<< Пред.           стр. 10 (из 15)           След. >>

Список литературы по разделу

  Каждая нестабильная элементарная частица характеризуется своим временем жизни. Чем меньше время жизни, тем больше вероятность распада частицы. Например, время жизни мюона составляет 2,2 10-6 с, положительно заряженного ?-мезона - 2,6 10-8 с, нейтрального ?-мезона - 10-16 с, гиперонов - около 10-10 с. В 70-х годах были обнаружены около 100 частиц с очень малым временем жизни - 10-22 - 10-23 с, получивших название резонансов. Примечательно, что гипероны и мезоны могут распадаться различными способами. Например, положительно заряженный ?-мезон может распадаться на мюон и мюонное нейтрино, на позитрон (антиэлектрон) и электронное нейтрино, на нейтральный ?-мезон, позитрон и электронное нейтрино. Для конкретного ?-мезона нельзя предсказать не только время распада, но и тот способ распада, который данный мезон "выберет".
  Нестабильность присуща не только элементарным частицам, но и другим микрообъектам. Явление радиоактивности (самопроизвольное превращение изотопов одного химического элемента в изотопы другого, сопровождающееся испусканием частиц) показывает, что нестабильными могут быть атомные ядра. Атомы и молекулы в возбужденных состояниях также оказываются нестабильными: они самопроизвольно переходят в основное или менее возбужденное состояние.
  Определяемая вероятностными законами нестабильность есть, наряду с наличием спина, второе сугубо специфическое свойство, присущее микрообъектам. Его также можно рассматривать как указание на некую "внутреннюю сложность" микрообъекта.
  Однако нестабильность - это специфическое, но отнюдь не обязательное свойство микрообъекта. Наряду с нестабильными существует много стабильных микрообъектов: фотон, электрон, протон, нейтрино, стабильные атомные ядра, а также атомы и молекулы в основном состоянии.
  Взаимопревращения микрообъектов. Глядя на схему распада нейтрона, можно предположить, что нейтрон состоит из связанных друг с другом протона, электрона и электронного антинейтрино. Такое представление ошибочно. Распад элементарной частицы отнюдь не является распадом в прямом смысле слова; это акт превращения исходной частицы в некую совокупность новых частиц: исходная частица уничтожается, новые частицы рождаются. Несостоятельность буквального толкования термина "распад частицы" становится очевидной, если учесть, что многие частицы имеют несколько способов распада. Картина взаимопревращений элементарных частиц оказывается существенно богаче и сложнее, если рассматривать частицы не только в свободном, но также и в связанном состоянии.
  Повседневный опыт учит: разобрать предмет на части - значит выяснить, из чего он структурно состоит. Идея анализа (идея дробления) отражает характерную сторону классических представлений. При переходе к микрообъектам эта идея в определенной мере еще "работает": молекула состоит из атомов, атом состоит из ядра и электронов, ядро состоит из протонов и нейтронов. Однако на этом указанная идея себя исчерпывает: "дробление", например, нейтрона или протона не выявляет никакой структуры этих частиц. В отношении элементарных частиц нельзя утверждать: "распад объекта на какие-либо части означает, что объект состоит из этих частей". Именно это обстоятельство может служить определением самого термина "элементарная частица".
  Распады элементарных частиц далеко не исчерпывают всех происходящих взаимопревращений частиц. Не менее богата картина взаимопревращений, происходящих при столкновениях частиц.
  Ядра в различных атомах могут быть стабильными и нестабильными. В первом случае с атомами ничего интересного не происходит. Во втором случае, наоборот, происходит распад ядра. Явление, когда ядра сами по себе распадаются, называется радиоактивностью. Распад ядер обычно сопровождается вылетанием наружу ряда частиц. Чаще всего вылетают положительно заряженные альфа-частицы (это ядра гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов) и отрицательно заряженные бета-частицы (это - попросту электроны). Радиоактивный распад часто сопровождается гамма-излучением, это что-то наподобие радиоволн. При распаде некоторых атомов бывают случаи, когда происходит вылетание и других частиц, скажем, нейтронов. В некоторых случаях вылетает и самая маленькая из известных частиц (до сих пор неизвестно, есть у этой частицы вообще хоть какая-нибудь масса!) - нейтрино. Также встречаются атомы, распад которых сопровождается не гамма-излучением, а каким-нибудь другим, например, рентгеновским.
  Образующиеся при радиоактивном распаде частицы и лучи очень опасны для здоровья. К счастью, эти лучи и частицы поглощаются различными материалами. Поэтому людям можно и нужно защищаться от вредных проявлений радиоактивности. Лучше всего поглощаются альфа-частицы, ведь они полностью застревают даже в обычном листе бумаги! Также совсем несложно защититься от бета-частиц. Кстати, нам повезло: альфа - и бета-частицы - самые опасные. Но поскольку они практически не проходят через кожу, бояться таких радиоактивных препаратов не надо (важно только не принимать их вовнутрь - иначе вещество быстро попадет в кровь и все закончится плохо).
  К сожалению, чисто альфа - и бета-излучатели встречаются крайне редко, и распад подавляющего числа радиоактивных атомов сопровождается достаточно опасным гамма-излучением, от которого защититься значительно труднее, чем от неповоротливых альфа и бета-частиц. Чем толще и тяжелее слой защитного материала, тем эффективнее получится наша защита от проникающей радиации. От мощного гамма-излучения вполне удается защититься многометровыми слоями бетона. Неплохо также для изготовления защиты использовать материалы из свинца и вольфрама. Но и тут не все так гладко. Например, чрезвычайно опасные частицы - нейтроны - как раз довольно легко проходят через свинец и вольфрам, но зато они неплохо застревают в полиэтилене и даже в обыкновенной воде! Самые проникающие частицы (к счастью, неопасные) - это нейтрино. Эти частицы проходят через любые материалы, совершенно в них не поглощаясь. Они умудряются беспрепятственно пролететь даже сквозь земной шар.
  Рост и изменение организма - пример все более развивающейся во времени, все более высокой упорядоченности. Но неизбежно наступает момент, когда человек умирает, машина отправляется в переплавку, а стела, повествующая о деяниях фараонов, трескается. Есть и еще одно, по-видимому, более важное свойство нашего мира, определяющее прямой полет времени: различие между атомами и антиатомами. Антиатомы - это точно такие же атомы, но их заряды изменены на противоположные. Атом водорода похож на маленькую планетную систему из положительного солнца-протона и отрицательной планеты-электрона. Это очень неточное, приблизительное сравнение, но для нашего разговора вполне достаточное. У антиводорода центр системы займет отрицательный антипротон, а вращаться вокруг него станет положительный электрон - позитрон. Физические и химические свойства таких "зеркальных" атомов остаются теми же. Единственное, чего нельзя делать, - это допускать их соприкосновения. Произойдет то, что физики называют аннигиляцией, - взрыв, в котором "сгорят" оба атома, породив поток излучения.
  Советские и американские физики установили, что измениться на противоположный может не только заряд, но и "четность". Грубо говоря, это значит, что позитрон станет вращаться вокруг антипротона не по часовой стрелке, как электрон вокруг протона (повторяю, все это крайне грубая аналогия), а против, то есть станет еще и зеркальным отображением атома. Таким образом, можно, по крайней мере, мысленно, представить себе галактику из антиматерии, да к тому же еще и являющуюся зеркальным отображением другой галактики.
  И, наконец, были открыты такие взаимодействия между элементарными частицами, которые заставили предположить, что изменяется при этом знак не только заряда и четности, но и времени. "Вполне может случиться, - заключает М. Гарднер, - что во Вселенной нет галактик из антиматерии. Но физики любят уравновешивать все на свете, и если во Вселенной имеется столько же антиматерии, сколько материи, то могут существовать и такие области космоса, в которых все три симметрии меняют знак. События в нашем мире, однозначные относительно заряда, четности и времени, будут все идти противоположным путем в "обращенной" галактике. Материя такой галактики должна быть зеркально отраженной, противоположной по заряду и двигающейся назад во времени".
  Элементарные частицы появляются не только при радиоактивном распаде. Как мы уже знаем, если поместить совершенно стабильные атомы в какие-либо неординарные условия (сильное магнитное поле, высокая температура и т. п.), то все электроны быстро улетят, и мы получим голые заряженные ядра. Эти ядра можно затем разогнать до высоких скоростей и энергий в электромагнитном поле. Обычно любят разгонять ядра атомов водорода - эти ядра самые легкие, потому что каждое состоит всего лишь из одного протона. Пучок разогнанных частиц, направленный на какой-нибудь материал - "мишень", выбьет из этой мишени другие интересные частицы, которые можно изучать и направлять на другие мишени.
  Существуют атомы, ядра которых при распаде помимо других частиц выделяют нейтроны. К таким атомам относятся, например, некоторые разновидности урана и плутония. В природном уране этих атомов немного, но уран-то можно "обогатить", отделив и отбросив все ненужные атомы. В результате полученный образец урана будет излучать очень интенсивный поток нейтронов. Чем больше возьмем мы такого урана и чем более плотно его упакуем, тем больше будет у нас интенсивность нейтронного потока. При достаточно большой интенсивности выделяющихся нейтронов уже хватит на то, чтобы начать выбивать дополнительные нейтроны из соседних атомов урана. Те, в свою очередь, также будут выбивать еще больше нейтронов из соседних к ним атомов. Пойдет так называемая "цепная реакция". Нейтронов будет становиться все больше и больше, и, в конце концов, дело кончится плохо - весь уран разрушится с образованием большого разнообразия других радиоактивных атомов. Что интересно, при этом выделится огромная энергия. Явление, только что рассмотренное нами, называется "ядерным взрывом", а устройство, которое сжимает образец обогащенного урана до требуемой плотности, называется "атомной бомбой".
  Люди сконструировали приспособление, которое при необходимости вводит в зону с большим потоком нейтронов специальные материалы, эти нейтроны поглощающие. Регулируя степень вдвигания этих материалов, можно управлять скоростью цепной реакции, заставляя энергию выделяться постепенно. Такое устройство специалисты называют "ядерный реактор". Выделяющееся тепло подобных реакторов можно использовать для получения электроэнергии (такая электростанция называется атомной), а интенсивный поток нейтронов - для проведения всевозможных ядерных исследований.
  Рассмотренные нами до сих пор процессы основаны на радиоактивном распаде ядер или на взаимодействии ядер с элементарными частицами. Удивительно, но существует некий особый класс реакций, основанных на слиянии двух или более ядер в одно. Такие процессы сопровождаются громадным выделением энергии и называются "реакциями термоядерного синтеза". Вот самый простой пример такой реакции. Берется смесь двух типов ядер водорода - ядра первого типа состоят из одного протона и одного нейтрона, а второго типа из одного протона и уже двух нейтронов. Реакцию начинают проводить при очень большой температуре: она нам необходима уже хотя бы для того, чтобы получить эти самые ядра, выгнав электроны из атомов. При взаимодействии двух разных ядер водорода они соединяются в ядра гелия (состоящие из двух протонов и двух нейтронов), а возникающий лишний нейтрон улетает восвояси.
  Реакция сопровождается таким огромным выделением тепла, что его с большим запасом хватает для самопроизвольного продолжения соединения остальных атомов водорода. Устройство, в котором с успехом проводят описанную выше реакцию, специалисты называют "водородной бомбой", а сам процесс синтеза - "термоядерным взрывом". По аналогии с цепной реакцией деления ядер урана люди многие годы пытаются найти способ управления термоядерными процессами, чтобы получать энергию постепенно, а не в виде взрыва. К сожалению, пока науке неизвестно, какие материалы следует в этом случае вводить в зону реакции, и эта проблема до сих пор не решена.
