питания и прочего никак не сказываются на тех качествах, которые близнецы проявляют в смысле высшей нервной деятельности. Они абсолютно идентичны. Это, конечно, свидетельствует о том, что генетический аппарат играет очень большую роль.

И в силу тех особенностей генов, которые мы обозначали как норму реакции, различного рода проявления генной активности подлежат определенной коррекции – если точно знать, как ген работает, что он делает, какой продукт вырабатывает. Это достижение молекулярной генетики, мы можем конкретно всё знать: какие гены, какие продукты. Если это знать, то можно нормализовать или улучшить в нужном направлении функции гена. Это как раз пути развития современной генетики.А.Г. Надо констатировать, что классическая генетика жива...Л.К. Да, жива. Ее детализируют, развивают, но она жива. Ее постулаты остаются в силе, не нужно обижать, так сказать, классическую генетику и говорить, что нужно менять парадигму. Не нужно менять парадигму.А.Г. Но, тем не менее, парадигма современной генетики проливает свет на многие смежные дисциплины, начиная от медицины, классической биологии и заканчивая, наверное, даже социологией и политикой.Л.К. В том-то и дело, в том-то и дело... Социологи очень интересуются сейчас, кстати, генетикой.А.Г. Да, наука будущего. Психологи бы интересовались побольше...

gordon: Биологическое разнообразие

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Алимов Александр Федорович – академик РАН, доктор биологических наук, профессор, директор Зоологического института РАН
  • Гельтман Дмитрий Викторович – кандидат биологических наук, заместитель директора по научной работе Ботанического института РАН

Александр Гордон: И почему разнообразие видов, это, собственно, условие какое-то, которое должно непременно исполняться? Ну, останется на Земле три вида – хомо сапиенс, корова и собака, и будет хорошо, и питаться будем, и забавляться будем.Дмитрий Гельтман: Не получится.А. Г. А почему?Александр Алимов: Этот вопрос к биоразнообразию никакого отношения не имеет.А. Г. Нет, почему не получится кормить корову нефтью, ладно, соглашусь, задам вопрос специалистам в этой области. Ответьте мне, почему, если с вашей точки зрения это так, биоразнообразие – это хорошо, это необходимо и это так должно быть, несмотря на то, что мир меняется и меняется он человеком.А. А. Это все очень просто. Что такое биоразнообразие? Биоразнообразие сейчас стало на слуху: так принято говорить в обиходе, главным образом, потому, что это сделали политики. Политики, слава богу, собрались в Рио-де-Жанейро и заключили конвенцию о том, что биоразнообразие надо сохранять или не уничтожать.Д. Г. Или уничтожать потихоньку.А. А. Да, или уничтожать потихоньку. А, вообще говоря, зоологи, ботаники и не только зоологи и ботаники всю жизнь занимаются биоразнообразием. То есть разнообразие живых организмов, разнообразие живых структур – это все есть биоразнообразие, есть предмет изучения целой армии биологов. Почему его много? Ну, просто потому, что много условий, очень много разнообразий и условий, и это позволяет обеспечивать много разнообразия. Это раз. А во-вторых, пока что никто не отменил закон эволюции, и для того чтобы эволюция была (ее так проследить невозможно, каждый день это не наблюдается), нужно из чего-то выбирать. Выбирать можно только когда есть разнообразие, если нет, – то ничего нет, не из чего выбирать, движение невозможно. Поэтому принято говорить о видовом разнообразии животных, видовом разнообразии растений, но оно обеспечивается еще внутренним, скажем, генетическим разнообразием. А можно говорить о разнообразии более сложных структур, скажем, разнообразии популяций животных, разнообразии сообществ животных. Сейчас принято еще говорить о разнообразии экосистемы.Д. Г. Вот мы, например, даже здесь – собрались представители одного и того же вида, но принадлежащего к двум достаточно ярко очерченным популяциям, скажем, питерской и московской, у которых даже определенные поведенческие различия есть, скажем так. Вот вам уже небольшой пример разнообразия...А. Г. Не говоря уже о национальных корнях, которые дают определенную генетическую подложку.Д. Г. Конечно. Вообще биологические объекты и жизнь в такой форме, как она сложилась на Земле, без разнообразия вообще невозможна. Это данность, которая нам дана так, что не может живое на Земле существовать в форме одного вида, это не Солярис, скажем так.А. Г. Но все-таки. Существует такой биологический термин – воронка отбора; это когда определенный вид или родственные виды начинают резко сокращаться, как популяции их сокращаются, и разнообразие сокращается, а дальше они либо погибают, либо выживают, но уже в каком-то другом виде. На сегодняшний день биологическое разнообразие всех живых существ на планете, включая бактерии, грибы, животные, – это самое большое разнообразие живых существ, которое когда-либо обитало на Земле? Потому что у обывателя, у меня в том числе, есть некая схема эволюционного прогресса. Было мало, потом их стало больше, они стали разнообразнее, кто-то вымер, но кто-то еще и размножился, их все больше, больше и больше. То есть, грубо говоря, если представлять себе Землю сотни миллионов лет назад, не было такого биологического разнообразия. Или я заблуждаюсь?А. А. Так сказать нельзя. В биологии не бывает ничего одинакового: нет двух одинаковых особей, нет двух одинаковых людей, нет, невозможно, они чем-то отличаются. Что касается много или мало. Можно сказать, что, скажем, слонов мало, потому что видов слонов мало, и описать новый вид слона практически невозможно. Но каждый день энтомологи это те, кто занимается насекомыми, или те, которые занимаются, скажем, простейшими организмами или водорослями – описывают новые виды. Поэтому сказать о том, что было много, а стало мало, невозможно. Каждый день описываются новые виды. Описать новый вид слона невозможно, а описать новый вид какого-нибудь жука – это запросто, их записывают десятками, сотнями. И кто его знает, когда было больше, когда было меньше. Дело в том, что палеонтологическая летопись не так уже и подробна, с тем, чтобы сказать, что когда-то было миллион видов, а теперь стало полмиллиона. Такого сказать нельзя, потому что сейчас описываются новые виды все время. И одновременно с этим ряд видов уничтожается, уходит, исчезает, исчезает, в том числе и под воздействием человеческой активности, и в том числе под действием окружающей среды, без всякого человека. Это нормальный процесс развития.

Сейчас такой дурацкий термин появился – устойчивое развитие. Развитие устойчивым быть не может, потому что оно по своей сути неустойчиво. Это процесс развития; если он устойчив, развития нет. Так и здесь. Неостановим этот процесс. И когда появляются новые виды, сегодня, вчера – это никто не скажет. Но они описываются, новые и новые виды.Д. Г. И именно неостановимость этого процесса обеспечивается тем, что разнообразие всегда существовало. Какие-нибудь покрытосеменные, где-то там в меловом периоде вроде бы были непроцветающей группой, на Земле доминировали совсем другие растения. А вот изменилось все. По каким причинам, мы не очень знаем. Но теперь мы имеем другую картину разнообразия. Но все равно разнообразие, все равно мы к нему приходим. Можно вообще обратиться к классикам. "Философия ботаники" Линнея открывается словами: "Все, что встречается на Земле, принадлежит элементам и натуралиям. Элементы – просты, натуралии – сложны". Вот и все.А. А. Сейчас, понимаете, еще стало модно говорить о том, что идет какой-то глобальный экологический кризис, сейчас страшилки такие разгоняют то здесь, то там, завтра конец света, мол… Все это чепуха, конечно, но это всё настраивает на то, что якобы в связи с глобальным кризисом начнут вымирать животные. Они вымирают без всякого глобального кризиса; никакого настолько ощутимого глобального кризиса, если убрать митинговые страсти, по сути-то нет. В чем могут заключаться эти глобальные изменения и кризисы глобальные? Когда вырубят леса тропические или, скажем, у нас полтайги вырубят по территории (это легкие планеты, они выделяют кислород), когда океанические просторы не смогут продуцировать достаточно большого количества водорослей, которые тоже выделяют кислород в больших количествах и много поглощают углекислоты, вот тогда будет глобальный кризис. Но это не так все просто. Во-первых, если вырубают леса, то вырастают новые, ну, может быть, не с такой скоростью и не так, как нам бы хотелось, но тем не менее. Поэтому нельзя связывать эти проблемы напрямую. Хотя на самом деле такой политический ход мысли, что идет глобальный кризис, и привел к тому, что именно политики толкнули на то, что мы сейчас говорим о биологическом разнообразии. Еще несколько лет тому назад вопроса такого не стояло.Д. Г. Хотя предметом этим, который сейчас мы назвали биологическим разнообразием, биологи занимаются давно; скажем так, на полностью научной основе занимаются где-то с конца ХVШ века. И все многочисленные коллекции, которые собраны тогда, – может быть, это особенность данной области, – все те работы сохраняют для нас актуальность до сих пор. Если, скажем, для физика какая-то работа, опубликованная в конце ХVШ века – начале ХІХ, представляет исключительно исторический интерес, то для нас нет. Да, конечно, многое меняется, многое движется вперед, но, тем не менее, сохраняет свое значение та научная информация, которая заложена в, скажем, описании российских просторов академиком Палласом, когда он впервые посетил многие места, где до этого натуралисты не бывали. Вот вам самый первый, ну, не первый может быть, но один из характерных примеров изучения биологического разнообразия.

