Мироздание за пределами Вселенной

Николай Клягин

Современная научная картина мира

 

 

Текст предоставлен правообладателем.

«Клягин Н.В. Современная научная картина мира»: Логос; Москва; 2007

ISBN 5-98704-134-1

Аннотация

 

Рассматривается современная научная картина мира, охватывается широчайший спектр данных космогонии, биогенеза, антропогенеза, социогенеза и др. Эти данные настолько разнородны, что подпадают под общий знаменатель только на уровне универсального причинно-следственного закона. Для понимания его происхождения необходимо объяснить, как возникли законы сохранения и неубывания энтропии. Чтобы протянуть нить причинности от физического и астрономического мира к человеческому обществу, нужно осмыслить пути и результаты биоэволюции. Все это дает нам возможность понять, где находится центр Вселенной, как и почему возникли и угасли динозавры, отчего человек единственный на планете обладает наукой и искусством.

Для студентов высших учебных заведений, изучающих курс «Концепция современного естествознания». Может использоваться аспирантами при подготовке к экзамену по кандидатскому минимуму в области истории и философии науки.

 

Клягин Н.В.

Современная научная картина мира

 

Введение

 

Людям свойственно делить окружающий мир на явления, данные в ощущениях, и сущности вещей, постигаемые мысленно. Например, всем знакомы простодушные воробьи, изящные трясогузки и мудрые вороны, но никто и никогда не видел «птицу вообще», хотя суждения об этом есть в любом пособии по зоологии. Конкретные явления воплощают как типичные, так и неповторимые особенности объектов, и двух абсолютно одинаковых явлений мы не найдем. Сущности вещей, напротив, выражают постоянно встречающиеся черты явлений определенного класса и дают нам общее представление о нем, в силу чего мы знаем, что такое «человек вообще», «планета вообще», «дождь вообще» и т. д. Может быть, сущности явлений – это просто слова, обозначающие сходные объекты? Да, это так. Сущности – это понятия, фиксируемые словами. Однако их анализ с точки зрения количественной теории информации К.Э. Шеннона показывает, что реальное положение дел куда сложнее (см. разд. 3.2).

Вопрос о природе сущностей захватил воображение уже первых древнегреческих философов. Они решали проблему чрезвычайно смело. Для них было мало понять, что такое, например, «камень вообще» – они пытались разгадать, что такое бытие, материальный мир вообще, и какими общими принципами он управляется. Собственно, благодаря такой интеллектуальной дерзости эти мыслители и сохранились в памяти многих поколений.

Деталей творческой лаборатории первых философов мы, к сожалению, не знаем, но догадываемся, что, ориентируясь на доисторические верования о водной колыбели бытия, возможно, дошедшие до них, Фалес Милетский (ок. 625 – ок. 547 до н. э.) усмотрел первооснову всех вещей в водной стихии [104, с. 100–115]. Первый классический философ полагал, что, испаряясь, вода способна порождать воздух, а сгущаясь, – земную твердь, что не лишено оснований, особенно если принять во внимание скудость научных знаний. Его ученик Анаксимандр (610 – ок. 540 до н. э.) возвысился до воззрений на природное первоначало как на некий апейрон, «бесконечное» [104, с. 116–129]. Выражаясь языком нашего времени, мы допускаем, что древний философ приблизился к понятию материи как философской категории для обозначения объективной реальности, данной человеку в ощущениях [64, с. 131]. Подобное определение материи беспроигрышно, поскольку под него подходит любой материальный объект. По той же причине оно неконкретно и дает нам мало знаний о первооснове бытия. Что же оно означает вообще?

На этот вопрос, похоже, отвечает современная физика – точнее, так называемая физическая Теория Всего Сущего (ТВС). За первоэлемент физического мира она принимает суперструны – складки мировой поверхности, непрерывно перемещающиеся и колеблющиеся с релятивистскими скоростями, т. е. со стремительностью, близкой к скорости света (см. разд. I.1). Этот заманчивый подход заведомо рискован. Он правомерен применительно к положению дел в нашей Вселенной. Однако мы не вправе исключать, что за ее пределами существуют иные миры (см. разд. 1.7), в которых материя организована иными способами, нежели в форме суперструн.

У суперструн есть своя философская биография. В известном смысле подобный первоэлемент материального бытия интуитивно был предвосхищен Гераклитом Эфесским (ок. 520 – ок. 460 до н. э.) в образе стихии неугомонного огня [104, с. 176–257]. Действительно, мировая поверхность, вспыхивающая гребешками суперструн, больше всего напоминает пожар на нефтепромысле. Иносказательный философ двинулся еще дальше. Он полагал, что космос периодически разгорается и угасает. Подобный образ мироздания типологически напоминает космологическую модель пульсирующей Вселенной, которая то рождается в Большом Взрыве и бурно расширяется, то схлопывается в Большом Коллапсе (по-английски говорят в «Большом Схрусте», Big Crunch) [724]. Разумеется, чересчур модернизировать античные взгляды не следует. Однако вряд ли можно отрицать, что многие коцептуальные образы современной науки родились не сегодня. Так, Левкипп и его ученик Демокрит (ок. 460 – ок. 360 до н. э.) создали учение об атомах, усвоенное с надлежащими уточнениями современной физикой.

Венцом гераклитовской мысли стал логос – своего рода универсальный закон взаимопревращения всех вещей, послуживший основой философского учения о диалектике. Подметив, что в больших масштабах отрезок окружности представляется прямой линией (подобно тому, как обозримая сферическая земная поверхность выглядит плоской), Гераклит справедливо заключил, что противоположные состояния объектов не абсолютны, а представляют собой крайние пункты в цепочке своих переходных состояний. В рамках этой философской традиции Г. В. Ф. Гегель (1770–1831) создал грандиозную картину развертывания некой абсолютной идеи, порождающей все наблюдаемые и мыслимые вещи сообразно законам диалектики [26]. Можно ли полагать, что «общая теория всего на свете» [63, с. 269] состоялась? По-видимому, это было бы преждевременно, а существо затруднения состоит в следующем.

Известные нам законы природы, в том числе законы диалектики, поддерживают устойчиво повторяющиеся связи явлений и их сущностей, что обеспечивает стройность, упорядоченность и целостность нашей Вселенной. Для всех этих законов характерна повторяемость, которая, в свою очередь, обусловлена причинно-следственным законом . Последний означает, что в сопоставимых условиях из одинаковых причин вытекают сходные следствия. Почему так происходит, науке не известно. Тем не менее ясно, что без причинно-следственного закона не смог бы действовать ни один закон природы или общества, а мироустройство распалось бы, чего, однако, не наблюдается. Таким образом, открывается неожиданное обстоятельство, что глубже всех мыслимых законов любой степени фундаментальности всегда лежит закон причинности (каузальности).

Таким образом, для понимания природы вещей нашего мира требуется объяснить происхождение закона каузальности. Для его функционирования необходимо совместное действие двух факторов. Во-первых, закон причинности нуждается в том, чтобы что-то вообще происходило и менялось, а во-вторых, причинно-следственный закон не обойдется без того, чтобы при этом что-то сохранялось неизменным. Следовательно, нам придется объяснить, почему во Вселенной наблюдается течение событий и при этом действуют законы сохранения (энергии и пр., о чем подробнее см. разд. 1.4–1.6).

Решение этих непростых задач потребует анализа проявлений каузальности в основных сферах реальности, что даст нам современную научную картину мира в наиболее существенных ее чертах. Мы предполагаем проследить действие закона причинности в наиболее важных областях и феноменах действительности. Во-первых, возникновение Вселенной (см. гл. 1). Во-вторых, зарождение и развитие жизни (см. гл. 2). В-третьих, становление человека, появление материальной и духовной культуры, а также происхождение цивилизации (см. гл. 3). Нашей задачей будет показать, что перечисленные события шли закономерно под влиянием причинности.

Действие закона каузальности способно объяснить поступательность в развитии нашего мира. В самом деле, Вселенная зреет, стареет и не проявляет тенденций к омоложению. В развитии земной жизни господствует закон Долло о необратимости эволюции, поэтому на смену примитивным формам жизни приходят более сложные организмы, в результате чего биологическая эволюция протекает прогрессивно. В социальной жизни мы тоже наблюдаем общий поступательный прогресс – отдельные случаи социального регресса лишь подтверждают правило. Иными словами, из причин вытекают следствия, но не наоборот, хотя следствия могут влиять на причины, меняя условия их действия. Например, если холодильник станет производить холод без остановки, то в конце концов замерзнет сам и перестанет производить холод. Это явление называется в кибернетике принципом обратной связи. Однако оно не отменяет закона причинности, а всего лишь искажает его проявления за счет нарушения условий выполнения каузального закона, что подразумевается его определением (он осуществляется без искажений лишь в сходных условиях).

Казалось бы, общеизвестно, что немногое на свете протекает беспричинно. Однако с философской точки зрения ситуация представляется куда более сложной. В самом деле, если причинность распространена тотально и способствует повторяемости событий, то во Вселенной повторяющегося, однотипного должно быть так много, что мир выглядел бы однообразно. Наш опыт свидетельствует о противном. Очень многое в природе и обществе представляется оригинальным и неповторимым. В принципе, это обстоятельство противоречит убеждению в глубокой фундаментальности причинно-следственного закона. Именно поэтому он никогда не привлекал специального внимания мыслителей. Отсюда наша задача состоит в том, чтобы продемонстрировать, что в природе и обществе гораздо больше типологически подобных явлений и сущностей, чем кажется на первый взгляд.

 

Глава 1

Вселенная

 

В данной главе мы предполагаем рассмотреть:

1) новейшие сведения об устройстве микромира, составляющие основу так называемой Теории Всего Сущего, опирающейся на физические теории суперструн, суперсимметрии и супергравитации;

2) новые факты и гипотезы относительно строения Вселенной, которая в свете ряда недавних парадоксальных открытий астрофизики представляется анизотропной, неоднородной, имеющей центр и периферию;

3) акаузальную («беспричинную») природу загадочной сингулярности, положившей начало нашей Вселенной и обладавшей необычными свойствами;

4) происхождение Второго начала термодинамики, или закона неубывания энтропии, которое в свете современных представлений поддается объяснению;

5) происхождение фундаментальных законов сохранения (энергии, массы, квантовых чисел), которое также поддается естественнонаучному объяснению;

6) происхождение причинно-следственного закона, основополагающего для всех прочих законов природы, также поддающегося естественнонаучному объяснению;

7) современные гипотезы происхождения нашей сингулярности и природы мироздания, окружающего нашу Вселенную, анизотропная природа которой предполагает некое внешнее бытие;

8) общие черты в организации законов природы на разных уровнях и в различных сферах бытия – черты, поддающиеся не метафизическому, а естественнонаучному истолкованию, хотя и ведущемуся в духе философского обобщения.

 

Микромир

 

Современная физическая картина микромира строится на основе теорий суперсимметрии [5; 21, с. 9–113; 24; 27; 101, с. 17–56; 304], супергравитации [21, с. 121–170; 101, с. 57–68] и суперструн [32; 33; 9; 48; 101, с. 277–304; 351; 369; 370; 551; 791]. Приставка «супер» означает, что при очень высоких энергиях ранней Вселенной существующие ныне первичные элементарные частицы имели так называемых суперпартнеров, отличающихся квантовым числом (свойством), спином , или собственным угловым моментом количества движения, выраженным в постоянной Планка (в кванте действия ħ = h /(2π) = 6,6260688(37) × 10–34Js /(2π) [618], или ħ = h /(2π) = 6,6260755(40) × 10–34Js /2π [650]).

Современная наблюдаемая Вселенная сложена всего из двенадцати кирпичиков вещества – элементарных частиц со спином 1/2, называемых фермионами . В их число входят шесть относительно массивных кварков (с массой до 178,0 ± 4,3 ГэВ (гигаэлектронвольт) у истинного кварка  [125, с. 638]) и 6 относительно легких лептонов , состоящих из тройки электроноподобных частиц (электрон , мюон и тау-частица ) и тройки нейтрино (электронное , мюонное и тау-нейтрино с массами от 0,07–11 эВ (электрон-вольт) у электронного нейтрино (рис. 1) [597; 158; 276; 528; 530; 606; 740]).

В первые мгновения после Большого Взрыва, породившего наш мир, когда Вселенная была неимоверно горячей (1033К), элементарные частицы двигались настолько энергично, что сближались друг с другом на минимальные дистанции. От расстояний взаимодействия зависят массы участвующих в нем частиц: чем короче дистанции, тем предельные массы взаимодействующих частиц больше. Поэтому в те времена наши обычные фермионы имели массивных двойников-суперпартнеров со спином 0, т. е. бозонов (см. ниже). Нынешним кваркам отвечали суперкварки, или скварки; нынешним электронам, мюонам и тау-частицам соответствовали сэлектроны , смюоны и стау-частицы , а теперешним нейтрино – три снейтрино . Когда Вселенная расширилась достаточно, чтобы заметно остыть, характерные дистанции взаимодействий между частицами возросли, а массивные суперчастицы перестали проявляться и в известном смысле вымерли. В принципе их можно получить на сверхмощных ускорителях (суперколлайдерах), однако необходимые для этого энергии пока недостижимы.

 

Рис. 1.   Фундаментальные элементарные частицы (суперструны – первоосновы физического микромира). На схеме опущены античастицы, которые отличаются от обычных частиц ориентацией спина (у нейтрино) или знаком электрического заряда (так, античастицей отрицательно заряженного электрона является положительно заряженный позитрон, а W–-бозон является античастицей для W+-бозона). Под каждой частицей в скобках дана ее масса в млрд электрон-вольт (ГэВ).