  Наше Солнце - это огромный источник энергии. Не будь его, жизнь на Земле была бы невозможной. Немудрено, что люди испокон веков стараются разобраться в устройстве нашего светила и понять, откуда же там берется энергия. К сожалению, Солнце само по себе очень плотное, и поэтому ученым удается наблюдать только его поверхность. Но даже скудные знания об интенсивности свечения поверхности, спектре, наличии пятен и температуре позволяют разработать стройную теорию процессов, происходящих в недрах Солнца. И такая теория уже построена. В её основе лежит разветвленная система реакций термоядерного синтеза, продукты которых вступают в аналогичные термоядерные реакции, приводящие к образованию все более тяжелых ядер.
  Ученым удалось подобрать такие реакции, которые должны в конечном итоге привести к наблюдаемым ими свойствам поверхности Солнца. Но как проверить эту теорию? Вроде бы несложно, ведь в результате термоядерных процессов образуется большое число самых разных элементарных частиц и ядер, которые можно было бы исследовать. Не тут то было! Эти частицы не долетают до нас по простой причине - Солнце большое и плотное, и все продукты реакции застревают в нем, как в хорошей защите, даже близко не подходя к поверхности. Единственная частица, нейтрино, которая обладает высочайшей проникающей способностью, легко проходит сквозь толщу Солнца и вылетает к нам наружу. Реакции в центре светила сопровождаются образованием нескольких видов нейтрино с известными из солнечной теории свойствами. Все эти нейтрино, без всякого сомнения, долетают до Земли. Осталось только научиться их исследовать, чтобы проверить, верна ли теория строения Солнца.
  9.3.4. Фундаментальные взаимодействия и законы
  природы92
  Основные взаимосвязи между силами в природе описываются с помощью физических законов и принципов. К ним относятся:
  * Принцип общей относительности (все законы физики должны быть одинаковы в любых системах отсчета)
  * Принцип постоянства скорости света в вакууме в любых системах отсчета
  * Принцип эквивалентности (никакими экспериментами невозможно отличить движение с ускорением от нахождения в однородном поле тяжести)
  * К этому списку следует добавить фундаментальные соотношения квантовой механики, описывающие микромир. К наиболее важным относится:
  * принцип неопределенности Гейзенберга, запрещающий одновременное точное измерение положения частицы в пространстве и ее импульса (количества движения)
  * принцип Паули, запрещающий иметь в одном и том же месте пространства более двух частиц с полуцелым спином (т. н. фермионов электронов, нейтронов, нейтрино) с одним и тем же импульсом.
  * Кроме того, для любой замкнутой системы должны выполняться первое и второе начало термодинамики (закон сохранения энергии и закон неубывания энтропии). По своей сути законы физики являются феноменологическими, то есть представляют собой обобщение опытных данных. В этом смысле космос часто по праву называют уникальной природной лабораторией, которой надо только умело пользоваться.
  Попытки классификации взаимодействий привели к идее выделения минимального набора фундаментальных взаимодействий, при помощи которых можно объяснить все наблюдаемые явления. По мере развития естествознания этот набор менялся. В ходе экспериментальных исследований периодически обнаруживались новые явления природы, не укладывающиеся в принятый фундаментальный набор, что приводило к его расширению (например, открытие структуры ядра потребовало введения ядерных сил).
  Теоретическое осмысление, стремящееся к единому, экономному описанию наблюдаемого многообразия, неоднократно приводило к "великим объединениям" внешне совершенно несхожих явлений природы. Так Ньютон понял, что падение яблока и движение планет вокруг Солнца являются результатами проявления гравитационных взаимодействий, Эйнштейн установил единую природу электрических и магнитных взаимодействий, Бутлеров опроверг утверждения о различной природе органических и неорганических веществ. В настоящее время принят набор из четырех типов фундаментальных взаимодействий: гравитационные, электромагнитные, сильное и слабое ядерные. Все остальные, известные на сегодняшний день, могут быть сведены к суперпозиции перечисленных.
  Гравитационные взаимодействия обусловлены наличием у тел массы и являются самыми слабыми из фундаментального набора. Они доминируют на расстояниях космических масштабов (в мега-мире).
  Электромагнитные взаимодействия обусловлены специфическим свойством ряда элементарных частиц, называемым электрическим зарядом. Играют доминирующую роль в макромире и микромире вплоть на расстояниях, превосходящих характерные размеры атомных ядер.
  Ядерные взаимодействия играют доминирующую роль в ядерных процессах и проявляются лишь на расстояниях, сравнимых с размером ядра, где классическое описание заведомо неприменимо.
  Наблюдения астрономических явлений привело человечество к ряду важнейших открытий. Самый известный и важный пример-закон всемирного тяготения. Этот закон был сформулирован И. Ньютоном на основе законов планетных движений, выведенных И. Кеплером в начале XVII в. Закон всемирного тяготения Ньютона используется до настоящего времени для изучения движения естественных и искусственных космических тел в Солнечной системе, так как релятивистские поправки к движению тела со скоростью в десятки км/с, очевидно, малы.
  В XIX в. триумфом теории тяготения Ньютона и математических методов аналитической механики стало предсказание существования новой планеты Нептуна Адамсом и Ле Верье.
  В 1916 г. А. Эйнштейн, используя принципы эквивалентности и относительности, сформулировал релятивистское обобщение теории тяготения Ньютона - Общую теорию относительности (ОТО). Согласно ОТО, любая форма материи и ее движение являются источником гравитации, которая математически интерпретируется как "искривление" пространства-времени.
  Наиболее известный пример космических источников гравитационных волн - двойные звездные системы, состоящие из двух нейтронных звезд с массами около 1.4 масс Солнца, вращающихся по вытянутым орбитам вокруг общего центра тяжести с периодами несколько часов. Такие системы обнаружены среди двойных радиопульсаров, когда одна нейтронная звезда из пары является радиопульсаром. Изучая времена прихода импульсов от пульсара, можно с помощью эффекта Доплера изучать особенности движения такой нейтронной звезды.
  Из-за уноса энергии гравитационными волнами орбитальный период таких систем должен постоянно уменьшаться. Этот эффект был обнаружен у ряда двойных пульсаров (наиболее известный пример - PSR 1913+16), хотя изменение орбитального периода составляет крайне малую величину около одной десятитысячной доли секунды в год! Прямое детектирование гравитационных волн требует создания очень чувствительных детекторов, строительство которых ведется в США, Западной Европе и Японии. Из-за универсального характера тяготения именно ОТО служит основой для описания строения и эволюции Вселенной в целом.
  Электромагнитное и слабое взаимодействия следуют за гравитационным по своей распространенности в природе. Основная информация, которую мы получаем о космических объектах, переносится переменным электромагнитным полем - электромагнитными волнами (фотонами).
  Генерация электромагнитных волн связана с ускоренным движением электрических зарядов (в основном электронов). В отличие от гравитационных волн, генерация которых требует когерентного движения больших масс вещества, рождение электромагнитных волн в космосе происходит при хаотическом (тепловом) движении отдельных частиц космической плазмы, спонтанных и вынужденных переходах возбужденных атомов и при рекомбинации свободных электронов на атомные уровни.
  Кроме этого важным источником электромагнитного излучения во многих космических объектах являются релятивистские электроны, движущиеся в магнитном поле (синхротронное излучение), а также рассеяние фотонов на свободных электронах (комптон - эффект). Свечение звезд обязано происходящим в их недрах термоядерным реакциям синтеза. Рождающиеся при этом рентгеновские фотоны многократно рассеиваются, поглощаются и переизлучаются, прежде чем достичь внешних слоев звезд (фотосферы), из которых они могут свободно покидать звезду.
  Температуры фотосфер в тысячи раз меньше, чем в центре звезд, поэтому основное излучение звезд приходится на оптическую, ультрафиолетовую и инфракрасную области спектра. Фотоны уносят большую часть энергии, освобождаемую при термоядерных реакциях. В звездной плазме температуры (даже в фотосфере) столь высоки, что кинетическая энергия движения частиц намного превышает их потенциальную энергию кулоновского взаимодействия, поэтому вещество в обычных звездах с высокой точностью может рассматриваться как идеальный газ, характеризуемый температурой, плотностью и химическим составом.
  Именно давление нагретого идеального газа противостоит сдавливающему воздействию гравитации в обычных звездах. Действие электростатических кулоновских сил, однако, становится определяющим в холодных космических телах-планетах, кометах, твердых частицах пыли. Нет ни одного свойства электромагнитных волн, которое не проявилось бы в космических условиях. Например, по эффекту расщепления спектральных атомных линий в магнитном поле (эффект Зеемана) определяют величину большого магнитного поля на звездах. Слабое магнитное поле в межзвездной среде (с напряженностью в миллион раз меньше поля Земли) может быть измерено по наблюдениям поворота плоскости поляризации электромагнитных волн от источников, "просвечивающих" межзвездную среду (эффект Фарадея).
  Мощные токи, текущие в нейтронных звездах, поддерживают их колоссальное магнитное поле с напряженностью, в тысячи миллиардов раз превосходящих поле Земли, практически без затухания в течение миллионов лет. Вращение намагниченной нейтронной звезды приводит к возникновению огромных электрических полей вблизи ее поверхности, которые вырывают частицы с твердой поверхности нейтронной звезды, и ускоряют их до релятивистских скоростей. Синхротронное излучение таких частиц в магнитном поле рождает жесткие гамма кванты и приводит, в конечном счете, к возникновению наблюдаемого радиоизлучения пульсара.
  Слабое взаимодействие также играет исключительно важную роль при эволюции звезд. Именно медленность основной реакции протон-протонного цикла в центре Солнца, идущей по каналу слабого взаимодействия, объясняет "долголетие" звезд типа Солнца (10 млрд. лет). Нейтрино очень слабо взаимодействуют с веществом. Поэтому звезды "прозрачны" для нейтрино. Нейтрино является прямым свидетелем ядерных реакций в центре Солнца. В настоящее время в ряде экспериментов поток нейтрино от Солнца уверенно зарегистрирован. Он оказался примерно вдвое меньше, чем ожидалось. Это различие может быть связано с фундаментальными свойствами нейтрино как элементарной частицы. По мере эволюции звезды роль нейтрино усиливается и у массивных звезд на финальных стадиях становится определяющей.
  Нейтрино становится основным источником светимости массивной звезды на стадии сверхновой, когда силам гравитации, сжимающим ядро звезды, не в силах противостоять ни давление горячей звездной плазмы, ни даже квантовомеханическое давление электронов. Происходит процесс нейтронизации вещества, когда протоны соединяются с электронами с образованием нейтронов и нейтрино. В процессе катастрофического сжатия центра звезды формируется компактная нейтронная звезда с массой около массы Солнца и радиусом в 10 км, а нейтрино уносят практически всю освобождаемую энергию, составляющую около 15 процентов от массы покоя нейтронной звезды.
  По современным представлениям, малая часть этой гигантской энергии может передаваться от нейтрино, окружающей вновь сформировавшуюся нейтронную звезду, массивной оболочке звезды, состоящей из обычного вещества. Оболочка равная нескольким массам Солнца сбрасывается, и наблюдается колоссальное астрономическое явление-вспышка сверхновой звезды. Правильность наших представлений о процессах слабого взаимодействия при коллапсе ядра звезды подтвердилась регистрацией потока нейтрино от вспышки сверхновой 1987 в Большом Магеллановом Облаке.
  Cильные (ядерные) взаимодействия отвечают за многие важные ядерные реакции в недрах звезд и синтез тяжелых элементов. По современной теории "горячей Вселенной", образование основных химических элементов водорода и гелия - завершилось еще на дозвездной стадии эволюции Вселенной в эпоху, когда температура плазмы была около 1 млрд. градусов а "возраст" Вселенной был "всего лишь" 200 с. Более тяжелые элементы образовались в ходе термоядерных реакций синтеза в недрах звезд.