Хотя, с моей точки зрения, есть, наверное, какие-то вопросы, которые относятся к предмету нашего разговора, на которые достаточно сложно даже и специалистам дать ответы. Почему насекомых много, много видов насекомых, а слонов мало? Почему, если взять царство растений, например, семейство архидных дает, особенно в тропиках, потрясающее разнообразие, причем очень коэволюционно связанное с насекомыми-опылителями, а вот другие группы, тоже такого же ранга семейств, их значительно меньше? И это не вполне ясно, почему так происходит. И, может быть, на основании тех знаний, которые мы постепенно, очень медленно, наверное, так предмет заставляет – накапливаем, мы рано или поздно поймем, почему разнообразие такое, а не иное. Например, почему зеленых млекопитающих не бывает, насколько я знаю.А. А. Пока неизвестно.Д. Г. Вот неизвестно. А ведь как хорошо было бы в листве прятаться. Значит, есть какие-то законы, которые на каком-то этапе эволюции это запретили. Как-то так произошло. Именно непредсказуемость этого развития – это тоже существенный, я бы сказал, аспект той проблемы, которую мы обсуждаем.А. А. Так вот, если обратиться к тому, что сказал Дмитрий Викторович: почему мало слонов, а других видов много? Это самый главный вопрос, но он относится, скорее, к вопросу экологии, потому что все это биологическое разнообразие. Все виды, они не живут в каких-то непонятных пространствах, они живут во вполне нормальных экологических системах. Они строят, создают эти экологические системы, они в них живут, они в них развиваются. Если просто по бытовому сказать, то каждому зверьку или каждому растению должно быть свое место там, в этой системе. И это место чем определяется? Это один из возможных вариантов ответа на очень интересно поставленный вопрос, один из вариантов. Дело в том, что все живые организмы, в отличие от неживых организмов, они существуют только потому и живут только потому, что они все время разлагаются. То есть все время происходят процессы окисления, процессы метаболизма, они разрушают органическое вещество. Еще Гете сказал, что мы живем только потому, что мы разрушаемся. Вот в этом отличие жизни от не-жизни. То есть у нас есть метаболические внутренние процессы, которых нет у неживой природы. И вот как только мы перестанем разрушать свое органическое вещество и тут же его строить, как только мы перестаем это делать, мы становимся неживым, то есть мы превращаемся в труп; разлагаемся на составные части, уходим в Землю, в биогены, как угодно, но мы уже неживое существо. Поэтому каждое живое существо имеет свои внутренние метаболические особенности, и они определяются массой этого вещества: чем больше масса этого животного или этого растения, тем больше у него скорость обмена. Скорость обмена, то есть скорость метаболических процессов, пропорциональна массе. И чем она меньше, тем меньше скорость процессов. Но, с другой стороны, если мы возьмем и отнесем это к единицам масс, вот эти процессы метаболические, то есть если мы будем заниматься интенсивностью обмена, вот этого внутреннего обмена, то окажется, что у мелких интенсивность обмена больше, чем у крупных. То есть они на единицу массы делают значительно больше, больше вращают органическое вещество, чем крупные животные. А раз пропорционально массе, то тогда вот в этой экосистеме он будет занимать свое место, пропорциональное массе. И поэтому ожидать, что слонов будет много, я сейчас утрирую до предела, просто невозможно, потому что слон очень большой, ему нужно много места, во-первых, а во-вторых, ему для того, чтобы пропитаться, нужна большая территория, он с этой территории должен пропитаться. А вот бактерии какой-нибудь или более низко организованному существу нужно меньше территории, меньше места. Их может быть больше на той же самой территории. Это не значит, что я ответил на ваш вопрос, совершенно нет, но это один из возможных ответов. Это значит, что все живые организмы, – растения, животные, грибы, бактерии – они все участвуют в этих метаболических процессах всего органического мира. И определяются эти процессы их массой. Поэтому я в последней своей статье, которую я сейчас сдал в печать, написал, что масса для живых организмов это мера интенсивности обмена. (Как в физике масса есть мера инерции и гравитации, потому что массу физическую как массу мы никуда не можем деть.) Но масса есть еще мера обмена, то, чего нет у неживой природы. Вот отсюда может проистекать понимание разнообразия, и отсюда становятся очень важные вопросы, связанные с экологией. Вот на этом я пока замолчу.Д. Г. Александр Федорович, как эколог, переводит все на уровень сообществ, а я, как систематик, все-таки переведу на уровень вида. Хотя спор этот в какой-то степени беспредметен, потому что то же самое биологическое разнообразие можно в самой, наверное, общей форме определить как разнообразие организмов и их сочетаний. Александр Федорович больше любит говорить про их сочетание, а систематик растений и животных, который работает с какой-то определенной группой, он все-таки больше внимания уделяет виду. И опять обратимся к классикам, вот тот же Карл Линней писал, что именно систематикам ботаническая наука, это относится и к зоологии, обязана достоверностью и блеском, как он тогда выразился. И, конечно, здесь проблема, наверное, состоит в том, что обычно всю группу, которой занимаешься, иногда даже просто за жизнь, за время, отпущенное исследователю, по крайней мере, за рабочее его время, достаточно сложно познать, а полностью понять разнообразие какой-то группы можно, исследовав ее не в пределах каких-то политических границ, то есть в пределах государств, что более или менее возможно, а в полном объеме, что уже не так легко, для чего необходимы дальние экспедиции, посещение коллекций каких-то очень важных для познания этой группы...А. Г. Вы сейчас говорите все-таки о простейших, как я понимаю?Д. Г. Нет, нет, почему?А. Г. Когда мы говорим о млекопитающих, возраст жизни многих из которых сопоставим с возрастом экспериментатора, тут еще сложнее, потому что тогда уж точно жизни не хватит, чтобы отследить хотя бы три поколения обезьян.Д. Г. Нет, речь идет немножко не о том. Речь идет о том, чтобы, допустим, даже для того, чтобы разобраться в какой-то систематической группе, желательно бы посетить все 5 континентов, особенно для таких групп, которые там распространены. Желательно бы все виды, которыми интересуешься, увидеть в природе, вот в тех самых экосистемах, о которых говорил Александр Федорович.А. Г. Последний русский, который это сделал, был, по-моему, Николай Вавилов.Д. Г. Ну, почему? Удается и сейчас. Сейчас мы продолжаем экспедиции и в тропических странах. Я могу сказать, что совсем недавнее открытие наших ботаников – новый род голосеменных – найдены в Северном Вьетнаме нашей экспедицией совместной с вьетнамцами. Между прочим, растение, которое активно уничтожается местным населением из-за хорошей древесины.А. Г. Как назвали вы его?Д. Г. Золотой кипарис вьетнамский, ксантаципирус ветнаменза; англичане так назвали, специалисты. Кстати, назвал-то специалист по данной группе, который работает в Королевском ботаническом саду... О чем здесь идет речь? Что один из уровней познания биоразнообразия – это все-таки видовой уровень, и желательно это все разнообразие рано или поздно каким-то образом познать. А познание заключается, в общем-то, в научной публикации, в публикации специальных монографий, публикации статей, которые посвящены какой-то определенной группе животных и растений и которые иногда связаны не только, я бы сказал, с чисто научными методами познания. Потому что у нас часто встречается такое, что вот он хорошо разбирается, например, в злаках, или он разбирается в листоедах. То есть специалист по данной группе иногда оперирует не столько с какими-то научными терминами, сколько с образом того организма, с которым работает. И вот это одновременно и научный профессионализм, и какой-то, может, даже элемент искусства в нашей работе.А. Г. Ну уж романтики – это точно. Скажите, пожалуйста, количество видов на Земле все-таки ограничено, это конечное число?А. А. Ну, конечно, на данный момент времени. Потому что завтра придет систематик, который откроет новый вид, и все будет продолжаться.А. Г. Нет, количество не тех видов, которые уже описаны и которые мы знаем, а вообще количество видов, конечное число видов на данный момент времени.А. А. Ну, понимаете, все конечно в этом мире.А. Г. Понятно. То есть мы не знаем, скажем, 20 процентов видов, или, скажем, 30 процентов видов еще не описаны, но они будут описаны, верно ведь?Д. Г. Ну, может быть, и не будут...А. А. Будем надеяться, что будут описаны. Это вообще все не так просто, потому что, хотя Дмитрий Викторович и сказал, что у меня уклон в экологию, я специально ушел в экологию. Да, на самом деле я не систематик, я не могу сказать, что систематик, но за моими плечами стоит зоологический институт, как за его плечами ботанический институт стоит, где сидят систематики растений; у них – растения, у нас – животные, есть специалисты по отдельным группам. Итак, ставится вопрос. Вот сидят какие-то люди, занимаются какими-то жучками, паучками, развлекаются для себя, какими-то безделушечками занимаются. Любопытно, мол, но это их личное развлечение. Ну, во-первых, всякое познание есть развлечение того человека, который хочет познать, это само собой. Но даже не в этом дело. Дело в том, что, если мы не будем знать этих животных, если мы не будем знать, как одно отличается от другого, мы не сможем их отличить и не сможем вам рассказать. И если не можем дать вам возможность различить, вам, не специалисту, одно от другого, то тогда мы неизвестно чем занимаемся. Но мы этим занимаемся. Наши систематики, разрабатывая группы животных, создают так называемые определители растений или животных, или пишут тома фауны или флоры, вот они – флоры, а мы – фауны. У нас, слава богу, фауны больше 150-ти томов издано, и определителей этих животных издано больше 100 томов. А что такое определители? Это справочники, вот эти справочники, они создаются. Теперь, для того чтобы создать этот справочник, нужно, вот я говорю, нужно любить это животное. Легко любить красивую обезьянку или красивого попугайчика, можно любить красивую собачку. А вот представьте себе, что человек любит вошь. Вот вшей надо изучать, их изучают, потому что если мы не будем знать, как они живут, как они переносят вредные для нас болезни, то значит, мы не сможем с ними бороться. Но для того, чтобы эту вошь изучать, к ней нужно относиться не так вот брезгливо, а уважать ее. Это очень сложная проблема, потому что так просто из вас, или из него, нельзя сделать исследователя вшей. Давайте завтра будем заниматься блохами, или будем заниматься тушканчиками. "Я вообще их терпеть не могу, этих тушканчиков, и никогда к ним не подойду, я их боюсь". Понимаете, он должен любить это дело. Поэтому это определенное призвание, это определенный склад мысли, определенный характер. Но без этого ничего не будет, просто ничего не будет. Я думаю, что и ботанический институт такой же, но, по крайней мере, зоологический остался единственным в мире коллективом, повторяю, коллективом, учреждением, который занят этими вопросами систематики, таксономии животного мира, то есть занимается биологическим разнообразием, нельзя говорить "животного мира", просто разнообразием животного мира. Он остался единственный.