 

Физические взаимодействия между фермионами осуществляются бозонами – частицами с целочисленными спинами (0, 1, 2). Массу покоя от частицы к частице передают бозоны Хиггса (спин 0, масса 96–117 ГэВ, или ок. 115 ГэВ [125, с. 639; 640]). Четыре основные силы природы – сильное взаимодействие, электромагнетизм, слабое взаимодействие и гравитация – переносятся, соответственно, глюонами (спин 1, масса 0), фотонами (спин 1, масса 0), Z- и W-бозонами (спин 1, масса 93 и 81 ГэВ) и гравитонами (спин 2, масса 0).

Глюоны склеивают пары кварков в мезоны , а тройки кварков – в нуклоны : протоны (время жизни св. 1031 лет [34, с. 61]) и нейтроны (полураспад 10 мин 16 с [374]), а также нуклоны – в ядра атомов. Фотоны обслуживают все электромагнитные взаимодействия, Z– и W-бозоны – превращения кварков и прочих частиц, а гравитоны – взаимопритяжение частиц и особенно крупных их скоплений, физических тел, так как поодиночке гравитоны предельно слабы и становятся заметны лишь при массовых испусканиях от больших серий фермионов, собранных в массивные физические тела, а именно – в астрономические объекты. При повышенных энергиях проявления слабого и электромагнитного взаимодействий сливаются в электрослабой силе. В эпоху ранней, горячей Вселенной перечисленные бозоны имели суперпартнеров-фермионов со спином 1/2: бозонам Хиггса отвечали хиггсино , фотонам – фотино , глюонам – глюино , а Z– и W-бозонам – зино и вино .

Древним партнером гравитона являлся гравитино со спином 3/2. Суперпартнер последнего, гравифотон со спином 1, стягивает антивещество и расталкивает обычное вещество, т. е. может послужить окном в антигравитацию; ср. [327]. Его суперпартнер, голдстино со спином 1/2, в свою очередь, располагает суперпартнером гравискаляром со спином 0 (т. е. имеется пара фермионов на три бозона).

Агент миллислабого и сверхслабого взаимодействия (5-й силы) аксион (с массой менее 0,001 эВ) обусловливает нарушение симметрии зарядового сопряжения и четности (это – неравноправие вещества и антивещества при некоторых слабых взаимодействиях: например, преобладание рождений позитронов при распадах нейтральных К-мезонов на веществе и антивеществе, хотя в одном из случаев ожидалось бы преобладание электронов, чего не наблюдается). Поэтому существование аксионов объясняет подавляющее преобладание во Вселенной вещества над антивеществом [1; 4; 432; 529; 586; 705; 760].

В реакциях микрочастиц (например, при распаде того же К-мезона) набор исходных и конечных свойств участников событий в сумме должен быть идентичным. Если мы наблюдаем своего рода «перекос» в пользу вещества или антивещества, значит некая легкая и малозаметная частица «унесла» с собой качества (энергии и заряды), недостающие реакции для того, чтобы отвечать ожиданиям, соблюдать законы сохранения и выдерживать равноправие вещества и антивещества. Аналогичные «недостачи» энергии в ядерных реакциях привели в 1930–1933 гг. к открытию легкой частицы нейтрино, ответственной за «унос» энергии. В нашем случае с аномалией вещества и антивещества подозрение в искажении ожидаемого хода событий падает на гипотетический аксион. Будущие эксперименты позволят уточнить предположения физиков на этот счет.

За вычетом бозонов Хиггса, которые могут состоять из пары так называемых техникварков, лишь упомянутые частицы по-настоящему элементарны (хотя высказывается предположение, что электрон состоит из нескольких электрино [242]). Прочие микрообъекты вроде мезонов или нуклонов композитны. В строении материи этот принцип выдерживается универсально: нуклоны с электронами образуют атомы, они, в свою очередь, объединяются в молекулы, составляющие физические тела, иерархия которых завершается небесными светилами. Подобная стратификация природы соответствует классификации фундаментальных сил: субатомный мир подчинен сильному взаимодействию, атомный и молекулярный – электромагнитному, астрофизический – гравитационному. Иными словами, структура макромира не случайна – она задается особенностями микромира. Не составляет исключения и иерархия астрономических объектов, что мы продемонстрируем при разборе многомерности суперструн.

Пространство нашей Вселенной ни в одной своей точке не является подлинно пустым. В соответствии с принципом неопределенности В. Гейзенберга, согласно которому координаты центра инерции физической системы и ее импульс одновременно не могут принимать вполне определенные и точные значения [19; 24, с. 63–64], в любом самом свободном от наполнения веществом и полем уголке Вселенной могут рождаться и исчезать так называемые виртуальные частицы . Это обстоятельство заставляет считать среду Вселенной по-своему сплошной и расценивать ее как «мировую поверхность », родственную другим трехмерным средам (воздушной, водной и т. п.).

Гуще или реже мировая поверхность повсеместно покрыта мельчайшими складками, которые именуются суперструнами . Их размеры отвечают так называемой планковской длине в 1,62 × 10–33 см (по имени физика М. Планка, 1858–1947). С точки зрения квантовой механики планковская длина является минимальной размерностью, физически разрешенной в нашей Вселенной, и ничего меньше этой длины существовать не может. Суперструны отвечают элементарным частицам микромира.

Со времени своего рождения в Большом взрыве суперструны пребывают в безостановочном движении, являющемся отдачей или отголоском этого Взрыва, что обусловливает философский постулат об абсолютности движения и относительности покоя. Во-первых, суперструны безостановочно колеблются с предельными световыми скоростями. Во-вторых, суперструны непрерывно перемещаются в пространстве: безмассовые, вроде фотонов, – со скоростью света, а обладающие массой покоя – с околосветовыми, релятивистскими скоростями.

Колебательным движениям суперструн присущи характерные особенности, именуемые модами . По природе все суперструны тождественны, но в зависимости от моды колебания воспринимаются как разные частицы. Их можно рассматривать как элементарное начало всех физических вещей, как первоэлемент. Представляя собой вечно колеблющиеся частицы, ведущие себя и как волны, и как точечные объекты, суперструны разрешают философскую дилемму волны-частицы, давно тревожащую мыслителей. Ее существо состояло в том, что при определенных обстоятельствах элементарные частицы подавали себя как волны: например, плавно огибая препятствия и проникая в область геометрической тени подобно волнам на воде, что называется дифракцией . В иных случаях (например при столкновении с мишенью) элементарные частицы проявляли себя как крохотные, точечные тела. Эти особенности присущи математической модели суперструн.

Все суперструны открыты, т. е. условно напоминают отрезки трепещущих нитей накаливания, – лишь гравитоны замкнуты в кольцо. Если макромир существует в трех пространственных измерениях (длина – ширина – высота), то мир суперструн пространственно девятимерен. Альтернативная теория супермембран [299; 313а] видит все суперструны замкнутыми и пространственно десятимерными. Принятие состоятельности данной версии микромира может навести на мысль, что суперструны бывают 10-, 26-, 506-мерными [663] и вообще n- мерными [447, с. 36].

На наш взгляд, природа данного затруднения скорее мировоззренческая, нежели физическая. Математическая многомерность понимается пространственно (как если бы рядом с нами находились некие вместилища иных измерений), для чего нет экспериментальных оснований. Логичнее считать, что микрообъекты, помимо трех привычных (длина – ширина – высота), имеют шесть дополнительных степеней свободы движения: колеблясь «влево-вправо», суперструна одновременно колеблется не только «вверх-вниз» и «взад-вперед», но еще в шести направлениях, уподобляясь в разрезе профилю противотанкового ежа. Девять подобных направлений минимальны, однако порция энергии может добавить десятое, одиннадцатое и т. д., ничем не подрывая основ теории суперструн. Математическое описание их поведения при этом останется «пространственным», хотя природа будет несколько иной.

На заре существования Вселенной распадающаяся сингулярность оставила следы своей многомерности в устройстве нашего макромира. Сингулярность представляла собой объект наподобие суперструны и колебалась одновременно по меньшей мере в девяти плоскостях. То же справедливо и для нынешних макрообъектов. Человек способен двигаться в трех измерениях и в то же самое время вращается вокруг центра Земли (4-я степень свободы движения). Вместе с Землей он одновременно обращается вокруг Солнца (5-я степень свободы), а вместе с ним – вокруг центра Галактики (6-я степень). Вместе с Галактикой мы ежеминутно перемещаемся вокруг центра Местной Группы (наша Галактика Млечный Путь, Большое и Малое Магеллановы Облака; 7-я степень свободы). В составе Местной Группы всякий человек непрерывно движется относительно центра Галактической Империи (галактики Дракон, Малая Медведица, Лев II, Лев I, Секстант, Большое Магелланово Облако, Малое Магелланово Облако, Млечный Путь, Киль, Скульптор, Печь [268]; 8-я степень свободы). Наконец, в составе Местного Сверхскопления галактик мы вместе со Сверхскоплениями Девы, Павлина-Индейца, Гидры-Кентавра и другими неуклонно стремимся к Великому Аттрактору (9-я степень свободы). Сам того не замечая, каждый человек живет во Вселенной по меньшей мере с 9-ю степенями свободы движения, и такое положение вещей, несомненно, является наследием раннего этапа развития нашего мира. Оттуда же проистекает устройство астрофизического макромира вообще.

В самом деле, чем объяснить то обстоятельство, что Вселенная под влиянием сил гравитации не выглядит как общий бесформенный ком, разбухающий в силу вселенского расширения, а представляет собой виртуозное образование из девяти (или более) центров вращения и притяжения, движущихся относительно друг друга? Почему она выглядит как матрешка взаимовложенных вращающихся сфер, о чем интуитивно догадывался Пифагор (2-я половина VI в. – начало V в. до н.э.) [104, с. 149, № 5]? Астрономическая наука привыкла к подобному положению вещей, общественность – тоже, однако философия требует разъяснения и здесь. Если многоэтажно закрученная вокруг различных центров Вселенная отражает своим обликом древнюю многомерность (девять степеней свободы) первичной сингулярности, тогда ясность наступает.

В свете вышесказанного основной объект теорий суперструн и супермембран видится особым образом. В принципе это может быть точечный отпечаток сингулярности, суперточка . Родившись как зеркальное отражение распадающейся сингулярности, суперточка пришла в колебательное движение со световой скоростью и тут же приняла облик сплошного протяженного объекта, т. е. суперструны. Далее она развивала релятивистские колебания в 9 или 10 плоскостях, представая как классическая суперструна или супермембрана с 9-ю или 10-ю измерениями, оставаясь в основе одним и тем же образованием, суперточкой, адекватно отвечающей гибкости суперструнных-супермембранных теорий по части многомерности.

Распад сингулярности можно представить в виде расходящейся во все стороны ряби от трепещущей первичной суперточки. Вероятно, истинное число ее степеней свободы составляло примерное количество суперструн нынешней Вселенной, помноженное на 9 или 10 степеней свободы. Сингулярность теряла свои исходные количественно астрономические степени свободы, сбрасывая их в виде 9– или 10-мерных суперструн. Это могло бы выражать действующий во Вселенной закон сохранения суммарного количества степеней свободы суперструн – закон, исходный для законов сохранения квантовых чисел (спина, электрического заряда и других свойств, заданных степенями свободы суперструн).

Передвигаясь по мировой поверхности как по среде с определенной степенью вязкости [552, с. 31–32; 803], суперструны испытывают ее сопротивление. Это происходит следующим образом. Вероятность встречи с короткоживущими виртуальными частицами мала. Однако для суперструн, перемещающихся с релятивистскими скоростями, она заметна. Причем чем выше частота их колебаний, тем она ощутимей. «Цепляясь» за встречные виртуальные частицы, суперструны претерпевают деформации, выражающиеся в уплотнении суперструны, т. е. в сокращении ее объема, падении амплитуды и соответствующем подъеме частоты колебаний.

Поэтому, как следует из теории относительности [120; 377], микрообъекты, ускоряясь на релятивистских скоростях, сокращаются в линейных размерах, прибавляют в массе и тормозятся во времени. Последнее обусловлено тем, что физическое время представляет собой дистанцию между событиями. Подскакивая при ускорении в частоте, суперструны сокращают эту дистанцию между своими колебаниями и, следовательно, замедляют свое время (при скорости света – вообще останавливают). Указанные релятивистские эффекты сродни эффекту Доплера в макромире (т. е. зависимости частоты колебания и длины волны от скорости движения источника звука или света). Масса покоя и масса движения у безмассовых частиц зависят от частоты колебания суперструны, что объясняет физическую природу формулы E = mc 2 : чем энергичнее колебания суперструн, тем значительнее их массы (что подробно разъяснялось выше). У частиц с массой покоя имеется нижний предел частот, ответственных за эту массу. У безмассовых частиц он не фиксирован – поэтому масса «плавает» и не расценивается как масса покоя.

Описанные физические эффекты объясняют конечность скорости света. Чем заметнее ускоряется микрообъект, тем труднее он сокращается в размерах и неохотнее растет в частоте колебаний (вследствие собственного внутреннего сопротивления). На его преодоление уходит все больше энергии разгона, и частица «зависает» на отметке скорости света.

Теория суперструн не может обойтись без понятия мировой поверхности, а оно органично объясняет происхождение виртуальных частиц. Представим себе, например, простыню или что-либо подобное. Допустим, на ней имеются складки. Если потянуть простыню за край, складки разгладятся, но возникнут в другом месте. Они поведут себя аналогично исчезающим и вспыхивающим на мировой поверхности виртуальным частицам (коротко живущим складкам-суперструнам). Разумеется, мировая поверхность – это не двумерная простыня, но принципы ее поведения аналогичны.