  Однако в этих реакциях могут образовываться химические элементы только до элементов группы железа (кобальт, никель, железо). Дальнейшее присоединение нуклонов к ядрам требует затрат энергии. Рождение более тяжелых элементов происходит путем захвата ядрами нейтронов (протон захватить невозможно из-за огромных сил кулоновского отталкивания). Захваченные нейтроны в ядре превращаются в протоны с испусканием электрона и антинейтрино по каналу слабого взаимодействия, и атомный номер элемента, таким образом, увеличивается на 1. Эти процессы эффективно происходят во время вспышек сверхновых звезд. Расчеты показывают, что последовательным захватом нейтронов можно "сконструировать" все стабильные элементы вплоть до трансурановых.
  Ядерные силы определяют специфическое состояние сверхплотной материи нейтронных звезд. Действительно, при массе в массу Солнца и радиусе 10 км средняя плотность нейтронной звезды порядка плотности атомного ядра. В некотором смысле нейтронная звезда представляет собой гигантское нейтральное атомное ядро. Принципиальное отличие, однако, заключается в том, что обычное ядро от развала на составные части удерживают ядерные силы, а нейтронная звезда существует из-за колоссальной гравитации собранного в ней вещества. Точного микроскопического описания вещества при таких плотностях в настоящее время нет из-за невероятной сложности этой задачи. Однако из астрофизических наблюдений пульсаров и рентгеновских источников удается восстановить многие макроскопические свойства нейтронных звезд - их массы, радиусы, моменты инерции. В конечном счете это налагает важные ограничения на возможное физическое состояния недр нейтронных звезд.
  9.3.5. Фундамент материи: физический вакуум
  и его состояния93
  Латинское слово materia буквально означает вещество, но в современной науке понимается значительно шире. Еще со второй половины XIX в. видом материи (наряду с веществом) считается также физическое поле. Это установлено работами М. Фарадея, Дж. К. Максвелла и Г. Герца в области электродинамики. Как уже отмечалось, подлинной субстанцией нашей Вселенной современная наука считает так называемый физический вакуум. Он принципиально не может восприниматься нашими чувствами и приборами, так как он ни от чего в нашем мире не отличается; поэтому его и называют vacuum - лат. "пустота".
  В то же время, вакуум может рассматриваться как сплошная среда, которой присущи известные свойства, выражаемые рядом физических констант. П. Дирак описал вакуум как море электронов с отрицательной энергией и бесконечной плотностью, в котором постоянно происходит порождение виртуальных пар электрон-позитрон (так называемое море Дирака). Его можно представить и как поле фотонов, либо виртуальных электрон-позитронных пар. А в теориях Великого объединения предлагается рассматривать вакуум как коллективное возбуждение гипотетических хиггсовых скалярных бозонов.
  Иногда физический вакуум называют третьей формой материи. Но он может быть истолкован как нулевое состояние квантованного поля, в котором средняя напряженность всех полей равна нулю. Тем не менее, активность вакуума давно доказана рядом физических экспериментов. Два важнейших результата получены еще в 1947 г. Это, во-первых, "эффект Казимира" - притяжение близко расположенных металлических пластин в вакууме. Во-вторых, это так называемый лэмбовский сдвиг - смещение энергетических уровней электрона в атоме в результате его "дрожания" на орбите под воздействием вакуума.
  Дело в том, что всякое равновесие в природе имеет динамический характер, то есть, осуществляется через небольшие колебания параметров вокруг точки равновесия. Так и в физическом вакууме постоянно происходят "нулевые флуктуации" (колебания) полей различной природы. В частности, между пластинами в опыте Казимира образуется пространство с отрицательной плотностью энергии. Согласно квантовой теории поля, флуктуации полей сопровождаются порождением так называемых виртуальных частиц (принцип корпускулярно-волнового дуализма). Их действием на обычные частицы можно объяснить и лэмбовский сдвиг, и принципиальную неопределенность состояния квантовых объектов вообще. О действии вакуума на тела догадывался еще Эпикур, в IV в. до н. э. предложивший свое знаменитое "clinamen" - "самопроизвольное" отклонение атомов от движения по прямой линии.
  Слово virtualis в средневековой латыни означало "возможное", а по смыслу восходит к аристотелевской оценке возможного бытия как бытия несовершенного. И сегодня виртуальное понимается именно как неполноценное бытие, вроде "виртуальной реальности" в компьютерном пространстве. То же относится к виртуальным частицам. Время их жизни ограничено соотношением неопределенностей Гейзенберга. Это величина порядка 10-43с (так называемый планковский масштаб времени), то есть в миллиарды миллиардов раз меньше, чем время жизни резонансных частиц.
  Ее незначительность не позволяет зафиксировать такие частицы на опыте. Можно сказать, что они ни мгновения не существуют в ставшем виде, а существуют только в становлении, возникают и тут же исчезают, как лопнувшие мыльные пузыри. Интересно, что для них (вследствие того же соотношения неопределенностей Гейзенберга) не выполняется обычное соотношение между импульсом и энергией. Тем не менее, они успевают подействовать на другие квантовые объекты, а в некоторых случаях могут рассматриваться как переносчики взаимодействия между частицами.
  Флуктуации вакуума проявляются не только в порождении виртуальных частиц, но и в спонтанных нарушениях исходной симметрии вакуума. В результате получаются состояния с наименьшей возможной энергией, при отличном от нуля значении некоторых силовых полей. Может образоваться и так называемый вакуумный конденсат - состояние с отличным от нуля вакуумным средним. Возможен непрерывный спектр таких вырожденных состояний поля, которые различаются числом (гипотетических) голдстоуновских бозонов с нулевой массой и спином.
  Но это такие асимметрии, которые зиждутся на существовании исходной симметрии, и выступают только как следствия ее неустойчивости под воздействием некоторых макроскопических ситуаций. А в момент (или в пунктах) порождения Вселенной вакуум (как ныне считается) пребывает в "ложном", то есть сильно неравновесном состоянии. Оно нестабильно и кратковременно, но характеризуется большим выходом энергии. Эта энергия и проявляется в "Большом взрыве" или вздувании (инфляции) "пузырей вакуума", образующих начало нашей Вселенной. Одновременно это начало космической эволюции вещества.
  9.4. Виртуальные реальности
  О понимании термина "виртуальная реальность". ( Техническое содержание термина "виртуальная реальность". ( Компьютерная виртуальная реальность. ( Способы существования виртуальной реальности. ( О философии виртуальной реальности и киберпространства. Виртуальное как неметрическая форма объективного существования.
 
  Попробуем перечислить ныне существующие истолкования понятия "виртуальная реальность":
  1. Двусмысленность, возникающая из сочетания противоположных по смыслу слов.
  2. Средневековой смысл "бытия-в-сущности". Близость к умопостигаемому бытию.
  3. Искусственная реализация в знаково-графической форме той или иной мыслимой возможности, которая не может осуществиться естественным путём.
  4. Способ бытия системных и тотальных свойств.
  5. В физике понятие виртуальной частицы определяет её как нечто обладающее второстепенным статусом существования, неуловимое, фиксируемое лишь по косвенным данным.
  6. Истолкование термина связано с витализмом, преформизмом, идеей первопричины и Универсума.
  7. Окружающий человека мир, генерируемый его сознанием.
  8. "Трёхмерное, генерируемое компьютером, имитируемое окружение, предъявляемое пользователю в реальное время его поведения". - Психологический феномен.
  9. Креативный статус виртуальной реальности и её связь с виртуализатором - демиургом виртуальных миров.
  Вхождение в употребление термина "виртуальное" свидетельствует о кризисе в области онтологии. Это свидетельство наших бурно меняющихся под напором научных открытий представлений о том, что такое реальность. Оно заставляет пересмотреть нас не только привычные понятия объективной реальности, но и само понимание объективности.
  Вероятно, все вышеперечисленные толкования понятия "виртуальная реальность" имеют смысл и могут быть соответствующим образом прокомментированы. Но мы рассмотрим только наиболее близкие к естествознанию варианты понимания этого термина.
  9.4.1.Значение термина "виртуальная реальность"
  Virtual reality - мнимый мир, создаваемый аудиовидеосистемой в воображении пользователя. Термин виртуальная или мнимая реальность в 1984 г. был придуман Яроном Ланьером, который затем основал фирму, производящую различные устройства, необходимые для ее создания.
  Синтезируется виртуальная реальность путем использования видеофильмов, в том числе мультипликации с широким применением стереофонического звука и отдельных цветных изображений. Причем, они могут быть объемными. Естественно, что для создания виртуальной реальности среди внешних устройств аудиовидеосистем обязательно должны быть экран и динамики. В отличие от действительной реальности, в которой живет пользователь, виртуальную реальность он создает и динамично изменяет сам. Для этого, пользователь воздействует на входные устройства системы: клавиатуру, микрофон, сканер, световое перо, электронную кисть, мышь.
  В особых задачах, для более глубокого восприятия виртуальной реальности, используются специальные устройства. К ним, в первую очередь, относится шлем, надеваемый на голову пользователя. Он имеет два цветных экрана, расположенные перед глазами и наушники со стереозвуком. Разработаны, также, "электронные" перчатки с датчиками, которые преобразуют движение пальцев в электрические сигналы. В соответствии с ними аудиовидеосистема на экране монитора как бы передвигает или поворачивает предметы, открывает двери, выдвигает ящики и выполняет другие операции. Создан даже костюм с датчиками, преобразующий любые движения тела пользователя в сигналы системе.
  Появились купола, внутри которых находятся люди, наблюдающие панорамные изображения, проецируемые на сферический экран. Здесь создается полная иллюзия трехмерного пространства. Панорамные технологии в корне изменяют ситуацию, так как позволяют работать с ней без специальных устройств (шлемов, перчаток и т. д.). При этом рассматриваемые технологии создают на экранах изображения очень высокого качества.
  Панорамные технологии позволяют строить виртуальную среду, в которой можно наблюдать изображения, поворачиваясь на все 3600. Использование здесь больших экранов дает возможность рассмотреть нужные детали. В зависимости от необходимости пользователь меняет точки обзоров, как бы перемещая наблюдателя в пространстве круговой сцены.
  Созданием соответствующего программного обеспечения удается получить совершенно новые эффекты воспроизведения реальной действительности либо создавать образы, которые лежат за пределами обычного видения. Например, объемное изображение мозга человека, полученное на основе томографических исследований. Благодаря такой технологии, повышается производительность труда разработчиков, становятся более эффективными процессы обучения. Для компоновки прикладных программ, описывающих части виртуальной реальности, созданы трехмерные интерфейсы, виртуальная сеть.
  Одно из известных определений виртуальной реальности таково: "совокупность средств, позволяющих создать у человека иллюзию, что он находится в искусственно созданном мире, путем подмены обычного восприятия окружающей действительности (с помощью органов чувств) информацией, генерируемой компьютером".
  Виртуальная реальность - это то, что позволяет перемещаться в трехмерном мире с шестью степенями свободы и обозревать его в реальном времени. Это означает, что программа задает, а аппаратура распознает шесть видов движения:
  1. Перемещение вперед - назад,
  2. Перемещение вверх - вниз,
  3. Перемещение налево - направо,
  4. Наклон вверх - вниз,
  5. Крен налево - направо;
  6. Вращение налево - направо.
  Виртуальная реальность - по существу как бы имитация физической реальности. Впечатление виртуальной реальности создается взаимодействием и усиливается интерфейсом.
  Создание виртуальной реальности основано на использовании имитационного моделирования, теории дистанционного управления, автоматизированного проектирования, компьютерной графики, техники взаимодействия человека с машиной. В последние 10 лет виртуальная реальность представляет собой вполне самостоятельное направление компьютерной технологии.
  9.4.2. Компьютерная виртуальная реальность
  Это соединение компьютерной графики с системой "человек - компьютер". Использование компьютера требует от нас изучения не столько нового языка, сколько новой культуры. Новая культура - это киберпространство. Его впервые описал в 1985 г. У. Гибсон в научно-фантастическом романе "Neuromancer" как единую, согласованную галлюцинацию миллиардов людей. Он написал о сверкающем мире, создавшем новую вселенную электронной медиации, где факты воспринимаются в своем физическом проявлении - не только слышатся и видятся, но и чувствуются.