Последнее время появилась такая тенденция – на Западе она очень вспыхнула, пышным цветом расцвела – молекулярно-генетических методов. Казалось, что мы, когда познаем молекулярное устройство животных, сможем разбираться в их геномах, в генетике; мы легко будем отличать один вид от другого… При первом таком очень сабельном наскоке "чапаевском" так оно и было. Но теперь оказалось, что без традиционных систематиков растений или животных ничего сделать нельзя, потому что, образно говоря, нужно знать, на чей лоб повесить эту этикетку. Мы должны сказать: да, это вот это животное, а это его геном. Здесь нужно соотнести одно с другим. И поэтому представления о том, что молекулярно-генетические методы решат все вопросы сложного понимания биологического разнообразия, не очень оправдались. Вот на Западе, когда это начало развиваться, то они стали сокращать систематиков. И в британском музее уничтожили почти всех систематиков. Во Франции, во французском музее уничтожили. Сейчас они начинают возрождать систематиков. А в наш институт идут запросы, человека пришлите к нам, он будет полгода, год работать только для того, чтобы определить виды, без всякой молекулярной генетики, просто, чтобы он определял виды. А они там будут делать молекулярные дела какие-то. Понимаете, это, во-первых, трудный процесс, нужно найти такого человека, чтобы он это дело любил, потом его нужно подготовить. А подготовка систематика-зоолога после аспирантуры, чтобы он владел своей группой хорошо – это 10-15 лет. Поэтому систематики докторами наук становятся чаще всего не раньше как в 50, а то и в 50 с хвостиком. Им просто не наработать материал. Они по времени не могут успевать. Вот если физик-теоретик в 30 лет не доктор, он никогда не будет доктором, всё. А вот здесь он может быть доктором около 50-ти или 50 с гаком. Не наработать никак материал. Так получается. Это очень трудно.Д. Г. Говоря о молекулярных вещах, я хотел бы затронуть еще два момента. Это отнюдь не значит, что мы их противопоставляем себе, что только мы все знаем. Но сейчас, видимо, складывается в этой области нечто такое, что похоже, может быть, на физику начала ХХ века, когда оказалось, что свет – это вроде бы как и волна, и корпускула. Так и здесь. По данным, скажем так, традиционных наших методов получаются некие эволюционные взаимоотношения. Молекулярные методы когда-то это подтверждают, когда-то нет. Нужен какой-то новый синтез, и чем плодотворнее это сотрудничество будет, тем, безусловно, будет лучше. И добавляя к тому, что сказал Александр Федорович, я бы хотел отметить, что новую лабораторию, новое направление в экспериментальной биологии при всех проблемах создать не то чтобы достаточно просто, но возможно – были бы деньги. То есть можно закупить оборудование, послать людей на стажировку туда, где уже что-то похожее делается, и через разумное время...А. Г. Купить технологию.Д. Г. Да, и через разумное время, в общем-то, будет, если не школа научная, то направление. А вот все, что связано с биоразнообразием, с изучением организмов, здесь так вот просто не сделаешь, даже если есть деньги. То есть без них совсем плохо, но даже если они есть, тоже это все делается не быстро, потому что, по крайней мере, это должно опираться на очень солидную базу коллекций, понимаете. А если в зоологическом институте порядка 60-ти миллионов единиц хранения, а у нас 7 миллионов гербарных листов хранится, которые начали собираться, ну, и у нас, и у вас, начиная практически с Петра Первого, и все это сохраняет определенную научную актуальность, то можно понять, что здесь так все быстро действительно не сделать. Но зато результат действует дольше. В экспериментальных науках статья достаточно быстро устаревает. А здесь хорошо сделанная монография по какой-то группе растений и животных служит очень долго. То есть здесь человек вставляет себя в длительную память. Длительность – это такой хороший след в науке. Вот что, наверное, и привлекает, правда, своеобразных людей, конечно, в нашу область.А. А. Когда я сказал о том, что мы должны отличать один вид от другого, какие-то определители создавать, я начал с того, что обыватели могут считать, что такие ученые развлекаются, мол, какими-то таракашками, букашками, жучками – ах, подумаешь. Так вот, не совсем "ах, подумаешь", потому что многие очень серьезные заболевания, очень серьезные, такие, скажем, как чума, энцефалит, малярия, и многие паразитарные болезни, амибоидные всякие паразитарные болезни, которые смертельны для человека, переносятся только животными и только через животных. И нам нужно знать, как это все происходит. Вот, например, в нашем институте до сих пор существует школа академика Павловского. Евгений Никанорович Павловский был директором нашего института, он паразитолог крупнейший. И он до войны, в 30-е годы, разработал теорию очаговости трансмиссивных заболеваний, трансмиссивных – то есть передающихся через кого-то. И вот благодаря этой теории была разработана система противочумных, к примеру сказать, станций. И в Советском Союзе чума была локализована, она сдерживалась, чума не шла никуда за счет работы этих противочумных станций. Но организованы они были только потому, что в зоологическом институте была разработана методика, как точно отличать, что есть кто, кто есть кто, кому, что и как передается и как это все происходит. Вот эта вся кухня, она была известна, и поэтому все это делалось. То же самое было с малярией. Малярия в Советском Союзе была подавлена, была система противомалярийной борьбы. Теперь ее нет, и малярия начинает двигаться. Вот сейчас энцефалит приближается, буквально в черту города идет. Переносят его иксоидные клещи. Надо знать этих клещей, их циклы развития, и как с ними бороться. Для этого нужно отличить одного клеща от другого клеща. Один клещ переносит энцефалит, а другой – застрели его на этом месте не будет переносить его. Многие паразитарные заболевания имеют очень сложный цикл. Например, корова выбрасывает яйца паразита, он развивается. Чтобы он развился, он должен попасть в моллюск. Из моллюска он поступает в птицу, а из птицы он поступает в корову или в человека. Вот такой сложный цикл. Этот цикл нужно знать, нужно знать, на каком этапе его порвать, и кто его может порвать. Вот это могут сделать только специалисты-зоологи, зная, что этот вид называется так-то и он выглядит так-то, а этот вид называется так-то и он выглядит так-то, и этот отличается тем-то и тем-то, и как он живет. Это очень серьезные вещи.А. Г. Задам вопрос, с вашего позволения. Мы в программе обычно не реагируем на злобу дня, информационного повода не ищем, но вот недавно прошла традиционная операция "Первоцвет", это когда дядек и теток на разных южных вокзалах страны хватают с чемоданами, набитыми видами растений, которые внесены в Красную Книгу. Почему это метод борьбы за выживание вида, я не понимаю? Растения уже жизни лишены, их уже сорвали и перевезли куда-то. Почему это метод борьбы с людьми, которые это делают, я с трудом, но могу понять. А что такое Красная Книга? Мы на самом деле можем приложить усилия по сохранению какого-нибудь вида, или это наше высокомерие все-таки говорит в нас, что, ах мы можем и уничтожить, а можем и оставить для потомства.Д. Г. Мы, конечно, можем сохранить, и Красные книги, безусловно, нужны. И дядек и теток останавливать надо, но, может быть, назвать немножко другими словами нужно. Это должно называться регулированием использования растительных ресурсов, потому что красиво цветущие растения – это тоже ресурс. Красота в доме – это тоже ресурс. И, конечно, хищнический сбор растений, особенно с луковицами, может привести к исчезновению этого вида на Кавказе, скажем. Но, как уже говорилось ранее, каждый организм существует только в его среде обитания. И когда мы создаем Красную Книгу, когда мы пишем, что этот вид следует охранять, то, как правило, лишь для очень узкой группы организмов такие прямые меры охраны – где-то запрет охоты, где-то ограничения – являются действенными. Значительно продуктивнее – сохранение места обитания. То есть для успеха того, для чего создаются Красные книги, значительно более эффективным будет не проводить осушение болота где-нибудь под Москвой, на котором растут редкие виды, может быть, немножко другой маршрут выбрать какой-то магистрали, нефтепровода, чтобы он обогнул места обитания действительно редких видов. Вот в чем состоит основной подход. Не сохранив места обитания, мы никогда не сохраним организм. Невозможно поставить к каждому животному, к каждому растению человека с ружьем, и главное, это не нужно. Нужно понимание того, что природа едина, это вроде как всем известно, а вот не всегда осознается. И Красная Книга – это сигнал к действию в определенном направлении, но не более того.А. Г. Но все-таки, изменяя экосистему, позвольте так сказать, вмешиваясь в отношения между биологическими видами, человек вынужден ведь и за последствия отвечать. То есть регулировать, скажем, численность тех или иных видов, отселять одних от других. На моей памяти такая работа, скажем, в Соединенных Штатах Америки привела к потрясающим, даже курьезным результатам. В штате Нью-Джерси, где, как шутили, количество охотников превышает количество оленей в 6 или 7 раз, эти олени – здоровые, рослые, красивые, упитанные, ну просто красавцы. В соседнем штате Нью-Йорк, где нет бесплатного пятидневного сезона охоты и количество охотников не такое большое, учитывая территорию штата, – олени дохлые, маленькие, чахлые, потому что их много, они обжирают всё и вся, и им просто не хватает… Но закон запрещает их отстреливать, потому что с точки зрения властей штата Нью-Йорк, это негуманно.А. А. В природе свой регулятор. Есть хищники, есть паразиты, которые регулируют численность, это обязательные регуляторы. Раньше думали, скажем, что, отстрелив всех волков, у нас будет громадное стадо лосей, или кабанов будет много, или там еще чего-то будет много. На самом деле это приводит к тому, что стадо измельчается, потому что хищник отбирает слабого, хищник отбирает больного, хищник отбирает старого. С крепким, здоровым зверем ему не справиться, вот он и не будет справляться: ему легче где попроще охотиться. Идет отбор. Поэтому там, где есть хищники в нормальных количествах, они держат в нормальном количестве стадо своих "подопечных", которых они пасут, и там появляются здоровые и крепкие звери. Это всегда так было. Вот, например, тигр, пасет стадо своих кабанов и отбирает их потихонечку. Но сейчас это все нарушается человеком, человек вырубает леса, кабаны перемещаются, тигры начинают бояться, шарахаться. Человек, вообще говоря, будет всегда изменять природу, всегда, он не может этого не делать, ему тогда нужно просто перестать строить заводы, города, то есть жить по-другому, перейти в пещеры, надеть шкуры, вернуться в первобытное состояние, что невозможно. Человек будет это делать. Самое главное, чтобы человек понимал, до какого предела это можно делать. Но для того, чтобы он понимал, до какого предела нужно делать, нужно, чтобы, вообще-то говоря, люди, которые принимают всякие решения, помнили, что есть такие люди, которые называются ученые, скажем, экологи, зоологи, ботаники. Они должны ответить на этот вопрос, сказать, что вот дальше этого предела не нужно.Д. Г. А то будет плохо.А. А. Да, будет плохо. Готовы к этому ученые или нет, это другой разговор. Вот, скажем, ученые, которыми называют себя многие экологи, они к этому не готовы, они готовы к разговору. На самом деле эти ученые-экологи, они должны ответить на вопрос, до какого предела можно эксплуатировать экосистему, с тем, чтобы разумно эксплуатировать, вот как волк, отбирать то, что не нужно, а оставлять то, что нужно. Но для этого нужно относиться к науке по-другому. Вот вы сказали про Красную Книгу, совершенно правильно сказали, но на самом деле Красная Книга нужна специалистам, а людям нужно другое, то есть это тоже нужно, но, главное, людям нужно общее воспитание. У нас нет общего воспитания, нет его. У нас есть другое какое-то воспитание. Вот идет браконьерство. Почему браконьерство? Можно социальными мерами его решать и прочее. Но браконьеры уже доходят до того, что рубят сук, на котором даже они, браконьеры, сидят. То есть, у них уже нет никакой боязни, что завтра это кончится: "а, говорит, ладно", и всё. Это нет общего воспитания вообще, и нет общего биологического воспитания. Или скажем так: природопользовательского воспитания, этого нет, этим никто не занимается. Понимаете, вот даже на днях по телевизору показывали женщину, которая съедает в день 3 килограмма почвы, Земли, больше она ничего не ест, и она живет. Это невозможно. Потом рассказывают о человеке, который питается солнечной энергией. Солнечной энергией может питаться только растение. Но он-то не автотроф, у него нет никаких пигментов, которые могли бы превращать солнечную энергию в органическое вещество. Но это пропагандируется. Понимаете, мы думаем, что такая передача, как ваша, это очень хорошо. Плохо, что она идет только ночью. Вот было бы хорошо, если бы она шла днем, чтобы дети это слышали, и бабушки это слышали, которые цветы рвут. И не потому что мы какие-то особо умные, какие-то особенные вещи говорим, потому что это нужно воспитывать, это понимание твоей сопричастности к природе. Ведь человек – это что? Человек – это животное, нормальное животное, имеет нормальное название – хомо сапиенс, это его систематическое положение в мире животных, хомо сапиенс, человек разумный. Вот его название со всеми животными прибамбасами, которые положены: он размножается, он дышит, он кушает, он пьет, он, извините, метаболирует, все он делает. На него наслаиваются социальные вещи, это другой разговор. Но он животное, и он сопричастен с природой. Вот надо понимать, что мы из природы, мы с природой сопричастны, и мы живем в этой природе. Если мы эту природу будем уничтожать, то где мы будем жить? Нам жить будет негде. Жить в этих городах, где будет сплошной асфальт, и ничего больше, и питаться синтетической пищей – это невозможно.Д. Г. Иногда даже можно заметить, что чем хуже в стране с общим состоянием окружающей среды, природы, тем на этом этапе становится трепетнее отношение к природе. Я всегда говорю, что мне очень нравится, как население, скажем, Южной Англии трепетно относится к немногим сохранившимся местам произрастания диких орхидей.А. Г. Пока гром не грянет...Д. Г. Честное слово, никогда бы не хотел, чтобы такое отношение появилось у нас только уже на самой грани. И надо сказать, что при всех наших проблемах, у нас еще есть известные запасы и известный ресурс того, что осознание проблемы, которую мы обсуждаем, наступит немножко не на том этапе, как в странах Западной Европы, где дикой природы и таких сообществ, которые могли бы быть названы более или менее нетронутыми, все-таки сохранилось значительно меньше, чем у нас.А. Г. У нас, если я не ошибаюсь, около 70 процентов территории занимают леса на сегодняшний день.А. А. Примерно так. Только основная часть – это тайга.Д. Г. Это не очень, кстати, разнообразные сообщества, а вот степи...А. Г. Степи гибнут, да?Д. Г. Степей у нас уже таких, как природная зона, как сообщество, их уже крайне мало, и сохранились они только в немногочисленных заповедниках, заказниках, где-то на неудобиях. А это очень интересное, а главное, очень разнообразное сообщество по сравнению, скажем, с той же тайгой. Поэтому пока есть, что изучать, и есть, что сохранять нам. Но этот процесс влияния человека имеет много своих, конечно, негативных моментов.А. Г. Но все-таки, раз вы уже начали эту тему, есть экология и экологи. Мне кажется, что эта проблема, отсутствие воспитания элементарного, природного, она во многом спровоцирована теми людьми, которые, называя себя экологами, на самом деле продают страх. Вот это партия "зеленых", скажем, которая просто отчаянные продавцы страха, не являясь специалистами ни в одной из заявленных тем, они этим страхом спекулируют направо и налево. Есть экологи, которые бьют дичайшую тревогу по любому поводу, а человек живет, озирается и говорит: ребята, вы чего, я вчера ходил в лес, грибы были. Ну, очень лес засушливый, понятно, грибов нет, завтра пойду наберу. Заводы стоят – рыба появилась. О чем они говорят? И возникает недоверие к ученым вообще. Внутри вашего сообщества есть какое-то разделение на кланы? И некая борьба между этими кланами? Потому что невозможно же это слышать больше.А. А. Во-первых, слово "борьба" – это довольно такое громкое слово, потому что с теми людьми, о которых вы сказали, с ними бороться невозможно, это пустое дело, они и не слушают. Что такое экология? Экология, вообще говоря, это наука, которая исследует структуру функционирования системы надорганизменного уровня в связи с изменяющимися факторами среды, в том числе человеческими, антропогенными факторами так называемыми. Вот это наука. Она наука. Поэтому говорить, как у нас принято, это плохая экология или хорошая, нельзя, потому что науки плохой и хорошей не бывает, или есть наука, или нет науки. Говорят "экология города" это значит, плохо подметают город. Никакого отношения к экологии это не имеет. Так же, как ничего общего с ней не имеют эти все крикуши, кликушествующие люди, которые пугают других. Я с многими из них говорил: дорогие коллеги, мы ученые, давайте скажем, какой есть предел, и кончим пугать. Давайте скажем: "Вот дальше идти нельзя". Но это сказать очень трудно, для этого нужно заниматься очень серьезной, очень трудной наукой – экологией.А. Г. И за очень маленькие деньги.А. А. Да, за очень маленькие деньги. Наука экология в современном понимании это эксперименты, это математические модели, это расчеты. Она, в общем, достаточно математизированная наука. И не так-то просто все это делать, и не так все это просто понимать и решать. Проще сказать, у нас идет глобальный кризис, давайте все будем сохранять. А что мы будем кушать? Сохранять пока еще можем, но мы должны кушать рыбу, мы должны есть мясо, мы это все должны потреблять. Человек всю свою историю, что он делает? Он хочет получить много урожая, хороший урожай пшеницы или там рыбы, чего-нибудь. Что он делает? Он упрощает систему, он убирает лишние звенья, делает простую систему, и эта простая система дает большой выход массы нужного нам вещества, и всё. Но для того, чтобы эту систему упростить, нужно приложить колоссальную энергию, потому что так просто система существовать не будет, она придет в свое нормальное состояние, где будет много разных других звеньев. Вместо пшеничного поля там будет, например, много васильков.Д. Г. Сорняки.А. А. А ему нужно убрать сорняки, а чтобы их убрать, нужно подкачивать энергию в любом виде, в виде ли там физического труда, в виде ли денежных затрат – как угодно подкачать энергию. Вот этим ученые и занимаются все время. Поэтому я не зря говорил, что все исходит из процессов обмена. И вот главное – это соотношение между тем, что мы хотим получить, какую продукцию полезную получить, и сколько при этом растрачивается энергии на метаболический процесс. Что значит растрачивается? Это значит бессмысленно уходит в тепловую энергию, в нагрев окружающей среды. Но это неизбежность. И чем у нас сложнее системы, тем больше у нас уходит энергии на рассеивание. И тогда у нас будет меньше продукции. Значит, более разнообразные системы менее продуктивны всегда. А если мы хотим получить продуктивные системы, мы должны убрать лишние звенья, упростить систему, но тогда мы должны подкачивать энергию извне.