Природа основных взаимодействий микромира также вытекает из поведения суперструн. Для гравитации, электромагнетизма и сильного взаимодействия характерны притяжение и отталкивание. Эти эффекты обусловлены волновой природой суперструн-бозонов, которые подобно волне от судна на воде способны – в зависимости от фаз – как притягивать, так и отталкивать партнера по взаимодействию. Деформируя моду колебаний партнеров, частицы передают качества: цветовой заряд (особое свойство кварков, переносимое глюонами), электрический заряд (переносимый фотонами, Z– и W-бозонами), массу покоя (транслируемую хиггсами) и т. д. Обмениваясь частотами колебаний, частицы обмениваются энергией. Влияя на моды колебаний друг друга, частицы регулируют свои взаимопревращения и распады (например при слабых взаимодействиях).

Суперструны ответственны за происхождение таких фундаментальных свойств вещества, как твердость, непроницаемость, устойчивость, которые в античной философии (например у Нигидия Фигула) приписывались заботам «демиурга» – метафизического начала, поддерживающего формы всех вещей. Лопасти вентилятора или пропеллера в покое легко огибаются, однако в стремительном вращении превращаются в сплошной, непроницаемый диск. Колеблющиеся со световой скоростью суперструны так насыщенно заполняют объем с поперечником в планковскую длину, что делают его плотной, непроницаемой частицей, свойства твердости которой в скоплениях частиц передаются физическим телам макромира.

Можно констатировать, что необычайная философская продуктивность физической теории суперструн делает ее незаурядным мировоззренческим достижением.

 

Макромир

 

Вселенная родилась в Большом Взрыве и с тех пор непрерывно расширяется. Скорость этого расширения называется постоянной Хаббла, обозначаемой символом Н 0 . Две трети обратной ей величины (1/H 0) отвечают возрасту Вселенной при условии, что средняя плотность масс во Вселенной делает ее гравитационно замкнутой. При этом средняя плотность масс принимается за единицу (Ω = 1). Если средняя плотность масс меньше единицы (Ω < 1), Вселенная не замкнута и будет расширяться вечно. Если средняя плотность масс равна или больше единицы (Ω > 1), Вселенная замкнута, и ее расширение должно смениться сжатием (коллапсом). Эмпирические оценки средней плотности Вселенной разноречивы: Ω = 0,3–1,3 [255; 270; 609; 832]. Однако средняя плотность Вселенной, в принципе, не может быть «отрицательной», т. е. иметь Ω < 1 (так принято выражаться в астрофизике, хотя «омега» не может быть меньше «нуля» – она всего лишь меньше «единицы»).

Как отмечалось выше (см. разд. 1.1), Вселенная – это сплошная мировая поверхность, которая по квантово-механическим причинам не мыслится «тоньше» планковской длины. Допустим, Вселенная «попробует» расширяться вечно. Тогда, предельно растянувшись в расширении и достигнув «по толщине» планковской размерности, Вселенная непременно прекратит рост и под влиянием собственной внутренней гравитации обязательно начнет сжиматься. Поэтому ее вероятная средняя плотность больше или равна единице (Ω ≥ 1).

Между тем реальное положение вещей намного сложнее. Теоретическая оценка «омеги» – в том случае, когда она больше или равна единице, приложима лишь к изотропной модели Вселенной, т. е. ко Вселенной, повсеместно однородной. Однако современные астрофизические исследования недвусмысленно показывают, что Вселенная анизотропна, т. е. глубоко неоднородна. Она имеет центр и периферию (о чем речь пойдет ниже). В неоднородной же (анизотропной) Вселенной средняя плотность вещества, по-видимому, составляет приблизительно ΩUniv = ~ 0,245 (см. приложение 7). И все-таки данное обстоятельство не делает Вселенную открытой (вечно расширяющейся), поскольку в ее центральных областях местная плотность существенно превосходит критическую (т. е. Ωloc > 1). Это превращает Вселенную в образование, склонное к поэтапному схлопыванию на манер «гармошки», и пока периферические области Вселенной продолжают вяло расширяться, центральные области уже властно сжимаются и шаг за шагом втягивают в себя беспомощную периферию. Подобная современная картина мира куда сложнее традиционной, однако лучше отвечает новым фактам (см. далее).

Наблюдательные астрономические оценки постоянной Хаббла колеблются в пределах 39–105 ±11 км/с на мегапарсек (мегапарсек равен 3,26 млн световых лет) [151; 174; 186; 243; 269; 331; 336; 341; 355; 404; 420; 428; 435; 527; 531; 624; 748; 792]. Для определения возраста Вселенной такие данные непригодны, поскольку дают колоссальный разброс величин и не учитывают неоднородность Вселенной (споры по поводу оценки постоянной Хаббла даже получили хлесткое наименование «войны Хаббловой константы» [269] – участники ее были беспощадны друг к другу). Имеется, правда, и другая теоретическая возможность.

Представления о расширяющейся Вселенной, родившейся в Большом Взрыве, носят наименование моделей «горячей Вселенной». При расчетах моделей горячей Вселенной используется теоретическая величина постоянной Хаббла H 0 = 50 км/с на мегапарсек [611; 673; 705], которой отвечает возраст Вселенной в 13,(3) млрд лет [336]. Эта оценка оптимальна, поскольку независимые от нее определения возраста нашего мира по старым белым карликам в Галактике [550; 792], по тяжелым радиоактивным элементам на звездах [233; 409; 717] и по шаровым скоплениям звезд [235; 404; 475; 792] предусматривают вселенский возраст от 10,3 до13 млрд лет. Поясним, что белые карлики – это крохотные, сверхплотные звезды класса светимости VII, некоторые из которых вдвое старше нашего Солнца. Добавим, что тяжелые радиоактивные элементы имеют тенденцию распадаться. По их остаткам можно определить возраст древних звезд, которые также вдвое старше Солнца. Напомним также, что шаровые скопления – это гало, своего рода шаровидные облака звезд вокруг галактик, и эти звезды населения II также вдвое старше Солнца, т. е. звезды населения I, распространенного не в гало, а в дисках галактик.

Как можно видеть, возраст Вселенной по белым карликам, тяжелым элементам и шаровым скоплениям (13 млрд лет) на 300 млн лет уступает возрасту Вселенной по теоретической постоянной Хаббла (13,(3) млрд лет). Это лишний раз свидетельствует в пользу оптимальности последней величины, ибо 300 млн лет как раз потребовались юной Вселенной для того, чтобы сформировать древнейшие галактики и звезды с будущими белыми карликами и шаровыми скоплениями. Ниже возраст первых сверхскоплений галактик оценен в 200 млн лет после Большого Взрыва, однако они древнее первых звезд, а потому результаты вполне удовлетворительны. Дело в том, что ранние сверхскопления будущих галактик поначалу формировались как крупномасштабные возмущения вселенского вещества ок. 200 млн лет после Большого Взрыва, и лишь затем, ок. 300 млн лет после Большого Взрыва, в них сложились конкретные галактики с древнейшими звездами.

На наш взгляд, существует еще один путь расчета возраста Вселенной. Со времен Большого Взрыва ее внешние границы расширялись со скоростью света. Поделив скорость света на местную скорость вселенского расширения и взяв 2/3 от результата, мы получим нынешний радиус Вселенной в мегапарсеках (и световых годах), а значит и время, затраченное на достижение этого радиуса. При H 0 = 50 км/с на мегапарсек радиус Вселенной составляет 13,031 млрд светолет и отличается от предыдущей оценки на 302,4 млн световых лет. Это расхождение означает, что Земля расположена к краю Вселенной на 302,4 млн светолет ближе, нежели ее центр, который отстоит от нас на ту же дистанцию.

Поиск такого центра отталкивается от наблюдения, что Южное полушарие звездного неба ощутимо глубже Северного [546; 695]. Это означает, что на Севере звездной сферы к нам ближе край Вселенной, а на Юге – ее центр. В Южном полушарии звездного неба по направлению к сверхскоплению галактик Гидра-Кентавр на расстоянии ок. 300 млн светолет от нас лежит Великий Аттрактор. Этот объект соответствует 5,4 × 1016 солнечных масс, имеет поперечник в 0,6–6 млн светолет и вдвое превосходит среднюю плотность Вселенной [524; 134; 296; 372, с. 62; 473; 704; 785; 830]; cp. [254].

Сверхмассивный Великий Аттрактор притягивает окружающие скопления галактик, в том числе наше Местное Сверхскопление, которое вместе с соседними сверхскоплениями стремится к Великому Аттрактору («Великому Притяжателю») в составе сверхпотока Персей – Рыбы протяженностью в 423,8 млн светолет [808; 548; 514; 605]. Это означает, что гравитоны Великого Аттрактора успели охватить область Вселенной с диаметром ок. 1 млрд светолет, а стягивающая Вселенную деятельность Великого Аттрактора началась ок. 500 млн лет назад.

Великий Аттрактор отождествляется с рентгеновским галактическим скоплением Абелль 3627, обладающим массой в 5,1 × 1015 солнечных масс и поперечником в 1,956 млн светолет, укладывающимся в поперечник Великого Аттрактора. Абелль 3627 является источником самого яркого рентгеновского потока среди всех известных скоплений (0,1–2,4 кэВ). Его отделяют от нас 303,18 млн светолет [473; 830]. Сравнивая наше расстояние от центра Вселенной (302,375 млн светолет) с расстояниями от Великого Аттрактора (ок. 300 млн светолет) и Абелля 3627 (303,18 млн светолет), мы заключаем, что речь идет об одном и том же образовании, три ипостаси которого выявлены совершенно различными, независимыми методами.

Абелль 3627 в 10 раз уступает расчетной массе Великого Аттрактора, которая определялась гравиметрически (по силе тяжести, т. е. однозначно), в то время как масса Абелля 3627 оценивалась оптически (по внешнему виду, т. е. далеко не однозначно). Расхождение объясняется тем, что 0,9 реальной массы Абелля 3627 состоят из невидимого «темного вещества».

«Холодное темное вещество» не испускает ни тепла, ни света и взаимодействует с обычным «горячим светлым веществом» лишь гравитационно, сильно влияя на движение галактик и их скоплений, но оставаясь невидимым во всех областях спектра. Оно было открыто благодаря одному астрофизическому парадоксу. Наша и другие галактики вращаются столь интенсивно, что центробежная сила могла бы их разметать. Видимой «светлой» массы им совершенно недостаточно, чтобы сцементировать их силой тяжести. Значит, существует некая невидимая «темная» масса, которая восполняет недостачу вещества, необходимого для консолидации галактик силой тяжести. Гравитационные оценки свидетельствуют, что по массе «темное вещество» образует не менее 90% состава Вселенной [333; 431; 581; 617; 629; 664; 739; 760; 783; 785; 795]; cp. [176]. Состав «темного вещества» – проблематичен.

Барионное (кваркосодержащее) «темное вещество» заключено в тусклых холодных белых карликах – это 2% от «темного вещества» галактического гало [604], – а также в МАСНО (массивных, компактных объектах гало планетарных масс), выявляемых методом микролинзирования: в тот момент когда они затмевают внегалактические звезды (галактик Большое Магелланово Облако и М22), те ненадолго ярко вспыхивают, становясь видимыми по обе стороны от затмевающего МАСНО, привлекая наше внимание (МАСНО гравитационно стягивают лучи света от них, выполняя роль маленькой гравитационной линзы, откуда происходит название метода микролинзирования) [133; 376; 665; 666]; cp. [224]. Можно упомянуть еще гипотетические космические струны – сверхмассивные, протяженные объекты замкнутой, петлистой фактуры, сохранившиеся от первой секунды жизни Вселенной, когда они застыли как пограничные состояния ее фазовых переходов (наподобие прожилок на замерзшем стекле, только длиной в световые годы) [22; 132; 167].

В небарионном (бескварковом) «темном веществе» предполагаются аксионы (см. разд. 1.1) [332; 586; 705] и вимпзиллы [360; 376]. Вимпы представляют собой слабо взаимодействующие массивные частицы в 106 ГэВ (гигаэлектронвольт), а вимпзиллы (т. е. вимпы-годзиллы) – это слабо взаимодействующие сверхмассивные частицы в 1012 ГэВ, которые еще предстоит открыть. Сюда же относятся гравитино (см. разд. 1.1) [332; 371, с. 39] и хиггсино (см. разд. 1.1) [371, с. 39; 706]. Называют также нейтралино (суперпартнер фотона со спином 1/2, т. е. аналог фотино, в 10–1000 масс протона) [760] и само фотино в 100 масс протона (см. разд. 1.1) [332; 371, с. 39; 705; 706; 725]. Наконец, популярны снейтрино [371, с. 39], таунейтрино с массой в 17–17,2 кэВ или 15–10000 ГэВ [303; 343; 376; 513; 528; 530; 673; 706; 739] и электронное нейтрино с массой от менее 7 эВ до 30 эВ [740; 760] (см. разд. 1.1).

Перечисленные микрообъекты занесены в состав «темного вещества» как бы наудачу, в ожидании наблюдательных открытий [725]. Между тем обобщенный подход имеется в теории суперструн, где «темному веществу» соответствует «теневое вещество» Е 8' из калибровочной группы Е 8 × Е 8', в которой группа Е 8 описывает мир обычного, «светлого вещества» [9, с. 520; 122, с. 583; 472]. Напомним, что калибровочные группы служат математической основой для принятия «к производству» не произвольного набора объектов и их свойств, а их некой математически обоснованной матрицы вроде таблицы умножения. Поскольку вездесущим фоном нашего мира «светлого вещества» является известное реликтовое микроволновое излучение, наполняющее космос и состоящее из фотонов с температурой в 2,726 ± 0,01 К [705; 760], то фоном невидимого мира «темного вещества» могло бы оказаться фотино, и без того присутствующее среди кандидатов на эту грозную роль.