  Обычно киберпространство воспринимается через экран. Теперь, благодаря технологиям виртуальной реальности, становится возможным превратить этот двухмерный взгляд в прямое трехмерное управление реальностью. Киберпространство - это сфера информации, полученной посредством электроники. В настоящее время мы окружены океаном фактов. Их можно воспринимать не только как числовые ряды, но и как текст, образы, голос, музыку.
  Идея компьютерной виртуальной реальности в том, что эти интерфейсы должны быть не просто представлением, но замещением реальности во всех смыслах; пользователь должен не просто дергать "мышь" или другое средство контроля, но поворачивать виртуальную ручку так же, как и реальную. Это не только подразумевает использование зрения и, возможно, слуха, но и затрагивает чувственное восприятие в процессе обратной связи. Более того, пользователь виртуального мира должен быть готов брать и передвигать объекты, существующие внутри этого мира, а также перемещать внутри киберпространства свое тело или его части.
  Первый инструмент проникновения в виртуальную реальность дан нам от рождения - это мозг и его сенсорные рецепторы. Главным средством нашего восприятия является визуальная система. Остальные чувства помогают обрести нашему взгляду на мир полноту. У нас семь основных чувств: зрение, слух, осязание, обоняние, вкус, равновесие и ориентация. На наше восприятие влияют пересечения этих чувств, как, например, чувство движения (жеста), различающееся не только глазами, но и самим телом. Мозг интегрирует все получаемые им сигналы от всех рецепторов и сопоставляет новые данные с теми, что уже имеются в нашей памяти.
  Одна из основных проблем в освоении виртуальной реальности состоит в том, чтобы эти частично совпадающие (перекрывающиеся) данные были удовлетворительны в информационном отношении. Диссонанс восприятия, когда сигналы разноречивы, может вызвать дезориентацию, растерянность и даже болезнь. Визуальные сигналы вовсе не обязательно обусловлены стереоскопическим видением. Линии перспективы, тени световых бликов, освещения и фактуры могут придать двумерной графике трехмерный вид. Современная технология виртуальной реальности - это ответвление компьютерной графики, повлиявшей на все - от составления карт до телерекламы. Компьютерная графика открывает широчайшие возможности для манипуляции трехмерными образами, но при этом требует огромных затрат энергии.
  Современная технология виртуальной реальности начинается с попытки соединить визуальное восприятие с восприятием движения и звука. Ее первоначальное применение предшествует изобретению компьютера. В настоящее время виртуальная реальность отождествляется с более глубоким подходом, чреватым многими препятствиями. Требуются, как минимум, головной дисплей и перчаточное устройство (или другие средства управления виртуальными объектами). Полное погружение требует от пользователя надеть сенсорный костюм, передающий данные о движениях в компьютер.
  Головной дисплей - это два очень маленьких видеомонитора, установленных так, что каждый из них находится перед соответствующим глазом; на него смотрят через специальные широкоугольные линзы. Размещение этих устройств в маске или шлеме таково, что глаза могут принимать изображение, которое мозг идентифицирует как трехмерное. Некоторые дисплеи снабжены наушниками, создающими звуковую среду. Ранние головные дисплеи были тяжелыми и неуклюжими, более поздним стремятся придать форму легкого шлема, создающего уникальный эффект присутствия в виртуальном пространстве. Другие методы, как, например, специальные электронные очки, скорость изображения в которых сопоставима с видеодисплеями, позволяют пользователям работать в реальной среде, одновременно обращаясь к изображениям в среде виртуальной.
  Поиск более тесного взаимодействия с виртуальными объектами толкает на поиски средств управления ими. Создание перчаточного устройства представляет собой резкий выход за пределы привычных джойстиков, "мышей" и т.д. Оно дает пользователю возможность буквально проникать в киберпространство и изменять его. Перчатка может оценивать положение и изгиб каждого пальца. Это обеспечивается использованием особых оптико-волоконных нитей, фиксирующих количество света, проходящего через каждую нить, или, напротив, измеряющих переменное электрическое напряжение в цепи.
  Еще один важный элемент системы погружения - это устройство слежения за положением, создающее классическую декартову трехосную систему. Это устройство может работать с помощью либо электромагнитного поля, либо ультразвуковых или инфракрасных лучей. При использовании электромагнитных полей фиксатор позиции получает последовательные сигналы о положении относительно трех декартовых осей. Это дает пользователю так называемые шесть степеней свободы. Лучевые фиксаторы для определения позиции используют простые волны в пределах прямой видимости и тригонометрические исчисления. Одно устройство слежения контролирует движение головного дисплея, а другое - каждую перчатку или иную часть тела, которую пользователь сочтет нужным поместить в киберпространство. У каждого из этих устройств, однако, есть жесткие пределы эффективности.
  9.4.3. Способы существования виртуальной
  реальности
  Наиболее очевидным путем развития виртуальной реальности является индустрия развлечений. Такие пассивные масс-медиа, как кино и ТВ, уже постепенно вытесняются примитивными интерактивными формами. Только за 1992 год доход от первого проката кинокартин по всему миру составил около 5 миллиардов долларов, тогда как продажа видеоигр интерактивного характера дала прибыль в 7 миллиардов. В настоящее время на рынке немало и того, что можно назвать "пассивными" или околовиртуальными играми. Как правило, это отростки военной технологии летных тренажеров: они-то и составили быстрее всего растущую часть индустрии развлечений.
  Сравнительно недавно предложены концепции виртуальных библиотек и музеев. В качестве доступа к книгам и другой печатной продукции библиотеки будет использоваться телеприсутствие. Пользователь сможет перемещаться внутри визуального изображения книжных полок, находить то, что ему нужно, и сразу погружаться в чтение, а при наличии разрешения делать копии.
  Концепция виртуального музея слегка иная. Смитсоновский музей в Вашингтоне располагает коллекцией более чем в миллиард единиц хранения. Одномоментно в нем может быть выставлено не более двух процентов от общего числа экспонатов. Виртуальный музей даст пользователям возможность увидеть любой экспонат коллекции в его натуральном, трехмерном виде, а также, в идеале, все тематически связанные с ним экспонаты и материалы. Однако эта концепция, предполагающая полное погружение, требует дисплеев более высокой разрешающей способности, чем те, которые пока нам доступны.
  Наконец, большое применение виртуальная реальность находит и найдет в бизнесе: при обработке информации, оценке оптимальной цены и рынка сбыта, уменьшения себестоимости товара и т. п. Все процессы бизнеса объединяются в одну информационную сеть, ключ к которой - у шефа компании по информации.
  Каковы же перспективы виртуальной реальности? Предпочтительная метафора для новой парадигмы нам знакома - это театр, искусство, заставляющее поверить в свою правдивость. "В киберпространстве в рамках театральной парадигмы, - пишет Р. Уолсер, - у зрителей всегда есть виртуальные тела, и они всегда играют роли виртуальных существ, именуемых характерами. Попав в киберпространство, вы каким-то образом становитесь связанными с виртуальным телом, которое вы контролируете посредством движений вашего физического тела. Роль характера играет интеллект - человеческая или искусственная программа понимания".
  Другой исследователь, Г. Фольц, пишет о новом способе раздела мира путем распределения его ценностей. Он предвидит создание "киберкланов" - избранных групп людей, всей своей жизнью включенных в киберпространство.
  Доктор У. Брикен из ХИТ-Лаборатории озабочен отсутствием строгой терминологической базы в исследованиях по философии виртуальной реальности. Если подходить к этому вопросу строго, то виртуальная реальность вряд ли будет когда-либо сильно походить на реальный мир. Человеческое воображение стремится не повторить этот мир, а заполнить его лакуны (пустоты). Подобно другим ученым, У. Брикен сформулировал свои правила виртуальной реальности:
  * Психология - физика виртуальной реальности.
  * Наше тело - интерфейс.
  * Знание - это эксперимент.
  * Факт - это среда.
  * Пространство и время подлежат изучению.
  * Реализм необязателен.
  9.4.4. О философии виртуальной реальности и
  киберпространства
  Такие современные философы, как Нельсон Гудмэн и Ричард Рорти, считают все миры - не только мир рассказов и фильмов - возможными символическими конструктами. Наука, религия и искусство предлагают свои версии миров, которые по-разному создаются, проверяются и усваиваются, - каждую версию со своей функцией и степенью правильности. Каждый мир создается из предыдущего мира, и всякий процесс "миротворения" идет путем композиции или декомпозиции предыдущего материала, повторений или создания новых моделей, путем вычеркивания и дополнений, путем организации и упорядочивания различных аспектов этого мира.
  После И. Канта, философия постепенно двигалась от идеи уникальной реальности единственного неизменного мира к идее множества миров. Кант поместил основные формы внешнего мира в человеческое сознание. Категории рассудка (причинность и материя) вместе с формами чувственного созерцания (пространство и время) упорядочивают хаотические данные чувственного восприятия, отливая опыт в умопостигаемую и коммуникабельную структуру. Но и Кант, чтобы упорядочить наше представление о мире, исходил из идеала его единства.
  Философы после Канта всё настойчивей подвергали сомнению идею единства мира. В ХХ столетии квантовая теория лишила науку той связности, которую Кант считал для науки существенной. Теперь, когда наука открыта множественности и неопределенности, многие философы приветствуют множественность мира. Например, в наши дни Н. Гудмэн говорит: "Наше пристрастие к одному миру удовлетворяется в разное время и в разных целях множеством различных способов. Не только движение, происхождение, вес, порядок, но даже сама реальность относительна". "Пути творения мира" Гудмэна, в которых он выдвигает учение об ирреализме, могут стать для творцов виртуальной реальности букварем.
  Реализм и ирреализм одинаково нереалистичны в виртуальной реальности. Причём у ирреализма может оказаться короткое дыхание. Возможно, нам понадобится опереться на понятие реального мира - пусть не из абстрактных убеждений, но, по крайней мере, из-за препятствий, чинимых нашим системам виртуальной реальности реальностью объективной. Необузданное умножение миров взывает к здравому смыслу, к связи с реальностью, наконец, к метафизическому обоснованию. Кант отбросил метафизические теории как пустые софизмы и интеллектуальные игры. Философы ХХ столетия от Витгенштейна и Хайдеггера до Карнапа и Айера в вытеснении метафизики последовали примеру Канта, считая ее либо пустым вращением языковых колес, либо поиском следов призраков, либо просто логической ошибкой. Для этой линии мышления реальность как серьезное понятие потеряла свое значение. Будущие ВР- технологии могут привести к изменениям в этой общей мыслительной направленности и бросить на классическую метафизику новый свет. Следующее столетие может снова углубиться в древнюю область метафизики, раскопанную орудиями смоделированной компьютером виртуальной реальности, метафизической машиной. И, напротив, виртуальные реальности могут обогатиться, сохраняя с реальным миром некоторые отношения, но, не становясь скучными или приземленными.
  "Виртуальный" в "виртуальной реальности" восходит к лингвистическому разграничению, сформулированному в средневековой Европе логиком Дунсом Скотом. Его латинское virtus было главным пунктом его теории реальности. Он настаивал на том, что понятие вещи содержит в себе эмпирические атрибуты не формально (как если бы вещь существовала отдельно от эмпирических наблюдений), но виртуально. Хотя для понимания свойств вещи нам может понадобиться углубиться в наш опыт, продолжает Скот, сама реальная вещь уже содержит в своем единстве множество эмпирических качеств, но содержит виртуально - в противном случае все они не закрепились бы как качества этой вещи. Термин "виртуальный" Скот использовал для того, чтобы преодолеть пропасть между формально единой реальностью (предполагаемой нашими концептуальными ожиданиями) и нашим неупорядоченно разнообразным опытом. Сходным образом в наши дни мы используем термин "виртуальный", чтобы пробить брешь между данной нам средой и будущим уровнем достижимой человеческой деятельности. Виртуальное пространство - как противоположность естественному физическому пространству - содержит информационный эквивалент вещей. Виртуальное пространство заставляет нас чувствовать, будто бы мы имеем дело прямо с физической реальностью.