И еще. Отличительное качество биологических систем от небиологических, от неживых систем, это то, что они открыты по энергии вещества. То есть они могут существовать только тогда, когда есть внешний приток энергии. Если его нет, они существовать не могут. И поэтому есть термодинамика открытых систем. И термодинамика открытых систем Пригожина получила Нобелевскую премию. Понимаете, это очень сложные вопросы. На самом деле те, которые называют себя экологами… Я бы сказал, что это безответственные люди просто; они делают пиар, для них, наверное, интересно пугать людей. Но вот если серьезно заниматься экологией...

gordon: Размерность пространства в микромире �

12.11.2003 12:38, 180 месяцев назад

Участники:

  • Эдуард Эрнстович Боос– доктор физико-математических наук
  • Игорь Павлович Волобуев– доктор физико-математических наук

Александр Гордон: Что нужно знать первое о той теме, о которой пойдет речь? Что мне необходимо? Какой базис мне необходимо получить, чтобы я дальше просто догонял вас?Игорь Волобуев: Наверное, нужно понять, что же такое "Стандартная Модель" и почему для нас интересно то, что в рамки этой Стандартной Модели не укладывается; я думаю, что это.Эдуард Боос: С этого мы, собственно говоря, и планировали начать все-таки описать то, что нам сегодня, в общем-то, весьма неплохо известно. Принять это за некоторую стартовую площадку и понять, что там не очень хорошо и какие причины рассматриваются поэтому, чтобы продвигаться дальше, какие есть выходы?