Причину сокрытости от нас «холодного темного вещества» можно понять. Допустим, оно действительно состоит из суперчастиц (в том числе фотино), для которых единодушно предполагается значительная индивидуальная масса. Тогда сопоставимое с числом «светлых» частиц количество «темных» суперчастиц должно быть в несколько раз массивнее, что объясняет тот факт, что оценочная масса «темного вещества» достигает 90–99% массы всей Вселенной, в то время как на долю «светлого вещества» приходится 1–10%.

Следует также отметить, что, помимо гравитонов, «темное вещество» не испускает иных излучений, в том числе электромагнитных, световых, откуда происходит его мрачное название. Причина может состоять в следующем. Суперчастицы очень массивны, и радиусы их взаимодействий крайне малы (см. разд. 1.1). В силу этого обстоятельства суперчастицы не в состоянии взаимодействовать со «светлым» веществом, образовывать с ним комбинации, склонные излучать фотоны (как свойственно всякому «светлому веществу»), обнаруживать себя оптически или же путем магнетизма, т. е. слабых и сильных взаимодействий. Поэтому, даже находясь рядом с нами, «темное вещество» останется неощутимым.

Таким образом, версия «темного вещества», состоящего из суперчастиц, представляется наиболее простой и убедительной, поскольку органично встраивается в современную научную картину физического мира. Другое дело, что природа «темного вещества» не облегчает задачу его эмпирического обнаружения, так как экспериментальное проникновение в мир суперчастиц с малыми радиусами взаимодействий требует больших энергий.

Зная отношение вселенской массы «светлого вещества» к массе «темного» (ок. 0,1–0,01), мы в состоянии предположить порядок масс отдельных суперчастиц (см. рис. 1). В принципе, их массы могут колебаться от 0,7–7,0 эВ у сэлектронного снейтрино до 1780–17800 ГэВ у истинного скварка. По-видимому, подобные объекты не в силах образовывать привычные нам формы вещества (нуклоны, атомы, молекулы), так как требуют очень высоких энергий для своего сближения, а в современной холодной Вселенной таких энергий нет. Если же они появятся, мощи сильного взаимодействия не хватит, чтобы удерживать суперчастицы в ансамблях, вследствие чего они и не сложились на заре горячей Вселенной. Из сказанного следует, что мир «темного вещества» чужд миру «светлого» в силу отсутствия организации, отчего «темный мир» представляется этаким холодным древним хаосом, о присутствии которого во Вселенной догадывались уже первобытные охотники.

Разделение громадного «темного» и крохотного «светлого» миров началось 13,(3) млрд лет назад, когда чередование событий измерялось мельчайшими планковскими квантами времени, меньше которых не существует единиц измерения времени по квантово-механическим причинам, – это 5,4 × 10–44 с. На заре нашего мира Вселенная пребывала в форме сингулярности (см. разд. 1.3). Затем она распалась на суперточки (см. разд. 1.1), которые превратились в трепещущие суперструны, что явилось первым проявлением термодинамики во Вселенной. Термодинамика – это наука о динамических состояниях макроскопических систем, и на заре времен начало им было положено хаотичным биением юных суперструн, рождающих закон неубывания энтропии (см. разд. 1. 4).

Отталкиваясь друг от друга, суперструны начали расходиться во все стороны, а новорожденная Вселенная стала расширяться и, соответственно, остывать. До момента 10–43 с после Большого Взрыва четыре основных физических взаимодействия (гравитационное, слабое, электромагнитное, сильное) проявлялись на одинаковых дистанциях и были неразличимы по эффектам (т. е. пребывали в состоянии Великого Объединения). Затем рост дистанций между суперструнами обособил гравитацию. По той же причине в момент 10–35 с после Большого Взрыва отделилось сильное взаимодействие, и Вселенная перестала склеиваться глюонами, переносчиками самого мощного – сильного – взаимодействия. В результате Вселенная взрывообразно вздулась. Эта стадия раздувания Вселенной (инфляция) заняла 10–35/10–34 – 10–32 с после Большого Взрыва, когда Вселенная выросла в 1050 раз [34; 67; 68; 373; 388; 389; 390; 512; 532]; cp. [448]. (Поясним при этом, что разделение фундаментальных физических взаимодействий по мере расширения и остывания Вселенной происходило потому, что для каждого из них характерны определенные дистанции проявления: в крохотной Вселенной они неразличимы, а в расширившейся заявляют о себе во весь голос.)

В эпоху 10–32 – 10–6 с после Большого Взрыва Вселенную наполнял кварк-электронный бульон. Через 1 с после Большого Взрыва состоялось разделение электромагнитного и слабого взаимодействий, и началось образование протонов. Спустя 100 тыс. лет после Большого Взрыва Вселенная все еще выглядела как смесь вещества и излучения (фермионов и бозонов). С возникновением нейтронов появились атомы (гелия, дейтерия, лития – 0,5 млн лет после Большого Взрыва [547]). Наступило разделение вещества и излучения – Вселенная стала прозрачной, как в настоящий момент. Из затравок, обусловленных колебаниями плотности вещества, зародились протосверхскопления, которые через 200 млн лет после Большого Взрыва [547] превратились в сверхскопления галактик. Разделенные колоссальными пустотами, они стали каркасом ячеистой крупномасштабной структуры Вселенной [41]. Обособление «темного» вещества от «светлого» произошло еще в ходе раздувания Вселенной, когда щупальца взаимодействий тяжелых суперчастиц перестали доставать до юрких, легких элементов «светлого» вещества.

Схема нынешней Вселенной видится следующим образом (рис. 2). В ее центре висит Великий Аттрактор (Абелль 3627), окруженный шестилучевым надсверхскоплением галактик, часть которого является агломератом Рыб – Кита (куда входят сверхскопления галактик Волосы Вероники, Гидра – Кентавр, Персей – Рыбы, Рыбы – Кит; поперечник этого образования достигает 1,2096 млрд светолет, масса 1017 – 1018 солнечных масс [759; 783]). Другая часть надсверхскопления связана с волокном Персей – Пегас протяженностью 912,8 млн светолет [177; 759]. Во все стороны от агломерата Рыб – Кита разбегаются пустоты того же поперечника, по десятку в каждом направлении. В их стыки вкраплены надсверхскопления галактик вроде нашего агломерата Рыб – Кита, только сильнее разреженные и менее массивные. Речь, разумеется, идет об идеализированной схеме – в реальности она причудливо искажена, разнообразится пустотами меньшего масштаба [411] и т. д.

 

 

Рис. 2.   Принципиальная схема строения анизотропной Вселенной, имеющей расширяющуюся периферию и центр, совпадающий с древним эпицентром Большого Взрыва. Условно обозначены: + центр Вселенной, отвечающий Великому Аттрактору, или скоплению рентгеновских галактик Абелль 3627; его окружает ромбическая область агломерата Рыб – Кита, где находится × Галактика Млечный Путь с нашей Солнечной системой; поперечник агломерата Рыб – Кита достигает 1,2 млрд световых лет; О – пустоты, лишенные вещества, из которых в основном состоит Вселенная; вещество имеется лишь на границах пустот и в ромбических пазах между ними; поперечник одной пустой полости в среднем составляет 1,2 млрд светолет, что предполагает радиус Вселенной в 13,(3) млрд светолет; × Галактика Млечный Путь лежит на 303 млн светолет к «северу» от Абелля 3627; ∞ – окружающий Вселенную гипотетический Вечно Изменяющийся Мир, породивший ее 13,(3) млрд лет назад

 

Идея анизотропной Вселенной, располагающей конкретным центром, выглядит революционной лишь на первый взгляд. В действительности никакой другой Вселенная быть и не могла. В самом деле, общепризнанная космогония исходит из того, что Вселенная родилась в Большом Взрыве. Но всякий взрыв располагает эпицентром. Несомненно, он имелся и у Большого Взрыва. В таком случае расширение Вселенной происходило относительно этого эпицентра, который и является полноценным центром Вселенной. В сущности, мы всего лишь конкретизировали его местонахождение, отождествив таковое с небесными координатами Великого Аттрактора.

Представленная выше картина макромира позволяет единообразно разрешить самые острые парадоксы новейшей астрофизики. К ним относятся нарушения закона Хаббла удаленными квазарами и сверхновыми звездами, откуда в конечном счете следует, что либо Большого Взрыва никогда не было, а следовательно нет и закона Хаббла, либо Вселенная в десять раз древнее, чем полагают, и тогда львиная доля космогонии (астрофизической науки о происхождении Вселенной) подлежит забвению… Попробуем детально разобраться с этими бедами.

Закон Хаббла подразумевает, что в расширяющейся Вселенной скорость удаления галактик, например от нашего Млечного Пути, пропорциональна расстоянию этих галактик от нас. Так происходит не потому, что Млечный Путь занимает исключительное место во Вселенной, а потому, что Вселенная повсеместно как бы раздвигается. Из-за этого одновременно растут расстояния между всеми галактиками, эти расстояния в наших глазах складываются, и нам закономерно кажется, что ближайшая галактика удаляется со скоростью Х, вторая по удаленности – со скоростью 2Х, третья – 3Х и т. д. Изящество и простота закона Хаббла покорила астрофизическую науку.

Связанная с ним сложность всегда состояла в том, что никак не удавалось однозначно определить абсолютную скорость, с которой расширяется Вселенная. Мы точно знаем, какая из галактик удаляется от нас быстрее, но с какой именно скоростью – не знаем. Это происходит потому, что астрономам нелегко определить точные расстояния до других галактик. В результате всякое очередное определение какого-либо из этих расстояний тут же приводит к оглашению новой величины для скорости расширения Вселенной, т. е. для постоянной Хаббла, о разбросе величин которой говорилось выше.

Можно задаться вопросом: имеет ли это обстоятельство мировоззренческое значение? Ответ состоит в том, что, не зная постоянной Хаббла, мы не узнаем возраста Вселенной. Не зная возраста Вселенной, мы не поймем, как она строилась. Не понимая, как она строилась, мы не поймем, что ее ждет. Для космической цивилизации, в которую постепенно превращается цивилизация человеческая, такое положение вещей неприемлемо. Кроме того, нам интересно было бы узнать, как устроен небесный мир…

Методика расчета центра Вселенной (см. выше) привязывает постоянную Хаббла к дистанции от этого центра. В радиусе до 0,6 млрд светолет от вселенского центра Хабблова постоянная убывает пропорционально кубу расстояния от 105 км/с на мегапарсек (в 33 млн свето-лет от центра Вселенной) до 39,8 км/с на мегапарсек. Это укладывается в разброс постоянной Хаббла 39–105 км/с на мегапарсек, полученный для измеряемой части Вселенной, которая оценивается в 0,5 млрд све-толет [605; 657; 830]. С удалением в 5 млрд светолет от центра Вселенной H 0 убывает до 19,6, т. е. наполовину против своих минимальных эмпирических величин, и начинает нарушать закон Хаббла, требующий, чтобы с удалением постоянная Хаббла росла, а не падала. Однако наши теоретические выводы (см. приложение 7) согласуются с фактическими данными.

Для исследования космических глубин Вселенной используются своего рода космические маяки: сверхновые звезды и квазары (квазизвездные объекты). Сверхновая звезда – это колоссальная звездная вспышка, когда звезда выгорела, перестала разбухать от излучения и температуры, стремительно сжалась и катастрофически взорвалась от скачка гравитационной энергии или от термоядерной реакции в своем вырожденном углеродном ядре (исследования в этой области еще продолжаются). Максимальный блеск взрыва у сверхновых звезд типа I удерживается около недели, а у сверхновых типа II – около 20 дней. Квазар же – это ядро чрезвычайно активной галактики с «черной дырой» (сколлапсировавшей звездой) в центре (исследования продолжаются). Использующие гравитационную энергию своих «черных сердец» квазары исключительно ярки.

Зона распространения квазаров лежит в 0,25–12 млрд световых лет от нас. Поэтому половина квазаров находится в области нарушения закона Хаббла согласно нашим представлениям. Удаляющиеся от нас объекты имеют искажения в своих спектрах, называемые красным смещением: чем выше скорость удаления, тем больше красное смещение. Статистический анализ красных смещений квазаров показывает, что они наполовину не подчиняются закону Хаббла [591; 592]. Удаленные сверхновые звезды типа Ia, чей возраст превышает древность Земли (4,51 млрд лет), также нарушают закон Хаббла [615; 645]. Проще говоря, удаленные квазары и сверхновые звезды улетают от нас гораздо медленнее, чем ожидалось. При этом их удаленность говорит о древнем возрасте, поскольку свет от них идет к нам в среднем около пяти млрд лет.

Это открытие привело исследователей к прямолинейной мысли о том, что в древности скорость расширения Вселенной была заметно ниже нынешней (т. е. свойственной окрестностям нашей Галактики), а теперь она увеличилась под влиянием некой «отталкивающей силы» [356–359; 516; 610], обусловленной загадочной «темной энергией» [200; 302; 474; 475; 617; 789]; cp. [837]. Сторонники этой концепции экстраполируют торможение в расширении Вселенной в глубь времен и автоматически приходят к выводу, что Вселенная старше 150 млрд лет.