  Виртуальный мир должен быть не вполне реальным, иначе он перестанет будить воображение. "Нечто-не-вполне-реальное" стимулирует силу нашего воображения и представления. Воображение позволяет нам взять то, что мы читаем или слышим, и перевести символические компоненты в духовное зрение. Это видение выходит за пределы нашей физической реальности, так что с точки зрения телесного существования воображение - это бегство даже притом, что воображение часто вносит в нашу жизнь новые факторы, которые иногда побуждают нас изменить реальные условия.
  Киберпространство также пробуждает наше восприятие. Киберпространство - это большая электронная сеть, в которой свернуты виртуальные реальности. Виртуальная реальность - только один из многих типов явлений внутри электронного пространства. Подобно всякому медиуму, киберпространство вовлекает в общение. В структуре сегодняшнего мира киберпространство - это набор ориентированных точек, по которым мы находим наш путь среди невероятного количества информации.
  Как можно сохранить контраст между виртуальным и реальным мирами? Как могут виртуальные реальности сохранить присущий им контраст с реальностью настоящей - так, чтобы у нас оставался метафизический стимул к творчеству и активному использованию нашего воображения в киберпространстве? Какой якорь удержит виртуальные миры в виртуальности. Следует указать на некоторые экзистенциальные аспекты реального мира, позволяющие предотвратить уплощение мира виртуального. Эти экзистенциальные свойства, вытекающие из философии ХХ века, остаются открытыми для обсуждения. Виртуальные миры будят воображение только в том случае, если они не просто воспроизводят существующие свойства реальности, но преобразуют их, выводя за рамки простого распознавания. К таким чертам реального мира следует отнести:
  * смерть и рождение;
  * переходы между прошлым и будущим;
  * тревогу.
  Экзистенциально осмысляемый реальный мир функционирует, имея в себе встроенные рамки. Эти рамки задают параметры значению человека. Один из этих параметров, неизбежность нашей смерти, маркирует человеческое существование как конечное. Из-за ограниченности жизни мы делим наши жизни на периоды подобно тому, как расписываем порядок работы. Мы рождены в определенное время и растем внутри различных взаимодействий (родственные отношения). Эти рамки накладывают на реальность экзистенциальные параметры, давая нам почувствовать нашу укорененность на земле (отдельной планете с хрупкими экосистемами). Смерть и рождение принадлежат к якорям реальности.
  Другая рамка реальности - темпоральность (временность), предопределенный переход событий из прошлого в будущее, в нашу память или историю. В принципе невозможно стереть ничего из того, что произошло с нами за время жизни. Это свойство переноса отличает реальность от любого преходящего развлечения или мгновенной галлюцинации. Наконец, в силу временного характера форм биологической жизни наш реальный мир пронизан чувством хрупкости и ненадежности, часто обманывает наши ожидания. Возможность физического ущерба в реальном мире придает нам подчеркнутую серьезность, острота которой скрывается за случайными фразами типа: "Будь внимателен". Мы беспокоимся, потому что хрупки. Человеческое существование и отмечено этими тремя свойствами, которые придают нашему опыту разные степени реальности. Они нас привязывают.
  В таком случае должны ли искусственные миры быть свободными от смерти, боли, раздражителей? Отказ от этих ограничителей может лишить виртуальность какой бы то ни было степени реальности. Однако просто встроить их, как иногда делает литература, значит, получить поверх реального мира пустое зеркало, простое отображение, к которому мы привязаны. Настоящее киберпространство должно делать большее - будить воображение, а не повторять мир. Виртуальная реальность могла бы стать местом отображения, но отображение должно порождать философию, а не избыточность. "Философия, - сказал У. Джеймс, - это привычка всегда видеть альтернативу". Киберпространство может содержать много чередующихся миров, но альтернативность другого мира сосредоточена в его способности пробуждать в нас другие мысли и чувства.
  При взгляде вперед нам открывается прекрасная возможность для исследования, в том числе исследования самих себя. Что такое для нас реальность? К чему мы можем привыкнуть? Восприятие будет изучаться скорее как часть активного, нежели пассивного, поведения. Коммуникация будет изучаться постольку, поскольку становится возможным уловить все, что происходит между двумя людьми.
  9.5. Поиск внеземных цивилизаций
  О возможности существования жизни и разума во Вселенной. ( О возможности информационного контакта с внеземными цивилизациями. ( О возможных формах технологической активности разума во Вселенной. "Космокреатика". Проблема скрытого вещества. ( Роль астрономии и астрофизики в обнаружении разумной деятельности во Вселенной.
 
  Нашему миру около 5 млрд. лет, а нашей технической цивилизации всего лишь примерно 100 лет. Первые звёзды нашей Галактики сформировались около 10 млрд. лет назад и, хотя на их планетах ещё не было необходимых для цветущей жизни тяжёлых элементов, у этих звёзд было достаточно времени, чтобы пройти свой жизненный цикл и выбросить в космос синтезированные элементы. Из них за миллионы и миллиарды лет до Солнца образовались звёзды второго поколения. Если рядом с одной из них появилась жизнь, то она могла развиваться длительное время, ещё до образования нашей планеты и сегодня цивилизация на ней может быть на миллионы и миллиарды лет старше нашей. Если развитые цивилизации действительно существуют, вполне вероятно, что они точно так же, как и мы, стремятся найти другой разум и связаться с ним94.
  9.5.1. О возможности существования жизни
  и разума во Вселенной
  Достижения астрономии приблизили нас к пониманию эволюции всех объектов Вселенной от момента Большого Взрыва до настоящего времени. Но вот поиск внеземных цивилизаций (ВЦ) пока не дал положительных результатов. В чем причина неудач? Для примера назовём некоторые из них:
  1. Первая связана с "земным шовинизмом": большая часть целенаправленных экспериментов предполагает поиски цивилизаций, подобных нашей в XX веке. Но найти такую цивилизацию - событие крайне маловероятное.
  2. Вторая проблема - невозможность описания возникновения и эволюции цивилизаций на космически значимых интервалах времени. В связи с этим предлагаем принять как аксиому: существует ненулевая вероятность возникновения жизни во Вселенной, и нет принципиальных причин, ограничивающих уровень ее развития.
  3. Третья проблема. Мы слишком переоцениваем наши знания о строении Вселенной, возможно, бесконечной в пространстве и во времени и в многообразии форм и законов. Достаточно вспомнить, что современная астрономия изучает лишь менее 5% средней плотности окружающей нас материи, а более 95% составляет скрытая масса, проявляющаяся только по ее гравитационному воздействию. Скрытая материя, возможно, составляет основную долю массы нашей и других галактик и доминирует в межгалактическом пространстве, а ее исследование - важнейшая нерешенная проблема современной астрономии.
  Сегодня, рассуждая о возможности существования жизни и разума во Вселенной, мы основываемся исключительно на умозрительных предположениях, в лучшем случае логически экстраполирующих закономерности нашего общественного развития на развитие возможных внеземных обществ. Одним из многих примеров может служить гипотеза В. С. Троицкого, изображающая в схематическом виде эволюционное развитие Вселенной. Оно начинается с элементарных частиц. Потом возникают ядра, атомы, молекулы, макромолекулы, микробы, колонии микробов, организм, социальные структуры. Последние могут образовывать в своем развитии планетные экосистемы, околосолнечные сообщества, галактические цивилизации. Этот ученый описывает глобальную эволюцию Вселенной, следующим образом:
  * Жизнь во Вселенной возникает непрерывно, начиная с образования звезд второго поколения, то есть примерно в течение последних двенадцати миллиардов лет.
  * Внеземные космические цивилизации возникают эволюционным путем непрерывно последние восемь миллиардов лет.
  * Существует закон неограниченной экспансии разумной жизни, то есть стремление исследовать и занять максимальное пространство.
  * Цивилизации достигают уровня, при котором возможна практически неограниченная скорость непрерывного производства энергии.
  Первое положение основывается на молчаливо принятом мнении, что жизнь возникает непрерывно по мере достижения определенной организации материи во Вселенной. Начало этого процесса после Большого взрыва определяется сроками синтеза всего набора тяжелых элементов, образования звезд и планет.
  После этого начинается эволюционное развитие форм жизни около каждой из звезд, где она возникала, от клетки до технологической цивилизации, на что на Земле ушло около 4 миллиардов лет. Принимая этот срок за некоторую среднюю оценку, необходимую для возникновения разума и цивилизации, автор получает второе положение, которое, очевидно, является переносом земного опыта на всю Вселенную. Это может быть основано только на убеждении, что законы эволюции живого, установленные эволюционной биологией, являются универсальными и действуют во всей Вселенной.
  Попытки системного представления идей универсальной эволюции мирового целого выражаются и в создании формул для оценки числа внеземных цивилизаций, существующих в нашей Галактике. Простейшая из них, предложенная Ф. Дрейком, служит рабочей гипотезой для всех расчетов обитаемых миров Вселенной. Она опирается на следующие, схематически представленные предположения, которые выступают в формуле в виде сомножителей:
  * Во Вселенной существуют планеты, пригодные для возникновения жизни.
  * На некоторых из этих планет возникла жизнь.
  * На каких-то планетах появились разумные общественные существа.
  * Некоторые общества этих существ развили науку и технику до уровня, позволяющего установить межзвездную радиосвязь.
  * И пытаются это сделать.
  * Таких обществ "достаточно" много, чтобы эксперименты по межзвездной связи имели смысл.
  Считается, что по формуле Дрейка можно оценить вероятность возможности развития разума во Вселенной или возможности развития фазы общественных отношений, обеспечивающих межзвездную связь. Основой суждений, подлежащих формализации, здесь служат представления о типичности процессов усложнения материи в их движении в направлении разума и технологического общества.
  Такое понимание ситуации оставляет открытыми много вопросов. Среди них вопросом первостепенной важности является проблема естественнонаучного обоснования глобального эволюционизма.
  Дело в том, что образование представлений об общем процессе направленного развития только на Земле (которое привело здесь к возникновению жизни и разума) сопровождается включением большого числа непроверенных, гипотетических моментов во многих существенных звеньях этой линии. Особенно велик элемент недоказуемого в представлениях о существовании и способах функционирования в космосе высших форм движения материи - биологической и социальной (которые являются необходимой составляющей представлений о глобальном эволюционизме).
  Это отчетливо видно из различия в оценках значения величин сомножителей формулы Дрейка, введенной для определения численной вероятности существования внеземных цивилизаций. Каждый из этих сомножителей отражает определенный узловой момент в развитии материи; возникновение планет вокруг звезды, зарождение жизни на планетах, возникновение разума на Земле и на других телах Вселенной, появление технологического общества и т. д.
  Л. М. Гиндилис показывает, что элемент гипотетического при включении в глобальный эволюционизм высших форм движения материи последовательно возрастает. В настоящее время можно более или менее надежно определить только величину, определяющую долю звезд, имеющих планетные системы, основываясь на изучении скорости вращения звезд различных спектральных классов; на анализе распространенности двойных и кратных систем; на наличии невидимых спутников звезд; на представлениях звездной и планетной космогонии.
  Согласно этим оценкам, не менее 10%, а может быть подавляющее большинство звезд Галактики, имеют планетные системы. Это положение, конечно, нельзя считать строго доказанным, тем не менее, оно представляется достаточно обоснованным совокупностью многих данных.