Собственно говоря, та тема, о которой мы будем говорить, забегая чуть-чуть вперед, – это один из предложенных выходов из тех трудностей, которые существуют в Стандартной Модели. Тем не менее, Стандартная Модель – это сейчас весьма серьезная теория. Слово "модель" – это, в общем-то, историческое название, но это самая настоящая квантовая теория поля, которая хорошо работает, и некоторые ее предсказания проверены в настоящее время с точностью до десятой процента. Это весьма и весьма аккуратные предсказания.И. В. Я бы добавил, что фактически нет таких экспериментов, которые бы не укладывались в рамки Стандартной Модели. Периодически появляются какие-то результаты, которые не укладываются в рамки Стандартной Модели, но по мере накопления статистики, как правило, результаты поразительным образом приближаются к предсказаниям этой модели. Так что модель, действительно, работает замечательно.Э. Б. Может быть, мы начнем с того, что опишем тот масштаб расстояний, с которыми работает Стандартная Модель. Это изображено на картинке номер один. Если посмотреть на эти картинки, где показаны расстояния от астрономически больших (10 в 26-й метра) до уникально маленьких (10 в минус 34-й метра), то это вообще все масштабы, с которыми так или иначе имеет дело физика. Один метр посредине – это то примерно, где находится человек, где он обитает.И. В. Где мы находимся, это рост 3-х летнего ребенка.Э. Б. Та область масштабов, о которой мы будем говорить сегодня, это примерно область масштабов от 10 в минус 16-й до 10 минус в 20-й метра. Этот кружочек называется ускоритель или коллайдер. Тот микроскоп, который позволяет заглянуть в эту область – специальный дорогостоящий прибор, называется он коллайдер. Когда сталкиваются разные частицы, то по продуктам, которые получаются в результате реакции, можно судить о том, как устроены взаимодействия на таких сверхмалых расстояниях.А. Г. Это понятно.И. В. Наверное, следует добавить, что масштабы за пределом размера атома уже недоступны непосредственному измерению. То есть так, как здесь, метр приложить мы не можем, это уже какие-то косвенные измерения в рамках некоторых теоретических предположений. То есть мы предполагаем какую-то структуру пространства-времени на этих расстояниях, и вот потом, используя эти теоретические представления, мы энергию или передачу импульса переводим в расстояние.

И вот когда мы говорим о том, что достигаем какого-то расстояния, фактически реально это означает, что мы наблюдаем процесс с какой-то передачей импульса. И процесс с такой передачей импульса, по нашим теоретическим представлениям, отвечает тому, что мы достигаем каких-то расстояний. Так вот, после примерно 10 в минус 8-й, вся информация о пространстве-времени – это уже косвенная информация, мы ничего там непосредственно глазом или микроскопом увидеть не можем. И на этой таблице все хорошо изображено, потому что там слева изображены приборы, которыми меряются эти расстояния, и в физике микромира там уже ускоритель. Ускоритель – это прибор для измерения расстояний в микромире.Э. Б. Может быть, мы тогда вкратце опишем эту Стандартную Модель, чтобы было понятно, о чем, собственно говоря, идет речь. И для этого лучше показать картинку номер два, на которой эта Стандартная Модель представлена.

В самой верхней части этой картинки показано наше общее представление о веществе. Как все мы хорошо знаем, вещество состоит из молекул, молекулы из атомов, атомы состоят из ядер, вокруг которых вращаются электроны, расположенные на определенных электронных оболочках. А ядра образованы из так называемых адронов – в основном, это протоны и нейтроны. Каждый из протонов и нейтронов, в свою очередь, состоит из еще более мелких частиц, которые называются кварки. И эти кварки склеены внутри протона или нейтрона за счет так называемых сильных взаимодействий, которые осуществляются путем обмена между этими кварками и антикварками частицами, которые называются глюоны, от английского слова Glue – клей. Вот эти глюоны склеивают кварки между собой в адроны.

Мы все знаем очень хорошо, что в природе существуют четыре вида сил. Это мы все знаем с наших школьных лет – это сильные, слабые, электромагнитные и гравитационные взаимодействия. О сильных взаимодействиях мы буквально только что упомянули, и с точки зрения Стандартной Модели, это силы, осуществляемые посредством обмена глюонами, именно это и есть фундаментальные сильные взаимодействия.

Те же взаимодействия, которые в ядре приводят к тому, что протоны и нейтроны удерживаются внутри ядер, так называемые ядерные силы – это уже как бы вторичные по отношению к тем первичным фундаментальным сильным взаимодействиям силы. Ядерные силы возникают из-за того, что протоны и нейтроны – это протяженные объекты. И каждый кварк обладает так называемым цветом – это специальное квантовое число или заряд, и, собственно говоря, обладание этим зарядом и приводит к взаимодействию посредством обмена глюоном. Следующий вид взаимодействий – это взаимодействия электромагнитные, которые все мы хорошо знаем из повседневной жизни. Их роль – образовывать атомы, притягивая электроны и ядра друг к другу. Взаимодействие, менее известное для широкой аудитории, но, конечно, очень хорошо известное специалистам – это слабое взаимодействие, которое ответственно за то, что ряд частиц в природе нестабилен, в частности, нейтрон. Если нейтрон находится в свободном состоянии, он распадается в протон, электрон и электронное антинейтрино, но внутри ядер ему энергетически более выгодно оставаться свободным, оставаться нераспавшимся, потому что это наиболее выгодная энергетическая конфигурация.И. В. Здесь проявляется взаимодействие электромагнитных и слабых сил, потому что если электрон станет протоном в ядре, то взаимодействие одинаково заряженных протонов приведет к увеличению энергии ядра.Э. Б. Приведет к увеличению энергии, поэтому в ядре нейтрон стабилен, и может показаться, что слабые взаимодействия вроде бы и не очень-то важны. Но оказывается, что слабые взаимодействия крайне важны, и в частности, процессы на Солнце, например, углеродно-водородный солнечный цикл, главный солнечный цикл, имеет свою первооснову в слабых взаимодействиях. Таким образом, слабые взаимодействия приводят к выделению энергии на Солнце. Если бы этой энергии не было, то и мы бы тут вряд ли существовали бы.

И последний вид сил, которые окружают нас – это гравитационные взаимодействия, уникально слабые по сравнению со всеми остальными видами взаимодействий. Строго говоря, гравитационные взаимодействия в схему Стандартной Модели не вписываются и это одна из проблем Стандартной Модели.А. Г. Что мешает создать единую теорию.Э. Б. Абсолютно правильно. Мешает и то, что это уникально слабая сила по сравнению с другими. Это, собственно говоря, и составляет проблему – как эту силу тоже включить в единую схему. Современные представления, в частности, о дополнительных измерениях, о которых у нас сегодня в основном будет идти разговор – это одна из схем, позволяющих и гравитационные силы рассмотреть с единых позиций более-менее.И. В. Я бы хотел еще добавить, что Стандартная Модель уже в каком-то смысле есть объединенная теория. Пока гравитационные взаимодействия вообще не входят в Стандартную Модель, но считается, что в Стандартную Модель входят сильные взаимодействия, электромагнитные и слабые. Так вот электромагнитные взаимодействия уже входят в Стандартную Модель некоторым объединенным образом...Э. Б. Со слабыми взаимодействиями. И. В. Со слабыми взаимодействиями, да, и эти взаимодействия получили название электрослабых. Поэтому Стандартная Модель – это уже какой-то шаг по пути объединения, и желательно двигаться дальше в этом направлении.Э. Б. Все зависит от того энергетического масштаба, на котором мы смотрим на эти силы. То понятие, которое нам потребуется сегодня – это ГэВ. ГэВ – это 10 в 9-й электрон-Вольт. И, в частности, в этих единицах измеряются массы протона и нейтрона, это грубая оценка, но, тем не менее, она вполне достаточна для нас.И. В. Масса протона и нейтрона – это примерно один вес.Э. Б. Массы протона и нейтрона примерно одинаковые, это примерно один ГэВ. Кварки и лептоны – это те составляющие кирпичики, из которых весь наш мир построен, и из этой схемы видно, что кварки и лептоны делятся на три поколения. Я замечу, что все эти частицы, которые указаны в таблице, уже были открыты экспериментально. Все это не просто разговоры, все это померено и найдено в конкретных экспериментах. В частности, последний ТОП, или Т-кварк с массой 175 ГэВ, это 175 протонов, грубо говоря. Только в отличие от ядра Стандартной Модели размер этого Т-кварка пока не разрешен. Он, по крайней мере, 10 в минус 18-й сантиметра, или что-то в этом духе. И никакой структуры не имеющий.А. Г. То есть, вот эти символы, которыми здесь изображаются лептоны и кварки, не должны вводить нас в заблуждение. Потому что здесь это некие шарики, почти твердые тела, а на самом деле это далеко не так.И. В. Просто мы пытались так представить их относительные массы.Э. Б. Так мы пытались представить относительные массы, но не размеры. С точки зрения размеров в Стандартной Модели все это точечноподобные частицы. И это тоже, на самом деле, одна из загадок Стандартной Модели.