Подобный вывод неприемлем, поскольку за такой огромный срок сменяющие друг друга поколения звезд могли успеть десятикратно переработать все исходное вселенское вещество на тяжелые элементы, так что мы жили бы в мире без водорода, гелия и прочих легких элементов, чего не наблюдается. Кроме того, с физической точки зрения представляется противоестественной картина, когда продукты Большого Взрыва поначалу разлетаются вяло, а потом ни с того ни с сего в нарушение законов сохранения набирают скорость. Физическая наука подобных взрывов не знает. По-видимому, концепция «отталкивающей силы» и «темной энергии» не продумана.

На наш взгляд, падение постоянной Хаббла на периферии Вселенной носит не временной, а пространственный характер. Поскольку объем Вселенной с удалением от вселенского центра растет как куб расстояния, разбегание ее вещества должно тормозиться в той же прогрессии. На самом краю Вселенной постоянная Хаббла опускается до 14,2 км/с на мегапарсек безо всякого влияния какой-либо дополнительной энергии, в том числе и «темной». По той же причине местная плотность вещества там (Ωloc = ~ 0,226) сокращается не потому, что Вселенная «открыта», а в силу того, что она подчиняется элементарным требованиям стереометрии. Эти обстоятельства выявляются именно в анизотропной модели Вселенной (с центром и периферией). Изотропная (однородная) модель таких возможностей не дает.

Завершая обсуждение анизотропной модели Вселенной, мы вынуждены добавить несколько «апокалиптических» штрихов. Если агломерат Рыб – Кита уже целиком захвачен гравитонами Великого Аттрактора (а это вероятно), то процесс стяжения агломерата к центру Вселенной должен был начаться еще 605 млн лет назад, когда наш мир достиг возраста 12,73 млрд лет. В то время скорость его расширения на периферии (14,4 км/с на мегапарсек) упала впятеро против центральных областей и перестала нейтрализовать их стягивающее гравитационное влияние. В результате начался Большой Коллапс Вселенной. (Заметим в скобках, что это обстоятельство отличает ее от испаряющихся «черных дыр» [79, с. 291–296], с которыми Вселенная сравнивается в теории «пространственно-временной пены», см. гл. 1.3.) Ожидаемое время жизни Вселенной в общей сложности займет 25,5 млрд лет, свыше половины которых пройдено (см. приложение 7). Таким образом, известному нам миру осталось каких-то 12,124 млрд лет существования…

 

Сингулярность

 

Породившая Вселенную космологическая сингулярность, имея размерность порядка планковской длины, характеризовалась планковской энергией εPl = 4,64 × 10114 эрг/см3 и кривизной пространства-времени |R iklm R iklm | ~ = 1,47 × 10131 см-4. Обладая плотностью не меньше планковской ρPl = 5,16 × 1093 г/см3, этот объект развивал настолько мощное поле тяготения, что останавливал для себя течение времени. С ним ничего не происходило. Поэтому следует считать, что момент его рождения совпадал с моментом его гибели (т. е. с распадом в Большом Взрыве; см. разд. 1.7).

Конечно, всякому пытливому уму мало знать сухие цифры, характеризующие объект, породивший Вселенную. Как же выглядела сингулярность? Ответ на этот вопрос дать крайне трудно. Не имея биографии во времени (поскольку оно стояло), сингулярность провела свой моментальный век, чуть обозначившись. Со стереометрической точки зрения ее форма едва ли могла развиться дальше элементарной точки, о которой нечего сказать. Кроме того, она была невидима – это совершенно несомненно, и вот почему.

Сингулярность напоминала «черную дыру», звезду, провалившуюся внутрь себя за гравитационный радиус, чрезвычайно уплотнившуюся и не выпускающую из себя даже света (что делает ее невидимой). Эти вероятные черты сингулярности привели к идее так называемой пространственно-временной пены [405; 140; 373, с. 47], согласно которой мироздание представляет собой скопище «черных дыр», то вспухающих, как наша Вселенная в прошлом, то опадающих, как она же в будущем. Недостаток этой идеи состоит в том, что она полагает для необозримого мироздания частные особенности нашего мира, что не выдерживает критики. Не исключено, что ближайшие к нашей Вселенной области Мироздания и впрямь наполнены «пространственно-временной пеной», однако остается вопрос: что находится за ее пределами? Подобная философская сторона проблемы выходит за рамки физики, но не является неразрешимой (см. разд. 1.7).

Самая поразительная особенность сингулярности заключалась не в ее физических параметрах, которые вполне осознаваемы. Труднее вообразить себе акаузальность (независимость от причинности), несомненно присущую сингулярности. Поскольку время для сингулярности стояло, события не происходили, а наши физические законы не выполнялись, то и не было никаких условий для действия закона причинности. Для его осуществления требуются течение событий и принципы сохранения. В сингулярности последние господствовали, однако первое отсутствовало. Здесь сразу же возникает новый парадокс. Господство принципов сохранения не должно было допустить распада сингулярности по соображениям каузальности (причинности). Однако парадокс состоял в том, что в сингулярности причинно-следственный закон не действовал, и потому она беспрепятственно распалась.

Может показаться, что рассуждения о причинности лишь запутывают проблему происхождения сингулярности вместо того, чтобы ее прояснить. Однако далее (см. разд. 1.7) мы увидим, что все обстоит как раз наоборот, хотя отнюдь и не просто.

 

Энтропия

 

Сингулярность являлась предельно упорядоченным объектом. Данное утверждение требует отдельного комментария. Упорядоченность – это повторяемость в состоянии объектов (в их размещении, динамике, симметрии и т. д.). Иными словами, упорядоченность предполагает множественность объектов. Сингулярность же (от лат. singularis – «одиночный») по самому своему понятию мыслится как «единичный» объект. В данном конкретном случае о его упорядоченности приходится говорить на том основании, что сингулярность послужила архетипом (образцом) для сонма суперструн, образующих Вселенную. В них она повторяется. Во всяком случае, о беспорядочности сингулярности вообще не приходится говорить.

Следовательно, распавшись и превратившись в расширяющуюся Вселенную, предельно упорядоченная сингулярность перешла в менее упорядоченное состояние. Отсюда следует, что ее энтропия (проще говоря, хаотичность) как замкнутой системы возросла. Это стало исходным воплощением Второго начала термодинамики в нашей Вселенной, которое означает [15], что всякая энергия в природе стремится перейти из более организованного состояния в менее организованное (тепловое, хаотичное) и что энтропия любой замкнутой системы со временем увеличивается (вернее, не убывает).

Вселенная представляется замкнутой системой (см. разд. 1.2). Разойдясь на бульон из суперструн, былая сингулярность избавилась от своей сверхплотности и от соответствующих ей релятивистских ограничений на течение событий и времени. Вселенная зажила во времени, которое применительно к столь высокому уровню явлений определяется как мера энтропии; ср. [146, с 211; 263]. Данная дефиниция согласуется с предшествующей (время – дистанция между событиями; см. разд. 1.1), поскольку вселенское время разворачивалось по мере расширения Вселенной и роста в ней общей энтропии. Однако расширение Вселенной – это и есть расширение дистанции между вселенскими событиями, в соответствии с чем расширялись и масштабы времени – в полном согласии с дефиницией для квантового мира (см. разд. 1.1), где сжатие суперструн от больших скоростей сопровождается сокращением амплитуд их колебаний и приличествующим сокращением масштабов времени, т. е. его торможением. Проще говоря, элементарная частица сокращается – время тормозится, Вселенная расширяется – время ускоряется. Мы видим согласованную картину на уровнях микро– и макромира.

Таким образом, сразу после Большого Взрыва в младенческой Вселенной самопроизвольно зародилось одно из двух условий действия причинно-следственного закона: течение событий во времени.

 

Закон сохранения

 

Элементарные частицы (суперточки-суперструны), возникшие как копии точечной сингулярности, до сих пор пребывают в движении с релятивистскими скоростями. Это означает, что собственное время для каждой из них стоит (см. разд. 1.1). По этой причине суперструны сохраняют характерные энергии, массы покоя, барионные числа (это указание на принадлежность или непринадлежность частицы к миру кварков-барионов), электрические и цветовые заряды (последние позволяют кваркам избегать квантовых ограничений на кучность), спины (собственные угловые моменты количества движения) и другие фундаментальные качества. Следует иметь в виду, что при этом речь не идет о неотторжимости свойства от частицы, а о неуничтожимости свойства при обмене им частицами, что объясняется их релятивистским сном во времени.

В итоге мы приходим к существенному выводу, что законы сохранения действуют во Вселенной не по метафизическим (трансцендентным, потусторонним), а по физическим причинам: в силу того, что фундаментальные кирпичики мира, снующие по Вселенной с релятивистскими скоростями, попросту заморожены во времени и сохраняют свои качества потому, что вообще не меняются, пока не испытают воздействие извне. Более крупные материальные объекты (атомы, молекулы, физические тела) перенимают начала сохранения из микромира.

Здесь мы находим второе условие действия причинно-следственного закона, нуждающегося, помимо течения событий во времени, в законах сохранения на всех уровнях бытия.

 

Причинно-следственный закон

 

В первые мгновения жизни Вселенной сочетание законов сохранения с энтропийным течением событий ввело в наш мир каузальность. На ее крыльях по Вселенной заскользили многочисленные законы «второго эшелона», число которых велико, но не бесконечно. Вселенная вообще ограничена: число барионов (стабильных протонов) в ней исчерпывается 1078 [34, с. 61]. Ранняя Вселенная породила всего 4 или 5 базовых физических взаимодействий: гравитационное, сильное, электромагнитное, слабое и милли-слабое-сверхслабое (аксионы; см. разд. 1.1). Становление этих сил заняло первую секунду жизни Вселенной. Подобная скудость удивляет, поскольку степени свободы суперструн могли бы создать и более широкий спектр сил.

Запрет на их разнообразие был наложен крепнущим причинно-следственным законом, который благоприятствовал повторяемости явлений и сущностей и противодействовал их новациям. Устойчиво повторяющиеся связи явлений заблокировали расширение списка физических взаимодействий сверх 4 или 5 сил, успевших «пробиться» в первую секунду бытия. То же обстоятельство объясняет однообразную природу существующих физических взаимодействий, которые ограничиваются притяжением-отталкиванием и передачей фиксированного набора свойств, подчиняющихся законам сохранения (см. разд. 1.5). Добавим, что в первые 10–43 с жизни Вселенной все силы были неразличимы в рамках Великого Объединения, т. е. исходное разнообразие мира выглядело совсем скромно. Мы видим, что относительная бедность и значительное однообразие физического бытия не являются какой-то случайностью природы – напротив, эти универсальные особенности кропотливо «выкованы» причинно-следственным законом на заре нашего мира.

Словно задыхаясь в тисках закона причин и следствий, Вселенная создала над суперструнами надстроечный мир из нуклонов, атомов, молекул и физических тел, подчиненных законам классической механики и химии. Причинно-следственный закон возобладал и здесь. Поэтому число оригинальных фундаментальных зависимостей макромира тоже ограничено. Если говорить об обобщениях высшего порядка, то в химии можно назвать периодический закон Менделеева, учитывающий всего 94 заметно стабильных элемента (от водорода до плутония). В астрофизике закон всемирного тяготения обусловливает формирование звезд, звездных систем, галактик и их скоплений. В математике мы имеем Грандиозную теорему конечных простых групп [30; 31], обнимающую все мыслимые множества вещей в природе. Планетарная геология земного типа описывается глобальной тектоникой плит (см. разд. 2.2). История жизни подчиняется дарвиновской теории естественного отбора, а эволюция не чужда направленности (см. разд. 2.3). Развитие материальной и духовной культуры людей также подчинено единому началу (см. гл. 3).

Мы вправе сделать важный вывод относительно происхождения уровней организации материи. В самом деле, почему материальный мир не ограничился уровнем микромира? Физике известны механизмы, позволяющие суперструнам формировать последовательные уровни организации макромира. Но что заставляет их работать? Вопрос этот имеет философский характер и требует ответа.

Из всего вышесказанного следует одна вероятная версия. Мы привели доводы в пользу того, что причинно-следственный закон в силу самой своей природы довольно негативно влиял на разнообразие Вселенной с первых мгновений ее существования. Поэтому основы микромира крайне ограничены в наборе. Стихийно движущиеся суперструны «искали» разнообразия за пределами своего уровня и последовательно выстраивали атомный, молекулярный и макроуровневые этажи. Это происходило потому, что на каждом этаже причинно-следственный закон создавал «драконовские» ограничения на разнообразие, и суперструнам приходилось взбираться все выше и выше по уступам бытия. Это обстоятельство объясняет, почему наш мир вообще подвержен тенденции к прогрессивному развитию вверх, при том, что вширь он жестко ограничен. Мы имеем в виду тот факт, что, вопреки казалось бы естественному порядку вещей, окружающее нас бытие не бесконечно разнообразно, а совсем наоборот. В итоге мы можем видеть, что закон причинности не только регулирует системность в поведении Вселенной, но и обусловливает ее фундаментальную фактуру (уровни элементарных частиц, атомов, молекул, физических тел, астрофизических образований, а также живой природы и человеческого общества).

В дальнейшем (см. разд. 1.8) мы увидим, что под влиянием каузальности сами законы природы подчиняются определенной матрице архетипов, среди которых преобладают принципы двойственности, симметрии, цикличности (симметрии во времени), асимметрии, иерархии. И это не так абстрактно, как кажется на первый взгляд.