  Определение доли звездных систем, имеющих планеты пригодные для возникновения жизни, сопряжено уже с гораздо более серьезными трудностями. Обычно при ее оценке, прежде всего, исключаются горячие молодые звезды ранних спектральных классов. Помимо ограничений, связанных со спектральным классом звезды, существуют ограничения для размера планетных орбит (орбита должна находиться внутри "зоны жизни", определяемой температурными условиями), при которых может активно функционировать известная нам белковая форма жизни; ограничения для радиуса и массы планеты, скорости ее вращения и т. д.
  Однако для оценки этой величины, надо знать не только какие условия существуют на других планетах, но и какие условия необходимы для возникновения и развития жизни. Эти представления содержат еще больший элемент неопределенности. Исчисление же доли планет, на которых действительно существует жизнь, еще более сложно. Это вопрос о том, в какой степени возникновение жизни можно считать закономерным процессом. Многие специалисты, занимающиеся изучением происхождения жизни на Земле, полагают, что хотя образованию живого из неживого сопутствовала масса случайностей, в целом этот процесс статистически закономерен.
  За длительный период времени жизнь неизбежно должна возникнуть на любой планете с подходящими условиями. Время возникновения жизни должно быть меньше времени существования планет. Незначительное отличие физических условий на других планетах по сравнению с земными условиями может увеличить срок химической эволюции на 1-2 порядка. В этом случае для зарождения жизни потребуется время большее, чем возраст Вселенной. Но поскольку нам ничего не известно о сроках химической эволюции на других планетах, мы не можем сказать ничего определенного и о вероятности происхождения жизни на планете с подходящими условиями.
  Значение других сомножителей - доли планет, населенных разумными существами, доли планет, на которых разумная жизнь достигает фазы технологической цивилизации, а также длительности существования технически развитой цивилизации - вызывает противоречивые оценки. Задача определения их связана с огромным числом допущений, выходящих за рамки научного знания. Не ясно, например, насколько закономерен процесс эволюции, приведший к образованию разумной жизни на Земле, поскольку по мере усложнения организмов пути эволюции разветвляются и, по-видимому, только некоторые из них ведут к появлению разума.
  На основе всего этого можно согласиться с Л. М. Гинделисом, что сам тезис о существовании внеземных цивилизаций точно также недоказуем сегодня, как и альтернативный ему тезис об уникальности земного разума.
  Ещё один важный момент связан с тем, что всё вышесказанное относится к привычной для нас форме жизни, основанной на углероде. Хотя нам до сих пор известна лишь земная белково-нуклеиново-водная жизнь, это не означает, что в безграничном космосе не могут существовать другие её формы. Некоторые ученые, например, Г. Файнберг и Р. Шапиро, моделируют такие гипотетически возможные варианты жизни как:
  * плазмоиды - жизнь в звездных атмосферах за счет магнитных сил, связанных с группами подвижных электрических зарядов;
  * радиобы - жизнь в межзвездных облаках на основе агрегатов атомов, которые находятся в разных состояниях возбуждения;
  * лавобы - жизнь на основе соединений кремния, который может существовать в озерах расплавленной лавы на очень горячих планетах;
  * водоробы - жизнь, которая может существовать при низких температурах на планетах, покрытых "водоемами" из жидкого метана, и черпать энергию из преобразований ортоводорода на параводород;
  * термофаги - разновидность космической жизни, которые получают энергию из градиента температур в атмосфере или океанах планет.
  Конечно, такие экзотические, на наш взгляд, формы жизни пока что существуют лишь в воображении ученых и писателей-фантастов. Тем не менее, не исключена возможность реального существования некоторых из этих форм, например, плазмоидов. Во всяком случае ничто не запрещает нам считать, что где-то в космосе или даже на Земле параллельно с "нашей" формой жизни существует другая её разновидность, похожая, например, на упомянутых плазмоидов. Если уж идти дальше в этом направлении, то к проявлениям их активности можно отнести некоторые виды НЛО (неопознанных летающих объектов), образования, похожие на шаровые молнии, а также невидимые для глаза, но фиксируемые цветной фотопленкой летающие в атмосфере энергетические "сгустки". Разумеется, пока это не более чем ни на чём не основанные предположения.
  9.5.2. О возможности информационного контакта с внеземными цивилизациями
  Любая связь предполагает обмен информацией посредством каких- либо посредников. При непосредственном контакте достаточно ясно как общаться, а вот при связи на некотором удалении... Так, например когда мы разговариваем по телефону, информация передается за счет изменяемого значения электрического напряжения определенным образом оговоренного заранее. То же самое происходит, когда мы слушаем радио или смотрим телевизор, только носителем информации здесь выступают радиоволны. Хотя на первый взгляд все просто, снял трубку, набрал номер и говори, но при этом мы забываем, что существует множество телефонных станций, операторов и т. д. Вся система связи была кем-то заранее разработана, принята определенная система кодирования сигналов, которая должна быть одинакова у всех абонентов, иначе не будет связи. Кстати в разных странах системы различны, поэтому если вы купите телефонный аппарат, предназначенный для другой страны, то он может и не работать у нас и наоборот. При этом не следует думать, что какая-то система связи лучше, а какая-то хуже, они просто разные.
  Если мы попытаемся установить радиосвязь с внеземными цивилизациями, то, даже настроившись на одну волну, мы вряд ли сможем понять друг друга, например, из-за разного типа модуляции сигналов. Ведь у нас нет возможности заранее договориться о типе связи. В связи с этим возникают следующие вопросы:
  1. каким будет носитель связи (радио, свет, космический зонд...);
  2. тип модуляции сигнала (иными словами способ передачи информации).
  Вообще-то эти два вопроса довольно тесно связаны между собой, и не всегда их можно рассматривать по отдельности.
  Рассмотрим традиционную радиосвязь. Для этого потребуется большая мощность радиопередатчика. Большие радиотелескопы, существующие сегодня, позволяют посылать направленный сигнал такой мощности, что если на близлежащих звездах имеется технически развитая цивилизация, то она сможет принять эти сигналы и распознать их искусственное происхождение. Итак, передатчик радиосигналов подходящей мощности есть.
  Каким же должен быть сигнал? Видимо таким, чтобы инопланетная цивилизация при получении его однозначно могла определить искусственное происхождение сигнала. При этом необходимо, чтобы этот сигнал вообще был обнаружен, то есть он должен обладать каким-то качеством, которое заставило бы обратить на него внимание. Например, можно использовать определённую периодичность и т. д.
  * Для того чтобы связь была установлена необходимо:
  * во-первых, чтобы уровень развития внеземной цивилизации был не ниже нашего;
  * во-вторых, чтобы во время прихода сигнала инопланетяне осуществляли радиопрослушивание нашей солнечной системы, да еще на той частоте на которой мы ведем передачу;
  * в-третьих, невозможно вести длительную передачу сигналов, так как из-за высокой мощности передатчика это опасно для окружающих и требует больших энергозатрат, а, следовательно, и больших финансовых вложений;
  * в-четвертых, непонятно в направлении какой звезды надо осуществлять передачу, а ведение передачи одновременно по нескольким направлениям пока технически невозможно (из-за недостаточной мощности передатчика).
  При этом следует иметь в виду, что длительность даже самого короткого сигнала должна составить несколько часов, иначе сама попытка не имеет смысла. Это связано с особенностью обнаружения и приема сигнала на больших расстояниях в условиях сильных помех. Помехи для радиосвязи обусловлены мощным излучением нашего солнца и электромагнитными полями в межзвездном пространстве.
  Кроме того, неизвестно на какой волне нужно вести передачу, чтобы ее можно было обнаружить. Технически приемлемой может быть одна частота, а логически следует использовать какие-то другие частоты (например, частоту спектра водорода - 21см). Если вести передачу в широкой полосе частот, то это потребует больших энергозатрат. Поэтому нам пока остается только вести радиопрослушивание, в надежде обнаружить сигнал от других цивилизаций. Следует отметить, что подобные эксперименты по радиопрослушиванию ставились уже 30 лет назад и пока не увенчались успехом.
  Существуют различные предположения о попытках установления дальней связи. В соответствии с некоторыми из них несколько необычные излучения некоторых звезд можно представить как такую попытку. Но их можно объяснить и вполне естественными причинами. Например, периодичностью в излучении звезд или наличием в спектре излучения спектров редких материалов. В частности источник радиоизлучения СТА-102 является переменным во времени с периодом примерно полгода вдобавок его спектр излучения и спектр излучения источника СТА-21 похожи на спектры излучения искусственного характера. Однако впоследствии эти источники были идентифицированы как квазары, что объяснило их "ненормальное" излучение естественными причинами.
  Другой способ связи это использование сверхмощных лазеров. Здесь трудностей еще больше: такой сигнал труднее обнаружить на фоне излучения звезды; необходима точная направленность даже не на звезду, а на планету; по техническим причинам необходима установка лазеров за пределами атмосферы; требуются высоко мощные источники излучения и прочее. Технически этот способ сегодня еще менее приемлем, чем радиосвязь.
  Еще одна идея - (разумеется, фантастическая) использовать в качестве передатчика наше Солнце. Например, сбросить на Солнце многие миллионы тонн какого - либо редкого вещества, горение которого изменит спектр Солнца. Или построить вокруг Солнца сплошную сферу из вещества с переменной прозрачностью. Меняя прозрачность можно изменить мощность и спектр излучения в межзвездное пространство. Таким образом, можно даже вести кодированную передачу информации. На сегодняшний день эти идеи практически невыполнимы, но у них есть очень интересная особенность- передача информации будет происходить сразу по всем направлениям и на довольно большое расстояние.
  Другая идея - это общение при помощи космических зондов. Запущенный с Земли зонд через несколько десятков или сотен лет способен достичь близлежащих звезд, там он должен выйти на постоянную орбиту вокруг звезды и проинформировать о своем присутствии: например подачей радиосигналов, или иным, более сложным способом. Впоследствии зонд либо сам передаст информацию на планету о том, откуда он прилетел и о землянах, либо инопланетяне сами доберутся до этого зонда и получат информацию о нашей Солнечной системе.
  Определённую пользу в понимании технологии контакта с внеземными цивилизациями может оказать интенсивное исследование различных древних земных цивилизаций, с особой активностью проводившееся на протяжении последнего столетия на нашей планете. Оно наглядно продемонстрировало их существенное многообразие, значительную вариантность по целому ряду как ключевых, так и факультативных характеристик. Осознанная в процессе этих исследований принципиальная возможность существования культур, коренным образом различающихся между собой как по содержанию, так и по принципам и формам организации, не может не оказать благотворного влияния на изыскания в сфере контактов с внеземными цивилизациями. Эти исследования существенно расширяют спектр эвристических подходов, избавляют исследователя от искусственных ограничителей, диктуемых ожиданием подобия уже известным прецедентам.
  Однако следует иметь в виду, что сопоставление различных человеческих культур между собой, с одной стороны, и какой-либо земной культуры или совокупности подобных культур с гипотетической внеземной цивилизацией, с другой, есть исследовательские процедуры, во многом между собой несходные. При всем многообразии человеческих культур прошлого они обладают определенным единством, порожденным единой психофизической природой их создателей. Кроме того, необходимо учитывать различие информационного потенциала культурных объектов, сопоставляемых между собой в каждом из названных случаев.
  Любая земная культура - даже в случае минимального нашего с ней знакомства - предъявлена нам в определенной динамике, позволяющей реконструировать ее жизнь, а, следовательно - и характер, тогда как единичное столкновение с гипотетической внеземной цивилизацией являет нам эту динамику предельно скудно. Даже задача различения природных и искусственных (культурных) объектов требует зачастую наличия развернутого контекста; в противном случае возможны неправильные интерпретации даже в рамках земных культур, чему существуют хорошо известные примеры. Имеется и ряд иных сходных проблем95.
  Все сказанное заставляет с осторожностью подходить к оценке эвристического значения опыта исследования земных культур в деле поисков внеземных цивилизаций, хотя вовсе исключить его значение, разумеется, нельзя.