Как понять, что Т-кварк с одной стороны имеет массу 175, а это чуть меньше массы ядра золота, но при этом остается точечным объектом? В то время как в ядре золота собраны 190 протонов и нейтронов, и это весьма и весьма большое образование. Вот вкратце структура.

Но может быть, стоит упомянуть об этом открытии Т-кварка? Просто чтобы информацию дать, потому что это совсем недавнее открытие, оно состоялось в 95-м году на американском коллайдере "Тэватрон" в Брукхейвене, в Фермилабе. На этом коллайдере сталкивались пучки протонов и антипротонов. Может быть, картинку номер три нам покажут? Вот видите, здесь изображено, как протон с зарядом плюс единица сталкивается с антипротоном с зарядом минус единица. Тогда те кварки и глюоны, которые образуют этот протон, сталкиваются между собой, и в результате рождается пара кварков Т и анти-Т. Эта пара кварков Т и анти-Т распадается в W-бозон и B-кварк, в W-бозон и анти B-кварк, которые дальше распадаются соответственно в дубль W плюс или дубль W минус бозоны (это переносчики слабых взаимодействий) и в один из лептонов или кварков, указанных выше.

Лептон регистрируется, нейтрино проявляется как недостающая энергия в детекторе, а легкий кварк проявляется как так называемая "струя", узенький пучок частиц, летящих в определенном направлении, это тоже регистрируется соответствующим детектором. Благодаря соответствующим энергетическим измерениям получена масса Т-кварка. На сегодняшний день масса Т-кварка известна с достаточно приличной точностью – 175 ± 5 ГэВ, этот объект хорошо установлен и обнаружен.А. Г. Но он не стабилен?Э. Б. Он нестабилен, крайне нестабилен. И в этом, кстати, тоже его фундаментальное отличие от других объектов, поскольку все другие кварки образуют адроны, соединяясь с другими кварками. Т-кварк адронов не образует, потому что он тяжелый, и он распадается до того, как с кем-то еще соединиться, как говорят, в связное состояние, в какой-то нуклон. Для этого не хватает времени, он вначале распадается, образуя в частности, B-мезон с этим B-кварком. Но это просто для иллюстрации – как был обнаружен последний из этих кварков. Это было сделано в Америке, но двумя крупнейшими международными коллаборациями, в которых, в частности, российские институты принимают активное участие.А. Г. Мы можем сегодня утверждать, что Т-кварк – самый массивный, и другого, более массивного, найдено не будет?Э. Б. Очень хороший вопрос. Есть утверждение, что все кварки объединены в поколения. На сегодняшний день поколений – три. Вообще говоря, почему не быть четвертому поколению? Сейчас известно, что было бы очень трудно сделать четвертое поколение лептонов, в котором было бы легкое четвертое нейтрино. Потому что уже были поставлены эксперименты (это было сделано на другом коллайдере, ЛЭП, в ЦЕРНе, который совсем недавно закончил свою работу), и один из последних результатов был такой, что четвертого поколения быть не может. Число поколений, строго говоря, это число нейтрино, и если нейтрино массивное, то тогда таких ограничений не возникает, а вот если оно легкое, то четвертого поколения не может быть.

Но вообще говоря, можно устроить четвертое поколение, и есть такие схемы, конечно. В принципе, априори нет никакого запрета, нельзя сказать: нет, такое невозможно.И. В. Может быть, просто будут тяжелые фермионы, но они не будут кварками. Тяжелые фермионы вполне могут быть, и в частности, это тоже может быть связано с существованием дополнительных измерений.Э. Б. И, может быть, последний кирпичик Стандартной Модели (который не очень-то, может быть, был изображен на этой схеме, это на самом деле одно из наиболее тонких мест в Стандартной Модели, с одной стороны, и наиболее интересных, с другой стороны), это еще одна частица, так называемый бозон Хиггса – это скалярное поле или скалярная частица, которая пока не обнаружена. Единственный объект в Стандартной Модели, который пока не найден – это бозон Хиггса, и он, собственно говоря, ответствен за то, чтобы сделать эту формальную схему настоящей теоретико-полевой конструкцией с теми правилами, которые приняты в квантовой теории поля.А. Г. Он предсказан теорией, но в эксперименте...Э. Б. Он предсказан теорией, но в эксперименте пока не обнаружен. Стандартная Модель, правда, сама по себе не предсказывает значения массы этой частицы. Масса этой частицы неизвестна, но уже существуют довольно жесткие ограничения – какой она не может быть, и какие интервалы для нее остались.

В частности, была совершенно замечательная история. В конце работы ускорителя ЛЭП-2, незадолго до ее окончания, было найдено указание на то, что есть некий небольшой резонансик, количество событий там превышало уровень фона, что указывало на то, что, возможно, есть Хиггс с массой порядка 115 ГэВ. Этот вопрос очень широко обсуждался в научной среде, а в результате директорат ЦЕРНа должен был принять решение: продлевать ли работу ЛЭП-2 дальше, потому что единственное, чего не хватало, это статистики. То есть нужно было больше событий, чтобы подтвердить результат более достоверно.А. Г. Уйти от шума.Э. Б. Уйти от шума, совершенно верно. Но для этого, по оценкам специалистов, нужно было еще поработать год. Но если поработать год, тогда существенно затягивался запуск следующего ускорителя, который планируется в ЦЕРНе, так называемого "Large Hadron Collider", огромного коллайдера. И затяжка на год здесь приводила к тому, что пуск этого коллайдера мог затянуться на очень долгие годы.А. Г. И они решили отложить...Э. Б. И поэтому в итоге обнаружение было отложено.И. В. Я думаю, что мы очень хорошо рассказали о Стандартной Модели...А. Г. Да, я все понял, теперь о проблемах.И. В. Проблем много. Очень хорошая модель, но проблем, конечно, много.Э. Б. На самом деле Стандартная Модель – это некая схема и она, по существу, не отвечает ни на один фундаментальный вопрос "почему?" Собственно говоря, почему три поколения (вы задали совершенно справедливый вопрос)? почему есть аналогия между лептонами и кварками, так называемая кварк-лептонная аналогия?И. В. Но не полная. Пока нейтрино безмассовое, это не полная аналогия.Э. Б. Да, и потом еще с такой большой разницей масс у поколений. Когда 0,5 МЭВ (МЭВ – это 10-3 ГЭВ) масса у электрона, с одной стороны, и 175 ГЭВ – масса Т-кварка. Много-много порядков разница в массах – это тоже необъясненный факт. Он, в общем-то, параметризуется через механизм Хиггса, но это, скорее, просто описание без глубокого понимания, почему так произошло. Также лептоны и кварки обладают разными квантовыми числами, такими как лептонный заряд, барионный заряд, электрический заряд.И. В. Почему, например, у кварков дробный электрический заряд, в то время как у лептонов целочисленный – это тоже вопрос, на который Стандартная Модель не отвечает. Ну, и наконец, почему гравитационные взаимодействия остаются в стороне, почему взаимодействия Стандартной Модели так сильно отличаются по своей силе от гравитационного взаимодействия? Даже и трудно себе представить, как можно их сблизить.Э. Б. И одна из наиболее серьезных (в какой-то степени, может быть, технических, но с другой стороны, и фундаментальных) проблем Стандартной Модели – это объяснение или, точнее, отсутствие объяснения в этой модели: собственно говоря, почему Хиггс-бозон, если он есть, почему он может быть таким легким, как 175 или 115, например, ГэВ. Дело в том, что массе Хиггса можно задать такое значение, но Стандартная Модель – это квантовая теория поля, а в квантовой теории поля есть радиационные поправки к любой величине.

Так вот, радиационные поправки к массе Хиггса приводят к тому, что они могут быть очень большими. У нас фундаментальный масштаб здесь – это величина порядка сотни ГэВ. Если следующий фундаментальный масштаб – это масса Планка (10-19 ГЭВ), то тогда, в общем-то, не видно особых причин, почему этот Хиггс туда радиационными поправками не будет отодвигаться. Связь между этими масштабами и почему они настолько сильно отличаются – это называется проблемой иерархии масштабов. А проблема с массой Хиггса (почему она может быть такой маленькой) – это так называемая проблема натуральности Стандартной Модели. То есть должен быть какой-то механизм или симметрия, которая не позволяла бы этой массе уходить так далеко. Или теория должна как-то видоизмениться.А. Г. То, что мы представляем себе для величин астрофизических, то есть почему звезды расположены относительно масштабов Солнечной системы так редко, а вообще-то, равномерно и повсеместно? Почему черная дыра, обладая маленьким объемом, обладает огромной массой? Это все мы представляем в этих сверхвеличинах, и теперь нужно найти ответы, которые бы объясняли, как одно с другим соединить.Э. Б. И мы тоже обсуждали этот вопрос. Обычно люди обсуждают теории типа суперструн, которые начинаются на масштабах Планка, где-то 1019 ГэВ, и потом делается редукция и смотрится, что же можно получить на масштабах примерно 100 ГэВ – это очень сложный переход, до конца никем не понятый.И. В. Корректно не проделанный.Э. Б. Корректно не проделанный, тут очень много вопросов. И предсказательная сила в результате становится не такой большой. Мы думали, что пойдем с другой стороны от тех проблем, которые есть на этих 100 ГэВах, и как можно было бы продвинуться, сделать шаг туда...А. Г. Учитывая, что дополнительного времени нам никто не даст в этой программе, расскажите, пожалуйста, о ваших путях.И. В. Существует много путей выхода за рамки Стандартной Модели. Необходимо все это анализировать, потому что в планируемых экспериментах новые события нужно каким-то образом оценивать, нужно попытаться понять в пользу какой теории они свидетельствуют, и существует много разных гипотез, находящихся за рамками Стандартной Модели. Многие просто развивают логику Стандартной Модели, продолжают дальше так называемый калибровочный принцип, который лежит в ее основе.