 

Мироздание за пределами Вселенной

 

Мы подошли к наиболее интересной странице обзора физического мира. Негласно всегда считалось, что вопрос о природе Мироздания за пределами нашей Вселенной лишен смысла. Такая позиция зиждилась на изотропной модели космоса. Действительно, если Вселенная повсеместно однородна, то она не может иметь границ и каких-то «запредельных территорий». Изотропная Вселенная мыслилась как замкнутое на себя образование наподобие поверхности шара, по которой можно блуждать бесконечно, но при этом нельзя достигнуть края. Предполагалось, что Вселенную так искажает собственная гравитация, и в свете положений теории относительности это вполне возможно.

В настоящее время положение дел изменилось. Выше мы привели ряд фундаментальных фактов, в свете которых привлекательной становится анизотропная модель Вселенной с центром, периферией и, соответственно, внешними границами. При этом пограничная плотность вещества Вселенной автоматически оценивается как низкая. Она не способна обеспечить гравитационную замкнутость нашего мира на себя в том смысле, о котором говорилось выше. Отсюда следует, что край нашей Вселенной представляет собой стандартные границы определенной физической системы, за пределами которых расположены иные физические системы. В результате мы сталкиваемся с необходимостью ответить на вопрос: что может лежать за этими границами, и от каких физических систем они нас отделяют? Наблюдательные данные на этот счет пока отсутствуют, и на первый взгляд кажется, что вопрос по-прежнему не имеет практического смысла. Однако пессимизм такого рода неоправдан. Если за пределами нашей Вселенной имеется некое Мироздание, то оно неизбежно должно было наложить определенный отпечаток на наш мир. Задача состоит в том, чтобы вычленить и истолковать этот отпечаток, и мы рискнем за это взяться, прибегнув к фактам и логике.

Сингулярность не знала причинно-следственного закона. Отсюда вытекает, что породившее ее Мироздание относилось к причинности «без сердца». Положение дел в нем было на тот момент произвольным, и оно где подчинялось, где не подчинялось каузальности. В результате свойства подобного Мироздания варьировались бы в неограниченных пределах. Это был бы мир вечных превращений, Вечно Изменяющийся Мир (ВИМ). Диалектические особенности нашей Вселенной надо расценивать как его реликты.

Этот вывод уже перспективен, поскольку, несмотря на то что Гераклит Эфесский открыл диалектические свойства мира 2500 лет назад [104, с. 176–257], о происхождении диалектики природы и по сей день не известно ничего. В основе гераклитовского учения лежало представление о том, что существующие формы вещей являются их крайними состояниями, а подспудно все без исключения варианты объектов способны плавно перетекать друг в друга, в том числе в противоположные себе варианты. Например, прямые и кривые линии с очевидностью противоположны друг другу. Однако в больших масштабах их отрезки неразличимы. Горячее становится холодным, сухое – влажным и т. д. Почему мир устроен именно так, не ясно. Однако, если диалектика природы является отголоском ВИМа, где из минусов могли бы беспричинно вытекать плюсы в силу необязательности строгой причинности, то все становится на свои места. Подчеркнем, что своими силами наша Вселенная, подчиненная причинно-следственному закону, никогда не произвела бы противоречивую диалектику. Значит, ее источник действительно лежит вне нашей Вселенной, и это косвенно подкрепляет гипотезу Вечно Изменяющегося Мира, пропитанного контрастами.

Обладая чересполосицей то сравнимых, то несравнимых свойств, ВИМ не мыслится как единое целое. В противоположность нашей однообразной Вселенной, он обязательно распался бы на враждебные области, домены, внутри которых господствовали бы собственные логики или алогичности, несопоставимые с соседскими. Поэтому общая структура ВИМа представляется ячеистой, а ячеистость нашей Вселенной – наследием, полученным от ВИМа. Эти допущения позволяют составить некоторые представления относительно доменов ВИМа, непосредственно породивших Вселенную. По-видимому, из ВИМа происходят краеугольные свойства мира, не находящие объяснения внутри нашей Вселенной (т. е. конкретная скорость света и постоянная Планка, необходимые для фундаментальных расчетов в квантовой механике).

У нас стремительность взаимодействий любых объектов ограничена потолком скорости света. Можно представить, что в Вечно Изменяющемся Мире, бесконечном по возможностям, нашелся бы домен с неограниченными темпами контактов своих объектов. В подобном домене все представимые события произошли бы моментально, и больше ничего не случалось бы. Тогда сложилась бы область вечного покоя, напоминающая нашу сингулярность до ее распада.

Мыслится и домен другого типа. В нашей Вселенной дробность размерностей, масс, единиц времени, плотности и энергии определяется постоянной Планка и не углубляется ниже ее пределов. Это обстоятельство объясняет, почему все объекты нашей Вселенной обладают относительно устойчивыми формами и не подвергаются бесконечному дроблению (ср. гл. I, 1 о «демиурге»), что можно присовокупить к списочному составу антропного принципа [78], предполагающего фундаментальные константы нашего мира в вариантах, благоприятных для зарождения жизни во Вселенной.

В ВИМе мог бы существовать домен, в котором не существует ограничений на квантование вещей, а их составляющие способны быть бесконечно малыми. Поскольку реальная бесконечность недостижима, этот домен пребывал бы в процессе вечного дробления, которое никогда не завершится.

Теперь представим, что домен бесконечных скоростей соприкоснулся с доменом бесконечной дробности. В силу несопоставимости их свойств, взаимопроникновения областей не наступило бы, и они тут же отошли бы друг от друга, оставив точечный след контакта. Этот след обладал бы смешанными свойствами, извлеченными частью из одного, частью из другого домена, а также из самого их взаимодействия, осуществившегося в виде последовательного притяжения и отталкивания, что стало характерно для суперструн нашего мира, поскольку в описываемых событиях мы предполагаем его начало в виде точечной сингулярности.

Сингулярность как след доменного контакта пришла бы в колебательное движение, характерное для суперструн. Его амплитуда принялась бы расширяться, догоняя отступающие домены. Наследуя дробность одного из них, сингулярность колебалась бы с мириадами степеней свободы, расширяющихся в разных пропорциях. Самые убористые породили бы суперструны. Более пространные – вселенскую мировую поверхность виртуальных частиц. Промежуточные – образования крупномасштабной структуры Вселенной, несущие приметы развернутых измерений Первовселенной (см. разд. 1.1). Крохотные обитатели такого мира (т. е. люди) констатировали бы, что живут внутри расширяющейся Вселенной.

От родительских областей ВИМа Вселенной достались бы средние величины скоростей взаимодействия и дробности, которые мы связываем со скоростью света и постоянной Планка. Они должны содержать указания, почему через 12,73 млрд лет после Большого взрыва расширение стало сменяться сжатием под влиянием истончения мировой поверхности и побеждающей внутренней гравитации. Поясним причину, по которой нашей Вселенной достались средние величины скоростей взаимодействия и дробности материи.

Скорость света в пустоте ограничена противодействием, встречаемым фотонами со стороны виртуальных частиц (см. разд. 1.1): чем их больше на единицу объема пространства, тем ниже предельная скорость света. Количество виртуальных частиц зависит от частоты их спонтанного рождения, а та, в свою очередь, определяется планковским квантом времени, поскольку виртуальные частицы не могут возникать чаще, чем раз в планковский квант времени. Если последний почему-либо сократится, виртуальные частицы станут рождаться чаще, а скорость света упадет из-за их возросшего противодействия.

Величина планковского кванта времени положительно зависит от постоянной Планка (кванта действия): чем она меньше, тем меньше и планковский квант времени. Одновременно возрастает средняя частота спонтанного рождения виртуальных частиц, а скорость света, наоборот, снижается. Отсюда следует очевидный вывод, что скорость света в пустоте пропорциональна постоянной Планка, а их соотношение отвечает некой мировой константе, которую еще предстоит определить.

Высказанные предположения поддаются экспериментальной проверке. На стадии расширения и разуплотнения Вселенной сопротивление мировой поверхности фотонам падает, а скорость света закономерно возрастает. Напротив, на стадии сжатия и сгущения Вселенной сопротивление мировой поверхности нарастает, а скорость света, соответственно, снижается. Следовательно, долговременная серия точных определений локальной скорости света в окрестностях Земли может эмпирически показать, в какой Вселенной мы живем: в еще расширяющейся или в уже сжимающейся.

Поскольку агломерат Рыб – Кита, в котором находится Земля, явно сжимается вокруг Великого Аттрактора (см. разд. 1.2), можно предсказать, что локальная скорость света в агломерате будет снижаться. Пропорционально сократится и постоянная Планка. Эмпирическая оценка нашего предсказания – вопрос времени. При этом следует помнить, что за пределами агломерата Рыб – Кита Вселенная все еще по инерции расширяется, и там скорость света и постоянная Планка по-прежнему растут. Проще сказать, что там, где во Вселенной преобладает фиолетовое смещение в спектрах галактик, свидетельствующее об их сближении (агломерат Рыб – Кита, окрестности Великого Аттрактора), скорость света и постоянная Планка убывают, а там, где во Вселенной доминирует красное смещение в спектрах галактик, свидетельствующее об их удалении (Вселенная за пределами агломерата Рыб – Кита), скорость света и постоянная Планка, наоборот, прибывают.

Из сказанного, между прочим, следует, что в древности скорость света во Вселенной была ниже нынешней, а впоследствии возросла. Это должно создавать впечатление, что прежние расстояния между астрономическими объектами превышали теперешние, а красные смещения от удаляющихся галактик выглядели бледнее современных, что в сумме создало бы впечатление более медленного расширения Вселенной, нежели это присуще ей в наши дни. Такое положение вещей дает мнимые факты в пользу идей об ускорении расширения Вселенной с течением времени, об «отталкивающей силе» и «темной энергии» (см. разд. 1.2). Однако, как представляется нам, в основе перечисленных явлений лежат совсем другие причины.

Связь постоянной Планка с величиной скорости света сложилась, по всей видимости, на заре времен. Например, если бы названные величины проистекали от соприкосновения доменов ВИМа, то бесконечно большая скорость взаимодействий одного из них, столкнувшись с бесконечной дробностью материи и бесконечно малым квантом действия другого домена, – эта бесконечно большая скорость взаимодействий автоматически упала бы до конечных значений, так как стала бы измеряться в бесконечно малых величинах планковских длин. Это отвечало бы схеме, в соответствии с которой прежде скорость света была N бесконечно больших планковских длин в секунду, впоследствии грозила стать N бесконечно малых планковских длин в секунду, но закономерно сделалась N средних планковских длин в секунду, что идентифицируется нами как конкретная скорость света в пустоте (299 792 ± 0,4 км/с). Параллельно произошел бы автоматический рост планковской длины и планковского кванта времени от бесконечно малых величин до более существенных, что выразилось бы и в подъеме бесконечно малой постоянной Планка до заметных значений, идентифицируемых нами как наличный квант действия.

Эти зависимости, объясняя взаимосвязанную конечность скорости света и постоянной Планка, свидетельствуют в пользу нашего понимания генезиса Вселенной из Вечно Изменяющегося Мира в результате столкновения его доменов с указанными неограниченными свойствами (с бесконечно большой скоростью взаимодействий и с бесконечно малым квантом действия).

Разбег доменов ВИМа как причина расширения Вселенной – привычная нам условность. В реальности Вселенная испаряется по направлению к удаляющимся доменам ВИМа примерно в силу тех же причин, по которым ветер высушивает и охлаждает некую поверхность. Его дуновения вводят в контакт ненасыщенный и прохладный воздух, который поддерживает испарение с поверхности контакта и ее остывание. Окружающие нас домены ВИМа тоже обновляются ежесекундно: в одном случае из-за неограниченно быстрых взаимодействий, в другом – из-за неограниченно глубокого дробления своей фактуры.

Наследие, полученное от краткого контакта этих доменов, представлено в нашей Вселенной геометрией и основными константами. Два измерения вселенской геометрии – это площадь контакта доменов ВИМа, а третье измерение – направление движения наших границ вслед за расходящимися доменами, засасывающими нас и вызывающими вселенское расширение. Основные константы нашего мира – это средние величины бесконечно больших скоростей взаимодействий и бесконечно малых масштабов дробления материи. Они дали, соответственно, планковскую длину как поперечник площади контакта доменов ВИМа и скорость света как быстроту начального расширения Вселенной. Первое запечатлено в вероятной размерности сингулярности, а второе – в вероятной скорости разбегания границ Вселенной.

Первоначально было множество мод колебаний суперструн, однако причинно-следственный закон позволил уцелеть лишь некоторым, известным нам как наличные суперструны и их квантовые числа (свойства вроде масс, зарядов и пр.). Это обстоятельство служит одним из проявлений асимметричностей нашего мира (см. разд. 1.8).

Если Вселенная находится в недрах какого-то Вечно Изменяющегося Мира и ведет свое начало от его коллизий, то, как и прочие домены, она стоит там особняком. Отчужденность ВИМа исключает физическую связь с ним для нашей Вселенной. Единственное, что может обнаружить его реальность, – это расхождение скорости сжатия Вселенной со скоростью ее расширения, что указало бы на влияние внешнего Мироздания, ускоряющего процесс в случае близости домена неограниченных скоростей и замедляющего в случае соседства с доменом бесконечной дробности, препятствующей сплочению Вселенной.

 

Симметрия

 

Известные нам законы природы, на первый взгляд, чрезвычайно разнообразны, поскольку определяют жизнь весьма непохожих сфер действительности. Между тем, анализ выявляет их общее происхождение и гипотетически указывает на вневселенские корни. Законы природы делятся на динамические, осуществляющиеся однозначно, и статистические, выполняющиеся лишь в определенном проценте случаев, т. е. с известной вероятностью. Динамические законы можно рассматривать как те же статистические, реализующиеся с предельной вероятностью.