  В заключение, в качестве оптимистического прогноза возможности контакта с внеземными цивилизациями обратимся к мнению известного американского исследователя в этой области Марвина Минского, который считает, что контакт принципиально возможен, так как мы и они должны мыслить одинаково. Он подкрепляет это утверждение следующими логическими доводами:
  * Решение всех интеллектуальных задач зависит от одних и тех же факторов: времени, пространства и используемых материалов.
  * Чтобы эффективно действовать в рамках этих ограничений, необходимо научиться формировать представления о ситуации и оперировать этими понятиями.
  * Свойства любого интеллекта должны быть основаны на универсальных принципах: а/ экономность мышления; б/ уникальность простых идей.
  9.5.3. О возможных формах технологической
  активности разума во Вселенной
  Жизнь и разум, будучи важными атрибутами материи, могут быть существенным и при том не только пассивным, но и активным фактором эволюции космоса. В концепции биосферы и ноосферы это выражается в планетарных масштабах. Но и здесь уже намечается переход к следующей ступени. Подтверждение этому можно видеть в изменении глобальных характеристик Земли, как космического тела (например, по уровню радиоизлучения) и в первых попытках освоения Солнечной системы.
  Идея вмешательства высокоразвитых цивилизаций в эволюцию космоса была развита уже К. Э. Циолковским. Он считал, что высокоразвитые внеземные цивилизации, освоившие наблюдаемую нами область Вселенной, в широких масштабах воздействуют на ход природных процессов. По выражению Е. Т. Фаддеева, они "могут сознательно и по-новому организовывать материю, регулировать ход естественных событий". Сходных взглядов придерживался и известный американский астроном О. Струве. По его мнению, наука в середине XX века достигла уже такого уровня в изучении Вселенной, когда, "наряду с классическими законами физики, необходимо принимать во внимание деятельность разумных существ". Н. С. Кардашев, в связи с проблемой поиска внеземных цивилизаций, высказал мысль о том, что расширение наблюдаемой области Вселенной может быть "результатом сознательной деятельности суперцивилизаций"96. Во всяком случае, ничто не запрещает нам делать и принимать во внимание подобные предположения.
  В современных моделях эволюции космических цивилизаций рассматриваются различные варианты "космокреатики", под которой подразумевается деятельность внеземного разума, направленная на "фундаментальную перестройку структуры материального мира, включая, быть может, изменение его пространственно-временных свойств и некоторых основных законов". Ряд вариантов космокреатики (космогоническое конструирование, создание миров, конструирование законов природы) рассмотрены известным писателем-фантастом С. Лемом в "Сумме технологий". Л. В. Лесков указал на принципиальную возможность воздействия на другую метагалактику через микроскопическую горловину фридмона, а также путем воздействия на фридмон в целом с помощью ускорителей элементарных частиц. Им же рассмотрены модели эволюции, основанные на интеграционных процессах и приводящие к объединению космических цивилизаций, к образованию Метацивилизаций, а также - еще более высоких структур.
  Технологическая активность человека в космосе, конечно, не сравнима с гипотетической активностью высокоразвитых внеземных цивилизаций, но, тем не менее, человечество уже делает первые шаги в этом направлении. Европейское космическое агентство в 1995 г. запустило на орбиту инфракрасный телескоп "ISO". Телескоп показал, что примерно у половины звёзд есть планеты, а в космосе - в любой его части - много водяных паров. Это означает: жизнь в нашей Вселенной явление вполне вероятное.
  Эти и многие другие удивительные открытия стали возможны благодаря практически только что начавшимся исследованиям Вселенной в инфракрасном и субмиллиметровом диапазоне. Именно в нём сосредоточена основная часть излучения Вселенной. Инфракрасный спектр излучения характеризуется очень низкой температурой, что-то около -2000 по Цельсию. Определить столь низкую температуру можно прибором охлаждённым ещё сильнее. Поэтому приёмники низкотемпературных излучений охлаждают жидким гелием до -2710 С. По такому принципу были построены инфракрасные спутники-телескопы: первый "IRAS", а затем "ISO" Вне этих приборов в межпланетном пространстве гораздо "теплее".
  Благодаря этим технологиям было, например, сделано следующее удивительное открытие. Облака молекул и пыли, которые протянулись в космосе на сотни световых лет, астрономы считают инкубаторами звёзд. Но долго было непонятно, почему первоначальное сгущение в этом облаке имеет шанс превратиться в звезду, хотя из расчётов следовало, что по мере превращения сгущения в раскалённый шар и соответствующего нагрева окружающего газа этот шар должен был бы остыть. Но оказалось, что в межзвёздных тучах медленно плывущих в Млечном пути сосредоточены огромные массы водяного пара. В них непрерывно соединяются водород и кислород в молекулы воды за счёт энергии звёздного излучения. Присутствие водяных паров, о которых раньше не было известно, меняет всё. Водяной пар способствует охлаждению газа, он не разлетается и способствует увеличению массы будущей звезды до возникновения в ней термоядерных реакций. Например, около созвездия Ориона обнаружено облако, которое за один день производит из водорода и кислорода столько воды, что ею можно заполнить все моря и океаны Земли 60 раз. Вода, как известно, - это жизнь...
  Другая область исследований, еще более трудная, но еще более важная в связи с поиском ВЦ: современная космология, в частности модели хаотически возникающих мини-Вселенных в разных частях и в разное время, открывают возможность существования ВЦ сколь угодно высокого уровня развития. В связи с этим возникает вопрос: есть ли возможность исследовать другие мини-Вселенные?
  Современная физика элементарных частиц принимает в качестве гипотетического фундамента симметрию между правым и левым: каждая элементарная частица имеет зеркальный аналог, то есть могут быть зеркальные электроны, позитроны, протоны, нейтроны, мезоны, нейтрино, фотоны, глюоны, кварки и др. - все виды известных частиц.
  "Наши" частицы могут взаимодействовать с зеркальными частицами, по-видимому, только гравитационно. Из этих частиц могут быть образованы зеркальные атомы, звезды с планетными системами, галактики и их скопления. Не исключено, что где-то там существуют и внеземные цивилизации. В зеркальной Вселенной должен быть свой, невидимый для нас, спектр электромагнитного излучения.
  Предположим, что значительная часть скрытой массы является зеркальным веществом. Если принять, в соответствии с наблюдениями, что в нашей Вселенной 70% плотности составляет однородная среда (например, вакуум), а 5% - нормальное наблюдаемое вещество, то зеркальное нормальное вещество может составлять от 5 до 25%. Нижняя граница соответствует модели, когда плотности нормальной и зеркальной материи одинаковы и соответственно эволюция Вселенной идет одинаково. Верхняя граница плотности зеркальной материи предполагает большую плотность в зеркальном мире. В этом случае количество тяжелых элементов в зеркальном мире будет больше, а момент рекомбинации, образование астрономических объектов и возникновение цивилизаций могут произойти раньше, чем в нашем мире.
  Объекты из зеркальной материи могут располагаться в отдельных районах пространства или быть перемешаны с нормальной материей. Вопросы о возможном пространственном разделении нашего и зеркального вещества, так же как и существование зеркальных объектов внутри Земли, Солнца и в нашей Галактике, например в виде двойных звезд, когда одна или обе зеркальные, представляются исключительно интересными для исследователей.
  Необходимо обратить внимание на обнаружение нового типа галактик с очень большой долей скрытой массы. Их вращение, по данным радиоастрономических наблюдений, согласуется со структурой Галактики, состоящей из плоского диска, спиральных рукавов и сферического Гало, однако нормального звездного свечения не видно. Темная материя имеет необычно высокую плотность и в ядре галактики, где обычная звездная компонента все-таки видна.
  Возможен ли обмен информацией с зеркальным миром? Если взаимодействие только гравитационное, то и обмен информацией может осуществляться с помощью измерения переменной величины тяжести. Простейший обмен информацией возможен при воздействии гравитирующих зеркальных масс на специальные приборы - гравиметры с близких расстояний. Со сколь угодно далеких расстояний информация может быть передана и принята с помощью гравитационных волн. Первые гравитационно-волновые телескопы должны быть запущены в эксплуатацию в ближайшие годы.
  Современные представления о Вселенной базируются на инфляционных моделях, согласно которым мы живем в одном из расширяющихся "пузырьков", образующихся в кипящем и бесконечно существующем вакууме. К этим представлениям теоретики пришли, отталкиваясь от первоначального требования построить модель Вселенной, бесконечной во времени и пространстве и неизменной в среднем по времени.
  Нам представляется весьма важным аксиоматически принимаемое предположение о существовании в Большой Вселенной цивилизаций любого уровня и любой длительности развития. Необходимо также отметить несколько направлений дальнейших исследований скрытого вещества, связанных с достаточно обоснованными предположениями о существовании зеркального вещества, топологических пространственных туннелей и больших искусственных конструкций как возможных составляющих скрытой массы:
  1. Развитие исследований планетных систем и поиск новых объектов в Галактике, учитывая возможность обнаружения гигантских искусственных конструкций как возможной доли скрытой массы.
  2. Исследования с целью поиска объектов, состоящих в основном из зеркального вещества. Большой интерес представляет исследование галактик с аномально большим отношением массы к светимости, поиск зеркальных звезд и планет, анализ сигналов телескопов гравитационных волн как возможных передач ВЦ.
  3. Развитие теории Вселенной со сложной топологией и туннелями; - поиск и исследование первичных черных дыр и объектов типа "черная дыра - белая дыра" с целью выявления топологических туннелей и астроинженерных конструкций около них97.
 
 ЛЕТОПИСЬ естественнонаучных
  ОТКРЫТИЙ
  Период становления физики как науки
  Начало XVII в. - 80-е гг. XVII в. Физика развивается как самостоятельный раздел науки. Основоположником её становится Г. Галилей.
  * 1600 г. Вышел в свет трактат У. Гильберта "О магните, магнитных телах и о большом магните Земле", в котором заложены основы электро- и магнитостатики.
  * 1603 г. Открыта фосфоресценция (В. Каскариоло).
  * 1604 г. Вышел в свет трактат И. Кеплера по оптике "Дополнения к Вителлию", где помещены его теория зрения, теория камеры-обскуры, сформулирован один из основных законов фотометрии - закон обратной пропорциональности между освещенностью и квадратом расстояния до источника света.
  * 1607 г. Попытки Г. Галилея измерить скорость света с помощью сигналов фонаря.
  * 1609 г. В труде "Новая астрономия" И. Кеплер излагает первые два закона движения планет и высказывает мысль о том, что вес тела составляет общую тенденцию всех тел к соединению. Г. Галилей сконструировал зрительную трубу и использовал ее как телескоп для астрономических наблюдений, что привело к революционным изменениям в астрономии, в частности к возникновению оптической астрономии.
  * 1610 г. Г. Галилей при помощи, сконструированной им зрительной трубы с 30-кратным увеличением, открыл четыре спутника Юпитера. Вышел в свет труд Г. Галилея "Звездный вестник", где помещены его астрономические открытия гор и впадин на Луне, четырех спутников Юпитера, новых звезд, которые невозможно видеть невооруженным глазом. Высказана мысль о том, что Млечный Путь состоит из бесконечного множества звезд. Вскоре Галилей открыл также фазы Венеры и пятна на Солнце.
  * 1610...1614 г.г. Г. Галилей конструирует свои микроскопы. Благодаря Галилею линзы и оптические приборы стали мощными орудиями научных исследований.
  * 1611 г. Вышел в свет труд И. Кеплера "Диоптрика", в котором дана теория зрительной трубы, в частности конструкция трубы, которую теперь называют кеплеровой. В этом труде и в предыдущем ("Дополнения к Вителлию") изложена элементарная геометрическая оптика.
  * 1619 г. Вышел в свет трактат И. Кеплера "Гармония мира", в котором содержится третий закон движения планет.