Но может быть, один из наиболее радикальных способов – это гипотеза о существовании дополнительных измерений пространства-времени. Гипотеза очень старая. Высказана оно была в начале 20-х годов прошлого века Томасом Калуцей. Причем, интересно, что к этой гипотезе некоторое отношение, с самого ее рождения, имел Альберт Эйнштейн, потому что работа Томаса Калуцы, была представлена в Прусскую Академию наук именно Альбертом Эйнштейном. Работа называлась "О проблеме единства физики", и эта работа фактически была второй попыткой построения объединенных теорий.

В начале 20-го века было известно только два взаимодействия – гравитационное и электромагнитное – те взаимодействия, которые присутствуют в макроскопическом мире. И, конечно, физики пытались объединять эти взаимодействия в некоторые универсальные. Первая попытка была сделана Вейлем в 1918-м году, там была сложная теория, но четырехмерная. И вот, по-видимому, под влиянием идеи Вейля, Калуца в 1921-м году объединил, как он считал, гравитацию и электромагнетизм в рамках пятимерной теории гравитации. А именно – он заметил, что если рассматривать чистую гравитацию в пятимерном пространстве, и предположить, что гравитационное поле не зависит от координаты пятого дополнительного измерения, то оказывается, что такая теория с точки зрения четырехмерного наблюдателя, будет представлять собой четырехмерную теорию гравитации плюс электромагнетизм. Вот такая замечательная вещь.А. Г. Введение пятого измерения позволяет объединить эти два взаимодействия.И. В. Да, Калуца считал, что введение пятого измерения позволяет объединить эти два взаимодействия. При этом вектор-потенциал электромагнитного поля возникает из смешанных компонентов метрического тензора, которые отвечают и четырехмерному пространству, и дополнительному измерению. Это так называемый вектор-потенциал. И вот Калуца обратил на это внимание.

В 20-х годах прошлого века был еще ряд работ на эту тему, разные физики об этом писали, и, по-видимому, идея имела даже широкий общественный резонанс, потому что, если помните, в романе Булгакова "Мастер и Маргарита" бал Воланда проходил именно в дополнительном измерении. Как московская квартира могла все это вместить, не представляет труда понять тому, кто хорошо знаком с теорией пятого измерения. По-видимому, это волновало умы людей уже и в то время.

Еще одна интересная работа была тоже в 20-х годах, тоже посвященная теории Калуцы – работа Оскара Клейна. В этой работе он впервые попытался объединить принципы квантовой механики с гипотезой о существовании дополнительного измерения. Он пришел к интересному выводу, что если существует дополнительное измерение, то зависимость волновой функции от координаты дополнительного измерения должна определяться массами частиц. В общем, это правильный вывод, который позже подтвердился, но не в такой форме, как предполагал этой Клейн.

Но в 20-е годы так и не смогли решить проблему, почему же это дополнительное измерение не наблюдаемо, то есть если есть дополнительные измерения, то почему же мы...А. Г. Продолжаем жить в четырехмерном?И. В. Продолжаем жить в четырех измерениях, а не расширяем наш мир, или наши квартиры, совершенно безгранично в это пятое измерение.Э. Б. Как у фантастов это было широко принято.И. В. Как у писателей-фантастов, да. Так вот ответ на этот вопрос дал опять же Эйнштейн. Вы знаете, что в 30-х годах Эйнштейн работал над единой теорией поля. Он пытался создать единую теорию поля разными способами, у него были разные подходы, и в какой-то момент он обратился к гипотезе Калуцы, которую он, конечно же, отлично знал, и тоже попытался объединить гравитацию с электромагнетизмом – также, как делал это Калуца.

Но он обратил внимание на очевидную проблему: что же делать с ненаблюдаемостью пятого измерения? И вот в 1938-м году Эйнштейн вместе с Бергманом написал работу, в которой фактически предложил идею, определившую развитие теории с дополнительными измерениями на многие годы вперед. А именно они предположили, что дополнительное измерение ненаблюдаемо потому, что свернуто в окружность и имеет очень маленькие размеры. Поэтому для таких макроскопических существ, какими мы с вами являемся, оно ненаблюдаемо. Но микрочастицы, которые в нашем представлении являются точками, могут двигаться в этом дополнительном измерении, и это движение будет каким-то образом проявляться в нашем мире. Вот гипотеза Эйнштейна и Бергмана.

Они продолжили изучение этой теории, и в 1941-м году написали работу, в которой сказали, что, к сожалению, эта гипотеза не работает, что та теория, которую они получают, хотя там есть вектор-потенциал, и вроде бы все похоже на электромагнетизм, но это не электромагнетизм, потому что взаимодействие с зарядами не такое, как должно быть в электродинамике. То есть Эйнштейн и Бергман пришли к выводу, что это в действительности не есть объединенная теория гравитации и электромагнетизма.

И сейчас мы можем очень легко понять, зная Стандартную Модель, что в общем-то, и невозможно было объединить гравитацию с электромагнетизмом, потому что, как мы уже говорили, сначала нужно объединить электромагнетизм со слабыми взаимодействиями, а потом уже нужно думать как объединять это с гравитацией. И после 1941-го года Эйнштейн оставил это направление, и, в общем-то, фактически к нему долго не проявляли интереса.

Возрождение интереса произошло в 70-х годах, когда уже была модель Вайнберга-Салама (составная часть Стандартной Модели, описывающая электрослабые взаимодействия) и появились так называемые неабелевы калибровочные поля. Гравитация – это неабелево калибровочное поле. Абелево калибровочное поле – это поле, которое не переносит заряда. А вот неабелевы калибровочные поля – это поля, которые сами переносят заряд, и поэтому могут сами с собой взаимодействовать. Например, фотоны сами с собой непосредственно не взаимодействуют, а вот неабеливы калибровочные поля, поскольку они сами обладают тем зарядом, который переносят, они взаимодействуют сами с собой. Так вот, оказалось, что из многомерной метрики можно получить и неабелевы калибровочные поля. Замечательная идея – теперь таким образом попытались строить Стандартную Модель, но тоже быстро убедились, что те поля, которые получаются из многомерной гравитации – это совершенно "не те" поля. То есть то, к чему пришел Эйнштейн, было переоткрыто в 70-х годах.А. Г. То есть было справедливо уже для трех взаимодействий?И. В. Да, это то же самое. То есть причина была не в том, что нужно сначала было объединить электромагнетизм со слабым взаимодействием, причины, в действительности, были более глубокие. То есть многомерная гравитация она и остается гравитацией, а слабые и электромагнитные взаимодействия нужно получать каким-то другим образом.

И вот в это же время заметили, что если попытаться динамически объяснить, почему дополнительные измерения таким образом свернуты, как это предположил Эйнштейн, то есть попытаться решить уравнение Эйнштейна в многомерном пространстве, и получить решение, в котором есть четыре некомпактных измерения и еще какое-то количество компактных дополнительных измерений, – так вот оказалось, что если это чистая гравитация, то такие решения, компактифицирующие решения, практически получить невозможно, за исключением каких-то простейших случаев.

Поэтому, чтобы решить эту проблему, стали рассматривать многомерные теории по-другому. А именно помимо гравитации в многомерном пространстве стали рассматривать другие поля – калибровочные поля (поля – переносчики взаимодействия), фермионные поля. И оказалось, что получались замечательные теории. Если попытаться интерпретировать эту теорию с точки зрения четырехмерного наблюдателя, а такая интерпретация с точки зрения четырехмерного наблюдателя получила название размерной редукции, то оказалось, что вроде бы некоторые проблемы Стандартной Модели решаются.

Вот, например, мы говорили о том, откуда в Стандартной Модели берется скалярное поле Хиггса, оно, вроде бы, неестественное. Так вот оказывается, что если у нас в многомерной теории есть только калибровочное поле, то в 4-х-мерной теории, к которой приводит размерная редукция, сразу же появятся скалярные поля. То есть не нужно в 4-х-мерной теории эти скаляры закладывать руками, они сами спустятся из дополнительных измерений. То есть замечательные вроде бы результаты. Потом сразу же появились какие-то ограничения на соотношения между константами связи. То есть это было очень вдохновляюще, и люди сразу же стали пытаться строить модели таким образом.

Но вот здесь появилась такая проблема. Если мы предполагаем, что дополнительные измерения компактифицированы гравитацией, то их размер должен быть планковским. И оказывается, что при интерпретации такой теории в терминах 4-х-мерных полей, возникают так называемые башни полей Калуцы-Клейна, которые состоят из безмассовых частиц плюс возбуждения с массами, пропорциональными обратному размеру пространства дополнительных измерений. То есть если у нас размер дополнительных измерений – это планковская длина, то, соответственно, обратный размер – это планковская масса, и такие частицы совершенно невозможно наблюдать.Э. Б. Они экстремально тяжелые.И. В. Да, это 10-5 грамма, то есть это уже частица, которая каким-то образом проявлялась бы макроскопически. Так вот, проблема была такая: либо рассматривать только сектор так называемых безмассовых полей, либо нужно было отбрасывать массивные поля. И вот оказалось, что на этом пути тоже не удается построить хорошую теорию, которая воспроизводила бы Cтандартную Модель, но каким-то образом выходила за ее рамки.

Новый шаг был сделан в 1983-м году. В 1983-м году Рубаков и Шапошников написали работу, в которой они показали, что дополнительные измерения могут быть ненаблюдаемыми не только в том случае, когда они очень малые, а и в том случае, когда существует какой-то механизм удержания полей Стандартной Модели (то есть тех частиц, из которых состоим мы, из которых состоит обычное вещество) на некотором 4-х-мерном подмногообразии – такие подмногообразия получили название мембран. И в этом случае дополнительные измерения могут иметь любые размеры, могут быть даже бесконечными. Но эта замечательная гипотеза тоже в течение длительного времени оставалась как-то невостребованной.