Статистические законы отражают альтернативность своих возможных проявлений и в этом смысле совпадают с диалектическим взглядом на мир как на единство противоположностей. Подобная двойственность действительности берет начало в бытии суперструн, которые в качестве волн имеют фазу и противофазу, а потому при взаимодействиях достигают либо ожидаемого, либо противоположного исхода (предсказуема лишь его вероятность). В свою очередь, волновое поведение суперструн повторяет фазу и противофазу контакта родительских доменов ВИМа, что выносит истоки диалектики и статистики за пределы нашего мира, как это видно и из других соображений (см. разд. 1.7).

Обладая фазой и противофазой колебаний, пара суперструн располагает четырьмя вариантами контактов между собой, происходящих с вероятностью в 25% (при учете девятизначных степеней свободы суперструн вариантов становится 324, однако мы опускаем эту громоздкую возможность). На деле может сложиться так, что суперструны случайно прореагируют между собой только одним мыслимым способом, обманув наши ожидания (т. е. нарушив математическое ожидание своего поведения). Теоретически подобная крайность не исключена.

Однако, если дать суперструнам время повторить взаимодействия множество раз (например, 10 тыс., или, так сказать, 100% в квадрате, как рекомендует теория вероятностей), они суммарно поведут себя в соответствии с математическим ожиданием (т. е. как предсказано). Это называется полной реализацией закона больших чисел, и дальнейшие эксперименты с суперструнами уже не принесут ничего нового.

Закон больших чисел является фундаментальной особенностью нашего статистического мира. Его природа обусловлена тем, что причинно-следственный закон не допускает крайностей. Он исключает их потому, что крайности нарушают исходный для него закон неубывания энтропии (см. разд. 1.4), который ведет Вселенную в целом к однородному (тепловому) состоянию, а не наоборот. Закон же больших чисел является математическим выражением того обстоятельства, что отклонения от среднестатистических результатов опыта маловероятны, как того и требует закон причинности, что позволяет выводить закон больших чисел из закона каузальности. Поясним сказанное примером. Допустим, мы 10 раз подбросили монетку. У нас, в принципе, может выпасть 9 «орлов» и 1 «решка». Однако, если повторить эту процедуру 10 тысяч раз, «орел» и «решка» наверняка выпадут у нас практически поровну. Это является классическим выражением закона больших чисел. Если вдруг выпадет 9999 «орлов» и 1 «решка», это будет вопиющим нарушением закона причинности, и он позаботился о том, чтобы ничего подобного не происходило. «Позаботился», конечно, в переносном смысле слова. Просто закон каузальности требует, чтобы в сходных условиях происходили сходные события, а отклонения от них исключались. Поэтому крайности при классических испытаниях закона больших чисел (множество сходных опытов) не наблюдаются.

Благодаря выполнению закона больших чисел крупные совокупности объектов ведут себя повторимо, устойчиво, что обеспечивает долговременную стабильность Вселенной и ее частей, где не наблюдается каких-то спонтанных отклонений от типичного положения вещей (что само по себе еще не обязательно). Это происходит потому, что поведение крупной совокупности объектов статистически равноценно поведению, скажем, пары объектов (или парного объекта), повторенному множество раз, где усматривается архетип проявления закона больших чисел (см. выше).

Недопущение крайних состояний в нашем мире (где даже замкнутые «черные дыры» испаряются) характерно для закона каузальности. Оно отражает гибридное происхождение Вселенной от столкновения пары доменов ВИМа, отличающихся крайностями, что в сумме дало нечто умеренное, наш мир, где крайнее, неповторимое «выпалывается» законом причинности, ибо его стихия – это устойчиво повторяющиеся связи вещей.

Там же усматривается происхождение естественного отбора, пронизывающего все сферы жизни нашей Вселенной. Естественный отбор есть та же дихотомия исхода опыта (по схеме «быть или не быть»), которая отличает и статистику: один вариант действительности выживает, а противоположный элиминируется. Естественный отбор разыгрался еще на заре физической Вселенной, когда взаимодействия в горячем бульоне суперструн вычеркнули из активной жизни суперчастицы и антивещество, а «темное вещество» изолировали от «светлого» во всех отношениях, за исключением сил тяготения. В этом отношении Вселенная напоминает живое существо; ср. [375]. Естественный отбор осуществляется везде, где присутствуют выбор и конкуренция. Он более всего известен в эволюционной биологии и экономике, но действует на уровне любых сущностей и явлений.

Двойственное устройство основ Вселенной предполагает, что каждому объекту в ней соответствует антипод или партнер, т. е. Вселенную пронизывают отношения симметрии. До момента 10–43 с после Большого Взрыва физические взаимодействия были симметричными, а нынешние частицы пребывали в окружении суперчастиц. Затем физическая симметрия пала. Однако она по-прежнему актуальна в сфере химии, где периодический закон построен на началах симметрии. В математике мы имеем Грандиозную теорему, чьи конечные простые группы выдержаны в духе симметрии. Это же наблюдается и всюду, где выдерживаются гармония и равновесие.

Симметричные взаимоотношения вещей распространились и на временну́ю сферу. Это выразилось в подчинении течения событий циклическим алгоритмам с повторами во времени, чему охотно благоприятствовал причинно-следственный закон, радеющий за повторяемость. Собственно, благодаря закону причинности во Вселенной сложились устойчиво повторяющиеся связи вещей, называемые законами природы, хотя ни на каких небесных скрижалях не написано, что это должно быть так – возможно, в иных доменах ВИМа связи вещей, законы выглядят иначе: например, как правила, запрещающие повторы. Как полагал еще Гераклит (см. Введение), цикличность распространилась на саму Вселенную, если та отвечает пульсирующей модели. Цикличным схемам подчинены геологическая тектоника плит, история климата и биоэволюция (см. разд. 2.2, 2.3), а также демографо-технологическая зависимость, действующая в истории социума (см. разд. 3.1). Эти подобия не случайны, ибо они созвучны каузальности.

Между тем, как отмечалось выше, сформировавшийся причинно-следственный закон стал систематически поддерживать часто повторяющиеся явления и искоренять их менее частотные противоположности. Это происходило естественным путем. Например, при остывании Вселенной до 1027К средние дистанции между суперструнами возросли, и тяжелые суперчастицы стали много реже участвовать во взаимодействиях, нежели обычные частицы. Первые вымерли явочным порядком, а вторые возобладали в результате естественного отбора. Во Вселенной восторжествовало асимметричное устройство физических частиц и полей. Сюда же относится элиминация антивещества и дискриминация «темного вещества». Асимметрия пронизывает все сферы бытия. В микробиологии мы имеем левоориентированные молекулы, причем асимметричность аминокислот, возможно, распространена космически, так как находит внеземные аналогии [252]. Вспоминается доминирование левого полушария головного мозга и правой руки у человека (см. разд. 3.2).

Асимметричные начала распространились на действительность через ее иерархическое устройство. Во-первых, бытие состоит из множества явлений, подчиненных относительно немногочисленным сущностям. Во-вторых, астрофизические объекты обращаются вокруг гравитационных центров и стремятся к Великому Аттрактору. В-третьих, в биологических и социальных сообществах рядовые индивиды группируются вокруг доминирующих особей. Если мы сравним структуру Вселенной с планом цивилизованного города, то в обоих случаях обнаружим сходное иерархическое устройство (см. рис. 2 и 10). Иерархия просматривается повсюду, где нечто множественное подчинено единому началу. Это правило не случайно – оно порождено причинно-следственным законом и является универсальным. Механика рождения иерархии из закона причинности состоит в следующем.

По преимуществу причинно-следственный закон стремится к унификации явлений «под одну гребенку». Поэтому в микромире поразительным образом господствуют типологически схожие суперструны, а в макромире – небесные тела двух-трех типов: звезды, планеты (газовые и твердые) и их обломки (кометы, метеориты и астероиды, к которым примыкают спутники планет). Химия зиждется на сотне элементов, а в социуме преобладает однородная толпа и т. д. В то же время на каждом уровне организации материи указанное однообразие создает тесноту, которая методом естественного отбора выдавливает явления на следующий уровень действительности, что и объясняет происхождение «многоэтажности» нашего мира (см. разд. 1.6). Так возникает наиболее общая форма иерархии: в данном случае – иерархия уровней организации материи. И на каждом уровне повторяется аналогичная процедура (а повторы – «любимая тема» каузальности). В результате иерархия опутывает отдельные этажи бытия. К вышеприведенным примерам можно добавить следующие. Биологические экосистемы организованы по модели пищевых пирамид (хищники – травоядные – растения), а человеческое общество «пропитано» иерархичностью. В результате причинно-следственный закон хитроумно сочетает поддержку однообразия с его иерархической организацией. И потому наш мир далеко не прост.

 

* * *

 

Как можно убедиться, современная физическая картина мира разительно отличается от представлений конца прошлого века. Радикальные изменения привнесены в нее открытием универсальной элементарной частицы (суперструны) и астрофизическими данными в пользу анизотропности Вселенной. Теоретическое объединение всех физических взаимодействий (Теория Всего Сущего) вот-вот исполнит мечту Калуцы и Клейна о построении единой Теории поля, но принять ее к сведению можно и нужно уже сейчас. Не за горами наступление астрофизиков на Метавселенную, предположительные пути которого мы не оставили своим вниманием. Высказывания о Вечно Изменяющемся Мире следует пока держать в резерве рабочих гипотез, и все же выдвинутые суждения о бытии наблюдаемой Вселенной основаны на фактах.

 

 

Глава 2

Земная жизнь

 

Судьбы человечества неотделимы от истории земной биосферы. Чтобы оценить свое место в мире, нам необходимо правильно понимать историю живого, однако в ней немало неясных и спорных страниц. Успехи эволюционной биологии и сопряженных с ней наук в прошлом веке заполнили множество «белых пятен» в летописи земной жизни, однако дискуссии по ее узловым моментам все еще далеки от завершения.

Мы рассмотрим здесь:

1) современные гипотезы относительно возникновения органической жизни и ее возможной связи с пребыванием Солнечной системы поблизости от центра Вселенной в эпоху биогенеза;

2) общие сведения о глобальной тектонике плит, суперконтинентальном цикле, его влиянии на историю климата, экологию и направленность биологической эволюции;

3) современные сведения об узловых пунктах биологической эволюции, массовых вымираниях и расцветах новых форм организмов, а также о просматривающихся за этим повторяющихся, закономерных чертах эволюционного процесса, который выражается в чередовании мобильных и маломобильных фаун под влиянием оледенений и межледниковий;

4) новейшие данные о возникновении предков человека как о закономерном эпизоде биологической эволюции на Земле, в которой наши пращуры, гоминины, выступили единственными представителями очередной маломобильной фауны млекопитающих, вызванной к жизни одним из кайнозойских потеплений.

 

Биогенез

 

Возраст нашей планеты достигает 4,55 млрд лет [805], а возраст Солнечной системы – 4,566 ± 0,002 млрд лет [395, с. 144]. В эпоху геогенеза (т. е. в период достижения Землей нынешней массы с металлическим ядром и примитивной атмосферой 4,51–4,45 млрд лет назад) расстояние Солнечной системы от центра Вселенной составляло 200,1 млн световых лет (при постоянной Хаббла в 57,4 км/с на мегапарсек и местной плотности Вселенной Ωloc= 0,918), а в эпоху гелиогенеза (т. е. в период формирования Солнца) расстояние нашего новорожденного светила от центра Вселенной не превышало 198,8 млн светолет (при H 0 = 57,5 км/с на мегапарсек и Ωloc= 0,92). Новорожденная Земля пребывала тогда в относительно близких и древних окрестностях центра Вселенной. Это астрофизическое обстоятельство весьма существенно для биогенеза.

Благодаря активному обмену веществом и энергией со средой живые системы устойчивы против Второго начала термодинамики. Они не только противодействуют росту энтропии внутри себя, но и генерируют порядок, т. е. создают негэнтропию. В этой связи встает вопрос: каким образом в расширяющейся Вселенной с растущей энтропией зародилась негэнтропийная жизнь? Проще говоря, живые существа не только умеют постоять за себя перед лицом множества стихий, но и воспроизводят себе подобных (генерируют порядок). Происхождение этих способностей предполагает некую «инкубацию» в тепличных условиях. Однако наша остывающая Вселенная никогда не обещала ничего комфортного в этом смысле.

Земной биогенез пока непостижим [681]. Возможно, жизнь принесена на Землю с другой планеты посредством странствующего небесного тела (кометы, астероида, метеорита) [282; 306; 754]; а также [189; 230; 251; 301; 562; 594]; cp. [525]. Паракодоновый генетический код изученных организмов старше классического [300], что может означать, что исходный код сложился вне Земли, а на Земле переадаптировался. Такой вариант развития событий мыслим, что не снимает вопроса о происхождении жизни, пусть и не на Земле.

На наш взгляд, не исключен следующий сценарий. На ранних стадиях эволюции Вселенной в ее центральных областях сохранялись реликты былой негэнтропии, оставшиеся от сингулярности, в то время как на периферии они рассеивались быстрее (параллельно падению постоянной Хаббла). Условия, благоприятные для зарождения жизни, отвечают среде горячих глубоководных источников с температурой 113° С и более [278; 342; 427; 446; 465; 484; 525; 594]; cp. [212; 339; 571; 614]. Подобная обстановка присуща подводным рифтам с высокими давлениями и кипящим химическим рассолом. Однако в наших океанах такие точки являются оазисами. Вероятность завоевания ими целой землеподобной планеты растет ближе к центру Вселенной, и вот почему.

В окрестностях центра Вселенной велика средняя плотность вещества (см. приложение 7) и, соответственно, значительны гравитационные силы, что сообщает землеподобным планетам данного региона более высокие давления атмосферы и гидросферы. Подобные условия поднимают температуру кипения воды. Внушительное планетарное тяготение сильнее разогревает недра планеты, вызывает бурную мантийную конвекцию (тепловое перемешивание) и активную тектонику плит с обильными рифтами (см. разд. 2.2). На планете с такими условиями формируется плотный океан, густо испещренный глубоководными рифтами, где химически насыщенные воды кипят при температурах, перекрывающих земные, что повышает шансы пребиотического твердофазового синтеза нуклеотидов и аминокислот на минеральных поверхностях [321; 427] – как полагают, существовал вариант самопроизвольного возникновения материала нуклеиновых кислот (дезоксирибонуклеиновых – ДНК ядра клетки, и рибонуклеиновых – РНК цитоплазмы) и аминокислот (строительных блоков для белков) благодаря каталитической помощи некоторых минеральных поверхностей. Планета указанного типа имела бы предпочтительные возможности для биогенеза.

Можно представить, как на заре Вселенной в звездных системах близ ядер галактик, превосходящих по возрасту шаровые скопления на 1–2 млрд лет [270, с. 25], или в самих шаровых скоплениях, поскольку ядра галактик с затравочной «черной дырой» в центре чересчур турбулентны, чтобы служить колыбелью жизни, – в какой-то планетной системе, парящей в центре Вселенной, на планете земной группы, отличающейся вышеописанными свойствами, зародилась органическая жизнь. Первоначально она могла существовать в виде «мира РНК» [353; 754], когда наследственные свойства организмов кодировались только рибонуклеиновой кислотой (РНК), а дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) еще ожидала своего часа. В известном смысле подобный мир напоминал бы планету вирусов, обходящихся одной РНК: у нас они паразитируют в клетках более сложных существ – там питались бы химическими рассолами.

Метеоритный материал с такой планеты мог бы перенести тамошние вирионы (закуклившиеся в белковую оболочку спящие вирусы) в Солнечную систему и основать «мир РНК» на Земле. Панспермия (космический посев жизни) мыслится и на стадии ДНК-содержащих бактерий.

Попав к нам, живой инопланетный материал угодил бы в нищенскую среду, тем более что молодое Солнце в гадейской эре (4,5–3,8 млрд лет назад) давало лишь 70% нынешних света и тепла. В инфракрасной (тепловой) части спектра недостача восполнялась парниковым эффектом за счет аммония в гадее, а впоследствии за счет метана и особенно двуокиси углерода [208; 450; 601; 691]. Чужеродной теплолюбивой жизни пришлось бы укрыться в оазисах глубоководных горячих источников. Для живых существ это было бы равносильно переселению из более продуктивной (жаркой) в менее продуктивную (просто горячую) среду, что закалило гипотетических мигрантов и подготовило их к земной эволюции вполне определенной направленности, зависящей от геологической и климатической истории планеты.

 

Геология

 

Сущность господствующей в геологии глобальной тектоники плит [65; 77; 96] заключается в следующем. Земля состоит из железо-никелевого, в основном железного ядра (16% объема и 1/3 массы планеты), которое окружено промежуточной оболочкой, мантией (около 2/3 массы планеты), а ее разуплотненный верхний слой, астеносфера, подстилает твердую земную кору, литосферу. Последняя разбита на огромные базальтовые блоки, литосферные плиты. В некоторые из этих плит впаяны обширные, менее плотные гранитные образования, представляющие собой поверхностные континенты. Дно океанов образовано более плотными базальтами.

Разогреваясь от радиоактивного распада расщепляющихся элементов, содержащее их мантийное вещество разуплотняется и всплывает, приводя в движение астеносферу, остывает и вновь погружается в недра Земли (это называется мантийной конвекцией). Текущая астеносфера тянет с собой блоки базальтовой коры. В местах, где они расходятся, вещество астеносферы поступает наружу, формируя срединно-океанические хребты с рифтами (центральными впадинами) и наращивая отступающие базальтовые плиты (поэтому ближе к хребтам они всегда моложе). Происходит раздвижение (спрединг) океанического дна. Противоположные края плит вслед за конвективными течениями погружаются в астеносферу и тают в мантии – при этом плита ныряет под встречную (субдукция). В мантии тонут лишь тяжелые, базальтовые части плит, а гранитные (континентальные) из-за меньшего удельного веса остаются на поверхности планеты и даже наращиваются легкими изверженными породами в местах субдукции (островными дугами вроде Курильских островов).

По своему происхождению все материки являются пакетами спрессованных островных дуг, наслоившихся друг на друга в течение 4,4 млрд лет плитовой тектоники на Земле. Континенты вместе с плитами медленно блуждают по поверхности планеты (континентальный дрейф). По ходу движения они сминаются в гигантские складки (горы вроде Анд). Сталкиваясь между собой, материки тоже сминаются, образуя горы (вроде Урала). Они могут спаиваться в более крупные континентальные образования, способные объединить даже все гранитные массивы в единый материк (Пангею, Мегагею и т. п.), который впоследствии раскалывается под действием мантийной конвекции и разъезжается осколками в разные стороны.

По существующим представлениям [589; 590; 418], данный процесс носит циклический характер. Примерно раз в 500 млн лет материковые массивы, перемещающиеся на своих базальтовых плитах, сближаются над нисходящими токами мантийной конвекции, сталкиваются и спаиваются горными поясами в единый суперконтинент. Его окружает безбрежный океан, базальтовое дно которого все время обновляется вследствие субдукции и спрединга. Сверхматерик душит нисходящий ток конвекции под собой и существует около 100 млн лет. За этот интервал происходит перестройка конвекции в мантии, и под суперконтинентом начинает скапливаться тепло, образуя восходящий ток конвекции. Как следствие, над восходящим током конвекции в сверхматерике закладываются рифты (тепловые трещины), и спустя 40 млн лет (140 от начала цикла) единый континентальный массив раскалывается. Родившиеся из его осколков материки начинают дрейфовать в разные стороны. Между ними возникают новые, молодые океаны (вроде Атлантического) с новым океаническим дном базальтовой породы (220 млн лет от начала цикла). Спустя еще 100 млн лет (320 от начала цикла) континенты максимально удаляются друг от друга.

Однако тяжелая базальтовая океаническая кора не может более 200 млн лет удерживаться на плаву над астеносферой (океанической коры старше 200 млн лет в современных океанах не известно, в том числе в «вечном» Тихом океане [204]). Максимальный возраст присущ базальтовой коре вдоль тыльных границ расходящихся материков. От старости она проваливается в мантию, тянет континенты на себя, и они приходят в попятное движение, поскольку конвекция уже перестроилась под влиянием обрушившейся океанической коры (420 млн лет от начала цикла). Материки начинают сближаться и в конце концов сталкиваются, образуя новый суперконтинент спустя 500 млн лет от начала цикла (цифры здесь ориентировочны). Затем все возобновляется, и часто на месте спаек материков (хотя и не всегда) зарождаются новые рифты, раскалывающие суперконтинент… Таким образом в суперконтинентальном цикле по 200 млн лет уходит на рождение и субдукцию дна молодых океанов, плюс около 100 млн лет на жизнь сверхматерика (что тоже ориентировочно).

Около 250 млн лет назад образовался суперконтинент Пангея (потом он распался, так что современное человечество обитает на его осколках-материках). Однако ему предшествовали и другие сверхматерики, отмеченные 565 ± 5–549/543 млн лет назад (эдиакарская фауна экваториального суперконтинента [203; 258; 293; 381]), а также 1–1,1; 1,5–1,7; 2–2,1; 2,5–2,7 млрд лет назад – последняя дата отвечает рубежу протерозойского (2,5–0,544 млрд лет назад) и архейского (3,8–2,5 млрд лет назад) эонов. Отметим, что перемещающиеся по поверхности планеты континентальные породы существовали уже в раннем гадее 4,404 ± 0,008 млрд лет назад [805]; а также [204; 223; 395]; cp. [419]. Следовательно, в столь отдаленное время (всего спустя ок. 145 млн лет после образования Земли) имели место материковый дрейф и тектоника плит; ср. [459; 460; 478]. Старейшие орогены (горообразования) датированы св. 3,0; 2,8–2,6; 2,0–1,9; 1,90–1,88; 1,88–1,84; 1,78–1,72; 1,67–1,63 млрд лет назад [418; 459]. Часть этих орогенов связана с образованием сверхматериков, часть – с эпизодом расхождения континентов. Заметим, что суперконтинентальный цикл существенен для истории земного климата.

В периоды суперконтинентального цикла Земля переживает по две пары эпизодов с крайними гидростатическими состояниями минимальных и максимальных уровней Мирового океана. В эпоху существования сверхматерика и в эпоху предельного расхождения континентов (как в настоящее время) на планете имеются наибольшие площади глубоководного океанического дна. В результате суша вздымается, уровень Мирового океана падает, а на Земле образуются максимальные по площади материковые поверхности. Последние же, в отличие от поверхности вод, обладают высоким альбедо (т. е. отражательной способностью) и мешают нагреванию планеты Солнцем. Если при этом суша попадает в околополярные области, на ней развиваются покровные оледенения [683; 70, с. 17–18].

Напротив, после раскола суперконтинента, когда начинается дрейф материков друг от друга, и после развития встречных движений континентов, когда они сближаются, океаны между ними мелки, уровень Мирового океана повышается, суша на окраинах материков затопляется, а планетарное альбедо снижается, позволяя Солнцу разогревать Землю. Наступает теплый и влажный климатический период – межледниковье. Иными словами, за время суперконтинентального цикла Земля закономерно переживает два оледенения и два межледниковья. Оледенения случались со средней периодичностью в 150 млн лет [42, с. 24, табл. 1; с. 30–35].

В эпоху оледенения на Земле устанавливается умеренный сухой климат, и такая обстановка не способствует высокой биопродуктивности земной экосреды. Растительность в среднем становится скудной и разреженной в пространстве. Напротив, в эпохи межледниковья климат становится теплым и влажным, что благоприятствует высокой биопродуктивности экосреды; растительность, как правило, богата и скучена в пространстве.

Когда при оледенениях растительность скудна, разрежена, и вообще пищевые ресурсы бедны и рассеяны, животным приходится собирать корм с больших пространств. В такие периоды всем организмам эволюционно выгодно быть подвижными, высокомобильными, хотя это сопряжено с большими потерями энергии на передвижение. В противоположность этому, при межледниковьях растительность изобильна и скучена, как и все пищевые ресурсы, так что животным не надо искать пищу по обширным территориям. В такие эпохи животным и всем организмам вообще ни к чему быть высокомобильными, поскольку эволюционно не выгодно тратить энергию на лишние передвижения.

Проще говоря, наиболее успешные живые организмы при оледенениях становятся высокоподвижными, а при межледниковьях – наоборот. Подобная закономерность представляется схематичной, однако ее можно проиллюстрировать. Допустим, на Земле стоит ледниковый период, в нем господствуют подвижные животные, а на вершине пищевой пирамиды царят высокомобильные хищники, которые, не считаясь с энергозатратами, без устали патрулируют свою экологическую нишу. Пища там скудна и ее необходимо потреблять без остановки, чтобы она не досталась конкурентам. При этом в тени господствующих высокомобильных существ обычно прозябают малоподвижные организмы, на которых никто не обращает внимания.

Но вот оледенение заканчивается, становится тепло и влажно. Растения множатся и скучиваются в пространстве (как ныне свойственно им в тропиках и субтропиках). Наступает эпоха обильных кормовых угодий, и больше не требуется обшаривать значительные территории в поисках еды. Однако подвижные господа прежней, холодной эпохи в силу закона Долло о необратимости эволюции уже не в силах изменить свою физическую и нейрофизиологическую организацию и продолжают взад-вперед сновать по эконише, без толку тратя энергию на суету. Пока эти трудяги прочесывают один край биома, на другом краю «расправляют крылья» недавние аутсайдеры ледниковых времен – малоподвижные организмы. Они не торопясь и экономя энергию потребляют обильную пищу, так что, когда из рейда по экосистеме возвращаются высокомобильные существа, им питаться уже нечем. Пока они удивляются превратностям судьбы, ситуация повторяется в других уголках экосреды. Господа эпохи оледенения приходят в упадок, а воцаряются их малоподвижные конкуренты.

Когда оледенение возвращается вновь, картина воспроизводится с противоположным знаком. Пища вновь скудна и редка. Ее недостает малоподвижным господам межледниковья, а осваивать большие пространства они не в силах. Уцелевшие остатки высокоподвижной фауны, коротающие теплые времена на задворках экосреды (как млекопитающие мезозоя; см. разд. 2.3), поднимают голову, обнаруживают, что снова стали актуальны, и приступают к подвижному патрулированию биоты. Недавние малоподвижные господа теплолюбивой жизни частью не выдерживают нового направления конкуренции и вымирают, а частью уходят в тень – до будущих теплых времен. Многочисленные палеонтологические примеры сказанному мы приводим ниже (см. разд. 2.3).

Таким образом, можно увидеть определенную тенденцию земной эволюции, которая направляется экологией, та, в свою очередь, климатом, а он – дрейфом материков, т. е. циклическим геологическим фактором. Продемонстрируем на фактах, что подобная эволюционная тенденция действительно реализовалась в истории земной жизни.

 

Эволюция

 

---

Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 158; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!