  * 1621 г. В. Снеллиус экспериментально открыл закон преломления света.
  * 1625 г. Открытие вариации магнитного склонения (Г. Геллибранд).
  * 1627 г. Вышел в свет труд Р. Декарта "Рассуждения о методе".
  * 1628 г. Итальянский ученый Б. Кастелли установил закон обратной пропорциональности скорости течения жидкости в трубах площади поперечного сечения.
  * 1632 г. Вышел в свет известный труд Г. Галилея "Диалог о двух основных системах мира - птолемеевой и коперниковой", где, в частности, содержатся два важных принципа современной физики - принцип инерции и принцип относительности.
  * 1636 г. Вышел в свет трактат М. Мерсенна "Универсальная гармония", где изложены его исследования по акустике.
  * 1637 г. Вышел в свет труд Р. Декарта "Диоптрика", где излагается идея эфира как переносчика света, дается теоретическое доказательство закона преломления, которое было высказано Декартом еще в 1630 г. Экспериментально закон преломления установлен в 1621 г. В. Снеллиусом. Р. Декарт ввел понятие переменной величины и функции.
  * 1638 г. Вышел в свет труд Г. Галилея "Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых областей науки...", в котором, в частности, содержится идея конечности скорости распространения света и постановки эксперимента для ее определения, утверждение, что при отсутствии сопротивления среды все тела падают с одинаковой скоростью; законы свободного падения (пропорциональность скорости падающего тела времени падения, и пропорциональность пройденного пути квадрату времени), закон сложения перемещений и т. п. Итальянский ученый Дж. Б. Бальяни впервые четко разграничивает понятие веса и массы тела и указывает на пропорциональность веса массе.
  * 1643 г. Открытие атмосферного давления, способа получения вакуума и создание первого барометра (Э. Торричелли). Установление Э. Торричелли формулы для скорости истечения жидкости из узкого отверстия в открытом сосуде (формула Торричелли).
  * 1644 г. Вышел в свет труд Р. Декарта "Начала философии", в котором впервые четко сформулирован закон инерции, дана теория магнетизма и изложена первая космогоническая гипотеза. Здесь же помещен и его закон сохранения количества движения. М. Мерсенн дал количественное описание наблюдений, выполненных У. Гильбертом.
  * 1646...1647 гг. Б. Паскаль подтвердил существование атмосферного давления, повторив опыт Торричелли, и экспериментально обнаружил уменьшение атмосферного давления с высотой.
  * 1647 г. Итальянский математик Б. Кавальери в трактате "Шесть геометрических упражнений" дал формулу линзы.
  * 1648 г. Открытие дисперсии света (И. Марци).
  * 1650 г. О. Герике изобрел воздушный насос.
  * 1653 г. Установление Б. Паскалем закона распределения давления в жидкости (закон Паскаля), опубликован в 1663 г.
  * 1655 г. Изобретение ртутного термометра.
  * 1657 г. Х. Гюйгенс сконструировал маятниковые часы со спусковым механизмом, ставшие основой точной экспериментальной техники (проект соединения маятника со счетчиком предлагал Галилей еще в 1636 г.). Изобретен водяной барометр (О. Герике).
  * 1659 г. Р. Бойль и Р. Гук усовершенствовали воздушный насос Герике.
  * 1660 г .Х. Гюйгенс и Р. Гук установили постоянные точки термометра - точку таяния льда и точку кипения воды. Вышел в свет труд Р. Бойля "Новые опыты..., касающиеся упругости воздуха". О. Герике сконструировал основанную на трении электрическую машину.
  * 1661 г. Р. Бойль в труде "Химик-скептик" сформулировал понятие химического элемента как простейшей составной части тела.
  * 1662 г. Р. Бойль открыл зависимость давления газа от объема, Независимо от Бойля этот же закон установил Э. Мариотт в 1676 г. Отсюда и современное название - закон Бойля - Мариотта. П. Ферма сформулировал оптический принцип, названный его именем (принцип Ферма).
  * 1665 г. Опубликован труд Ф. Гримальди "Физико-математический трактат о свете, цветах и радуге", в котором содержится открытие явления дифракции (интерференции) света. Вышел в свет трактат Р. Гука "Микрография", в котором описаны его микроскопические наблюдения. И. Ньютон вывел обратно пропорциональную зависимость силы тяготения квадрату расстояния между притягивающимися телами.
  * 1666 г. Открытие И. Ньютоном явления разложения белого света в спектр (дисперсия света) и хроматической аберрации.
  * 1667 г. Вышел в свет труд Л. Магалотти "Очерки о естественнонаучной деятельности Академии опытов", в котором изложены результаты коллективной работы, проводимой академиками флорентийской Академии опытов в 1657...1667 гг. Описаны термометры, ареометр, гигрометр, маятник с бифилярным подвесом, опыты по тепловому расширению тел и получению вакуума. Дж. Борелли вывел закон столкновения неупругих тел.
  * 1668 г. И. Ньютон сконструировал первый зеркальный телескоп (телескоп-рефлектор).
  * 1669 г. Х. Гюйгенс дал теорию удара упругих тел и установил закон сохранения количества движения (mv) и закон "живых сил" (mv2/2). Э. Бартолин открыл двойное лучепреломление света в кристаллах исландского шпата. Открыт 15-й элемент - фосфор (Г. Брандт). Немецкий химик И. Бехер выдвинул гипотезу флогистона.
  * 1670...1671 г. г. В сочинении "Метод флюксий" (опубликовано в 1736 г.) И. Ньютон наиболее полно разработал дифференциальное и интегральное исчисления.
  * 1684 г. систематическое изложение дифференциального исчисления, а в 1686 г. изложение интегрального исчисления опубликовал Г. Лейбниц.
  * 1672 г. Вышел в свет труд О. Герике "Новые, так называемые магдебургские опыты о пустом пространстве". Впервые с приемлемой точностью измерено расстояние до Солнца (Ж. Ришар, Д. Кассини).
  * 1674 г. Р. Гук в трактате "О движении Земли" высказал идею тяготения и представил свою систему мироздания. В 1680 г. Р. Гук пришел к выводу, что сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния.
  * 1675 г. Р. Гук открыл основной закон упругости (закон Гука) и Ньютон выдвинул корпускулярную гипотезу света. Исследуя интерференцию и дифракцию света, И. Ньютон открыл так называемые "кольца Ньютона".
  * 1676 г. О. Ремер в результате наблюдений спутников Юпитера сделал вывод о конечности скорости распространения света и по данным наблюдений впервые определил ее величину - 214000 км/сек, (до этого Дж. Порта, И. Кеплер, Р. Декарт и др. считали скорость света бесконечной). Э. Мариотт предложил рассчитывать высоту места по данным барометра.
  * 1678 г. Х. Гюйгенс обнаружил явления двойного лучепреломления в кварце и поляризации света. Создание Х. Гюйгенсом волновой теории. Вышел в свет труд Х. Гюйгенса "Маятниковые часы", в котором приведены теория физического маятника, понятие момента инерции и законы центробежной силы.
  * 1680 г. Открытие зависимости точки кипения воды от давления (Д. Папен). В 1680 г. Д. Папен изобрел паровой котел с предохранительным клапаном.
  * 1681 г. Х. Гюйгенс объяснил изменение периода колебаний маятника изменением ускорения силы тяжести, выдвинул идею об измерении ускорения силы тяжести при помощи секундного маятника и первым пришел к выводу о том, что Земля у полюсов сплюснута.
  * 1686 г. Найдена барометрическая формула (Э. Галлей). Введение Г. Лейбницем понятия "живой силы" (энергии) как произведения массы тела на квадрат его скорости.
  Первый этап развития естествознания
  (кон. XVII в. - 60 годы XIX в.)
  Возведенная Ньютоном, его предшественниками и последователями грандиозная система классической физики (конец XVII в. - конец XIX в.) просуществовала почти два века и только в конце XIX в. начала рушиться под напором новых фактов и концепций, не укладывающихся в рамки существующих теорий.
  Первый ощутимый удар по физике Ньютона нанесла еще в 60-х годах XIX в. теория электромагнитного поля Максвелла - вторая после ньютоновской механики великая физическая теория, дальнейшее развитие которой углубило ее противоречия с классической механикой и привело к революционным изменениям в физике.
  Поэтому период классической физики делится на два этапа: первый этап - от И. Ньютона до Дж. Максвелла (конец XVII в. - 60-е гг. XIX в.); второй этап - от Максвелла до 1895 г (60-е гг. XIX в. - 1894 г.).
  * 1687 г. Вышел в свет труд И. Ньютона "Математические начала натуральной философии" ("Начала"), содержащие основные понятия и аксиоматику механики, в частности три основные ее закона (законы Ньютона) и закон всемирного тяготения. Выход в свет "Начал" открыл новый период в истории физики, так как в них впервые содержалась законченная система механики, законы которой управляют большим количеством процессов в природе. Французский механик П. Вариньон в книге "Проект новой механики" формулирует понятие момента силы и дает в общей геометрической форме теорему о моменте равнодействующей.
  * 1690 г. Вышел в свет "Трактат о свете" Х. Гюйгенса (завершен в 1678 г.), в котором помещены волновая теория света (световые возбуждения являются упругими импульсами в эфире), принцип построения огибающей волны (принцип Гюйгенса) и описано открытое им явление поляризации света. Д. Папен дал описание замкнутого термодинамического цикла паровой машины.
  * 1693 г. Э. Галлей вывел общую формулу линзы.
  * 1694 г. К. Ренальдини предложил в качестве фиксированных температур при градуировке термометра использовать температуры таяния льда и кипения воды.
  * 1698 г. Открытие электрической искры (Вольт).
  * 1702 г. Г. Амонтон усовершенствовал воздушный термометр Г. Галилея, сконструировав термометр, в основном похожий на современный газовый. Этот термометр дал возможность Амонтону прийти к понятию абсолютного нуля, который по его данным составлял -239,5°C.
  * 1703 г. Вышел в свет труд Х. Гюйгенса "О центробежной силе".
  * 1704 г. Вышел в свет труд И. Ньютона "Оптика".
  * 1705 г. Т. Ньюкомен изобрел тепловую машину - первую машину, успешно применяемую для подъема воды.
  * 1706 г. Начало исследований разрядов в газах (Ф. Гауксби).Построена первая стеклянная электрическая машина (Ф. Гауксби).
  * 1710 г. Открыто свечение воздуха в стеклянной трубке при электрическом разряде (Ф. Гауксби).
  * 1714 г. Введение Г. Фаренгейтом термометрической шкалы, названной его именем (шкала Фаренгейта).
  * 1717 г. И. Бернулли сформулировал в общей форме принцип возможных перемещений.
  * 1718 г. Э. Галлей открыл собственное движение звезд, чем разрушил давние представления об их неподвижности. Ж. Жюрен открыл закон подъема жидкости в капиллярных трубках, названный его именем (закон Жюрена). Обратная пропорциональная зависимость высоты подъема жидкости в капиллярах диаметру капилляра была известна еще в 1670 г. Дж. Борелли.
  * 1721 г. Выдвинута теория теплорода.
  * 1725 г. Дж. Брадлей открыл аберрацию света и в 1728 г. дал ей правильное объяснение, чем окончательно подтвердил факт конечности скорости распространения света.
  * 1729 г. Вышел в свет "Оптический трактат о градации света" П. Бугера, в котором, в частности, помещен закон ослабления света.
  * Открыто явление электропроводности (С. Грей).
  * 1730 г. Р. Реомюр предложил применять в термометрах спирт и ввел шкалу, названную его именем (шкала Реомюра).
  * 1733 г. Открытие двух видов электричества, установление притяжения разноименных зарядов и отталкивания одноименных (Ш. Дюфе).

<< Пред.           стр. 10 (из 15)           След. >>

Список литературы по разделу