И вот буквально в последние годы 20-го века и тысячелетия вдруг появилась работа трех авторов, Аркани Хамед, Димопулус и Двали, которые обратили внимание на то, что если поля Стандартной Модели локализованы на мембране, а дополнительные измерения компактны и имеют достаточно большой размер (они писали даже о субмиллиметровых дополнительных измерениях), то в этом случае гравитационное взаимодействие во всем многомерном пространстве может стать сравнимым по силе с остальными взаимодействиями. И слабость этого взаимодействия в нашем мире объясняется только тем, что мы живем на этой мембране, и никак не можем с нее выйти в дополнительные измерения. В нашем измерении гравитация слабая, а в дополнительных измерениях эта гравитация сильная. И оказалось, что хотя мы непосредственно не можем почувствовать эту сильную гравитацию в макроскопических опытах, но при высоких энергиях эта сильная гравитация может проявляться в процессах столкновения элементарных частиц на коллайдерах. Могут быть различные процессы...Э. Б. Дело в том, что если только гравитационные взаимодействия могут распространяться вне мембраны, то тогда эти дополнительные измерения, хотя они и компактные, могут быть достаточно большими, и тогда обратный радиус будет очень маленьким. И поэтому на нашей мембране появляется вот это возбуждение, башня, о которой я говорил, с очень маленьким расстоянием между уровнями. И в этом случае, если у нас есть коллайдер ТэВных энергий, то может рождаться большое количество таких состояний. И это когерентное усиление могло бы приводить к видимым эффектам.

Это выглядело бы как процессы с нарушением энергии, например, когда испускается в каком-то процессе такая башня гравитационных взаимодействий в одну сторону, а в другую сторону скажем, струя, о которой я говорил, или лептон, а на эксперименте это выглядело бы как лептон в одну сторону, и ничего другого. И целый ряд других предсказаний. Но, к сожалению, у этого так называемого АДД-сценария есть целый ряд своих собственных недостатков. Может быть, у нас сейчас уже очень немного времени, чтобы...И. В. Тем не менее, я думаю, можно сказать, что основная проблема в том, что в этом сценарии мембрана предполагалась безмассовой, у нее нет плотности энергии, это безмассовый объект, поэтому в соответствии с законами специальной теории относительности он должен двигаться со скоростью света. И тогда это плохая система отсчета, потому что мембрана не имеет системы покоя. Таким образом, этот объект должен быть массивным, чтобы иметь систему покоя, но в таком случае он должен иметь собственное гравитационное поле, а в этой модели гравитационным полем пренебрегалось – вот такое противоречие возникало. И это противоречие замечательно было разрешено в новой модели, которая появилась годом позже, в 1999 году, это так называемая модель Рэндалл-Сундрума. В этой модели также предполагается, что поля Стандартной Модели локализованы на мембранах...Э. Б. Но таких мембран не одна, а две.И. В. Две мембраны, и было найдено точное решение для двух мембран, взаимодействующих с гравитационным полем в пятимерном пространстве-времени.Э. Б. Точное решение уравнения Эйнштейна. Это совершенно замечательный факт.И. В. Замечательное решение. Причем, оказалось, что решение очень интересное. Метрика этого решения экспоненциально быстро меняется в направлении дополнительного измерения, и постоянно на мембранах. То есть на каждой мембране реализуется обычное плоское пространство-время Минковского. А вот переход с одной мембраны на другую сопровождается сильным, очень сильным, экспоненциально сильным изменением метрики. И такая структура фоновой метрики (вакуума) модели Рэндалл-Сундрума действительно приводит к замечательным предсказаниям.

Во-первых, оказывается, что пятимерная гравитация в пространстве между мембранами тоже приводит к существованию массивных гравитонов. Помимо безмассовых гравитонов, которые воспроизводят нам 4-х мерную гравитацию, есть также массивные гравитоны, которые могут приводить к новым эффектам...Э. Б. Только теперь эти гравитоны, в отличие от АДД-сценария, исключительно массивны, они имеют примерно обратный радиус как свою массу – это величина порядка ТэВ или 10 ТЭВ.И. В. И кроме того, они обладают сильной связью с материей. То есть в АДД-сценарии взаимодействие с материей было такое же слабое, как у безмассовых гравитонов...Э. Б. ...у каждой индивидуальной моды. Эффект получался за счет того, что складывалось много мод, а здесь одна массивная мода, но сильное взаимодействие.И. В. Фактически может взаимодействовать так же, как слабое взаимодействие. Вот такой замечательный сценарий, который тоже можно попытаться проверять.Э. Б. Эти гравитационные резонансы можно пытаться найти в прямых столкновениях – как новые частицы. В этом сценарии появилось еще одно замечательное предсказание. Возникает дополнительное скалярное поле – так называемый радион, от слова радиус, – и отвечает он за возможность колебания одной мембраны относительно другой в этом дополнительном измерении.И. В. Когда есть две мембраны, то уже есть возможность мембранам относительно чего колебаться. Когда есть одна мембрана, то непонятно, относительно чего она колеблется, а вот когда есть две, то возникает новая степень свободы, и она называется радионом.

И оказывается, что в первоначальном варианте модели Рэндалл-Сундрума это просто скалярное безмассовое поле. Но безмассовым оно оставаться не может – это противоречит наблюдаемым вещам, поэтому оно должно каким-то образом приобретать массу. Но эта масса может быть порядка, например, 100 ГэВ, то есть где-то близко к массе Хиггса. И появились даже работы, которые говорят о том, что может происходить какое-то смешивание поля Хиггса и поля радиона.Э. Б. В общем, очень интересная ситуация с точки зрения эксперимента и наблюдаемости.А. Г. Тот новый каллайдер, который сейчас строится, он позволяет ответить на некоторые из этих вопросов экспериментально?Э. Б. В это все верят и на это надеются. Точнее можно сказать так – если массы этих гравитонов и радиона будут лежать в области нескольких ТэВ, то они могут быть обнаружены, и тогда это будет очень красивое, совершенно фундаментальное открытие.И. В. Невероятное, я бы сказал, открытие. Я бы даже добавил еще, что сейчас фактически стало уже стандартом, что результаты всех экспериментов, в частности, на Тэватроне, представляются с оценками на размер дополнительных измерений. То есть при обработке результатов экспериментов обязательно учитывается эта модель – либо АДД-сценарий, либо модель Рэндалл-Сундрума, – и дается оценка размеров дополнительных измерений с точки зрения этого сценария. По-моему, там есть еще одна картинка, которую, наверное, стоит показать в конце.Э. Б. Это просто как пример того, что можно ожидать на каллайдере LHC в ЦЕРНе в сценарии АДД. Это когда наблюдается в конечном состоянии струя и гравитон, причем гравитона не видно. Такое же конечное состояние в процессе может быть в Стандартной Модели, когда рождается струя и Z-бозон и Z распадается в пару невидимых нейтрино и антинейтрино, тогда это выглядит также.

Но поведение, как функция энергии этого джета в поперечном направлении, энергии в поперечном направлении к оси столкновения, это поведение разное. И вот видите, вот эта черная линия, это как выглядел бы (и как он будет выглядеть) график, если есть только Стандартная Модель. А дальше – кривые как бы это выглядело, если есть разное количество дополнительных измерений, вот там два, три, четыре и разный характерный масштаб, новый фундаментальный масштаб. Таким образом, это говорит о том, до каких масштабов может быть эта теория проверена. Либо эффект будет обнаружен, либо будут поставлены новые ограничения. Это как маленькая иллюстрация того, что ожидается в АДД-сценарии. Такие же картинки есть для сценария Рэндалл-Сундрума.А. Г. У меня последний вопрос. Что мешает в этой теории увеличить количество мембран до бесконечности?И. В. Ну, можно конечно, увеличивать, и есть такие модели, кстати. Но, наверное...Э. Б. Эти работы породили огромное количество и теоретических, и феноменологических, и теперь уже псевдоэкспериментальных работ...А. Г. Предэкспериментальных.Э. Б. Предэкспериментальных, да. С самыми разными вариантами, тут столько фантазии, что даже трудно сейчас... Но есть варианты, когда есть много мембран...И. В. Я бы сказал так, что теряются красота и простота. Дирак когда-то сказал, что физический закон должен быть математически прекрасен. Вот в модели Рэндалл-Сундрума это есть. Если вы увеличите число мембран, то не будет точного решения, и такая красота и простота пропадет.

И вот еще одна загадка этой модели – пока существует такая модель только с одним дополнительным измерением. Попытки получить такие же красивые, точные решения с большим числом дополнительных измерений пока не приводят к успеху. Либо это действительно уникально, либо это просто пока еще не удается. По крайней мере, до сих пор существует такая модель только с одним дополнительным измерением.Э. Б. Еще очень интересная вещь, что вторая мембрана дает, собственно говоря, некий прообраз того, что называется скрытым миром.И. В. Зеркальным миром.Э. Б. В научно-фантастической литературе уже давным-давно это понятие эксплуатировалось, а здесь возникло теперь уже на научной основе.А. Г. Это тоже 4-х-мерное пространство?И. В. 4-х-мерное, но совершенно с другими свойствами.Э. Б. Которое по дополнительному измерению отстоит от нашего на величину обратного ТэВ.И. В. Предполагается, может быть.Э. Б. Может быть, да. 10-19, 10-20 сантиметра.И. В. Но в модели предполагается, что мы можем взаимодействовать с этим миром только гравитационно. В частности, если в нашем мире гравитация такая, какая она есть, то в зеркальном мире гравитация должна быть очень сильная. И, скажем, если там есть какие-то объекты с большой массой, то мы можем наблюдать, например, отклонения света в нашем мире в пустом пространстве. То есть, ничего нет, даже нет черной дыры, но все равно происходит отклонение света. То есть это может быть влиянием масс в зеркальном мире.А. Г. Вы хотите сказать, что в ближайшее время, если эта теория подтвердится, мы будем иметь и абсолютно новую космологическую теорию, поскольку...И. В. Космологию, конечно, будут пересматривать. Кстати, уже есть такие работы.Э. Б. Конечно, в модели Рэндалл-Сундрума есть и целый набор своих собственных проблем, и над их разрешением сейчас многие люди бьются, не вполне понятно, как они будут преодолены...

Страницы: